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高效稠油脱水工艺技术研究及应用

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高效 脱水 工艺 技术研究 应用
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© 1994 〕 〔 石 第 卷 第 期文 章 编 号 一 一 一高 效 稠 油 脱 水 工 艺 技 术 研 究 及 应 用李 冬 林 , 方 云 , 罗 立 新中 国 石 化 河 南 石 油 勘 探 局 勘 察 设 计 研 究 院 , 河 南 南 阳摘 要 针 对 稠 油 开 发 进 入 高 含 水 期 , 脱 水 难 度 大 、 能 耗 高 的 情 况 , 研 究 了 高 含 水 稠 油 的 脱 水 规 律 和 配 套 技 术 。 研 制的 型 油 气 水 砂 高 效 四 相 分 离 设 备 , 在 处 理 含 水 左 右 的 稠 油 时 , 一 段 脱 水 指 标 达 到 原 油 含 水 小 于 ,污 水 含 油 小 于 。 该 设 备 的 使 用 大 大 简 化 了 含 砂 稠 油 脱 水 、 集 输 和 处 理 流 程 , 具 有 结 构 紧 凑 、 处 理 量 大 、操 作 稳 定 可 靠 、 有 效 利 用 率 高 、 分 离 效 果 好 和 自 动 化 程 度 高 等 特 点 。关 键 词 稠 油 脱 水 四 相 分 离 器 工 艺 效 果中 图 分 类 号 文 献 标 识 码与 稀 油 相 比 , 稠 油 采 出 液 密 度 大 , 粘 度 高 , 胶 质沥 青 质 含 量 多 , 含 砂 稠 油 破 乳 和 脱 水 非 常 困 难 。 由于 泥 砂 和 胶 质 沥 青 质 的 堵 塞 , 在 稀 油 脱 水 中 广 泛 应用 的 填 料 聚 结 技 术 不 能 很 好 应 用 , 集 输 处 理 工 艺 比较 复 杂 , 一 般 采 用 掺 稀 油 、 大 罐 沉 降 、 多 级 加 热 的 集输 处 理 工 艺 流 程 一 〕 。 常 规 脱 水 工 艺 设 备 效 率 非 常低 , 而 且 投 资 大 , 运 行 费 用 高 。 因 此 , 有 必 要 研 制 专用 于 稠 油 脱 水 的 工 艺 和 设 备 。稠 油 脱 水 技 术 研 究在 借 鉴 已 有 分 离 技 术 的 基 础 上 , 针 对 高 含 水 原油 , 特 别 是 高 含 泥 砂 稠 油 的 特 点 , 通 过 从 不 同 角 度 对油 气 水 分 离 的 规 律 和 理 论 做 进 一 步 的 研 究 , 研 制 的新 型 四 相 分 离 器 结 构 更 为 优 化 。 采 用 人 口 旋 流 预 脱气 , 稠 油 密 闭 除 砂 等 技 术 , 可 大 大 提 高 设 备 的 运 行 效率 , 降 低 设 备 的 运 行 能 耗 。设 备 结 构 优 化分 析 研 究 表 明 , 同 一 设 备 分 离 效 果 的 好 坏 不 仅与 填 料 聚 结 有 关 , 同 时 与 设 备 内 流 动 特 性 也 密 切 相关 。 流 动 特 性 好 , 则 流 体 停 留 时 间 长 , 反 之 则 停 留 时间 短 。 在 遵 循 多 相 流 体 力 学 及 流 体 相 似 理 论 的 基 础上 , 采 用 粒 子 图 像 测 速 和 液 滴 动 态 粒 径 分 析等 技 术 , 通 过 进 行 停 留 时 间 分 布 、 分 离 特 性 试 验 和 液滴 动 力 学 分 析 , 分 别 对 设 备 各 功 能 段 不 同 构 件 进 行了 优 选 , 最 后 提 出 油 气 水 分 离 设 备 根 据 各 构 件 的 不同 作 用 可 分 为 人 口 、 布 液 、 聚 结 和 集 液 四 个 主 要 部 分组 成 。 研 究 结 果 表 明 , 优 化 设 备 的 流 场 特 性 已 较 接近 于 塞 状 流 , 已 经 形 成 了 稳 定 的 流 场 , 为 油 水 分 离 创造 了 良 好 的 内 部 环 境 。