【正文】 行且數(shù)年無需維護(hù)。 海底分離設(shè)備與陸地分離設(shè)備有明顯的不同。 [11] 由于常規(guī)海底重力式分離器的上述缺點(diǎn)，它們在海底生產(chǎn)系統(tǒng)中并沒有得到廣泛的應(yīng)用，而應(yīng)用最多的是海底 緊湊型 分離器，下面將著重介紹幾種海底緊湊型分離設(shè)備 。較重的水相經(jīng)注水泵增壓后直接通過注水樹的套管后回注到地層，油和氣重新混合后通過 1 臺多相泵增壓后輸送到 Gullfaks C 平臺。 離心式注水泵和螺旋軸流式多相泵分別采用標(biāo)準(zhǔn)的 Framo 泵型，都是通過來自 Gullfaks C 平臺上的電纜為驅(qū)動電動機(jī)供電，都可用 1 個獨(dú)立的工具回收。 垂直環(huán)形分離泵送系統(tǒng) 垂直環(huán)形分離泵送系統(tǒng) VASPS（ Vertical Annular Separation and Pumping System，簡稱 VASPS）是目前存在的另一種典型海底分離系統(tǒng)，它位于巴西海上的 Marimba 地區(qū)，氣液兩相分離器于 20xx 年投入運(yùn)轉(zhuǎn)。氣體經(jīng)出口排出系統(tǒng)自然流入地面處理裝置，進(jìn)行二級或三級分離。 圖 35 VASPS 系統(tǒng)組成圖 ? VASPS 分離器：包括承壓套管及其內(nèi)部構(gòu)件 —— 螺旋、液體排出管 ? （ LDP）、電潛泵（ ESP）組件和液面控制的靜止井 。 [15] VASPS 系統(tǒng)的優(yōu)勢 圖 36 VASPS系統(tǒng)運(yùn)行的簡要說明 因為 VASPS系統(tǒng)主要安裝在海上平臺或者浮式系統(tǒng)以下， 如圖 36所示，多相井流一直到這里才進(jìn)行分離，所以 VASPS 系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢： ? 系統(tǒng)能夠方便和及時地進(jìn)行維修，因為分離和增 壓系統(tǒng)的主要組成部分都直接在表面設(shè)備以下。管式分離器技術(shù)主要是基于大直徑管的重力式分離，但是借助于在管式分離器上游進(jìn)行 的 氣 液分離而使其直徑 大大地減小。這個設(shè)計準(zhǔn)則導(dǎo)致了臥式分離器的軸向長度較短而徑向直徑較粗。乳化層分布在管式分離器 中 較大的 油水 交界區(qū)域上，因此變得非常薄 。來自井口的三相流在管式分離器進(jìn)行分離后，油相和含量較少的氣體通過液體密封段進(jìn)入下游的輸送管線中；第 3章 緊湊型分離設(shè)備 24 排出的水用于回注。根據(jù)設(shè)計計算結(jié)果，在同樣的處理能力和效率下，常規(guī)重力分離器的質(zhì)量約 320 噸 (整個分離站的總質(zhì)量為 450 噸 )，而管式分離器僅 60 噸 (相應(yīng)的總質(zhì)量為 212噸 )。 由于 Twister 超音速氣 液分離器可以在非常低的環(huán)境溫度下從氣體種中 分離 液體，因此完全可以將其直接應(yīng)用于海底。帶有凝析液的氣體進(jìn)入中間的旋流分離段，液滴在強(qiáng)旋渦運(yùn)動作用下向外離心運(yùn)動，從而在內(nèi)壁形成大約幾毫米厚的薄液膜層，通過環(huán)形槽清除后流人后面的液 液分離裝置中。由于停留時間非常短，水合物不容易形成和發(fā)展，也 可能是高速氣流破壞了水合物的形成，或者兩者都起一定的作用。 (3)擴(kuò)壓器 分離后的干氣體進(jìn)入擴(kuò)壓器。第 3章 緊湊型分離設(shè)備 28 由于天然氣高速通過脫水系統(tǒng)，因此在相同處理能力下，其體積較小。待分離的多相或非溶性單相介質(zhì)以一定的壓力從水力旋流器上部周邊切向進(jìn)入水力旋流器后，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，由于介質(zhì)間的密度差，所受的離心力、向心浮力和流體曳力的大小不同，受離心力沉降作用，大部分重相經(jīng)旋流器底流口排出，而大部分輕相則由溢流口排出，從而達(dá)到分離的目的。另外，空氣柱和零軸速包絡(luò)面也是固 液旋流器的兩個重要特征。