【正文】 .......................... 14 海底增壓和注水站 ....................................... 15 海底增壓注水站的結(jié)構(gòu)與原理 ....................... 15 SSBI 站的優(yōu)勢(shì) ..................................... 17 垂直環(huán)形分離泵送系統(tǒng) ................................... 17 VASPS 的結(jié)構(gòu)與原理 ................................ 17 VASPS 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) .................................. 20 中國(guó)石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)論文 管式分離器 ............................................. 20 管式分離器的結(jié)構(gòu)和原理 ........................... 21 管式分離器的優(yōu)勢(shì) ................................. 24 超音速氣 液分離器 ...................................... 24 超音速氣 液分離器簡(jiǎn)介 ............................ 24 超音速氣 液分離器的原理 .......................... 25 超音速氣 液分離器的結(jié)構(gòu) .......................... 26 超音速氣 液分離器的優(yōu)勢(shì) .......................... 27 旋流緊湊式分離器 ....................................... 28 水力旋流分離的原理 ............................... 28 水力旋流分離器的優(yōu)勢(shì) ............................. 29 旋流分離系統(tǒng) ..................................... 30 Aker Kvaerner 的氣 液旋流分離器 ................... 31 靜電聚結(jié)器 ............................................. 32 靜電預(yù)聚結(jié)理論 ................................... 33 緊湊型靜電預(yù)聚結(jié)器 (CEC) ......................... 34 VIEC 和 LOWACC .................................... 35 靜電聚結(jié)器的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì) ........................... 36 井下分離技術(shù) ........................................... 37 以旋流為基礎(chǔ)的 DOWS 系統(tǒng) ........................... 37 以重力為基礎(chǔ)的 DOWS 系統(tǒng) .......................... 38 薄膜井下分離系統(tǒng) ................................. 39 井下分離的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì) ............................. 40 第 4 章 緊湊型水處理設(shè)備 ...................................... 42 水力旋流器 ............................................. 42 水力旋流器的結(jié)構(gòu) ................................. 42 中國(guó)石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)論文 水力旋流器的工 作原理 ............................. 43 水力旋流器分離性能的決定因素 ..................... 43 水力旋流器的優(yōu)點(diǎn) ................................. 45 Epcon 緊湊浮式處理 裝置 ................................. 46 MaresTail 系統(tǒng) ......................................... 47 第 5 章 深水砂處理技術(shù) ........................................ 49 砂產(chǎn)生引起的危害 ....................................... 49 砂產(chǎn)生的監(jiān)測(cè) ........................................... 49 砂清除 ................................................. 50 分離器的上游 ..................................... 