高效離心萃取設(shè)備高含水原油靜電聚結(jié)脫水技術(shù)研究

高效離心萃取設(shè)備高含水原油靜電聚結(jié)脫水技術(shù)研究

介紹了一種新型高效的適用于高含水原油的靜電脫水裝置，尤其適用于海上石油平臺(tái).該設(shè)備利用靜電聚結(jié)原理，容器內(nèi)置絕緣電極，利用電場(chǎng)作用加速油水分離，顯著提高油水分離效率，特點(diǎn)是能在產(chǎn)液含水高達(dá)95%以上的工況下正常工作。實(shí)驗(yàn)室研究以及工程樣機(jī)在流花11-1油田PPSO現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果證明，該技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，其分離效率可較常規(guī)分離技術(shù)提高50%以上。采用該技術(shù)可以簡(jiǎn)化原油處理流程、減小處理設(shè)施尺寸和重量，為海上現(xiàn)有油田適應(yīng)增產(chǎn)改造，高含水油田、邊際油田和深水油田開(kāi)發(fā)提供新的技術(shù)支持。

????目前海上油田常規(guī)原油脫水處理流程(尤其重質(zhì)原油)，通常包含“自由水分離器+熱化學(xué)脫水+電脫水器”三部分，其主要缺點(diǎn)是停留時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)備體積龐大沉重，直接或間接投資成本較高。海洋石油開(kāi)發(fā)后期產(chǎn)液(尤其產(chǎn)水和乳化液)大幅增加，且油田調(diào)整項(xiàng)目增多，大量新設(shè)施生產(chǎn)物流需要介入老設(shè)施進(jìn)行處理，要對(duì)己建平臺(tái)原油處理設(shè)備升級(jí)改造以適應(yīng)開(kāi)發(fā)需要，但改造方案往往受平臺(tái)空間緊張和建造成本限制，必須提高原有設(shè)備效率或采用更加高效的設(shè)備，減小設(shè)備尺寸。另外，對(duì)于邊際油田(尤其重質(zhì)原油)，常規(guī)原油處理和水處理需要多級(jí)設(shè)備，直接或間接投資成本較高，急需高效設(shè)備提高油田開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性。未來(lái)?？偵钏吞镩_(kāi)發(fā)多用到浮式平臺(tái)，對(duì)重量非常敏感，使用緊湊高效的設(shè)備、簡(jiǎn)化原油處理流程勢(shì)在必行。

鑒于海上油田開(kāi)發(fā)對(duì)高效緊湊油水處理設(shè)施的迫切需求，對(duì)新型高效油水分離技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并最終研制開(kāi)發(fā)高含水靜電聚結(jié)脫水器。該設(shè)備是一種新型高效的油水分離器，其利用靜電聚結(jié)原理，容器內(nèi)置專(zhuān)利技術(shù)的絕緣電極，利用電場(chǎng)的作用加速油水分離，大大提高了油水分離效率，尤其可在產(chǎn)液含水高達(dá)95%以上的工況下正常工作。實(shí)驗(yàn)室研究和工程樣機(jī)在流花11-1油田PPSO現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果證明，該技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，其分離效率可較常規(guī)分離技術(shù)提高50%以上。本文將從靜電聚結(jié)脫水機(jī)理、設(shè)備研制、實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)脫水效果、工業(yè)化應(yīng)用探索等方面對(duì)靜電聚結(jié)原油脫水技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1靜電聚結(jié)原油脫水機(jī)理.

靜電聚結(jié)原油脫水技術(shù)，是在重力沉降的基礎(chǔ)上，通過(guò)電場(chǎng)作用使原油中的小水顆粒加速聚結(jié)成較大粒徑的水顆粒，從而加速油水沉降分離，提高脫水效率。在原油乳狀液破乳脫水方式中，靜電聚結(jié)脫水是應(yīng)用最廣泛的一種，電場(chǎng)中水滴的聚結(jié)、沉降是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，電場(chǎng)形式、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)停留時(shí)間、溫度等因素影響靜電聚結(jié)脫水效率。目前靜電聚結(jié)技術(shù)主要是在電脫水器應(yīng)用，含水率限制在30%以?xún)?nèi)，主要是高含水會(huì)導(dǎo)致極板間短路f}l。將靜電聚結(jié)脫水技術(shù)應(yīng)用于高含水原油，其核心在于使用適應(yīng)高含水工況的復(fù)合絕緣電極，對(duì)電極絕緣材料的性能、耐壓情況、絕緣電極的結(jié)構(gòu)、油水分離器的結(jié)構(gòu)和供電方式都有更高的要求。

