（油气田开发工程专业论文）靖边气田地层水处理工艺技术研究.pdf

中文摘要 站经过改造实现含醇污水的分排分储，含醇污水量明显降低；开展低含醇污水处理工艺 技术研究，通过对预处理工艺优化及操作参数的调整、精馏装置的参数优化后，产品甲 醇平均浓度由以前的6 8 提高到8 9 。 关键词：排水采气地层水污水处理工艺技术含醇污水 论文类型：应用基础 i i i 英文摘要 s u b j e c t ：r e s e a r c ho nf o r m a t i o nw a t e rp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yo fj i n g b i a ng a s f i e l d s p e c i a l i t y ：o i l & g a se x p l o t a t i o ne n g i n e e r i n g n a m e ： n i ub i n ( s i g n a t u r e ) 必8 凹 1 n s t r u c t o r c h 蛐j u b i ( s i g n a t u r eu k 哼业 a b s t r a c t j i n g b i a ng a s f i e l dw a sat y p i c a ll o w - p e r m e a b i l i t yg a s - f i e l dw i t l lc o m p l e xg e o l o g i c a l c o n d i t i o n ，r e s e r v o i rh a v es e v e r a ls e r i e so fs t r a t ab o t hi ne a r l yp a l e o z o i ca n dl a t e rp a l e o z o i c m a i nf o r c ei st h em a j i a g o uf o r m a t i o n ，o r d o v i c i a no fe a r l yp a l e o z o i c i ne a r l ys t a g eo f g a s f i e l dd e v e l o p m e n t ，g e n e r a li d e ai st h a tt h i sg a s f i e l db e l o n g st ow a t e r f r e eg a sr e s e r v o i r , a n dl o wa b u n d a n c e t h e r e f o r ea d o p t e dt h et e c h n o l o g yi n c l u d e ：g a t h e r i n gg a sa th i g hp r e s s u r e g r a d e ，c o n c e n t r a t e di n j e c t i o no fm e t h a n o l ，c e n t r a l i z e dt r e a t m e n to fs e w a g e w 油m a n yy e a r s e x p l o r a t i o na n dd e v e l o p m e n t ，i th a sb e e np r o v e dt h a tw a t e ra n dg a sw a sb e a r i n gi nt h es a m e b e di np a r t i a lr e s e r v o i r , c o m p a r e dw i t hd i s c o v e r e dg a s b e a r i n ga r e a ，t h es c o p eo f w a t e rb o d yi s as m a l lp a r t h a sw a t e r - c o n c e n t r a t e db l o c ki ns o m ea r e a w i t 1t h ep r o d u c t i o no fg a sw e l l ，t h e p r e s s u r eo ff o r m a t i o nd e c r e a s e da n do c c l u d e dw a t e rd i s c h a r g e ds t e pb ys t e p i nr e c e n ty e a r s ， w a t e ry i e l dw e l la n da q u i f e ry i e l di n c r e a s e dc o n t i n u o u s l y b e e na n a l y z e d ，t h ec o n t e n to f f o r m a t i o nw a t e rv e r yc o m p l e x i n c l u d ec o m m o n l y 、o r g a n i c m a t t e ra n dh y d r o c a r b o ng a