三相分離器分離效果受控因素及優化評價

李彤蔚，周冰欣，張 煜，牛金玲

（1.中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006；2.中國石油長慶油田分公司第四采油廠，寧夏銀川 750006）

三相分離器分離效果受控因素及優化評價

李彤蔚1，周冰欣1，張 煜1，牛金玲2

（1.中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006；2.中國石油長慶油田分公司第四采油廠，寧夏銀川 750006）

目前，長慶油田所開發“三低”老油藏面臨含水不斷上升，雜質含量增加的現狀，大量高含水采出液對后期油品處理及加工造成巨大壓力。其中，油氣水分離是一項技術要求高，至關重要的復雜工藝。第三采油廠Z1聯合站內所采用的HXS 3.0X12.4-0.6-Y型高效油氣水三相分離器是集兩相分離、三相分離、電脫水分離為一體的高科技、高技術處理設備，其分離效果直接影響后端原油處理流程的運行，該文重點分析其運行參數的確定、主要受控因素以及存在問題和所進行的優化措施，為滿足原油凈化要求提出建設性改進。

三相分離器；受控因素；優化

近些年來，長慶油田所開發油藏區塊，例如姬塬油區作為最早期開發的油區之一，多數老井日趨呈現油層含水率逐漸上升，含水率為50%～60%，個別井口含水率高達90%。因此，油氣水分離成為當下急需解決的工藝難題。目前油區主要使用的HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器在處理“三高”產出液時暴露出一系列問題。本文主要針對站內3具HXS 3.0X12.4-0.6-Y型高效油氣水三相分離器現場應用運轉模式及存在問題，進行逐一分析，提出可行性解決方案[1，2]。

1 運行現狀及存在問題

Z1聯合站脫水工藝為“三相分離+沉降+除油”模式運行，站內配置3臺日處理能力1 200 m3HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器，設計原油處理能力30×104t，日脫水能力 2 000 m3，但近些年隨著“三低”油田開發層系變化導致各區塊產出液不同程度出現高含水、高含砂、高含氣，三相分離器的處理效果也不盡如意，在現場應用中逐漸暴露出一系列問題。本文主要針對站內3具HXS 3.0X12.4-0.6-Y型高效油氣水三相分離器現場應用運轉模式及存在問題，進行逐一分析，提出可行性解決方案[3-6]。

1.1 HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器工作原理及技術特點

油、氣、水混合物以高速由一級捕霧器，進入三相分離器氣液分離區，首先將大部分的氣體分離出來，通過氣體導管進入二級捕霧器，與從設備內分離出的氣體一起流出設備（見圖1）。在此設有旋液分離裝置，同時對油水進行預分離，預分離后的液體則通過落液管流入液體流型自動調整裝置，對流型進行整理，在此過程中，作為分散相的油滴進行破乳、聚結，而后隨油水混合物進入分離流場，在流場中設置有穩流和聚結裝置，為油水液滴提供穩定的流場條件，實現油水的高效聚結分離。分離后的原油通過隔板流入油腔，而分離后的污水則經過污水抑制裝置重新分離，含油量進一步降低，通過導管進入水腔，從而完成油水分離過程。

圖1 三相分離器結構原理

主要技術特點：（1）采用板槽式布液技術，可以加快油水分離速度，提高水洗破乳效率；（2）采用聚結、聚流分離填料，改善分離條件，提高油、水分離效率；（3）針對某些部分井出砂問題，采用斜板出砂工藝及內壓助排排砂工藝，提高了除砂（泥）效率（粒徑＞75 μm，除砂率＞95%），保證了容器內不積砂（泥），不影響設備分離效果；（4）三相分離器油、水液位及壓力自動控制，基本實現操作自動化。

配套使用具有油凈、水清、界面齊、無掛壁現象的YT－100型破乳劑，以確保三相分離器長期平穩運行。

1.2 HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器運行現狀

表1 HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器設計參數與運行參數對比表

對比參數可見（見表1），目前運行中存在的主要問題是：

（1）實際脫水后溫度較低。

（2）分離后原油含水≤2%（平均值），不能滿足設計要求。

2 分離效果受控因素分析

基于原油分離現代技術的要求及長慶油田高速發展的需求和本油區開發各個階段的具體情況，就影響HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器分離效果因素進行詳細分析并制定可行性解決方案。

