【正文】 2）由于沒(méi)有海上生產(chǎn)平臺(tái)，就不需要平臺(tái)操作人員，所以減少 了 生產(chǎn)管理操作費(fèi)用和人員運(yùn)送的危險(xiǎn)。 深水系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn) 深水系統(tǒng)雖然有了較大的發(fā)展，但是依然有很多問(wèn)題沒(méi)有解決，依然面臨著很多挑戰(zhàn)： （ 1）距離海岸和海面都很遠(yuǎn)，材料運(yùn)輸以及施工都很困難。 （ 4）海底地勢(shì)起伏，運(yùn)行操作等帶來(lái)的問(wèn)題如段塞流析蠟、水化物腐蝕、固體顆粒沖蝕等已經(jīng)嚴(yán)重威脅到生產(chǎn)的正常進(jìn)行和海底集輸系統(tǒng)的安全運(yùn)行，由此引起的險(xiǎn)情頻頻發(fā)生 在海上油氣田 。幾家公司正在研究海底分離的理論。 ? 它們 非常龐大，占有很大的海底空間?？偝赡K通過(guò) Rovcon 聯(lián)結(jié)系統(tǒng)提供與出油管線之間的連接，并將不同模塊之間串聯(lián)起來(lái) ，估計(jì)帶總成模塊和分離模塊的海底分離 系統(tǒng) 質(zhì)量約 900 噸?？紤]到來(lái)自油 井出流中的任何砂粒都會(huì)沉積在分離罐底部，因此采用 1 個(gè)帶有特殊噴嘴的沖刷系統(tǒng)以一定的時(shí)間間隔來(lái)沖走罐底的沉砂。 [13] ? SSBI 站使開(kāi)發(fā)含水率較高的邊際油田變的經(jīng)濟(jì)可行。 在承壓套管的頂部，井口來(lái)液進(jìn)入螺旋水道中。 ? 流動(dòng)基：當(dāng)收 回 VASPS 系統(tǒng)后可隔離管線，而不需斷開(kāi)管線，該流動(dòng)基與 套管相連接 。 ? ESP：由 LDP 懸掛在帶有電氣連接件的分離器頂部壓蓋上。生產(chǎn) 回壓 的降低是通過(guò)海 底分離（除去大量的水）和多相增壓實(shí)現(xiàn)的。氣體篩包括五個(gè)垂直的 短管，它們終止于同一個(gè)旁通管，這個(gè)旁通管將氣體引到出口段以后與分離出的油 混合后一同輸送到表面。通過(guò)減小分離器的直徑，降低了水顆粒的沉降距離和相應(yīng)所需的沉降時(shí)間；在同樣的停留時(shí)間下，水相在管式分離器中通過(guò)的界面區(qū)域大于常規(guī)大直徑第 3章 緊湊型分離設(shè)備 23 分離器，這就意味著管式分離器中的界面水力負(fù)荷較低；由于水滴可以在流體中無(wú)障礙的通行，所以沉降速度更快。 圖 39 出口段液體密封段示意圖 1凹槽； 2液體密封； 3管式分離器水平段尾端； 4輸送管線； 5排水管 圖 39 為出口段的液體密封段的放大示意圖。此外，管式分離器出水口的水質(zhì) 明顯好于常規(guī)重力分離器。這些氣 液分離器在荷蘭加工制造，內(nèi)部元件采用 Inconel 合金以防止因處理氣中 CO2和 H2S含量較高而引起腐蝕問(wèn)題。該公司已經(jīng)在 CFX— 5 軟件的基礎(chǔ)上，專(zhuān)門(mén)定制開(kāi)發(fā)了 Twister CFD 軟件，能夠?qū)φ鎸?shí)氣體介質(zhì)中的多相流現(xiàn)象進(jìn)行有效模擬，并承接相關(guān)咨詢(xún)業(yè)務(wù)。在喉道的后面是膨脹管，氣體繼續(xù)膨脹，壓力和溫度繼續(xù)降低。液體被輸送到一個(gè)常規(guī)的液 液分離器。 Twister 是一個(gè)壓比裝置，在應(yīng)用范圍內(nèi)可以保持 進(jìn)口壓力 30％的壓降。 [21,22] 旋流 緊湊式分離器 水力旋流分離器是發(fā)展較早的緊湊型分離器，各項(xiàng)技術(shù)都比較成熟，有著廣泛的應(yīng)用。另外，在入口與溢流口之間還有短路流，即部分進(jìn)料先繞蓋第 3章 緊湊型分離設(shè)備 29 下表面向內(nèi)側(cè)流動(dòng)，然后沿溢流管壁向下流動(dòng)，最后進(jìn)入溢流。較重的顆粒由于所 受離心力足以使其依靠離心沉降而與液相流體之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而得以與液相分離。 圖 313 海底氣 液分離系統(tǒng)控制流程 第 3章 緊湊型分離設(shè)備 32 所采用的氣 液分離器為 G— sep 緊湊型旋流脫氣器 (G— Sep CCD)，如圖314 所示，利用離心力作為分離的驅(qū)動(dòng)力。 靜電聚結(jié)器將油流中較小的油滴聚結(jié)成較大的容易分離的油滴來(lái)提高下游分離器的油水分離。