s t h e s em a t t e r sw e r ee n t e ri n t ot h ep i p e l i n ea n de q u i p m e n tb y f o r m a t i o nw a t e rc o n t a i n e di nn a t u r a lg a s ，t h u sl e a dt oc r y s t a lb l o c k a g ei np i p e l i n e ，c o r r o s i o ni n e q u i p m e n t ，i n v a l i d a t i o no fi n d u s t r ys o l u t i o na n di n s t a b i l i t yo f d e v i c eo p e r a t i o n a c c o m p a n yt o t h ee x p l o i t a t i o no fg a s - f i e l d ，a b o v em e n t i o n e dp r o b l e m st u r n st os e r i o u s l ya st h eq u a n t i t yo f f o r m a t i o nw a t e ri n c r e a s e ds t e pb ys t e p t h es e w a g et r e a tt e c h n o l o g ya n dc a p a c i t yc u r r e n t l y c a n tm e e tt ot h er e q u i r e m e n t ，a n dr a i s et h ed i f f i c u l t yo f o p e r a t i o no r g a n i z a t i o n t h e r e f o r e ，t os e c u r et h ep r o d u c t i o no fg a s - f i e l di ng e a r , s e w a g et r e a t m e n tf u n c t i o n s n o r m a l l y w e v er e s e a r c h e do nd e w a t e r i n gg a sp r o d u c t i o ni nj i n g b i a ng a s f i e l d i no r d e rt o r e d u c et h el o a do fm e t h a n o lr e c o v e r yu n i t s ，r e s o l v et h ec o n f l i c t ，c u td o w nt h eo p e r a t i o nc o s t ， g u a r a n t e et h en o r m a lp r o d u c t i o na n dr e a s o n a b l ed e v e l o p m e n to fw a t e ry i e l dw e l l s ，a ts o m e g a sg a t h e r i n gs t a t i o ni nw a t e r - c o n c e n t r a t e db l o c k ，h a v em o d i f i e dt h es e p a r a t o r , w a s t ew a t e r d i s c h a r g e da n dc o l l e c t e ds e p a r a t e l ya c c o r d i n gt om e t h a n o l - b e a r i n go rn o t a n db u i l dt h e m e t h a n o l f r e es e w a g et r e a t m e n ts t a t i o ni nw a t e r - c o n c e n t r a t e db l o c k t os e p a r a t et h ew a s t e w a t e la d dan e ws e w a g et a n kf o rm e t h a n o l f r e ew a t e ri ns o m eg g s ，m e a n w h i l e ，r e f o r mt h e p r o c e s so fs e p a r a t o ra n dm a n i f o l d o nt h eo t h e rh a n d ，a d dap r o d u c t i o ns e p a r a t o rf o rt h o s e g g sh a v em a n yw e l l sa n dl a r g eq u a n t i t yo fs e w a g e i tm a k es u f f i c i e n ta p a r to fw a t e ra n dm e e t t h er e q u