入 口 旋 流 预 脱 气油 气 水 三 相 分 离 , 气 一 液 之 间 比 较 容 易 进 行 , 而液 一 液 困 难 。 据 调 查 , 大 多 三 相 分 离 设 备 , 气 一 液 和液 一 液 的 分 离 都 在 设 备 内 部 进 行 , 气 相 空 间 约 占 设备 有 效 容 积 的 左 右 。 气 一 液 分 离 靠 重 力 进 行 ,效 率 比 较 低 。随 着 近 几 年 旋 流 技 术 的 发 展 , 气 一 液 之 间 的 分离 逐 步 由 依 靠 重 力 转 变 到 靠 离 心 力 进 行 , 效 率 得 到了 大 幅 度 提 高 。 通 过 对 气 一 液 旋 流 预 脱 气 的 研 究 认为 , 气 一 液 分 离 界 于 气 一 固 旋 风 分 离 和 液 一 液 旋 流分 离 之 间 。 室 内 进 行 试 验 , 在 模 拟 设 备 进 口 处 引 人预 分 离 旋 流 器 的 情 况 下 , 基 本 可 脱 出 以 上 的 气体 , 脱 出 的 气 体 经 旋 流 器 内 的 捕 雾 器 后 直 接 进 人 二级 捕 雾 而 不 进 人 设 备 内 部 空 间 , 这 样 进 行 油 一 水 分离 的 液 相 容 积 由 原 来 的 左 右 可 提 高 到 以上 。 人 口 旋 流 预 脱 气 不 仅 能 够 提 高 设 备 的 有 效 液 相容 积 , 而 且 对 平 衡 设 备 压 力 , 稳 定 流 态 , 消 泡 吸 能 也有 一 定 的 作 用 。 实 事 上 该 技 术 对 处 理 高 油 气 比 原油 、 易 起 泡 原 油 的 油 气 分 离 是 非 常 有 效 的 。 预 脱 气后 原 油 中 剩 余 的 少 量 溶 解 气 对 乳 化 液 进 一 步 破 乳 也有 一 定 好 处 。活 性 水 强 化 水 洗 破 乳油 水 混 合 物 经 人 口 构 件 到 分 离 器 底 部 水 层 内 ,当 油 水 混 合 物 向 匕 通 过 水 层 时 , 由 于 水 的 表 面 张 力较 大 , 使 原 油 中 的 游 离 水 、 破 乳 后 粒 径 较 大 的 水 滴 、收 稿 日 期 一 一作 者 简 介 李 冬 林 , 高 级 工 程 师 , 年 生 , 年 毕 业 于 石 油大 学 华 东 石 油 与 天 然 气 储 运 专 业 , 现 从 事 油 气 集 输 设 计 研 究工 作 。 电 话 一© 1994 , 这 一 过 程 称 为 水洗 。 以 往 水 洗 在 原 油 脱 水 中 的 应 用 主 要 是 在 沉 降 罐中 进 行 游 离 水 分 离 。 型 分 离 器 在 引 人 水 洗 过程 以 后 , 经 现 场 测 试 , 设 备 分 离 效 果 有 较 大 程 度 上 的提 高 。 分 析 认 为 是 水 洗 不 仅 能 使 游 离 水 快 速 分 离 ,使 大 部 分 水 量 从 原 油 中 分 出 , 原 油 从 油 水 界 面 处 沿分 离 器 截 面 上 流 动 的 流 速 减 慢 , 为 原 油 中 较 小 粒 径的 水 滴 沉 降 创 造 了 有 利 条 件 同 时 由 于 油 水 混 合 物在 水 洗 室 里 进 行 碰 撞 、 磨 擦 、 翻 滚 和 搅 拌 等 作 用 , 还能 够 起 到 二 次 强 化 破 乳 的 效 果 。 目 前 , 对 水 洗 破 乳机 理 方 面 的 研 究 仍 处 于 初 始 阶 段 , 以 后 有 待 进 一 步的 研 究 。油 水 分 离 模 式 转 化研 究 原 油 脱 水 的 规 律 通 常 用 公 式 来 进行 描 述 。 根 据 该 公 式 , 液 滴 沉 降 速 度 的 提 高 , 就 意 味着 原 油 脱 水 效 率 的 提 高 。 沉 降 速 度 与 连 续 相 粘 度 成反 比 。 为 提 高 沉 降 速 度 , 传 统 的 作 法 之 一 是 对 连 续相 进 行 加 热 , 以 降 低 连 续 相 粘 度 。 这 种 作 法 虽 能 收到 一 定 效 果 , 但 能 耗 较 大 。