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?????摘要隨著油田開采時(shí)間的增長(zhǎng)，產(chǎn)出液中含水率逐年增加，部分并液的含水率高達(dá)95%以上，給目前己有的處理工藝帶來(lái)新的挑戰(zhàn).為了解決這些問(wèn)題，急需研發(fā)新型的油水分離技術(shù)，以解決傳統(tǒng)技術(shù)所遇到的瓶頸.該文結(jié)合目前油氣開發(fā)的新需求，系統(tǒng)地介紹了油水分離的技術(shù)現(xiàn)狀，討論了含油污水深度處理技術(shù)的特點(diǎn)，分析了未來(lái)油水分離技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì).同時(shí)，結(jié)合力學(xué)研究所研制的新型管道式油水分離技術(shù)，詳細(xì)介紹了柱型分離、導(dǎo)流片型分離、以及T型管分離等新技術(shù)，提出了新型管道式分離技術(shù)具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可解決稠油開采、海底作業(yè)、以及井下分離等難題，指明了技術(shù)發(fā)展方向.關(guān)鍵詞油水分離，含油污水處理，管道式分離技術(shù)

1引言

????油井產(chǎn)出液通常都是不同分子質(zhì)量的烴組分、水以及其他雜質(zhì)組成的混合液.在常溫常壓下，相對(duì)分子質(zhì)量較大的烴組分形成的混合物呈液態(tài)，通常稱為原油，或石油;而相對(duì)分子質(zhì)量較小的烴組分形成的混合物呈氣態(tài)，通常稱為天然氣.在油藏的高溫、高壓條件下，天然氣溶解在原油中，以純液態(tài)形式存在.當(dāng)這種混合液從井下沿井筒向上流動(dòng)到達(dá)井口，繼而沿集輸管線流動(dòng)時(shí)，隨著壓力的降低，溶解在液相中的輕烴組分不斷析出，并隨其組成以及當(dāng)?shù)氐膲毫囟葪l件，形成一定比例的油氣共存混合物.同時(shí)，按照石油生成的有機(jī)成因理論，石油是由水中的微生物死去后沉積于水域的底部，進(jìn)而被沉積的泥砂所掩埋，并且在地下高溫、高壓和缺氧條件下分解而生成的。這樣，生油地層一般是古代湖泊或海洋區(qū)域的沉積巖，巖石的孔隙被水充滿，儲(chǔ)集了石油后，油的周圍仍為廣大的含水區(qū)，石油和外圍含水區(qū)構(gòu)成一個(gè)范圍很大的水動(dòng)力學(xué)系統(tǒng).正是這種水動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，為油田的開發(fā)提供了主要的驅(qū)動(dòng)力，這也使油井產(chǎn)出液中含有大量水份成為必然(當(dāng)然，若按無(wú)機(jī)生成理論，油周圍的含水區(qū)域不是必要的，但目前為止，無(wú)機(jī)成因油藏仍屬鳳毛麟角).另外，若屬砂巖地質(zhì)，石油開采的滲流過(guò)程中，可能會(huì)攜帶出一定量的泥沙(砂).這樣，要得到煉油廠使用的原油和用戶使用的天然氣就必須對(duì)油井產(chǎn)出的混合液進(jìn)行處理，去除產(chǎn)出液中的含水和其他雜質(zhì).將油井產(chǎn)出液處理到煉油廠使用的原油和用戶使用的天然氣的整個(gè)過(guò)程都與油水分離有關(guān)，可見，油水分離是油田生產(chǎn)重要的工藝流程之一在油田開采后期，由于地層壓力下降使地層的原油運(yùn)移性能變差，為了保證油井的正常生產(chǎn)和提高原油采收率，往往采用活性水驅(qū)油、堿水驅(qū)油、聚合物驅(qū)油、三元復(fù)合驅(qū)油、泡沫驅(qū)油等技術(shù)，這使產(chǎn)液中不僅含有更高的水份，而且含有一定的化學(xué)藥劑，這些化學(xué)藥劑會(huì)使產(chǎn)液的油水乳化變得更為嚴(yán)重、更加穩(wěn)定，且表面活性劑、堿、聚合物溶液等驅(qū)替劑在地層中的沖刷、溶蝕、離子交換、裹挾等作用下，使得油藏中的細(xì)微顆粒、薪土等固體顆粒與原油和化學(xué)劑絮凝在一起，形成穩(wěn)定的懸浮乳化液，這就進(jìn)一步增加了油水分離的困難.