i r e m e n to fs e p a r a t ee m i s s i o na n ds t o r a g eo fs e w a g e a tt h es a m et i m e ，w o r ko n i v 英文摘要 o p t i m i z eo fm e t h a n o l b e a r i n gw a t e rp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y t h r o u g h t h er e s e a r c ho fw a t e ry i e l dw e l lp r o d u c t i o n ，h a v e c a r r y o nd e w a t e r i n g t e c h n o l o g y , a n ds t u d y o i lt h e a d a p t a b i l i t y o f d e w a t e f i n gt e c h n o l o g y b a s e d o nt h e e x p e r i m e n t a t i o na n da n a l y z e ，h a v ep r i m a r yc o g n i t i o na n de x p e r i e n c eo nf o l l o w i n ga s p e c t s ： m a n a g e m e n to fd i f f e r e n tk i n do fw a t e ry i e l dw e l t ，d e w a t e r i n gg a sp r o d u c t i o na n dr e v i v e s t e c h n o l o g ya p p l i c a b i l i t y s t u d y o ng a s l i q u i ds e p a r a t et e c h n o l o g y , m o d i f i e dt h es e w a g e t r e a t m e n ts y s t e mo fg g sa n dg a sp u r i f i c a t i o np l a n t , b u i l dt h es e w a g ei n j e c t i o ns t a t i o n h a v e r e s o l v e dt h es e w a g ep r o c e s sp r o b l e m sf a c e d d e a lt h em e t h a n o l f r e ew a t e rw i t hp h y s i c a l p r o c e s st e c h n o l o g y , c u td o w nt h eo p e r a t i o ne x p e n s e f o rg g s ，a f t e ra l t e r a t i o n ，t h e m e t h a n o l b e a r i n gw a t e rc a l lb ed i s m i s s e da n ds t o r e ds e p a r a t e l y f o rs o m eh i g hw a t e ro u t p u t w e l l s ，t h eo u t p u to fw a t e rr e d u c e do b v i o u s l yp e r f o r m e dl o w c o n t e n tm e t h a n o l b e a r i n gw a t e r p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y h a v eo p t i m i z et h ep r e - t r e a tt e c h n o l o g y , a d j u s tt h eo p e r a t ep a r a m e t e r a n dr e c t i f yu n i tp a r a m e t e r , c o n c e n t r a t i o no f p r o d u c e dm e t h a n o li n c r e a s e df r o m6 8 t o8 9 k e y w o r d s ：d e w a t e r i n gg a sp r o d u c t i o n ，f o r m a t i o nw a t e r , w a s t ew a t e rt r e a t m e n t ， t e c h n o l o g y , m e t h a n o l - b e a r i n gw a t e r t h e s i s ：f u n d a m e n ts t u d y v 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 牛主叁日期：址# 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接 相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。 