在石油開采的鉆井過程中會形成油泥水。含油污泥是油田企業生產過程中主要污染源之一，含油污泥的處理與應用是國外石油生產領域環境保護的重要內容。鉆井油泥水呈現黑色粘稠液體狀，暴露空氣中會產生特殊氣味，低溫下易凝結。如果這類成分復雜的油泥不經過處理直接外排，不僅嚴重污染了環境，還浪費了可作為能源使用的石油；而且油泥水的外運及后續處理的成本也十分高昂。目前，國內外采用三相離心機對煤焦油產品進行分離處理，降低煤焦油中的固渣、廢水，提升焦油質量有著一定的應用。本文通過現場應用考察了三相分離離心機系統在鉆井油泥水處理中的應用效果，以達到降低油田開采成本，有效利用資源的目的。

1 三相離心機分離原理

離心機基本工作原理：離心機依靠自身選擇總承（螺旋、轉鼓組合）高速旋轉，在總承內部形成高于重力加速度幾千倍的加速度，使需要被分離的物質因密度的不同而產生分層；再通過設備差速齒輪箱使旋轉總承中的轉鼓、螺旋產生相對運動，使分離后的物質輸出。

油泥顆粒與水相之間存在密度差是含油污泥離心分離的前提，要提高和保證離心分離效果，應從增大污泥顆粒粒徑和密度，減少黏度，提高離心速度著手。三相離心機是離心機中的一個分支，基本工作原理與離心機一致，只是在結構方面有所差異，使其具備了同時分離出油、液體、固體的能力，可實現一次性解決3種物料的分離。

三相離心機設備由進料組件、底架部件、轉鼓部件、螺旋部件、差速齒輪箱、驅動部件、罩殼部件7大機構組成。需要被分離的物料由輸送系統送入進料組件，在進料組件內與藥劑混合后流入轉鼓內腔，在高速旋轉中形成分層，在轉鼓與螺旋的相對運動下，使沉積在轉鼓壁上的固體被螺旋推向設備的固相出口方向，在擠壓作用下進一步干燥，隨后排出；而液體與油則流向設備另一端的液、油出口方向，在不同的出口處溢出，實現了固、液、油的三相分離。由于連續工作，油、液在轉鼓內壁形成分層，當油的液面高于出油口高度時，油便會流入出油管并被甩出旋轉總承，液體則從轉鼓軸向出口溢出。

三相離心機設計中，應根據處理量的大小，分離因數的要求確定設備容量及旋轉速度；根據被處理物料的成分比例確定出油口、出液口以及出渣口的高度；另外，還需要考慮物料性質確定合適的絮凝劑投加比例。綜合、全面地考慮相關因素，才能達到預期的分離效果。

2 三相分離離心機系統

由于油泥的粘度高，流動性差，為防止在處理過程中出現設備堵塞，需要在油泥進入系統泵送、分離、攪拌等多個環節前增加其流動性，因此整套三相分離離心機系統除去初篩池、柵格池、輸送機、輸送泵組、攪拌池、藥劑池、破乳池、三相離心機等基本處理工作單元外，還需要增加加熱輔助系統來提高混合物的流動性。

油田開采過程中的廢棄混合物在進入三相分離系統中前需要進行人工初篩，目的是去除混合物內的纏繞物體，防止堵塞、損壞設備；初選完成后，混合物被送入粗篩池（柵格池）內由篩池上方的柵格分離塊狀物體（如石塊等），防止損壞輸送設備。經過篩池篩查后的混合物由重力作用落入輸送機中，由輸送機螺旋推料將油泥水送入切割泵管道，經過離心泵組，混合物進入攪拌池。混合物在攪拌池內與破乳劑、絮凝劑以及水進行混合后，通過二級泵送進入三相離心機內，在離心力作用下實現油、液、固的三相分離。分離后的固體物質由固相出口排出，進行集中收集后，由車輛外運進行深度處理或者填埋。分離后的液體（水）回流至儲水罐，用于在攪拌池內與混合物進行再次混合以及設備停機前的系統清洗。分離后的油則作為產品進行回收。

3 現場應用

3.1 參數確定

將需分離物料樣品，在實驗室對物料的性質進行測定，并進行離心小試分離測試。取樣品10mL放入測試管，在未經破乳及加熱的前提下，臺式分離設備從轉速3000r/min提升到轉速5000r/min，分離因數達到2000的情況下，物料未出現分層分離現象，說明物料黏度過高，在正常狀態下無法實現油、液、固的分離。加熱物料至60～70℃，按0.1%～0.5%的質量比投加破乳劑打散水包，及按0.2%的質量比投加PAM進行絮凝，此時分離因數到1300即實現了分離。根據測定數據，及用戶現場處理量為80m3/d的需求，確定三相離心機系統主要工作參數如下：進料量為80～120m3/d，設計功率為37kW，轉速為0～3200r/min，無級變速，分離因數約為2500。

3.2 現場應用效果

油泥處理現場在山區，運輸條件受到限制，同時開采生產處于初期，開采出的油泥需要在現場停留較長時間，這就對油泥的堆放以及防止泄露方面提出了較高的要求。為防止處理過程中因油泥運輸造成二次污染，決定采用集中式處理方案，將系統設備放置在儲泥池附近，減少輸送過程中泄露的可能。要使得系統設備運行達到要求，核心工作是對三相離心機進行參數調整。

三相離心機系統在現場持續調試運行20d，經過三相離心機分離后，經取樣測試，固相所含三相成分分別為：含油3.0%～8.0%，含水28.0%～32.0%，含泥60.0%～69.0%。液相所含三相成分分別為：含油0.3%～0.5%，含水98.5%～99.1%，含泥0.6%～1.0%。油相所含三相成分分別為：含油97.5%～99.3%，含水0.5%～2.0%，含泥0.2%～0.5%。

經過現場調試運行可知，三相離心機運行參數為：轉速為2250r/min，即分離因數為1400，相對差速為12～16r/min，進料濃度（物料含泥質量分數）控制在4%～6%。在此情況下，調整出油口及出液板高度，即可實現出油端含油量控制在99%以上的回收狀態。

同時，從理論上來講，設備轉速越高，分離因數越大，分離效果就越好。但從現場油泥分離效果上看，轉速為2400r/min時得到的分離物中各相的含量并沒有低轉速（2250r/min）時的好。分析認為；高轉速時螺旋與轉鼓的相對運動使已分層的物料受到的推力大于其分子內部的絮凝力，使其再次發生混合，造成了分離效果下降的現象。因此，對于本工程，2250r/min的轉速是較為合適的選擇。

4 結論

（1）在油田開采現場的應用表明，三相離心機分離系統可以實現對鉆井油泥水的有效分離，系統適應性良好，自動化程度高，運行穩定可靠。分離后的水可作為中水循環利用，分離后的油則可變廢為寶，提高了資源的有效回收。

（2）針對本工程的油泥水，在三相離心機的轉速為2250r/min，分離因數為1400，相對差速為12～16r/min，進料濃度控制在4%～6%的情況下，即可實現出油端含油量控制在99%以上的回收狀態。

（3）由于油泥的流動性差，需要對油泥進行加熱，加熱源的穩定性直接影響處理效果。

（4）油田的開采具有流動的特性，如何將設備集成化、可移動化是進一步開發的方向。