摘要：为进一步探索延长油田沉降罐大罐排泥工艺，开展延长油田原油性质和沉降罐含油污泥理化性质分析，探究油泥沉降规律。研究结果表明，生产区块原油属轻质原油，平均密度0.85g/cm3，平均黏度6.59mPa·s；含油污泥含固率在30%~40%之间，含水率主要在15%~45%之间，含油率在20%~40%之间；当污泥粒径小于100μm时，难以完全沉降。当沉降时间为8 h时，污泥颗粒不能完全沉降，进入处理系统增加污水处理系统运行负荷，因此，沉降罐沉降时间应选择16 h较为合适。
关键词：含油污泥,原油物性,粘度特性,沉降规律
0引言
沉降罐是油田生产系统最广泛的设施，在油气集输系统主要作为原油沉降脱水、净化原油等功能，在水处理系统主要作为除油、混凝沉降和缓冲调节等功能。油田产出液中本身存在有大量的泥砂、悬浮物[1]。在原油脱水及污水处理过程中，受重力作用会沉降至大罐底部，形成罐底污泥。当污泥层沉降厚度较大时，被液体携带进入水处理系统，影响沉降罐沉降效果，增加水处理系统运行负担[2]。
1生产现状调研
延长油田经过十几年的快速发展，原油产量已达1 120万t，延长油田现有各类沉降罐3 000多座，对于体积为3 000 m3的大罐，沉降污泥厚度能够超过的1m。
目前油田大罐排泥主要为静压排泥方式，部分站采取负压排泥技术，受排泥工艺服务面积小和罐底污泥流动性差等两方面因素制约，排泥设备运转周期完全依靠经验决定，排泥无规律性，排泥效率较低。同时，由于罐底布设杂乱，极易造成排泥死角而不畅，影响排泥效果，加大沉降罐排泥难度[3]。
2含油污泥特性分析
2.1理化特性分析
在对含油污泥进行物性分析之前，首先对原油性质进行试验分析，对杏子川采油厂各生产区块生产原油进行现场取样，共选取7组原油样品对原油物性进行分析，分析结果如表1所示。
从表中数据可以看出，各区块原油属轻质原油，密度0.82~0.86 g/cm3、黏度5~16 mPa·s，原油平均密度0.85 g/cm3，平均黏度7 mPa·s。
在本次研究中含油污泥理化特性的分析项目有含油污泥含油率、含水率、含渣率、粒径分布、黏度特征等。
2.2含油率、含水率、固体含量分析
本次研究主要开展沉降罐大罐排泥工艺研究，主要针对联合站原油沉降罐及污水沉降罐，采集样品为联合站沉降罐含油污泥，四组含油污泥实验结果，如图1所示。
从图1可以看出，原油沉降罐含固率主要在30%~40%之间，含水率主要在15%~45%之间，含油率主要在20%~40%之间。而从油泥样品可以看出，油泥表面细腻平滑，保持一定的流动性。
2.3含油污泥粒径分布特征分析
测试分析样品由原油沉降罐含油污泥在105℃的温度下烘干获得，泥质组分粒径分布情况，如表2所示。
由上表可见，含油污泥样品中泥质组分粒径主要分布在5~300μm之间，横向对比可以发现50~100μm所占比例最大，分别为32.89%、28.69%、22.89%、27.32%，纵向对比可以发现，其中沉降罐底泥2较其它油泥样品的残渣粒径稍大，沉降罐底泥4分离出的残渣样品粒径分布更平均。
3油泥沉降规律研究
沉降罐基本为重力沉降，不同粒径和密度的悬浮物在差异化重力作用下，达到分层沉降的效果。
3.1沉降罐沉降规律研究
沉降罐基本工作原理和悬浮物沉降规律符合斯托克斯定律。
斯托克斯定律的数学关系式（1）为：
式中：v为颗粒沉降速度，cm/s；r为颗粒半径，cm；ρw为颗粒密度，g/cm3；ρo为污水密度，g/cm3；g为重力加速度；μ为污水黏度，cP。
由该公式可以看出，悬浮物沉降速度受颗粒半径、密度影响，考虑到沉降罐工作工况，悬浮物密度为基本固定，颗粒半径越大，沉降速度越快，因此为增强沉降效果常使用絮凝剂需使悬浮物颗粒聚集到一起，增大颗粒半径，相应沉降速度增大，在重力沉降过程中可获得较好沉降效果[4-5]。
3.2室内沉降模拟试验
根据联合站沉降罐实际工作情况，沉降时间选择8、16、24 h三种沉降时间，结合含油污泥理化特性分析结果，污泥粒径分布为5~300μm之间，分别取10、50、100、150、200、250、300μm 7组数据，污泥颗粒密度为1.1~2 g/cm3之间，分别取1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 g/cm3组数据，分别对污泥粒径沉降速度进行分析。
