高頻聚結(jié)油水分離技術(shù)裝置在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

葛陽（大慶油田工程有限公司）

高頻聚結(jié)油水分離技術(shù)裝置在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

葛陽（大慶油田工程有限公司）

針對油田聯(lián)合站來液含水高、乳化嚴(yán)重、性質(zhì)復(fù)雜、導(dǎo)電性強和穩(wěn)定性差，常規(guī)分水器油水分離效果下降，油出口含水上升，導(dǎo)致外輸原油含水指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計要求，油田聯(lián)合站油水處理系統(tǒng)綜合能耗升高等問題，提出了采用高頻聚結(jié)油水分離技術(shù)裝置這一新型原油脫水裝置，介紹了高頻聚結(jié)油水分離技術(shù)工作原理、技術(shù)特點、現(xiàn)場應(yīng)用情況，并對應(yīng)用效果作了分析。實踐證明，高頻聚結(jié)油水分離技術(shù)裝置具有原油處理流程簡化、處理時間大幅縮短、油水分離效果好、節(jié)能減排效果明顯等優(yōu)點，完全能滿足高聚合物含量、高含水率、高乳化原油、高導(dǎo)電性等油井采出液的高效低耗原油脫水技術(shù)要求，具有較高的推廣應(yīng)用價值。

高頻；聚結(jié)；油水分離；裝置；應(yīng)用效果

隨著老油田開發(fā)進入特高含水開發(fā)期，以及二元復(fù)合驅(qū)油方式等三次采油技術(shù)在油田的廣泛應(yīng)用，油井采出物聚合物含量從無到有明顯增加，原油密度、純油黏度和原油乳化程度均得到提升。油田聯(lián)合站來液含水高、乳化嚴(yán)重、性質(zhì)復(fù)雜、導(dǎo)電性強和穩(wěn)定性差，常規(guī)分水器油水分離效果下降，油出口含水上升，導(dǎo)致外輸原油含水指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計要求，油田聯(lián)合站油水處理系統(tǒng)綜合能耗升高等問題[1]。為了提高原油分水器油水分離效果，解決傳統(tǒng)三相分離器僅依靠機械聚結(jié)材料（填料）表面接觸聚結(jié)，聚結(jié)時間短、不充分、效率低等不足，提高分水器油水分離效率，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，在油田生產(chǎn)中引進應(yīng)用高頻結(jié)聚油水分離技術(shù)裝置，并取得了良好的現(xiàn)場應(yīng)用效果。

1 工作原理

高頻聚結(jié)油水分離技術(shù)裝置是以高頻脈沖技術(shù)為核心，同時將高頻電場空間聚結(jié)與機械表面物理聚結(jié)相結(jié)合研制而成的新型原油脫水裝置。其高頻脈沖供電工作原理是：任何電介質(zhì)（原油乳化液）都存在其固有的擊穿伏秒特性，通過調(diào)整高頻脈沖的頻率和占空比（送電時間），使脈沖輸出時間小于乳狀液短路擊穿時間，既可在電極間加較高電場，又可避免短路擊穿，從而在導(dǎo)電性強的乳狀液中建立健全穩(wěn)定的高頻振蕩電磁場，小水珠在電場中產(chǎn)生變形、碰撞聚結(jié)成大水珠而快速沉降分離，實現(xiàn)高含水來液電場聚結(jié)分離。其乳狀液滴在高頻電場中的破乳、變形、聚結(jié)機理是：高頻高壓電場使乳狀液中的水珠（導(dǎo)電流體）在電場中產(chǎn)生振動、變形，而在自由狀態(tài)下，液滴界面膜有自身固有的振動諧振頻率，當(dāng)外加電場頻率接近界面膜諧振頻率時兩者形成共振，界面膜因振動、變形幅度增大而破裂，從而實現(xiàn)破乳，并在電場力的作用下實現(xiàn)快速聚結(jié)合并[2]。