论文作者签名 导师签名 扭 澉 。1 日期 堕k ：3 日j 胡：纽! 上：! o 第一章概述 第一章概述 靖边气田位于鄂尔多斯盆地( 又称陕甘宁盆地) 中央，气田地貌较为复杂，南部为 黄土高原的丘陵地带，北邻毛乌素沙漠南缘，气候恶劣，每年大约有一半的时间为冬季， 有四个月左右为风季，常年干旱。长庆气田为典型的低渗透气田，地质状况十分复杂， 储层具有上、下古多套层系，主力气层为下古生界的马五1 和马五4 气层，气田开发初 期，总体认为是无水气藏、丰度较低，气田采取的是高压集气、集中注醇、污水集中处 理等配套工艺技术。经过多年的钻探和开发，发现主力气层下古生界的马五1 存在局部 气水同层，马五4 气层则大部分气水同层，水体规模与探明含气面积相比较小，只是在 局部区块存在“相对富水区”。随着气井的开采，地层压力下降，局部滞留水逐步产出。 并且近年来产水井、产水量也不断增多，产水量已由】9 9 7 年的年产水量3 9 1 m 3 增加到 2 0 0 4 年的年产水量1 5 0 6 8 8 m 3 ，气田开发以来累计产水量达3 9 5 1 7 6 m 3 。 在气藏的形成过程中，水在其中起了很大作用，水与天然气有时在一起共存，但是 这些地层水的活动，对气藏的的开采影响很大，它可以分割气藏，使气井过早水淹，降 低单井产量，减少气藏最终采收率。因此，必须了解地层水的性质和特征，采取积极措 施，延长气藏高产、稳产时间，提高气藏最终采收率；保证地面集输系统的连续、高效、 稳定运行。 通过长期动态监测，结合静态分析，认为目前整个气田范围内存在四个产水区，另 外还有3 2 个产水井点。目前水体面积7 3 8 0 5 k m 2 ，投产井中有4 8 口产出地层水，所产 污水约占气田污水总量的6 0 以上。 经化验分析靖边气田所产地层水的化学成分非常复杂，其中常见的离子有n a + 、k + 、 c a 2 + 、m 9 2 + 、h + 、f e 2 十、f e 3 + 、c 1 、s 0 4 、c 0 3 2 、h c 0 3 等，并且其中还含有有机物质， 烃类等。这些物质随着天然气中的地层水携带到采集输管线和净化设备中，将会造成管 线内结晶堵塞，腐蚀设备，脱水或脱硫用溶液的性质改变或失效，装置运行不稳定等一 系列影响采集输、净化系统正常运行的问题。并且随着气田的逐步开发，局部区块产出 地层水，气田污水总量在逐渐增大，上述问题日趋严重。气田现有的污水处理工艺和处 理能力已不能满足生产需要，影响了气田的正常生产，影响了富水区中的储量动用，增 加了气田生产组织难度。 目前，国内外气田所产地层水的物性、分布区域、水量大小均不相同，没有成熟、 固定的地层水处理工艺。因此，为了实现对产地层水气井的合理开发，提高产水气井的 利用率和富水区的储量动用程度，降低运行成本，贯彻地面服从地下的原则，使靖边气 田能够达到较高的开发水平。结合对靖边气田的地质认识、产水区域的划分、产水井的 分布、水体大小以及气田生产动态等因素，计划开展了靖边气田地层水处理工艺技术研 究。 国内外涉及地层水处理方面的研究主要包括排水采气、气液分离及污水处理等三个 西安石油大学硕士学位论文 方面。 1 1 排水采气 1 1 1各种排水采气工艺方法的评价 我国气田产水气藏的排水采气试验研究始于1 9 7 8 年四川气田。排水采气经历了各 种不同方法的试验、改进和发展的艰难过程。其中最大的难题是几乎所有的排水采气装 置都要经受硫化氢腐蚀的考验。因此，用于产水气井的排水采气工艺方法的装置并非是 采油举升法的单纯“移植”，而是根据气井的实际情况，做了大量适应性改进和配套完善 工作。目前排水采气工艺主要有：优选管柱排水采气；泡沫排水采气；气举排水采气； 活塞气举排水采气；游梁抽油机排水采气；电潜泵排水采气；射流泵排水采气等七种排 水采气工艺。 根据四川气田和其他气田排水采气实践，排水采气工艺方法的评价依据应包括以下 几个方面：气藏的地质特征、产水气井的生产状态、经济投入的考虑等。这几种排水采 气工艺的适应范围主要如下： 优选管柱排水采气：适用于有一定自喷能力的小产水量气井。最大排水量】o o m 3 d ， 目前最大井深2 5 0 0 m ：适用于含硫气井；设计简单、管理方便、经济投入较低。 泡沫排水采气：适用于弱喷及间喷产水井的排水。最大排水量1 2 0 m 3 d ，最大井深 3 5 0 0 m ：适用于低含硫气井；设计、安置和管理简便：经济成本较低。 气举排水采气：适用于水淹井复产、大产水量气井助喷及气藏强排水，最大排水量 4 0 0 m 3 d ，最大举升高度3 5 0 0 m ；适用于中、低含硫气井；装置设计、安装较简单，易于 管理，经济投入较低。 活塞气举排水采气：适用于小产水量间歇自喷井的排水。最大排水量5 0 m 3 d ，最大 举升高度2 8 0 0 m ；装置设计、安装和管理简便；耐硫化氢腐蚀性较好；经济投入较低。 对斜井或弯曲井受限。 游梁抽油机排水采气：适用于水淹井复产、间喷井及低压产水气井排水。