油田含油泥砂污泥脫水分離臥螺離心機

油田含油泥砂污泥脫水分離臥螺離心機

摘　要 ：在油田的生產(chǎn)中，出砂問題廣泛存在且不可避免。海上采油平臺由于所處位置和自身條件限制，受泥砂量的影響 更加突出，尤其對采用出砂量較高的注汽熱采平臺，更需要找到一條可靠、經(jīng)濟的污泥砂處理方式。介紹了一種利用逆流臥式 螺旋卸料沉降離心機為核心設備的海上平臺除砂方案，為后續(xù)類似平臺開發(fā)提供借鑒。

關鍵詞 ：海洋平臺 ；除砂裝置 ；臥螺機  申經(jīng)理 136 6588 7027

在油田的生產(chǎn)中，出砂問題廣泛存在且不可避免，目前 海洋平臺鉆采工藝主要采用適度出砂的理念，產(chǎn)液及產(chǎn)水中 均帶有大量泥沙。目前常用工藝是通過旋流除砂器，對產(chǎn)液 及產(chǎn)水進行固液分離。同時，因為分離后的污泥砂中含油， 無法直接排海，因此，需要采用特殊工藝，將分離出的濕泥 沙進一步處理后，通過船運方式運回陸地，進行進一步的無 害化處理。 傳統(tǒng)海洋平臺由于產(chǎn)砂量較小，通常采用人工除砂和人 工倒運方式，但是對于熱采稠油油田開發(fā)，這種方式并不適 用。由于原油黏度較高，為保證采收率，出砂量會放大至 0.08%~0.1%。因此，需要專門設計一套進行除砂裝置對系統(tǒng) 中的污泥沙進行無害化處理。 本文結(jié)合海上平臺特點選用逆流臥式螺旋卸料沉降離心 機，簡稱臥螺機，進行除砂系統(tǒng)設計，可以對污泥砂中油水 進一步進行分離，同時大幅減輕污泥沙重量，為后續(xù)污泥裝 船運輸創(chuàng)造條件。如圖1所示。

1  系統(tǒng)方案設計

1.1  主要流程設計 各類分離器底部泥沙通過分離器罐體內(nèi)部的沖砂管線排入濕砂罐。濕砂罐內(nèi)固體顆粒含量為10%~30%。為了防止泥 砂沉積，罐內(nèi)配置攪拌器，并通入密封氣，進行罐內(nèi)的密封 保護和壓力維持。 通過位置高差及罐體內(nèi)壓力，將濕砂罐內(nèi)的含泥砂污水 推至輸送泵入口，由輸送泵將含泥砂污水打入臥螺機，通過 臥螺機進行固液分離。分離后的液體重新由開排系統(tǒng)進入生 產(chǎn)流程 ；分離后的固體通過輸送帶直接傳送至環(huán)保罐，待收 集到一定程度后，整體外運回陸地進行無害化處理。

1.2  控制要求設計 整個系統(tǒng)利用濕砂罐液位高度進行控制，當集砂罐液位 高于設定值時，啟動濕砂罐攪拌器、輸送泵和臥螺機，進行 固液分離作業(yè)。 臥螺機設置主、輔兩臺機組，避免單臺機組工作能力不 足的情況。 臥螺機出現(xiàn)故障報警時，能夠自動進行主、輔機切換， 并調(diào)整輸送泵流量。

1.3  主要參數(shù) 主要參數(shù)見表1。

2  臥式螺旋卸料沉降離心機的特性

 2.1  主要工作原理 主機由柱 - 錐轉(zhuǎn)鼓、螺旋卸料器、差速器、軸承座、設備座、 罩殼、主副電機及電器系統(tǒng)構成。其工作原理是 ：通過回轉(zhuǎn) 體 - 轉(zhuǎn)鼓和卸料螺旋的高速旋轉(zhuǎn)使其內(nèi)的污水隨之高速旋轉(zhuǎn)形 成液環(huán)并產(chǎn)生較高的離心力，加速固液的沉降分離。其中較重的污泥顆粒沉降在液環(huán)層的外圈，即沿轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁形成泥 環(huán)層，通過卸料螺旋與轉(zhuǎn)鼓的差速由卸料螺旋將泥推出轉(zhuǎn)鼓。 清液環(huán)通過堰池口溢流出轉(zhuǎn)鼓。如圖2，圖3所示。

