洗井返出液处理系统的应用及优化

2014-12-23祁小伟王哲孔令阳

机械工程师 2014年6期

祁小伟，王哲，孔令阳

（南阳二机石油装备（集团）有限公司，河南南阳473006）

0 引言

随着油田进入开发后期，地层状况恶化，注水压力升高、注水井溢流、出砂严重等问题井频繁出现，油井要达到稳产和增产，注水井的日常维护工作变得愈发重要。因此专门适用于注水井洗井的洗井车，因其具有车载自走式结构，洗井液不外排、不污染环境等特点，特别是对楼区内的注水井、边远区块注水井、新开发区块注水井，以及未建洗井液回收系统区块的注水井洗井作业具有其他设备不可比拟的优越性，使其在油田大量使用。洗井车通过设备进水口将洗井返出液导入车内的水处理系统进行处理，处理后的洗井返出液再通过洗井泵高压回注到注水井内，全过程为密闭连续循环洗井流程。

洗井返出液处理系统是设备洗井效果好坏的关键，为此我们采用目前国内较先进的7项处理技术：两级旋流除砂器、强磁除铁分离器、液液旋流除油器、卧式聚结沉降器、一级初过滤器、二级精细过滤器及两套气动加药装置的处理流程。本文主要针对上述流程中影响处理效果的关键性因素的单体设备进行优化和应用研究，优选出了适合复杂成分的各单体设备，实现了污水处理系统的高效、平稳运行。

1 旋流除油技术的优化应用

液—液水力旋流分离技术是目前国际上最为先进的一种新型高效油水分离技术，依靠旋流产生的强大离心力场加速油水分离过程。其主要部件为旋流管，由进口、旋流腔、收缩腔、尾锥、尾管、底流口、溢流口等部分组成。油水混合液从入口进入旋流器的旋流腔，形成高速旋转的涡流，经收缩腔、尾锥两级收缩，使流体增速并在旋流管的内部形成一个稳定的离心力场。根据斯托克斯定律，因油水两相介质的密度不同，油水混合液中重相水在强大离心力作用下被抛向旋流管内壁呈螺旋状从底流口排出，轻相油则在旋流管的中心聚结形成油芯，与水呈反向从端板的出油口排出，实现油水分离。

图1 旋流除油器工作原理

目前，国内外的污水除油旋流器多采用双锥型，在借鉴已有试验的经验基础上，设计了4套不同尺寸的旋流管，旋流管均为双锥型，其中设计了2种主直径（特征直径）、2种入口形式、3种溢流管、3种双锥结构，这样可使双锥型旋流管通过改变入口形式、双锥结构、底流管及溢流管大小，探索出不同的结构组合在流量、压力、油水密度差等工况条件下的分离效率。

图2 旋流管结构

通过液—液旋流除油技术应用，探索了各工况条件下旋流器对分离效率的影响，研制出高效低阻降液—液旋流预除油器，实现了预除油器在阻力降≤0.2 MPa的情况下，分离效率≥80%。

2 卧式聚结沉降及压力除油技术应用

洗井装置空间非常有限，要求沉降设备体积小、效率高，而利用斜板可有效地增加沉淀分离面积、缩短流道高度，有利于细小颗粒（或油珠）的下沉（或浮升）。经理论计算，装置上采用两级斜板沉降设备，第一级为管式沉降器，第二级为压力除油器。

图3 沉降器组成

考虑到返出液携带泥砂和机杂等，管内沉降和二次除油采用三段式的结构，横向流斜板段的水流方向与沉泥下滑方向(或油珠上浮方向)相互垂直，对下滑(或浮升)影响较小，因而可获得较理想的分离效果；下向流斜板段的水流方向与沉泥下滑方向一致，水流可促进泥的下滑；上向流斜板段的水流方向与油珠上浮方向一致，水流有利于油珠浮升。

图4 沉降器内部结构

3 过滤技术应用

返出液处理系统上的过滤设备采用两级组成，初过滤采用的是多层滤料过滤技术，减轻了单层正向过滤器出现的纳污能力低、“表面过滤现象”和滤料流失等问题。精细过滤采用的是改性纤维球过滤，用改性纤维球过滤罐作为精细过滤已被国内大多数油田所采用。

因滤料再生后能重复使用，滤罐设计了反冲洗流程，我们重点开展了多层滤料过滤罐和改性纤维球过滤罐的反冲洗条件模拟试验研究。由于洗井作业是在注水井井场进行，而滤料再生所需的反冲洗过程是在污水处理站的污水（污油）池旁边开展的，受现场条件制约，结合车载洗井装置自身条件，我们选择采用水—气联合反冲洗方式，压缩空气来自汽车贮气包，2个滤罐采用内部环管水力喷射，底部气浮吹顶式结构，使用滤料沿罐壁形成螺旋转动，自动搅拌，保证反冲洗达到最优效果。

4 返出液处理加药系统应用

在洗井过程中需加入一定量的絮凝剂，根据对油田含油污水的分析，一般需加入有机及无机2种药剂。由于洗井装置上不能提供220 V电源，加药系统采用车上的气源作为动力，通过2个气动隔膜泵作为定量加药装置，气动搅拌式加药罐的结构。加药流程如图5。

图5 加药流程

5 作业流程优化

采用合理的水处理流程，是洗井设备取得较好洗井效果的有力保障。针对不同洗井返出液特性采用相应的水处理流程，其目的是保护水处理单体设备及确保洗井返出液处理效果。我们在应用中设计了3套洗井流程，对长期未洗井的注水井或洗井返出液物性特别恶劣的注水井，由于井口返出液的含油和机杂均较高，为了保护精细过滤系统，作业时洗井返出液经过两级旋流除砂、液—液旋流除油、聚结沉降分离及压力除油后直接进入缓冲水罐（超越精细过滤系统）；处理一段时间后，由于注水井井口出水质变好，为了避免沉降设备由于流体扰动而出现其进口水质优于出口水质，这时超越沉降及除油器，直接进入一级多层滤料过滤罐及二级纤维球过滤罐，或只进入二级纤维球过滤罐。整个流程的切换采用气动蝶阀控制。洗井实践证明，合理设计超越流程十分重要，有利于对一、二级精细滤罐的保护，延长过滤设备反洗周期和使用寿命。