國產碟片離心機處理三元采出水
行業(yè)動態(tài)
三元復合驅油技術可大幅提高原油采收率，已成為大慶油田穩(wěn)產的重大技術措施之一。但由于三元復合驅注入液中含有聚丙烯酰胺、堿、表面活性劑，其采出水性質較水驅、聚驅發(fā)生很大變化，主要表現在如下方面：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合驅采出水處理站，采用高效污水分離裝置或橫向流聚結/氣浮組合分離裝置等，都必須輔助化學藥劑來實現油、泥、水的有效分離，但藥劑處理成本高，加藥后產生泥渣量大，給生產及管理造成沉重負擔。
目前，碟片離心機在市場份額占有率較高的有Alfa Laval公司（瑞典）和Westfalia公司（德國），但是價格是國產碟片離心機的數倍。筆者在大慶油田采油六廠某強堿三元污水處理站采用國產碟片離心機進行現場中試，旨在優(yōu)化國產碟片離心機的技術參數，同時考察其處理三元采出水的穩(wěn)定性。
一、試驗材料及方法
1.1 離心機結構及參數
所用國產碟片離心機（AF-KYD304SD-23）主要用于液（水）-液（油）-固（懸浮固體）分離。轉鼓裝在立軸上端，通過傳動裝置由電動機驅動而高速旋轉。轉鼓內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鼓中心的進料管加入轉鼓后，在高速旋轉的轉鼓內，在離心力場下，比液體重的固相物沉積在轉鼓壁而形成沉渣并經排渣口排出，輕液相沿錐形碟片外（上）錐面向軸心流動至上部輕液相出口排出，重液相則沿碟片內（下）錐面向上流向轉鼓壁由重液相出口排出。由于轉鼓高速旋轉產生的離心力遠遠大于重力，因此離心分離只需較短時間即能獲得重力沉降效果。
試驗離心機的技術參數：過水通量為3m3/h、轉鼓轉速為8280r/min、分離因數為10800、轉鼓直徑為304mm、進口壓力≤0.05MPa、出口壓力≥0.2MPa、電機功率為4.0kW。
1.2 原水水質
試驗期間原水水質如下：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推薦指標及分析方法》（SY/T 5329-2012）；油（泥）中含水率：蒸餾法，執(zhí)行《原油水含量的測定（蒸餾法）》（GB/T 8929-2006）；粘度：流變儀AR1500ex，執(zhí)行《旋轉粘度計測試方法》（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)內部標準。
二、結果與討論
2.1 比重環(huán)的篩選優(yōu)化
現場實驗所選比重環(huán)分別為φ62、φ65、φ70、φ73、φ75mm，處理量為0.5m3/h，排渣周期為1h。試驗分別對不同比重環(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）等指標進行了檢測與分析。
結果表明，隨著比重環(huán)內徑的變大，出水水質逐漸變差；以出水含油量及懸浮固體為考核指標，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，比重環(huán)由好到差排序為φ75mm＞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高，將來實際生產站很難保障系統平穩(wěn)運行，因此這兩種比重環(huán)難以應用。另外三種比重環(huán)中φ70mm比重環(huán)水相出水水質好，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。隨著處理量的加大，對油及懸浮固體的去除率呈降低趨勢，其中除油率由95.5%降到86.1%，對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，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%。以三元復驅采出水的濾前水含油量≤100mg/L來評價碟片離心機的去除效果，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，對碟片離心機進出水含油量、SS含量進行了檢測。
24h不排渣試驗主要為了確定碟片離心機在該種水質條件下的排渣周期。當運行到12h后，出水含油量、SS含量有一個明顯的升高趨勢。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以后出水水質變差的原因：碟片離心機的渣腔容積為定值，當離心分離出的懸浮固體已經積滿渣腔后，再分離出來的懸浮固體會堆積在碟片束之間，甚至會堵塞碟片間隙進行影響分離效果，因此排渣周期應小于12h。為了保證碟片離心機出水水質穩(wěn)定，該中試設定排渣周期為8h，排渣周期主要和碟片離心機的渣腔容積、物料的處理量及其含固量有關。
2.4 穩(wěn)定運行試驗
采用φ70mm比重環(huán)、處理量為0.5m3/h、排渣周期為8h、運行時間為144h，對碟片離心機進出水含油量、SS含量以及排除泥渣的含水率、含油率等進行檢測，考察碟片離心機運行穩(wěn)定性。檢測結果顯示，穩(wěn)定運行累計144h（6d），來水含油量在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SS的平均去除率為54.3%。
同時對于碟片離心機排出的泥渣進行了分析，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，無需后續(xù)離心或壓濾處理就可以裝車拉運；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準》（DB 23/T 1413-2010）中用于鋪設油田井場、通井路2%的要求，與普通污泥摻混后可達到要求。
碟片離心機分離效果是各種參數相互制約的結果，不僅受到離心機自身結構的影響，同時還受到進液物料的理化特性、現場使用工況及其工藝運行參數的影響。對于不同的物料，只有選擇合適的工況及運行參數才能達到較佳的分離效果?，F場試驗表明，碟片離心機處理三元采出水具有良好的適應性及穩(wěn)定性，特別是對于乳化嚴重的污油具有較高的去除效率。
三、結論
針對大慶油田三元采出水乳化程度高、處理難度大的問題，在大慶油田采油六廠某強堿三元污水處理站開展國產碟片離心機現場中試研究。結果表明，碟片離心機在進液溫度為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的條件下運行穩(wěn)定，除油率達到了98%以上，對SS的去除率則達到了50%以上，去除效率較傳統自然沉降罐平均提高了30%以上?，F場中試結果為今后三元采出水的處理提供了一種新的方法。
