【正文】 離器，目前 ，StatoilHydro 和 FMC 公司正在研究 怎樣將它 接合到 Troll B 浮式生產(chǎn)系統(tǒng)第 3章 緊湊型分離設(shè)備 21 中。 管式分離器主要 包括以下幾部分：入口氣體篩段（氣 液分離）、管式分離器 段 （液 液分離）和出口段（控制流量以及監(jiān)測），如圖 38 所示，下面進行簡要的介紹： （ 1） 入口氣體篩 入口氣體篩僅僅分離自由氣體，而溶解氣體將隨著液體進入管式分離器段。 設(shè)計流速給出了流體處于最佳流態(tài) 時的管式分離器的管徑，也就決定了管式分離器的效率。 [17] （ 3）出口段 出口段主要是將 分離出來的水回注，同時讓分離出的油氣混合物流出分離器。 Norsk Hydro已經(jīng)在其 Porsgrunn研究中心建立了 一 套現(xiàn)場模擬裝置并進行了實驗測試和資質(zhì)認證工作。 Shell 公司于 20xx 年與 Bea 風(fēng)險投資公司合資成立了專門研究和推廣這項技 術(shù)的 Twister BV 公司。 國內(nèi)江漢石油機械研究所已經(jīng)針對該技術(shù)進行了相關(guān)研究。通過噴管過程中，氣體絕熱膨脹，沒有熱量損失或加入，近似于 90％的等熵過程。 (2)分離葉片 分離葉片是一個三角形突出物，類似于戰(zhàn)斗機的機翼，其作用是對氣流造旋。內(nèi)部的尺寸可以根據(jù)實際的應(yīng)用改變，但是典型的 Twister 的氣體處理 能力為 100 104500 104m3／ d。 (4)工藝工程中不添加化學(xué)藥劑，如甲醇、乙二醇、三甘醇，避免了化學(xué)品對環(huán)境的危害。外旋流剛接近錐頂就分為兩部分：一部分不改變流動方向，繼續(xù)向下，最后經(jīng)底流口排出；另一部分變更流動方向，轉(zhuǎn)向向上流動，進入內(nèi)旋流。其速度由顆粒在旋流場所受作用力的相互關(guān)系確定。 LiquidBooster 采用 1 臺立式離心泵為分離后的液體增壓。 [26] 靜電聚結(jié)器 電脫水作為 W/O 型原油乳狀液脫水工藝的最后環(huán)節(jié)，在海上和陸上油田得到了廣泛的應(yīng)用。 電場破乳 技術(shù)的出發(fā)點就是將 W／ O 型原油乳化液置于高壓電場中，利用電場對分散相水顆粒的作用，使其發(fā)生變形和產(chǎn)生靜電力，促進小水顆粒碰撞聚結(jié)變大，從而便于靜置沉降等后續(xù)分離過程的進行，因此也稱為靜電聚結(jié)或靜電破乳。半徑間隙值 a 約為 ，可以根據(jù)具體情況在 15cm之間變化，但其與內(nèi)電極外半徑 r 之比 a／ r 值不應(yīng)大于 。 [28] VIEC 和 LOWACC VIEC 是容器內(nèi)置式靜電聚結(jié)器， LOWACC 是低含水量聚結(jié)器，如圖 316所示。 [29] 靜電聚結(jié)器的優(yōu)勢和劣勢 將緊湊型靜電聚結(jié)器應(yīng)用于海底，它具有如下的優(yōu)勢和劣勢。 ? 如果這些靜電聚結(jié)器中的某一個單位損壞了，操作參數(shù)必須重新設(shè)定以便適應(yīng)較高的水含量。很多種類的分離器被使用，在某些情況下，井本身也可以成為分離器。生產(chǎn)出的油品的含水率少于 %，分離出的水中第 3章 緊湊型分離設(shè)備 39 含油少于萬分之五 。 薄膜井下分離系統(tǒng) 根據(jù)分離效率、成本、復(fù)雜性、出現(xiàn)故障的頻率以及對控制系統(tǒng)的要求，現(xiàn)有的。如圖 319 所示，這種 DOWS 有兩個吸入口：一個在油層內(nèi)，加一個在水層中。 ? 井下 干預(yù)的成本是相當(dāng)高的， 有可能使開發(fā)成本增 加。 靜電聚結(jié)器的劣勢是： ? 系統(tǒng)對電力的需要要求使用專用的電源和一根傳輸電力到聚結(jié)器的海底電纜。 