2.2  選型計算 離心機選型的主要依據(jù)有以下兩方面。 水力負荷 ：指單位時間內(nèi)離心機處理的進料量。 固體負荷 ：指單位時間內(nèi)離心機處理的絕干物料量。 當進料濃度較高時（超過1.5%），主要考慮的因素為固體 負荷 ；當進料濃度較低時（小于1.5%），主要考慮的因素為水 力負荷。 另外對于離心機本身來講其處理能力也主要與三個因素 有關：直徑、長徑比、轉(zhuǎn)速。其中前兩個因素決定了機器的大小， 也決定了離心機的分離面積和容積。而對于同樣的直徑不同 的轉(zhuǎn)速也決定了分離因數(shù)的大小。

 離心機的生產(chǎn)能力 ： Q=VO ξ ∑ （1） 其中 ： ∑ 為當量沉降面積，又稱為離心機的生產(chǎn)能力指數(shù)（m2 ）； ξ 為修正系數(shù) ；VO 為每單位 ∑ 的處理能力系數(shù) ；柱錐形轉(zhuǎn)鼓 的 ∑ 值可由柱形轉(zhuǎn)鼓和錐形轉(zhuǎn)鼓的 ∑ 值相加而得 ： ∑=Fr π D L[（1/2-2λ /3+λ2 /4）+L1/L（1/2-λ/3+λ2 /12）] （2） 式中 ： Fr 為分離因數(shù) Fr=ω2 ×r2 /g=2 442 ；D 為轉(zhuǎn)鼓直徑 λ=h/r2 ； L1為離心機柱段長度 ；L 為懸浮液有效長度。 按 Σ 理論計算的生產(chǎn)能力比實際的大，因此在使用該公 式時須加以修正 ξ ：Q=VOξ∑ （3） ①軸向速度分布的修正 ξ1=0.75 ； ②終端效應（進出口的影響）ξ2=0.5 ； ③螺旋葉片占據(jù)液池容積約6%，引入修正系數(shù) ξ3=0.94 ； ④螺旋攪動所產(chǎn)生的影響，ξ4=0.6。 因而總的修正系數(shù)為 ： ξ=ξ1×ξ2×ξ3×ξ4=0.75×0.5×0.94×0.6=0.211 53  主要性能特點 控制系統(tǒng)選用雙電機雙變頻驅(qū)動技術，節(jié)能，動態(tài)響應快， 啟動平緩，運轉(zhuǎn)過程中無級可調(diào)，如圖4所示。

3.1  分離效果良好，能夠連續(xù)作業(yè) 臥螺機在離心力的作用下，使固液兩相連續(xù)分離，采用 高轉(zhuǎn)速、小差速系統(tǒng) ；大長徑比增加了沉淀區(qū)，提高了分離 效果；高轉(zhuǎn)速具有很大離心力場，小差速減少螺旋對污泥攪動， 增加脫水停留時間，從而提高污泥脫水與澄清的分離效果。

3.2  控制穩(wěn)定，出料質(zhì)量高 差速反映了離心機螺旋推料速度快慢，大差速渣相在轉(zhuǎn) 鼓內(nèi)停留時間短，脫水不充分，渣相含水率高，但能提高處 理量 ；差速小，渣相含水率低，處理量小 ；采用恒差速控制 能使螺旋推料速率始終保持穩(wěn)定。

3.3  設備運行穩(wěn)定，維護性好 螺旋推料扭矩反映了離心機的負載情況，扭矩過大容易 引起離心機的堵機，嚴重時損壞差速器，扭矩過小容易造成 分離效果不理想 ；采用恒扭矩控制能夠使螺旋推料力矩始終 保持穩(wěn)定，使轉(zhuǎn)鼓內(nèi)沉泥不易產(chǎn)生物料堆積現(xiàn)象，避免了堵 料的發(fā)生。

4  實際運用 熱采平臺的除砂系統(tǒng)是平臺正常生產(chǎn)運行的關鍵系統(tǒng)， 本方案兼顧實際運行需求、空間需求和成本控制，為海上熱 采平臺的除泥砂方案提供可推廣的借鑒范例，同時也是海上 污泥處理的新思路。

5  結(jié)束語 1）本方案能夠進一步對含水污泥砂進行脫水處理，降低 其含水率，一方面降低外運污泥的重量、體積，從而降低運 行成本，另一方面可以有效避免外運過程中的泄漏風險，降 低環(huán)保壓力。

 2）分離后的液體進入平臺處理流程，進一步提高平臺產(chǎn) 出率。

 3）油田含油泥砂污泥脫水分離臥螺離心機，申經(jīng)理 136 6588 7027 該方案已經(jīng)在渤海某熱采平臺設計方案上得到使用。