最大排水 量7 0 m 3 d ，目前最大泵深2 0 0 0 m ；设计、安装和管理较方便；经济成本较低。对高含硫 或结垢严重的气井受限。 电潜泵排水采气：适用于水淹井复产或气藏强排水。最大排水量可达5 0 0 m 3 d ，目 前最大泵深2 7 0 0 m ；参数可调性好；设计、安装及维修方便；经济投入较高，对高含硫 气井受限。 射流泵排水采气：适用于水淹井复产。最大排水量3 0 0 m 3 d ，目前最大泵深2 8 0 0 m ： 对出砂的产水气井适宜；设计较复杂；安装、管理较方便；经济成本较高。 1 1 2 各种排水采气工艺技术的采水机理及在其他气田的应用情况 1 1 2 1 泡沫排水采气 第一章概述 泡沫排水采气( 简称“泡排”) 是针对产水气田开发而研究的一项助采工艺技术， 具有施工容易、收效快、成本低、不影响日常生产等优点，日益受到国内外的普遍关注。 泡排工艺技术在实践中不断成熟、完善，业已成为产水气田开发的有效增产措施。大量 的施工井例表明：该技术宜在下述条件下应用：井深 3 5 0 0 m ：井底温度s 1 2 0 。c ；空管气 流线速不小于o 1 m s ；日产液量5 1 0 0 m 3 ，且液态烃含量9 0 ；产层水总矿化度兰1 0 9 几； 硫化氢含量s 2 3 9 m 3 ；二氧化碳含量1 8 6 9 m 3 。目前，四川气田每年施工1 0 0 多口井，增 产天然气l x l 0 8 m 3 左右。研制的泡沫助采剂已先后在贵州赤水气田、胜利油田、辽河油 田、大庆油田等推广应用。 泡沫排水采气是通过减少井底近区积液，疏导气水通道，改善或恢复气井、气阳生 产能力的助采措施实现的。它旨在通过化学药剂的引入，解除气水流道堵塞，减少“滑脱” 损失，提高气流垂直举液能力。泡沫助采剂主要是些具有特殊分子结构的表面活性剂 和高分子聚合物，其分子上含有亲水和亲油基团，具有双亲性，它的助采作用是通过下 述效应来实现的。 泡沫药剂首先是一种起泡剂，它只需要在气层水中添加1 0 0 2 0 0 m g l ，就能使油 管中气水两相垂直流动状态发生显著的变化。气水两相介质在流动过程中高度泡沫化， 密度几乎降低1 0 倍。如果说先前气流举水至少需要3 m s 空管气流速度的话，此时只需 要o i m s 气流速度就可能将井底积液以泡沫的形式带出井口。 泡沫药剂是一种分散剂，在气水同产井中，无论什么流态，都不同程度地有大大小 小的液滴分散在气流中，这种分散能力，取决于气流对液相的搅动、冲击程度。搅动愈 猛烈，分散程度愈高，液滴愈小，就愈易被气流带至地面。 泡沫助采剂也是一种表面活性剂，它只需在产层水中引入3 0 5 0 m g l ，就可将其 表面张力从3 0 6 0 m n m 下降到1 6 6 0 m n m ，下降幅度为1 5 2 5 9 9 。由于液相表 面张力大幅度下降，达到同一分散程度所做的功将大大减小。 泡排药剂通常也是一种洗涤剂，它对井底近区地层孔隙和井壁的清洗，包含着酸化、 吸附、润湿、乳化、渗透的作用，特别是大量泡沫的生成，有利于不溶性污垢包裹在泡 沫中被带出井口，这将解除堵塞，疏通流道，改善气井的生产能力。 泡沫排水现场工艺流程是经反复实践后确定的。泡沫助采剂通常用由井口注入，即 油管生产的井，从套管环形空间注入，由套管生产的气井，则由油管注入，对于棒状助 采剂，经井口投药筒投入。消泡剂的注入部位一般是在分离器的入口处，与气水混合进 入分离器，达到消泡和抑制泡沫再生，便于气水分离。 该排水采气工艺在其他气田的的应用表明：采用泡排工艺能够使间歇生产井转为连 续生产；提高低产、低压气井产量及井口压力；使水淹停产井复活；用于同产凝析油气 井的助采；用于含硫气井的助采。 1 1 2 2 气举排水采气 西安石油大学硕士学位论文 气举是通过气举阀，从地面将高压天然气注入停喷的井中，利用气体的能量举升井 筒中液体，使井恢复生产能力。气举可分为连续气举和间歇气举两种方式。影响气举方 式选择的因素有：井的产率、井底压力、产液指数、举升高度及注气压力等。对那些井 底压力和产能高的井，通常采用连续气举生产；对产能及井底压力较低的井，则采用间 歇气举或活塞气举【2 】。 连续气举是将产层高压气或地面增压气连续地注入气举管内，给来自产层的井液充 气，使气、液混相，以降低管柱内液柱的密度，提高举升能力，当井底压力降至足以形 成生产压差时，就造成类似于自喷排柱液的势头，在井内液柱被卸载后，气井可望达到 所需的产量指标。我国四川、辽河、中原等油气田都普遍采用这种连续气举的方法来排 除井底积液，恢复气井能力。连续气举具有注入气和地层产出气的膨胀能量可充分利用、 注气量和产液量相对稳定、排液量较大的显著特点。 柱塞气举排水采气是柱塞在自身重力作用下在油管内下沉至安装在生产管柱内的 弹簧承接器顶部，随着柱塞下方天然气的聚集，能量增加到一定程度，柱塞及其上方液 体一同被气体向上举升，液体被举出井口后，柱塞下方的气体得以释放，完成一次举升 过程，此时，井口关井，柱塞重新回落到弹簧承接器顶部，重复上述步骤，柱塞上下往 复运动，达到排液目的。井口的自动开关是由自动器控制的气动阀来实现的。 柱塞排水采气的应用条件：油管内径一致，采用标准内径规通过；气井自身具有一 定的产能，要求气液比大于5 0 0 ；井底具有一定的积液。 