对影响NS型三相分离设备效率因素的探讨1.pdf

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1、三 蠹 H 婚 对影响 HNS型三相分离设备效率因素的探讨，。1 1 李 冬 林 潘 玉 琦 王 军(河南油日设计院 河南省南 4 7 3 1 3 2)摘要随着油田后期 的开发，油田地面 采出液含水都有大幅度的提高，为配合油田 生产，河 南油 田设 计院 研 制 出 1 HNS型三 相分离设备 本文着重论述 7影响 HN S型 三相分 离设备效率的各种 因素，并为提高设 备的分离效率，提 出7相应的建议 和措施。指 出保证 HNS型 高效三相分离器长期平稳运 行的三个必要条件：合理使用破乳 剂；设计出完善的分 离结构；创造一个 良好的 外部环境。1 主题词 分离器 破乳剂 乳化 液 效率 影响

2、 1 前 言 常规的脱水、脱气设备 已不能适应油 田进一步 开发的需要。为争取油 田开发的主动权，河南油 田 设计院自“六五”以来就开展了对三相分离新技术 的探索和高效三相分离器的研制工作，在此基础上，设计出了新一代油气水高效三相分离器(HNS型三 相分离器)实践证明，该设备具有结构紧凑，处理 能力大，各部分功能分明 设备有效利用率高，分 离效果好和 自动化程度高等特点 其单位体积处理 能力为传统设备的 6 8倍。对于一般 的高含水原 油，脱水率达 9 9 含水原油经 一次性处理 出口 原油含水0 5 ；污水含油1 0 0 0 mg L 2 影响 HNS型三相分 离 设备效率的因素 2 1 油

3、水乳化液 原油脱水过程中，常常因为管件的节流或流过 弯头等各种原因，在原油进入分离设备前就形成了 一定的油水乳化液 一般地 原油在进入分离设备 3 0 油气田地 面工 程(O GS E)第 1 6卷第 5期(1 9 9 7 9)前要经过破乳，尽管这样仍有一少部分 的油水乳状 液来不及破乳就进入分离设备，这部分油水乳状液 的粘度和密度同原油相 比都有一定程度的变化。根 据测定，油水乳状液的密度介于油和水之间，粘度 比油的大，正是因为这些特点，使得油水乳状液的 分离变得更加困难。从某种程度上来 说，这种乳状 液是影响设备分离效率的关键性因素之一。除油 田开采的高含水期外，世界上各油 田所遇 到的油

4、水乳状液绝大多数属于油包水型乳状液 河 南油田屑高含水后期采油，地面采出液中水包油型 乳状液较多。但是，由于地面采出液是一种比较复 杂的混合物，除去管道破乳外，在进入 HNS型高教 分离 器后，若不考虑游离状 态的水或油，乳状液大 致 以三种状态存在于分离设备内：第一种状态是存 在于界面以下水相中的乳化的油滴或是水包油包水 型的乳化液；第二种状态是存在于界面 以上油相中 的乳 化的水滴；第三种状态是存在于界面上下的一 层老化液，这三种状态的乳化液都是影响分离质量 的关键因素。下面对其形成过程分别作以说 明。来液经水洗破乳以后，游离状态的油滴 迅速上 浮至界面层中，继而进入油相 经破乳以后的小油

5、 滴虽然不能迅速上浮至界面层中，但经水洗破乳聚 结及填料聚结以后也可实现分离的目的 剩余的未 被破乳的小油滴或者水包油包水 的乳化液则随水相 一起流动，构成了第一种状态的以水包油为主的乳 状液 根据乳状液性 质知，由于密度差的作用会有 一部分复合型的乳化油滴上浮至界面层中，同时大 油滴在进入界面层中时由于搅拌翻滚也会带一部分 水 一些上升型的悬浮物及机械杂质也会进入界面 层中。同时，油相中的一些复合型的乳化水滴也会 沉积到界面层中。这些复杂的混合物就构成了第三 种状态的乳化液，也称老化液或界面淤渣。这部分。乳化液比较特殊，而且也复杂 适量溶解气是有利 于油滴上浮的，但若溶解气过多会导致界面层翻

6、动 致使一部分水随着溶解气带到 油层中(对 于 HN S 型高效分离器来说，控制进入水洗层 中的溶解气的 维普资讯 http:/ 多少对原油脱水质量很重要)。同时 一些大的油包 水型油滴在进入油层中时也带去一部分水。或因其 它原因，导致界面层的翻动，也可能使油相中带进 一部分 水。这些少量的水就构成了第二种状态的乳 化液，即以油包水型为主的乳化液 由上面分析不 难看出，设备 内乳化液的分布是 层次分明的：界面 以上以油包水型为主 界面以下以水包油型为主；界 面层中是 一种包含部分杂质在 内的混合物。沉积到 界面上的乳状液，一部分随着停留时间的延长逐渐 分解为游离的油和水而分开，由这部分乳状液形

