油泥砂處理裝置工藝運行優化研究

王成海 李慶 汪永山 聶世軍 王春輝

摘 要：油泥砂物理化學洗滌法處理成本較低，工藝安全性高，被廣泛應用于各大油田，但由于砂料物理及化學性質較為復雜，對化學藥劑的要求較高，加上工藝大部分為撬裝產品，所以，在工藝設備的選型方面，存在著一定局限性，本文從生產工藝實際運行情況進行分析，針對所出現的問題進行研究，實施并提出有效的解決方法，進一步優化了生產裝置的運行，對保證生產指標及生產效率起到了一定作用。

關鍵詞：油泥砂;物理化學洗滌法;處理裝置;生產效率;處理效果

1 油泥砂的出處

在油田開發生產過程中會產生大量的含油污泥，它主要來源于三個部分：一是油氣生產過程中地層中的泥砂隨采出液進入地面處理系統，在原油聯合站的油罐、沉降罐、污水罐、隔油池中沉積的底泥;二是鉆井作業、管線穿孔而產生的落地原油帶來的含油污泥;三是油氣開發生產過程中使用的各種聚合物、絮凝劑、破乳劑等藥劑反應生成的沉淀物等。

2 現有油泥砂處理技術

目前國內已經有的油泥砂處理技術包括：溶劑萃取法、熱化學處理技術、污泥回注技術、物理化學洗滌法技術、離心法處理技術、焦化法處理和熱解吸處理法。根據本油田的實際情況及對處理后的泥砂指標要求，優選了物理化學洗滌法，且此工藝自2010年運行至今已近10年，本油田泥砂凈化處理廠主要接收處理大港油田北部油區油田生產過程中所產生的含油泥砂、沉降罐罐底泥砂及少量落地油，原料含油10-30%。通過該工藝的無害化處理，解決了油泥砂給油田生產帶來的沉重負擔，還解決了對周邊水源、空氣的污染和人類健康問題，產生了巨大的社會效益。

3 油泥砂處理工藝簡述

原理：含油泥砂與熱水、藥劑混合后，通過分揀機將較大雜物分揀出去，再經過均質機均質后進入空化分離器，通過超聲波作用使水溶液及其中的化學藥劑與固體中的油充分接觸，利用水利沖洗作用和化學藥劑的破乳作用，使油、水、固三相分離，并將溶液中的浮油撇出，然后回收利用。含泥砂溶液進入旋流器將固體沙粒分離，含泥容液進入離心機，利用離心原理進行固液分離，分離出來的固體砂含油指標和泥中含油指標均小于2%。

處理后固體物料進入晾曬罩棚，經風干后運往晾曬場，最終將合格的砂土用于道路基礎鋪墊及井場用土。處理過程中產生的各類含油雜物經分揀后送至具有危廢焚燒資質的單位進行焚燒處理。

4 存在問題

油泥砂凈化處理工藝在近10年運行過程中雖然進行了兩次升級改造，部分工藝運行仍然存在一定問題，運行過程中存在處理指標波動、運行效率低等問題，需進一步優化改進。

①油泥砂物料物理及化學性質較為復雜，藥劑成分、品種較難篩選;大部分進料都是以老化油、罐底油、落地油為主，含油率較高、含聚合物較多，粘度和附著性較強，部分的落地油中含有大量的石塊、毛氈及絮狀物，為油泥砂的進料以及裝置的處理增加了難度;

②自動化控制程度較低。理論設計值與實際運行情況相差較大，空化分離器液位計、二級緩沖液位計、高位緩沖罐液位計由于多次砂堵無法運行，都處于無液位情況下運行，各個液位計與泵的連鎖控制都處于停用狀態，各個罐的液位完全靠經驗判斷，空化分離器與高位緩沖罐的除油功能沒有得到很好的發揮;

③員工操作勞動強度大，工作環境條件差。均質機的出料口濾網經常堵塞，需要一名員工不間斷沖洗才能維持正常生產，各個罐的液位控制靠手動控制泵的出口控制流量;現場設備設施噪音及油泥蒸汽異味較大;

④各設備設施腐蝕磨損嚴重。由于油泥砂物料酸堿成分復雜，加快了設備設施的腐蝕，含砂液體更進一步加快了設備的磨損，各輸料泵過流部件故障率高，大部分機械密封和泵殼經常損壞，泵的維修周期太短;