它們將儲層流體和氣體分離，然后除去流體中的砂子等固體，最后將儲層流體中的水除去用于回注。從旋流分離段出來的攜帶有剩余液體的氣體進(jìn)人第 1級氣體洗滌器，在此大部分液體得以從氣流中分離出來；第 2 級氣體洗滌器進(jìn)行深度處理，用于分離氣流中剩余的液 體顆粒。 靜電聚結(jié)器不僅使油流中的水能夠大部分被分離，而且另外一些不純物質(zhì)像水相中的鹽分也大部分被清除，因此在海底可以生產(chǎn)出高質(zhì) 量的原油。 [27] CEC 的特點(diǎn)是：（ 1）采用 AC 電場； （ 2）油水乳化液在其中的流 動狀態(tài)為湍流； （ 3）使用帶絕緣涂層的電極 (圓筒狀或波紋板狀 )。為了在施加交流電場之前使得 CEC 中充滿原油乳化液，必須將其安裝在上游分離器低液位的最小值處以下；同時在 CEC 的頂部設(shè)有一個低液位切斷開關(guān)閥和一個逸出氣排空口。 圖 317 VIEC 和 LOWACC應(yīng)用于重力式分離器 圖 317 為 VIEC 和 LOWACC 應(yīng)用于重力式分離器。 ? 管道中的腐蝕問題變得不再嚴(yán)重，因為油流中含水的減少，管道的安裝不需要高質(zhì)量的防腐合金，因此安裝費(fèi)用也減少。 ? 海底生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)該盡量簡化，但是井下分離器由于需要額外能源和液壓管線而使系統(tǒng)變得復(fù)雜。它使得進(jìn)入井筒的油滴上升，在井內(nèi)形成一個分散的油層。 重力分離器更加緊湊，更加集裝化，能在不取出分離器和泵的情況下對井進(jìn)行干預(yù)。 圖 319 以重力為基礎(chǔ)的井下分離系統(tǒng) 儲層流體進(jìn)入水平分離器，分離出油和水。旋流分離器被廣泛應(yīng)用于地面和井下分離。這就 需要一些應(yīng)急備份系統(tǒng)來抑制水合物的形成和阻止腐蝕。靜電聚結(jié)器的優(yōu)勢是： ? 它們不包括任何運(yùn)動部件，所以相當(dāng)穩(wěn)定和可靠。它們可以大大地提高分離的效率，從而減小了分離器的體積。限制半徑間隙值的目的是為了保證足夠的電場強(qiáng)度和乳化液的非層流流態(tài)，一般應(yīng)該將雷諾數(shù)保持在 20xx8000 之間。 第 3章 緊湊型分離設(shè)備 34 在常規(guī)電脫水器中， W／ O 型原油乳化液從罐底進(jìn)入，整體呈自下而上的流動態(tài)勢，在此過程中受電場作用而靜電聚結(jié)長大的分散相水顆粒開始發(fā)生逆流重力沉降。面對世界范圍內(nèi) 高含水油田、邊際油田和深水油田開發(fā)第 3章 緊湊型分離設(shè)備 33 等新形勢，西方發(fā)達(dá)國家的研究人員提出了緊湊型靜電聚結(jié)器的技術(shù)理念，并且研發(fā)出 了 一些代表性產(chǎn)品。通過控制泵的轉(zhuǎn)速和將泵排出口的液體進(jìn)行回輸兩種方式結(jié)合，來控制分離器中的液位；變速驅(qū)動裝置位于水面以上。顆粒越細(xì)或顆粒密度與液體密度之差越小，其運(yùn)動軌跡與液流流線越接近，這樣的顆粒不能從液相中分離。在外旋流與內(nèi)旋流之間的溢流管下端產(chǎn)生循環(huán)流，此循環(huán)流中的液體在繞水力旋流器軸線旋轉(zhuǎn)的同時，從外側(cè)向底流口方向流動，而從內(nèi)側(cè)向上蓋方向流動。 (5)天然氣超音速脫水系統(tǒng)投資少，操作方便，可靠性高，不需外加動力，故其運(yùn)行費(fèi)用低。單管處理能力是一固定值，調(diào)節(jié)范圍約 10％，可以用多個分離器達(dá)到需要的流量調(diào)節(jié)范圍。液滴被旋轉(zhuǎn)的氣流拋向管道的壁面，形成很薄的液膜，僅幾毫米厚，通過氣 液分離器 (一個同軸的管子和管壁 上的環(huán)形縫 )將液體排出。在噴管的喉道處，速度為 350400m／ s。 Twister BV公司在前期研發(fā)階段，計算流體力學(xué)（ CFD）數(shù)值模擬扮演了重要角色。 世界上第一個商業(yè)化運(yùn)行的 Twister 超音速氣 液分離器于 20xx 年 12月在 Petronas 和 Shell 的 B11P— A 開發(fā)中用于天然氣脫水。