2.1 最佳運行參數分析

運行參數適當與否是影響三相分離器運行效果的關鍵因素。為此，重點分析溫度、壓力、破乳劑種類及濃度運行范圍。

（1）在加藥濃度30 mg/L、壓力0.15 MPa的情況下，探討溫度對HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器運行效果的影響（見表2，圖2）。

表2 溫度與原油含水率、污水含油關系表

圖2 在加藥濃度30 mg/L、壓力0.15 MPa的條件下，溫度與脫后原油含水率、污水含油關系圖

從表2、圖2數據可以看出脫水溫度在40℃～45℃時，HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器的脫后原油含水率和污水含油率都在合格范圍內，理想分離溫度應控制在42℃左右。溫度升高后原油黏度降低，有利于乳化劑向油水界面擴散，降低油水界面張力；親水和憎水鏈節向油水界面轉移，使破乳劑所占據有效面積擴大，排替出更多的成膜物質，有利于提高破乳率。但溫度值高于46℃以上值時，原油黏度下降幅度就會變小，且當溫度過高時就會導致破乳劑失效，破乳效果極差。

（2）在溫度42℃、壓力0.15 MPa的情況下，探討加藥濃度對HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器運行效果的影響（見表3，圖3）。

表3 加藥濃度與原油含水率、污水含油關系表

圖3 在溫度42℃、壓力0.15 MPa的條件下，加藥濃度與污水含油、原油含水率關系圖

從表3、圖3可以看出加藥濃度在30 mg/L～40 mg/L時，HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器的原油分離效果相對較好。加藥濃度增加，原油分離效果提高，這是因為加藥濃度增加可以增加藥劑與原油的接觸面積和接觸時間，而原油破乳劑具有良好的表面活性和界面活性。良好的潤濕性能，能改善界面性質，降低界面膜的強度，從而提高原油的分離效果。但是破乳劑的用量并不是越大越好，因為破乳劑終究也是表面活性劑，用量過大會出現二次乳化現象，從而影響原油品度，破乳率下降。

表4 壓力與原油含水率、污水含油關系表

圖4 在溫度42℃、加藥濃度30 mg/L的條件下，壓力與原油含水率、污水含油關系圖

（3）在溫度42℃、加藥濃度30 mg/L情況下，討論壓力對HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器運行效果的影響（見表4，圖4）。

從表4、圖4可以看出在0.10 MPa～0.25 MPa范圍內，壓力值處于0.12 MPa左右時原油的分離效果最好。分離器壓力控制過高或者過低對HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器的原油脫水效果都存在一定的影響。壓力過高，出油率增大，使三相分離器的分離區液面下降較快，縮短沉降時間，出口原油含水率和污水含油超標；壓力過低，出油速率降低，容易使液面迅速升高，增大了脫后原油含水率。

通過一系列的跟蹤對比，通過對HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器不同運行參數的變量控制，得出以下結論：在每天處理量約為1 600 t的條件下，脫水溫度控制在40℃～44℃、壓力控制在0.12 MPa～0.15 MPa、加藥濃度在30 mg/L～40 mg/L，其中：最佳參數組合為溫度42℃、壓力0.12 MPa、加藥濃度30 mg/L。

2.2 破乳劑種類篩選與濃度確定

根據現場實際及三相分離器的設計參數，確定試驗定量：溫度為45℃、破乳時間為120 min，選用三種不同型號的破乳劑做試驗，不同濃度下對C1、C2油藏脫水率（見表5）。

表5 破乳劑破乳試驗表

由表5可見，YT-100型破乳劑對延長區C1、C2地層原油破乳效果較好，所以，Z1聯合站應選用YT-100型破乳劑，以達到最佳破乳效果。

3 優化措施及效果評價

3.1 三相分離器工藝現狀

從表1可以看出，三相分離器來液溫度過低進而造成三相分離器的實際運行溫度遠遠低于設計溫度，從而導致三相分離器運行效果不佳。分析三相分離器工藝流程發現：

（1）現場浮頭式換熱器雖使用年限只有一年，但是管程長期輸送毛油，內部腐蝕阻塞嚴重，運行過程中，為保證換熱器進出口壓差處于正常范圍，操作人員不得不打開部分旁通，從而導致溫度過低（見圖5）。