2 技術(shù)特點

1）對高含水三采原油實現(xiàn)高效油水分離處理。傳統(tǒng)三相分離器僅依靠機械聚結(jié)材料（填料）表面接觸聚結(jié)，進入三相分離器的介質(zhì)只有與聚結(jié)填料接觸時才有聚結(jié)作用，聚結(jié)機會小、時間短、聚結(jié)不充分，其聚結(jié)原理決定了傳統(tǒng)的機械式三相分離器很難實現(xiàn)對高含水三次采油原油的高效油水分離處理。而高頻聚結(jié)油水分離裝置利用高頻脈沖供電技術(shù)實現(xiàn)了高含水采出液的靜電聚結(jié)油水分離處理，同時將高頻電場空間聚結(jié)與機械表面物理聚結(jié)相結(jié)合，進入裝置的介質(zhì)在任何空間、任何時間內(nèi)均有聚結(jié)作用，在電場力作用下水滴變形、運動碰撞機率增大，小水滴快速聚結(jié)，實現(xiàn)高效油水分離。

2）油水分離技術(shù)閉環(huán)，縮短了處理流程。傳統(tǒng)的處理工藝流程主要包括三相分離、加熱、破乳、一次沉降、二次沉降、動力提升、二次加熱、三次沉降、外輸?shù)?。該原油處理工藝流程不但設(shè)備多、操作工作量大，還會破壞原油已有的油水分離慣性，同時還會造成原油在流程內(nèi)的反復(fù)乳化，對油水分離不利；而高頻聚結(jié)油水分離技術(shù)利用快速變化的電場打破乳狀液的穩(wěn)定性，在裝置內(nèi)節(jié)點化整合破乳、加熱、提升表面聚結(jié)、電場聚結(jié)、污水除油等技術(shù)，完成一站式聚結(jié)分水，實現(xiàn)油水分離技術(shù)閉環(huán)，縮短了原油脫水處理流程。

3）原油油水分離高效，降低了系統(tǒng)整體能耗。高頻聚結(jié)技術(shù)利用快速變化的電場在較低溫度下即可打破乳狀液的穩(wěn)定性，增強小液滴的運動能力，從而實現(xiàn)在裝置內(nèi)節(jié)點化整合破乳、加熱、提升表面聚結(jié)、電場聚結(jié)、污水除油等技術(shù)，完成一站式聚結(jié)分水，可大幅降低油水處理能耗，實現(xiàn)油水處理系統(tǒng)整體系統(tǒng)節(jié)能。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

該高頻聚結(jié)技術(shù)在大慶油田某采油廠聯(lián)合站投入現(xiàn)場應(yīng)用。該站來液平均含水率高達(dá)93%至95%，采用1臺φ4000X20500高頻聚結(jié)裝置和原有的1臺三相分離器分別處理，同時停運站內(nèi)1臺三相分離器。高頻聚結(jié)裝置設(shè)計處理量8000 m3/d，設(shè)計處理溫度57℃；實際處理液量8000 m3/d，處理油量1437 m3/d（占站內(nèi)總油量61%），處理溫度55℃；裝置出口油中含水平均在15%以下，水中含油在300 mg/L至900 mg/L之間；高頻聚結(jié)裝置運行頻率200 kHz，實際運行功率5 kW。表1為高頻聚結(jié)油水分離技術(shù)與站內(nèi)原處理工藝流程對比數(shù)據(jù)統(tǒng)計表。

另外，在處理原油溫度為48～51℃與三相分離器處理溫度接近的運行工況條件下，高頻聚結(jié)裝置出口中含水在35%以下，而三相分離器出口油中含水為70%左右，這充分說明高頻聚結(jié)裝置油水處理分離效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的三相分離技術(shù)。而在來液溫度基本滿足聚結(jié)的設(shè)計要求時，裝置運行機制穩(wěn)定，出口油中含水低于15%，達(dá)到高頻聚結(jié)裝置出口中含水小于20%的設(shè)計要求，油水分離效果好。

表1 高頻聚結(jié)油水分離技術(shù)與站內(nèi)原處理工藝流程對比數(shù)據(jù)統(tǒng)計

4 應(yīng)用效果分析

1）油水分離效果好。由表1可知，改造前該站原安裝使用2臺三相分離器，三相分離器出口平均含水75%，而應(yīng)用高頻聚結(jié)油水分離技術(shù)裝置后，在滿足裝置設(shè)計要求的前提下，出口油中含水低于15%，它與傳統(tǒng)機械式三相分離器相比，具有明顯的油水分離效果。

