盧洪源

中油遼河工程有限公司，遼寧盤錦 124010

遼河油田油品以稠油為主，稠油中瀝青、膠質(zhì)含量高，原油黏度大，油包水現(xiàn)象嚴(yán)重，脫水難度大。近年來，隨著開發(fā)方式的轉(zhuǎn)換，蒸汽驅(qū)、SAGD、火驅(qū)、化學(xué)驅(qū)等方式開采出的油品物性復(fù)雜，更加大了聯(lián)合站原油脫水的難度[1]。

目前遼河油田聯(lián)合站原油脫水大多采用二段熱化學(xué)沉降工藝，普遍存在進(jìn)站原油含水率高、站內(nèi)加熱負(fù)荷大、原油加藥量大、外輸含水率不達(dá)標(biāo)等問題。本文以曙五聯(lián)原油脫水為例，分析站內(nèi)存在的問題，提出高頻電聚結(jié)原油脫水技術(shù)，并對(duì)站內(nèi)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，滿足生產(chǎn)需求。

1 曙五聯(lián)現(xiàn)狀

1.1 曙五聯(lián)簡(jiǎn)介

曙五聯(lián)始建于1988年，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)規(guī)模為150萬(wàn)t/a（純油），綜合含水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下同）40%，最大處理液量420萬(wàn)t/a（11 500 t/d），污水處理能力5 000 m3/d。此后隨著進(jìn)站液量的增加和超稠油所占比例的上升，曙五聯(lián)脫水工藝陸續(xù)進(jìn)行改擴(kuò)建。2007年該站擴(kuò)建2座1萬(wàn)m3二段沉降罐后，設(shè)計(jì)處理液量為770萬(wàn)t/a（20 300 m3/d），綜合含水76.9%，處理后外輸含水1.5%。站內(nèi)污水經(jīng)除油罐除油后外輸至華油污水處理廠和曙四污水處理新站處理。

曙五聯(lián)主要接收三區(qū)、五區(qū)和七區(qū)來液，采用二段熱化學(xué)沉降脫水工藝，其一段脫水各區(qū)分別進(jìn)行，計(jì)量后匯在一起進(jìn)行二段脫水，處理后原油含水1.8%～2.5%，長(zhǎng)期處于超標(biāo)狀態(tài)。目前，曙五聯(lián)進(jìn)站總液量為24 100 m3/d，脫水參數(shù)現(xiàn)狀見表1。

1.2 站內(nèi)已建工藝流程

三區(qū)進(jìn)站液計(jì)量后進(jìn)1臺(tái)管道式油水分離裝置[2]進(jìn)行預(yù)脫水，脫水量3 500 m3/d，預(yù)脫水后進(jìn)入到4臺(tái)換熱器（熱泵供熱）進(jìn)行升溫，溫度由56℃升到60℃，而后原油進(jìn)3臺(tái)2 300 kW加熱爐（9#、11#、15#）進(jìn)行一段加熱，加熱溫度由60℃升到91℃，升溫后進(jìn)入到1座5 000 m3沉降罐（9#）沉降，低含水油溢流至緩沖罐（5#），含水4% ～8%，然后由三區(qū)脫水泵升壓去二段脫水。三區(qū)液進(jìn)站加熱前加入破乳劑，質(zhì)量濃度為100 mg/L。

表1 曙五聯(lián)脫水工藝參數(shù)

五區(qū)進(jìn)站液計(jì)量后進(jìn)2臺(tái)高頻電聚結(jié)脫水裝置進(jìn)行預(yù)脫水，脫水量2000m3/d，然后進(jìn)入6臺(tái)2300kW加熱爐 （16#、17#、12#、2#、1#、8#） 進(jìn)行一段加熱，溫度由61℃升到95℃，而后進(jìn)2座5 000 m3一段沉降罐（12#、13#） 沉降，低含水油溢流至緩沖罐（4#），含水3%～5%，然后經(jīng)五區(qū)脫水泵升壓去二段脫水。五區(qū)液進(jìn)站加熱前加入破乳劑，質(zhì)量濃度為140 mg/L。

