[油田开发技术]注水开发.ppt

注 水 开 发,一、注水的作用,注水的作用：补充地层能量提高驱油效率稳定油井生产能力,二、注水工艺,（一）站内注水,联合站高压注水泵来水经过井场注水井采油树注入地下补充能量，当需要卸压进行操作时，通过采油树及地面管线将液排放至洗井。,站内注水工艺流程,（二）站外注水,二、注水工艺,通过单井水平注水增压泵将联合站喂水泵提供的水，增压后，通过井口采油树注入井底。,站外注水工艺流程图,二、注水工艺,（三）井下管柱,丝堵,封隔器,油管,套管,井口采油树,动力水,油层,井下管柱如右图所示：,下封隔器的注水井:DH1-4-5、DH1-8-6,二、注水工艺,（四）注水方法,1、正注：从油管向井内注水；2、反注：从油套环形空间向井内注水；3、合注，从油管和油套管环形空间同时向井内注水；,4、笼统注水：不分层段相同的井底压力下注水方式；5、分层注水：不同性质的油层不同型号的配水器分层定量注水的注水方式；,丝堵,油管,套管,井口采油树,动力水,油层,油层,（四）注水方法,二、注水工艺,三、注水影响因素,（一）与井下作业及管理操作等有关的因素,1、进行作业时，用泥浆压井使泥浆浸入注水层造成堵塞；2、由于酸化或操作不当而破坏地层岩石结构，造成砂堵；3、井筒不清洁，井内的污物随注入水进入地层造成堵塞。,三、注水影响因素,（二）与注水水质有关的因素,1、注入水与设备和管线的腐蚀产物，造成堵塞。这主要是指铁的沉淀物。如：氢氧化铁及硫化亚铁FeS等。2、注入水中微生物，除了自身堵塞作用外，其代谢产物也会造成堵塞。这些微生物一般是细菌。如硫酸盐还原菌，铁菌等。3、注入水中所带的细小泥砂等杂质堵塞地层。4、注入水中含有在油层内可能产生沉淀的不稳定的盐类。如：注入水中所溶解的重碳酸盐，在注水过程中由于温度和压力的变化，可能在油层中生成碳酸盐沉淀。,三、注水影响因素,（三）组成油层的粘土矿物遇水后发生膨胀。（四）地层自身因素，粒径中值大于地层岩石孔喉半径。,（五）注水井地层压力上升。,四、注水井基本操作,（一）倒流程,流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置。输送液体的机械通称为泵；例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。输送气体的机械按不同的工况分别称为:通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。,本章的目的：结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等,2-1-1离心泵,一离心泵的操作原理、构造与类型 1、操作原理,由若干个弯曲的叶片组成的叶轮置于具有蜗壳通道的泵壳之内。,叶轮紧固于泵轴上 泵轴与电机相连，可由电机带动旋转。,吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装 一止逆阀。泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。离心泵的工作过程：开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在 此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以 很高的速度（15-25 m/s）流入泵壳。,在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使 大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排 出口流入排出管道。泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便 经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。,离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所产生的离心力，因此称为离心泵。,气 缚 离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。,为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开停车和调节流量。,2、基本部件和构造1）叶轮a)叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。b)叶轮的分类,闭式叶轮,开式叶轮,半闭式叶轮,叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干净流体，效率较高。,没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。