典型的油 水乳化液分離效果如下：①具有中等乳化穩(wěn)定性的 Troll 原油，在含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 60％時得到了有效分離，而此時常規(guī)的重力分離器卻難以奏效；②具有較高的乳化穩(wěn)定性 Grane 重質(zhì)原油，在含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 30％時重力分離器幾乎難以奏效，而管式分離器在含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 30％時能夠進(jìn)行有效分離 (此時的分離效率與裝配有VIEC 的重力分離器在 50％的設(shè)計載荷下運(yùn)行時相當(dāng) )。出口段裝有用于控制過程中壓力、溫度和液位的設(shè)備，同時還提供一定的緩 沖空間來儲存分離出來的水，這樣可以使 水注入泵 穩(wěn)定地工作 。改變管式分離器的長徑比可以調(diào)整管式分離器的效率。由于在系統(tǒng) 中安裝了液體鎖定元件 而使自由氣體不能進(jìn)入管式分離器段。 圖 37 接合到 Troll B 半浮式平臺的管式分離器圖 Troll B 地區(qū)安裝海底管式分離器的主要目的是通過降低生產(chǎn)回壓 提高油氣采收率。 ? 靜止插孔：在分離器內(nèi)部是一個由頂部插頭懸掛的靜止插孔，以提供測量 VASPS 液面的通道 。該導(dǎo)管由 12m 長的標(biāo)準(zhǔn)件組合而成，每個的外徑均為 。內(nèi)層套管為液體排出管，直徑為， 位于螺旋管中間，提供液體排出通道，并在螺旋管中間形成內(nèi)第 3章 緊湊型分離設(shè)備 18 層氣體環(huán)空。 [12] SSBI 站的優(yōu)勢 與傳統(tǒng)的水面分離方式相比， SSBI 站具有以下幾點(diǎn)明顯的優(yōu)勢： ? 因為安裝了全面的海底分離設(shè)施， Tordis 油田的最終采收率從 49%提高到 55%，將會多生產(chǎn)三千五百萬桶原油。3— 油 水 砂沉降分離器； 4— 供水管線； 5— 液體分布組件 圖 33 SSBI 站分離器剖面圖 分離模塊作為 1 個獨(dú)立裝置，可以對其回收。 SSBI 站采用獨(dú)立的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來支撐總成模塊、分離模塊以及其它一些組件，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用 4 個吸力錨 (每個角上 1 個 )來進(jìn)行定位和找水平。 但是，重力分離器的設(shè)計也有很多缺點(diǎn)。 但是就目前而言，長距離接合現(xiàn)有 浮式生產(chǎn)設(shè)施的井的廢棄井口壓力高達(dá) 2MPA，因為沒有使用海底分離和海底加壓 設(shè)備 ，當(dāng)井的產(chǎn)量 降低到 5000桶 /天時即被 遺棄。這給深水油氣集輸工藝設(shè)計和生產(chǎn)安全帶來許多難題。 （ 6）深水系統(tǒng)使開發(fā)邊際油田變得具有經(jīng)濟(jì)效益，這無形中增加了世界可開采油氣資源的量。 [10] 深水系統(tǒng)的優(yōu)勢 深水系統(tǒng) 具有很多常規(guī)海上生產(chǎn)系統(tǒng)所不具有的優(yōu)勢，它們是： （ 1）由于不再使用價格昂貴的海上平臺，尤其對于深水區(qū)，極大地節(jié)省了油田開發(fā)總投資，同時在一定程度 上可以縮短施工建設(shè)時間，早日投產(chǎn)以盡快收回投資，因此在追求最大利 益的今天具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。 ? 20xx 年，挪威的 Hydro’ s Troll Pilot 項目在挪威的 Troll C 油田進(jìn)行分離和水回注的實(shí)驗。 Einar Holmefjord 先生的話簡明第 2章 深水系統(tǒng) 9 地概括了國外海上石油技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和 趨勢，隨著時間的推移，我們將最終選用水下生產(chǎn)系統(tǒng)而避免使用昂貴的海面生產(chǎn)設(shè)施。