基于某海上油田二級(jí)生產(chǎn)分離器油水界面的研究

袁勛(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司，天津 300456)

1 概述

某海上油田設(shè)置一套兩級(jí)原油脫水和穩(wěn)定處理工藝流程。JZ25-1S WHPC平臺(tái)和JZ25-1S WHPD平臺(tái)的來(lái)液輸送到JZ25-1S CEPF平臺(tái)后，先進(jìn)入段塞流捕集器進(jìn)行氣液分離，氣相去往天然氣處理系統(tǒng)高壓氣緩沖罐，液相與通過(guò)棧橋輸送來(lái)的C平臺(tái)物流混合進(jìn)入原油一級(jí)分離器進(jìn)行油氣水三相分離。分離出來(lái)的氣進(jìn)入天然氣處理系統(tǒng)中壓壓縮機(jī)入口，分離出來(lái)的水進(jìn)入生產(chǎn)水處理系統(tǒng)，分離出來(lái)的含水30%的原油先經(jīng)油/油換熱器與合格油換熱，再經(jīng)生產(chǎn)加熱器加熱后，進(jìn)入原油二級(jí)分離器進(jìn)行脫水、脫氣、穩(wěn)定處理。原油二級(jí)分離器出來(lái)的氣進(jìn)入天然氣處理系統(tǒng)低壓壓縮機(jī)入口，二級(jí)分離器出來(lái)的水由生產(chǎn)水回?fù)奖幂斔椭猎鸵患?jí)分離器入口管線，以實(shí)現(xiàn)熱量回收，二級(jí)分離器出來(lái)的合格原油(含水率＜0.5%)進(jìn)入原油緩沖罐進(jìn)一步脫氣(TVP＜70 kPaG@35 ℃)，經(jīng)原油外輸泵增壓后先與原油一級(jí)分離器出口原油換熱，然后通過(guò)棧橋經(jīng)JZ25-1S WHPE和JZ25-1S WHPA輸送到JZ25-1S CEP，再通過(guò)JZ25-1S CEP至SZ36-1終端的外輸海管輸送到綏中終端廠[1]。

2 二級(jí)分離器結(jié)構(gòu)原理與存在的問(wèn)題

2.1 二級(jí)分離器結(jié)構(gòu)原理

進(jìn)入二級(jí)生產(chǎn)分離器的物流，首先進(jìn)入入口旋風(fēng)分離器，實(shí)現(xiàn)油氣水初步分離。氣體和被分離液體沿分離器筒體壁切線方向以一定速度進(jìn)入分離器，并沿筒體內(nèi)壁作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于被分離液滴的密度遠(yuǎn)大于氣體，因而液滴在此旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中被拋向筒體壁，并附著在筒體壁上，聚集成較大液滴而沿筒體壁向下流動(dòng)，最后流入分離器的集流段而被排放出去。導(dǎo)液管起到導(dǎo)流的作用，將油水均勻分布，更利于油水分離，它的分路是經(jīng)過(guò)計(jì)算和工作經(jīng)驗(yàn)確定[2]。

氣相通過(guò)兩級(jí)密度不同波紋板脫去液體，氣體經(jīng)過(guò)波紋板時(shí)，可以使是液滴吸附在其表面，在液體的剪切作用下破壞水滴表面張力使液滴易于聚結(jié)，順著波紋板下沉，縮短沉降時(shí)間。再經(jīng)出口捕霧器絲網(wǎng)捕霧器可以從氣流中除掉99%的粒徑大于10 μm的液滴，使氣體的帶液量不超過(guò)50 mg/m3，處理合格的天然氣去往低壓壓縮機(jī)。油水通過(guò)波紋板下方密度不同金屬TP板實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步分離，液體經(jīng)過(guò)金屬TP板時(shí)，可以使是油滴吸附在其表面，在液體的剪切作用下破壞油滴表面張力使水滴易于聚結(jié)，順著金屬TP板下沉，縮短沉降時(shí)間。通過(guò)逐漸靜置分離液位建立，水通過(guò)底部水出口破渦器流出，去往生產(chǎn)水循環(huán)泵，處理合格的原油漫過(guò)堰板進(jìn)入油室，從底部油出口破渦器流出，去往原油緩沖罐。二級(jí)分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 二級(jí)分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.2 二級(jí)分離器存在的問(wèn)題

二級(jí)分離器從看窗取樣觀察下方均是黑水，沒(méi)有明顯的油水界面，油水分離不理想，同時(shí)，對(duì)二級(jí)分離器看窗取樣離心后可觀察到原油有乳化現(xiàn)象。

為了達(dá)到外輸含水的要求，二級(jí)分離器混合室液位始終保持低水位運(yùn)行，生產(chǎn)水循環(huán)泵入口濾網(wǎng)經(jīng)常臟堵。二級(jí)水相出口生產(chǎn)水循環(huán)泵是一臺(tái)水泵，在這種工況下對(duì)泵的損傷嚴(yán)重，出現(xiàn)了多次泵的機(jī)封外漏的狀況。因此，對(duì)二級(jí)分離器油水界面的研究工作已經(jīng)刻不容緩[3]。

3 二級(jí)油水界面研究方法

3.1 溫度

為研究溫度對(duì)二級(jí)油水界面的影響，在查閱原油生產(chǎn)系統(tǒng)溫度分布點(diǎn)位圖和2016年熱量和物料平衡圖后，推薦目前的工況下，加熱器出口的溫度應(yīng)該達(dá)到80 ℃。從目前的設(shè)備情況，以及整個(gè)流程最優(yōu)處理工況考慮，現(xiàn)將加熱器的設(shè)定溫度從75 ℃提至80 ℃，二級(jí)分離器相應(yīng)的運(yùn)行溫度從70 ℃提高至75 ℃。