由图3可知，当污泥颗粒密度为1.2 g/cm3时，污泥沉降速度为0.4~352.8 cm/h，当沉降时间为8 h时，粒径小于200μm的污泥颗粒不能完全沉降，当沉降时间为16 h时，粒径小于150μm的污泥颗粒不能完全沉降，当沉降时间为24 h时，粒径小于150μm的污泥颗粒不能完全沉降。
由图4可知，当污泥颗粒密度为1.4 g/cm3时，污泥沉降速度为0.6~554.4 cm/h，当沉降时间为8 h时，粒径小于150μm的污泥颗粒不能完全沉降，当沉降时间为16 h时，粒径小于150μm的污泥颗粒不能完全沉降，当沉降时间为24 h时，粒径小于100μm的污泥颗粒不能完全沉降。
由图5可知，当污泥颗粒密度为1.6 g/cm3时，污泥沉降速度为0.8~756 cm/h，当沉降时间为8 h时，粒径小于150μm的污泥颗粒不能完全沉降，当沉降时间为16 h时，粒径小于100μm的污泥颗粒不能完全沉降，当沉降时间为24 h时，粒径小于100μm的污泥颗粒不能完全沉降。
由图6可知，当污泥颗粒密度为1.8 g/cm3时，污泥沉降速度为1.1~957.6 cm/h，当沉降时间为8 h时，粒径小于150μm的污泥颗粒不能完全沉降，当沉降时间为16 h时，粒径小于100μm的污泥颗粒不能完全沉降，当沉降时间为24 h时，粒径小于100μm的污泥颗粒不能完全沉降。
由图7可知，当污泥颗粒密度为2.0 g/cm3时，污泥沉降速度为1.3~1159.2 cm/h，当沉降时间为8 h时，粒径小于100μm的污泥颗粒不能完全沉降，当沉降时间为16 h时，粒径小于100μm的污泥颗粒不能完全沉降，当沉降时间为24 h时，粒径小于100μm的污泥颗粒不能完全沉降。
表3通过对比污泥颗粒密度分别为1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 g/cm3，沉降时间为8、16、24 h时的污泥颗粒沉积率，能够发现，当污泥粒径小于100μm时，难以完全沉降。当沉降时间为8 h时，能够完全沉降的污泥颗粒较少，会随着管内流体进入处理系统，从而增大原油及污水处理系统运行负荷，当沉降时间为16、24 h时，能够完全沉降的污泥粒径范围基本一致，且大部分污泥颗粒能够完成沉降，因此，沉降罐沉降时间应选择16 h较为合适。
4结论
1）生产区块原油属轻质原油，密度0.82~0.86 g/cm3、黏度5~16 mPa·s，原油平均密度0.85 g/cm3，平均黏度6.59 mPa·s。
2）原油沉降罐含固率主要在30%~40%之间，含水率主要在15%~45%之间，含油率主要在20%~40%之间。
3）在中低剪速范围（<300 s-1）内，罐底油泥的黏度随剪速的增加显著下降，呈现出明显的剪切稀释现象，此时流体具有假塑性流体的特性。随着剪速的进一步增加，粘度变化逐步趋于平缓，流型向牛顿型流体转变。4）当污泥粒径小于100μm时，难以完全沉降。当沉降时间为8h时，能够完全沉降的污泥颗粒较少，会随着管内流体进入处理系统，从而增大原油及污水处理系统运行负荷，当沉降时间为16、24 h时，能够完全沉降的污泥粒径范围基本一致，且大部分污泥颗粒能够完成沉降，因此，沉降罐沉降时间应选择16 h较为合适。
参考文献
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[2]高小键，曹旋，李峰，等.天然气处理厂沉降除油罐运行优化措施探索[J].石油化工应用，2021（8）：93-97.
[3]王潇.污水沉降罐排泥工艺试验及对比[J].油气田地面工程，2015（6）：25-27
[4]崔洁，郑晓园，金余其，等.罐底油泥黏度特性及降黏措施[J].化工学报，2015（11）：4380-4387.
[5]于秋玉，罗树华，张安德，等.污水沉降罐排泥技术研究[J].内蒙古石油化工，2008（10）：156-157.
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