七區(qū)進(jìn)站液分為吞吐產(chǎn)出液和SAGD產(chǎn)出液，進(jìn)站液量分別為5 100 m3/d和3 900 m3/d，綜合含水為78%，進(jìn)站溫度分別為62℃和110℃。SAGD產(chǎn)出液進(jìn)站設(shè)置有加熱爐，當(dāng)進(jìn)站溫度不夠時(shí)啟用加熱爐，溫度較高時(shí)則不啟用。吞吐產(chǎn)出液進(jìn)站前先進(jìn)行加熱升溫，而后與SAGD產(chǎn)出液混合進(jìn)2座5 000 m3沉降罐（2#、3#），低含水油溢流至緩沖罐（7#），含水1.5%，低含水部分直接外輸。七區(qū)液進(jìn)站加熱前加入破乳劑，質(zhì)量濃度為100 mg/L。

三區(qū)、五區(qū)低含水油分區(qū)計(jì)量后，混合進(jìn)入2臺(tái)2 300 kW加熱爐進(jìn)行二段加熱，溫度由75℃升到93℃。原油升溫后進(jìn)入到2座1萬(wàn)m3二段沉降罐進(jìn)行二段沉降脫水，脫水時(shí)間113 h，原油含水2%～3%，進(jìn)1座5 000 m3好油罐儲(chǔ)存，與七區(qū)原油混合外輸，含水為1.8%～2.5%。

站內(nèi)已建工藝流程見圖1。

1.3 原油脫水不合格原因分析

圖1 曙五聯(lián)原油脫水系統(tǒng)工藝流程

（1）火驅(qū)開發(fā)方式的實(shí)施，造成進(jìn)站原油乳化嚴(yán)重[3]。目前，火驅(qū)規(guī)模105井組，整體規(guī)劃141井組，隨著規(guī)模的擴(kuò)大，將加劇脫水難度。

（2）超稠油產(chǎn)量及比例增加，油水密度差減小。2001年以來，曙五聯(lián)五區(qū)、七區(qū)進(jìn)站原油超稠油產(chǎn)量及比例均不斷增長(zhǎng)，造成進(jìn)站原油油水密度差減小，脫水難度增大。

（3）油品物性變差，原油黏度不斷增加?，F(xiàn)狀原油黏度與2007年改造時(shí)的原油黏度相比，三、五、七區(qū)原油黏度分別增加520%、50%、230%。

（4）二段動(dòng)態(tài)沉降脫水效果較差。曙五聯(lián)二段脫水采用動(dòng)態(tài)沉降脫水工藝，采用動(dòng)態(tài)沉降脫水工藝來實(shí)現(xiàn)油水分離，油中水滴沉降速度應(yīng)大于沉降罐進(jìn)液上升速度。其一，進(jìn)液上升速度的理論計(jì)算：2座1萬(wàn)m3二段沉降罐進(jìn)液量為3000m3/d，直徑27.6m，經(jīng)計(jì)算進(jìn)液上升速度為0.104 m/h；其二，根據(jù)斯托克斯公式對(duì)水滴沉降速度進(jìn)行理論計(jì)算：

式中：vw為水滴的勻速沉降速度，m/h；dw為水滴的直徑，μm；g為重力加速度，m/s2；ρw、ρ0分別為水、油的密度，kg/m3；μ0為油的黏度，mPa·s。

水滴沉降速度計(jì)算取值及計(jì)算結(jié)果見表2。由計(jì)算結(jié)果可知，液滴沉降速度0.084 m/h小于進(jìn)液上升速度0.104 m/h。因此進(jìn)液對(duì)較小液滴沉降速度影響較大，增加了二段進(jìn)一步脫水的難度。

表2 水滴沉降速度計(jì)算取值及計(jì)算結(jié)果

2 工藝優(yōu)化

2.1 室內(nèi)脫水試驗(yàn)

