CN105170537B - 一种油田三相分离器清垢方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油田三相分离器清垢方法及其设备，所述方法包括：(1)对油田三相分离器的垢物取样，并对取得的垢样进行成分分析；(2)对三相分离器内的垢物总量进行预测；(3)根据步骤(1)对垢样成分分析的结果，筛选清垢所用的清垢剂；(4)使用步骤(3)筛选出的清垢剂对三相分离器进行清垢作业。本发明方法能安全、方便、高效、快速、彻底的清理三相分离器内垢物，保证油田生产运行的正常、安全。

Description

一种油田三相分离器清垢方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种油田三相分离器清垢工艺方法，属于油气田地面工程技术领域，具体的说，是涉及一种油田三相分离器清垢方法及其设备。

背景技术

目前国内部分老油田联合站内三相分离器由于结垢造成实际运行效果不能满足生产要求。另外水管路上的阀门和流量计等相关设备也因结垢严重而增加故障几率，影响三相分离器的平稳安全运行。三相分离器内部结垢严重，大大减小油水分离空间，严重影响原油脱水效果，造成污水水质超标，长期结垢会对内部管路进行憋压，产生一系列安全隐患。目前，对于这类问题采取添加阻垢剂进行垢物预防，但是，由于油田产出液成分和性质比较复杂且液量较大，使得筛选出的阻垢剂效果甚微，无法彻底解决三相分离器结垢问题。由于三相分离器内部结构复杂，采用人工或机械清垢等方法使得内部垢物清理不彻底。因此，有必要研发一种安全、方便、高效的快速清垢的化学工艺方法，彻底清理三相分离器内垢物，保证油田生产运行的正常、安全。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种油田三相分离器清垢方法；

本发明的另一目的在于提供一种用于本发明所述的油田三相分离器清垢方法的设备。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种油田三相分离器清垢方法，所述方法包括：

(1)对油田三相分离器的垢物取样，并对取得的垢样进行成分分析；

(2)对三相分离器内的垢物总量进行预测；

(3)根据步骤(1)对垢样成分分析的结果，筛选清垢所用的清垢剂；

(4)使用步骤(3)筛选出的清垢剂对三相分离器进行清垢作业。

根据本发明所述的方法，其中步骤(1)对油田三相分离器的垢物取样可以根据现场情况进行，在本发明的一些优选实施方案中，是在三相分离器的出液口处取样。

根据本发明所述的方法，步骤(2)是通过三相分离器内壁与油水接触面积，以及结垢厚度进行计算来对垢物总量进行预测。

其中可以理解的是，步骤(2)是根据三相分离器内部全部部件与油水接触面积来对垢物总量进行预测，譬如是根据三相分离器罐体内壁、油室堰板与油水接触面积来进行预测；甚至还可以包括管路中与油水接触面积。

根据本发明所述的方法，步骤(3)的筛选的依据是垢样成分、清垢剂的溶垢速度、溶垢时间、以及清垢剂对三相分离器材料的腐蚀性。

其中可以理解的是，依据垢样成分对清垢剂的筛选可以根据本领域技术人员的常识来进行判断，譬如碳酸钙垢选用以盐酸为主的清垢剂，硅酸盐垢选用氢氟酸为主清垢剂。铁锈等垢物也用酸洗，还有就是一些复合型的垢物，需要用多种酸液的复配进行清垢，如含硅酸盐垢物和钙垢用土酸清除；还有有机垢物如，胶质沥青蜡等，用有机溶剂进行清除，如沥青质分散剂、苯等化学药品。

根据本发明所述的方法，步骤(3)是根据三相分离器内预测的垢物总量与三相分离器内油水体积的比例，取部分垢样加入现场水中，并按照一定浓度加入清垢剂以测试清垢剂的溶垢速度和溶垢时间；所述一定浓度为步骤(4)进行清垢作业时加入清垢剂后清垢剂在油水中的初始浓度。

根据本发明所述的方法，其中步骤(3)是将垢样加入现场水中，并加入清垢剂后，在45℃下放置2h，取出烘干后称重，根据垢物重量的减少来测试清垢剂的溶垢速度和溶垢时间。