由于水顆粒靜電聚結(jié)長(zhǎng)大與水顆粒重力沉降 2 個(gè)過(guò)程同步進(jìn)行，為了保證后一個(gè)過(guò)程的順利進(jìn)行，常規(guī)電脫水器多采用臥式放置并始終保持罐內(nèi)的層流流態(tài)。如果乳化液中的水顆粒含量不算太低，在低流量的 層流流態(tài)時(shí)，處于同樣電場(chǎng)強(qiáng)度下保持足夠的停留時(shí)間仍然會(huì)起到聚結(jié)作用。 第 3章 緊湊型分離設(shè)備 36 圖 316 VIEC與 LOWACC LOWACC 和 VIEC 借助于 電場(chǎng)破壞乳化液可以一步完成重油的脫水。 ? 它們需要很小的底座，并且可以改裝到現(xiàn)有的設(shè)備上。 [30] 井下分離技術(shù) 新的井下油水分離處理技術(shù)（ DOWS）包括生產(chǎn)集中的油流輸送到表面，而同時(shí)將干凈的水持續(xù)地通過(guò)同一井口注入指定的回注區(qū)。由于它的高效率，注入水的含油量被限制在萬(wàn)分之二。分離出的水回注地層以保持壓 力。動(dòng)力液體可以是水或油，這些液體與分離器分離出的 水混合，一起注入 到 注入?yún)^(qū)。 [31] 以重力為基礎(chǔ)的 DOWS 系統(tǒng) 對(duì)于重力式 DOWS 來(lái)說(shuō)，重力井下油水分離技術(shù)充分利用油套環(huán)空中油、水重力差異進(jìn)行分離，其分離過(guò)程亦遵循 Stokes 法則。目前，還沒(méi)有在海底井中使用井下分離技術(shù)的工程實(shí)例，主要原因有： ? 沙的產(chǎn)生給水下處理設(shè)備制造了麻煩。 第 3章 緊湊型分離設(shè)備 37 ? 水相的除去保證了流動(dòng)的穩(wěn)定，因?yàn)樵诰劢Y(jié)和分離后的油流中只有很少甚至沒(méi)有水的存在。因?yàn)殡姌O的 絕緣性能，短路是不容易發(fā)生的。與 CEC 外部高壓變壓器電路連通的入口襯套安裝在懸掛有內(nèi)圓 第 3章 緊湊型分離設(shè)備 35 圖 315單流道 CEC結(jié)構(gòu)示意圖 筒狀高壓電極的頂蓋法蘭上，并與電極頂部密封連接。 緊湊型靜電預(yù)聚結(jié)器 (CEC) 緊湊型靜電預(yù)聚結(jié)器 (CEC)是一種新型的靜電聚結(jié)器，它能夠減小設(shè)備的重量與體積，同時(shí)在某些情況下，它能夠避免或者減少 某些 化學(xué)破乳劑的使用 。很多油田已經(jīng)安裝了Kvaerner Oilfield Products 公司生產(chǎn)的緊湊型電聚結(jié)器。由于設(shè)計(jì)氣 液旋流器的主要難點(diǎn)在于防止氣體跟隨液體從底流口逸出，因此在 G— sep 緊湊型旋流脫氣器在底部安裝了鎖氣元件將氣體導(dǎo)向旋流器的溢流口。 圖 312 海底緊湊型旋流分離系統(tǒng)的簡(jiǎn)要說(shuō)明 如圖 312，一個(gè)旋流分離系統(tǒng)可以擁有一系列串聯(lián)的旋流分離器，如氣液分離器、液液分離器等。 因此，水力旋流器內(nèi)液體流動(dòng)存在四種流動(dòng)形式：內(nèi)旋流、外旋流、短路流 (蓋下流 )和循環(huán)流。 水力旋流分離的原理 水力旋流器分離工作的基本原理是離心沉降作用。 超音速氣 液分離器的優(yōu)勢(shì) 超音速 氣 液 分離器具有很多的優(yōu)勢(shì)，它們是： (1)天然氣超音速脫水系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，需要的設(shè)備少，易形成橇裝系統(tǒng)。由于出現(xiàn)激波，流動(dòng) 壓力 的損失也很大。溫度急劇下降的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生尺寸非常小的液滴，在普通的設(shè)備中，液滴的出現(xiàn)第 3章 緊湊型分離設(shè)備 27 會(huì)導(dǎo)致天然氣水合物的形成，但 是在天然氣超音 速分離器中不會(huì)出現(xiàn)。如圖 310 所示，超音速分離器沿著軸向可分為第 3章 緊湊型分離設(shè)備 26 膨脹段、旋流分離段和壓縮段 三 部分，氣體混合物 進(jìn)入膨脹段末端的 Laval噴嘴后，在自身壓力作用下加速到超音速，由于該過(guò)程接近于絕熱的等熵膨脹，氣流混合物的溫度和壓力會(huì)急劇下降，其中的水蒸氣和重?zé)N冷凝形成微米級(jí)的細(xì)霧狀液滴。該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定 ，可靠性高，還節(jié)約投資和操作費(fèi)用 38 千萬(wàn)美元 。