高含水原油靜電聚結(jié)脫水技術(shù)研究-論文.pdf

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1、54卷增刊2中國造船Vo1．54Special220l3年11月SHIPBUILDINGOFCHINANOV．2O13文章編號：1000—4882(2013)$2．0358—04高含水原油靜電聚結(jié)脫水技術(shù)研究鄭曉鵬(中海石油研究總院，北京100027)摘要介紹了一種新型高效的適用于高含水原油的靜電脫水裝置，尤其適用于海上石油平臺。該設(shè)備利用靜電聚結(jié)原理，容器內(nèi)置絕緣電極，利用電場作用加速油水分離，顯著提高油水分離效率，特點是能在產(chǎn)液含水高達95％以上的工況下正常工作。實驗室研究以及工程樣機在流花l1．1油FPSO現(xiàn)場試驗的結(jié)果證明，該技術(shù)適應(yīng)性強，其分離效率可較常規(guī)分

2、離技術(shù)提高50％以上。采用該技術(shù)可以簡化原油處理流程、減小處理設(shè)施尺寸和重量，為海上現(xiàn)有油田適應(yīng)增產(chǎn)改造，高含水油田、邊際油田和深水油田開發(fā)提供新的技術(shù)支持。關(guān)鍵詞：高含水；靜電聚結(jié)；高效；油水分離；深水油田0引言目前海上油田常規(guī)原油脫水處理流程(尤其重質(zhì)原油)，通常包含“自由水分離器+熱化學(xué)脫水+電脫水器”三部分【1l，其主要缺點是停留時問較長，設(shè)備體積龐大沉重，直接或間接投資成本較高。海洋石油開發(fā)后期產(chǎn)液(尤其產(chǎn)水和乳化液)大幅增加，且油田調(diào)整項目增多，大量新設(shè)施生產(chǎn)物流需要介入老設(shè)施進行處理，要對已建平臺原油處理設(shè)備升級改造以適應(yīng)開發(fā)需要，但改造方案往往受平臺空

3、問緊張和建造成本限制，必須提高原有設(shè)備效率或采用更加高效的設(shè)備，減小設(shè)備尺寸。另外，對于邊際油田(尤其重質(zhì)原油)，常規(guī)原油處理和水處理需要多級設(shè)備，直接或問接投資成本較高，急需高效設(shè)備提高油田開發(fā)的經(jīng)濟性。未來?？偵钏吞镩_發(fā)多用到浮式平臺，對重量非常敏感，使用緊湊高效的設(shè)備、簡化原油處理流程勢在必行。鑒于海上油田開發(fā)對高效緊湊油水處理設(shè)施的迫切需求，中海油研究總院聯(lián)合中石化洛陽工程公司在公司綜合科研課題《新型原油和生產(chǎn)水高效處理技術(shù)研究》中，對新型高效油水分離技術(shù)進行了實驗室研究和現(xiàn)場試驗，并最終研制開發(fā)高含水靜電聚結(jié)脫水器。該設(shè)備是一種新型高效的油水分離器，其利用

4、靜電聚結(jié)原理，容器內(nèi)置專利技術(shù)的絕緣電極，利用電場的作用加速油水分離，大大提高了油水分離效率，尤其可在產(chǎn)液含水高達95％以上的工況下正常工作。實驗室研究和工程樣機在流花11．1油田FPSO現(xiàn)場試驗的結(jié)果證明，該技術(shù)適應(yīng)性強，其分離效率可較常規(guī)分離技術(shù)提高50％以上。本文將從靜電聚結(jié)脫水機理、設(shè)備研制、實驗室和現(xiàn)場試驗脫水效果、工業(yè)化應(yīng)用探索等方面對靜電聚結(jié)原油脫水技術(shù)進行詳細介紹。1靜電聚結(jié)原油脫水機理靜電聚結(jié)原油脫水技術(shù)，是在重力沉降的基礎(chǔ)上，通過電場作用使原油中的小水顆粒加速聚結(jié)成較大粒徑的水顆粒，從而加速油水沉降分離，提高脫水效率1。在原油乳狀液破乳脫水方式中，

5、靜電54卷增刊2鄭曉鵬：高含水原油靜電聚結(jié)脫水技術(shù)研究359聚結(jié)脫水是應(yīng)用最廣泛的一種，電場中水滴的聚結(jié)、沉降是一個復(fù)雜的過程，電場形式、電場強度、電場停留時間、溫度等因素影響靜電聚結(jié)脫水效率。目前靜電聚結(jié)技術(shù)主要是在電脫水器應(yīng)用，含水率限制在30％以內(nèi)，主要是高含水會導(dǎo)致極板間短路【3】。將靜電聚結(jié)脫水技術(shù)應(yīng)用于高含水原油，其核心在于使用適應(yīng)高含水工況的復(fù)合絕緣電極，對電極絕緣材料的性能、耐壓情況、絕緣電極的結(jié)構(gòu)、油水分離器的結(jié)構(gòu)和供電方式都有更高的要求。2靜電聚結(jié)脫水工藝流程及產(chǎn)品設(shè)計課題研究的重點集中在適應(yīng)高含水工況的復(fù)合絕緣電極研究及高效靜電聚結(jié)分離器的整體研

6、發(fā)。首先對實驗用絕緣材料進行考察、篩選和性能測試，對選定的絕緣材料進行與金屬結(jié)合工藝的試驗，摸索制各工藝條件，制備出合格復(fù)合電極；接下來用秦皇島32—6油田的原油，開展了實驗室靜態(tài)和動態(tài)靜電聚結(jié)試驗研究，考察含水量、溫度、時間、電壓等因素對脫水效果的影響，并對其進行優(yōu)化，考察靜電聚結(jié)技術(shù)對不同原油的適應(yīng)性，考察絕緣層厚度對脫水效果的影響，確定最佳的靜電聚結(jié)工藝參數(shù)。根據(jù)實驗室研究結(jié)果進行工程樣機設(shè)計和絕緣電極放大設(shè)計以及設(shè)備的加工制造，并進行現(xiàn)場試驗；根據(jù)現(xiàn)場試驗情況，優(yōu)化工程樣機結(jié)構(gòu)設(shè)計，最終完成靜電聚結(jié)原油脫水工藝流程和產(chǎn)品設(shè)計。課題研發(fā)的高含水原油靜電聚結(jié)器結(jié)構(gòu)

7、如圖1所示：油水分離罐頂部外置氣包單獨除氣，內(nèi)部自下而上設(shè)置水相區(qū)、弱電場區(qū)、中強電場區(qū)、強電場區(qū)，能夠處理任意氣液比、任意含水率乳化液，提高三相分離效率，提高設(shè)備穩(wěn)定性，縮小設(shè)備尺寸，降低排水含油。1一油氣水進料管2．防沖板3．填料4．捕霧器5．氣出口管6一氣液界位7一氣液分離罐8．油水進料管9．進料分布器l0、11一電極組件l2-密閉接線盒l(wèi)3一變壓器14一人孔15一脫水后原油出口管16一油水分離罐17．排水管圖1高含水原油靜電聚結(jié)脫水器結(jié)構(gòu)3靜電聚結(jié)原油脫水實驗室／現(xiàn)場試驗主要結(jié)論研究過程中，選取了具有代表性的秦皇島32—6油田原油和生產(chǎn)水，通