高頻聚結油水分離技術裝置在油田生產中的應用

葛陽（大慶油田工程有限公司）

高頻聚結油水分離技術裝置在油田生產中的應用

葛陽（大慶油田工程有限公司）

針對油田聯合站來液含水高、乳化嚴重、性質復雜、導電性強和穩定性差，常規分水器油水分離效果下降，油出口含水上升，導致外輸原油含水指標達不到設計要求，油田聯合站油水處理系統綜合能耗升高等問題，提出了采用高頻聚結油水分離技術裝置這一新型原油脫水裝置，介紹了高頻聚結油水分離技術工作原理、技術特點、現場應用情況，并對應用效果作了分析。實踐證明，高頻聚結油水分離技術裝置具有原油處理流程簡化、處理時間大幅縮短、油水分離效果好、節能減排效果明顯等優點，完全能滿足高聚合物含量、高含水率、高乳化原油、高導電性等油井采出液的高效低耗原油脫水技術要求，具有較高的推廣應用價值。

高頻；聚結；油水分離；裝置；應用效果

隨著老油田開發進入特高含水開發期，以及二元復合驅油方式等三次采油技術在油田的廣泛應用，油井采出物聚合物含量從無到有明顯增加，原油密度、純油黏度和原油乳化程度均得到提升。油田聯合站來液含水高、乳化嚴重、性質復雜、導電性強和穩定性差，常規分水器油水分離效果下降，油出口含水上升，導致外輸原油含水指標達不到設計要求，油田聯合站油水處理系統綜合能耗升高等問題[1]。為了提高原油分水器油水分離效果，解決傳統三相分離器僅依靠機械聚結材料（填料）表面接觸聚結，聚結時間短、不充分、效率低等不足，提高分水器油水分離效率，在調查研究的基礎上，在油田生產中引進應用高頻結聚油水分離技術裝置，并取得了良好的現場應用效果。

1 工作原理

高頻聚結油水分離技術裝置是以高頻脈沖技術為核心，同時將高頻電場空間聚結與機械表面物理聚結相結合研制而成的新型原油脫水裝置。其高頻脈沖供電工作原理是：任何電介質（原油乳化液）都存在其固有的擊穿伏秒特性，通過調整高頻脈沖的頻率和占空比（送電時間），使脈沖輸出時間小于乳狀液短路擊穿時間，既可在電極間加較高電場，又可避免短路擊穿，從而在導電性強的乳狀液中建立健全穩定的高頻振蕩電磁場，小水珠在電場中產生變形、碰撞聚結成大水珠而快速沉降分離，實現高含水來液電場聚結分離。其乳狀液滴在高頻電場中的破乳、變形、聚結機理是：高頻高壓電場使乳狀液中的水珠（導電流體）在電場中產生振動、變形，而在自由狀態下，液滴界面膜有自身固有的振動諧振頻率，當外加電場頻率接近界面膜諧振頻率時兩者形成共振，界面膜因振動、變形幅度增大而破裂，從而實現破乳，并在電場力的作用下實現快速聚結合并[2]。

2 技術特點

1）對高含水三采原油實現高效油水分離處理。傳統三相分離器僅依靠機械聚結材料（填料）表面接觸聚結，進入三相分離器的介質只有與聚結填料接觸時才有聚結作用，聚結機會小、時間短、聚結不充分，其聚結原理決定了傳統的機械式三相分離器很難實現對高含水三次采油原油的高效油水分離處理。而高頻聚結油水分離裝置利用高頻脈沖供電技術實現了高含水采出液的靜電聚結油水分離處理，同時將高頻電場空間聚結與機械表面物理聚結相結合，進入裝置的介質在任何空間、任何時間內均有聚結作用，在電場力作用下水滴變形、運動碰撞機率增大，小水滴快速聚結，實現高效油水分離。

2）油水分離技術閉環，縮短了處理流程。傳統的處理工藝流程主要包括三相分離、加熱、破乳、一次沉降、二次沉降、動力提升、二次加熱、三次沉降、外輸等。該原油處理工藝流程不但設備多、操作工作量大，還會破壞原油已有的油水分離慣性，同時還會造成原油在流程內的反復乳化，對油水分離不利；而高頻聚結油水分離技術利用快速變化的電場打破乳狀液的穩定性，在裝置內節點化整合破乳、加熱、提升表面聚結、電場聚結、污水除油等技術，完成一站式聚結分水，實現油水分離技術閉環，縮短了原油脫水處理流程。

3）原油油水分離高效，降低了系統整體能耗。高頻聚結技術利用快速變化的電場在較低溫度下即可打破乳狀液的穩定性，增強小液滴的運動能力，從而實現在裝置內節點化整合破乳、加熱、提升表面聚結、電場聚結、污水除油等技術，完成一站式聚結分水，可大幅降低油水處理能耗，實現油水處理系統整體系統節能。