原油實(shí)際上是一種多重乳狀液，只有將其破乳、脫水后才能利用[4-5]。實(shí)現(xiàn)原油脫水，高效的破乳劑是第一要素，只有選擇高效的破乳劑才能充分破乳，原油中油水才能順利分離，達(dá)到破乳脫水的目的。曙五聯(lián)的原油物性見表3。

（1）曙五聯(lián)一段熱化學(xué)沉降試驗(yàn)結(jié)論。第一，曙五聯(lián)進(jìn)站采出液一段原油破乳脫水的最佳破乳劑為曙五聯(lián)五區(qū)、曙四聯(lián)六區(qū)、曙五聯(lián)七區(qū)現(xiàn)場(chǎng)在用破乳劑。第二，曙五聯(lián)進(jìn)站采出液一段原油破乳脫水時(shí)，破乳劑的最佳加入量為140～160 mg/L。第三，曙五聯(lián)進(jìn)站采出液一段原油破乳脫水時(shí)，脫水溫度應(yīng)不低于80℃。第四，在滿足上述優(yōu)選參數(shù)條件下，當(dāng)曙五聯(lián)進(jìn)站采出液一段原油破乳脫水時(shí)沉降時(shí)間為16 h時(shí)，脫水后凈化油含水不大于12%，當(dāng)破乳脫水時(shí)沉降時(shí)間為32 h時(shí)，脫水后凈化油含水不大于10%，當(dāng)破乳脫水時(shí)沉降時(shí)間為48 h時(shí)，脫水后凈化油含水不大于7%。

表3 曙五聯(lián)原油物性

（2）曙五聯(lián)二段熱化學(xué)沉降試驗(yàn)結(jié)論。其一，曙五聯(lián)二段原油破乳脫水的最佳破乳劑為曙五聯(lián)七區(qū)、曙五聯(lián)五區(qū)、曙四聯(lián)六區(qū)現(xiàn)場(chǎng)在用破乳劑。其二，曙五聯(lián)二段原油破乳脫水時(shí)，破乳劑的最佳加入量為120～150 mg/L。其三，曙五聯(lián)二段原油破乳脫水時(shí)，脫水溫度應(yīng)不低于85℃。其四，在滿足上述優(yōu)選條件下，在曙五聯(lián)二段原油破乳脫水時(shí)，沉降時(shí)間應(yīng)不小于84 h，脫后凈化油含水≤1.5%。

2.2 高頻電聚結(jié)脫水方案（方案一）

（1）高頻電聚結(jié)[6]脫水原理。1988年曙五聯(lián)建站時(shí)，二段脫水采用電脫水，隨著原油采出液乳化程度的不斷加劇，電導(dǎo)率增大，導(dǎo)致常規(guī)電脫水器易發(fā)生短路，能耗增加。高頻電聚結(jié)脫水既能克服常規(guī)電脫水器易短路、能耗高的缺點(diǎn)，又能發(fā)揮電場(chǎng)破乳的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。高頻電聚結(jié)脫水裝置通過調(diào)整高頻高壓脈沖的頻率和脈沖時(shí)間，使高頻脈沖輸出時(shí)間小于原油乳狀液在電極間形成短路擊穿所需的時(shí)間，在擊穿形成前關(guān)閉脈沖輸出，從而建立起穩(wěn)定的高壓高頻電磁場(chǎng)。當(dāng)外加電場(chǎng)頻率接近界面膜諧振頻率時(shí)，兩者形成共振，界面膜因振動(dòng)、變形幅度增大而破裂，實(shí)現(xiàn)破乳，并在電場(chǎng)力的作用下實(shí)現(xiàn)快速聚結(jié)合并[7]。常規(guī)電脫水器與高頻電聚結(jié)脫水器技術(shù)參數(shù)對(duì)比情況見表4，高頻電聚結(jié)脫水裝置結(jié)構(gòu)示意見圖2。