,只有后盖板，可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。,单吸式叶轮,双吸式叶轮,液体只能从叶轮一侧被吸入，结构简单。,相当于两个没有盖板的单吸式叶轮背靠背并在了一起，可以从两侧吸入液体，具有较大的吸液能力，而且可以较好的消除轴向推力。,2）泵壳 泵壳的作用 汇集液体，作导出液体的通道；使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。,导叶轮 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导叶轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。,3）轴封装置A 轴封的作用 为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空气漏入泵壳内。B 轴封的分类,填料密封：,机械密封：,主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。,主要由装在泵轴上随之转动的动环和固定于泵壳上的静环组成，两个环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，起到密封作用。,端面密封,三离心泵的主要性能参数与特性曲线,1、离心泵的性能参数 1）离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一般用Q表示，单位为m3/h。又称为泵的送液能力。2）离心泵的压头 泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示，单位为m。又称为泵的扬程。,离心泵的压头取决于：泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等）转速 n 流量 Q，,如何确定转速一定时，泵的压头与流量之间的关系呢？实验测定,H的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程：,离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高度Z，升举高度只是扬程的一部分。,3）离心泵的效率 离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率来反映能量损失。这些能量损失包括：容积损失 水力损失 机械损失 泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关,4）轴功率及有效功率轴功率：,电机输入离心泵的功率,用N表示，单位为J/S,W或kW,有效功率：,排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示,轴功率和有效功率之间的关系为：,有效功率可表达为,轴功率可直接利用效率计算,2、离心泵的特性曲线,离心泵的H、N都与离心泵的Q有关，它们之间的关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关系曲线：HQ、Q、NQ 离心泵的特性曲线 注意：特性曲线随转速而变。各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点,1）HQ曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外）2）NQ曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保护电机。3）Q曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增大，效率便下降。,离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。与最高效率点所对应的Q、H、N值称为最佳工况参数。离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的状态参数。注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。,四、离心泵性能的改变,1、液体性质的影响 1）液体密度的影响,离心泵的流量,与液体密度无关。,离心泵的压头,与液体的密度无关,HQ曲线不因输送的液体的密度不同而变。泵的效率不随输送液体的密度而变。,离心泵的轴功率与输送液体密度有关。,2）粘度的影响 当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时，泵的压头减小泵的流量减小泵的效率下降泵的轴功率增大 泵的特性曲线发生改变，选泵时应根据原特性曲线进行修正当液体的运动粘度小于20cst（厘池）时，如汽油、柴油、煤油等粘度的影响可不进行修正。