2）降低站內(nèi)加熱負(fù)荷。改造前，站內(nèi)運行2臺三相分離器，分離器出口原油含水75%，進站內(nèi)加熱系統(tǒng)的液量為7750 m3/d。1臺高頻聚結(jié)油水分離技術(shù)裝置投運后，停運1臺三相分離器，來液由高頻聚結(jié)裝置和另1臺三相分離器處理，由于高頻聚結(jié)裝置出口含水低（高頻聚結(jié)裝置處理油量占站內(nèi)油量61%），進加熱系統(tǒng)液量由7750 m3/d降至5050 m3/d。目前站內(nèi)已停運2臺二合一加熱爐，沉降溫度由以前的74℃升至78℃，外輸溫度由原來的66℃升至70℃，外輸含水由原來的20%降到15%以下。

高頻聚結(jié)油水分離裝置進液含水87%，內(nèi)部加熱溫升6℃，熱負(fù)荷3014 kW，裝置油出口流量溫升16℃，熱負(fù)荷1037 kW，按普通三相分離器油出口溫升22℃計算，則需要熱負(fù)荷2690 kW；而改造前該站總熱負(fù)荷為7045 kW，則改造后該站熱負(fù)荷減少了304 kW，站內(nèi)熱負(fù)荷下降效果明顯。

3）節(jié)能效益明顯。304 kW的熱負(fù)荷折算成燃料相當(dāng)于每天節(jié)省燃油0.8 t，按2300元/t原油價格計算，則該站每年可節(jié)省燃料費為67.16萬元；投運高頻聚結(jié)油水分離裝置，每年增加用電量為43 800 kWh，電量價格按0.65元/kWh計算，則改造后增加電費支出為28470元。該裝置投用后，每年可產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益為64.313萬元。

4）減排效果明顯。改造后，該站每年可減少燃油（原油）消耗292 t，按每噸燃油（原油）燃燒產(chǎn)生3.366 t二氧化碳、0.273 6 t二氧化硫、0.136 8 t氮氧化物計算，則每年可減少排放982.872 t二氧化碳、79.891 2 t二氧化硫、39.945 6 t氮氧化物，減排效果明顯。

5）原油處理流程簡化，處理時間大幅縮短，可改變站內(nèi)原有原油處理模式。

聯(lián)合站來液滿足高頻聚結(jié)裝置處理設(shè)計要求時，裝置原油出口平均含水可控制在15%以下，低于高頻聚結(jié)裝置投運前站內(nèi)外輸原油平均含水22%的處理指標(biāo)。如果繼續(xù)維持22%的外輸原油含水指標(biāo)，則可縮短站內(nèi)現(xiàn)有的原油處理流程，節(jié)省處理時間和費用。采用高頻聚結(jié)裝置維持現(xiàn)有外輸指標(biāo)的處理流程是：井站來液—高頻聚結(jié)裝置—原油外輸儲罐—外輸，與原傳統(tǒng)的處理工藝流程相比，工藝處理流程大大簡化，處理時間大幅縮短，處理費用下降，處理模式得到改變。

5 結(jié)束語

針對老油田開發(fā)進入特高含水開發(fā)期，原油開采難度增加，油井采出液聚合物含量高、含水率高、原油乳化嚴(yán)重、性質(zhì)復(fù)雜、導(dǎo)電性強和穩(wěn)定性差，油水處理難度增大，原油脫水效果變差，系統(tǒng)能耗提升等問題，通過開展新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品的研究與現(xiàn)場試驗應(yīng)用，有效解決油水分離問題，提升原油處理系統(tǒng)整體能源利用效率，降低油水處理站的總體熱負(fù)荷。實踐證明，高頻聚結(jié)油水分離技術(shù)裝置是一種新型高效優(yōu)質(zhì)原油脫水裝置，具有原油處理流程簡化、處理時間大幅縮短、油水分離效果好、節(jié)能減排效果明顯等優(yōu)點，完全能滿足高聚合物含量、高含水率、高乳化原油、高導(dǎo)電性等油井采出液的高效低耗原油脫水技術(shù)要求，具有較高的推廣應(yīng)用價值。

[1]朱益飛.勝利油田全方位做好節(jié)能減排[J].電力需求側(cè)管理，2012，14（4）：64.

[2]陳文征，張貴才，尹海峰.波紋板聚結(jié)油水分離技術(shù)研究進展[J].石油礦場機械，2007，36（5）：27-29.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.009

2016-04-10

（編輯 李珊梅）

葛陽，2004年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院（石油工程專業(yè)），從事油氣集輸設(shè)計工作，E-mail：geyang@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西苑街46-3號，163712。