新型多功能油水分離技術在南海油田的應用

魏叢達，崔新安,吳奇霖,劉家國

(1. 中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣東 深圳 518067；2.中石化煉化工程(集團)股份有限公司洛陽技術研發中心,河南 洛陽 471003)

新型多功能油水分離技術在南海油田的應用

魏叢達1，崔新安2,吳奇霖1,劉家國2

(1. 中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣東 深圳 518067；2.中石化煉化工程(集團)股份有限公司洛陽技術研發中心,河南 洛陽 471003)

受空間、質量及建造成本限制，海上采油平臺對油水分離設備的效率、尺寸要求比陸上油田更加苛刻。針對海上油田生產需要，開發了新型多功能油水分離技術，并在南海油田進行了工業試驗。該技術采用新型的電極技術、電源技術和改進的分離設備結構等創新手段，使靜電場脫水技術能夠適應油田水含量高的原油脫水。應用結果表明，處理水質量分數為60%～90%的井液，原油脫后水的質量分數均小于0.5%，排水含油均小于200 mg/L，滿足合格原油的指標。該技術提高了油水分離效率，減少了處理級數，降低油田投資成本。

靜電聚結 多功能油水分離 電脫水 油水分離

海洋石油資源儲量豐富，具有廣闊的開發前景，但采油平臺受空間、質量及建造成本限制，對設備分離效率、尺寸要求比陸上油田更苛刻，加上目前水含量高的油田增產擴容改造和邊際油田、深水油田開發的新形勢，開發占地空間小、質量輕的高效、多功能分離技術具有廣闊的應用前景。

相關資料[1-3]顯示，針對油田高含水原油脫水，國外采用絕緣電極開展靜電聚結脫水技術的研究較多，并取得了一定成果，代表性的有EIPC(電脈沖感應聚結器)、CEC(緊湊型靜電聚結器)和VIEC(容器內置式靜電聚結器)。尤其是VIEC技術已經在多個油田及FPSO(浮式儲油外輸船)上得到應用，采用此技術，乳化液層厚度減少80%，破乳劑量降低至原來的五分之一，出油口的水的質量分數從10%～15%降低至4.8%。

在十二五科研工作中，中海石油(中國)有限公司深圳分公司與中石化煉化工程(集團)股份有限公司洛陽技術研發中心共同開發的新型多功能油水分離技術，將傳統油水分離器和電脫水器功能有機結合，研制出合二為一的高效綜合處理設備。該技術在南海生產平臺上進行了現場應用試驗，水質量分數為60%～90%井液，處理后能夠達到原油水質量分數為小于0.5%的目標，同時排水油質量濃度小于200 mg/L。

1 多功能油水分離技術

多功能油水分離技術通過采用新型的電極技術、電源技術和改進的分離設備結構等新技術，使靜電場脫水技術能夠適應水含量高的原油脫水，從而提高油水分離的效率和效果，滿足油田脫水的需要。

多功能油水分離技術，與上述靜電聚結脫水技術相比有如下特點：(1)在流程上采用氣液分離和油水分離分別進行的設計，避免了氣量波動對油水分離效果的影響，同時保證絕緣電極長周期安全使用；(2)采用下進上出的流動方式。油水分離時采用由下而上流動，使全部物料經過電場脫水，流速緩慢，利于水滴沉降。而在傳統分離器內為水平流動，流速快，易擾動。(3)采用了雙電場結構，布置金屬和絕緣兩種高壓電極，上部布置金屬電極，形成強電場區；金屬電極下面布置絕緣電極，形成弱電場區，實現對水含量高的井液的多級脫水。由于絕緣電極處在高含水層，不會發生短路而且加速脫水，金屬電極處在低含水區域，強化脫水，達到深度脫水的目標；(4)采用智能控制與調節的供電系統。由于絕緣電極抗沖擊電壓較弱，損壞后不能修復，因而絕緣電極的施加電壓應采取先施加低電壓，再緩慢升高電壓至合適水平。采用PLC(可編程邏輯控制器)微電腦控制技術開發了變壓器的智能控制與調節的控制系統，配合電脫水專用變壓器，保證了絕緣電極平穩而長周期的使用。

2 工業試驗

2.1 平臺及試驗裝置概況

試驗平臺有26口油井，總產液量為15 233 m3/d，產油量為1 378 m3/d，水質量分數91%左右。根據開采時間的不同，油井水的質量分數由98.5% 到48%不等。平臺采用一臺分離器和一臺電脫水器進行脫水，分離器脫水后原油水質量分數為3.4%左右，電脫水器脫水后質量分數小于0.5%。