,2、转速对离心泵特性的影响 当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系可表示为：,比例定律,3、叶轮直径的影响 1）属于同一系列而尺寸不同的泵，叶轮几何形状完全相似，b2/D2保持不变，当泵的效率不变时，,2）某一尺寸的叶轮外周经过切削而使D2变小，b2/D2变大 若切削使直径D2减小的幅度在20%以内，效率可视为不变，并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大致相等,此时有：,-切割定律,五、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度,1、气蚀现象,气蚀产生的条件叶片入口附近K处的压强PK等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压,气蚀产生的后果：,气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落 液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严重时会输不出液体。2、离心泵的允许吸上高度 离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度，指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以Hg表示。,贮槽液面0-0与入口处1-1两截面间列柏努利方程,若贮槽上方与大气相通，则P0即为大气压强Pa,2、离心泵的允许吸上真空度,注意：HS 单位是压强的单位，通常以m液柱来表示。在水泵的性能表里一般把它的单位写成m（实际上应为mH2O）。,离心泵的允许吸上真空度 定义式,允许吸上高度的计算式,HS值越大，表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好，安装高度Hg越高。HS与泵的结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气压等因素有关。通常由泵的制造工厂试验测定，实验在大气压为10mH2O（9.81Pa）下,以20清水为介质进行的。,HS随Q增大而减小确定离心泵安装高度时应使用泵最大流量下的HS进行计算若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对HS进行校正。,3、气蚀余量,为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱的静压头,的一个最小值。,气蚀余量定义式,h 与Hg 的关系,当叶轮入口附近(k-k)最小压强等于液体的饱和蒸汽压pv 时，泵入口处压强(1-1)必等于某确定的最小值p1。在1-1和k-k间列柏努利方程：,当流量一定且流体流动为阻力平方区时，气蚀余量仅与泵的结构和尺寸有关，是泵抗气蚀性能参数。,允许吸上高度的计算式,h随Q增大而增大计算允许安装高度时应取高流量下的h值。,图,泵性能表上所列的h值也是按输送20的清水测定的，当输送其它液体时应乘以校正系数予以校正，但因一般校正系数小于1，故把它作为外加的安全系数，不再校正。,4、离心泵的实际安装高度 离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允许值小0.51m。,注意：1）离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量有关的，大流量下h较大而HS较小，因此，必须注意使用最大额定流量值进行计算。2）离心泵安装时，应注意选用较大的吸入管路，减少吸入管路的弯头、阀门等管件，以减少吸入管路的阻力。3）当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现允许安装高度为负值的情况，此时，应将离心泵安装于贮槽液面以下，使液体利用位差自流入泵内。,六、离心泵的工作点与流量调节,1、管路特性曲线与泵的工作点 1）管路特性曲线,管路特性曲线,流体通过某特定管路时所需的压头与液体流量的关系曲线。,在截面1-1与 2-2 间列柏努利方程式，并以1-1截面为基准水平面，则液体流过管路所需的压头为：,式中：,上式简化为,而,令,管路的特性 方程,2）离心泵的工作点 离心泵的特性曲线与管路的特性曲线的交点M，就是离心泵在管路中的工作点。,在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流量Q的平方而变,M点所对应的流量Qe和压头He表示离心泵在该特定管路中实际输送的流量和提供的压头。