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新威尼斯注册送28网站在油水分离技术中的应用于现状

编辑:管理员    发布时间:2016/8/27 17:13:19


     摘要随着油田开采时间的增长,产出液中含水率逐年增加,部分并液的含水率高达95%以上,给目前己有的处理工艺带来新的挑战.为了解决这些问题,急需研发新型的油水分离技术,以解决传统技术所遇到的瓶颈.该文结合目前油气开发的新需求,系统地先容了油水分离的技术现状,讨论了含油污水深度处理技术的特点,分析了未来油水分离技术的发展趋势.同时,结合力学研究所研制的新型管道式油水分离技术,详细先容了柱型分离、导流片型分离、以及T型管分离等新技术,提出了新型管道式分离技术具有的技术优势,可解决稠油开采、海底作业、以及井下分离等难题,指明了技术发展方向.关键词油水分离,含油污水处理,管道式分离技术

1引言

    油井产出液通常都是不同分子质量的烃组分、水以及其他杂质组成的混合液.在常温常压下,相对分子质量较大的烃组分形成的混合物呈液态,通常称为原油,或石油;而相对分子质量较小的烃组分形成的混合物呈气态,通常称为天然气.在油藏的高温、高压条件下,天然气溶解在原油中,以纯液态形式存在.当这种混合液从井下沿井筒向上流动到达井口,继而沿集输管线流动时,随着压力的降低,溶解在液相中的轻烃组分不断析出,并随其组成以及当地的压力温度条件,形成一定比例的油气共存混合物.同时,按照石油生成的有机成因理论,石油是由水中的微生物死去后沉积于水域的底部,进而被沉积的泥砂所掩埋,并且在地下高温、高压和缺氧条件下分解而生成的。这样,生油地层一般是古代湖泊或海洋区域的沉积岩,岩石的孔隙被水充满,储集了石油后,油的周围仍为广大的含水区,石油和外围含水区构成一个范围很大的水动力学系统.正是这种水动力学系统,为油田的开发提供了主要的驱动力,这也使油井产出液中含有大量水份成为必然(当然,若按无机生成理论,油周围的含水区域不是必要的,但目前为止,无机成因油藏仍属凤毛麟角).另外,若属砂岩地质,石油开采的渗流过程中,可能会携带出一定量的泥沙().这样,要得到炼油厂使用的原油和用户使用的天然气就必须对油井产出的混合液进行处理,去除产出液中的含水和其他杂质.将油井产出液处理到炼油厂使用的原油和用户使用的天然气的整个过程都与油水分离有关,可见,油水分离是油田生产最重要的工艺流程之一在油田开采后期,由于地层压力下降使地层的原油运移性能变差,为了保证油井的正常生产和提高原油采收率,往往采用活性水驱油、碱水驱油、聚合物驱油、三元复合驱油、泡沫驱油等技术,这使产液中不仅含有更高的水份,而且含有一定的化学药剂,这些化学药剂会使产液的油水乳化变得更为严重、更加稳定,且表面活性剂、碱、聚合物溶液等驱替剂在地层中的冲刷、溶蚀、离子交换、裹挟等作用下,使得油藏中的细微颗粒、薪土等固体颗粒与原油和化学剂絮凝在一起,形成稳定的悬浮乳化液,这就进一步增加了油水分离的困难.

从广义上讲,油水分离过程可分为从油水混合液中提取原油的原油除水过程,以及从含油污水中(含油率常低于1%)去除油和其他杂质的含油污水处理过程,图1给出了从油井产出液到合格原油、天然气、外排水的基本分离流程.从图中可以看到,油田的油气水分离是一个非常复杂的过程,且气相和液相产品还与操作的压力、温度条件、各相含率、油品条件等密切相关,这也在一定意义上增加了油水分离工艺的难度.由于天然气的密度比原油和水小得多,所以工艺流程上先进行气液分离.气液分离可能从油井产出液进入井眼过程中就开始,并在流经输运管道和处理准备过程中逐渐得到加强.在一定条件下,流体到达气液分离器之前就己经完成气相和液相的相间分离,分离器仅起到气液间的脱离作用,即使气体上升至一个出口,液体下降至另一个出口,这样就完成了气液分离.剩下的油水混合液的分离是

油气水分离的重点和难点,因此该文也将重点讨论油水混合液的分离问题.

