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?????摘要隨著油田開采時間的增長，產(chǎn)出液中含水率逐年增加，部分并液的含水率高達(dá)95%以上，給目前己有的處理工藝帶來新的挑戰(zhàn).為了解決這些問題，急需研發(fā)新型的油水分離技術(shù)，以解決傳統(tǒng)技術(shù)所遇到的瓶頸.該文結(jié)合目前油氣開發(fā)的新需求，系統(tǒng)地介紹了油水分離的技術(shù)現(xiàn)狀，討論了含油污水深度處理技術(shù)的特點(diǎn)，分析了未來油水分離技術(shù)的發(fā)展趨勢.同時，結(jié)合力學(xué)研究所研制的新型管道式油水分離技術(shù)，詳細(xì)介紹了柱型分離、導(dǎo)流片型分離、以及T型管分離等新技術(shù)，提出了新型管道式分離技術(shù)具有的技術(shù)優(yōu)勢，可解決稠油開采、海底作業(yè)、以及井下分離等難題，指明了技術(shù)發(fā)展方向.關(guān)鍵詞油水分離，含油污水處理，管道式分離技術(shù)
1引言
????油井產(chǎn)出液通常都是不同分子質(zhì)量的烴組分、水以及其他雜質(zhì)組成的混合液.在常溫常壓下，相對分子質(zhì)量較大的烴組分形成的混合物呈液態(tài)，通常稱為原油，或石油;而相對分子質(zhì)量較小的烴組分形成的混合物呈氣態(tài)，通常稱為天然氣.在油藏的高溫、高壓條件下，天然氣溶解在原油中，以純液態(tài)形式存在.當(dāng)這種混合液從井下沿井筒向上流動到達(dá)井口，繼而沿集輸管線流動時，隨著壓力的降低，溶解在液相中的輕烴組分不斷析出，并隨其組成以及當(dāng)?shù)氐膲毫囟葪l件，形成一定比例的油氣共存混合物.同時，按照石油生成的有機(jī)成因理論，石油是由水中的微生物死去后沉積于水域的底部，進(jìn)而被沉積的泥砂所掩埋，并且在地下高溫、高壓和缺氧條件下分解而生成的。這樣，生油地層一般是古代湖泊或海洋區(qū)域的沉積巖，巖石的孔隙被水充滿，儲集了石油后，油的周圍仍為廣大的含水區(qū)，石油和外圍含水區(qū)構(gòu)成一個范圍很大的水動力學(xué)系統(tǒng).正是這種水動力學(xué)系統(tǒng)，為油田的開發(fā)提供了主要的驅(qū)動力，這也使油井產(chǎn)出液中含有大量水份成為必然(當(dāng)然，若按無機(jī)生成理論，油周圍的含水區(qū)域不是必要的，但目前為止，無機(jī)成因油藏仍屬鳳毛麟角).另外，若屬砂巖地質(zhì)，石油開采的滲流過程中，可能會攜帶出一定量的泥沙(砂).這樣，要得到煉油廠使用的原油和用戶使用的天然氣就必須對油井產(chǎn)出的混合液進(jìn)行處理，去除產(chǎn)出液中的含水和其他雜質(zhì).將油井產(chǎn)出液處理到煉油廠使用的原油和用戶使用的天然氣的整個過程都與油水分離有關(guān)，可見，油水分離是油田生產(chǎn)重要的工藝流程之一在油田開采后期，由于地層壓力下降使地層的原油運(yùn)移性能變差，為了保證油井的正常生產(chǎn)和提高原油采收率，往往采用活性水驅(qū)油、堿水驅(qū)油、聚合物驅(qū)油、三元復(fù)合驅(qū)油、泡沫驅(qū)油等技術(shù)，這使產(chǎn)液中不僅含有更高的水份，而且含有一定的化學(xué)藥劑，這些化學(xué)藥劑會使產(chǎn)液的油水乳化變得更為嚴(yán)重、更加穩(wěn)定，且表面活性劑、堿、聚合物溶液等驅(qū)替劑在地層中的沖刷、溶蝕、離子交換、裹挾等作用下，使得油藏中的細(xì)微顆粒、薪土等固體顆粒與原油和化學(xué)劑絮凝在一起，形成穩(wěn)定的懸浮乳化液，這就進(jìn)一步增加了油水分離的困難.
從廣義上講，油水分離過程可分為從油水混合液中提取原油的原油除水過程，以及從含油污水中(含油率常低于1%)去除油和其他雜質(zhì)的含油污水處理過程，圖1給出了從油井產(chǎn)出液到合格原油、天然氣、外排水的基本分離流程.從圖中可以看到，油田的油氣水分離是一個非常復(fù)雜的過程，且氣相和液相產(chǎn)品還與操作的壓力、溫度條件、各相含率、油品條件等密切相關(guān)，這也在一定意義上增加了油水分離工藝的難度.由于天然氣的密度比原油和水小得多，所以工藝流程上進(jìn)行氣液分離.氣液分離可能從油井產(chǎn)出液進(jìn)入井眼過程中就開始，并在流經(jīng)輸運(yùn)管道和處理準(zhǔn)備過程中逐漸得到加強(qiáng).在一定條件下，流體到達(dá)氣液分離器之前就己經(jīng)完成氣相和液相的相間分離，分離器僅起到氣液間的脫離作用，即使氣體上升至一個出口，液體下降至另一個出口，這樣就完成了氣液分離.剩下的油水混合液的分離是
油氣水分離的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此該文也將重點(diǎn)討論油水混合液的分離問題.
