CWL-M萃取設(shè)備在油水分離技術(shù)中的應(yīng)用

CWL-M萃取設(shè)備在油水分離技術(shù)中的應(yīng)用

????從以上的介紹我們看到，由于油井產(chǎn)出液具有復雜的力學、物理、化學性質(zhì)，導致油水分離成為很復雜的工藝過程.實際工程實踐中，人們也試圖充分利用這些性質(zhì)，提出了各種各樣的分離手段和方法來解決油田的油水分離問題.但仍然存在油水處理系統(tǒng)過于龐大、工藝流程復雜，難以解決深海海底分離和采油井井底分離等諸多難題.實際上，從力學的角度，要解決這些難題，首先需要解決以下4個主要問題:一是使離散相具有盡可能大的最終沉降速度;二是使油水相間處于游離狀態(tài)，即使油水乳化液實現(xiàn)充分的破乳;三是使離散相有盡可能大的粒徑和粒徑分布;四是分離器沿一個方向的截面尺寸要盡可能小并具有較大的日處理量.

????實際上，在圓柱管道中使油水混合液產(chǎn)生高速旋流，就有可能同時解決以上4個問題.首先，圓柱管道中的高速旋流的離心加速度可達重力加速度的數(shù)百倍到數(shù)千倍，可使離散相獲得很高的最終沉降速度;其次，破乳劑在強旋流流場中可與油水乳化液充分混合和攪拌，使破乳效果比沉降罐中顯著提高，且破乳時間和所需溫度還能顯著降低;再者，油水乳化液經(jīng)高速旋流破乳后，粒徑很小的油滴經(jīng)湍流流場的混合和聚并，能形成大顆粒的浮油狀態(tài);最后，圓柱型管道的截面尺寸可以控制到很小(通常內(nèi)徑50 ~100 mm)，直徑100 mm的圓柱型旋流分離器的每天可處理2 000 m3的油水混合液，可見這種結(jié)構(gòu)的分離器無論是用在深海海底還是采油井井底都不會有任何問題，用于深海平臺和超稠油處理就顯得更為容易.CWL-M萃取設(shè)備在油水分離技術(shù)中的應(yīng)用

????力學研究所經(jīng)過多年的探索，提出了油水處理新途徑，創(chuàng)造性地提出了以圓柱型管道旋流器為主，結(jié)合T型多分岔管路和動態(tài)氣浮選組成的新型管道式油水分離技術(shù)，它具有處理速度快、效率高、占地面積小等優(yōu)勢，符合目前石油工業(yè)對分離系統(tǒng)的發(fā)展需求，具有廣泛的應(yīng)用前景(見圖10).該技術(shù)核心是通過油水混合液在柱型管道旋流器中的高速旋流和在T型管中的動態(tài)分層交換實現(xiàn)油水在管道中的快速分離，從而突破了傳統(tǒng)的采用大型儲罐進行油水分離的作法，使分離效率成倍提高.這種小型、緊湊、高效、快速的分離裝置，由于體積小，級數(shù)少，占地省，具有經(jīng)濟(可減少甚至取消大型沉降罐設(shè)備和加熱設(shè)施)、節(jié)能(可在比傳統(tǒng)重力式分離操作溫度低約20℃的溫度下操作)、簡捷(油水處理可通過一級撬裝設(shè)備實現(xiàn)，可有效減少儲罐系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、電脫水系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)及消防系統(tǒng)、以及相應(yīng)的管匯系統(tǒng)和控制系統(tǒng))、安全(在低壓、密閉條件下操作，具有很高的安全度，且工藝流程簡單，減少了危險點源)等優(yōu)點，從而可極大地節(jié)省油田原油處理的投資費用，對我國油田的開發(fā)和工藝進步能起到積極作用.

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5.1柱型管道旋流器

????柱型管道旋流器是由水平切向入口、旋流器主體、益流口和底流口所構(gòu)成的管道式分離設(shè)備(圖11)。油水兩相混合液經(jīng)水平管道以切線方式進入旋流器內(nèi)，產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)運動，而由于油、水兩相存在密度差異，各相產(chǎn)生不同的離心力.重質(zhì)相水在離心力作用下流向旋流器邊壁，并由內(nèi)部壓力場的作用向下流動從底流口流出，輕質(zhì)相油則在旋流器中心處聚集，同樣，由內(nèi)部壓力場的作用向上流動從益流口流出，完成油水兩相分離.