2靜電聚結(jié)脫水工藝流程及產(chǎn)品設(shè)計(jì)

????課題研究的重點(diǎn)集中在適應(yīng)高含水工況的復(fù)合絕緣電極研究及高效靜電聚結(jié)分離器的整體研發(fā)。首先對(duì)實(shí)驗(yàn)用絕緣材料進(jìn)行考察、篩選和性能測(cè)試，對(duì)選定的絕緣材料進(jìn)行與金屬結(jié)合工藝的試驗(yàn)，摸索制備工藝條件，制備出合格復(fù)合電極;接下來(lái)用秦皇島32--6油田的原油，開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)和動(dòng)態(tài)靜電聚結(jié)試驗(yàn)研究，考察含水量、溫度、時(shí)間、電壓等因素對(duì)脫水效果的影響，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，考察靜電聚結(jié)技術(shù)對(duì)不同原油的適應(yīng)性，考察絕緣層厚度對(duì)脫水效果的影響，確定最佳的靜電聚結(jié)工藝參數(shù)。

????根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果進(jìn)行工程樣機(jī)設(shè)計(jì)和絕緣電極放大設(shè)計(jì)以及設(shè)備的加工制造，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn);根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，優(yōu)化工程樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終完成靜電聚結(jié)原油脫水工藝流程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

課題研發(fā)的高含水原油靜電聚結(jié)器結(jié)構(gòu)如圖1所示:油水分離罐頂部外置氣包單獨(dú)除氣，內(nèi)部自下而上設(shè)置水相區(qū)、弱電場(chǎng)區(qū)、中強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)、強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，能夠處理任意氣液比、任意含水率乳化液，提高三相分離效率，提高設(shè)備穩(wěn)定性，縮小設(shè)備尺寸，降低排水含油。

3靜電聚結(jié)原油脫水實(shí)驗(yàn)室/現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要結(jié)論

????研究過(guò)程中，選取了具有代表性的秦皇島32-6油田原油和生產(chǎn)水，通過(guò)實(shí)???室研究和小型產(chǎn)品化樣機(jī)性能試驗(yàn)等手段，不斷優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、操作參數(shù)和工藝流程，設(shè)計(jì)加工了小型產(chǎn)品化工程樣機(jī)，在流花11-1油田PPSO上進(jìn)行了海上現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室/現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要結(jié)論如下:

????(1)靜電聚結(jié)原油脫水實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果表明，該技術(shù)對(duì)20%-98%范圍內(nèi)含水原油乳化液都有很好的脫水效果，用于井流初級(jí)分離，能有效提高設(shè)備處理能力或減小設(shè)備體積。在相同的處理量下，使設(shè)備體積較常規(guī)分離器減小50%以上;或相同條件下，比常規(guī)分離器處理能力提高50%以上。

????(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究，在與秦皇島32-6油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況相同的處理?xiàng)l件下(溫度65℃~?70℃，停留時(shí)間10min )，含水85%的原油乳化液經(jīng)過(guò)靜電聚結(jié)一級(jí)處理后脫后含水可低于5%，遠(yuǎn)好于油田現(xiàn)場(chǎng)傳統(tǒng)分離方法中一級(jí)脫后含水50%-56%，二級(jí)脫后含水20%-25%的現(xiàn)狀。高效離心萃取設(shè)備高含水原油靜電聚結(jié)脫水技術(shù)研究

????(3)在流花11-1 PFSO上進(jìn)行了工程樣機(jī)試驗(yàn)，并與現(xiàn)場(chǎng)自由水分離器的分離效果進(jìn)行對(duì)比。在其它工況條件相同的情況下，當(dāng)停留時(shí)間均為40min時(shí)，靜電聚結(jié)脫水設(shè)備脫后含水均小于2%，最低含水量為0.7%，遠(yuǎn)好于現(xiàn)場(chǎng)自由水分離器脫后含水16%的生產(chǎn)現(xiàn)狀;將停留時(shí)間縮短至自由水分離器的1/4，脫后含水不大于8.5%，比自由水分離器脫后含水降低51%0

