經過18年的高速高效開發孤東油田己進入特高含水開發階段以聚合物驅為主導技術的三次采油技術已成為實現原油穩產的一項重要技術措施聚合物驅可以提高原油采收率但采出液中也因含聚合物而影響地面油水分離工藝孤東集輸系統現有聯合站4座集輸工藝采用二級布站方式即油井來油進入計量站再分別進入四座聯合站聯合站以東一聯為中心處理站其它三座聯合站為衛星站處理液量14×104t/d處理原油力0.72×l04t/d綜合含水高達94％含砂0.039％

l 聯合站脫水系統存在的問題

1.1 聚合物含量增加原油脫水難度加大

目前孤東聯合站產出液中聚合物含量平均為40mg/l而且呈持續上升趨勢造成原油脫水難度加大

1.2 分水器超負荷運轉

東一聯進站液量達到47000m3/d原有四臺4×20m分水器設計處理液量僅為40000m3/d分水器在處于超負荷17.5％運行

1.3 油水分離效果差

東一聯DN4×20m分水器出口原油含水87％脫水率僅為64.8％且脫出污水含油經常超過500mg/L

1.4 脫水系統無效熱耗大

東一聯一段脫水加熱爐總熱負荷為8176.3kw其中加熱水用熱負荷（無效能耗）為7607.9kw無效熱耗高達93％

1.5 脫水系統壓力損失大

高含水原油自分水器一段加熱爐立式油氣分離器穩定塔進入一次脫水沉降罐總壓力損失達到0.58MPa進站壓力高達0.65MPa

早期孤東預分水工藝的研究為原油脫水工藝提供了發展方向分水器的投用緩解了由于原油含水上升液量增大而造成的原油脫水處理困難的狀況但隨著三采液聚合物含量的增加油品性質發生變化原油相對比重大（d420＝0．9581）50℃粘度為433mPa．s油水分離難度增大使得原分水器分離效果降低原油出口含水達到87％影響外輸原油含水指標的完成不能適應目前原油生產因此研制含聚合物稠油新型高效分水器是解決脫水工藝系統的關鍵

針對孤東各聯合站脫水系統存在的問題開展工藝技術研究分析認為脫水困難的主要原因是分水設備效率低處理能力差造成的因此決定開展了新型高效分水器技術研究

2 含聚合物稠油高效分水器的主要研究內容

重點開展含聚稠油乳狀液油水分離特性的研究進行高效分水器結構優化研究研制應用新型高效分水器并在現場開展試驗

2.1 影響分離效果的因素分析

油水的分離主要利用油水的密度差靠重力場的作用進行分離因此油水的分離服從stokes定律的規律stokes定律如下

各種影響因素的分析具體如下

1液滴粒徑（分散度）

粒徑分布（分散相在連續相中的分散程度是影響設備效率的關鍵性因素根據Stokes定理液滴的終端沉降速度與其粒徑的平方成正比粒徑越小油水混合物的分散度越高分離器油水分離效果越差反之分離效果越好

2密度油水泥合物中油相水相密度差越大越有利于沉降分離

3粘度分離速度與油水的粘度成反比粘度越小越有利于分離

 4溫度溫度是影響油水的密度差和粘度的重要因素

孤東重質原油溫度自40℃升高到65℃原油粘度由800mPa．s降至200mPa．s原油粘度隨著溫度的升高急劇降低溫度超過65℃后原油粘度降低幅度較小由此可見孤東重質原油脫水的最佳溫度應為65℃

5乳化與破乳

原油集輸過程中常常因為管件的節流或流過彎頭等各種原因在原油進入分離設備前就形成了一定的油水乳化液根據測定油水乳狀液的密度介于油和水之間粘度比油的大使得油水乳狀液的分離變得更加困難因此選用型號和數量合適的破乳劑是非常重要的

6停留時間

停留時間越長則分離效果越好但停留時間的變長必然會帶來設備尺寸的加大所以對于停留時間的選擇必須進行綜合考慮一般是在能夠滿足分離要求的前提下越短越好從而體現出設備的高效性