1 1 2 - 3 游梁抽油机排水采气 游梁抽油机排水采气，适用于气井中、后期排水采气。游梁抽油机排水采气的主要 优点是：能连续稳定生产；可以用天然气作燃料：工艺简单、成本低、操作方便、易于 管理。 在需要排水的气井中，首先将有杆深井泵连接在油管上下到井内适当的深度，将柱 塞连接在抽油杆下端，通过安装在地面的抽油机带动油管内的抽油杆作往复运动。抽油 机装置将地层和井筒中的液体从油管排到地面，井筒中的液面将逐渐下降，结果降低了 井筒中液体对气层的回压。产层气则向油、套环形空间聚积、升压，当套压超过输压一 定值后，即可将套管内的天然气通过地面气水分离器进入输气干线到用户，这样就实现 了气井抽油机排水采气的目的。 游梁抽油机排水采气主要适用于水淹气井和间喷井，日排水量1 0 l o o m 3 ，泵挂深 度小于1 5 0 0 m 左右，产层中部深度1 0 0 0 2 9 0 0 m ，目前地层压力2 4 2 6 m p a ，变产后 套管压力1 5 2 0 m p a ，温度小于1 0 0 * c ，矿化度( 或c 1 一含量) 1 0 0 0 0 9 0 0 0 0 m g l ，c 0 2 含量低于1 1 5 9 m 3 ，不含硫管串适用于o 3 0 0 m g m 3 的低含硫气井，防硫管串基本适用 于2 6 9 m 3 以下的含硫气井。 1 1 2 4 电潜泵排水采气 4 第一章概述 将电潜泵应用于产水气田的排水采气，会遇到一些特殊的问题。无论从电潜泵的抽 汲介质( 气水混合物) 、泵的工况( 从单相流逐渐变为两相流) 、生产方式( 油管排水， 套管采气) 而言，均与应用电潜泵采油不同，工艺难度大。其特点是要求在应用电潜泵 排水采气时，除了需要辅以一系列配套工艺措施外，工艺本身对电潜泵机组的性能提出 了更高的要求。排水采气工艺研究应用表明：只有选择耐高温、高压、抗卤水、硫化氢、 二氧化碳腐蚀；电缆耐气蚀性能好；气水分离器效率高的“变速电潜泵机组”，刁能获得 好的效果”j 。 电潜泵作为一种经济而有效的人工举升方法，已在国内外油田采油中获得了广泛的 应用。但将电潜泵应用于产水气田的中、后期排水采气还处于试验推广阶段。国外8 0 年代以来将电潜泵用于气藏的强排水，取得了提高水驱气田最终采收率的效果。四川气 田1 9 8 4 年以来，将“变速电潜泵机组”用于产水量大、井深、剩余储量多的水淹气井排水 采气，实现了单井复产成功。并在气藏排水试验中，见到了一口井排水采气，多口井增 产、稳产的效果。 电潜泵排水采气主要适用于气藏排水采气和单井排水采气。该方法要求井场必须具 备电源。 变速电潜泵排水采气工艺是采用随油管一起下入井底的多级离心泵装置。将水淹气 井中的积液从油管中迅速排出，降低对井底的回压，形成一定的“复产压差”，使水淹气 井重新复产的一种机械排水采气生产工艺。 1 1 2 5 射流泵排水采气 作为一种人工举升方法，水力泵系统在本世纪3 0 年代初用于油井生产。以后又有 了许多发展和技术进步，使得设备更可靠，设计更完善合理。目前，世界上许多生产井 都在成功并经济地使用水力泵系统。 射流泵是由喷嘴、喉道和扩散管组成，喷嘴是引擎，喉道是泵。泵送是通过两种运 动流体的能量转换达到的。地面泵提供的高压动力流体通过喷嘴把其位能( 压力) 转换 成高速流束的动能。喷射流体将其周围的井液从汇集室吸入喉道而充分混合。喉道是一 入口很平滑的直圆柱孔眼，其直径大于喷嘴直径，这样才能使动力液周围的井液进入喉 道。在喉道中混合时，动力液把动量转给产液而增大产液的能量。在喉道末端，两种完 全混合的流体具有很高的流速( 动能) ，此时它们进入一扩散管通过流速降低而部分动能 转换成压能，流体获得的这一压力足以把自己从井下返出地面。 国内外研究应用射流泵已经有一个多世纪，我国玉门油田在1 9 6 9 年，吉林扶余油 田在1 9 7 0 年都曾对射流泵作过一些研究工作。1 9 8 4 年，胜利油田进行了射流泵的开发 利用，在其后的三年中，现场采用射流泵抽油达4 0 余并次，到1 9 8 7 年，平均单井增产 原油2 5 0 0 t 。1 9 9 2 年，四川石油管理局从美国引进了两套射流泵装置进行排水采气试验， 泵的排水量为1 0 0 3 0 0 m 3 d ，井的产气量为1 5 0 0 0 3 5 0 0 0 m 3 d 。 西安石油大学硕士学位论文 射流泵排水采气的适用范围为：总排液量：1 6 o 1 9 0 0 0 m 3 d ；举升高度：4 5 0 3 0 5 0 0 m ；地面泵功率：2 2 0 4 6 0 0 k w 。 使用射流泵时应作好优化设计，选择合理的喷嘴和喉道组合，防止气蚀；对于地层 水结垢或产腐蚀性介质的井，应向动力液中加入防垢剂和防腐剂；停机时，井下泵不能 长久停留于井内。 1 2 气液分离技术 气液分离的重要设备是分离器。按其作用原理分为重力式分离器、旋风式分离器、 混合式分离器三种，前两种应用最多。 1 2 1 重力分离器 1 2 1 1 作用原理 如图1 - 1 所示，重力分离器主要是利用液( 固) 体和气体之间的重度差分离液( 固) 体的。