目前， FMC Technologies公司已經(jīng)推出了管式分離器接 合在水下生產(chǎn)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)樣圖。在液體密封上游段彎曲拐點(diǎn)的前端有一個(gè)凹槽，通過(guò)在主體管道壁面上開(kāi)孔以排除分離后的水。但是管式分離的概念表明它能有效的分離高粘度流體。 （ 2）管式分離器段 在設(shè)計(jì)常規(guī)重力分離器時(shí)， 迄今 為止都保證分離器內(nèi)部的軸向平均流速低于 ／ s，認(rèn)為軸向平均流速大于該值時(shí)會(huì)因湍流而 影響分離 ，聚結(jié)后的水珠會(huì)重新分散在油水乳化液中。 管式分離器的結(jié)構(gòu)和原理 圖 38 擁有氣體篩、管式分離器 段 、出口段和氣體旁通管路的小型測(cè)試裝置 第 3章 緊湊型分離設(shè)備 22 管式分離器被選用主要是因?yàn)樗木o湊的設(shè)計(jì)。 ESP 提供的第 3章 緊湊型分離設(shè)備 20 能量可達(dá) 120xxbbl/d，最大流量時(shí)壓力為 8MPa，電機(jī)為 1375V、 60Hz，由地面的變頻調(diào)速控制器控制 。該組件可以從 VASPS 系統(tǒng)中撤出 。 圖 34 VASPS 分離器結(jié)構(gòu)示意圖 氣體從液體中分離出來(lái)后，通過(guò)螺旋管壁的孔道流入氣體環(huán)空，向上進(jìn)入氣體膨脹腔。 ? 由于耗能較少且需要較少的化學(xué)藥劑來(lái)預(yù)防腐蝕、水化物和蠟等，故對(duì)環(huán)境影響較?。话旬a(chǎn)出水 處理后 就地回注，防止對(duì)環(huán)境造成污染 ? 因?yàn)橄到y(tǒng)安裝在海底，所以不需要海上平臺(tái)和浮式設(shè)備，也不需要海面上 的分離、處理和回注系統(tǒng)，減少了設(shè)備的投資。另外 1 個(gè)可行的做法是，砂子與油氣流重新混合后泵送到 Gullfaks C 平臺(tái)。剩余的水、油、氣和砂粒在分離罐內(nèi)基于重力沉降原理進(jìn)行分離。 ? 砂的產(chǎn)生將會(huì)降低重力式分離器的分離能力，增加停留時(shí)間， 降低 了分離效率。這將減少舉升費(fèi)用，增加海底 水處理的經(jīng)濟(jì)性，延長(zhǎng)深水工程的經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)周期，減少開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。深水 系統(tǒng)可能用于上千米深的水域，水下機(jī)器人的使用不可避免，需要大力發(fā)展電子遙控技術(shù)。由于海底的低溫環(huán)境，使水合物的預(yù)防成為一個(gè)難題。 （ 3）在海底把油和氣從井產(chǎn)出液中分離出來(lái)， 就 無(wú)需花費(fèi)大力氣將它們輸送到水面上進(jìn)行處理，而且降低了油氣藏的回壓，提高油氣產(chǎn)量；將采出的水回注到已開(kāi)采區(qū)域可以維持油氣藏的壓力，其結(jié)果就是成本降低， 產(chǎn)量增加 ；海底分離技術(shù)目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，且對(duì)于偏遠(yuǎn) 的深海 地區(qū)來(lái)說(shuō)有很大的吸引力，尤其是含水率超出了已有管線和設(shè)備承受能力的 深海 地區(qū)。 海底多相增壓泵的發(fā)展 關(guān)于海底多相增壓泵的里程碑事件是： ? 1993 年，阿吉普石油公司在意大利的 Prezioso 油田安裝了新比隆和Sasp 雙螺桿泵。當(dāng)然，從系統(tǒng)工程的角度來(lái)看，整個(gè)水下生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)該還包括海底高集成度壓力保護(hù)、海底電能供應(yīng)與分布等配套子系統(tǒng)。 第 1章 前 言 7 我國(guó)深海油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)上的空白以及我國(guó)海洋環(huán)境的惡劣使我們清楚地認(rèn)識(shí)到我國(guó)深水開(kāi)發(fā)事業(yè)任重而道遠(yuǎn)。20xx20xx 年將是深海油氣勘探的活躍期。20 世紀(jì)末，我國(guó)發(fā)現(xiàn)了迄今為止我國(guó)的整狀海上油田 —— 渤海大油田。