⑤在1#、2#空化分離器及8方細泥罐上分別安裝了17kHz、6kW的超聲波清洗機。至今已經使用4年了，超聲波振板外殼已經變形，生產廠家規定，超聲波振板使用年限應在2-3年。根據現場對比使用和停用超聲波清洗機，結果發現：處理后泥砂含油無明顯變化。泥砂混合液的流通量為25m3/h，空化分離器容積5m3，物料在空化分離器內停留時間不足20min，通常超聲波清洗最佳作用時間30-40min;

⑥通過查閱資料，影響旋流器處理效果的因素有主要結構參數和操作參數。其中在操作過程中，旋流器內部的磨損，逐漸會對旋流器的處理效果產生主要影響。物料中含有大顆粒物質和膠質物，處理系統中均質機配備的絮狀物收集裝置一直未發生作用，造成旋流器堵塞，處理效果差，將部分砂粒帶入離心機，造成離心機磨損嚴重;

⑦處理裝置離心機進液加藥點的位置，在離心供液泵的進口，藥劑剛加入泵內就進入離心機，藥劑作用時間短，藥劑沒有充分和含油泥砂反應，造成離心機出泥口固相含油率波動大。目前離心機內絞龍與轉鼓間隙有10mm，而多數廠家生產的離心機螺旋與轉鼓間隙僅為1-2mm，因此出水口攜帶大量細泥。

5 措施及優化研究

①因為來料的區域不同，成分種類和比例局部不同，因此需要多種藥劑組合才能較好的處理，還需要不斷的模式和調整。采取低溫藥劑與高溫藥劑比對試驗分析效果，篩選出最佳使用藥劑。針對物料大小不一，研制雜物拾取器，放置在上料斗底部，一旦有較大石塊進入料斗就會被過濾到拾取器中，便于操作人員方便清除;

②恢復裝置的自動化設施，優選適合油泥砂處理的液位計。通過液位連鎖控制液位，保證各個容器的液位正常，達到設計標準除油功能;選用適合的流量計，嚴格控制裝置的摻水量，操作上嚴格控制進料量，保證離心機的最佳運行負荷，達到最佳的分離效果;

③優化均質機出口濾網，改善運行效率，將濾網由直板形改裝成圓弧形，并將其位置向前移動30公分至均質箱的根部;經改進后的濾網由于位置前移，消除了砂料堆積死角，解決了砂料大量堆積的問題，減少了含油雜物的產出量。在濾網后端加裝可調式自動沖洗裝置，通過多噴頭平面布置，將手動沖洗濾網改成自動沖洗，降低了勞動強度;

④從輸送介質物性、設備條件、設備實際運行狀況三方面開展現場調研分析。將輸送泵發生的主要故障分為5類：機封損壞、葉輪故障、泵殼損壞、堵塞類以及其他故障。并根據主要故障分析問題原因，磨蝕（固體顆粒物不斷沖刷）、堵塞（砂堵及進雜物）、憋壓（由下游流程堵塞所造成，會導致加速設備磨蝕），針對問題根源，分別對5類主要故障進行研究。針對機封損壞故障，采取以機封摩擦副材料為主的對比試驗，根據設備實際運轉工況：輕載（v<10m/s，P<1MPa）、溫度（45-85℃）、磨粒磨損和腐蝕性，選用硬質合金對碳化硅、硬質合金對硬質合金、碳化鎢對碳化鎢、碳化鎢對石墨4種進行比對。最終選取硬質合金對硬質合金，使用壽命延長了5倍以上。通過泵殼材質選型試驗，在試驗球墨鑄鐵材質完成后，借鑒耐磨管道泥漿泵的材質優點，采取將泵體部分整體更為白鋼材質的方案，使用壽命提高4倍以上。

6 結束語

采用油泥砂物理化學洗滌法處理工藝，基本能夠實現油泥砂的無害化處理，但是由于泥砂物料錯綜復雜，藥劑的篩選難度逐漸增大。物料含沙量及腐蝕性等原因加大了設備的磨損和腐蝕，降低了裝置是使用周期，需要我們進一步從防腐、自動化程度、處理效率方面改進和優化。