浅谈原油脱水系统基本原理及运行控制

浅谈原油脱水系统基本原理及运行控制 48 内蒙古石油化工 2011年第16期乳状液必须具备以下条件：系统中必须存在两种以上互不相溶的液体；要有强烈的搅拌作用；要有乳化剂存在川。原油中含水并有足够的天然乳化剂是生成原油乳状液的内在因素，其乳化剂主要是沥青质、胶质、环烷酸、脂肪酸、氮和氧的有机物等。他们中的多数具有亲油憎水性质，因而一般生成稳定的W／O 型乳状液。由以上可知，原油在井筒中的流动、在地面集输系统内的压力骤降、伴生气析出、泵对油、水的增压、清管、油气混输等都会强烈搅拌油和水，促使乳状液的形...

48 内蒙古石油化工 2011年第16期乳状液必须具备以下条件：系统中必须存在两种以上互不相溶的液体；要有强烈的搅拌作用；要有乳化剂存在川。原油中含水并有足够的天然乳化剂是生成原油乳状液的内在因素，其乳化剂主要是沥青质、胶质、环烷酸、脂肪酸、氮和氧的有机物等。他们中的多数具有亲油憎水性质，因而一般生成稳定的W／O 型乳状液。由以上可知，原油在井筒中的流动、在地面集输系统内的压力骤降、伴生气析出、泵对油、水的增压、清管、油气混输等都会强烈搅拌油和水，促使乳状液的形成和稳定。表 1 自喷井油嘴前后乳状液变化情况表2 原油中水珠粒径变化情况取样位置油井井口分离器进口分离器出口离心泵出口水珠粒径( m) 1~200 5～25 3～1O 3～5 因而，原则上可以采取以下措施防止稳定原油乳状液的形成：尽量减少油水混合物的剪切和搅拌；尽早脱水。 1．2．2 破乳由于原油乳状液用静止沉降的方法不能脱去其中的水分，因而进行原油脱水首先必须破乳。原油乳状液的破乳过程是由分散水滴相互接近结合在一起、界面膜破裂、水滴合并粒径增大、在油相中沉降分离等一系列环节组成。由于分散相外围的界面膜有较高的机械强度阻止水滴的合并沉降，所以原油乳状液破乳的关键是破坏油水界面膜[1]。一般而言，破乳剂较乳化剂有更高的活性，不仅能够破坏已形成的原油乳状液，还可以防止油水混合物的进一步乳化，起到降低油水}昆合物粘度和加速油水分离的作用，界面保护层破坏后，被乳化的水滴相互接近并聚结，聚结后经过一段时间的沉降分离，被乳化的水滴就从油连续相中分离出来。表3 有效破乳对脱水效果的影响对比情况、＼ 1 2 3 4 5 未三器 5．6 7．2 6．8 6．1 n，Yo 8．7％．O ，． O．百 0 O．上百．，出油含水(％) ～～、、 i ，、o．38％0．41， o．35％0．270Z 0Z oA ，0／5．0．4o，0A6 n Q n n n 分离器出油含水( ) ～～一 1．2．3 温度对破乳效果的影响升高温度可以减少乳化剂的吸附量，减少乳化剂的溶剂化程度，降低分散介质的黏度，有利于分散相的聚并和分层。提高加药油水混合物的温度能加速乳状液破乳和油水分离，因而油田也常采用加热法对油水乳状液进行处理，促使油水分层。 2 原油脱水器原理及脱水基本工艺流程原油脱水的最基本原理就是靠油水密度差实现重力沉降分离。原油脱水器就是将油、气、水混合物引入容器，经过加入破乳剂后，为混合物提供一定停留时间，依靠重力沉降进行油水分离。 Stocks定律深刻地描述了沉降分离的基本规律，该定律的数学表达式为： v：2r2(pl--p2)g ’ 91 式中：V——水珠沉降速度，cm／s； r——水珠半径，am； p1——水的密度，kg／L； p2——油的密度，kg／L； g——重力加速度，980cm／s。； — — 原油的粘度，100mPa·S。由上式可以看出，沉降速度与原油中水珠半径的平方成正比、与水油密度差成正比、与原油的粘度成反比。因而，进行原油脱水就要想尽一切办法增加水珠的沉降速度，例如，脱水时采用加破乳剂进行破乳，增大水珠的粒径，给来液加热降低原油的粘度等方法。 2．1 原油脱水器分类原油脱水器按外形主要有两种型式，即立式和卧式分离器，此外偶尔还有球形和卧式双筒分离器。按功能可分为油、气两相分离器和油、气、水三相分离器。按工作压力可分为真空( 6 MPa)分离器。按实现气液分离所用的能量可分为重力式、离心式和混合式等。本文重点解介绍三相分离器的相关知识。 2．2 三相分离器的基本构造及运行原理 2．2．1 分离器的基本构造无论是立式还是卧式原油器通常都包括以下几个部分：入口分离器，使入口油气混合物的动量减小，气液得到初步分离，并使气液在各自的流通面积上有均匀的流速；重力沉降区，在该区内气体流速减小，湍流度降低，利用重力使气体夹带的油滴沉降至集液区；集液区，为液体提供必要的停留时间使液体 Administrator 高亮 2011年第16期申刚浅谈原油脱水系统基本原理及运行控制 49 进一步脱气，收集从重力沉降区和捕集器分出的液体，平衡进液量和排液量的不均衡，即有一定的缓冲作用。捕雾器利用一系列折板、丝网垫或产生离心力部件，从气流中截留更小的油滴，使分离器出口气体的带液量控制在某一允许数量之下，另外还有压力、液位控制系统和安全防护部件等[7]。