國(guó)產(chǎn)碟片離心機(jī)處理三元采出水
行業(yè)動(dòng)態(tài)
三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)可大幅提高原油采收率，已成為大慶油田穩(wěn)產(chǎn)的重大技術(shù)措施之一。但由于三元復(fù)合驅(qū)注入液中含有聚丙烯酰胺、堿、表面活性劑，其采出水性質(zhì)較水驅(qū)、聚驅(qū)發(fā)生很大變化，主要表現(xiàn)在如下方面：污水粘度升高，油珠上浮速度變慢、油珠之間難以聚并；懸浮固體粒徑變小，難以上浮或下沉，在水中呈懸浮狀態(tài)；固液界面存在較高的電動(dòng)電位，顆粒間相互排斥，膠體分散系非常穩(wěn)定。以上因素使油水更難分離，懸浮物去除難度加大。目前大慶油田已建的三元復(fù)合驅(qū)采出水處理站，采用高效污水分離裝置或橫向流聚結(jié)/氣浮組合分離裝置等，都必須輔助化學(xué)藥劑來(lái)實(shí)現(xiàn)油、泥、水的有效分離，但藥劑處理成本高，加藥后產(chǎn)生泥渣量大，給生產(chǎn)及管理造成沉重負(fù)擔(dān)。
目前，碟片離心機(jī)在市場(chǎng)份額占有率較高的有Alfa Laval公司（瑞典）和Westfalia公司（德國(guó)），但是價(jià)格是國(guó)產(chǎn)碟片離心機(jī)的數(shù)倍。筆者在大慶油田采油六廠某強(qiáng)堿三元污水處理站采用國(guó)產(chǎn)碟片離心機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)中試，旨在優(yōu)化國(guó)產(chǎn)碟片離心機(jī)的技術(shù)參數(shù)，同時(shí)考察其處理三元采出水的穩(wěn)定性。
一、試驗(yàn)材料及方法
1.1 離心機(jī)結(jié)構(gòu)及參數(shù)
所用國(guó)產(chǎn)碟片離心機(jī)（AF-KYD304SD-23）主要用于液（水）-液（油）-固（懸浮固體）分離。轉(zhuǎn)鼓裝在立軸上端，通過(guò)傳動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有一組互相套疊在一起的碟形零件即碟片，碟片相互之間留有很小的間隙。待分離物料由位于轉(zhuǎn)鼓中心的進(jìn)料管加入轉(zhuǎn)鼓后，在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在離心力場(chǎng)下，比液體重的固相物沉積在轉(zhuǎn)鼓壁而形成沉渣并經(jīng)排渣口排出，輕液相沿錐形碟片外（上）錐面向軸心流動(dòng)至上部輕液相出口排出，重液相則沿碟片內(nèi)（下）錐面向上流向轉(zhuǎn)鼓壁由重液相出口排出。由于轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力，因此離心分離只需較短時(shí)間即能獲得重力沉降效果。
試驗(yàn)離心機(jī)的技術(shù)參數(shù)：過(guò)水通量為3m3/h、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為8280r/min、分離因數(shù)為10800、轉(zhuǎn)鼓直徑為304mm、進(jìn)口壓力≤0.05MPa、出口壓力≥0.2MPa、電機(jī)功率為4.0kW。
1.2 原水水質(zhì)
試驗(yàn)期間原水水質(zhì)如下：溫度為37℃、聚合物含量為780～910mg/L、表面活性劑含量為34.2～42.4mg/L、總堿度為8490～8870mg/L、粘度為7.50～10.7mPa·s、總礦化度為10800mg/L、pH值為10.9。
1.3 分析項(xiàng)目及方法
含油量：分光光度法，懸浮固體含量：重量法，均執(zhí)行《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》（SY/T 5329-2012）；油（泥）中含水率：蒸餾法，執(zhí)行《原油水含量的測(cè)定（蒸餾法）》（GB/T 8929-2006）；粘度：流變儀AR1500ex，執(zhí)行《旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)試方法》（GB 10247-1988）；聚合物含量：分光光度法，表面活性劑含量及總堿度：滴定法，均執(zhí)行大慶油田企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。
二、結(jié)果與討論
2.1 比重環(huán)的篩選優(yōu)化
現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)所選比重環(huán)分別為φ62、φ65、φ70、φ73、φ75mm，處理量為0.5m3/h，排渣周期為1h。試驗(yàn)分別對(duì)不同比重環(huán)的水相出口含油量、懸浮固體含量，油相出口排油含水率以及油相出口排量占總處理量的比例（輕相百分比）等指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)與分析。
結(jié)果表明，隨著比重環(huán)內(nèi)徑的變大，出水水質(zhì)逐漸變差；以出水含油量及懸浮固體為考核指標(biāo)，比重環(huán)由好到差依次為φ62mm＞φ65mm＞φ70mm＞φ73mm＞φ75mm。出水含油量從33mg/L升高到102mg/L，去除率從98.6%降低到94.3%。出水懸浮固體含量從54mg/L升高到78mg/L，去除率從58.8%降低到42.9%。
隨著比重環(huán)內(nèi)徑的增大，油相出口排油含水率及輕相百分比均逐漸降低；以排油含水率及輕相百分比為考核指標(biāo)，比重環(huán)由好到差排序?yàn)棣?5mm＞φ73mm＞φ70mm＞φ65mm＞φ62mm。排油含水率從0.27%升高到92.9%，輕相百分比從0.20%升高到62.5%。