2.2 含聚稠油稠油油水分離特性

1聚丙烯酰胺對污水粘度的影響

污水粘度隨著聚合物（HPAM）的濃度增加而增加影響分離器的油水分離效果

2聚合物對界面彈力的影響

當兩個油滴相互接近時油滴表面會形成一層水膜若要兩滴聚并為一滴必須使水膜破裂

因此水膜的強度決定了油滴聚結的難易程度界面彈力隨著聚合物濃度的增加而增加這表明聚合物增加了油滴聚結的難度

3含聚合物溶液的穩定性

帶負電荷的聚丙烯酰胺分子增加了油珠和懸浮固體的電負性增強了他們在水體中的穩定性

對水包油乳狀液的穩定性進行試驗析水量隨著聚合物濃度的增大而降低這說明穩定性隨著聚合物濃度的升高而增大

4注聚采出水中油珠的粒徑細小

注聚采出水中油珠的粒徑分布為2～l0μm的占總數的88.1％水中固體懸浮顆粒粒徑較大分布范圍較寬主要分布在2．6μm～15.4Iμm之間其中小于5μm的顆粒累積體積占22.6％所以注聚采出水中油滴粒徑細小懸浮顆粒大造成油水分離難度增大

2.3 含聚合物稠油高效油水分離器的優化設計

根據孤東油田的特點以及孤東原油的特性在分水器內部結構研究的前提下參照其它類型的分水器的基礎上設計了一種適合含聚合物高粘起泡含砂原油的分水器

1 高效分水器結構

 ①高效分水器內部構件優化

A．采用上部入口件穩流整流作用較好總體流場流動特性相對較好

B．入口區采用板槽式布液油氣水分離技術加快油水分離速度提高油水分離質量

C．兩個分離室對稱布置油水介質由兩端向中部流動使分離器簡體內介質流動形式形成雙向流

D．采用兩級填料聚結整流技術改善油水分離條件提高油水分離效率

E．采用整流分離填料改善分散水相在油連續相中的流場條件實現分散相與連續相的快速分離

D．氣體出口區采用絲網捕霧器除去氣體中的小液滴

②高效分水器控制裝置優化

高效分水器的控制是分水器的一個重要的方面是高效分水器的一個有機的組成部分最重要的是液面和壓力的控制解決了目前大部分分水器內液位與壓力的控制存在的以下兩個方面的問題

 A．分離器壓力過高

分離器壓力過高會導致井口回壓升高增加了能源消耗同時過高的壓力使后續流程中的中轉站或計量站的輸出口壓力也升高不利于輸油

B．液位控制不穩定

2高效分水器工作原理

含水≥95％的重質特高含水油氣水砂混合物自高效分水器兩端進入高效分水器在沉降分離室氣液初分離區內實現氣液預分離分離出的氣體進入氣相空間經二級填料及絲網捕霧器除去氣體中粒徑大于100μm的液滴氣體經氣出口流出高效分水器油水混合物進入沉降分離室液相空間經二級填料的共同作用脫出重質原油中的游離水和部分乳化水以及水中的浮油含水≤50％的重質原油進入油室經出油口流出高效分水器含油≤500mg/L的合格污水進入水室經水出口流出高效分水器沉降室分離出的砂進入集砂腔和集砂包經排砂口定期排出高效分水器

3技術特點

①結構簡單功能分明

分離器設備內部結果簡單各部分的功能也很分明如預分離區僅把混合液中的大量氣體脫出使進入分離器脫水內的油水混合液處于相對穩定狀態（壓力流量含氣量）同時也提高了設備的利用率入口區域的水洗把原有脫水轉化成水中除油其水洗破乳作用沉降分離區域主要起油水進一步分離凈化的作用油室起原油緩沖穩定作用水室起脫出水的緩沖作用

②液相容積增加設備效率高

為了保證氣體的脫出一般三相分離器的氣相空間要占整個設備容積的40％～50％由于本分離器采用了預脫氣措施可使混合物中大部分原油伴生氣預先脫出而不再進入設備簡體這樣分離器的液相容積可大大提高從而擴大設備進行油水分離的有效容積同時在出口域把水室和油室設在同一平面內把其它一些設施移到分離器外這樣相應地增大了設備沉降分離的容積也使設備的效率得以提高