試驗裝置采用撬裝式，由上部氣液分離罐和下部油水分離罐組成。上部氣液分離罐尺寸為φ1 000 mm×1 500 mm(T/T)，下部油水分離罐尺寸為φ2 200 mm×4 500 mm(T/T)。設計處理量：最大液體處理量為1 900 m3/d，氣體處理量為240 m3/d。

試驗裝置流程見圖1。從油井來的原料油，經過減壓閥，壓力下降至300～400 kPa，溫度為80～90 ℃，進入上部氣液分離罐中進行氣液分離。分離出來的天然氣進入火炬系統去處理，而分離后的液體進入下部油水分離罐中，經過沉降分離、絕緣電極脫水、金屬電極脫水等過程，凈化的原油從罐體頂部流出，沉降出來的含油污水從罐底部流出。為了減少本次試驗對平臺現場生產裝置的影響，凈化的原油與含油污水合并成一路由增壓泵增壓后去生產處理系統進行處理。

圖1 多功能油水分離裝置工藝流程及控制示意

2.2 工藝參數

溫度：80～90 ℃

壓力：300 kPa (200～650 kPa)

氣液界位：500 mm (350～650 mm)

油水界位：450 mm (250～650 mm)

2.3 試驗目標

選取不同水含量的油井進行組合，配比成水質量分數為60%～90%井液直接進入試驗裝置脫水。在設計處理量下，經過試驗裝置脫水后，應達到以下指標：

(1)脫后原油水質量分數小于0.5 %。

(2)排水中油的質量濃度不大于200 mg/L。

3 工業試驗運行過程及結果分析

3.1 運行情況

2014年10月24日開始試驗，起初進液量較小，進液量在560～720 m3/d，水的質量分數為90%左右，處理后原油中水質量分數為0.1%～0.2%，排水中油的質量濃度在100 mg/L以下。12月5日，進液量由560 m3/d逐步增加到1 900 m3/d和2 200 m3/d，井液中水的質量分數由90%改為80%，70%和60%進行了試驗，處理后原油水質量分數為0.2%～0.4%，排水中油的質量濃度在200 mg/L以下。電壓運行在3 000～5 000 V，電流很小，運行非常平穩。12月22日停止試驗。

試驗運行數據見圖2。

圖2 多功能油水分離器運行效果

從圖2可看出，處理后原油水質量分數0.1%～0.4%，與平臺分離器處理后原油中水質量分數為3.4%左右相比，說明多功能油水分離器分離效果比傳統分離器脫水效果好很多；處理后原油中水質量分數均小于0.5%，滿足電脫水指標，進一步說明了多功能油水分離器達到了傳統分離器與電脫水器二者合一的脫水效果。

多功能油水分離器不施加電壓時與平臺分離器采用沉降脫水效果對比見圖3。

圖3 多功能油水分離器與平臺分離器運行效果對比

從圖3可以看出：多功能油水分離器在不加電的情況下，其脫水效果優于平臺的油水分離器。這可能與內部物料流動形式有關，多功能油水分離器內物料流動為從下而上流動，流速較慢，平臺分離器內物料為水平流動，流速較快，為前者的幾倍和十幾倍，影響了水滴的沉降。

3.2 工業試驗結果分析

3.2.1 不同處理量的脫水效果

為了保證裝置的平穩運行，處理井液從560 m3/d開始，逐步增大，最大處理量達到2 200 m3/d。井液處理量與脫后原油水含量之間的關系見圖4。

從圖4可看出，隨著井液處理量的增大，脫后原油水含量呈增加趨勢，井液從560 m3/d增加到2 200 m3/d，脫后原油中水的質量分數從0.11%增加到0.36%和0.29%，這與原油乳化液在罐內的沉降時間的減少和上升速度的增加相對應。當未加電沉降脫水時，脫后原油中水的質量分數為0.305%～1.1%，比平臺分離器脫水后原油中水的質量分數3.4%小很多，說明多功能油水分離器比傳統分離器在結構上更加合理；當加電脫水時，脫后原油中水的質量分數為0.11%～0.36%，小于脫后水的質量分數0.5%的電脫水指標。