表4 常規(guī)電脫水器與高頻電聚結(jié)脫水器技術(shù)參數(shù)對(duì)比

圖2 高頻電聚結(jié)脫水裝置結(jié)構(gòu)示意

（2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。針對(duì)遼河油田稠油，2016年11～12月在曙五聯(lián)開展高頻電聚結(jié)脫水試驗(yàn)。第一，試驗(yàn)介質(zhì)情況：試驗(yàn)介質(zhì)為三、五區(qū)一段處理后原油，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤10%，溫度為80℃，黏度為1 480 mPa·s（50℃）。第二，高頻電聚結(jié)脫水試驗(yàn)裝置參數(shù)：規(guī)格為1 200 mm×5 270 mm，處理能力≤1.0 m3/h，有效處理容積為4.0 m3，停留時(shí)間為4 h，工作壓力為0.5～1.0 MPa，壓降≤0.1 MPa。脫水試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5～6及圖3。第三，高頻電聚結(jié)脫水裝置現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)結(jié)果：進(jìn)口原油含水≤10%，處理后油含水1.0%～1.4%，污水含油250 mg/L，因此高頻電聚結(jié)脫水裝置能夠滿足二段脫水指標(biāo)要求。

表5 三區(qū)混合油高頻電聚結(jié)脫水試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（3）改造方案。改造方案為維持三區(qū)、五區(qū)和七區(qū)一段分區(qū)脫水工藝現(xiàn)狀，二段脫水采用高頻電聚結(jié)脫水工藝，原二段2座1萬(wàn)m3罐改成好油罐。

圖3 高頻電聚結(jié)脫水試驗(yàn)曲線

表6 三區(qū)、五區(qū)混合油高頻電聚結(jié)脫水試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3 一段動(dòng)沉+二段靜沉脫水方案（方案二）

一段三區(qū)、五區(qū)、七區(qū)合區(qū)沉降，2座1萬(wàn)m3大罐作為一段動(dòng)態(tài)沉降罐，其余9座5 000 m3大罐作為二段靜態(tài)沉降罐，實(shí)現(xiàn)一段動(dòng)沉[8-9]、二段靜沉的脫水工藝。

將14#、15#罐（原二次沉降罐）改為三區(qū)、五區(qū)、七區(qū)一段動(dòng)態(tài)沉降罐。9#罐（原三區(qū)一段沉降罐）拆除內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加浮動(dòng)收油裝置，改為二段沉降罐；5#罐（原三區(qū)緩沖罐）增加浮動(dòng)收油裝置，改為二段沉降罐；12#、13#罐（原五區(qū)一段沉降罐）拆除內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加浮動(dòng)收油裝置，改為二段沉降罐；4#罐（原五區(qū)緩沖罐）增加浮動(dòng)收油裝置，改為二段沉降罐；2#、3#罐（原七區(qū)一段沉降罐）拆除內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加浮動(dòng)收油裝置，改為二段沉降罐；7#罐（原七區(qū)緩沖罐）增加浮動(dòng)收油裝置，改為二段沉降罐；6#罐（原好油罐）增加浮動(dòng)收油裝置，改為二段沉降罐；2#、3#、4#、5#、6#、7#、9#、12#、13#罐增加加熱盤管，導(dǎo)熱油伴熱。

2.4 方案比選

改造方案的對(duì)比見表7。經(jīng)過對(duì)比，推薦采用方案一，即采用高頻電聚結(jié)脫水工藝[10]解決曙五聯(lián)原油脫水超標(biāo)問題，該工藝改造對(duì)生產(chǎn)影響小，安全風(fēng)險(xiǎn)低。

3 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合遼河油田曙五聯(lián)站內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀，通過對(duì)曙五聯(lián)油品物性的試驗(yàn)，分析了原油脫水的影響因素，在此基礎(chǔ)上，提出以高頻電聚結(jié)技術(shù)解決原油外輸含水率不合格的問題，并對(duì)站內(nèi)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化?，F(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)表明，采用高頻電聚結(jié)技術(shù)，原油脫水穩(wěn)定有效，技術(shù)成熟，相對(duì)于傳統(tǒng)脫水工藝，具有效率高、占地小、運(yùn)行成本低、投資低等優(yōu)勢(shì)，該脫水工藝是一種適用于遼河油田稠油脫水的工藝，值得在其他類似區(qū)塊推廣應(yīng)用。

表7 改造方案比選

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