????(4)工程樣機(jī)海上試驗(yàn)結(jié)果表明，靜電聚結(jié)脫水技術(shù)對(duì)高含水(80%-98%)井液含水量波動(dòng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，油水分離后，脫后含水有時(shí)可以低至0.7% 。

(5)工程樣機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中，樣機(jī)處理井液能力為10~40m3/h，變壓器一次側(cè)電流小于1A，功率小于500W，按一年開(kāi)工8 400h計(jì)算，年耗電量不足4 200kW}h，非常節(jié)能。

4靜電聚結(jié)原油脫水技術(shù)特點(diǎn)

????試驗(yàn)結(jié)果表明，靜電聚結(jié)技術(shù)能夠大大提高原油脫水效率。與傳統(tǒng)分離技術(shù)相比，該技術(shù)有四個(gè)突出的特點(diǎn):

????(1)電場(chǎng)放置在主體重力沉降分離器設(shè)備的內(nèi)部，電極能夠適應(yīng)高含水原油;

????本技術(shù)特點(diǎn)之一是采用了復(fù)合電極，即絕緣電極。施加的高壓電作用在絕緣層內(nèi)的金屬上，通過(guò)絕緣層的靜電感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，在感應(yīng)電壓作用下，物料中水滴極化變形一碰撞聚結(jié)一沉降，完成油水分離過(guò)程。該技術(shù)一方面具備電場(chǎng)作用，加速水滴聚合和沉降分離的速度，另一方面避免了常規(guī)裸電極容易產(chǎn)生電流，導(dǎo)致變壓器電流超高、甚至跳閘的現(xiàn)象。因此可以應(yīng)用于高含水物料，提高油水分離效率，避免運(yùn)行安全隱患。高效離心萃取設(shè)備高含水原油靜電聚結(jié)脫水技術(shù)研究

????(2)采用了氣液分離與油水分離單獨(dú)進(jìn)行的技術(shù);

????高含水油田含氣量高，而且氣量變化較大，常規(guī)的三相分離是油氣水分離同時(shí)進(jìn)行，設(shè)備頂部除氣，下部進(jìn)行油水分離。這樣容易造分離器內(nèi)部物料波動(dòng)大，從而界位波動(dòng)大，影響分離效果。本技術(shù)采用氣液分離和油水分離分開(kāi)單獨(dú)進(jìn)行，保證進(jìn)入油水分離器內(nèi)部物料平穩(wěn)，界位控制效果理想，提高油水分離效率;同時(shí)油水單獨(dú)進(jìn)料為進(jìn)料和分布方式提供多樣化選擇余地。

????(3)采用了電壓連續(xù)可調(diào)技術(shù);

????本技術(shù)采用創(chuàng)新的脈沖變壓器，該變壓器具有電壓連續(xù)可調(diào)功能，為生產(chǎn)操作帶來(lái)更大調(diào)節(jié)空間?？梢愿鶕?jù)原料性質(zhì)(如含水量)不同方便地設(shè)定最合適的電壓，取得更好的分離效果。

????(4)采用了相關(guān)安全保障技術(shù)。

首先是本項(xiàng)技術(shù)的復(fù)合電極系統(tǒng)本質(zhì)安全，避免常規(guī)電場(chǎng)的導(dǎo)電和放電風(fēng)險(xiǎn);其次采用油水分離罐底部與氣液分離罐聯(lián)通技術(shù)，保證油水分離器內(nèi)不存在氣相空間，電極系統(tǒng)完全浸沒(méi)于液相;最后采用低液位控制技術(shù)。所有上述安全保障技術(shù)保證該設(shè)備運(yùn)行安全性。高效離心萃取設(shè)備高含水原油靜電聚結(jié)脫水技術(shù)研究

5結(jié)論

????該項(xiàng)技術(shù)可顯著提高油水分離效率，達(dá)到簡(jiǎn)化處理流程、減小處理設(shè)施的目的。目前，海上油田開(kāi)發(fā)后期產(chǎn)液(尤其產(chǎn)水和乳化液)大幅增加，一些調(diào)整油田含水也較高，另外深水油田開(kāi)發(fā)多用到