而 型 分 离 器 的 做 法 是 , 采 用 油 水 分 离 模式 转 化 技 术 , 用 特 定 的 入 口 、 布 液 装 置 , 变 传 统 分 离的 “ 原 油 脱 水 ” 为 “ 水 中 除 油 ” , 水 作 为 连 续 相 , 油 滴 作为 分 散 相 从 连 续 相 中 分 离 出 来 。 经 测 定 , 在 同 一 条件 下 , 水 的 粘 度 要 远 小 于 原 油 的 粘 度 , 所 以 油 滴 在 水中 的 上 浮 速 度 要 远 大 于 水 滴 在 油 中 的 沉 降 速 度 。经 测 算 , 同 颗 粒 直 径 的 水 滴 在 油 中 的 沉 降 速 度约 是 油 滴 在 水 中 浮 升 速 度 的 一 , 即 “ 水 中除 油 ” 的 效 率 要 远 大 于 “ 原 油 脱 水 ” 的 效 率 。填 料 聚 结由 设 备 的 粒 级 效 率 专 。 。 一 甜户 知 , 刀 与 流 道 高 度 成 反 比 , 与 液 滴 直 径占 ‘ 平 方 成 正 比 。 根 据 这 一 原 理 , 型 分 离 器 在 人口 段 和 沉 降 室 分 别 采 用 了 粗 粒 化 技 术 和 多 层 板 技术 , 大 大 提 高 了 设 备 的 分 离 效 率 。、 多 层 板 技 术 浅 池 原 理 。 即 在 原 流 道 中 加人 层 隔 板 , 对 每 一 层 而 言 , 其 有 效 沉 降 高 度 变 为十 , 这 时 粒 级 效 率 相 应 变 为 原 来 的倍 , 此 外 由 于 多 层 板 的 引 入 , 相 当 于 把 原 流 道 分 成 许许 多 多 的 子 流 道 , 从 从 。 “ 、 刃 户 拜 看 , 由 于 子 流 道 的当 量 直 径 大 幅 度 减 小 , 所 以 有 效 地 抑 制 了 湍 流 的 发生 , 提 高 了 设 备 的 处 理 能 力 。粗 粒 化 技 术 。 粒 级 效 率 与 液 滴 粒 径 的 二 次方 成 正 比 , 因 此 设 法 增 大 液 滴 粒 径 , 是 继 多 层 板 技 术外 , 又 一 个 强 化 油 水 分 离 过 程 效 果 显 著 、 经 济 可 靠 的措 施 。 例 如 , 若 把 进 入 流 道 的 液 滴 直 径 由 拼增 加 到 扛 , 就 可 在 其 它 条 件 不 变 的 情 况 下 , 提高 设 备 处 理 能 力 近 倍 或 缩 短 设 备 长 度 近 倍 。聚 结 填 料 在 稀 油 脱 水 上 得 到 了 很 好 的 应 用 ,但 在 稠 油 脱 水 上 由 于 泥 砂 和 胶 质 历 青 质 的 堵 塞 , 一直 没 有 得 到 推 广 。 本 技 术 通 过 研 究 稠 油 中 泥 砂 的 流动 规 律 , 采 用 了 新 型 波 纹 板 聚 结 技 术 。 该 技 术 既 克服 了 砂 堵 和 胶 质 历 青 质 的 堵 塞 的 问 题 , 又 起 到 了 好的 整 流 聚 结 作 用 。来 液 单 相 加 热在 对 稠 油 的 脱 水 中 , 往 往 需 进 行 加 热 来 降 低 原油 粘 度 , 以 提 高 脱 水 效 率 。 以 往 的 加 热 方 式 是 对 油气 水 三 者 混 合 加 热 , 由 于 水 的 比 热 是· ℃ , 油 是 · ’ , 如 果 在 来 液 含 水较 高 时 , 大 部 分 热 量 实 际 上 是 给 水 进 行 升 温 , 造 成 很大 的 浪 费 。在 对 设 备 经 过 分 析 后 认 为 , 设 备 内 来 液 经 水 洗后 , 基 本 已 形 成 子 午 面 以 上 以 油 为 主 的 油 相 子 午 面以 下 以 水 为 主 的 水 相 。 如 果 采 用 在 子 午 面 以 上 设 加热 盘 管 进 行 加 热 , 这 种 加 热 基 本 上 是 给 油 相 升 温 。在 高 含 水 来 液 情 况 下 , 两 种 加 热 方 式 相 比 , 单 相 加 热可 节 约 热 耗 左 右 。