7、成 的过渡层称为暂时性过渡层；另一部分在设备有限 的停留时间内不会分解称其为老化层，里边常常夹 带一些其它杂质，如 固体颗粒、石蜡族、沥青质等 等，进而形成一种更难分离的界面淤渣层，致使设 备的分离效率急剧 下降，2 2 粒径分布 粒径分布是影响设备效率的关键性 因素。对于 不同的来液介质，其粒径分布是不同的，但总体上 讲都近似服从正态分布。大致有三种情况：一种情 况是来液的粒径分 布处于设备的临界粒径 以下，细 颗粒 比较多。根据 S t o k e s定理 液滴的终端沉降速 度与其粒径的平方成正 比，所以该种介质的颗粒群 总体沉降速度 比较慢。换句话说，这种粒径分布将 会使设备效率下降。另

8、一种情况是介质的粒径分布 在设 备临界粒径左右，颗粒群大部分都可百分之百 的分离，这种情况是设备的最佳运行状况，也是设 计设备的依据标准。第三种情况是介质的粒径分布 处于设备的临界粒径以上，这种情况虽然设备效率 比较高 但设备体积有点过剩，所以也不是最 佳设 计标准。2 3 临界粒径 所有直径大于或等于临界粒径的液滴都将分离 出来 而直径小于临界粒径的液滴只能实现部分分 离。假若设备的临界粒径为零，此时不管有多大直 径的液滴都可百分之百的分离，也就是说设备的分 离效率为百分之百，所以设备的临界粒径越小，设 备效率就越高。由临界粒径公式可知影响临界粒径 的因素很多，如连续相粘度、水平流速、流道

9、高度、长度，以及分离介质与主流介质的密度差等，其中 任何一个因素的改变都将 导致设备 临界粒径的改 变，最终将影响到设备的效率，2 4 人 口脱气 由于从油井采出的原油中含有大量的气体 如 果这些气体在进入分离器之前不经过处理，一方面 使设备内流场发生混乱 另一方面还会占有一定的 设备空间，使设备效率大大降低。3 建议与措施 3 1 合理使用破乳剂 建议除去管道适量的破乳外，在对设备内注入 化学药剂时实行分相注入法：即界面层以下注入以 水溶性 为主的化学药剂；界面层以 上注入以油溶性 为主的药剂；对于界面层进行单独处理，在选择破 乳剂时，要尽可能选择一些能形成暂时性过渡层的 化学破乳剂。界面淤

10、渣可用下述方法 中的一种方法进行处 理。加热。大多数的界面淤渣可通过提高工艺温 度来分解，通常采用问歇加热方式人工 或自动完 成。加热对于熔解 石蜡族淤渣和未分解的乳化液淤 渣特别有效，在熔解石蜡族淤渣时，温度只要高于 石蜡 的始凝点，淤渣就会融化，而不需采用其它措 施 化学处理。对稳定的固体颗粒淤渣使用湿润 剂 它会使这些颗粒优先被水湿润，而沉降到水中，然后用水冲掉这些颗粒。破乳剂可用来处理未分解 的界面乳化液。对界面淤渣采用化学处理是一种非 常重要和通用的溶解界面淤渣的方法。外排 外 排装置可 以将淤渣排入到流程外面去进行处理，某些类型的淤渣较难处理 通常含沥青质的淤 渣和化学剂稳定的淤渣

11、最难溶解，处理的唯一方法 是混合稀释这些淤渣。3 2 具有完善的分离结构 3 2 1 填料 聚 结 由设备的粒级效率可知，效率与流道高度 H 成 反 比，与液滴直径平方成正 比，所以工程上常采 用 以下措施来强 化分离效果：多层板技术(浅池原 理)由于多层板的引入，相当于把原流道分化成许 许多多的子流道，同时由于予流道的当量直径大幅 度减小，所以有效地抑制了湍流的发生也相当于 提高了设备的处理能力；粗粒化技术 是继多层 板技术外，又一强化油水分离过程效果显著、经济 可行的措施。因此工程上常在设备中有选择地设置 聚结填料，引入聚结 电场，添加化学破乳剂，用以 强化设备分离效果。3 2 2 停 留

12、时 间 一般停留时间越 长，则分离效果越好。但停 留 时间的变长必然会带来设备尺寸的加大，所以对于 停留时间的选择必须进行综合考虑 (下转 4 2页)油气 田地 面工程(O GS E)第 1 6卷第 5 期(1 9 9 7 9)3 1 维普资讯 http:/ 的 6 2 6 4 。注入水的矿化度表示水中溶解电解 质盐的含量，一般来说，矿化度增加，溶液的导 电能 力增强，腐蚀也加快，c l又具有较高的极性和较强 的穿透能力，极易引起局部腐蚀，导致管材腐蚀穿 孔 表 5 和表 6的有关数据，是分别用电化学方法和 失重法测定的盐量或矿化度变化对注入水腐蚀性的 影响结果。由表 5可看出，在通氮排氧的条