2、离心泵的流量调节1）改变出口阀开度 改变管路特性曲线,阀门关小时：管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由原来的M点移到M1点，流量由QM降到QM1；,当阀门开大时：管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点由M移到M2流量加大到QM2。,优点：调节迅速方便，流量可连续变化；,缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。,2）改变泵的转速改变泵的特性曲线,若把泵的转速提高到n1：则HQ线上移，工作点由M移至M1，流量由QM 加大到QM1；,若把泵的转速降至n2：则HQ线下移，工作点移至M2,流量减小到QM2,优点：流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低；,缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流量连续调节，化工生产中很少采用。,3、离心泵的并联和串联1）串联组合泵的特性曲线,两台相同型号的离心泵串联组合，在同样的流量下，其提供的压头是单台泵的两倍。,2）并联组合泵的特性曲线 两台相同型号的离心泵并联，若其各自有相同的吸入管路，则在相同的压头下，并联泵的流量为单泵的两倍。,3）离心泵组合方式的选择,对于低阻输送管路a，并联组合泵流量的增大幅度大于串联组合泵；对于高阻输送管路b，串联组合泵的流量增大幅度大于并联组合泵。,低阻输送管路-并联优于串联；高阻输送管路-串联优于并联。,七、离心泵的选用、安装与操作,一、离心泵的分类1）按照轴上叶轮数目的多少,单级泵,多级泵,轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力不太大的情况；,轴上不止一个叶轮的离心泵，可以达到较高的压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国生产的多级离心泵一般为29级。,2）按叶轮上吸入口的数目,单吸泵,双吸泵,叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量不大的情况。,叶轮上有两个吸入口，适用于输送量很大的情况。,3）按离心泵的不同用途,水泵,输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很少的液体的泵,（B型）,耐腐蚀泵,接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料制成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型）,油泵,输送石油产品的泵，要求密封完善。（Y 型）,杂质泵,输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、叶片数目少。,二、离心泵的选择,1）确定输送系统的流量和压头：一般情况下液体的输送量是生产任务所规定的，如果流量在一定范围内波动，选泵时按最大流量考虑，然后，根据输送系统管路的安排，用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头。2）选择泵的类型与型号：首先根据被输送液体的性质和操作条件确定泵的类型，按已确定的流量和压头从泵样本或产品目录中选出适合的型号。,若是没有一个型号的H、Q与所要求的刚好相符，则在邻近型号中选用H和Q都稍大的一个；若有几个型号的H和Q都能满足要求，那么除了考虑那一个型号的H和Q外，还应考虑效率在此条件下是否比较大。3)核算轴功率:若输送液体的密度大于水的密度时，按,来计算泵的轴功率。,三、离心泵的安装和使用 1）泵的安装高度 为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体，泵的实际安装,高度必须低于理论上计算的最大安装高度，同时，应尽量降低吸入管路的阻力。2）启动前先“灌泵”这主要是为了防止“气傅”现象的发生，在泵启动前，向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出时为止。3）离心泵应在出口阀门关闭时启动 为了不致启动时电流过大而烧坏电机，泵启动时要将出口阀完全关闭，等电机运转正常后，再逐渐打开出口阀，并调节到所需的流量。,4）关泵的步骤 关泵时，一定要先关闭泵的出口阀，再停电机。否则，压出管中的高压液体可能反冲入泵内，造成叶轮高速反转，使叶轮被损坏。5）运转时应定时检查泵的响声、振动、滴露等情况，观察泵出口压力表的读数，以及轴承是否过热等。,第三节 其他类型泵,一、往复泵1、往复泵的结构 及工作原理,往复泵是一种容积式泵，它依靠作往复运动的活塞依次开启吸入阀和排出阀从而吸入和排出液体。,泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞杆、吸入单向阀和排出单向阀。活塞经传动和机械在外力作用下在泵缸内作往复运动。活塞与单向阀之间的空隙称为工作室。