LOWACC 可以被設(shè)計用于各種壓力的分離器，并且能夠進行較強油水乳化液的分離。當(dāng)需要較大的處理量時，可以采用多流道的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，此時高壓電極圓筒 的內(nèi)外圓柱面上都帶有絕緣涂層，而接地電極圓筒采用裸露金屬材料。 如圖 315 所示， CEC 采用立式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部與乳化液接觸的表面采用含氟聚合物絕緣涂層，中心圓柱體充當(dāng)高壓電極，外部的同心圓柱形筒體接地。 靜電預(yù)聚結(jié)理論 對于依靠重力沉降原理的原油脫水工藝而言，分散相水滴在連續(xù)油相中的沉降速度 w? 遵循 strokes 定律： oo gd ? ??? 18 )( ?? （ 31） 式中： w? —— 相對于油相水滴的沉降速度， m/s； wd —— 水滴直徑， m； g —— 重力加速度， m/s2； o? —— 油的動力粘度， Pa? s； W? 、 o? —— 分別為水和原油的密度， kg/m3； 從上式中可以明顯地看出，雖然油水密度差以及連續(xù)油相的粘度都會影響水滴的沉降速度，但是水顆粒粒徑卻是一個平方變量，也就是說它對水滴的沉降速度影響最大。兩級氣體洗滌器分離出來的液體通過旋流器外壁與分離器殼體之間的環(huán)空進行收集，并隨著主液流外排。 一些串聯(lián)的旋流分離器系統(tǒng)的優(yōu)勢是： 第 3章 緊湊型分離設(shè)備 31 ? 小型化 ? 系統(tǒng)非常緊湊 ? 能夠?qū)崿F(xiàn)多個階段 ? 可以在高壓力等級下工作 ? 系統(tǒng)的壓降較低 ? 沒有移動部件 ? 制造容易 ? 對運動不敏感，穩(wěn)定性好 [25] Aker Kvaerner 的氣 液旋流分離器 Aker Kvaemer 公司的 DeepBooster 系統(tǒng)是一專門用于氣 液分離的海底處理系統(tǒng)。圖 311 顯示了水力旋流器內(nèi)液體流動跡線圖。下面以固 液旋流器為例，說明其分離原理。 (2)天然氣超音速脫水系 統(tǒng)沒有大的轉(zhuǎn)動部件和化學(xué)處理系統(tǒng)，其可靠性很高，日常維護很少，允許在最苛刻環(huán)境中運轉(zhuǎn)，易實現(xiàn)無人職守。氣體的速度又恢復(fù)到亞音速水平，自然出現(xiàn)弱激波，因此氣體流速降低，壓力恢復(fù)到初始氣體壓力的 65％ 80％?？諝夂退脑囼灡砻?，雖然氣流的溫度達到 100oC，但是沒有結(jié)冰。干氣則繼續(xù)前行進入壓縮段，流速下降到亞音速，壓力則上升恢復(fù)到原始壓力的 65％ 80％ 。 Twister BV 公司和 FMC公司已經(jīng)完成了將 Twister 應(yīng)用于海底的可行性研究，典型的 Twister 海底模塊將 6 根 Twister 超音速氣 液分離器垂直安裝在液體脫氣罐上部周圍。 [18,19] 超音速氣 液分離器 超音速氣 液分離器簡介 從 1997 年起，殼牌石油公司開展了天然氣超音速脫水技術(shù)的研究，包第 3章 緊湊型分離設(shè)備 25 括基礎(chǔ)理論研究、數(shù)值模擬、實驗室研究和現(xiàn)場試驗研究。設(shè)計時必須保證該段的彎曲半徑足夠大，以使得管道爬行器和其它設(shè)備能夠順利通過。當(dāng)分離發(fā)生在全段管線上時，流體將分成速度不同的兩層。管式分離則是一種新的重力分離概念，能夠 在高流速流態(tài)范圍內(nèi)工作。當(dāng)然，在管式分離器出口段以后氣液又被混合。 ? 因為不需要過長的電纜，電能輸送的損失也較小，所以節(jié)省了大量的能量。 ? 承壓套管：包括螺旋部分、液體排出管線和 ESP，在頂部與導(dǎo)管相連并與膨脹腔相連接 。