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????在油水混合液中，當(dāng)油滴粒徑大于100 μm時，油將以連續(xù)相的形式存在，形成油塊或油層，稱為浮油;油滴粒徑介于10~100μm時，以微小的油滴懸浮于水中，稱為分散油;當(dāng)油滴粒徑在D.1}10}.m范圍(多數(shù)情況下粒徑介于0.1 ~2 μm之間)，稱為乳化油;而當(dāng)油滴粒徑小于0.1μm，以分子形式呈均勻狀態(tài)存在時則為溶解油.可見，浮油、分散油、乳化油和溶解油4種形態(tài)可由油滴粒徑的大小判斷.通常，當(dāng)含水率在30%以內(nèi)時，油相主要以連續(xù)相形式存在。形成“油包水”型乳化液;當(dāng)含水率在30%~70%范圍，混合液中可能同時存在油包水和水包油兩種乳化液，形成復(fù)雜的乳化現(xiàn)象;含水率超過70%后，水相將成為連續(xù)相，從而會形成“水包油”型乳化液;且隨著含水量的增加，混合液中將出現(xiàn)沒被乳化的“游離水”，含水量越高，游離水的含量也越高.因此，油水分離過程有時可以根據(jù)油水的含率變化而采用不同的方法.而且，不管是油包水型還是水包油型的乳化液，在油水分離過程中，油水間的破乳總是必要的，且需要根據(jù)油相的存在狀態(tài)和其粒徑大小，選擇不同的處理方法或者幾種方法的綜合使用才能進(jìn)行有效的分離.只是油包水和水包油狀態(tài)在物理本質(zhì)上有根本區(qū)別，所以在分離方法上也顯示出不同的特色.
????油水混合液的分離方法可歸納為4大類:物理方法、化學(xué)方法、物理化學(xué)方法和生物化學(xué)方法，物理方法是利用各相密度、導(dǎo)電率、聲速等物理性質(zhì)的差異而實(shí)施的分離方法，主要有重力沉降、離心旋流、高壓靜電、高頻脈沖、微波輻射、超聲波等方法.化學(xué)方法是在油水混合液中加入適量的化學(xué)藥劑(破乳劑、聚并劑等)破壞油水乳化液的界面穩(wěn)定性，將油水間的乳化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油水混合液的相間分離.物理化學(xué)方法是將物理分離方法與化學(xué)分離方法結(jié)合使用，達(dá)到油水分離的目的.生物化學(xué)方法是利用微生物胞體組成的生物破乳劑破壞油水乳化液的穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)油水混合液的脫水.每種脫水方法都有各自的特點(diǎn)和適用條件.因此，選用原油脫水方法時要綜合考慮原油性質(zhì)、含水率、油水乳化性質(zhì)和程度、乳狀液分散度和穩(wěn)定性等因素.
在油水分離工藝流程中，還存在一個很重要的含油污水處理問題，因?yàn)橛退旌弦褐械膽腋∥?、溶解油、以及部分破乳不徹底的乳化油等，將存在于原油脫出的水中形成低含油污?這些含油污水不能直接排放或回注，而必須進(jìn)一步處理到可以排放或回注的標(biāo)準(zhǔn)，以便減少對地層和環(huán)境的污染.油田的含油污水可根據(jù)處理的深度不同而分為初級治理、二級治理和三級治理.初級治理屬于預(yù)處理，用來去除浮油和固體懸浮物，主要采用物理方法和物理化學(xué)方法，包括重力沉降法、離心法、粗?；?、浮選法、過濾法、膜分離法、絮凝沉降法等.二級治理用來去除污水中含有的大量有機(jī)污染物，主要采用生物化學(xué)方法，包括活性污泥法、曝氣法、生物過濾法、生物轉(zhuǎn)盤法等.三級治理也叫深度處理，多采用化學(xué)法和物理法，包括離子交換、電滲析、超濾、反滲透、活性炭吸附、臭氧法等.經(jīng)三級處理后，通常治理效果都比較好，處理后的水可重復(fù)利用，但費(fèi)用很高。
2油水分離技術(shù)現(xiàn)狀
????沉降分離是油水分離基礎(chǔ)的過程，沉降分離的前提假設(shè)為原油與水互不相溶，密度不同，溶液為非乳化液或者非穩(wěn)態(tài)乳化，油相為分散相，油滴在罐體里沉降速度為
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????從油滴沉降速度公式(3)和公式(4)可以看出，增大分散相的粒徑、增大兩相的密度差、減小連續(xù)相豁度(提高雷諾數(shù))等都有利于油水分離.雖然這些公式?jīng)]有考慮乳化液穩(wěn)定性和分散相液滴聚并后液滴變大的影響，但是它們描述了油水分離過程的基本規(guī)律，所以目前多數(shù)分離方法都是基于該原理發(fā)展起來的.利用油水兩相的密度差進(jìn)行重力沉降的分離方法，由于其低能耗、低初成本和運(yùn)行使用簡便被視為油水兩相分離的首要考慮原則.但是，當(dāng)油水分離設(shè)備的占用空間尺寸受到限制，或油水兩相密度差很小時，重力沉降就不再是有效的分離方法，例如在海洋平臺等場合，分離器的尺寸和重量會受到嚴(yán)格的限制，提高分離效率就成為重要的考慮因素.
????從液滴沉降速度公式(3)和公式(4)描述的重力場中液滴的沉降規(guī)律我們看到，如果使液滴受離心力作用，則液滴承受的加速度為
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