50 分離器的下游 ..................................... 51 砂處理 ................................................. 52 第 6 章 深水分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)和成撬技術(shù) .................... 54 深水分離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn) ............................. 54 深水分離系統(tǒng)的成撬技術(shù) ................................. 54 第 7 章 結(jié) 論 ................................................ 57 致謝 .......................................................... 58 參考文獻(xiàn) ...................................................... 58 第 1章 前 言 1 第 1 章 前 言 課題研究的目的和意義 隨著全球 經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，石油的消費(fèi)需求進(jìn)一步增加，能源危機(jī)已經(jīng)成為一個(gè)世界性的難題。本課題著重研究各種緊湊型海底分離設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)，以期在橫向 和縱向的對(duì)比中獲得海底緊湊型 分離器設(shè)計(jì)的最新理念。其中，波斯灣的沙特、塔爾和阿聯(lián)酋，里海沿岸的哈薩克斯坦、阿塞拜疆和伊朗，北海沿岸的英國(guó)和挪威，還有美國(guó)、墨西哥、委內(nèi)瑞拉、尼日利亞等，都是世界重要的海上油氣勘探開發(fā)國(guó)。 世界海洋油氣產(chǎn)量 隨著海上石油勘探開發(fā)向大陸架和深水區(qū)發(fā)展，海上油氣生產(chǎn)不斷擴(kuò)大，產(chǎn)量不斷增加。 我國(guó)海洋油氣資源 我國(guó)海洋油氣資源分布 我國(guó)海岸線長(zhǎng)度、大陸架和 200 海里專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)面積均在世界前 10 位，管轄海域總面積近 300 萬(wàn)平方公里。 [5] 我國(guó)海洋油氣資源的開發(fā) 我國(guó)海洋石油天然氣勘探開發(fā)工作起步于 20 世紀(jì) 50 年代，至 1971 年在渤海發(fā)現(xiàn)了具有開采價(jià)值的海四油田，建設(shè)了 2 座開發(fā)平臺(tái)，建成了我國(guó)第一個(gè)海 上油田，自此進(jìn)入了我國(guó)海洋油氣勘探開發(fā)的快車道。世界水深 500 米或超過 500 米的深海油氣勘探開發(fā)始于上個(gè)世紀(jì) 70 年代，至 20xx 年底，已發(fā)現(xiàn) 470 億桶石油。我們應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到：我國(guó)目前的海洋油氣開發(fā)主要集中在近海和淺海。目前，全世界已有 2300 多套水下生產(chǎn)設(shè)施、 204 座深水平臺(tái)運(yùn)行在全世界各大海域，最大工作水深張力腿平臺(tái)（ TLP）已達(dá)到 1434m，SPAR 為 2073m、浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置（ FPSO）為 1900m、多功能半潛式平臺(tái)達(dá)到 1920m 以上、水下作業(yè)機(jī)器人（ ROV）超過 3000m，采用水下生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)的油氣田最大水深為 2192m，最大鉆探水深為 3095m。 第 2章 深水系統(tǒng) 10 圖 23海底氣體壓縮機(jī) 圖 24 Tordis 海底分離系統(tǒng) 深水系統(tǒng)的發(fā)展史 海底分離技術(shù)的發(fā) 展 關(guān)于海底分離技術(shù)幾個(gè)里程碑事件是： ? 1970 年，英國(guó)石油公司在阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)的首都阿布扎比的 Zakum油田進(jìn)行海底分離的實(shí)驗(yàn) ? 1987 年，德士古公司的海底分離器和液塞捕集器被安裝在北海第 2章 深水系統(tǒng) 11 Highlander 油田的 Tartan 平臺(tái)上。 ? 20xx 年，?？松梨谑凸驹诔嗟缼變?nèi)亞的 Topacio 安裝了 Framo螺旋同軸電動(dòng)泵。 （ 5）海底污水處理回注系統(tǒng)可以把以處理 后 的生產(chǎn)污水直接回注，大大有利于環(huán)境的保護(hù)，同時(shí)減少水面上的注水泵、 FPSO 上的旋轉(zhuǎn)通道和輸水管線等設(shè)備，節(jié)約了設(shè)備的投資。惡 劣的海洋條件例如風(fēng)、波浪、洋流等，通常無法掌握其情況，數(shù)據(jù)極少。傳 統(tǒng)的離岸開發(fā) 是在 淺水中 建設(shè)擁有固定腿的平臺(tái) 。 圖 31 一種海底重力式分離器 海底重力分離器的設(shè)計(jì)制造是非常廉價(jià)的。 整個(gè) SSBIS 系統(tǒng)包括跨接管匯、注水樹、海底分離增壓和注水 (SSBI)站。 