圖4 井液處理量與脫后原油水含量之間關系

3.2.2 不同水含量的脫水效果

在設計處理能力下，多功能油水分離裝置對水質量分數分別為90%，80%，70%和60%的井液進行試驗。

井液處理量為2 020 m3/d，水的質量分數為90%，處理后原油水含量分析結果見圖5。

圖5 水的質量分數為90%的井液處理效果

井液處理量為1 660 m3/d，水的質量分數為80%，處理后原油水的質量分數分析結果見圖6。

圖6 水的質量分數為80%的井液處理效果

井液處理量為1 260 m3/d，水的質量分數為70%，處理后原油水含量分析結果見圖7。

圖7 水的質量分數為70%的井液處理效果

井液處理量為840 m3/d，水的質量分數為60%，處理后原油水含量分析結果見圖8。

圖8 水的質量分數為60%的井液處理效果

從圖5至圖8可看出，多功能油水分離器處理水質量分數分別為90%，80%，70%和60%的井液時，處理后原油中水的質量分數均小于0.5%，運行平穩，效果穩定。

3.2.3 不同停留時間的脫水效果

水滴沉降速度與原油中水滴的半徑的平方成正比，與油水密度差成正比，與原油黏度成反比。因而不同性質的原油，所需的沉降時間不同。不同停留時間運行效果見圖9。

圖9 不同停留時間的井液處理效果

從圖9可看出，隨著停留時間的增加，多功能油水分離器處理后原油含水呈下降趨勢，當停留時間從13 min增加到55 min，處理后原油中水的質量分數從0.29%下降至0.11%。當未加電沉降時，隨著停留時間的延長，原油含水也隨之降低。

3.2.4 不同電壓的脫水效果

從破乳效果來考慮，微小水滴聚結效率隨施加電場強度的增加而提高，但高電場強度會使電耗上升，同時容易使絕緣電極發生擊穿。因而提高脫水電壓且保證絕緣電極不擊穿是保證脫水效果的關鍵因素。針對原油乳化液，考察絕緣電極的脫水電壓及脫水效果。

條件A：井液處理量為680 m3/d，水的質量分數為90%，電壓為4～6 kV時脫水效果；條件B：處理量為1 300 m3/d，水的質量分數為90%，電壓為6～8 kV時的脫水效果，兩種條件下脫水效果見圖10。

圖10 不同電壓的井液處理效果

從圖10可看出，電壓在4～8 kV時，電壓的變化對脫水效果影響不大，說明對于此油田原油乳化液，施加4 kV左右的電壓時，可以滿足脫水要求。

3.2.5 排水含油

試驗期間，對于不同井液處理量，排水含油情況進行了觀察，當油水界位控制在450～550 mm時，排水較清，沒有發現大量含油的現象。

排水含油的分析數據見表1。

表1 排水含油分析結果(2014年)

從表1可看出，多功能油水分離器處理不同處理量的油田井液時，排水含油控制較好，均小于200 mg/L。

4 結論

綜合分析本次工業試驗，可得出如下結論：

(1)多功能油水分離器處理水的質量分數為60%～90%的井液，處理后原油水的質量分數均小于0.5%，達到了電脫水指標。

(2)多功能油水分離器處理水的質量分數為90%的井液，處理量為設計負荷的115%，處理后原油水的質量分數小于0.5%。

(3)多功能油水分離器運行環保，排水含油不大于200 mg/L，達到技術要求。

(4)多功能油水分離器結構合理，控制靈活方便，操作彈性大，運行平穩。

(5)多功能油水分離器可以替代傳統分離器和電脫水單獨使用，滿足油田脫水的要求。

[1] 陳家慶,常俊英,王曉軒,等.原油脫水用緊湊型靜電預聚結技術(一)[J].石油機械,2008,36(12):75-80.

[2] 陳家慶,初慶東,張寶生,等.原油脫水用緊湊型靜電預聚結技術(二)[J].石油機械,2009,37(5):77-82.

[3] 陳家慶,朱玲,丁藝,等.原油脫水用緊湊型靜電預聚結技術(三)[J].石油機械,2010, 38 (8): 82-86.

(編輯 張向陽)

Application of New Multi-function Oil-water Separation Technology in South China Sea Oil Field

WeiCongda1,CuiXin’an2,WuQilin1,LiuJiaguo2
(1.CNOOCShenzhenCompany,Shenzhen518067,China; 2.SEGLuoyangR&DCenterofTechnology,Luoyang471003，China)

Due to the limitations of spacing, quality and manufacturing cost, the efficiency and size of oil and water separation equipment for offshore oil production platform are much more stricter than those in on-shore oil fields. To meet the requirements of operation of off-shore oil fields, new multi-function oil-water separation technology has been successfully developed and commercially tested in South China Sea oil field. In this technology, the state-of-art electrode technology, electric power technology and new structure of separation equipment have been applied to improve the dehydration efficiency of electro-static dehydration technology for the high-water crude oils. The results of application show that, for the well liquid containing over 60 m%～90 m% water, the water in the dehydrated crude oil is less than 5.0 m% and the oil in the discharged water is lower than 200 mg/L, which meet the required crude oil specifications. The application of this technology has improved the separation efficiency of oil and water, reduced the stages of treatment and minimized the investment of oil field.

electro-static coalescence, multi-function oil and water separation, electro-static dehydration, oil and water separation

2016-07-11；修改稿收到日期：2016-09-27。

魏叢達，高級工程師，1991年7月畢業于中國石油大學, 主要從事海上油氣田生產研究與管理工作。E-mail:weicd@cnooc.com.cn