從廣義上講，油水分離過(guò)程可分為從油水混合液中提取原油的原油除水過(guò)程，以及從含油污水中(含油率常低于1%)去除油和其他雜質(zhì)的含油污水處理過(guò)程，圖1給出了從油井產(chǎn)出液到合格原油、天然氣、外排水的基本分離流程.從圖中可以看到，油田的油氣水分離是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，且氣相和液相產(chǎn)品還與操作的壓力、溫度條件、各相含率、油品條件等密切相關(guān)，這也在一定意義上增加了油水分離工藝的難度.由于天然氣的密度比原油和水小得多，所以工藝流程上進(jìn)行氣液分離.氣液分離可能從油井產(chǎn)出液進(jìn)入井眼過(guò)程中就開始，并在流經(jīng)輸運(yùn)管道和處理準(zhǔn)備過(guò)程中逐漸得到加強(qiáng).在一定條件下，流體到達(dá)氣液分離器之前就己經(jīng)完成氣相和液相的相間分離，分離器僅起到氣液間的脫離作用，即使氣體上升至一個(gè)出口，液體下降至另一個(gè)出口，這樣就完成了氣液分離.剩下的油水混合液的分離是

油氣水分離的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此該文也將重點(diǎn)討論油水混合液的分離問(wèn)題.

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????在油水混合液中，當(dāng)油滴粒徑大于100 μm時(shí)，油將以連續(xù)相的形式存在，形成油塊或油層，稱為浮油;油滴粒徑介于10~100μm時(shí)，以微小的油滴懸浮于水中，稱為分散油;當(dāng)油滴粒徑在D.1}10}.m范圍(多數(shù)情況下粒徑介于0.1 ~2 μm之間)，稱為乳化油;而當(dāng)油滴粒徑小于0.1μm，以分子形式呈均勻狀態(tài)存在時(shí)則為溶解油.可見，浮油、分散油、乳化油和溶解油4種形態(tài)可由油滴粒徑的大小判斷.通常，當(dāng)含水率在30%以內(nèi)時(shí)，油相主要以連續(xù)相形式存在。形成“油包水”型乳化液;當(dāng)含水率在30%~70%范圍，混合液中可能同時(shí)存在油包水和水包油兩種乳化液，形成復(fù)雜的乳化現(xiàn)象;含水率超過(guò)70%后，水相將成為連續(xù)相，從而會(huì)形成“水包油”型乳化液;且隨著含水量的增加，混合液中將出現(xiàn)沒(méi)被乳化的“游離水”，含水量越高，游離水的含量也越高.因此，油水分離過(guò)程有時(shí)可以根據(jù)油水的含率變化而采用不同的方法.而且，不管是油包水型還是水包油型的乳化液，在油水分離過(guò)程中，油水間的破乳總是必要的，且需要根據(jù)油相的存在狀態(tài)和其粒徑大小，選擇不同的處理方法或者幾種方法的綜合使用才能進(jìn)行有效的分離.只是油包水和水包油狀態(tài)在物理本質(zhì)上有根本區(qū)別，所以在分離方法上也顯示出不同的特色.