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????圖12是柱型管道旋流器內(nèi)油核形狀隨著分流比的變化關(guān)系.可以觀察到，當分流比為。時，即進入柱型旋流器的油水混合液全部從底流口流出，雖然在旋流器內(nèi)部能觀察到油核，但是油核形狀比較模糊，貫穿于整個柱體，此時油水兩相不能得到有效分離;當增大分流比時，油核從溢流口處流出，柱體內(nèi)部的油核形狀清晰可見，油水混合液得到了有效分離，但在底流口液流中仍能觀察到少量油滴;繼續(xù)增大分流比。更多的液樣從旋流器溢流口流出，旋流器內(nèi)部的油核變得更加清晰，并且油核的尾部收結(jié)于旋流器的底流口上部，此時底流口液流中看不到油滴的存在;進一步增大分流比，從水平切向進入的大部分混合液攜帶油核從上面的溢流口排出，旋流管內(nèi)油核呈細長狀.從油核形狀分布圖中可以看出，柱型旋流器的分流比對其油水分離的性能具有重要的影響。CWL-M萃取設(shè)備在油水分離技術(shù)中的應(yīng)用

????圖13給出了一定的入口含油率，溢流口含油率隨分流比的變化關(guān)系.可以看出，隨著分流比的增加.溢流日液樣中的含油率出現(xiàn)先增加后降低的趨勢.這是因為在分流比較低時混介液進入柱型旋流器體后，只有很少的一部分液體從溢流口排出，在旋流器中心形成的油核不能盡快從溢流口排出。當適當增加分流比后.有更多的液樣通過溢流口排出.從而攜帶了更多的汕核.所以隨石分流比的增大，溢流口液樣的含油率也隨著增大.然而當分流比增大到一定值后，繼續(xù)增大分流比，并不能提高溢流口的含油率.只是將混合液中的清水更多地從溢流口排出.從而導致了溢流口液樣含油率的降低。

???目前自主研制的柱型旋流分離器已經(jīng)廣泛應(yīng)用或中試于某些油田采油平臺等生產(chǎn)現(xiàn)場，其處理效果均優(yōu)于已有分離技術(shù)，達到國際水平。由于柱型分離器具有處理速度快、便于操作、占地面積小、分離效率高等優(yōu)點，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。CWL-M萃取設(shè)備在油水分離技術(shù)中的應(yīng)用

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5.2導流片型管道式分離器

????導流片型管道式分離器是通過對井下油水分離技術(shù)和研究現(xiàn)狀的調(diào)研，分析井下油水分離的需求，探討適合井下應(yīng)用的分離器結(jié)構(gòu)形式過程中發(fā)展得到的一種新型的分離技術(shù)和設(shè)備，結(jié)構(gòu)示意圖如圖14所示.其結(jié)構(gòu)由入口處固定傾斜安裝在管道中2片或以上的導流片，導流片沿管道的周向均布，并在管道的軸向依次疊置，導流片安裝之后，有一段長度約為管徑12倍的穩(wěn)流直管段，緊鄰直管段的是一段逐漸縮徑的除水管道，在除水管道上沿管的軸向方向開設(shè)有一組以上的除水孔，除水孔的外圓周面與所述除水管道的內(nèi)壁相切，孔徑一般在5mm以內(nèi)，除水管道和與其同軸的外筒所形成的腔室，腔室上開有與其側(cè)壁相交的出口管道.來液由分離器入口進入，經(jīng)由安裝在管道內(nèi)的導流片部件，在管道內(nèi)形成穩(wěn)定的強旋流場，因而密度較小的相在管道軸心處形成核，密度較大的相在管道壁面周邊形成環(huán)狀，達到兩相分離的目的.CWL-M萃取設(shè)備在油水分離技術(shù)中的應(yīng)用

????圖15給出了入口流量為3 m3/h下，導流片型管道式分離器的流場分布.可以看出，不同于傳統(tǒng)的錐型分離器，該分離器的軸向速度出現(xiàn)3個峰值，且為同向流動，因此更容易形成穩(wěn)定的流場結(jié)構(gòu)。同時，切向速度在中心區(qū)域呈現(xiàn)近似線性關(guān)系，在壁面附近的區(qū)域呈現(xiàn)準自由渦分布規(guī)律.為了簡化分析，可將其分為2個區(qū)，以最大切向速度所在的徑向位置處為分界點，由于兩部分的速度分布并不是嚴格的強制渦分布和自由渦分布，故稱為擬強制渦區(qū)域和擬自由渦區(qū)域.

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圖16為三葉片20°的導流片型分離器，在入口含油率8%,混合流量3.53 m3/h的工況下，不同分流比時油核形狀.從圖中可以看出，隨著分流比增大，油核逐漸變粗，當分流比較小時，大部分來流從出油日流出，上出口截面的平均軸向速度大，汕核的平均軸向速度較大，油核迅速從出油口流出分流器:當分流比增大到87%時，在入口來流工況不變的情況卜，大部分來流從除水口流出，小部分來流從出油口流出，出油口的平均軸向速度減小.油核的平均軸向速度減小.停留在分離器中的油增加。

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導流片型管道式分離技術(shù)的優(yōu)點是體積小、重量輕、占地少、處理時間短、分離效率高、沒有運動