工作原理：当活塞自左向右移动时，工作室的容积增大，形成低压，贮池内的液体经吸入阀被吸入泵缸内，排出阀受排出管内液体压力作用而关闭。当活塞移到右端时，工作室的容积最大。活塞由右向左移动时，泵缸内液体受挤压，压强增大，使吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出，活塞移到左端时，排液完毕，完成了一个工作循环，此后开始另一个循环。,活塞从左端点到右端点的距离叫行程或冲程。活塞在往复一次中，只吸入和排出液体各一次的泵，称为单动泵。由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧，吸液时不能排液，因此排液不是连续的。为了改善单动泵流量的不均匀性，多采用双动泵或三联泵 往复泵的工作原理与离心泵不同，具有以下特点：1）往复泵的流量只与泵本身的几何形状和活塞的往复次数有关，而与泵的压头无关。无论在什么压头下工作，只要往复一次，泵就排出一定的液体。,2）往复泵的压头与泵的几何尺寸无关，只要泵的机械强度及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵就能提供多大的压头。3）往复泵的吸上真空度也随泵安装地区的大气压强、输送液体的性质和温度而变，所以往复泵的吸上高度也有一定的限制。但往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的，所以在开动之前，泵内无须充满液体，往复泵有自吸作用。,4）往复泵不能简单地用排出管路阀门来调节流量，一般采用回路调节。往复泵适用于小流量、高压强的场合，输送高粘度液体时的效果也比离心泵好，但不能输送腐浊性液体和固体粒子的悬浮液。2、计量泵计量泵就是往复泵的一种。通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距离可以调整，使柱塞的冲程随之改变。这样就达到控制和调节流量的目的,二、旋转泵 旋转泵靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入或排出液体，又称转子泵 1、齿轮泵 泵壳内有两个齿轮。一个用电机带动旋转，另一个被啮合着向相反方向旋转，吸入腔内两轮的齿互相拨开，形成低压而吸入液体，被吸入的液体被齿嵌住，随齿轮转动而达到排出腔，排出腔内两轮的齿互相合拢，形成高压而排出液体。,齿轮泵可以产生较高的压头，但流量较小，用于输送粘稠的液体，但不能输送含颗粒的悬浮液。2、螺杆泵 螺杆泵分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、五螺杆泵等 图（a）为单螺杆泵，螺杆在具有内罗纹的泵壳中偏心转动，将液体沿轴向推进，最终沿排出口排出。（b）为双螺杆泵，工作原理与齿轮泵十分相似，利用两根相互啮合的螺杆来输送液体。螺杆泵的压头高，效率高，无噪音，适用于高粘度液体的输送。往复泵、旋转泵均属于正位移泵。,三、旋涡泵 旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，它是由叶轮和泵体组成。叶轮是一个圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列。叶轮在泵壳内转动，其间有引水道，吸入管接头和排出管接头之间为间壁，间壁与叶轮只有很小的缝隙，用来分隔吸腔和排出腔。泵内液体在随叶轮旋转的同时，又在引水道与各叶片间作漩涡形运动。因而，被叶片拍击多次，获得较多的能量。液体在叶片与引水道之间的反复迂回是靠离心力的作用。因此，旋涡泵在开动前也要灌满液体。旋涡泵适用于要求输送量小，压头高而粘度不大的液体。,长庆油田经过30多年的发展，成功开发了马岭、安塞、靖安及西峰等油田。伴随油田的不断发展和配套建设，长庆油田的脱水及采出水处理工艺历经多次变化和完善，保证了油田不同发展阶段的开发需要。几年来，通过不断攻关、研究，形成了具有低渗油田特征的脱水及采出水处理工艺技术，确保了油田持续有效快速发展。截止2007年10月底，全油田现有脱水站点53座，原油脱水能力达到6.14104t/d。日产水35777m3，建有采出水处理站点101座，其中配套精细过滤设备有40座，实际处理量2.67104m3/d；小区块简易处理站点61座，实际处理1.03104m3/d。全油田采出水处理及回注率达到100%，有效回注率53.4%。,一、长庆油田脱水工艺的现状及特点,原油脱水及污水处理过程中，原油的脱水脱气是非常重要的环节，常规工艺先采用气液分离器进行气液两相分离，分离后的原油再利用沉降罐进行热化学重力分离，或采用电热化学脱水。长庆油田目前主要采用大罐沉降脱水和三相分离器脱水两种工艺。,长庆油田原油脱水主要采用热化学沉降脱水工艺技术，可概括为“小站（井口）加药、管道破乳、大罐溢流沉降脱水”工艺流程。已推广到全油田53座联合站（集中处理站），原油的脱水能力达到6.14104t/d。多年的实践证明，这项技术适合长庆油田的原油脱水。