????油水混合液的分離方法可歸納為4大類:物理方法、化學(xué)方法、物理化學(xué)方法和生物化學(xué)方法，物理方法是利用各相密度、導(dǎo)電率、聲速等物理性質(zhì)的差異而實(shí)施的分離方法，主要有重力沉降、離心旋流、高壓靜電、高頻脈沖、微波輻射、超聲波等方法.化學(xué)方法是在油水混合液中加入適量的化學(xué)藥劑(破乳劑、聚并劑等)破壞油水乳化液的界面穩(wěn)定性，將油水間的乳化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油水混合液的相間分離.物理化學(xué)方法是將物理分離方法與化學(xué)分離方法結(jié)合使用，達(dá)到油水分離的目的.生物化學(xué)方法是利用微生物胞體組成的生物破乳劑破壞油水乳化液的穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)油水混合液的脫水.每種脫水方法都有各自的特點(diǎn)和適用條件.因此，選用原油脫水方法時(shí)要綜合考慮原油性質(zhì)、含水率、油水乳化性質(zhì)和程度、乳狀液分散度和穩(wěn)定性等因素.

在油水分離工藝流程中，還存在一個(gè)很重要的含油污水處理問(wèn)題，因?yàn)橛退旌弦褐械膽腋∥铩⑷芙庥?、以及部分破乳不徹底的乳化油等，將存在于原油脫出的水中形成低含油污?這些含油污水不能直接排放或回注，而必須進(jìn)一步處理到可以排放或回注的標(biāo)準(zhǔn)，以便減少對(duì)地層和環(huán)境的污染.油田的含油污水可根據(jù)處理的深度不同而分為初級(jí)治理、二級(jí)治理和三級(jí)治理.初級(jí)治理屬于預(yù)處理，用來(lái)去除浮油和固體懸浮物，主要采用物理方法和物理化學(xué)方法，包括重力沉降法、離心法、粗?；ā⒏∵x法、過(guò)濾法、膜分離法、絮凝沉降法等.二級(jí)治理用來(lái)去除污水中含有的大量有機(jī)污染物，主要采用生物化學(xué)方法，包括活性污泥法、曝氣法、生物過(guò)濾法、生物轉(zhuǎn)盤法等.三級(jí)治理也叫深度處理，多采用化學(xué)法和物理法，包括離子交換、電滲析、超濾、反滲透、活性炭吸附、臭氧法等.經(jīng)三級(jí)處理后，通常治理效果都比較好，處理后的水可重復(fù)利用，但費(fèi)用很高。

2油水分離技術(shù)現(xiàn)狀

????沉降分離是油水分離基礎(chǔ)的過(guò)程，沉降分離的前提假設(shè)為原油與水互不相溶，密度不同，溶液為非乳化液或者非穩(wěn)態(tài)乳化，油相為分散相，油滴在罐體里沉降速度為

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????從油滴沉降速度公式(3)和公式(4)可以看出，增大分散相的粒徑、增大兩相的密度差、減小連續(xù)相豁度(提高雷諾數(shù))等都有利于油水分離.雖然這些公式?jīng)]有考慮乳化液穩(wěn)定性和分散相液滴聚并后液滴變大的影響，但是它們描述了油水分離過(guò)程的基本規(guī)律，所以目前多數(shù)分離方法都是基于該原理發(fā)展起來(lái)的.利用油水兩相的密度差進(jìn)行重力沉降的分離方法，由于其低能耗、低初成本和運(yùn)行使用簡(jiǎn)便被視為油水兩相分離的首要考慮原則.但是，當(dāng)油水分離設(shè)備的占用空間尺寸受到限制，或油水兩相密度差很小時(shí)，重力沉降就不再是有效的分離方法，例如在海洋平臺(tái)等場(chǎng)合，分離器的尺寸和重量會(huì)受到嚴(yán)格的限制，提高分離效率就成為重要的考慮因素.

????從液滴沉降速度公式(3)和公式(4)描述的重力場(chǎng)中液滴的沉降規(guī)律我們看到，如果使液滴受離心力作用，則液滴承受的加速度為

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