圖 32 SSBI 站分離模塊結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖 1— 氣液旋流分離器 。分離罐中還安裝有液位檢測(cè)計(jì)來監(jiān)測(cè)水 油 氣三相之間的界面，這些界面信息用來控制注水泵和多相泵的轉(zhuǎn)速。外層套管（承壓套管）有各種標(biāo)稱的接頭，共有 6 節(jié)，其直徑為 ，總長(zhǎng)度為 3070m。 VSAPS 可實(shí)現(xiàn)良好的氣液分離，使液體中氣體的含量降到最低限度， 因此可以使用單相泵及測(cè)量系統(tǒng)。 ? 螺旋分離器接頭：由外層焊有螺旋板的中心管制成 。 ? 海底井到 VASPS 系統(tǒng)只 需要一根多相管道，所以減少了設(shè)備的投資。氣 液分離是 由氣體篩完成的，氣體篩同時(shí)能減少段塞流的形成，所以使管式分離器的入口狀況 非常 平穩(wěn)。 Norsk Hydro 的實(shí)驗(yàn)證明， 在管式分離器中，流體在 高達(dá) ／ s 的軸向平均流速能夠獲得有效的相分離，因此該技術(shù)能夠應(yīng)用于需要同時(shí)兼顧流體相分離和流體輸送的管線中。乳化層剛好在這兩層中間，所以速度差將使乳化層承受巨大的剪切力，這將幫助破乳加強(qiáng)分離。 管式分離器的優(yōu)勢(shì) 與常規(guī)重力式分離器相比，管式分離器擁有以下優(yōu)勢(shì)： ? 水滴有較短的沉降距離 ? 對(duì)乳化層有較大的剪切 ? 水相能 夠通過較大的交界面 ? 流體 在 分離器 入口 能夠保證平穩(wěn) 由于以上的優(yōu)勢(shì)，管式分離器能夠減少設(shè)備重量和提高分離效率?；A(chǔ)理論研究和數(shù)值模擬研究主要在荷蘭的埃因霍恩科技大學(xué)等幾所大學(xué)、 Stork Product Engineering 公司和 Shell 的研究機(jī)構(gòu)中進(jìn)行， 開發(fā) 了一些描述分離器內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)的分析和數(shù)值模擬工具。雖然有幾個(gè)部件在海底安裝和運(yùn)行之前還需要做進(jìn)一步研發(fā)和資質(zhì)認(rèn)證，但已經(jīng)報(bào)批了一個(gè)由歐盟資助的 4 年的研發(fā)計(jì)劃，將于 20xx 年完成小規(guī)模海底天然氣處理裝置樣機(jī)的設(shè)計(jì)制造和 安裝調(diào)試。 圖 310 Twister 超音速氣 液分離器工作原理及典型工作參數(shù) 超音速 氣 液分離器的結(jié)構(gòu) 超音速噴管的主要結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)主要有： (1)拉瓦爾噴管 拉瓦爾噴管是一種具有精確幾何形狀的收縮 擴(kuò)張管道，可以將氣流的速度提高到超音速水平，并導(dǎo)致溫度急劇下降。 水蒸氣冷凝過程中，將形成大量的尺寸非常小的液滴，并且釋放出一定的熱量，此熱量可能導(dǎo)致流場(chǎng)中出現(xiàn)激波，使流動(dòng)變得非常復(fù)雜 。 [20] (4)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié) Twister BV公司的天然氣超音速脫水裝置 Twister安裝在直徑 的管子內(nèi)部，分離器總長(zhǎng) 。 (3)天然氣超音速脫水技術(shù)利用天然氣本身的壓力工作，能夠在瞬間啟動(dòng)和停止工作，并且不需要大量的外部能源供應(yīng)。 液體從旋流器入口切向進(jìn)入后，同時(shí)產(chǎn)生兩種基本的同向旋轉(zhuǎn)液流 ——順螺旋線向下流動(dòng)的外旋流和沿螺旋線 向上流向溢流管的內(nèi)旋流， 如圖311 所示。 固相顆粒進(jìn)入水力旋流器后，一方面與液流一起繞水力旋流器軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另一方面顆粒還作軸線和徑向運(yùn)動(dòng)。 如圖 313 所示，該系統(tǒng)集成了 1 個(gè)可回收的 氣 液分離器和 1個(gè)可回收的液體增壓器 (LiquidBooster)，電力、通訊、液壓和公用設(shè)備通過集成鋼管臍帶提供。 圖 314 G— sep緊湊型旋流脫氣器 在為水深 1500m 的 SPC 項(xiàng)目進(jìn)行認(rèn)證實(shí)驗(yàn)時(shí)，即使操作壓力高達(dá)13MPa(一般在 213MPa 之間 )， G— sep 緊湊型旋流脫氣器氣體出口的含液體積比為 ／ m3 ，液體出口的含氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1％ 5％，顯示了良好的分離性能。增大水顆粒的直徑可以大大地增加其沉降速度。 W／ O 型原油乳化液從上部進(jìn)入，通過擋流板后進(jìn)入內(nèi)外圓筒的環(huán)形間隙并自上而下流動(dòng)。無論采用何種結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，電極部分都可以作為一個(gè)整體組件從外殼筒體頂部取出，維修檢查較為方便。 LOWACC 擁有較高的分離效率，分離出的油品的含水率可以達(dá)到 %。這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。 以旋流為基礎(chǔ)的 DOWS 系統(tǒng) 今天，已經(jīng)有很多井下分離系統(tǒng)被使用，包括氣 液分離，液 固分離和液 液分離。隨著抽油桿上下移動(dòng)，油被舉升到地面，水被回