2003年以来，为解决大罐沉降脱水存在的流程未密闭、占地面积较大、投资过高的问题，引进了油气水三相分离技术，并成功在油田得到推广应用，累计推广25台。,（一）大罐沉降脱水工艺技术,1、工艺流程及特点,工艺流程：站外加药站内脱水,站外加药,站内脱水,站外加药,早期采用井口加药,后期改到增压点、接转站加药,站内脱水,站外加药特点：能充分破乳降粘，降低管线回压，尤其冬季效果显著。实现乳化液提前破乳，缩短了沉降罐内油水分离时间。管道破乳后水滴在管壁形成水膜，起到降粘减阻作用。,进油口,出油口,出水口,集水管,喷油管,集油槽,平衡管,溢流沉降罐结构示意图,脱水温度较低（30-45）、流程简单、操作方便、效果显著。,流程优点：,净化油含水小于0.5，污水含油小于200mg/l。,2、影响原油脱水效果的主要因素（1）破乳剂的筛选,原油的破乳原理，尽管有多种解释，但通常认为油水乳化液珠的表面含有胶质、沥青质等天然乳化剂，破乳剂分子渗入并吸附到乳化液滴的界面膜上抵消天然乳化剂，这样乳化液滴表面膜破裂并使水滴释放出来，小水滴相互聚结成大水滴，最终油、水两相发生分离。,破乳原理,破乳剂筛选方法,室内瓶试法：实验过程中取新鲜的油样，综合考察脱水率、脱水速度、油水界面、污水含油等各项指标。,长庆油田使用的破乳剂：主要有YT-100、CQ-C3、CDJ-5等型，均属聚醚类型，是环氧乙烷环氧丙烷共聚物。使用浓度在80100mg/l之间。下步应着手研制新型的低温、高效、快速的破乳剂。,（2）破乳剂投加点的确定,九十年代后，大部分加药点移到接转站内。,早期采用井口加药。,投加要求：,对于以小站加药的区块，要根据集输流程的布局及含水的高低，合理确定加药站数量，保证系统总的加药量处于合适的比例范围。接转站加药应从输油泵的进口加入；联合站应从总机关汇管中加入；严禁在沉降罐罐口倒加破乳剂的做法，造成局部浓度过高，形成反向乳化，反而脱不下水。,含水大于50-60%的区块可在联合站或集中处理站加药。,加药过程应与输油同步进行，不得中断也不得过量加入。加药浓度应根据室内评价确定，一般保持在商品浓度80-150ppm范围之内。对于用量超过200ppm的药剂应淘汰。输油上要求联合站外上游系统站点输油要尽量保证连续平稳输油，禁止输油过程中排量频繁变化；冬季运行中，输油温度控制在40-45左右，以保证原油的破乳脱水效果。,（3）沉降时间,根据Stokes沉降公式：Vt=d2（水油）g/18油 式中：Vt 水滴在油中沉降速度，m/s；d 水滴直径，m；水、油水和油的密度，kg/m3；油 原油粘度，Pa.s；g 重力加速度，9.8m/s2；以上公式看出，水滴的沉降速度与油水密度差成正比，与原油的粘度成反比。油水密度差越大，原油粘度越低，则水滴沉降速度加快，油水越容易分离。,根据长庆原油的性质及脱水工艺的特点，实际沉降时间确定在1220小时范围内即可满足要求。在保证脱水效果的前提下，应尽量缩短污水在沉降罐内的停留时间，既减少硫酸盐还原菌在罐内的繁殖，又可减小沉降罐的容积。,长庆油田情况：,（4）合理确定脱水温度,根据Stokes沉降公式，水滴沉降速度与原油粘度成反比。因此，提高温度可加快水滴沉降速度，提高脱水效果。但并不是温度越高越好，且过高的温度势必消耗过多的燃料。以华池油田情况进行说明：,华池原油粘温曲线,由图可见，原油温度达到25后，粘度急剧下降，粘温性能变好。粘温曲线在25-28附近出现拐点，此点所对应的温度即为理想的脱水温度。低于此温度区间，粘度大幅度增加。同时该曲线在30后随着温度的增加，粘度的降低并不显著，根据Stokes沉降公式，对原油脱水速度的影响甚微。因此，华池原油的脱水温度应为3035左右，可以认为达到低温脱水的概念。就热化学脱水流程而言，要根据各地原油的粘温曲线确定脱水温度，保证在一个经济合理的温度范围之内进行原油脱水。,（5）合理确定沉降罐的运行参数,沉降罐的运行参数主要受油水层高度、来液量的多少等因素控制，保证油相和水相停留时间处于合理的范围。油水界面的高低，实际是一个油相沉距和水相沉距的问题。油水界面的控制高度不同，对脱水效果有一定影响，油水层高度要根据实际脱水效果、调节水箱的高度确定。,油水界面4.55.5m；沉降温度3045(视区块不同)；沉降时间12-20小时以上；净化油层厚度：保持在2.0米以上；乳化层厚度：控制在2.0米以下。沉降罐油水指标：溢流口的净化油含水0.5%以下；沉降罐污水出口含油指标200mg/l以下。,运行参数控制指标：,（7）关于“末端加药、大罐沉降”脱水工艺技术,所谓末端加药脱水工艺就是将站外加药移到站内加药，管理上比较方便。建议：一是原油含水超过60%后，油水乳化液由油包水变为水包油状态，此时脱水相对容易，可以通过试验将站外加药移到站内集中加药。同时，要考虑沉降罐的容量、温度能不能保证脱水效果。二是对原油含水不超过3040%，应继续坚持小站加药的原则,充分利用管道破乳，提高沉降罐的脱水效果。,（二）油气水三相分离工艺技术,油气水三相分离可以将含水油一次处理合格，也作为预脱气脱水设备进行预处理。