PY-2.0型金属波纹板填料在某海上油田的应用分析.doc

PY-2.0型金属波纹板填料在CB-A油田的增产减排应用分析摘要：聚结式油水分离装置是油田广泛应用的油水处理设备。在相同的运行条件下，该类型装置的处理能力远远大于以往的分离器，成为油水分离向高效、小型化发展的关键技术。随着大泵提液增产措施及调整井的实施，大幅增加的产液量给某油田A平台老化的处理设备带来巨大的压力，原有油水分离器中的鲍尔环填料已不能满足大液量的处理要求，严重制约了平台和作业区的年度计划产量。自更换了高效的聚结填料后，平台的实际处理量已由3700增加到4900，外排污水含油量进一步降低。文章重点介绍了某油田A平台原生产流程出现的问题及更换填料后生产方面的优化结果；对原有鲍尔环填料、原有塑料波纹板填料及更换后的不锈钢波纹板聚结填料的优缺点进行了比较说明；并讨论了聚结填料在海上平台的应用发展前景。关键词：鲍尔环；不锈钢波纹板聚结填料；油水分离；高效；大泵提液1 生产背景根据某油田油藏研究结果表明，该油田后期调整方案主要以大泵提液及调整井为主。预测到2020年，仅大泵提液可累增油23.53万方，期间产液量最大将增加4200方/日。同时根据08年对该油田A平台进行的延寿评估，该平台还可服役10年以上。2 处理流程出现的问题2.1增产过程中的平台产液量变化现将A平台的生产划分为三个阶段：第一阶段实施大泵提液等增产措施前；第二阶段实施大泵提液等增产措施过程中，未进行流程检修前；第三阶段流程检修后。下面的数据是从这三个阶段分别选取的具有代表性的平台日处理液量。表1 增产过程中的平台产液量变化产油产水总产液量实际处理量设计处理量污水设计处理量第一阶段（2009-1-1）3131064.391719.392219.3945603600第二阶段（2010-1-8）6432618.083261.083761.08第三阶段（2010-8-8）724.63693.474418.074918.072.2增产过程中的问题2.2.1第一阶段：A平台已投产23年，平台处理设备老化严重，流程实际处理量与设计处理量相差较大，此阶段的流程处理主要存在着以下两个问题：（1）原油二级热处理器V-202A/B后给电脱水器供液的电脱水器供给泵P-202，经常发生气蚀，易造成热处理器高液位波动，严重影响生产操作的稳定和安全运行；（2）污水处理效果不佳，处理后污水含油高达18ppm。图1 某油田A平台原油系统流程图图2 某油田A平台污水系统流程图2.2.2第二阶段：随着大泵提液增产措施和调整井的实施，产液量大幅提升。此阶段流程处理出现了以下的问题：（1） 离心泵气蚀加剧；（2） 热处理器V-202A/B长期处于高液位报警无法复位；当总处理量超过3700时，生产流程极不稳定，天然气处理设备经常液位高报。（3） 大幅增加的污水处理量给污水处理系统带来更大的压力，处理后污水含油高达20ppm。3 问题分析总结3.1问题分析3.1.1第一阶段：离心泵易气蚀，说明泵的入口原油中含有大量未充分分离的游离天然气，当含气原油进入泵体，由于比重较轻，在离心力的作用下，气体逐渐在泵叶轮中心区域聚集，造成泵气蚀逐渐加剧，直至影响泵的正常运行，无法保证泵压及排量，造成热处理器的高液位波动。3.1.2第二阶段：大幅增加的产液量降低了油水混合物在处理设备中的停留分离时间，油气水无法充分分离，原油中含有过多的未分离天然气，加剧了离心泵的气蚀，通过流程各参数对比分析，认为:原油流程一二级处理设备内部板组出现腐蚀淤堵；在对容器进行拆检后，发现污水处理系统一级处理器聚结器V-301A/B内部的填料出现了坍塌的现象，填料的油水分离能力受到较大的影响，污水分离除油效率降低，严重影响了后续污水处理效果。3.2分析总结分析认为，造成上述问题的原因是：容器内部板组出现了腐蚀、淤积，造成油水混合物在一、二级原油处理器内部的流动、分离受阻，使系统的处理能力下降。