13、件下 含 盐量上升 极化电阻变小 腐蚀性增强；而在通氧情 况下，含盐量小于 3 时，随着含盐量 的增加，极化 电阻变小 表明腐蚀电流上升，膳蚀性增加，而大于 3 岳，腐蚀减轻。由于采油一矿注水系统全面采用 天 然气密闭隔氧措施，含氧量低于 5 0 1 0 mg I ，所以其注入水矿化度越高 腐蚀性越强，表 6的结果 也充分证实了这一点。显然对 比表 4及表 6的试验 表 s 含盐量对注人水腐蚀性的影响 N a C 1(1 c 0 J 0 l 0 0 1 4 5 0 1 8 0 0 1 5 c 通 氮 时 投 化 n】1 0 0 0 0 3 3 0 0 2 5 2 0 J 2 4 0 0 1 0

14、 0 8 l 1 0 1 l I 1 0 0 涵 氧 对 电 匿(n)1 5 0 0 0 2 2 0 0 1 0 0 0 l 1 4 0 0 I 1 7 5 0 2 0 1 0 l 2 0 5 0 表 6 注 人水矿化度对腐蚀性 的影响 十 一 兰 竺 ：竺 !兰 l!：!数据可知，在现场注入水水质条件下，C O 对注入水 腐蚀性的影响明显大于矿化度。可见采油一矿注入 水的腐蚀性主要由 C O!的含量 及其腐蚀机制来控 制 但注入水中矿化度的升高却有加速上述过程的(上接 3 1 页)一般是在能够满足分离要求的前提下 越短越好 在生产实际中使用的分离器 由于水洗和 紊流会产生聚结使用。所以试验

15、中所测得的停留时 间要略大于实际设备中的绔留时间。3 2 3 液 滴碰撞 及粗 粒化 过程 设 备内发生的液滴碰撞有利于分离过程，所以 在保证流场稳定的前提下，应尽可能地使液滴发生 碰撞。随着碰撞过程的进行 渣滴 的终端沉降速度不 断变化，沉降速度加快 则其分离过程所用时间就变 短 也就是蜕设 备的分离效率得到提高。液滴租粒 化的结 果可使粒级效率大幅度的提 高 同时根据液滴碰撞理论 液滴粗粒化也有肋于总 效 率的提高。粗粒化前液滴粒径分布比较均匀 粒径 相差不大 根据碰撞理论，液椅的碰撞量与其谴度梯 4 2 油 田地 而工程(O GS E1 第 1 6卷第 5 朋 f l 9 9 7 9 作

16、用。3 结论与认 识(1)腐蚀产物成分特种分析表明 采油一矿注水 系统的腐蚀主要 由注入水中游离 C O。和高矿化度 所致。(2)腐蚀影响因素研究表明 注入水的腐蚀性主 要 由游离 C O 含量所决定 矿化度升高则具有加速 腐蚀的作用。(3)腐蚀机理研究表明，C O 与注入水相互作用 形成 Hz C O 导致注入水 p H 值下降+H 含量上升，氢的击极化作用增强，致使其腐蚀性增强。试验知，在高 矿化度 条件下，温度在 5 0 9 0 C范围内 C O 腐蚀产物对腐蚀无抑制作用。参 考 文 献 1 徐萃章编 电子探针分析原理 北 京：科学出版社H；版，】9 90 2 李树棠编 晶体 X射线 衍

17、射基础 北京：冶金工-f I_ 版 社 出版，1 9 9 0 3化 部化 工机械研究院编腐蚀 与防护 册 七 ：化 学 业蹦版社出版 I 9 8 7 4 钻井手册 (甲方)编写 组编 销 井 册(下肼)北 石油I,ik 出版让出版 1 9 9 0 5 A I KEDA M UEDA a n d S M RKA1 Ad v a o v i n CO C()r r o s i on 】9 8 1 I望 稿 日期1 9 9 7“4 编辑陆舂#、度成正 比 由于每个液滴粒径相差不大 所 由粒径 不等所造成的速 度梯度也 不大，液滴的碰撞量也就 不十分明显。粗粒化后粘径相差很大，有的甚至相差 几百到上干倍 由此造成的速度梯度很大。由碰掩理 论知，大颗粒在其运动过程中很容 易与前边的小颗 粒相撞。也就是说 粗粒化以后可 使许多在垃备m 不能分离掉的很细微的颗粒，由于碰谴加剐i 耵 最终 分离掉。3 3 良好的外部环境 要保证分离器 长期高效运行，还必须创造出一 个良好的外部环境：实现油气密闭集输；回收的污油 能平稳进入装髓；对设备的进 出口液量能实现平艳 控制；定期清理桅修等部是设 备平稳运行的必硬条 件(收鸺 垮 l t 9 9 7 3 1 4 *冀 ii l 1 维普资讯 http:/