根据本发明所述的方法，其中步骤(4)将清垢剂加入三相分离器中进行清垢作业时，每次加入清垢剂后，清垢剂在油水中的初始浓度为1000～1500ppm。

根据本发明所述的方法，其中步骤(3)在筛选出清垢用的清垢剂后，还对清垢剂与水处理中的其他添加剂的配伍情况进行测试。

根据本发明所述的方法，其中所述其他添加剂包括絮凝剂和/或破乳剂。

跟本发明所述的方法，步骤(4)的清垢作业包括通过监测三相分离器进出口水中Ca²⁺和Mg²⁺的含量来判断清垢是否结束的过程。

其中优选当出水口与进水口Ca²⁺和Mg²⁺的含量差值都≤进水口Ca²⁺和Mg²⁺的5％时，判断为清垢结束。

也就是说，当进水口Ca²⁺和出水口Ca²⁺含量差值≤进水口Ca²⁺的5％，且，进水口Mg²⁺和出水口Mg²⁺含量差值≤进水口Mg²⁺的5％时，可判断为清垢结束。

通常来说，三相分离器进水口水质：钙离子含量：158mg/L，镁离子含量：36.1mg/L。

根据本发明所述的方法，所述方法还包括，在步骤(3)筛选出清垢用的清垢剂后，以及在步骤(4)进行清垢作业前，对清垢作业过程中的风险进行评估，并采取相应处理方法的过程。

根据本发明所述的方法，所述的风险包括：漏点风险、产生硫化氢风险、产生二氧化碳风险和清垢过程超时风险中的一种或多种。

漏点风险：

管路或管壁有铁细菌和硫酸还原菌存在，在管路和分离器内壁的某一点上形成氧化层，在正常运行情况下短时间内不会出现漏点。当进行酸洗除垢时，洗液可与氧化层反应，形成漏点。

硫化氢风险：

垢物中含有铁离子，铁离子与硫结合易形成硫化亚铁，当进入酸后，硫化亚铁与酸反应生成硫化氢气体。设垢物中含有的铁离子全部为硫化亚铁；

FeS+2HCL＝FeCL₂+H₂S↑

处理方法是将反应出的硫化氢气体由管路接入废气处理池中吸收。

H₂S+2NaOH＝Na₂S+H₂O

二氧化碳风险：

清垢反应为酸和碳酸钙、碳酸镁的反应，反应式为：

CaCO₃+2H⁺＝Ca²⁺+H₂O+CO₂↑

MgCO₃+2H⁺＝Mg²⁺+H₂O+CO₂↑

当二氧化碳浓度超过空气中所占比例的10％，人会有窒息死亡的危险。

故将所生成的二氧化碳气体由管路接入废液处理池。

超时风险

当三相分离器内垢物大于预测值时，反应时间增加。

化学反应风险

在清垢过程中存在以下反应：

CaCO₃+2H⁺＝Ca²⁺+H₂O+CO₂↑

MgCO₃+2H⁺＝Mg²⁺+H₂O+CO₂↑

FeS+2HCL＝FeCL₂+H₂S↑

Fe+2HCL＝FeCL₂+H₂↑

反应为置换反应，放热但不剧烈。会使体系增加0.5～1℃

根据本发明所述的方法，其中所述方法可以更具体为包括：

步骤A，针对垢物进行组分分析，分析出垢样的成分及所占的比例。

步骤B，对三相分离器内垢物量进行预测，计算出三相分离器内所结垢物的总量。

步骤C，针对垢物，筛选出适合溶掉此垢物的药剂，并对溶垢速度、溶垢时间进行测试，同时测试药剂对三相分离器材料的腐蚀性。为不影响联合站脱水，对药剂的配伍性进行测试。

步骤D，设计施工方案并对施工过程中隐藏的风险进行必要的评估。

步骤E，对三相分离器进行清垢施工作业。

另一方面，本发明还提供了一种用于本发明任意一项所述的油田三相分离器清垢方法的设备，所述设备包括：加药箱1，加药箱侧壁的顶部设置进液口2，进液口2通过管路与倒药泵3连接，加药箱侧壁的底部设置出液口4，所述出液口4通过管路经由加药泵5与三相分离器9的加药进口6连接；优选所述倒药泵3与进液口2连接的管路上还设置压力表7。

根据本发明所述的设备，在加药泵5与三相分离器的加药进口6连接的管路上设置安全阀8。

综上所述，本发明提供了一种油田三相分离器清垢方法及其设备。本发明的油田三相分离器清垢方法具有如下优点：

本发明方法能安全、方便、高效、快速、彻底的清理三相分离器内垢物，保证油田生产运行的正常、安全。

附图说明

图1为本发明方法的大致流程图；

图2为本发明的三相分离器设备示意图；

图3为本发明实施例所述三相分离器漏点示意图；其中10表示硫酸还原菌、11表示铁细菌。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。