但相比之下，我國深水海域油氣資源仍處在勘探開發(fā)的初期，勘探程度非常低，目前只對其中 10％ 的 海域進(jìn)行了 勘探。 20xx 年深海石油產(chǎn)量約可滿足全球石油需求的5％， 20xx 年深海原油產(chǎn)量可達(dá) 850 萬桶／年 ( 108噸／年 )，可滿足第 1章 前 言 6 全球石油需求的 9％。 20xx年年產(chǎn)原油 2350 萬噸。這些盆地石 油資源量為 150 億 200 億噸，天然氣資源量約 萬億立方米。 50 年代末，海上石油產(chǎn)量突破億噸，達(dá) 億噸，占世界石油總產(chǎn)量的 10％。 [2] 表 11 世界主要深海區(qū)油氣資源量 國家 海域 油氣儲量（億噸當(dāng)量） 石油（億噸） 天然氣（億立方米） 美國 墨西哥灣北部 21 15 6000 巴西 東南部海域 4100 西非 三角洲、下剛果 4100 澳大利亞 南北陸架 13100 東南亞 婆羅洲 2 3300 挪威 挪威海 4000 埃及 尼羅三角洲 —— 4800 中國 南海北部 1 —— 1000 印度 東部海域 —— 1600 世界海洋油氣資源開發(fā)歷 史 在陸地油氣開發(fā)的高潮過去之后，海洋油氣的勘探開成為世界關(guān)注的焦第 1章 前 言 3 點(diǎn)，它經(jīng)歷了一個由淺水到深海、由簡易到復(fù)雜的發(fā)展過程。據(jù)估計，海洋石油資源量約占全球石油資源總量的 34％，累計獲探明儲量約 400 億噸，探明率 30％左右，尚處于勘探早第 1章 前 言 2 期階段。相比之下，世界海洋油氣勘探開發(fā)迅 速發(fā)展，尤其是勘探程度相對較低的深海地區(qū)，不斷獲得重大發(fā)現(xiàn)，所發(fā)現(xiàn)油氣田規(guī)模大、產(chǎn)能高，其油氣產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的比例不斷增加。同時，論文描述了海底水處理和海底砂處理的方法、好處和必要性，介紹了幾種正在應(yīng)用的海底水處理和砂處理的技術(shù)。 最后，論文簡要介紹了深水系統(tǒng)的設(shè)計制造標(biāo)準(zhǔn)和成撬技術(shù)。因此， 海洋油氣資源無論對整個世界石油工業(yè)，還是對未來世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，都有非常重要的意義。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局 (USGS)評估，世界 (不含美國 )海洋待發(fā)現(xiàn)石油資源量 (含凝析油 )548 億噸，待發(fā)現(xiàn)天然氣資源量 萬億立方米，分別占世界待發(fā)現(xiàn)資源量的 47％和 46％。 1887 年，在美國加利福尼亞海岸數(shù)米深的海域鉆探了世界上第一口海上探井，這是海洋石油工業(yè)開始的標(biāo)志。 60 年代末，達(dá) 億噸，占世界總產(chǎn)量的 ％，20 年增加了 8 倍。 經(jīng)初步估計，整個南海的石油地質(zhì)儲量大致在 230 億 300 億噸之間，約占中國總資源量的三分之一，屬于世界四大海洋油氣聚集中心之一，有“第二個波斯灣”之稱，僅在曾母盆地、沙巴盆地、萬安盆地的石油總儲量就將近 200 億噸，是世界上尚待開發(fā)的大型油藏之一，其中有一半以上的儲量分布在中國海域。截至 20xx 年底，中國海油已建成投產(chǎn) 50 個海上油氣田，年生產(chǎn)油氣 4033 萬噸油當(dāng)量。全球水深 5001500 米的油氣勘探已變成了多數(shù)海洋油氣經(jīng)營者重要戰(zhàn)略資產(chǎn)的組成部分。深水勘探 (鉆探 )能力及開發(fā)作業(yè)能力遠(yuǎn)落后于世界記錄 ,如表 12 所示 。 圖 22 為就是典型的水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計圖。 ? 20xx 年，巴西石油公司對巴西的海洋氣 液分離器進(jìn)行了操作實(shí)驗。 第 2章 深水系統(tǒng) 12 （