脫氣液體向下流到螺旋 管 底部，在那里完成最后的脫氣處理，并由液體入口進入液體排出管線，經(jīng)電潛泵增壓，將其舉升出 VASPS，進入地面管線。 [14] VASPS 的結(jié)構(gòu)與原理 VASPS 分離器包括三個同心套管，其結(jié)構(gòu)如圖 34 所示。此外， SSBI 站還配備有 2 個多相流量計 (Roxar)來測量油井產(chǎn)出物第 3章 緊湊型分離設(shè)備 17 的組成，進而為分離系統(tǒng)的設(shè)置 做準備。這種擁有氣體旁通管線的分離器已經(jīng)申請了第 3章 緊湊型分離設(shè)備 16 專利，與普通重力式分離器相比，它有效地減少了 體積，這在緊湊 性至關(guān)重要 的海底生產(chǎn)系統(tǒng)中的意義重大 ，圖 33 為分離器剖面圖 。 海底增壓和注水站 挪威石油公司 Statoil的 Tordis油田水下生產(chǎn)系統(tǒng)于 20xx年開始簽約動工，雖然水深僅有 200m，但該工程將商 業(yè)化運行世界上第 1 個海底分離、增壓和注水系統(tǒng) (簡稱 SSBIS)，因此堪稱水下生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展歷史上的里程碑。海底的高壓與低溫以及惡劣的海況對海底分離設(shè)備的強度以及保溫性 能 提出了更高的要求，圖 31是一種海底重力式分離器，可以看到，為了增加強度，分離器設(shè)計成了球形。 第 3章 緊湊型分離設(shè)備 14 第 3 章 緊湊型分離設(shè)備 隨著陸上石油資源的迅速枯竭，越來越多的公司希望能夠開發(fā)那些因為環(huán)境惡劣或者開發(fā)費用較高而不能開發(fā)的海洋油田。 （ 3） 海上油氣田一般具有復(fù)雜的油氣藏特性。同時 ，在海底進行水的脫出 降低了長距離輸送管道中形成水化物的危險性，使得水合物抑制劑等化學(xué)藥劑的使用減少，降低 了 生產(chǎn)成本。 ? 1997 年，挪威斯塔特石油公司在中國的陸豐油田安裝了 Framo 單相電動泵。 [9]圖 23 和圖 24 就是現(xiàn)實中存在的海底增壓用的氣體壓縮機和海底分離系統(tǒng)。 第 2章 深水系統(tǒng) 8 第 2 章 深水系統(tǒng) 隨著海上油氣開發(fā)的不斷發(fā)展，海洋石油工程技術(shù)發(fā)生著日新月異的變化，在深水油氣田開發(fā)中，傳統(tǒng)的導(dǎo)管架平臺和重力式平臺正逐步被深水浮式平 臺和水下生產(chǎn)系統(tǒng)所代替（圖 21），各種類型深水平臺的設(shè)計、建造技術(shù)不斷完善。 在海洋資源開發(fā)愈演愈烈的今天，我國也必須加快前進的步伐，以便能在世界能源大戰(zhàn)中獲得有利的地位。 開發(fā)我國深水資源的意義 據(jù)《世界深水報告》資源預(yù)測，未來的 44％油氣儲量在深水中，而現(xiàn)在僅占 3％，可見其潛力之大開發(fā)前景之好。據(jù)我國科學(xué)家 1982年估計，釣魚島周圍海域的石油儲量約 30 億 70 億噸，其他資料反映，該海域海底石油儲量超過 100 億噸。 [3] 第 1章 前 言 4 0481216億噸1950 1960 1970 1980 1990 20xx 20xx （年） 圖 11 半個世紀以來的世界海洋石油產(chǎn)量 據(jù)英國道格拉斯統(tǒng)計，到 20xx 年海上石油與天然氣的產(chǎn)量分別占總產(chǎn)量的 39%和 34%。 90 年代，成功解決了溫帶海域油氣開采面臨的鉆井、采油、集輸和存儲等技術(shù)問題，而且高寒水域的平臺和管線技術(shù)難題也取得重大突破，海洋油氣勘探開發(fā)取得巨大進步，作業(yè)水深不斷刷新， 1999 年已近 20xxm，作業(yè)范圍已從北海、墨西哥灣等傳統(tǒng)地區(qū)擴展到西非、南美及澳大利亞大陸架等海域。