【正文】 器被選用主要是因為它的緊湊的設計。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公司已經推出了管式分離器接 合在水下生產系統(tǒng)中的設計樣圖。如圖 310 所示，超音速分離器沿著軸向可分為第 3章 緊湊型分離設備 26 膨脹段、旋流分離段和壓縮段 三 部分，氣體混合物 進入膨脹段末端的 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急劇下降，其中的水蒸氣和重烴冷凝形成微米級的細霧狀液滴。由于出現(xiàn)激波，流動 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)的簡要說明 如圖 312，一個旋流分離系統(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。很多油田已經安裝了Kvaerner Oilfield Products 公司生產的緊湊型電聚結器。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圓 第 3章 緊湊型分離設備 35 圖 315單流道 CEC結構示意圖 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 緊湊型分離設備 37 ? 水相的除去保證了流動的穩(wěn)定，因為在聚結和分離后的油流中只有很少甚至沒有水的存在。 [31] 以重力為基礎的 DOWS 系統(tǒng) 對于重力式 DOWS 來說，重力井下油水分離技術充分利用油套環(huán)空中油、水重力差異進行分離，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 新的井下油水分離處理技術（ DOWS）包括生產集中的油流輸送到表面，而同時將干凈的水持續(xù)地通過同一井口注入指定的回注區(qū)。 第 3章 緊湊型分離設備 36 圖 316 VIEC與 LOWACC LOWACC 和 VIEC 借助于 電場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長大與水顆粒重力沉降 2 個過程同步進行，為了保證后一個過程的順利進行，常規(guī)電脫水器多采用臥式放置并始終保持罐內的層流流態(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動力。另外，在入口與溢流口之間還有短路流，即部分進料先繞蓋第 3章 緊湊型分離設備 29 下表面向內側流動，然后沿溢流管壁向下流動，最后進入溢流。 Twister 是一個壓比裝置，在應用范圍內可以保持 進口壓力 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。氣體篩包括五個垂直的 短管，它們終止于同一個旁通管，這個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，井口來液進入螺旋水道中?？紤]到來自油 井出流中的任何砂粒都會沉積在分離罐底部，因此采用 1 個帶有特殊噴嘴的沖刷系統(tǒng)以一定的時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）海底地勢起伏，運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嚴重威脅到生產的正常進行和海底集輸系統(tǒng)的安全運行，由此引起的險情頻頻發(fā)生 在海上油氣田 。 第 2章 深水系統(tǒng) 12 （ 2）由于沒有海上生產平臺，就不需要平臺操作人員，所以減少 了 生產管理操作費用和人員運送的危險。 圖 22 為就是典型的水下生產系統(tǒng)設計圖。全球水深 5001500 米的油氣勘探已變成了多數(shù)海洋油氣經營者重要戰(zhàn)略資產的組成部分。 經初步估計，整個南海的石油地質儲量大致在 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。 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)開始的標志。因此， 海洋油氣資源無論對整個世界石油工業(yè)，還是對未來世界經濟的發(fā)展，都有非常重要的意義。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，介紹了幾種正在應用的海底水處理和砂處理的技術。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。 50 年代末，海上石油產量突破億噸，達 億噸，占世界石油總產量的 10％。 20xx年年產原油 2350 萬噸。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 海域進行了 勘探。 ? 20xx 年，挪威的 Hydro’ s Troll Pilot 項目在挪威的 Troll C 油田進行分離和水回注的實驗。 （ 6）深水系統(tǒng)使開發(fā)邊際油田變得具有經濟效益，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，長距離接合現(xiàn)有 浮式生產設施的井的廢棄井口壓力高達 2MPA，因為沒有使用海底分離和海底加壓 設備 ，當井的產量 降低到 5000桶 /天時即被 遺棄。 SSBI 站采用獨立的基礎結構來支撐總成模塊、分離模塊以及其它一些組件，基礎結構采用 4 個吸力錨 (每個角上 1 個 )來進行定位和找水平。 [12] SSBI 站的優(yōu)勢 與傳統(tǒng)的水面分離方式相比， SSBI 站具有以下幾點明顯的優(yōu)勢： ? 因為安裝了全面的海底分離設施， Tordis 油田的最終采收率從 49%提高到 55%，將會多生產三千五百萬桶原油。該導管由 12m 長的標準件組合而成，每個的外徑均為 。 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回壓 提高油氣采收率。