電脫水器含油污水回流處理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

(中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300457)

在海洋石油開發(fā)開采過程中，由于海上油田所處環(huán)境特殊、油氣集輸流程短、脫水效率要求高且外輸含水指標(biāo)高,實際操作中的主要應(yīng)對措施是將乳化層作為廢油置換出流程[1]。為了提高原油處理的工作效率，避免原油外輸不合格，節(jié)省原油運輸成本，同時使污水外排達標(biāo)、生產(chǎn)水回注達標(biāo)，避免地層堵塞，保護環(huán)境，并且節(jié)省人力物力、降低成本，需要進行新技術(shù)(電脫水器含油污水回流處理系統(tǒng))的開發(fā)與應(yīng)用。

1 海上油田原油處理系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀

目前海上油田普遍的原油處理流程為：石油從井口進入原油換熱器進行加熱，經(jīng)過一級加熱器進行加熱，以及一級分離器進行脫水脫氣處理后，再通過二級加熱器加熱，之后進入二級分離器進行脫水脫氣處理，經(jīng)過電脫增壓泵進入電脫水器進行脫水處理后，到原油換熱器進行冷卻，再用原油外輸泵進行輸送，最后到貨油艙進行原油外輸。原油處理系統(tǒng)采用的處理技術(shù)有以下幾個方面。

圖1 油氣水三相分離器

1.1 油氣水三相分離器脫水

油、氣、水三相混合物經(jīng)入口導(dǎo)流裝置流入分離器底部，結(jié)合入口擋板的作用，能夠最大限度地減小入口流體對分離器的沖擊，同時氣液初步進行分離，見圖1。

氣相上升聚集在分離器的頂部，液相在分離器的中下段流經(jīng)入口分離擋板，進入油水分離填料，液體不斷改變方向的流道增加了流體與填料的接觸面積。填料對液體產(chǎn)生強烈的碰撞和吸附作用，使小液滴通過碰撞變成大液滴，在重力作用下，水滴下沉，油滴上浮，達到油水分離的目的。分離后的氣體流經(jīng)出口處捕霧網(wǎng)，進一步除去氣體中攜帶的小液滴后從管線排出。分離后的油相流過堰板后聚集在一起，聚集后的油相區(qū)和水相區(qū)底部是出口管線，在出口管線處有破渦流裝置，避免形成渦流破壞油水界面。

1.2 電脫水器脫水

在現(xiàn)有的技術(shù)中，電脫水器的電場技術(shù)可分為3種：交流(AC)、直流(DC)、交直流(AC/DC)。國內(nèi)自營油田普遍采用的是交直流形式的電脫水器。工作過程為：來自電脫水供給泵的原油從電脫水器下部的原油進口流入，經(jīng)原油分布管進行初分配，再經(jīng)過設(shè)置在容器底部的原油分配器進行再分配，進入容器的原油均勻分布在容器同一水平面上，原油在容器底部形成一個均勻的上升界面。原油在上升過程中首先進入交流弱電場，原油中的游離水被脫出，然后進入交變?nèi)蹼妶觯椭械乃握袷幉⒕奂诖诉^程中可脫除大部分較大的水滴。然后原油繼續(xù)向上運動進入直流強電場，原油中的較小乳化水滴在強電場作用下極化，由于電極板垂直分布，偶極化的水滴在直流電廠中受力不平衡，在電場的作用下向臨近的極板運動，抵達極板而獲得電荷后，向相反極性板加速運動，在運動中水滴碰撞聚結(jié)，當(dāng)水滴變得足夠大時，其重力使水滴沉降于罐的底部。經(jīng)直流電場脫除小水滴后，達到脫水指標(biāo)的原油，經(jīng)容器頂部的集油管收集后流出電脫水器[2-4]，見圖2。

圖2 電脫水器結(jié)構(gòu)

電脫水器的脫水形式主要分為3種：電泳聚結(jié)；偶極聚結(jié)；振蕩聚結(jié)。交直流電脫水器就是把這3種聚結(jié)方式聯(lián)合在一起進行聚結(jié)脫水[5]。

1.3 化學(xué)藥劑破乳脫水

破乳劑的破乳過程一般分為 3個階段: ①破乳劑加入原油乳狀液后,讓它分散在整個油相中, 并能進入被乳化的水珠上；②破乳劑滲入到乳化水珠的保護層, 并使保護層脆弱變皺破壞, 保護層破壞后, 被乳化的水珠互相接近并接觸；③水珠聚結(jié), 被乳化的水珠從連續(xù)相分離出來[6]。

2 影響油水分離質(zhì)量的問題

經(jīng)原油處理系統(tǒng)處理后的原油的含水量要達到0.5%以下，在此期間必須啟動電脫水器進行油水分離。當(dāng)油田進行鉆完井作業(yè)、修井作業(yè)以及酸化作業(yè)等增產(chǎn)措施，使大量不同種類的表面活性劑進入油田采出液中，形成復(fù)雜的乳化液，對流程沖擊大，增加了脫水難度，主要表現(xiàn)在電脫水器頻繁跳電、外輸原油超標(biāo)和污水處理困難，使現(xiàn)場工人在處理流程時身心疲憊，如果處理不及時會造成下游流程的核桃殼過濾器等設(shè)備受到污染、外排超標(biāo)、污水回注不合格，甚至?xí)Νh(huán)境造成污染或引發(fā)回注的地層堵塞等嚴(yán)重后果。

3 解決措施

通過對工藝流程進行改造，在借鑒國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化和研發(fā)而形成的新技術(shù)，可以有效解決上述問題。