（2）殼程熱源為穩定換熱器組凈化油，溫度較低（50℃～60℃），對毛油溫度的提升能力非常有限。

圖5 三相分離器進液加熱流程（采取措施前）

3.2 優化改進措施

（1）更換原三相分離器進液加熱換熱器；

（2）更換殼程熱源，采用真空相變加熱爐提供的熱水直接供熱。采取措施后的現場流程圖（見圖6）。

3.3 改進效果

改造后三相分離器運行效果（見表6）：

（1）三相分離器運行溫度能夠保持在40℃～50℃，滿足了三相分離器的設計溫度；

（2）在破乳劑濃度減少的情況下，處理后原油含水小于0.2%，處理后污水含油保持在100 mg/L左右，滿足了生產要求。

4 總結及優化方案

（1）嚴密監控三相分離器的進液溫度在45℃～60℃，以保證三相分離器運行溫度保持在45℃左右。

（2）嚴格執行三相分離器檢修計劃，定期維護三相分離器內部以及外部附件，減少設備本身對油水分離效果的影響。

圖6 三相分離器進液加熱流程（采取措施后）

表6 HXS 3.0X12.4-0.6-Y型三相分離器優化后運行情況跟蹤表

（3）對于氣油比較大的來液，除井口運行保溫外，還應對分離器和油氣水主管線采取伴熱措施，可采用電加熱帶、蒸汽管線伴熱等措施。對井排來油高效分離器提供伴熱后，使高效分離器出油溫度顯著提高，在進入一次沉降罐后較易沉降脫水，保證了脫水及穩定工藝的連續運行。降低了穩定油的含水，提高了加熱系統的熱效率。

（4）為了保證液量較大的情況下能夠正常排液，分離器需具有一定的壓力。但分離器壓力過高會影響分離器的進液，使中轉站或計量站的外輸出口以及回壓增高，不利于輸油。因此較高的分離器壓力不但影響油氣的分離效率，增加生產能耗，而且影響安全生產，故建議三相分離器工作壓力控制在0.12 MPa～0.15 MPa。

［1］何娟，等.不穩定混合來液對HXS型三相分離器分離效果的影響及改進［C］.第九屆寧夏青年科學家論壇論文集，2013：51-55.

［2］曾獻軍.化工管理手冊［M］.北京：石油工業出版社，2014.

［3］楊永華.HXS型高效三相分離器應用效果與常見問題及對策［J］.中國化工貿易，2006，13（3）：78-80.

［4］何新明.HBP高效三相分離器在靖二聯合站的應用［J］.化工管理，2009，16（2）：95-98.

［5］關克明.三相分離器技術的應用及效益評價［J］.石油化工應用，2010，29（6）：58-60.

［6］Nalco Chem Co.Composes for inhibiting clay swelling in subterranean formation［S］.US5342530-A，1994.

Discussion on the control factors and optimization evaluation of the separation effect of three-phase separator

LI Tongwei1，ZHOU Bingxin1，ZHANG Yu1，NIU Jinling2
（1.Oil Production Plant 3 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yinchuan Ningxia 750006，China；2.Oil Production Plant 4 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yinchuan Ningxia 750006，China）

At present,the"three low"old reservoir developed by Changqing oilfield is facing the current situation of increasing water content and increasing impurity content.A large number of high water cut production fluids cause great pressure on later oil processing and processing.Among them,oil and gas water separation is a high technical requirement and a very important complex process.HXS 3.0X12.4-0.6-Y type oil gas water separator third oil production plant of Z1 station is used in phase separation,phase separation,electric dehydration as one of the high-tech processing equipment,the separation effect of crude oil process directly affects the back-end operation.This paper focuses on the analysis of the operating parameters,determine the main controlling factors and the existing problems and optimization measures carried out,in order to meet the requirements of constructive improvement of crude oil purification.

three phase separators；controlled factors；optimization

TE977

A

1673-5285（2017）12-0044-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.12.011

2017－11-23