气液混合物进入分离器后，液( 固) 体被气体携带一起向上运动，但是，由于液 ( 固) 体的重度比气体大得多( 如在5 m p a 时，水的重度是甲烷重度的2 8 倍) ，同时液 ( 固) 体还受到向下的重力作用向下沉降，如果液滴足够大，以致其沉降速度大于被气 体携带的速度，液滴就会向下沉降被分离出来( 对固体颗粒也一样) 。 为了提高重力分离器的效率，进口管线多以切线进入，利用离心力对液体作初步分 离。在分离器中还安装一些附件( 如除雾器等) ，利用碰撞原理分离微小的雾状液滴；雾 状液滴不断碰撞到已润湿的捕丝网表面上并逐渐聚积、当直径增大到其重力大于上升气 流的升力和丝网表面的粘着力时，液滴就会沉降下来。 1 2 1 2 结构 气液 图卜1 重力分离器作用原理 第一章概述 重力分离器是根据重力分离原理设计的，故其结构大同小异，根据安装形式和内部 附件的不同又可分：立式、卧式及三相重力分离器三种。前两种用于分离气液( 固) 两 相，第三种是把液体再分开( 如油和水、油和乙二醇等) 。 ( 1 ) 立式重力分离器由分离段、沉降段、除雾段、储存段几部分组成。 分离段：气液( 固) 混合物由切向进口进分离器后旋转，在离一i i , 力作用下重度大的 液( 固) 体被抛向器壁顺流而下，液( 固) 体得到初步分离。 沉降段：沉降段直径比气液混合物进口管直径大得多( 一般是1 0 0 0 ：1 5 9 ) ，所以气 流在沉降段流速急速降低，有利于较小液( 固) 滴在其重力作用下沉降。 除雾段：用来捕集未能在沉降段内分离出来的雾状液滴。捕集器有翼状和丝网两种。 翼状捕集器是带微粒收集带平行金属盘构成的迷宫组成。 丝网捕集器是用直径0 1 o 2 5 毫米的金属丝( 不锈钢丝、紫铜丝等) 或尼龙丝、聚 乙烯丝编织成线网，再不规则地叠成网垫制成。它可分为高效型、标准型、高穿透型三 种。 高效型丝网编织密集，用于除雾要求高的场合；标准型丝网编织次之，用于一般除 雾；高穿透型丝网编织稀疏，用于液体或气体较脏的场合。丝网捕集器是利用碰撞原理 分离液滴的，捕集器一般能除去1 0 3 0 微米直径的微粒。 储存段：储存分离下来的液( 固) 体，经由排液管排出。排污管的作用是定期排放 污物( 如泥砂、锈蚀物等) ，防止污物堆积堵塞排液管。 影响重力分离器效率的主要因素是分离器的直径。在气量一定、工作压力一定时， 直径大，气流速度低，对分离细小液滴有利。 ( 2 ) 卧式重力分离器：气液混合物进入后碰到导向板而改变流向，在惯性力作用下 大直径液滴被分离下来，夹带较小液滴的气流继续向下运动。由于分离器直径比进口管 直径大得多，气流速度下降，在重力作用下较小直径液滴被分离下来。接着，气流通过 整流板，紊乱的气流被变成直流，更小的液滴与整流板壁接触、聚积成大液滴而沉降。 最后，雾状液滴在捕集器中被捕集下来。 图1 2 双筒卧式两相分离器结构图 一。 在分离器直径和工作压力相同的情况下，卧式重力分离器处理气量比立式多，但卧 西安石油大学硕士学位论文 式重力分离器占地面积大，清扫困难。目前多用于处理量大的集气站和用以对脱硫装置 前的气体进行分离。中、小型集气站仍以立式为主。 ( 3 ) 三相重力分离器 三相重力分离器中的气、油、水或气、油、乙二醇也是利用它们的重度差进行分离 的。 在分离器中安有一面堰板，水面上的浮油高度超过堰板顶部时，翻过堰板进入集油 室中，集油室中安有浮球，并用连杆通过控制机构操作排油调节阀的开关。当油面升到 规定高度后，阀开启排油；液面降低到规定高度时，阀自动关闭。水也是用浮球控制阀 的开启或关闭进行排放的。三相重力分离器多用于低温分离站的油和乙二醇的分离。 1 2 2 旋风式分离器 旋风分离器【4 j 又叫离心分离器，由简体、锥形管、螺纹叶片、中心管和集液包等组 成，如图1 3 所示。 天然气沿切线方向从进口管进入分离器的筒体内，在螺旋叶片的引导、作向下的回 旋运动，由于气体和液固体杂质颗粒的质量不同所产生的离心力也不同，于是质量大的 杂质颗粒被甩到外圈，质量小的气体处于内圈，从而使二者分离。杂质颗粒在其重力及 气流的带动下，沿锥形管壁进入集液罐，经排污管排出，气体在锥形管尾部开始作向上 的回旋运动，最后经中心管自出口管进入下一级设备。 f f 图卜3 旋风式分离器 1 2 3 混合式分离器 混合式分离器是利用多种分离原理进行气液( 固) 分离的，结构比较复杂，类型也 很多，如螺道分离器、串连离心式分离器、扩散式分离器等等。 1 2 4 使用分离器注意事项 ( 1 ) 严禁超压使用，以防超压引起爆炸。 第一章概述 ( 2 ) 分离器或紧挨分离器的输气管线上应安装安全阀，安全阀的开启压力应控制在 分离器工作压力的1 0 5 1 1 倍，并定期检查。 ( 3 ) 分离器的实际处理气量应符合分离器的设计处理能力，保持高效率的分离。对 重力分离器，实际处理能力不得超过设计通过能力；对旋风分离器，实际处理能力应在 其设计的最小和最大通过能力之间。 ( 4 ) 严格控制分离器内的液面。将液面控制在合适的高度，达到排液连续，又不使 液面过高，以免产生气流挟带液体的现象。对产水量大的井，可适当调节阀门开度，保 持连续排液；对产水量少的井，应摸索排水周期，定时排液。 ( 5 ) 开井要慢，防止分离器猛然升压，引起震动或突然受力；关井时要将分离器压 力卸掉，积液排净。 ( 6 ) 使用中如发现焊缝或法兰连接处漏气，应立即停止使用并修理。 ( 7 ) 定期测量分离器壁厚，如发现壁厚减薄，应做水压试验后降压使用。 1 3 污水处理工艺 目前，污水处理的技术【5 1 尽管有很多，但最基本的作用原理有3 项，即：分离、转 化和利用。 分离：采用各种技术方法，把废水中的悬浮物或胶体微粒、微滴分离出来，从而使 污水得到净化，或者使污水中污染物减少到最低限度。 转化：对于已经溶解在水中，无法“取”出来或者不需要“取”出来的污染物，采用生 物化学的方法、化学和电化学的方法，使水中溶解的污染物转化成无害的物质，或者转 化成容易分离的物质。总之，使水中污染物发生有利于治理的化学、生物化学变化。有 些污水( 主要是高浓度的) 未经处理或者稍加处理有可能找到新的用途，可以成为有用的 资源，用于再制造、再加工，从而解决污水治理的问题。 一般污水处理方法主要分为物理化学方法、生物处理方法、土地法三大类。 1 3 1 物理化学方法 物理化学方法主要有：重力沉降法、机械过滤法、离心分离法、絮凝沉淀法、气浮 法、离子交换法、电解与微电解法、化学氧化还原和消毒法、湿式氧化法、蒸发浓缩等 方法。 ( 1 ) 重力沉降法：利用废水中悬浮固体本身的重力，自然沉降，从而使上清液净 化。重力沉降设施有平流沉淀池、竖流沉淀池、辐流沉淀池。采用斜板或斜管沉淀，会 大大减少占地面积。 ( 2 ) 机械过滤法：所用的过滤设备和过滤介质有许多类型，如：板框压滤机、厢 式压滤机、袋式压滤机、折带压滤机、砂芯过滤器、砂滤器和微孔过滤器等等。各种类 型的格栅、滤网也属于机械过滤法的一种。所用的过滤介质除了滤布、滤网之外，还可 以用呢毯、硅藻土、凹凸棒土、白土、石英砂、粉煤灰、炉灰渣等等。 ( 3 ) 离心分离法：离心分离法可以把废水中固体悬浮物分离出去，也可以把密度 9 西安石油大学硕士学位论文 不相同的2 种液体分开。离心机有立式、卧式、连续进出料的固液分离机和液液分离机。 ( 4 ) 絮凝沉淀法：颗粒直径在1 - 1 0 0p 瑚的细微颗粒或液滴，由于其十分微小和 表面带有电荷，能形成稳定的胶体溶液。投加絮凝剂，破坏胶体的稳定性，使细小微粒 凝聚、吸附、架桥而形成较大的矾花发生沉淀，使废水得到挣化。 ( 5 ) 吸附法：活性炭、大孔吸附树脂、磺化煤以及粉煤灰等固体颗粒，其表面有 许多d , e l ，因而具有很大的总表面积。固体物质的表面，具有一定的吸附性能，特别是 固体表面凹陷部位，吸附能力更强。这种固体颗粒即吸附剂能够吸附废水中的金属离子、 有机物能牢固地吸附在吸附剂表面，从而使废水得到净化。 1 3 2 生物处理方法 生物处理方法分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及二者的结合。 好氧生物处理是在有分子氧的情况下进行的生物氧化方式。好氧处理过程是当营养 物质进入好氧微生物后，通过系列氧化还原反应获得能量的过程。好氧处理方法包括： 活性污泥法、生物膜法、曝气氧化池、好氧稳定塘、生物转盘和滴滤池等，好氧生物处 理废水，有机物浓度不能太高，若太高，最好先经过厌氧处理，或者进行稀释，以保证 进入好氧池的废水c o d 在10 0 0 m g l 左右。好氧生化反应应在常温下进行，气温越高， 水温也随之升高，反应速度加快，处理效率也高。 ( 1 ) 传统活性污泥法：其主要由曝气池、二次沉淀池、曝气系统以及污泥回流系 统等组成。废水经初次沉淀池后与二次沉淀池底部回流的活性污泥同时进入曝气池，通 过曝气，活性污泥呈悬浮状态，并与废水充分接触。废水中的悬浮固体和胶状物质被活 性污泥吸附，而废水中的可溶性有机物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营养，代 谢转化为生物细胞，并氧化成为最终产物( 主要是c o ：) 。非溶解性有机物需先转化成溶 解性有机物，而后才被代谢和利用。净化后废水与活性污泥在二次沉淀池内进行分离， 上层出水排放汾离浓缩后的污泥一部分返回曝气池，以保证曝气池内保持一定浓度的活 性污泥，其余为剩余污泥，由系统排出。传统活性污泥法适宜于处理能力1 0 1 0 4 m 3 d 以 上的污水处理设施。 ( 2 ) 氧化沟法：氧化沟是一种改良的活性污泥法，其曝气池呈封闭的沟渠形，污 水和活性污泥混合液在其中循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称“环行曝气池”。 ( 3 ) 生物膜法：生物膜法是土壤自净的人工强化方法，是一种使微生物群体附着 于某些载体的表面上呈膜状，通过与污水接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机物 作为营养并加以代谢，从而使污水得到净化的方法。生物膜法适宜于处理低浓度和水量 不大的污水。 ( 4 ) 厌氧生物处理法：厌氧生物处理是在无氧的条件下由兼性厌氧菌和专性厌氧 菌来降解有机污染物的处理方法。厌氧处理方法包括：上向流污泥床、厌氧固定膜生物 反应器、混合反应器及厌氧稳定塘等。厌氧法主要用于处理高浓度可生化的有机废水， 厌氧生物处理的最大特点是既节能又产能，其缺点是处理时间长、出水水质差，对低浓 第一章概述 度有机废水处理效率低等缺点。 ( 5 ) 好氧法