③設備結構與工藝控制結合

在分離器設計中把結構設計與工藝控制緊密結合起來利用U型管壓力平衡原理把通常難以解決的界面控制轉化為油水界面控制同時配套了壓力液面控制系統保證分離器有一個良好的運行條件使操作簡便

④油氣水分離技術多項的配套使用氣體分離后經捕霧處理使氣中所帶液滴得到較好的碰撞聚結并從氣中分離出來有效的降低了氣中含液量水洗在入口區域進行起到降低粘度加速油水分離作用同時充分發揮破乳劑的作用降低了破乳劑用量節約了原油處理成本通過液面調節器大范圍調節在含水含油密度不確定的情況下找到最合適的油水界面位置從而保證分離效果保證油田不確定的原油物性不同含水時期分離脫水的效果從另一方面來說這些設置可使傳統原油處理工藝流程得到簡化

2.4 優化設計指標

通過對油氣水三相分離器內部結構的優化確保孤東重質原油在50～55℃的操作溫度范圍內一次脫水時原油含水由95％降到55％以下脫水率大于90％
主要技術指標

1單臺處理液量13000m3/d

2處理氣量25000 Nm3/d

3出口原油含水≤50％

4出口污水含油≤500mg/L

5氣中含液量≤0.05g/Nm3

6脫水率≥90％

7氣體脫除率≥90％

8破乳劑用量8～10mg/L（不超過原分水器藥劑用量）

3 含聚合物稠油高效分水器現場應用情況及效益分析

3.1 現場試驗情況

孤東一號聯合站5#6#新型高效分水器于2004年初完成安裝并投產東二聯節能示范區改造項目中新建含聚合物稠油高效分水器1臺改造含聚合物稠油高效分水器3臺整個分水器改造工作于2006年12月完成并投入使用

試驗情況

1在加藥濃度相同處理量基本相同的情況下高效分水器原油出口含水比原分水器降低了55％～60％水出口含油降低了約200mg/L

2在加藥濃度相同處理液量不同的情況下

①處理量較原分水器增大37％

②油氣分離徹底天然氣帶液量少出口原油中基本不合氣

③油水分離效果相當好出口原油含水只有30％左右出口水含油平均降為450mg/L以下

3高效分水器對外部環境適應性較強運行較為平穩操作較原分水器簡單工人勞動強度小

3.2 經濟效益分析

投入東一聯分水器臺180萬元其他費用（包括運輸及安裝施工配套其他設施）50萬元合計180×2+50=410萬元東二聯分水器一臺180萬元其他費用（包括運輸及文裝施工配套其他設施）80萬元合計180×4+80＝800（萬元）總計投資1210萬元

效益孤東一號聯合站原有DN4×20m分水器出口原油含水為85％且含有大量氣體高效分水器出口重質原油含水平均33.12％單臺分水器處理液量均按13000m3/d計處理油量均為520t/d

孤東一號聯合站使用高效分水器后按溫升10℃計一段脫水加熱爐減少熱負荷l 301KW加熱爐效率75％每天耗燃料油3.94t/d年節省燃料油1438.1t合計172.5萬元東二聯分水器改造前油出口含水按85％計溫升8℃進油量按2050t/d計日耗油

2050×2.1×8+l1616.67×4.2×8）/（39000×0.8）＝13.6t/d分水器改造后二級分水器油出口含水按30％計溫升14℃進油量按2050t/d計日耗油

（2050×2.1×14+878.6×4.2×14）/（39000×0.8）＝3.6t/d

分水器伴熱加熱爐日耗油3t

年節燃油＝（13.6-3.6-3）×365＝2555t年經濟效益306.4萬元

合計經濟效益172.5+306.4＝478.9（萬元）

4 結論

通過課題研究在現有分水器研究的基礎上對孤東分水器進行優化并重點對板槽布液器和聚結填料進行設計研制了新型高效的分水器并取得了良好的試驗效果具有較大的推廣應用價值