改變管式分離器的長徑比可以調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，在含水質量分數(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 重質原油，在含水質量分數(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量分數(shù)低于 30％時能夠進行有效分離 (此時的分離效率與裝配有VIEC 的重力分離器在 50％的設計載荷下運行時相當 )。 Twister BV公司在前期研發(fā)階段，計算流體力學（ CFD）數(shù)值模擬扮演了重要角色。液滴被旋轉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。 (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，故其運行費用低。顆粒越細或顆粒密度與液體密度之差越小，其運動軌跡與液流流線越接近，這樣的顆粒不能從液相中分離。面對世界范圍內 高含水油田、邊際油田和深水油田開發(fā)第 3章 緊湊型分離設備 33 等新形勢，西方發(fā)達國家的研究人員提出了緊湊型靜電聚結器的技術理念，并且研發(fā)出 了 一些代表性產品。限制半徑間隙值的目的是為了保證足夠的電場強度和乳化液的非層流流態(tài)，一般應該將雷諾數(shù)保持在 20xx8000 之間。靜電聚結器的優(yōu)勢是： ? 它們不包括任何運動部件，所以相當穩(wěn)定和可靠。旋流分離器被廣泛應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井進行干預。 ? 海底生產系統(tǒng)中應該盡量簡化，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)變得復雜。 圖 317 VIEC 和 LOWACC應用于重力式分離器 圖 317 為 VIEC 和 LOWACC 應用于重力式分離器。 [27] CEC 的特點是：（ 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 )。從旋流分離段出來的攜帶有剩余液體的氣體進人第 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面也是固 液旋流器的兩個重要特征。第 3章 緊湊型分離設備 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用于海底。來自井口的三相流在管式分離器進行分離后，油相和含量較少的氣體通過液體密封段進入下游的輸送管線中；第 3章 緊湊型分離設備 24 排出的水用于回注。這個設計準則導致了臥式分離器的軸向長度較短而徑向直徑較粗。 [15] VASPS 系統(tǒng)的優(yōu)勢 圖 36 VASPS系統(tǒng)運行的簡要說明 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備以下。氣體經出口排出系統(tǒng)自然流入地面處理裝置，進行二級或三級分離。 離心式注水泵和螺旋軸流式多相泵分別采用標準的 Framo 泵型，都是通過來自 Gullfaks C 平臺上的電纜為驅動電動機供電，都可用 1 個獨立的工具回收。 [11] 由于常規(guī)海底重力式分離器的上述缺點，它們在海底生產系統(tǒng)中并沒有得到廣泛的應用，而應用最多的是海底 緊湊型 分離器，下面將著重介紹幾種海底緊湊型分離設備 。 （ 6）由于深水 系統(tǒng)的 設備容器等均安裝在海底，一般情況下不可能經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行且數(shù)年無需維護。 （ 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 ，降低了設備 的投資 。但是水下生產系統(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)預計，未來 10 年，全球海洋油氣勘探開發(fā)及經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。 [4] 1966 年聯(lián)合國亞洲及遠東經濟委員會 經過對包括釣魚島列島在內的我國東部海底資源的勘查，得出的結論是： 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”。 7080 年代，隨著平臺和鉆井技術的發(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。 深水開發(fā)技術經歷了從無到有的過程，雖然已經出現(xiàn)了商業(yè)化運作的深水生產系統(tǒng)，但是深水開發(fā)技術在很多方面還不成熟，仍然就有很大的提升空間。 中國石油大學（華東）畢業(yè)論文 深水油氣分離概念化設計 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 20xx 年 6 月 15 日 中國石油大學（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。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。 90 年代，成功解決了溫帶海域油氣開采面臨的鉆井、采油、集輸和存儲等技術問題，而且高寒水域的平臺和管線技術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。據(jù)我國科學家 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。 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。 [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)。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藥劑的使用減少，降低 了 生產成本。 第 3章 緊湊型分離設備 14 第 3 章 緊湊型分離設備 隨著陸上石油資源的迅速枯竭，越來越多的公司希望能