旋流油水分離器在大港油田埕海1-1人工島污水處理中的應用

段少偉(中國石油大港油田灘海開發公司， 天津 300280)

旋流油水分離器在大港油田埕海1-1人工島污水處理中的應用

段少偉(中國石油大港油田灘海開發公司， 天津 300280)

本文簡要介紹了旋流油水分離器工作原理，討論了施工工藝流程，分析了相關影響因素。實際應用效果表明，旋流油水分離器具有單位容積處理量大、分離效率高等優點，特別適用于人工島含油污水的處理。

旋流油水分離器；壓降；處理量

0 引言

大港油田埕海1-1人工島是中石油第一座“海油陸采”開發示范基地，位置處于河北省黃驊市關家浦以東的灘涂－海域水深4米及淺海地區，油藏類型復雜，既有中、高滲透油藏，又有低滲透油藏，主力含油層有沙河街組，館陶組，明化鎮組。該區溶解氣量較小，計算三套層系的溶解氣驅采收率分別為14.3%、14.7%、15.1%，Nm、Es的彈性驅采收率分別為0.3%、1.8%，Ng水油體積比為6.43～20.94，天然能量不足，采取早期注水、保持地層壓力的開發方式。隨著開發的深入，各層原油含水率不斷上升，部分油井原油的綜合含水率已大于90%，進入高含水的開發期。油井產出液中含水量的急劇增加，使得污水處理工作量越來越大，因此，如何提高污水的處理效率和注水水質質量，利用污水循環回注，滿足開發和環境保護需求，保持注采平衡，對含油污水處理提出了更高的要求，旋流油水分離器作為一種應用十分廣泛的液體非均相混合物的分離設備，具有單位容積處理量大、分離效率高、占地面積小、操作簡單、設備成本低等優點，在人工島含油污水處理中發揮著重要作用。

1 旋流油水分離器的工作原理

旋流油水分離器主要由含油污水進口、旋流腔、收縮腔、尾錐、尾管、底流口、溢流口等部分組成，其特殊的結構形式制造渦旋流場形成強大的離心力，利用油水兩相物質的密度差所產生的離心力不同來進行分離，見圖1。工作時，首先，含油污水在一定的壓差作用下，從旋流腔上的切向進口注入圓筒渦旋段，然后在旋流油水分離器內高速旋轉，經收縮腔、尾錐兩級收縮，使流體增速并在分離器的內部形成一個穩定的離心力場，在離心力的作用下，油水混合液中密度大的重相水在強大離心力作用下被甩向四周，并順著壁面向下運動，作為底流排出；而密度較小的輕相油被遷移到中間聚合形成油芯并向上運動，最后作為溢流排出，從而達到油水分離的目的。

2 現場應用

2.1 施工工藝

應用中，首先在油井采出液中注入雙脫和破乳劑，然后進入油氣水三相分離器利用重力分異作用將油氣水進行分離，分離出的污水進入污水處理系統，工藝流程為：油井來液→投加雙脫劑和破乳劑→三相分離器分離油氣水→污水提升泵→旋流器分離污水→一體機(核桃殼過濾和纖維球過濾)→濾后水罐→注水泵，埕海1-1人工島生產污水處理工藝流程見圖2。

圖1 旋流油水分離器結構原理圖

圖2 埕海1-1人工島生產污水處理工藝流程

旋流油水分離器由于其高速流動的液體產生的湍流、剪切作用以及渦流的不穩定性造成其水處理精度不可能很高，該流程中將旋流油水分離技術和核桃殼過濾、纖維球過濾技術配套使用，利用核桃殼的多孔和比表面積大，吸附能力強，以及纖維球濾料彈性效果好，不上浮水面，空隙大，工作周期長，水頭損失小等優點提高了處理效果。

2.2 影響因素分析

2.2.1 壓差和脫油效率的關系

壓差，又稱壓力損失或壓力降，在含油污水的處理中，水的含量遠遠大于油的含量，且以水處理為主，所以壓差可近似的由入口壓力和底流壓力的差值表示，它近似反映了旋流器內部轉換為分離能量的大小，工作中常常通過改變壓差來改善污水處理效果。當旋流器的壓差變小時，旋流器芯管產生的離心力也變小，油水不能有效分離，旋流器的脫油效率不高。增加旋流器的壓差，含油污水的運動速度加快，旋流器產生的離心力隨（文章題目：旋流油水分離器在大港油田埕海1-1人工島污水處理中的應用）之增大，脫油效率上升，分離效果好。當壓差達到一定值后，流體層之間的剪切作用增強，使得油滴破碎嚴重，乳化程度提高，脫油率開始下降，所以，盡管旋流芯管內離心力強度增大，但旋流芯管內的油水分離效果卻并未得到提高，反而降低了分選效果。因此，增加旋流器的壓差，還應考慮壓差太大時油滴的破碎乳化情況，應該把旋流器的壓差控制在合理的范圍之內，從而獲得最佳的脫油效率。通過試驗，進口壓力與出口壓力之間的差值的合理范圍控制在0.3～0.4MPa之內，獲得了最佳的脫油效率。工作中，要經常檢查進出口壓力表讀數，使平時的污水處理壓差穩定在確定的范圍之內，確保油水分離效果。

2.2.2 處理量

一臺水力旋流器是由分成互不聯通的四個艙室組成，每個艙室由插在其中的多個并聯的旋流管組成。由于每個倉內分布的旋流管數目不同，導致其處理量也不相同。其中A倉處理量為21m3/h，B倉處理量為42m3/h，C倉處理量為66m3/h，D倉處理量為70m3/h。當處理量增大時，我們應選擇大艙室，或幾個艙室的組合，而不要采用單純增大流速來增加處理量的方法，這是因為壓降大約與流量2次方成正比[1]，流量增大，必然導致壓差增大而超出合理的壓差范圍，這不利于分選脫油效率的提高。實際工作中，我們采用的是A倉+C倉處理量組合方式。當增大處理量時，要注意出口排量增大，進口壓力的下降，要適當的提高污水提升泵的頻率(不得過高的提高頻率，以免出現安全閥開啟的現象)，以保持進口壓力的穩定。

2.2.3 破乳劑和雙脫劑

石油開采中的乳化現象相當嚴重，乳化油由于油滴粒徑小，呈乳化狀態，直接進入水力旋流器不易從廢水中分離出來。對油田采出液乳化情況進行分析和試驗，篩選適合的破乳劑、雙脫劑，充分破乳后，不但三相分離效果好，油水分層明顯，而且提高了旋流油水分離器的分離效率。

2.3 應用效果

目前埕海1-1人工島在使用旋流油水分離器和配套裝置處理生產污水時，處理后凈化水含油低于15mg/L，懸浮物低于10mg/L,綜合水質達標率90%，達到了設計要求。

3 結語

(1)旋流油水分離器作為一種結構簡單，操作方便的分離設備，具有單位容積處理量大、分離效率高，占地面積小，重量輕，成本低等優勢，非常適用于人工島的污水處理作業。

(2)使用旋流油水分離器時，當流量改變時，要注意調整提升泵的頻率，并保持壓差的穩定。

(3)旋流油水分離器和其他污水處理裝置配套使用，處理效果更好。

[1]劉淼兒,馮叔初.液-液水力旋流器的壓降、流量和分流比的關系[J].油氣田地面工程,2000,19(2).