电脱水器含油污水回流处理系统的开发与应用

(中海油安全技术服务有限公司，天津 300457)

在海洋石油开发开采过程中，由于海上油田所处环境特殊、油气集输流程短、脱水效率要求高且外输含水指标高,实际操作中的主要应对措施是将乳化层作为废油置换出流程[1]。为了提高原油处理的工作效率，避免原油外输不合格，节省原油运输成本，同时使污水外排达标、生产水回注达标，避免地层堵塞，保护环境，并且节省人力物力、降低成本，需要进行新技术(电脱水器含油污水回流处理系统)的开发与应用。

1 海上油田原油处理系统技术现状

目前海上油田普遍的原油处理流程为：石油从井口进入原油换热器进行加热，经过一级加热器进行加热，以及一级分离器进行脱水脱气处理后，再通过二级加热器加热，之后进入二级分离器进行脱水脱气处理，经过电脱增压泵进入电脱水器进行脱水处理后，到原油换热器进行冷却，再用原油外输泵进行输送，最后到货油舱进行原油外输。原油处理系统采用的处理技术有以下几个方面。

图1 油气水三相分离器

1.1 油气水三相分离器脱水

油、气、水三相混合物经入口导流装置流入分离器底部，结合入口挡板的作用，能够最大限度地减小入口流体对分离器的冲击，同时气液初步进行分离，见图1。

气相上升聚集在分离器的顶部，液相在分离器的中下段流经入口分离挡板，进入油水分离填料，液体不断改变方向的流道增加了流体与填料的接触面积。填料对液体产生强烈的碰撞和吸附作用，使小液滴通过碰撞变成大液滴，在重力作用下，水滴下沉，油滴上浮，达到油水分离的目的。分离后的气体流经出口处捕雾网，进一步除去气体中携带的小液滴后从管线排出。分离后的油相流过堰板后聚集在一起，聚集后的油相区和水相区底部是出口管线，在出口管线处有破涡流装置，避免形成涡流破坏油水界面。

1.2 电脱水器脱水

在现有的技术中，电脱水器的电场技术可分为3种：交流(AC)、直流(DC)、交直流(AC/DC)。国内自营油田普遍采用的是交直流形式的电脱水器。工作过程为：来自电脱水供给泵的原油从电脱水器下部的原油进口流入，经原油分布管进行初分配，再经过设置在容器底部的原油分配器进行再分配，进入容器的原油均匀分布在容器同一水平面上，原油在容器底部形成一个均匀的上升界面。原油在上升过程中首先进入交流弱电场，原油中的游离水被脱出，然后进入交变弱电场，原油中的水滴振荡并聚集，在此过程中可脱除大部分较大的水滴。然后原油继续向上运动进入直流强电场，原油中的较小乳化水滴在强电场作用下极化，由于电极板垂直分布，偶极化的水滴在直流电厂中受力不平衡，在电场的作用下向临近的极板运动，抵达极板而获得电荷后，向相反极性板加速运动，在运动中水滴碰撞聚结，当水滴变得足够大时，其重力使水滴沉降于罐的底部。经直流电场脱除小水滴后，达到脱水指标的原油，经容器顶部的集油管收集后流出电脱水器[2-4]，见图2。

图2 电脱水器结构

电脱水器的脱水形式主要分为3种：电泳聚结；偶极聚结；振荡聚结。交直流电脱水器就是把这3种聚结方式联合在一起进行聚结脱水[5]。

1.3 化学药剂破乳脱水

破乳剂的破乳过程一般分为 3个阶段: ①破乳剂加入原油乳状液后,让它分散在整个油相中, 并能进入被乳化的水珠上；②破乳剂渗入到乳化水珠的保护层, 并使保护层脆弱变皱破坏, 保护层破坏后, 被乳化的水珠互相接近并接触；③水珠聚结, 被乳化的水珠从连续相分离出来[6]。

2 影响油水分离质量的问题

经原油处理系统处理后的原油的含水量要达到0.5%以下，在此期间必须启动电脱水器进行油水分离。当油田进行钻完井作业、修井作业以及酸化作业等增产措施，使大量不同种类的表面活性剂进入油田采出液中，形成复杂的乳化液，对流程冲击大，增加了脱水难度，主要表现在电脱水器频繁跳电、外输原油超标和污水处理困难，使现场工人在处理流程时身心疲惫，如果处理不及时会造成下游流程的核桃壳过滤器等设备受到污染、外排超标、污水回注不合格，甚至会对环境造成污染或引发回注的地层堵塞等严重后果。