“三灣”即波斯灣、墨西哥灣和幾內(nèi)亞灣；“兩?！奔幢焙：湍虾?；“兩湖”即里海和馬拉開波湖。深水分離系統(tǒng)作為深水開發(fā)系統(tǒng)的重中之重更是需要我們將其緊湊性、穩(wěn)定性和高效性提高到一個 新 的檔次。 water management。 中國石油大學(xué)（華東）畢業(yè)論文 深水油氣分離概念化設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 20xx 年 6 月 15 日 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)論文 摘要 本文綜述了世界海洋油氣資源 儲量、分布和開發(fā)狀況，并對我國的海洋油氣資源狀況以及我國深水油氣開發(fā)所面臨的挑戰(zhàn)進行了介紹。 Compact separator。 深水開發(fā)技術(shù)經(jīng)歷了從無到有的過程，雖然已經(jīng)出現(xiàn)了商業(yè)化運作的深水生產(chǎn)系統(tǒng)，但是深水開發(fā)技術(shù)在很多方面還不成熟，仍然就有很大的提升空間。從區(qū)域看，海上石油勘探開發(fā)形成三灣、兩海、兩湖的格局。 7080 年代，隨著平臺和鉆井技術(shù)的發(fā)展，海 洋油氣勘探開發(fā)水域范圍進一步擴大，作業(yè)水深超過 500m，成功開發(fā)了北海和墨西哥灣大陸架深水區(qū)油氣資源。 1995年海上石油產(chǎn)量 億噸， 20xx 年則增至 億噸．約占世界石油產(chǎn)量的 34％，年均增長 ％，遠高于全球石油產(chǎn) 量年均 ％的增長速率，如圖 11 所示。 [4] 1966 年聯(lián)合國亞洲及遠東經(jīng)濟委員會 經(jīng)過對包括釣魚島列島在內(nèi)的我國東部海底資源的勘查，得出的結(jié)論是： 東海大陸架可能是世界上最豐富的第 1章 前 言 5 油田之一，釣魚島附近水域可能成為“第二個中東”。然而該區(qū)的勘探開發(fā)程度仍然較低， 20xx 年產(chǎn)量只有 560 萬噸，通過“十五”期間大規(guī)模的勘探開發(fā)，到“十五”計劃末可望形成年產(chǎn) 2100 萬噸石油的生產(chǎn)能力，將成為我國東部石油穩(wěn)產(chǎn)的重要基地，為國民經(jīng)濟發(fā)展作出重大貢獻。 [6] 據(jù)預(yù)計，未來 10 年，全球海洋油氣勘探開發(fā)及經(jīng)營的年均總投資將從目前的 1110 億美元逐步增加至 1440 億美元，累計投資可達 萬億美元，其中深水投資年均將超過 150 億美元。作為國家建設(shè)的接班人，我們必須突破國外對我們的技術(shù)封鎖，開創(chuàng)和發(fā)展我的深水開發(fā)事業(yè)，為我國的社會主義建設(shè)提供足夠的能源。但是水下生產(chǎn)系統(tǒng)最 重要 的是海底增壓泵送系統(tǒng)和海底分離系統(tǒng)。 ? 1994 年，殼牌石油公司在挪威的 Draugen 油田安裝了 Framo 的螺旋同軸液壓泵。 （ 4） 在海底進行水的脫除不但減少或避免了水面上水處理設(shè)備的數(shù)量，還降低 了 海底管線的流量 ，這就允許使用小管徑管線 ，降低了設(shè)備 的投資 。 （ 2）由于海底環(huán)境的惡劣以及海底一旦發(fā)生事故時對環(huán)境造成污染的第 2章 深水系統(tǒng) 13 嚴重性，怎樣設(shè)計更加緊湊，更加穩(wěn)定的生產(chǎn)系統(tǒng)依然是一個技術(shù) 難題。 （ 6）由于深水 系統(tǒng)的 設(shè)備容器等均安裝在海底，一般情況下不可能經(jīng)常性地移動到海面或在海底進行維護 ，這對集輸系統(tǒng)提出了一個要求：必須能長時間不間斷運