油水分离技术_吴应湘

力学进展，２０１５年，第４５卷：２０１５０６油水分离技术吴应湘许晶禹ｔ中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室，北京１００１９０摘要随着油田开采时间的增长，产出液中含水率逐年增加，部分井液的含水率高达９５％以上，给目前已有的处理工艺带来新的挑战．为了解决这些问题，急需研发新型的油水分离技术，以解决传统技术所遇到的瓶颈．该文结合目前油气开发的新需求，系统地介绍了油水分离的技术现状，讨论了含油污水深度处理技术的特点，分析了未来油水分离技术的发展趋势．同时，结合力学研究所研制的新型管道式油水分离技术，详细介绍了柱型分离、导流片型分离、以及Ｔ型管分离等新技术，提出了新型管道式分离技术具有的技术优势，可解决稠油开采、海底作业、以及井下分离等难题，指明了技术发展方向．关键词油水分离，含油污水处理，管道式分离技术中图分类号：０３５９文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．６０５２／１０００－０９９２－１５－００１收稿日期：２０１５－０１－０５；录用日期：２０１５－０４＾１４；在线出版日期：２０１５－０４＾２１ｔＥ－ｍａｉｌ：ｘｕｊｉｎｇｙｕ＠ｉｍｅｃｈ．ａｃ．ｃｎ引用方式：吴应湘，许晶禹．油水分离技术．力学进展，２０１５，４５：２０１５０６ＷｕＹＸ，ＸｕＪＹ．Ｏｉｌａｎｄｗａｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２０１５，４５：２０１５０６？２０１５《力学进展》版权所有１８０力学进展第４５卷：２０１５０６１引言油井产出液通常都是不同分子质量的烃组分、水以及其他杂质组成的混合液．在常温常压下，相对分子质量较大的烃组分形成的混合物呈液态，通常称为原油，或石油；而相对分子质量较小的烃组分形成的混合物呈气态，通常称为天然气．在油藏的高温、高压条件下，天然气溶解在原油中，以纯液态形式存在．当这种混合液从井下沿井筒向上流动到达井口，继而沿集输管线流动时，随着压力的降低，溶解在液相中的轻烃组分不断析出，并随其组成以及当地的压力温度条件，形成一定比例的油气共存混合物．同时，按照石油生成的有机成因理论，石油是由水中的微生物死去后沉积于水域的底部，进而被沉积的泥砂所掩埋，并且在地下高温、高压和缺氧条件下分解而生成的．这样，生油地层一般是古代湖泊或海洋区域的沉积岩，岩石的孔隙被水充满，储集了石油后，油的周围仍为广大的含水区，石油和外围含水区构成一个范围很大的水动力学系统．正是这种水动力学系统，为油田的开发提供了主要的驱动力，这也使油井产出液中含有大量水份成为必然（当然，若按无机生成理论，油周围的含水区域不是必要的，但目前为止，无机成因油藏仍属凤毛麟角）．另外，若属砂岩地质，石油开采的渗流过程中，可能会携带出一定量的泥沙（砂这样，要得到炼油厂使用的原油和用户使用的天然气就必须对油井产出的混合液进行处理，去除产出液中的含水和其他杂质．将油井产出液处理到炼油厂使用的原油和用户使用的天然气的整个过程都与油水分离有关，可见，油水分离是油田生产最重要的工艺流程之一．在油田开采后期，由于地层压力下降使地层的原油运移性能变差，为了保证油井的正常生产和提高原油采收率，往往采用活性水驱油、碱水驱油、聚合物驱油、三元复合驱油、泡沫驱油等技术，这使产液中不仅含有更高的水份，而且含有一定的化学药剂，这些化学药剂会使产液的油水乳化变得更为严重、更加稳定，且表面活性剂、碱、聚合物溶液等驱替剂在地层中的冲刷、溶蚀、离子交换、裹挟等作用下，使得油藏中的细微颗粒、黏土等固体颗粒与原油和化学剂絮凝在一起，形成稳定的悬浮乳化液，这就进一步增加了油水分离的困难．从广义上讲，油水分离过程可分为从油水混合液中提取原油的原油除水过程，以及从含油污水中（含油率常低于１％）去除油和其他杂质的含油污水处理过程．图１给出了从油井产出液到合格原油、天然气、外排水的基本分离流程．从图中可以看到，油田的油气水分离是一个非常复杂的过程，且气相和液相产品还与操作的压力、温度条件、各相含率、油品条件等密切相关，这也在一定意义上增加了油水分离工艺的难度．由于天然气的密度比原油和水小得多，所以工艺流程上先进行气液分离．气液分离可能从油井产出液进入井眼过程中就开始，并在流经输运管道和处理准备过程中逐渐得吴应湘，许晶禹：油水分离技术１８１Ｉ１ＩＩ干天然气干？气｜；…―—计量用户ＩＩ油井Ｉ丨Ｉ气井Ｉ三Ｉ１采出＼４然４天然Ｕ轻径Ｉ液径」ｉｉｌ」＇丄」丨