实施例1

辽河油田X采油厂联合站的三相分离器2009年安装运行，2013年年初出现结垢现象，2013年6月12日发现分离器水出口电磁阀无法关闭。拆开电磁阀发现管路接口处结垢，厚度为2cm。为避免情况继续恶化，影响正常生产。因此，进行加药清垢作业。具体步骤如图1所示，包括：

步骤A，针对垢物进行组分分析，分析出垢样的成分及所占的比例。

步骤B，对三相分离器内垢物量进行预测，计算出三相分离器内所结垢物的总量。

步骤C，针对垢物，筛选出适合溶掉此垢物的药剂，并对溶垢速度、溶垢时间进行测试，同时测试药剂对三相分离器材料的腐蚀性。为不影响联合站脱水，对药剂的配伍性进行测试。

步骤D，设计施工方案并对施工过程中隐藏的风险进行必要的评估。

步骤E，对三相分离器进行清垢施工作业。

按照步骤A，进行垢样分析，对分离器水出口管路垢样进行分析检测，分析结果如下：

表1、垢样分析数据表

钙垢	镁垢	总铁	酸不溶物(泥砂)	油	水
						52.39％	5.54％	0.73％	24.75％	4.21％	12.38

结垢主要由钙垢、镁垢组成，并夹带部分铁锈和泥沙。按照分析结果计算垢样中固体成份百分比见表：

表2、垢样固体成份比例表

钙垢	镁垢	铁	酸不溶物(泥沙)
				62.81％	6.64％	0.88％	29.67％

由表2可知，其钙垢占60％以上，所以优选清垢剂主要针对于钙垢。本实施例采用的清垢剂为盐酸。

步骤B，根据三相分离器水出口结垢量估算。三相分离器为卧式分离器，长度为14.4m，半径为1.8m，正常生产油水界面高度为1.85m，其内部主要由油室堰板、整流填料、管路等组成。

按结垢厚度2cm估算，分离器罐体内壁1.85m以下与油水接触，结垢量为1.9m³，整流填料分离器结垢量为2.2m³，油室堰板结垢量为1.1m³，管路结垢量为0.1m³，合计5.3m³。实验室内测得垢样密度为1.96g/cm³，5.3m³垢质量为10.39t。

步骤C，按照现场结垢量与容积比1：16，实验室内将1.0786g垢物放入16ml加有1000ppm清垢剂的现场水中，在45℃水浴中放置2小时后，将垢物取出放入110℃烘箱，烘干称重，重量为1.0753g。垢物减少量＝1.0786-1.0753＝0.0033g，清垢剂与减少垢量比为4.848。10.39t垢物所用清垢剂50.37t，如每天按1t加药，50天可溶完垢物。

常温常压下用腐蚀速率测定仪测定清垢剂腐蚀速率为：0.0005mm/a(现场污水腐蚀速率为0.00129mm/a)。

1、两支试管内加入50ml现场水，分别放入100ppm絮凝剂，在右侧试管加入1000ppm清垢剂，震荡后观察水样变化；2、两支试管内加入50ml现场油水混合物，分别加入100ppm破乳剂，在右侧试管加入1000ppm清垢剂，震荡后观察水样变化。

步骤D，施工准备，设备如图2所示，包括：加药箱1，加药箱侧壁的顶部设置进液口2，进液口2通过管路与倒药泵3连接，加药箱侧壁的底部设置出液口4，其中图中的9为三相分离器的简要示意图，所述出液口4通过管路经由加药泵5与三相分离器9的加药进口6连接；所述倒药泵3与进液口2连接的管路上还设置压力表7。在加药泵3与三相分离器的加药进口6连接的管路上设置安全阀8：

1、清垢剂：50吨；

2、耐酸加药泵：1台或多台，总排量为2吨/天；

3、倒药泵1台，排量2m³/h；

4、加药箱1个，长1.5米宽1.5米高1米，并配有放空阀；

5、将泵于加药箱连接，并配有安全阀；

6、将加药箱与加药点用管路连接；

7、在合适位置安装压力表与放空阀；

8、配套电源；

9、加药箱及管路作保温处理并配有伴热。

施工步骤

加药量：加药量为进三相分离器总水量的1/1000。

加药方式：连续定量点滴加药。

宏观：每星期打开出水口电磁阀处管路，观察清垢情况；

微观：每天监测三相分离器进出口水中Ca²⁺、Mg²⁺含量变化值，通过计算确定清垢量。

清垢结束判断依据：

宏观：打开出水口电磁阀处管路；

微观：检测三相分离器进水口水质：钙离子含量：158mg/L，镁离子含量：36.1mg/L，监测三相分离器出口水中Ca²⁺、Mg²⁺含量，当进水口Ca²⁺和出水口Ca²⁺含量差值≤进水口Ca²⁺的5％，并且，进水口Mg²⁺和出水口Mg²⁺含量差值≤进水口Mg²⁺的5％时，清垢结束。