界 面 自 控传 统 设 备 对 界 面 的 控 制 一 般 是 通 过 界 面 检 测 仪来 进 行 的 , 这 种 控 制 方 式 要 么 不 稳 定 , 要 么 系 统 复杂 , 难 以 操 作 和 维 护 。 而 型 分 离 器 通 过 采 用可 调 “ ” 型 管 , 将 油 、 水 “ 界 面 控 制 ” 转 化 为 油 、 水 “ 液面 控 制 ” , 用 微 机 进 行 控 制 , 较 好 地 解 决 了 油 水 界 面自 控 问 题 。槽 式 负 压 除 砂针 对 稠 油 脱 水 , 在 设 备 内 部 构 件 上 采 用 单 向 流道 微 孔 压 延 波 纹 板 整 流 和 斜 板 聚 结 技 术 , 用 单 流 道和 倾 斜 面 代 替 平 面 , 可 使 砂 容 易 滑 落 , 并 沉 积 到 容 器底 部 , 同 时 分 离 器 底 部 收 砂 槽 设 计 为 斗 形 , 以 利 于 泥砂 的 集 中 处 理 , 然 后 再 用 除 砂 器 清 除 。水 力 喷 射 负 压 除 砂 技 术 的 工 作 原 理 是 当 具 有一 定 压 力 的 流 体 通 过 喷 嘴 以 一 定 速 度 喷 出 时 , 射 流质 点 的 横 向 紊 动 扩 散 作 用 将 吸 人 室 内 的 流 体 带 走 ,吸 入 室 形 成 低 压 区 , 在 吸 人 管 内 外 压 差 的 作 用 下 , 将低 压 含 砂 流 体 不 断 送 人 吸 人 室 。 由 喷 嘴 及 吸 人 管 来的 两 股 流 体 在 混 合 段 及 喉 管 中 混 合 并 进 行 能 量 交换 , 工 作 流 体 的 速 度 降 低 , 被 吸 人 流 体 的 速 度 增 加 ,直 到 喉 管 出 口 , 两 股 流 体 的 速 度 逐 渐 趋 一 致 , 在 扩 散管 中 , 混 合 后 的 流 体 进 行 能 量 转 换 , 把 大 部 分 动 能 转© 1994 , 最 后 排 出 。 除 砂 器 没 有 运 动 部 件 , 结 构简 单 , 工 作 可 靠 , 安 装 维 护 方 便 , 密 封 性 好 。现 场 应 用 情 况综 合 采 用 上 述 技 术 研 制 的 油 气 水 砂 高 效 四 相 分离 器 通 过 较 大 规 模 的 应 用 , 在 处 理 含 水 左 右 的稠 油 时 , 一 段 脱 水 指 标 达 到 原 油 含 水 小 于 , 污水 含 油 小 于 , 设 备 效 率 是 同 规 格 其 它 设备 的 一 倍 , 对 于 一 般 的 高 含 水 原 油 , 脱 水 率 达, 在 脱 水 质 量 和 容 积 负 荷 方 面 达 到 了 国 外 同 类设 备 先 进 水 平 , 使 高 含 水 稠 油 脱 水 技 术 提 升 到 了 一个 新 水 平 。年 河 南 新 庄 油 田 投 人 开 发 , 在 稠 油 联 合 站扩 建 咯 处 理 能 力 。 针 对 含 砂 稠 油 的 特 点 , 采用 了 台 油 气 水 砂 高 效 四 相 分 离 器 。 扩 建 后 的 流 程为 各 转 油 站 计 量 站 来 液 直 接 进 高 效 四 相 分 离 器 ,经 一 段 处 理 后 分 离 器 出 口 净 化 油 含 水 小 于 ,污 水 含 油 小 于 , 实 现 了 稠 油 一 段 密 闭 脱 水使 原 油 含 水 降 至 以 下 , 再 经 适 当 沉 降 就 可 外输 , 使 稠 油 脱 水 技 术 提 高 到 了 一 个 新 水 平 。新 建 的 脱 水 工 艺 流 程 与 原 脱 水 系 统 比 , 减 少 一段 加 热 台 换 热 器 、 一 段 提 升 泵 和 一 段 脱 水 台分 离 器 , 简 化 了 工 艺 流 程 , 提 高 了 自 动 化 水 平 、 降 低了 油 气 损 耗 和 运 行 能 耗 , 技 术 经 济 效 益 十 分 明 显 。在 年 又 对 河 南 油 田 稠 油 联 合 站 老 的 脱 水系 统 进 行 改 建 , 新 建 台 四 相 分 离 器 替 代 了 老 的 脱水 设 备 , 取 消 了 段 中 间 提 升 泵 , 实 现 了 短 流 程 、 低能 耗 的 稠 油 脱 水 新 工 艺 , 到 目 前 为 止 脱 水 系 统 运行 良 好 。 