下面是常用的三相分离器结构示意图油进图2 三相分离器结构示意图 2．2．2 三相分离器的基本原理油、气、水混合物进入分离器后，入口分流器将混合物初步分成气液两相，液相引至油水界面以下进入集液区。在该区内，依靠油水密度差使油水分层，底部为分出的水层，上部为油层。油从油室堰板上方流至油室，经油出口阀门排出。水从进水堰板 (水堰)上方流入水室，经水出口阀门排出。油水界面阀控制油水界面的高度。分离器分出的气体水平的通过重力沉降区，经捕雾后流出分离器，分离器压力由安装在气管线上的自动控制阀控制。 2．3 油水界面阀的调节由三相分离器内部构造可以知道，油室两侧的液体构成了连通器，油堰高度确定了油气界面的位置，油堰和水堰的高差确定了油水界面的位置[1]。油堰 A h=h。+h 一h (2) Ah=ho(1--p0／p ) (3) 式中：Ah为油堰和水堰的高差； P。为油的密度； P 为水的密度；由公式(3)可以知道(1一p ／P )为定值，所以油层的厚度h。与油、水堰板的高差Ah成正比，当下调油水界面阀时，Ah变大，因而h。即油层厚度增大，油层在分离器内沉降空间加大，从而可以降低分离后原油含水量。反之，上调油水界面阀，Ah变小，h。变小，由上图可知，则变大即水层在分离器内沉降空间变大，从而可以降低出水含油量。这就从理论．上说明了，为什么下调油水界面阀能够保证分离后原油含水指标，上调油水界面阀发能够保证分离后污水含油指标。冀东油田高一联预脱水器主要是脱除井场来液中的游离水，下面是油水界面阀下调后的油含水变化情况。表4 油水界面阀下调后对含水的影响项目调节前原油含水量( )调节后原油含水量( ) 2．4 脱水工艺流程在油田开采发初期，原油含水不太高，因而，大多采用一段分离即可。但是随着油田中后期的开发，原油含水率不断上升，一段分离已经不能满足需要时，于是就采用多次分离油、气、水混合物。例如，冀东油田的原油脱水工艺就采用多段分离，实践证明这种分离方式是符合冀东油田原油脱水实际的。冀东油田高一联采用的原油脱水工艺如下： 1井场；2预脱水器；3加热炉；4三相分离器；5沉降图3 油堰、进水堰板相对位置图罐，6污水处理装置由这幅图可以看到：其中它们有这样的关系：图4冀东油田高一联脱水工艺流程 poh。+p h 一p h (1) 这种工艺流程主要是根据冀东油田的生产实 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 50 内蒙古石油4L-r-- 2011年第16期际，采用热——化学处理，三段脱水工艺。预脱水器分离为一段粗分离，对作业区来液进行初步分离，主要保证污水含油指标合格。三相分离器分离是细分离，油、水指标都要保证，而沉降罐进油含水较低，经过简单沉降脱水后基本能够保证出口油含水在 0． 5 以下。 4 原油脱水设备的基本运行控制及生产案例分析原油脱水器的操作实践性很强，在实际生产中操作员工要掌握好其主要控制参数，例如压力，温度，油水室液位等。 4．1 基本运行控制联系冀东油田的生产实际，原油脱水使用的设备主要是预脱水分离器、三相分离器和沉降罐。在其运行时，操作员工控制的参数主要是脱水器的运行压力、分离器内油(水)室液位、来液的加热温度、分离后油含水指标、水含油指标等。压力，由于井场来液中含有一定的溶解气，因而原油脱水器都是压力容器，为保证分离器能够正常排液，分离器必须具有一定的压力。天然气出口管线上的气动调节阀对天然气进行一定程度的节流，以保证分离器内压力的稳定。气量减小或者气出口处压力降低时，阀门节流程度增加；反之，阀门节流程度减小。实际操作中分离器的压力控制及其重要，既不能压力过低造成油(水)不能尽快排出，又不能压力过高，造成分离器憋压刺垫子。油水室液位，在来液、设备运行正常情况下，预脱水器、三相分离器内油水室液位一般维持在5O％的理想液位，但是通常需要根据生产需要调节油 (水)室液位，但是绝不能出现油(水)室排空或者全满的情况。温度，任何一种破乳剂都有一个最佳适应温度，因而，为了保证最佳破乳效果，必须控制合适的油水分离温度，必须控制好加热炉的正常运行。任何油田原油脱水系统都有一个控制指标，具体到冀东油田，预脱水器保证分离后污水含油≤ 1000mg／L，三相分离器保证分离后污水含油≤ 800mg／L，分离后原油含水≤O．5％。操作员工要根据实际情况去调节生产，务必保证各项指标合格。 4．2 脱水自动控制系统基本原理目前冀东油田各个联合站预脱水器和三相分离器油、气、水出口都采用气动调节阀来控制油、水室液位和分离器的压力。使用的是比例积分微分 (PID)控制规律的控制系统，其控制过程如下：当系统自动运行时，现场安装的电子液位计测量实际参数并把数据通过变送器传输到电脑上，系统有一个设定的目标值，当实际液位和这个目标值出现一定偏差时，电脑程序立即对这个传输过来的信号进行整理，再经过 PID运算模块对其进行数据比较并做出判断，然后将控制信号反馈到执行器气动调节阀上，调节阀门的大小开度，控制出口的流量，使油、水室液位在设定目标值上下小幅度波动，从而实现油、水室液位的高低和分离器压力的自动控制。 