风险评估：

漏点风险

如图3所示，管路或管壁有铁细菌和硫酸还原菌存在，在管路和分离器内壁的某一点上形成氧化层，在正常运行情况下短时间内不会出现漏点。当进行酸洗除垢时，洗液可与氧化层反应，形成漏点。

硫化氢风险

垢物中含有铁离子，铁离子与硫结合易形成硫化亚铁，当进入酸后，硫化亚铁与酸反应生成硫化氢气体。设垢物中含有的铁离子全部为硫化亚铁，硫化亚铁的量为8.82×0.88％＝0.0776t，可生成硫化氢30kg；

FeS+2HCL＝FeCL₂+H₂S↑

处理方法是将反应出的硫化氢气体由管路接入废气处理池中吸收。中和30kg硫化氢需要氢氧化钠量为70.56kg，反应方程式为：

H₂S+2NaOH＝Na₂S+H₂O

二氧化碳风险

清垢反应为酸和碳酸钙、碳酸镁的反应，反应式为：

CaCO₃+2H⁺＝Ca²⁺+H₂O+CO₂↑

MgCO₃+2H⁺＝Mg²⁺+H₂O+CO₂↑

根据反应式，1mol的CaCO₃就要生成1mol CO₂,8.82t垢含有CaCO₃4.6吨，可以生成的摩尔数为：

(8.82×10⁶×52.39％)/100＝46207mol

根据反应式，1mol的MgCO₃就要生成1mol CO₂,8.82t垢含有MgCO₃0.49吨，可以生成的摩尔数为：

(8.82×10⁶×5.54％)/84＝5817mol

转换成体积为：

(46207+5817)×22.4×10^-3＝1165.3m³

当二氧化碳浓度超过空气中所占比例的10％，人会有窒息死亡的危险，故将所生成1165.3m³二氧化碳气体由管路接入废液处理池。

超时风险

1按管路中气体流速0.5m/s，管路尺寸φ108计算，每小时排气量16.5方，要想将1165.3m³排净，需70小时。

2垢过量风险，当三相分离器内垢物大于8.82t，反应时间增加。

化学反应风险

在清垢过程中存在以下反应：

CaCO₃+2H⁺＝Ca²⁺+H₂O+CO₂↑

MgCO₃+2H⁺＝Mg²⁺+H₂O+CO₂↑

FeS+2HCL＝FeCL₂+H₂S↑

Fe+2HCL＝FeCL₂+H₂↑

反应为置换反应，放热但不剧烈。会使体系增加0.5～1℃。

Claims (3)

1.一种油田三相分离器清垢方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)对油田三相分离器的垢物取样，并对取得的垢样进行成分分析；

(2)通过三相分离器内壁与油水接触面积，以及结垢厚度进行计算来对三相分离器内的垢物总量进行预测；

(3)根据步骤(1)对垢样成分分析的结果，筛选清垢所用的清垢剂，筛选的依据是垢样成分、清垢剂的溶垢速度、溶垢时间、以及清垢剂对三相分离器材料的腐蚀性，其中根据三相分离器内预测的垢物总量与三相分离器内油水体积的比例，取部分垢样加入现场水中，并按照一定浓度加入清垢剂以测试清垢剂的溶垢速度和溶垢时间；所述一定浓度为步骤(4)进行清垢作业时加入清垢剂后清垢剂在油水中的初始浓度；

(4)使用步骤(3)筛选出的清垢剂对三相分离器进行清垢作业；将清垢剂加入三相分离器中进行清垢作业时，每次加入清垢剂后，清垢剂在油水中的初始浓度为1000～1500ppm，通过监测三相分离器进出口水中Ca²⁺和Mg²⁺的含量来判断清垢是否结束的过程，当出水口与进水口Ca²⁺和Mg²⁺的含量差值都≤进水口Ca²⁺和Mg²⁺的5％时，判断为清垢结束；

在步骤(3)筛选出清垢用的清垢剂后，以及在步骤(4)进行清垢作业前，对清垢作业过程中的风险进行评估，并采取相应处理方法的过程；所述的风险包括：漏点风险、产生硫化氢风险、产生二氧化碳风险和清垢过程超时风险中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)在筛选出清垢用的清垢剂后，还对清垢剂与水处理中的其他添加剂的配伍情况进行测试。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述其他添加剂包括絮凝剂和/或破乳剂。