3 現場應用

該高頻聚結技術在大慶油田某采油廠聯合站投入現場應用。該站來液平均含水率高達93%至95%，采用1臺φ4000X20500高頻聚結裝置和原有的1臺三相分離器分別處理，同時停運站內1臺三相分離器。高頻聚結裝置設計處理量8000 m3/d，設計處理溫度57℃；實際處理液量8000 m3/d，處理油量1437 m3/d（占站內總油量61%），處理溫度55℃；裝置出口油中含水平均在15%以下，水中含油在300 mg/L至900 mg/L之間；高頻聚結裝置運行頻率200 kHz，實際運行功率5 kW。表1為高頻聚結油水分離技術與站內原處理工藝流程對比數據統計表。

另外，在處理原油溫度為48～51℃與三相分離器處理溫度接近的運行工況條件下，高頻聚結裝置出口中含水在35%以下，而三相分離器出口油中含水為70%左右，這充分說明高頻聚結裝置油水處理分離效果明顯優于傳統的三相分離技術。而在來液溫度基本滿足聚結的設計要求時，裝置運行機制穩定，出口油中含水低于15%，達到高頻聚結裝置出口中含水小于20%的設計要求，油水分離效果好。

表1 高頻聚結油水分離技術與站內原處理工藝流程對比數據統計

4 應用效果分析

1）油水分離效果好。由表1可知，改造前該站原安裝使用2臺三相分離器，三相分離器出口平均含水75%，而應用高頻聚結油水分離技術裝置后，在滿足裝置設計要求的前提下，出口油中含水低于15%，它與傳統機械式三相分離器相比，具有明顯的油水分離效果。

2）降低站內加熱負荷。改造前，站內運行2臺三相分離器，分離器出口原油含水75%，進站內加熱系統的液量為7750 m3/d。1臺高頻聚結油水分離技術裝置投運后，停運1臺三相分離器，來液由高頻聚結裝置和另1臺三相分離器處理，由于高頻聚結裝置出口含水低（高頻聚結裝置處理油量占站內油量61%），進加熱系統液量由7750 m3/d降至5050 m3/d。目前站內已停運2臺二合一加熱爐，沉降溫度由以前的74℃升至78℃，外輸溫度由原來的66℃升至70℃，外輸含水由原來的20%降到15%以下。

高頻聚結油水分離裝置進液含水87%，內部加熱溫升6℃，熱負荷3014 kW，裝置油出口流量溫升16℃，熱負荷1037 kW，按普通三相分離器油出口溫升22℃計算，則需要熱負荷2690 kW；而改造前該站總熱負荷為7045 kW，則改造后該站熱負荷減少了304 kW，站內熱負荷下降效果明顯。

3）節能效益明顯。304 kW的熱負荷折算成燃料相當于每天節省燃油0.8 t，按2300元/t原油價格計算，則該站每年可節省燃料費為67.16萬元；投運高頻聚結油水分離裝置，每年增加用電量為43 800 kWh，電量價格按0.65元/kWh計算，則改造后增加電費支出為28470元。該裝置投用后，每年可產生直接經濟效益為64.313萬元。

4）減排效果明顯。改造后，該站每年可減少燃油（原油）消耗292 t，按每噸燃油（原油）燃燒產生3.366 t二氧化碳、0.273 6 t二氧化硫、0.136 8 t氮氧化物計算，則每年可減少排放982.872 t二氧化碳、79.891 2 t二氧化硫、39.945 6 t氮氧化物，減排效果明顯。

5）原油處理流程簡化，處理時間大幅縮短，可改變站內原有原油處理模式。

聯合站來液滿足高頻聚結裝置處理設計要求時，裝置原油出口平均含水可控制在15%以下，低于高頻聚結裝置投運前站內外輸原油平均含水22%的處理指標。如果繼續維持22%的外輸原油含水指標，則可縮短站內現有的原油處理流程，節省處理時間和費用。采用高頻聚結裝置維持現有外輸指標的處理流程是：井站來液—高頻聚結裝置—原油外輸儲罐—外輸，與原傳統的處理工藝流程相比，工藝處理流程大大簡化，處理時間大幅縮短，處理費用下降，處理模式得到改變。

5 結束語

針對老油田開發進入特高含水開發期，原油開采難度增加，油井采出液聚合物含量高、含水率高、原油乳化嚴重、性質復雜、導電性強和穩定性差，油水處理難度增大，原油脫水效果變差，系統能耗提升等問題，通過開展新技術、新工藝、新產品的研究與現場試驗應用，有效解決油水分離問題，提升原油處理系統整體能源利用效率，降低油水處理站的總體熱負荷。實踐證明，高頻聚結油水分離技術裝置是一種新型高效優質原油脫水裝置，具有原油處理流程簡化、處理時間大幅縮短、油水分離效果好、節能減排效果明顯等優點，完全能滿足高聚合物含量、高含水率、高乳化原油、高導電性等油井采出液的高效低耗原油脫水技術要求，具有較高的推廣應用價值。

[1]朱益飛.勝利油田全方位做好節能減排[J].電力需求側管理，2012，14（4）：64.

[2]陳文征，張貴才，尹海峰.波紋板聚結油水分離技術研究進展[J].石油礦場機械，2007，36（5）：27-29.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.009

2016-04-10

（編輯 李珊梅）

葛陽，2004年畢業于大慶石油學院（石油工程專業），從事油氣集輸設計工作，E-mail：geyang@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區西苑街46-3號，163712。