油水混合物流动分离受阻，降低了油气水三相分离效率，原油中含有的游离天然气加剧泵的气蚀，污水中含油过高，增加了污水处理系统的负担。随着大泵提液和调整井的实施，流程实际处理能力与大产液量的矛盾日益突出，流程检修已是必然。4 检修实施过程4.1检修概况流程检修的施工主体为原油工艺流程的游离水三相分离器V-201A/B、热处理器V-202A/B，污水处理系统聚结器V-301A/B等共计6台设备。主要施工内容是为这些设备更换内部油水分离填料。在流程检修期间，当单系列检修进行时，原有的双系列生产模式将合并为单系列生产模式，在保证生产平稳运行前提下，尽可能的降低因流程检修造成的限量减产损失。4.2检修发现的问题通过现场检修的情况看，流程设施老化损毁淤堵比较严重，主要存在着以下几个问题：4.2.1填料堵塞，板组丝网破损严重V-201A/B、V-202A/B内散堆的鲍尔环填料，油泥堵塞现象严重，鲍尔环填料上粘附有较厚的胶质沥青质。图3堵塞鲍尔环填料的油泥图4固定鲍尔环填料的破损丝网堵塞的鲍尔环减少了油水混合物流动分离空间，阻碍了油水混合物的流动，降低了液滴碰撞几率，使油气水三相不能充分分离聚结；损坏的板组丝网，无法有效固定鲍尔环填料，部分填料流失，进一步降低了油气水三相分离效率。4.2.2砂沉积严重因V-201A/B、V-202A/B的底部部分排沙管线堵塞，容器无法正常排砂，导致V-201A/B、V-202A/B的进口底部沉积着较多的泥砂和胶质物，这些沉积物占据了一定的空间，降低了容器的处理能力，减少油气水三相混合物在处理设备中的停留分离时间，降低了处理设备的分离效率，加剧了泵的气蚀和污水含油量较高的问题。4.2.3填料坍塌污水处理系统一级处理器聚结器V-301A/B内部的塑料波纹板填料已完全塌陷，基本失去了促进油水快速分离的作用，含油污水无法得到有效分离，出口污水含油过高，加重了后续污水处理系统的负担；坍塌的填料还堵塞了聚结器的出口，造成污水处理量的下降。图5坍塌破碎的塑料波纹板填料5 结果分析5.1优化结果2010年3月份，原油游离水分离器、热处理器、污水聚结器6台处理设备的填料更换完毕，替代鲍尔环的金属波纹板聚结填料在流程处理中发挥了良好的油气水三相分离作用，效果非常明显：1） 原油流程中离心泵易气蚀的问题得到根本解决，泵况运行良好；2） 污水水质明显改善，进入污水处理系统的污水含油量大大降低，污水处理系统一级处理器聚结器V-301A/B功能得以恢复，处理后外排污水含油进一步降低，处理后污水含油从20ppm降低到14ppm；以处理后污水排海量1200、一年按360个工作日计算，每年可减少石油烃外排入海2.592。3） 得益于聚结填料高效的分离作用，系统处理能力得到了大幅的提升，改造后流程实际处理量达到了4900，增油140，增水1100，净化后外输原油含水率控制在了1%以下。表2改造前后主要数据的对比V-201A/B出口V-202A/B出口V-301A/B进口V-301A/B出口外排污水含油原油含水（改造前2010年1月平均值）7080%2630%-原油含水（改造后2010年7月平均值）3540%2426%-污水含油（改造前2010年1月平均值）1000ppm1600ppm1400ppm250ppm20ppm污水含油（改造后2010年7月平均值）700ppm（含浮油）600ppm（含浮油）700ppm100ppm14ppm表3改造前后原油、污水处理量对比原油处理量污水处理量改造前2010年1月平均值（）5903100改造后2010年7月平均值（）73042005.2结果分析：5.2.1优异的规整填料结构有利于油水（气）分离（1） 金属波纹板规整填料比散堆的鲍尔环填料具有更显著的优点l 鲍尔环填料的工作原理聚结区入口分流板气相出口油相出口水相出口图6 V-201A/B、V-202A/B内部结构简图鲍尔环填料密集的堆放在两块金属网之间，组成了聚结区，鲍尔环填料的作用是使油水（气）混合物在流经聚结区时，形成曲折的路径，改变其流动方向，增加碰撞次数，提高油水破乳几率；并提供较大的接触表面积，有助于油珠的粘附，在油珠粘附到鲍尔环上以后，小油珠聚结为大油珠，大油珠通过水相迅速上升到水相的上面形成油层，然后由油槽把油撇出，分离出来的游离水在界面液位控制下流出处理器；其分离以碰撞聚结为主。