新 设 备 的 应 用 仅 在 河 南 油 田 节 省 工 程 投 资万 元 , 年 节 省 运 行 能 耗 万 元 , 取 得 了 良好 的 经 济 效 益 。结 论研 制 的 油 气 水 砂 高 效 四 相 分 离 器 应 用 新 型波 纹 板 整 流 等 技 术 , 解 决 了 稠 油 脱 水 中 常 规 填 料 易被 砂 和 胶 质 历 青 质 堵 塞 的 难 题 。 通 过 新 型 填 料 的 整流 , 设 备 内 部 的 分 离 流 场 得 到 明 显 改 善 , 脱 水 效 果 也得 到 大 大 提 高 。 设 备 具 有 效 率 高 、 能 耗 低 、 不 停 产 除砂 、 控 制 稳 定 和 分 离 效 果 好 以 及 自 动 化 程 度 高 等 特点 。油 气 水 砂 高 效 四 相 分 离 器 适 合 稠 油 特 别 是含 砂 稠 油 脱 水 , 在 处 理 稠 油 时 一 段 净 化 油 含 水 达 到以 下 , 污 水 含 油 小 于 , 再 经 适 当 缓冲 放 底 就 可 直 接 外 输 , 整 体 达 到 了 国 际 先 进 水 平 。该 设 备 分 别 在 河 南 油 田 的 稠 油 联 合 站 、 杨 楼转 油 站 和 新 庄 转 油 站 推 广 应 用 台 , 节 省 工 程 投 资万 元 , 年 节 约 运 行 费 用 万 元 。参 考 文 献陆 耀 军 重 力 式 油 水 分 离 设 备 整 流 构 件 的 模 拟 实 验 优 选研 究 石 油 学 报 石 油 加 工 , ,李 冬 林 影 响 重 力 式 多 相 分 离 设 备 效 率 的 因 素 〕 油 气田 地 面 工 程 , ,冯 叔 初 油 气 集 输 东 营 石 油 大 学 出 版 社 ,编 辑 李 金 华孟 钾 , 护 』 , 」 , 浮 ” 乎 ” 乎 四 沙 业 尹 , , 』 , 四 粉 巴 , 乎 豆 , 孚 够 沙 朋 挤 妇 挤 , 挤 , , 曰 , 巴 , 巴 绍 』 , 挤 ” 挤 ” 孚 妙 挤 妙 孚 ” 洲 , 洲 粉 曰 , 孚 ” 孚 蛾 列 妇 担 称 ” 沙 』 , 水 ” 孚 ” 侈 ” 曰 , 浮 ” 乎 ” 孚 ” 吵 孚 ” 孚 妙 乎 妙 孚 ” 挤 ” 挤 业上 接 第 页裂 防 砂 施 工 , 截 止 年 底 , 该 井 一 直 正 常 生 产 , 累计 产 油 , 增 油 。 目 前 日 产 油 , 日产 水 。参 考 文 献结 论汽 驱 井 应 用 的 微 孔 树 脂 砂 具 有 较 好 的 抗 压 、抗 折 性 能 , 及 耐 高 温 性 , 适 用 于 汽 驱 井 组 的 防 砂 。该 技 术 在 一 定 程 度 上 可 解 决 连 通 性 差 的 引流 问 题 、 扩 大 注 汽 井 的 蒸 汽 驱 范 围 , 提 高 井 组 的 采 收率 。该 项 技 术 在 易 出 砂 的 稠 油 蒸 汽 驱 油 藏 具 有广 泛 的 推 广 及 应 用 价 值 。刘 喜 林 难 动 用 储 量 开 发 稠 油 开 采 技 术 「 〕 北 京 石 油工 业 出 版 社 ,万 仁 薄 , 罗 英 俊 采 油 技 术 手 册 第 七 分 册 防 砂 技 术〔 〕 北 京 石 油 工 业 出 版 社 , 一蒋 官 澄 , 毕 彩 丰 防 膨 抑 砂 剂 一 及 其 深 部 稳 砂 技 术」 油 田 化 学 , ,吴 建 平 , 李 慧 源 粉 细 砂 岩 油 藏 防 砂 工 艺 技 术 石 油 钻采 工 艺 , ,刘 长 , 赵 煊 防 砂 工 艺 在 郑 王 庄 油 田 稠 油 试 油 中 的 应 用特 种 油 气 藏 , , 一编 辑 刘 洪 树© 1994 ·了 枷 舰 此一, , ,,,,,,,,一,, ,, ,,, , , ,,,,,此,, ,,’ 、 一, ,。。, , ,, ,,一
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