同大罐脱水工艺相比，具有脱水速度较快、流程密闭、占地面积较小、投资低，并可回收一定量的伴生气的特点。,1、油气水三相分离结构及工作原理,工作原理：油气水三相分离器是通过将旋流分离、水洗破乳、填料聚集脱水、热化学沉降脱水多种方式，在不同的阶段采用合理的结构进行综合高效脱水的一种设备。主要优点脱水效率高，沉降时间短。,（1）采用来液旋流预分离技术，实现对油、气初步分离，增加设备内流场的液体有效处理容积，提高了设备处理效率。（2）采用静态搅拌器活性水水洗破乳技术，强化了药液混合和乳状液破乳，改善分离的水力条件，加快油水分离速度，提高了设备的分离质量。水洗破乳的机理：预脱气后的油水混合液通过导液管导入设备水相中，经过液体流型调整装置调整后上浮，在含有破乳剂的水相中翻滚、搅拌、摩擦、上升，使乳状液滴的界面膜强度降低，产生油水分离且使油滴迅速进入油水界面层中，达到油水分离的目的。,2、设备特点,（3）采用强化聚结材料，增加油、水两相液滴碰撞聚结机率，可稳定流动状态，提高分离效率。（4）采用污水抑制装置，即将分离后的含油污水进行二次处理、聚结，提高了分离后的污水质量。（5）采用变油水界面控制为油、水液面控制技术，实现了油水界面的平衡控制。（6）采用迷宫式捕雾装置，有效地控制了气中带液率。,3、主要技术指标与运行参数,工作温度：依据处理介质特性确定，一般30-60；工作压力：根据现场运行工艺定，一般0.18-0.3MPa；出口原油含水率：0.5%（平均值）；出口原油含气率：0.005g/m3；出口污水含油率：500mg/l。,浮球液面调节阀,磁翻柱液位计,自力式压力调节阀,（1）基地式控制：采用浮球液面调节阀、自力式压力调节阀、磁翻柱液位计等，控制油水界面、系统运行压力，显示油水室液位。,电动调节阀,导波雷达液位计,（2）远程显示和自动控制：采用电动调节阀、导波雷达液位计、导波雷达油水界面仪等，以及辅助显示和控制设备，实现自动控制和远程人工控制。,4、日常操作说明,三相分离器的正常运行必须控制好以下生产参数：压力、油水室液位、进液温度、油水界面、破乳剂加入浓度、进液量。,三相分离器压力操作范围：0.18-0.3MPa，压力由来液中溶解气的多少和气系统压力决定，压力大小通过出气自力式压力调节阀和补气自力式压力调节阀控制。气压过高易导致油水中溶解气增多，或超过容器的设计压力。气压过低易导致油水不能压到沉降罐和污水缓冲罐中，很容易使油进入气线。如果气系统压力超过0.3MPa可以通过火炬放空。如果气系统压力低于0.18MPa，可通过调节上游的用气量和供气量，提高气系统压力。同时也可提高三相分离器进液温度，提高容器内压力。,（1）三相分离器压力,油水室液位：采用导波雷达：0.7m-1.7m；采用磁翻柱液位计：0.2m-0.7m。油水室液位有两套控制方法，一种是机械式浮子液位调节阀控制，液位由浮子式液位计显示；另一种是由导波雷达液位计控制电动调节阀的开度来控制。正常运行时由导波雷达液位计控制电动调节阀的开度来控制油水室液位，电动控制系统维修期间，可采用机械式浮子液位调节阀控制。由于机械式浮子液位调节阀存在下死点容易卡死的现象，因此调节时尽量在下死点留有一定的间隙。冬季运行还需要注意液位计中的液体凝固现象，出现假液位的情况，需要经常从液位计的底部排放一定的液体。从以上两种控制方式的分析，建议使用电动控制装置。,（2）油水室液位的控制,三相分离器进液温度：45-60。根据室内脱水实验结果，原油的脱水温度应控制在45-60以内。在进液量稳定的情况下，通过调节脱水换热器热媒的流量控制进液温度。,（3）进液温度,三相分离器导水管的固定高度为2.42米，可调节高度为0.28米。在三相分离器投运过程中已经将界面调节好，如果进液的含水不发生大的变化，一般不用调节。,（4）三相分离器油水界面的控制,破乳剂加药浓度：100-150mg/l。根据实验结果，加药浓度先控制在100mg/l，待运行一段时间后，再根据现场情况，调整加药量。如果上游来液稳定可以采用管道加药，提高破乳效果。,（5）破乳剂浓度,三相分离器的进液量应控制在一定的范围内，进液量的变化不宜过大，否则会导致油水界面紊乱，易造成水室进油。同时量的变化会使加药浓度和进液温度不稳定，影响脱水效果。因此应尽量使上游来液量稳定，平稳进液，平稳脱水和出液。,（6）三相分离器进液量,5、特殊情况的处理,水室进油有两种可能：一是沉降室油水混层，二是油水界面调节不合理。出现这种情况可关闭水室出口阀门，根据进液量和含水，计算关闭时间（目前大概需要8小时），检查加药量、脱水温度、进液量是否在正常范围，并适度调整油水界面高度。油水界面的调整是一个缓慢的过程，需要慢慢的调。,（1）水室进油,主要是破乳效果不好造成，一般由加药量、脱水温度、进液量不在正常范围内造成，只要恢复正常参数，油水混层现象可以解决。另外注意破乳剂浓度及质量的变化情况。油中含水和水中含油超标后，在保证破乳剂浓度、脱水温度、进液量在正常范围后，如果油中含水超标，可适当降低油水界面高度。水中含油超标，可适当提高油水界面高度。