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深水油氣分離概念化設(shè)計(jì)本科畢業(yè)論文(留存版)

2025-07-27 15:01上一頁面

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【正文】 器被選用主要是因?yàn)樗木o湊的設(shè)計(jì)。但是管式分離的概念表明它能有效的分離高粘度流體。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。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。由于出現(xiàn)激波,流動(dòng) 壓力 的損失也很大。 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。 圖 312 海底緊湊型旋流分離系統(tǒng)的簡(jiǎn)要說明 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。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。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。 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有水的存在。 [31] 以重力為基礎(chǔ)的 DOWS 系統(tǒng) 對(duì)于重力式 DOWS 來說,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,其分離過程亦遵循 Stokes 法則。分離出的水回注地層以保持壓 力。 [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)地通過同一井口注入指定的回注區(qū)。 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。由于水顆粒靜電聚結(jié)長(zhǎng)大與水顆粒重力沉降 2 個(gè)過程同步進(jìn)行,為了保證后一個(gè)過程的順利進(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)。 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。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。 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。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。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題。 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。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。 ? ESP:由 LDP 懸掛在帶有電氣連接件的分離器頂部壓蓋上。 在承壓套管的頂部,井口來液進(jìn)入螺旋水道中??紤]到來自油 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)間間隔來沖走罐底的沉砂。 ? 它們 非常龐大,占有很大的海底空間。 ( 4)海底地勢(shì)起伏,運(yùn)行操作等帶來的問題如段塞流析蠟、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 。 第 2章 深水系統(tǒng) 12 ( 2)由于沒有海上生產(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)。 圖 22 為就是典型的水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖。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(yíng)者重要戰(zhàn)略資產(chǎn)的組成部分。 經(jīng)初步估計(jì),整個(gè)南海的石油地質(zhì)儲(chǔ)量大致在 230 億 300 億噸之間,約占中國(guó)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(gè)波斯灣”之稱,僅在曾母盆地、沙巴盆地、萬安盆地的石油總儲(chǔ)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(chǔ)量分布在中國(guó)海域。 1887 年,在美國(guó)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。因此, 海洋油氣資源無論對(duì)整個(gè)世界石油工業(yè),還是對(duì)未來世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,都有非常重要的意義。同時(shí),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)。據(jù)估計(jì),海洋石油資源量約占全球石油資源總量的 34%,累計(jì)獲探明儲(chǔ)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。 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%。 20xx年年產(chǎn)原油 2350 萬噸。但相比之下,我國(guó)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(duì)其中 10% 的 海域進(jìn)行了 勘探。 ? 20xx 年,挪威的 Hydro’ s Troll Pilot 項(xiàng)目在挪威的 Troll C 油田進(jìn)行分離和水回注的實(shí)驗(yàn)。 ( 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。 但是就目前而言,長(zhǎng)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?yàn)闆]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(shí)即被 遺棄。 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(gè)吸力錨 (每個(gè)角上 1 個(gè) )來進(jìn)行定位和找水平。 [12] SSBI 站的優(yōu)勢(shì) 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(shì): ? 因?yàn)榘惭b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(huì)多生產(chǎn)三千五百萬桶原油。該導(dǎo)管由 12m 長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)件組合而成,每個(gè)的外徑均為 。 圖 37 接合到 Troll B 半浮式平臺(tái)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。改變管式分離器的長(zhǎng)徑比可以調(diào)整管式分離器的效率。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(shí)得到了有效分離,而此時(shí)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(shí)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(shí)能夠進(jìn)行有效分離 (此時(shí)的分離效率與裝配有VIEC 的重力分離器在 50%的設(shè)計(jì)載荷下運(yùn)行時(shí)相當(dāng) )。 Twister BV公司在前期研發(fā)階段,計(jì)算流體力學(xué)( CFD)數(shù)值模擬扮演了重要角色。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(gè)同軸的管子和管壁 上的環(huán)形縫 )將液體排出。 (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(dòng)力,故其運(yùn)行費(fèi)用低。顆粒越細(xì)或顆粒密度與液體密度之差越小,其運(yùn)動(dòng)軌跡與液流流線越接近,這樣的顆粒不能從液相中分離。面對(duì)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(shì),西方發(fā)達(dá)國(guó)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。限制半徑間隙值的目的是為了保證足夠的電場(chǎng)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。靜電聚結(jié)器的優(yōu)勢(shì)是: ? 它們不包括任何運(yùn)動(dòng)部件,所以相當(dāng)穩(wěn)定和可靠。旋流分離器被廣泛應(yīng)用于地面和井下分離。 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(duì)井進(jìn)行干預(yù)。 ? 海底生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)該盡量簡(jiǎn)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。 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。 [27] CEC 的特點(diǎn)是:( 1)采用 AC 電場(chǎng); ( 2)油水乳化液在其中的流 動(dòng)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 )。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(jí)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(jí)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。另外,空氣柱和零軸速包絡(luò)面也是固 液旋流器的兩個(gè)重要特征。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。由于停留時(shí)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。 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。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。這個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則導(dǎo)致了臥式分離器的軸向長(zhǎng)度較短而徑向直徑較粗。 [15] VASPS 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 圖 36 VASPS系統(tǒng)運(yùn)行的簡(jiǎn)要說明 因?yàn)?VASPS系統(tǒng)主要安裝在海上平臺(tái)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(shì): ? 系統(tǒng)能夠方便和及時(shí)地進(jìn)行維修,因?yàn)榉蛛x和增 壓系統(tǒng)的主要組成部分都直接在表面設(shè)備以下。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(jí)或三級(jí)分離。 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(tái)上的電纜為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)供電,都可用 1 個(gè)獨(dú)立的工具回收。 [11] 由于常規(guī)海底重力式分離器的上述缺點(diǎn),它們?cè)诤5咨a(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 。 ( 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(dòng)到海面或在海底進(jìn)行維護(hù) ,這對(duì)集輸系統(tǒng)提出了一個(gè)要求:必須能長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行且數(shù)年無需維護(hù)。 ( 4) 在海底進(jìn)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 。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)。 [6] 據(jù)預(yù)計(jì),未來 10 年,全球海洋油氣勘探開發(fā)及經(jīng)營(yíng)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(jì)投資可達(dá) 萬億美元,其中深水投資年均將超過 150 億美元。 [4] 1966 年聯(lián)合國(guó)亞洲及遠(yuǎn)東經(jīng)濟(jì)委員會(huì) 經(jīng)過對(duì)包括釣魚島列島在內(nèi)的我國(guó)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(gè)中東”。 7080 年代,隨著平臺(tái)和鉆井技術(shù)的發(fā)展,海 洋油氣勘探開發(fā)水域范圍進(jìn)一步擴(kuò)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。 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(yùn)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。 中國(guó)石油大學(xué)(華東)畢業(yè)論文 深水油氣分離概念化設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 專業(yè)班級(jí): 指導(dǎo)教師: 20xx 年 6 月 15 日 中國(guó)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(chǔ)量、分布和開發(fā)狀況,并對(duì)我國(guó)的海洋油氣資源狀況以及我國(guó)深水油氣開發(fā)所面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了介紹。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(gè) 新 的檔次。 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(chǔ)等技術(shù)問題,而且高寒水域的平臺(tái)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(jìn)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(kuò)展到西非、南美及澳大利亞大陸架等海域。據(jù)我國(guó)科學(xué)家 1982年估計(jì),釣魚島周圍海域的石油儲(chǔ)量約 30 億 70 億噸,其他資料反映,該海域海底石油儲(chǔ)量超過 100 億噸。 在海洋資源開發(fā)愈演愈烈的今天,我國(guó)也必須加快前進(jìn)的步伐,以便能在世界能源大戰(zhàn)中獲得有利的地位。 [9]圖 23 和圖 24 就是現(xiàn)實(shí)中存在的海底增壓用的氣體壓縮機(jī)和海底分離系統(tǒng)。同時(shí) ,在海底進(jìn)行水的脫出 降低了長(zhǎng)距離輸送管道中形成水化物的危險(xiǎn)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。 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
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