一種新型多級分離沉砂裝置設(shè)計研究

張永輝+張乾

（1國家采油裝備工程技術(shù)研究中心；2勝利油田高原石油裝備有限責(zé)任公司）

摘 要：針對應(yīng)用目前處理裝置及方法，無法將含泥砂原油樣品中泥砂徹底脫除干凈進而準(zhǔn)確測定原油物性參數(shù)的實際，通過對多種清砂方法的分析比較，選用重力沉降和離心分離分級除砂方法，設(shè)計了一種新型多級分離沉砂裝置。對該裝置的工藝流程進行了較為詳細的介紹。試驗表明，該裝置除砂效果顯著，除砂率達90%以上。

關(guān)鍵詞：原油除砂；離心分離；重力沉降；旋流分離器；工藝設(shè)計

引 言

目前含泥砂原油樣品，利用已有的原油除砂處理裝置及方法，無法將原油中泥砂徹底脫除干凈，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確測定原油的密度、粘度等關(guān)鍵物性參數(shù)，影響了勘探過程中的儲量評價以及開發(fā)過程中對流體性質(zhì)的動態(tài)監(jiān)測，為了就解決前期勘探和后期開發(fā)過程中存在的含泥砂原油脫砂問題，為儲量評價和勘探開發(fā)地質(zhì)研究提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)物性，有必要建立新的原油除砂方法。目前已有的除砂方法主要集中在現(xiàn)場除砂，而對室內(nèi)脫除泥砂的方法報道很少，已有的報道主要集中在除砂劑的篩選方面，該方法由于引入除砂劑，不適合以原油物性分析為目的的除砂。室內(nèi)除砂裝置和方法的目的主要是獲得不含泥砂的原油樣品，獲得準(zhǔn)確的原油物性數(shù)據(jù)，所有的方法均不能對原油的組成產(chǎn)生影響。目前常用的分離設(shè)備包括重力沉砂、離心分離等，分離設(shè)備功能單一，難以實現(xiàn)高效率分離，不滿足實驗室的分離要求。針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，設(shè)計一種多級分離沉砂裝置，有效降低原油中泥砂石的含量，提高分離的效果。

1除砂方法優(yōu)選

基于離心分離的水力旋流分離技術(shù)以分離效率高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用。通過對重力沉降、離心分離和過濾等除砂方法[1] 進行比較，認為采用旋流分離器（離心分離）作為原油除砂的主體設(shè)備較為適宜，它可和重力沉降一起完成對試驗樣品的除砂任務(wù)。

1.1重力沉降

重力沉降是利用固液兩相的密度差在重力場中進行固液分離的過程[2]。固體顆粒在液體中的沉降速度可用Stocks公式計算：

（1）

式中，w為球形顆粒的自由沉降速度，m/s；d為固體顆粒的直徑，m；ρs為固體顆粒的密度，kg/m3

ρl為流體的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2。

為提高固液分離效率， 可采用水洗技術(shù)，即讓夾帶砂粒的油水混合物通過活性水層。由于水的表面張力較大，有利于油水界面膜的破裂，從而加速了油滴的上升，水滴則聚結(jié)沉降， 降低了原油乳狀液的粘度，更有利于砂粒的沉降。另外，在重力沉降前常對油水混合物加熱，減少液體粘度，以加速固體顆粒的沉降。

1.2離心分離

離心分離是把懸浮液置于離心力場中使得固液分離的過程[2] 。離心沉降設(shè)備有旋流分離器和離心機。這里采用旋流分離器，又稱水力旋流器， 由圓筒部分和錐筒部分組成。被處理的液體從進料口高速進入旋流器， 固體和液體所受的離心力不同， 密度大的固體顆粒被甩向內(nèi)壁，沿著旋流器內(nèi)壁螺旋式向下運動， 最后由底流排出；密度小的液體攜帶少量的細小固相顆粒則運動到旋流器中心，由溢流排出，從而達到固液分離的目的。由于在離心力場中可以獲得很大的慣性力， 因此可以實現(xiàn)諸如細微顆粒的懸浮液和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)乳狀液的分離[3-5]。

2結(jié)構(gòu)簡介

本產(chǎn)品技術(shù)方案是：箱體、螺旋輸送器、垂直螺旋槳、渦輪增壓器、溢流管、旋流分離器、渦輪轉(zhuǎn)盤、出油管。箱體包括重力沉砂槽、集油槽、上水槽，箱體的一側(cè)連接分離腔室，分離腔室的內(nèi)部設(shè)有螺旋輸送器，螺旋輸送器的兩側(cè)設(shè)有垂直螺旋槳，螺旋輸送器的中間設(shè)有螺旋葉片，螺旋輸送器的上部連接渦輪增壓器，分離腔室通過溢流管連接旋流分離器，旋流分離器內(nèi)部固定三組渦輪轉(zhuǎn)盤，渦輪轉(zhuǎn)盤通過旋流分離器出口連接出油管；同時箱體的底部設(shè)有連通旋流分離器的清砂管，垂直螺旋槳包括螺旋葉片和垂直葉片（圖1-3）。

3工藝流程設(shè)計

含砂原油通過箱體1內(nèi)的重力沉砂槽1.1、集油槽1.2、上水槽1.3進行初步分離，將重力大的砂石沉積，分離后的原油進入螺旋輸送器2進行進一步分離，分離液在螺旋輸送器2內(nèi)螺旋葉片3.1和輸送器內(nèi)部的垂直螺旋槳10分離，分離液在離心力的作用下分離，輕質(zhì)油通過溢流管5進入旋流分離器6內(nèi)分離，旋流分離器6內(nèi)部的渦輪轉(zhuǎn)盤7轉(zhuǎn)動，使分離液在壓力的作用下沿渦輪轉(zhuǎn)盤的切線方向運動，液體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，將砂子通過清砂管9甩出，清油通過出油管8流出，實現(xiàn)清砂步驟，提高分離效率和分離效果，保證脫砂程度。

4結(jié)論

基于離心分離的水力旋流分離技術(shù)，通過重力沉降和離心分離分級除砂方法相結(jié)合，采用多級分離除砂工藝，有效降低原油中砂石的含量，分離效果較好，除砂率達90%以上，提高了工作效率。

參考文獻：

[1] 寇杰.油田地面除砂技術(shù)[J].油氣田地面工程， 2001，20（5）：36～37.

[2] 《英漢石油大辭典》編委會.英漢石油大辭典[Z].北京：石油工業(yè)出版社， 2001.

[3] 王玉敏.旋流分離器在高寒地區(qū)的應(yīng)用與探討[J].油氣田地面工程，2005，24（10）：49.

[4] 雷蘭祥，陳新欣，蘇巖.高含砂稠稀油混合污水處理配套技術(shù)與設(shè)備[J].石油機械，2005，33（6）：62～63.

[5] 韓洪升，李霄峰等.沉砂對聚并等流分離器的油水分離效果試驗研究[J].石油礦場機械，2012，41（3）：51～54.