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水力旋流器在原油处理中的应用

摘要

水力旋流器自20世纪80年代末开始在国内出现,是一种离心分离装置，是

利用不互溶介质间的密度差而进行离心分离的。目前，含油污泥的处理一直困扰

着各大油田，研究出高效的细颗粒分离水力旋流器成为一种很有潜力的研究方

向。将固-液分离用水力旋流器在油田现场推广应用，对提高油田开采的经济效

益有很大意义。

关键词:固液分离；水力旋流器；

1.油田原油处理技术现状

在油田开发过程中，油井产出液中不但含有大量的水，而且还有一些固体杂

质，其中一部分杂质是非常细小的颗粒(中值粒径100微米左右)，难于处理,若

使其直接进入地面水处理系统中，将增大能量消耗，造成工艺管网的堵塞和腐蚀。

这些沉淀物如不定期排出，设备处理能力势必下降，处理后的水质达不到指标要

求，影响油田的正常生产，设备排出的污泥如果处理不当，又会对环境造成污染。

目前油田地面工艺中对固体颗粒的处理的方法主要是采用重力沉降加过滤的方

[1]

式。但其处理时间长，工作效率较低，成本高。这种处理工艺已逐渐不适应油

田开发的经济效益要求，因此快速有效地分离油井采出液中的固体杂质已成为亟

待解决的重大技术课题。

同采矿业中的除砂工艺相比，油田含油污水中细颗粒的分离处理有以下几方

面的特点：

（1）颗粒浓度通常很小，一般在0.01%～1%左右；

（2）颗粒直径非常小，一般只有几十微米左右；

（3）颗粒密度小，通常与水相差不多；

（4）细颗粒存在于含有油、气等成分的多相混合介质中，粘度大，混合介

质的组成复杂；

（5）混合介质中气的存在又给分离过程增加了不稳定的因素。这些客观因

素的存在都使细颗粒的分离难度加大。

地下采出的原油中一般都伴有大量的天然气和其它杂质（砂子、水、盐类、

悬浮颗粒等），这不仅会使输送困难，腐蚀输油管线，加剧设备的磨损，更主要

的是会给炼油厂及化工厂的生产带来困难。因此，必须在石油矿场上对从井底采

出的油气进行净化处理。长期以来，油田地面工程中的分离处理过程主要采用重

力分离流程。这种常规生产流程普遍存在大型设备多、占地面积大、工程造价高、

流程不密闭、系统压力利用不充分等问题。此外，目前我国老油田的平均含水率

已达到85%以上，而且随着油田的不断开发，含水还在不断上升。由此导致现有

处理系统的负荷增大，技术改造连年不断，所用设备越来越多，流程日益复杂，

规模日趋庞大，投资不断增多。

采用重力沉降的方法对固体颗粒杂质进行处理，不但时间长（通常需要几个

小时），而且工作效率较低，不能有效地降低细颗粒杂质的含量。工艺中不得不

采用压力过滤等方式加以进一步处理。由于进入过滤设备的颗粒含量高，使其反

冲洗频率加大，进一步增加了原油开采的成本。针对这一工程实际问题，国内各

油田虽开展了一些研究工作，如“加药破乳—热洗—压滤—含油泥饼焚烧”等，

为油田发展提供了一定的技术支持，但一直没有大的突破。

目前，各大油田相继进入高含水、高含砂阶段，导致现有的除砂、脱水处理

系统负荷越来越大，技术改造连年不断、所用设备逐年增加、流程越来越复杂、

规模越来越大，从而造成成本越来越高。针对这一实际情况，旋流分离必将作为

重力分离的一项替代技术成为21世纪国际油田地面工程中的主体技术和重要装

备。

进入20世纪80年代以来，油田地面分离技术进入重大技术发展时期。这类

设备主要以静态水力旋流器和动态水力旋流器为典型代表，因其体积小、处理时

间短，因而日益引起国际石油工程技术界的广泛关注。一方面各石油生产厂商竞

相在工程中采用该技术，另一方面有关科研部门也在致力于这一技术的开发研

究。十多年来的科学研究及工程实际应用结果表明，旋流分离技术作为一种高效

[2]

分离技术，由于其突出的优势，适用场合并不仅仅局限于污水除油处理方面，

如同重力分离技术一样，在原油脱气、脱水、除砂、除颗粒以及气体、原油、污

水净化和污泥脱水等方面都存在着技术经济上的可行性和工程应用的广阔前景。

2.水力旋流器的发展

回顾旋流技术的发展，其出现可以追溯到19世纪末，即1891年E.Bretney

[3]

在美国获得的世界上第一个旋流分离器专利权。20世纪50年代