3.2 二級(jí)分離器結(jié)構(gòu)原理

油水通過(guò)波紋板下方密度不同金屬TP板實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步分離。液體經(jīng)過(guò)金屬TP板時(shí)，可以使是油滴吸附在其表面，在液體的剪切作用下破壞油滴表面張力使水滴易于聚結(jié)，沿金屬TP板下沉，下方金屬TP板距離罐底的距離是800 mm(分離器設(shè)計(jì)參數(shù))。目前二級(jí)分離器油水界面的高度在1 000 mm左右。從結(jié)構(gòu)原理上分析，吸附在金屬TP板表面的油滴，可能在一定的程度上影響二級(jí)水質(zhì)的處理效果。

為了減少金屬TP板吸附油滴對(duì)二級(jí)處理水質(zhì)的影響，定期對(duì)二級(jí)分離器進(jìn)行沖砂處理，對(duì)下方金屬TP板進(jìn)行沖洗。

3.3 流程分析

JZ25-1S WHPC平臺(tái)經(jīng)過(guò)5.6 km的海管和JZ25-1S WHPD平臺(tái)的來(lái)液經(jīng)過(guò)6.6 km的海管輸送到JZ25-1S CEPF平臺(tái)。長(zhǎng)距離的海管中均存在段塞流情況，段塞流造成劇烈的擾動(dòng)，這樣會(huì)加劇乳化液的形成。WHPC平臺(tái)、WHPD平臺(tái)至CEPF平臺(tái)出口分別由PV-1531B、PV-1531A控制海關(guān)的壓力，通過(guò)減少調(diào)節(jié)閥連續(xù)的波動(dòng)可以減少段塞的形成，在保證工藝流程穩(wěn)定的情況下，對(duì)PV-1531B設(shè)置了60下限，PV-1531A設(shè)置了45下限，保證海管運(yùn)行的穩(wěn)定性，盡可能減少段塞[4]。

目前WHPC平臺(tái)來(lái)液綜合含水0.1%,為了盡可能減少海管段塞形成乳化液，WHPC平臺(tái)暫時(shí)停止破乳劑的注入，由CEPF平臺(tái)統(tǒng)一注入。

3.4 滯留時(shí)間

為了保證二級(jí)分離器穩(wěn)定的處理效果，二級(jí)分離器設(shè)計(jì)要求，最短滯留時(shí)間為25 min。經(jīng)過(guò)計(jì)算，目前工況下二級(jí)分離器的滯留時(shí)間為70 min，滿足設(shè)計(jì)的要求。滯留時(shí)間計(jì)算工藝流程如圖2所示，滯留時(shí)間計(jì)算工參數(shù)如表1所示。

表1 滯留時(shí)間計(jì)算工藝參數(shù)表

圖2 滯留時(shí)間計(jì)算工藝流程簡(jiǎn)圖

4 結(jié)語(yǔ)

二級(jí)分離器目前的運(yùn)行溫度維持在75 ℃，WHPC平臺(tái)來(lái)液綜合含水0.1%,為了盡可能減少海管段塞形成乳化液，WHPC平臺(tái)暫時(shí)停止破乳劑的注入。經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，破乳劑的濃度按照WHPC平臺(tái)和WHPE平臺(tái)總產(chǎn)液量計(jì)算在30 mg/L，清水劑WHPC平臺(tái)、WHPD平臺(tái)和WHPE平臺(tái)總產(chǎn)液量在40 mg/L時(shí)，二級(jí)分離器的處理效果最優(yōu)。按在查閱相關(guān)資料，緩蝕劑和絮凝劑都對(duì)破乳劑有一定影響?？紤]到緩蝕劑影響破乳劑的沉降速度和脫水效果，結(jié)合目前的流程運(yùn)行情況，平臺(tái)停止了緩蝕劑的注入，絮凝劑有優(yōu)化破乳劑的處理效果的作用。由于絮凝劑為水系統(tǒng)藥劑，考慮到平臺(tái)降本增效，未進(jìn)行絮凝劑的注入。經(jīng)過(guò)上述工況的調(diào)整，二級(jí)分離器有穩(wěn)定的白水。二級(jí)分離器油水界面在有4～5個(gè)白水時(shí)，經(jīng)化驗(yàn)水中含油遠(yuǎn)小于1 000 mg/L，可以啟動(dòng)二級(jí)水泵啟動(dòng)將水轉(zhuǎn)至斜板撇油器，避免流程的波動(dòng)，同時(shí)保證一級(jí)分離器的穩(wěn)定處理，二級(jí)水泵機(jī)封問(wèn)題也得到解決。

目前，二級(jí)分離器仍存在一些問(wèn)題：第一，二級(jí)分離器油相出口和看窗出均有乳化液的現(xiàn)象。日積月累的乳化液，只能經(jīng)過(guò)定期的處理；第二，間歇性啟停二級(jí)水泵轉(zhuǎn)至斜板需要油崗人員時(shí)刻關(guān)注二級(jí)分離器的水相液位，避免油進(jìn)入水系統(tǒng)，污染水質(zhì)，這樣勢(shì)必會(huì)加重油崗人員的工作量；第三，二級(jí)分離器物流不能轉(zhuǎn)至一級(jí)入口，二級(jí)分離器熱能不能被一級(jí)分離器利用。這些問(wèn)題都有待于進(jìn)一步的研究和分析。