4．3 生产案例分析在实际生产中，脱水岗位操作员工有时会遇见三相分离器水出口跑油现象，下面结合三相分离器内部构造分析一下水室跑油的原因。图5 三相分离器内部构造示意图图6 三相分离器油水室示意图原因分析，由三相分离器内部构造可知，进水堰板 2(水堰)要低于油室堰板1，正常情况下油水在沉降仓内有较好的沉降分层，有比较清晰的油水界面 3，这时候油、水会分别进入油、水室，从而达到油水较好的分离。但是当来液量波动较大冲乱油水界面或者油水乳化程度较高，并且破乳效果不好的情况下，造成油水分层不是很明显，为了理想起见，这时候可以假设三相分离器内液体是均匀密度，即油水全部是乳化液，没有分层，由于进水堰板相对较低，所以油水混合物都流向水室进而排出，这样就造成了水室跑油。 2011年第16期申剐浅谈原油脱水系统基本原理及运行控制 51 处理措施，从根本上讲处理水出口跑油事故，必须要重新建立油水界面，操作员工可以适当提高油水界面阀，适当提高脱水温度，适当提高加药量，在加强破乳的基础上手动控制水室出口阀门开度，使水室出口阀门的开度较小，这样人为造成油水混合物在三相分离器内沉降时间变长，从而建立或澄清油水界面，达到油水较好的分离。表控制水室出口阀门开度前后油含水变化情况从表中可以发现，水室跑油时，手动控制水室出口阀门开度，憋高水室液位的确能够降低水出口含油量，但是在出水发白、水质变好的情况下，继续人为控制水室出口阀门也会带来一些不利影响，这时三相出水水质没有明显的再提高，而油出口含水却大幅上升，所以当油水界面建立起来后，不能长时间憋高水室液位，应该及时打开水出口阀门，使其自动运行。因为长时间憋高水室液位也就造成了部分污水流入油室，这样就增加了油出口含水量。 5 结论本文论述了破乳的相关知识，着重介绍了三相分离器的内部构造和它的运行原理，深入分析了调节油水界面阀引起油水界面变化的内在原因，对水室跑油这样的生产事故从理论上进行简要分析，并提出了相应的处理措施，实践证明这种处理措施是比较可行的。三相分离器脱水在冀东油田运用以来取得了良好的效果，它的运行控制有着很强的规律性，这就要求基层技术人员需要不断的总结实际操作经验，并且能够运用科学理论去解释生产实际中遇到的问题。在以后的工作中，基层技术工作者还需要进一步加强学习、总结，使冀东油田原油脱水工作精益求精。 [参考文献] 冯叔初，郭揆常，等．油气集输与矿场加工 EM]．北京：中国石油大学出版社，2006，(5)．厉玉鸣，等．化工仪表及自动化[M]．北京：化学工业出版社，1981．成杨．多相流体的多相分离技术．万方数据库，2002，(5)．那枫．原油乳状液水相组成对破乳剂破乳效果的影响[D]．万方数据库，2000，(5)．杨波．三次采油采出水处理技术研究[D]．万方数据库，2004，(5)．《油田油气集输设计技术手册》编写组编．油田油气集输设计手册[M]．北京：石油工业出版社，1994，01，01．南阳石油勘探局勘察设计研究院．河南油田 NHS型油气水高效三相分离器．(内部资料)． The basic principles of crude oil dehydration system and operation control SH EN Gang (Jidong oilfield company) Abstrat：Crude Oil Dehydration is one important task of the oil and gas gathering and transportation work．It directly affects the operation of the smooth production of crude oil．In this paper，combining the actual production of Jidong Oilfield，discuss the basics of the emulsion breaking，dehydration equipment and the basics of dehydration process．Analysing in the actual production，oil run into the water chamber case，hoping to be able to produce a certain role in production． Keywords：Demulsification ；Three—phase separator；Oil—water interface Valve；Basic principles； Case Study ] ] ] ] ] ] ] 口

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