 

 

 

 

 

    在油水混合液中,当油滴粒径大于100 μm时,油将以连续相的形式存在,形成油块或油层,称为浮油;油滴粒径介于10~100μm时,以微小的油滴悬浮于水中,称为分散油;当油滴粒径在D.1}10}.m范围(多数情况下粒径介于0.1 ~2 μm之间),称为乳化油;而当油滴粒径小于0.1μm,以分子形式呈均匀状态存在时则为溶解油.可见,浮油、分散油、乳化油和溶解油4种形态可由油滴粒径的大小判断.通常,当含水率在30%以内时,油相主要以连续相形式存在。形成“油包水”型乳化液;当含水率在30%~70%范围,混合液中可能同时存在油包水和水包油两种乳化液,形成复杂的乳化现象;含水率超过70%后,水相将成为连续相,从而会形成“水包油”型乳化液;且随着含水量的增加,混合液中将出现没被乳化的“游离水”,含水量越高,游离水的含量也越高.因此,油水分离过程有时可以根据油水的含率变化而采用不同的方法.而且,不管是油包水型还是水包油型的乳化液,在油水分离过程中,油水间的破乳总是必要的,且需要根据油相的存在状态和其粒径大小,选择不同的处理方法或者几种方法的综合使用才能进行有效的分离.只是油包水和水包油状态在物理本质上有根本区别,所以在分离方法上也显示出不同的特色.

    油水混合液的分离方法可归纳为4大类:物理方法、化学方法、物理化学方法和生物化学方法,物理方法是利用各相密度、导电率、声速等物理性质的差异而实施的分离方法,主要有重力沉降、离心旋流、高压静电、高频脉冲、微波辐射、超声波等方法.化学方法是在油水混合液中加入适量的化学药剂(破乳剂、聚并剂等)破坏油水乳化液的界面稳定性,将油水间的乳化状态转变为游离状态,进而实现油水混合液的相间分离.物理化学方法是将物理分离方法与化学分离方法结合使用,达到油水分离的目的.生物化学方法是利用微生物胞体组成的生物破乳剂破坏油水乳化液的稳定状态,实现油水混合液的脱水.每种脱水方法都有各自的特点和适用条件.因此,选用原油脱水方法时要综合考虑原油性质、含水率、油水乳化性质和程度、乳状液分散度和稳定性等因素.

在油水分离工艺流程中,还存在一个很重要的含油污水处理问题,因为油水混合液中的悬浮物、溶解油、以及部分破乳不彻底的乳化油等,将存在于原油脱出的水中形成低含油污水.这些含油污水不能直接排放或回注,而必须进一步处理到可以排放或回注的标准,以便减少对地层和环境的污染.油田的含油污水可根据处理的深度不同而分为初级治理、二级治理和三级治理.初级治理属于预处理,用来去除浮油和固体悬浮物,主要采用物理方法和物理化学方法,包括重力沉降法、离心法、粗粒化法、浮选法、过滤法、膜分离法、絮凝沉降法等.二级治理用来去除污水中含有的大量有机污染物,主要采用生物化学方法,包括活性污泥法、曝气法、生物过滤法、生物转盘法等.三级治理也叫深度处理,多采用化学法和物理法,包括离子交换、电渗析、超滤、反渗透、活性炭吸附、臭氧法等.经三级处理后,通常治理效果都比较好,处理后的水可重复利用,但费用很高。

2油水分离技术现状

    沉降分离是油水分离最基础的过程,沉降分离的前提假设为原油与水互不相溶,密度不同,溶液为非乳化液或者非稳态乳化,油相为分散相,油滴在罐体里最终的沉降速度为

 

 

 

 

 

    从油滴沉降速度公式(3)和公式(4)可以看出,增大分散相的粒径、增大两相的密度差、减小连续相豁度(提高雷诺数)等都有利于油水分离.虽然这些公式没有考虑乳化液稳定性和分散相液滴聚并后液滴变大的影响,但是它们描述了油水分离过程的基本规律,所以目前多数分离方法都是基于该原理发展起来的.利用油水两相的密度差进行重力沉降的分离方法,由于其低能耗、低初成本和运行使用简便被视为油水两相分离的首要考虑原则.但是,当油水分离设备的占用空间尺寸受到限制,或油水两相密度差很小时,重力沉降就不再是有效的分离方法,例如在海洋平台等场合,分离器的尺寸和重量会受到严格的限制,提高分离效率就成为最重要的考虑因素.

    从液滴沉降最终速度公式(3)和公式(4)描述的重力场中液滴的沉降规律大家看到,如果使液滴受离心力作用,则液滴承受的加速度为

 

 

 

 

acag分别是在离心加速度和重力加速度作用下液滴的分离加速度.G+是著名的离心系数.典型的商业离心机的离心系数高达5000~15 000,可见离心沉降的效率会远远高于重力沉降,这也是近年来采用离心沉降分离逐渐取代重力沉降分离的根本原因

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