,（2）油水混层,（三）第三阶段：斜板除油+核桃壳、改性纤维球过滤,二十世纪九十年代后期，为适应油田可持续发展的要求，公司加大了油田采出水治理力度，形成两种油田采出水处理工艺技术。,1、斜板除油+三级改性纤维球精细过滤流程,主要以斜板除油三级改性纤维球过滤絮凝、杀菌处理方法模式，建成的场站主要有靖三联、杏河集油站、王窑集中处理站、塞39集油站。,三级改性纤维球过滤处理流程工艺图,通过对靖三联、杏河等站点处理水质监测分析，该工艺流程在运行初期，悬浮物、含油等主要控制指标均达到10mg/l以下，运行一段时期后，随着设备过滤精度及能力的下降，处理后的水质指标上升，滤料有时出现污染。,三级改性纤维球图,2、两级核桃壳+两级改性纤维球精细过滤流程,工艺流程：主要是斜板除油两级核桃壳过滤两级改性纤维球过滤絮凝、杀菌技术。,两级核桃壳+两级改性纤维球过滤工艺流程图,该流程作为油田采出水处理的主体技术，近年先后配套建设西一联、王十六转、里37等十几个站点。通过对部分站点处理水质监测分析，设备运行初期，悬浮物、含油等主要控制指标均达到10mg/l以下，随着时间的延长，核桃壳和改性纤维球抗污染能力下降，过滤效果出现下降，致使部分站点处理后水质超标。,3、简易流程：简易除油就地回注,工艺流程：含水原油进站后经溢流沉降罐脱水，采出水处理仅设除油罐简易除油后就地回注。采出水由小站直接配注，处理规模在100300m3/d之间。,“十五”以来，在长庆油田45个小区块建设了简易的采出水处理设施。目前这些站点因采出水含油、悬浮物超标，回注水质较差。回注水质中含油和悬浮物指标分别为2050mg/l、1050mg/l，部分区块污水回注压力上升一定程度后，定期进行洗井或措施增注。,三、主要过滤设备的工作原理,（一）除油罐除油技术,除油罐是20世纪60年代以来油田采出水处理中应用最广、数量最多的除油设备。该设备依据油水比重差进行自然沉降分离或混凝沉降分离，能除去水中颗粒较大的分散油粒和悬浮固体颗粒；投加混凝剂后可将水中的乳化油或胶体物质絮凝成较大的絮凝体上浮或下沉。其缺点是处理水停留时间长、容积大、耗费钢材较多。,长庆油田先后使用过多种除油装置，目前主要使用斜管除油罐，其特点是在内部增加了粗粒化装置聚丙烯填料，有利于微小油滴的聚集，提高了除油效率。此外，还采用过压力除油罐技术，主要通过斜管（板）分离技术、聚结技术及化学混凝除油技术，提高了除油效率，总停留时间由重力流程的6h减少到1.5h，但容器壁厚较大，而且对药剂、来液温度都有较高的要求，使用条件较苛刻。,沉降罐外观图,（二）含油污水核桃壳过滤技术,核桃壳过滤技术是20世纪80年代中后期在国内发展起来，滤料采用野生山核桃壳经脱脂、研磨等工艺处理后，具有较强的机械强度及吸附能力，与石英砂过滤器相比，具有滤速高、截污能力强、反洗辅助以机械动力（如机械搅拌、体外搓洗）易于反洗，不用气体参与反洗，减轻了腐蚀。工作原理：来水经过加压泵后通过特殊的布水筛管布水，水经过深层过滤后，由集水筛管集水排出过滤器外，油上浮经污油管外排；反冲洗时流程与工作处理流程相反，滤料由于反向布水，滤层膨胀，滤料经滤料搅拌设施搅拌后，反洗污水外排。滤料再生方式有两种，即体内自然膨胀和体外循环。,优点：过水断面稳定，水在滤层中路径单一，流速平稳，进出水压差小（0.1Mp）；缺点：如反洗不及时，滤料易出现板结，搅拌机搅拌运行困难；且过滤精度相对不高，对悬浮固体的去除率有限，不能作为低渗透地层精滤设备。,核桃壳过滤器原理图,（三）改性纤维球(束)精细过滤技术,改性纤维球所用的材料为聚酯纤维、聚丙烯等材料，它通过特殊的化学处理将其表面改性成为亲水疏油性能。制造方法采用人工结扎、机械焊接制造等技术。,改性纤维球性能指标,主要工艺特点,1、深层过滤：水头损失小、孔隙率高。,2、对来水适应范围更广，除油、除悬浮物效果最优。,3、对于纤维球高效过滤器出水颗粒粒径中值24m，过滤精度达到微滤膜水平。,4、滤速高、截污量大,5、滤料不会漏失，滤层不会板结。,（四）气浮除油技术,气浮是利用高度分散的微气泡吸附悬浮颗粒，使其成为视密度小于液体介质的复合体而上浮到悬浮液表面，实现两相分离的目的。长庆油田采用的高压溶气气浮技术并配套化学混凝和絮凝技术以有效去除悬浮物和含油，并针对油田矿化度较高，存在较为严重的腐蚀性特点，采用氮气做为溶气气源以减少设备腐蚀。,溶气气浮工作原理,污水通过加药反应器后，进入溶气浮选机，与溶气水混合，絮体附着在小气泡上，通过设置在浮选机腔中的斜板与水分离后，上浮到浮选机的表面，被自动刮渣机刮走，浮选机底部沉淀物由底部的刮渣机刮至排污阀排走。出水通过特殊设计的流道，溢流出浮选机。,四、采出水工艺管理要求,（一）落实采出水系统运行管理制度。,2004年油田开发处发布的原油脱水及采出水处理暂行管理办法，各采油厂以此为依据，结合工艺流程特点和实际情况，制定从原油脱水系统、水处理系统、加药系统及回注井管理方面等一系列操作规程和实施细则，落实现场管理措施，加强现场管理，确保水处理设备及回注井的正常运转，油田注水水质达标回注。,1、做好破乳剂的