3 解决措施

通过对工艺流程进行改造，在借鉴国内外相关技术的基础上进行优化和研发而形成的新技术，可以有效解决上述问题。

此技术是在原有技术的工艺流程和原理的基础上，在二级分离器处增加了电脱水器含油污水回流处理系统，通过工艺流程改造把电脱水器的水相管线跟二级分离器油相入口管连接，使不合格的生产污水(含有很多的乳化液)进入二级分离器，增加乳化液反应时间，进行油水分离，提高分离效果，避免不合格的生产污水(含有很多的乳化液)进入污水处理系统，对污水处理系统的设备造成污染，使污水系统在出现故障的情况下，也能够保证外排合格，避免环境污染[7]。

电脱水器含油污水回流处理系统所采取的技术方法是：将电脱水器的水相出口与二级分离器油相入口管线相连接，形成含油污水回流管路，在含油污水回流管路上装有第一阀组，在含油污水排放管路上装有第二阀组。当电脱水器排出的生产污水不合格时，使其回流到二级分离器进行重新处理；当电脱水器排出的生产污水合格时，则使其进入生产水处理系统进行处理，见图3。

为能进一步了解本电脱水器含油污水回流处理系统的内容、特点及功效，兹举以下实施例并配合图3说明如下。

第一阀组包括第一单流阀6、第一遥控电磁阀1-2、第一旁通球阀1-4、位于第一遥控电磁阀一侧的第一手动球阀1-1和位于第一遥控电磁阀另一侧的第二手动球阀1-3。

第二阀组包括第二遥控电磁阀2-2、第二旁通球阀2-4、位于第二遥控电磁阀一侧的第三手动球阀2-1和位于第二遥控电磁阀另一侧的第四手动球阀2-3。通过第一阀组和第二阀组可在生产污水处理过程中便于遥控和手动流程切换。

正常操作状态：第一手动球阀1-1、第二手动球阀1-3、第三手动球阀2-1、第四手动球阀2-3为常开状态；第一旁通球阀1-4、第二旁通球阀2-4为常关状态。

生产污水合格时，第二遥控电磁阀2-2打开，第一遥控电磁阀1-2关闭，使生产污水进入生产水处理系统。

生产污水不合格时，第一遥控电磁阀1-2打开，第二遥控电磁阀2-2关闭，使生产污水进入二级分离器重新处理。

阀门操作的原则是先开后关。

工作原理为：当电脱水器3的水相出口排出的污水不合格时，第一遥控电磁阀1-2打开，第二遥控电磁阀2-2关闭。此时，不合格的污水通过与电脱水器水相排出管路连通的含油污水回流管路8进入二级分离器4继续进行处理，直至达标。生产水处理达标后，第一遥控电磁阀关闭，第二遥控电磁阀打开，生产水处理系统恢复正常。

4 结论

此技术解决了电脱水器频繁跳电、外输原油超标和污水处理困难等问题，并获得国家实用新型专利，具备以下几点技术优势。

1)通过流程的优化可以保证原油脱水的质量，节省了原油的运输成本。

2)保证了污水脱油过程中生产水流程的正常运作，避免了污水处理设备(斜板、核桃壳过滤器等)被高含油污水污染。

3)优化了工艺流程，通过电脱水器含油污水回流处理系统将含油污水直接转入工艺流程，比传统的电脱转闭排、闭排转流程的工艺处理方法更安全，操作起来比传统的工艺处理方法更简单，无需将乳化液频繁打入闭排罐，减小现场作业人员的工作量，使现场工人在人性化的工作条件下工作。

4)在污水脱油的过程中，使生产水中的油达到最大的回收，避免了浪费。

5)在污水回注过程中避免地层堵塞或者使污水外排的含油量降低。

采用此技术方案，能确保电脱水器的正常运行，并使其油相排出口含水达标，实现油气田开发与环境保护协调发展，树立公司履行社会环保责任的良好形象。

[1] 肖蕴,赵军凯,许涛,等.原油电脱水器技术进展[J].石油化工设备，2009(6):49-53.

[2] 王春升.浅谈原油电脱水器的设计[J].中国海上油气(工程),1998(5):14-18.

[3] 王凤巢,张建,崔景亭.高频脉冲电脱水机理浅析[J].石油规划设计,1998(3):36-37.

[4] 杨思明.蓬莱19-3油田原油脱水方案研究——电脱水器与离心机的比选[J].中国海上油气(工程),2002(5):13-17.

[5] 马健伟.电脱水器垮电场原因分析及解决措施[D].大庆石油学院,2005.

[6] 宋华,马健伟,李金玲.原油静态脱水参数的考察及破乳剂的影响[J].石油炼制与化工,2005(2):48-51.