綜上可知，不同比重環(huán)水相出口含油量及對(duì)懸浮固體的去除率相差不大，但油相出口排油含水率及輕相百分比相差較多。Φ62mm和φ65mm兩種比重環(huán)雖然水相出水水質(zhì)要好于其他比重環(huán)，但油相出口排油含水率及輕相百分比過(guò)高，將來(lái)實(shí)際生產(chǎn)站很難保障系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，因此這兩種比重環(huán)難以應(yīng)用。另外三種比重環(huán)中φ70mm比重環(huán)水相出水水質(zhì)好，且油相出口排油含水率及輕相百分比都很低，因此綜合考慮各種因素后，選擇比重環(huán)為φ70mm。
2.2 處理量的篩選優(yōu)化
采用φ70mm比重環(huán)、排渣周期為1h，考察不同處理量下水相出口含油量、懸浮固體含量以及油相出口排油含水率、輕相百分比等指標(biāo)。隨著處理量的加大，對(duì)油及懸浮固體的去除率呈降低趨勢(shì)，其中除油率由95.5%降到86.1%，對(duì)SS的去除率由50.3%降到22.1%；油相出口排油含水率及輕相百分比則呈上升趨勢(shì)，其中排油含水率由4.5%升到77.5%，輕相百分比由0.60%升到25.0%。以三元復(fù)驅(qū)采出水的濾前水含油量≤100mg/L來(lái)評(píng)價(jià)碟片離心機(jī)的去除效果，可以看出只有處理量在0.5m3/h左右的情況下，出水含油量達(dá)到了要求。
2.3 排渣周期的確定
采用φ70mm比重環(huán)、處理量為0.5m3/h且24h不排渣，對(duì)碟片離心機(jī)進(jìn)出水含油量、SS含量進(jìn)行了檢測(cè)。
24h不排渣試驗(yàn)主要為了確定碟片離心機(jī)在該種水質(zhì)條件下的排渣周期。當(dāng)運(yùn)行到12h后，出水含油量、SS含量有一個(gè)明顯的升高趨勢(shì)。在0～12h，水相出水平均含油量為62.3mg/L，平均去除率為98.8%；12～24h之間，水相出水平均含油量為172mg/L，平均去除率為95.5%。
在0～12h之間，水相出水SS平均含量為161mg/L，平均去除率為54.6%；12～24h之間，水相出水SS平均含量為306mg/L，平均去除率為27.4%。
12h以后出水水質(zhì)變差的原因：碟片離心機(jī)的渣腔容積為定值，當(dāng)離心分離出的懸浮固體已經(jīng)積滿渣腔后，再分離出來(lái)的懸浮固體會(huì)堆積在碟片束之間，甚至?xí)氯g隙進(jìn)行影響分離效果，因此排渣周期應(yīng)小于12h。為了保證碟片離心機(jī)出水水質(zhì)穩(wěn)定，該中試設(shè)定排渣周期為8h，排渣周期主要和碟片離心機(jī)的渣腔容積、物料的處理量及其含固量有關(guān)。
2.4 穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn)
采用φ70mm比重環(huán)、處理量為0.5m3/h、排渣周期為8h、運(yùn)行時(shí)間為144h，對(duì)碟片離心機(jī)進(jìn)出水含油量、SS含量以及排除泥渣的含水率、含油率等進(jìn)行檢測(cè)，考察碟片離心機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。檢測(cè)結(jié)果顯示，穩(wěn)定運(yùn)行累計(jì)144h（6d），來(lái)水含油量在2840～9150mg/L之間，出水含油量都在100mg/L以下，平均為59.4mg/L，平均除油率為98.9%。來(lái)水SS含量在170～510mg/L之間，出水SS含量大多在100～200mg/L之間，平均為138mg/L，對(duì)SS的平均去除率為54.3%。
同時(shí)對(duì)于碟片離心機(jī)排出的泥渣進(jìn)行了分析，其密度為1.07g/mL、含水率為32.8%、含油率為2.2%、含固率為65%。排出的泥渣含水率較低，無(wú)需后續(xù)離心或壓濾處理就可以裝車?yán)\(yùn)；排出的泥渣含油率接近于《油田含油污泥綜合利用污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（DB 23/T 1413-2010）中用于鋪設(shè)油田井場(chǎng)、通井路2%的要求，與普通污泥摻混后可達(dá)到要求。
碟片離心機(jī)分離效果是各種參數(shù)相互制約的結(jié)果，不僅受到離心機(jī)自身結(jié)構(gòu)的影響，同時(shí)還受到進(jìn)液物料的理化特性、現(xiàn)場(chǎng)使用工況及其工藝運(yùn)行參數(shù)的影響。對(duì)于不同的物料，只有選擇合適的工況及運(yùn)行參數(shù)才能達(dá)到較佳的分離效果。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，碟片離心機(jī)處理三元采出水具有良好的適應(yīng)性及穩(wěn)定性，特別是對(duì)于乳化嚴(yán)重的污油具有較高的去除效率。
三、結(jié)論
針對(duì)大慶油田三元采出水乳化程度高、處理難度大的問(wèn)題，在大慶油田采油六廠某強(qiáng)堿三元污水處理站開展國(guó)產(chǎn)碟片離心機(jī)現(xiàn)場(chǎng)中試研究。結(jié)果表明，碟片離心機(jī)在進(jìn)液溫度為37℃、不加藥劑、采用φ70mm比重環(huán)、額定處理量為0.5m3/h、排渣周期為8h的條件下運(yùn)行穩(wěn)定，除油率達(dá)到了98%以上，對(duì)SS的去除率則達(dá)到了50%以上，去除效率較傳統(tǒng)自然沉降罐平均提高了30%以上?，F(xiàn)場(chǎng)中試結(jié)果為今后三元采出水的處理提供了一種新的方法。