此技術(shù)是在原有技術(shù)的工藝流程和原理的基礎(chǔ)上，在二級分離器處增加了電脫水器含油污水回流處理系統(tǒng)，通過工藝流程改造把電脫水器的水相管線跟二級分離器油相入口管連接，使不合格的生產(chǎn)污水(含有很多的乳化液)進入二級分離器，增加乳化液反應(yīng)時間，進行油水分離，提高分離效果，避免不合格的生產(chǎn)污水(含有很多的乳化液)進入污水處理系統(tǒng)，對污水處理系統(tǒng)的設(shè)備造成污染，使污水系統(tǒng)在出現(xiàn)故障的情況下，也能夠保證外排合格，避免環(huán)境污染[7]。

電脫水器含油污水回流處理系統(tǒng)所采取的技術(shù)方法是：將電脫水器的水相出口與二級分離器油相入口管線相連接，形成含油污水回流管路，在含油污水回流管路上裝有第一閥組，在含油污水排放管路上裝有第二閥組。當(dāng)電脫水器排出的生產(chǎn)污水不合格時，使其回流到二級分離器進行重新處理；當(dāng)電脫水器排出的生產(chǎn)污水合格時，則使其進入生產(chǎn)水處理系統(tǒng)進行處理，見圖3。

為能進一步了解本電脫水器含油污水回流處理系統(tǒng)的內(nèi)容、特點及功效，茲舉以下實施例并配合圖3說明如下。

第一閥組包括第一單流閥6、第一遙控電磁閥1-2、第一旁通球閥1-4、位于第一遙控電磁閥一側(cè)的第一手動球閥1-1和位于第一遙控電磁閥另一側(cè)的第二手動球閥1-3。

第二閥組包括第二遙控電磁閥2-2、第二旁通球閥2-4、位于第二遙控電磁閥一側(cè)的第三手動球閥2-1和位于第二遙控電磁閥另一側(cè)的第四手動球閥2-3。通過第一閥組和第二閥組可在生產(chǎn)污水處理過程中便于遙控和手動流程切換。

正常操作狀態(tài)：第一手動球閥1-1、第二手動球閥1-3、第三手動球閥2-1、第四手動球閥2-3為常開狀態(tài)；第一旁通球閥1-4、第二旁通球閥2-4為常關(guān)狀態(tài)。

生產(chǎn)污水合格時，第二遙控電磁閥2-2打開，第一遙控電磁閥1-2關(guān)閉，使生產(chǎn)污水進入生產(chǎn)水處理系統(tǒng)。

生產(chǎn)污水不合格時，第一遙控電磁閥1-2打開，第二遙控電磁閥2-2關(guān)閉，使生產(chǎn)污水進入二級分離器重新處理。

閥門操作的原則是先開后關(guān)。

工作原理為：當(dāng)電脫水器3的水相出口排出的污水不合格時，第一遙控電磁閥1-2打開，第二遙控電磁閥2-2關(guān)閉。此時，不合格的污水通過與電脫水器水相排出管路連通的含油污水回流管路8進入二級分離器4繼續(xù)進行處理，直至達標(biāo)。生產(chǎn)水處理達標(biāo)后，第一遙控電磁閥關(guān)閉，第二遙控電磁閥打開，生產(chǎn)水處理系統(tǒng)恢復(fù)正常。

4 結(jié)論

此技術(shù)解決了電脫水器頻繁跳電、外輸原油超標(biāo)和污水處理困難等問題，并獲得國家實用新型專利，具備以下幾點技術(shù)優(yōu)勢。

1)通過流程的優(yōu)化可以保證原油脫水的質(zhì)量，節(jié)省了原油的運輸成本。

2)保證了污水脫油過程中生產(chǎn)水流程的正常運作，避免了污水處理設(shè)備(斜板、核桃殼過濾器等)被高含油污水污染。

3)優(yōu)化了工藝流程，通過電脫水器含油污水回流處理系統(tǒng)將含油污水直接轉(zhuǎn)入工藝流程，比傳統(tǒng)的電脫轉(zhuǎn)閉排、閉排轉(zhuǎn)流程的工藝處理方法更安全，操作起來比傳統(tǒng)的工藝處理方法更簡單，無需將乳化液頻繁打入閉排罐，減小現(xiàn)場作業(yè)人員的工作量，使現(xiàn)場工人在人性化的工作條件下工作。

4)在污水脫油的過程中，使生產(chǎn)水中的油達到最大的回收，避免了浪費。

5)在污水回注過程中避免地層堵塞或者使污水外排的含油量降低。

采用此技術(shù)方案，能確保電脫水器的正常運行，并使其油相排出口含水達標(biāo)，實現(xiàn)油氣田開發(fā)與環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展，樹立公司履行社會環(huán)保責(zé)任的良好形象。

[1] 肖蘊,趙軍凱,許濤,等.原油電脫水器技術(shù)進展[J].石油化工設(shè)備，2009(6):49-53.

[2] 王春升.淺談原油電脫水器的設(shè)計[J].中國海上油氣(工程),1998(5):14-18.

[3] 王鳳巢,張建,崔景亭.高頻脈沖電脫水機理淺析[J].石油規(guī)劃設(shè)計,1998(3):36-37.

[4] 楊思明.蓬萊19-3油田原油脫水方案研究——電脫水器與離心機的比選[J].中國海上油氣(工程),2002(5):13-17.

[5] 馬健偉.電脫水器垮電場原因分析及解決措施[D].大慶石油學(xué)院,2005.

[6] 宋華,馬健偉,李金玲.原油靜態(tài)脫水參數(shù)的考察及破乳劑的影響[J].石油煉制與化工,2005(2):48-51.