l 金属波纹板规整填料的工作原理图7聚结填料油水分离示意图此聚结填料由多组特殊结构的填料片组成，一系列填料组交错放置，为流体提供了曲折通道和微倾角，缩短了油滴的浮升高度和时间，增大了油滴的碰撞和聚结表面，有利于板上油膜的上浮并且增强了填料的强度和刚度，从而更快完成油水分离，提高了整个装置的油水（气）分离效率；其以润湿聚结和碰撞聚结同时作用，大幅提高了聚结效率。从工作原理分析比较可知：规整填料不仅可以有效的破乳，而且提供了有规律的倾斜流动通道。当液滴在重力作用下沉降于聚结介质表面，发生吸附、润湿、碰撞、聚结等过程，使分散相液滴长大形成大液滴或液膜，在重力和流体流动的作用下，液膜或大液滴从聚结通道的末端界面脱除，使得油滴有规律的聚集和聚结，从而实现油水（气）的有效分离。图8金属波纹板规整填料图9填料更换完后的效果图（2） 金属波纹板规整填料比塑料波纹板具有更高的强度和油水分离能力l 污水系统一级处理器聚结器V-301A/B是一个装有横向流板组的横向流分离器，板组包括一个固定在框架上的塑料波纹板装置。其工作原理为：图10聚结器V-301A/B工作简图废水进入聚结器后以水平方向通过板间距很小的板组区。当水流从进口穿过板组板组到出口一侧时建立了层流状态。在通过板组的过程中，油上升到板的顶部，聚结在板顶部的油通过一个油槽撇出，而离开板组的水由一个到敞开的排放溢流槽撇出。通过工作原理分析可知：金属波纹板规整填料除具有上述塑料波纹板填料的功能以外，同时由于规整填料的结构形式大大地改善了碰撞聚结的运行条件，使规整填料可以除去更小粒径的油滴，提高分离效率，进而降低出口污水的含油量；另外由于采用的材质为不锈钢，规整材料具有更高的强度和刚度，避免了塑料填料出现的因长时间被油水冲刷而失去原有状态，甚至坍塌或折断的问题。5.2.2优异的规整填料结构提高了流程处理能力采用的PY-2.0波纹板填料，具有较大的比表面积：235，为油气水三相的分离提供了较大的接触表面；高达98.5%的空隙率，进一步增加了油水混合物在处理设备中的分离空间和停留时间，使油气充分的分离，天然气中含液与原油中溶解气量均降低至正常水平，节省出来的分离空间相当于对处理设备进行了一次增容改造，扩大了处理量；良好的油水混合物流通渠道保证了大液量的处理需求，流程实际处理量达到4900，较流程设计处理量4560提高了7.46%，较改造前流程实际处理量3700提高了32.43%。PY2.0波纹板聚结填料在V-201A/B中理论最小停留时间为=15 min,在V-202A/B中理论最小停留时间为=25 min。根据=+式中： m液体占分离器横截面分数，m取0.7 分离器油水分离的有效长度 、进入分离器的油水流量 、油水停留时间，一般取=计算理论最小停留时间条件下设备的最大处理量。（1）V-201A/B规格mm，计算可得单系列V-201最大处理量=3000即V-201A/B双系列处理量可达=6000（2）V-202A/B规格mm，计算可得单系列V-202最大处理量=1400依据流程实际处理量=4900反算，可得，油水混合物在V-201A/B中实际停留时间为=30.7min=30.7/15=2.05（倍）/=6000/4900=1.22(倍)V-201A/B的理论处理量与大大高于理论最小停留分离时间的实际停留时间，为流程实际处理能力的提高提供了坚实的基础。6 结论与展望伴随着海油众多油田陆续进入高含水、高产液量生产后期，老化的生产处理设施出现的故障，引起流程处理的多种问题，给系统处理和设备维护带来许多压力，高产液量的处理难度和保护海洋环境的压力愈来愈大，对高效处理设备的需求越来越紧迫。此次某油田A平台更换的金属波纹板规整