水力旋流器在老化油处理中的应用
摘要:针对油田采出液中老化油对电脱水系统的危害，利用水力旋流技术进行老化油分离的矿场试验，分析影响老化油分离效果的因素.应用结果表明:在结构参数和生产能力相同的条件下，连续相介质的黏度是影响分离效果的主要因素;把水力旋流器放在游离水脱除器之前或提高进液温度、增加来液含水率可提高分离效果.
油田开发中后期，用现有技术手段难以处理采出液中出现的老化油，其中包括落地原油、污水沉降罐上部的浮油、污水处理站回收水池内的污油、脱水设备内位于油水界面上的中间过渡物质，以及含有未充分破胶的压裂液的产出液及管线腐蚀产物等，使得净化油含水超标和污水水质超标，导致电脱水器频繁跳闸，甚至发生垮电场事故.水力旋流分离器作为新型的离心分离沉降设备，应用于原油脱水、脱气、脱泥和产出水或过程水的除油，具有分离效率高，操作维护简便等优点,.人们对水力旋流器在油水分离、污水处理及旋流器的性能机理、轴向速度分布规律、流场特性、压降损失、压力比对分离效果的影响等方面做了深入的研究，但利用水力旋流器处理老化油还未见报道.根据旋流分离原理，进行老化油分离的矿场试验，分析老化油的性质对旋流分离效果和电脱水系统的影响.
1结构参数
1.1老化油成分
将杏二一I联合站老化油油样在室温下自然沉降24 h后进行室内实验，测得其含水率为58. 62%，含污油40.73%，含机械杂质0. 65%，总铁含量占机械杂质的15.53%(皆为质量分数).
将分离出的机械杂质用水配制成分散体系，然后用激光粒度分析仪分析粒度，粒度分布:粒径小于3 . 97μm的占10%，粒径小于112.84 μm的占50%，粒径小于332.38μm的占90%.进行黏温曲线测试:一组是老化油样品在室温下自然沉降24 h后，含水率为58.62%的样品;另一组是游离水脱除器油出口的低含水油在室温下自然沉降后，含水率为20. 30%的样品.测试时剪切速率为10s-1，结果见图1.由图1可以看出，在相同温度下，老化油黏度是普通低含水油黏度的2--5倍.随着温度的升高，老化油和普通低含水油黏度的变化都不大.
1.2参数优化
水力旋流器利用互不相溶介质间的密度差进行离心分离，使密度小的介质向轴心运动，密度较大的介质向边壁运动，最终分别由不同出口从水力旋流器排出.水力旋流器分离效果的影响因素包括旋流器的结构参数、介质物性参数及操作参数，以及处理量、分流比、压力降与压降比等，.试验中老化油物性参数及操作参数见表1.根据老化油成分分析结果及操作参数，经理论计算优化，确定的固液水力旋流器的结构参数见表2.
2矿场试验
利用水力旋流器处理老化油矿场试验设备及工艺流程分别见图2和图3.试验装置放在游离水脱除器之后，电脱水器之前.
试验过程:1)老化油经过撬装工.撬装工主要用于老化油加热、加压或加药.2)进入撬装II.在撬装II首先进行固一液分离，然后进行液一液分离，分离后油进入电脱水器，水进入游离水脱除器放水管，砂等杂质从杂质排放口排出.
试验中压力降、生产能力、分离粒度的试验结果和理论生产能力、理论压力降和理论分离粒度见表3.由表3可以看出，试验流量为12m³/h时对应的理论压力降为0.02MPa,而试验压力降为0.05MPa,比理论压力降大;实测和理论计算分离粒度分别为53 . 00, 44. 00μm .结合老化油粒度分布，表明经过结构参数优化设计的旋流,可以将两相介质中的固相颗粒大部分分离出来.
3结果分析
3.1原始分离效果
如果把试验装置放在游离水脱除器之后，固一液分离时，溢流口含砂量最高达0.28%;液一液分离时，油中含水率达35%，水中含油达77.00%.在固一液旋流分离中分离效果与压力降没有特定的关系，加入破乳剂，溢流口杂质质量分数降低不显著;在液一液旋流分离中对油水分离有一定的作用，但分离效果差.
原始分离效果见表4.由表4可知，在固一液分离中，介质中大部分的颗粒被分离出来这与理论分析有一定误差，原因是理论公式建立在砂粒和水分离的基础上，而试验中是以砂粒和油水混和物为介质的，在结构参数和生产能力相同的条件下，压力降由介质的物性参数决定，包括黏度;在液一液分离中，随含水率增加，底流口含水率越高，分离效果越好.加入具有降黏作用的破乳剂，分离效果有所改善，说明连续相介质的黏度是影响分离效果的主要因素.由于连续相介质的黏度较高，分散相向器壁运动的阻力增加，使得试验效果与理论计算有一定误差，应改进试验流程.
3. 2改进流程后的分离效果
改进的工艺流程为电脱水器放水一缓冲罐一污水泵一旋流分离.即把旋流装置放在电脱水器之后，在固一液分离中，旋流器溢流口的固体颗粒杂质质量分数比流程改进前低;加入破乳剂后，压力降增大，达到0. 10 M Pa.在液一液分离中随着进口含水率的增高，即进口油质量浓度的降低，水力旋流器的分离效果有所提高，特别是进口含水率大于60%时，效果更加明显;随着破乳剂加药质量浓度的增加，水力旋流器油水分离的效果有所提高.
改进后的分离效果见表5.由表5可知:改进流程后的旋流分离效果比较理想，液一液分离效果比改进前有所提高;增加含水率可以起到一定的降黏作用.由于原油具有很强的吸附能力，老化油中的杂质FeS呈絮凝物分散在油相中，使得两相介质的密度差很小，不利于分离.虽然加入足够的破乳剂，但试验中物料在旋流器内停留时间很短，破乳不够充分，对旋流分离效果影响不明显.
老化油处理主要是为解决原油净化时电脱水器跳闸和污水含油超标问题，对比流程改进前后的试验结果，如果利用水力旋流器处理老化油，应将旋流设备放在游离水脱除器之前，此处原油含水率高，黏度低，分离效果优于把旋流设备放在游离水脱除器之后;通过提高操作温度，降低介质黏度，也可以改善分离效果;加入破乳剂对改善分离效果不明显.
4结论
1)连续相介质的黏度是影响老化油旋流分离效果的重要影响因素.
2)利用水力旋流器处理老化油，应提高进液温度或增加来液含水率;为提高分离效果，水力旋流器应放在游离水脱除器之前.
3)加入破乳剂对老化油旋流分离效果影响不明显.
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