南海油氣資源在未來(lái) 20年內(nèi)只要開(kāi)發(fā) 30％，每年可為中國(guó) GDP 增 長(zhǎng)貢獻(xiàn) 12 個(gè)百分點(diǎn)。近年來(lái)，在高油價(jià)的驅(qū)動(dòng)下，世界海洋油氣開(kāi)采飛速發(fā)展，石油產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，在全球石油產(chǎn)量中所占比例不斷上升。 5060 年代，隨著世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了移動(dòng)式鉆井裝置、浮式生產(chǎn)系統(tǒng)及海底生產(chǎn)系統(tǒng)，作業(yè)海域范圍不斷擴(kuò)大，水深不斷加大，至 60 年代末，作業(yè)水深已超過(guò) 200m，勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域開(kāi)始向大陸架深水區(qū)延伸。 研究和實(shí)踐表明，海洋油氣資源主要分布在大陸架，約占全球海洋油氣資源的 60％，但大陸坡的深水、超深水域的油氣資源潛力可觀，約占 30％。 [1]在如此深的海底進(jìn)行深水油氣開(kāi)發(fā)面臨著許多環(huán)境上和技術(shù)上的困難，但是深水油氣資源對(duì)世界又有著巨大的誘惑力，因此越來(lái)越多的國(guó)家和公司投入 巨大的人力物力來(lái)研究深水開(kāi)發(fā)技術(shù)，如挪威的Demo 20xx、巴西國(guó)家石油公司等。 Subsea。論文同時(shí)介紹了深水系統(tǒng)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和趨勢(shì)，并對(duì)深水系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢(shì) 和 開(kāi)發(fā)深水系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn) 進(jìn)行了分析。 sand management 中國(guó)石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)論文 目 錄 第 1 章 前 言 ................................................. 1 課題研究的目的和意義 .................................... 1 世界海洋油氣資源及開(kāi)發(fā) .................................. 1 世界海洋油氣資源分布 .............................. 1 世界海洋油氣資源開(kāi)發(fā)歷史 .......................... 2 世界海洋油氣產(chǎn)量 .................................. 3 我國(guó)海洋油氣資源 ........................................ 4 我國(guó)海洋油氣資源分布 .............................. 4 我國(guó)海洋油氣資源的開(kāi)發(fā) ............................ 5 開(kāi)發(fā)我國(guó)深水資源的意義 .................................. 5 第 2 章 深水系統(tǒng) ............................................... 8 深水系統(tǒng)的組成 .......................................... 9 深水系統(tǒng)的發(fā)展史 ....................................... 10 海底分離技術(shù)的 發(fā)展 ............................... 10 海底多相增壓泵的發(fā)展 ............................. 11 深水系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) ......................................... 11 深水系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn) ..................................... 12 第 3 章 緊湊型分離設(shè)備 ..............