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1、关于油气集输前沿技术第1页，讲稿共55张，创作于星期二第一部分油气混输技术第二部分多相流量计第三部分油气分离第四部分液液旋流分离技术第一部分油气混输技术一、多相流输送工艺二、水化物的生成与防止三、段塞及液塞捕集器四、混输泵五、石油大学研究情况第二部分多相流量计第三部分油气分离第四部分液液旋流分离技术第一部分油气混输技术第二部分多相流量计一、相分率测量方法二、相流流量测量方法三、多相流流量计第三部分油气分离第四部分液液旋流分离技术第一部分油气混输技术第二部分多相流量计第三部分油气分离一、三相分离器技术二、结构紧凑、轻型分离器第四部分液液旋流分离技术第一部分油气混输技术第二部分多相流量计第三部分油
2、气分离第四部分液液旋流分离技术一、液液旋流分离器二、井下旋流分离系统“油气集输油气集输”前沿技术讲座前沿技术讲座第2页，讲稿共55张，创作于星期二第一部分 油气混输技术一、多相流输送工艺二、水化物的生成与防止三、段塞及液塞捕集器四、混输泵五、石油大学研究情况第3页，讲稿共55张，创作于星期二一一、多多相相流流输输送送工工艺艺表1国内外典型中长距离多相混输管线概况第4页，讲稿共55张，创作于星期二一一、多多相相流流输输送送工工艺艺1、混输压降计算方法研究、混输压降计算方法研究目前多相流运动规律的研究已从50年代的由室内试验结果得出经验半经验公式，发展到从多相流机理人手，通过较大规模的试验，建立相
3、应的水动力学模型，用数值方法求解。已有多种混输流型判别与压降计算模型，但还没有适用范围广且精确度高的计算方法，尤其没有能适用我国国内大量存在的易凝高粘原油的混输压降计算方法。由于不能准确地进行工艺计算，给混输管路设计、运行带来了困难，降低了它的经济性、可靠性，使其应用受到了限制，也阻碍了远距离自控技术的应用，甚至不得不付出较高的代价放弃对该项技术的使用。虽然多相流动流型复杂，影响因素众多，取得进一步成果难度较大，但是近年来各石油大国还都投入了大量人力、资金研究混输技术。第5页，讲稿共55张，创作于星期二一一、多多相相流流输输送送工工艺艺2、国内外多相流模拟软件综述、国内外多相流模拟软件综述PI
4、PEPHASEPIPEPHASE是由SimulationScienceInc.开发的一个稳态多相流模拟软件。该软件中包括传热的精确计算。物性模块采用参数可适当调整的SRK状态方程计算，是用北海油田流体的PVT实验数据调整状态方程中的参数，在软件中用PVTGEN选项完成这项工作。该软件中对压降、持液率和流型的计算由用户选择不同的关系式计算。第6页，讲稿共55张，创作于星期二一一、多多相相流流输输送送工工艺艺TACITETACITE是由INSTITUTFRANCAISDUPETROLE（IFP），TOTAL和ELFAQUITAINE合作开发的一个瞬态油气多相流模 拟 软 件。其 中 的 物 理 模
5、 型 得 到IMFT（Institute deMecaniquedesFluidesdeToulouse的协助，数值计算方法得到EcoleNormaleSuperieuredeLyon的协助），IFP负责集成一体，ELFAQUITAINE和TOTAL负责检验。第7页，讲稿共55张，创作于星期二一一、多多相相流流输输送送工工艺艺OLGAOLGA是由SINTEF（ScientificandIndustrialResearchattheNorwegianInstituteofTechnology）和IFE（TheInstituteforEnergyTechnology）在几个欧洲石油公司的支持下进行
6、开发的，它的最早版本完成于1984年，后来几经改进。这里介绍的是OLGA的1991版，它是以一维修正双流体模型为基础的瞬态两相流程序，可用于多分支管网。OLGA预测的稳态结果与稳态模拟软件PIPEPHASE的预测结果基本一致，从与PIPEPHASE的比较还可看出持液率的预测分散较大，分离器气体流量和液体流量预测也较大。不同参数对PVT数据的敏感程度不一，平台压力和井口温度对PVT数据不敏感，井口压力和平台温度对PVT敏感。第8页，讲稿共55张，创作于星期二二二二二、水水水水化化化化物物物物的的的的生生生生成成成成与与与与防防防防止止止止1、水化物水化物气体水化物是一种固态结晶物。它们的外观象雪
7、或松散的冰，比重约为0.960.98，比水轻，而重于烃类液体。它是某些气体或有机物液体与水在某一确定的低温，高压条件下产生的。很多气体或有机物液体的分子都能与水形成水化物。在天然气或石油输送过程中，可能与水生成水化物的主要是一些分子量较小的烃类，如：甲烷、乙烯、乙烷、丙烷、环丙烷、正丁烷、异丁烷等，另外天然气的二氧化碳和硫化氢也能生成水化物。生成的水化物可能部分甚至完全堵塞输送管道，在井口平台，甚至会出现出油管线爆裂的事故。因此水化物问题是输气管，液化气管道及油气混输管道遇到的特殊问题。第9页，讲稿共55张，创作于星期二二二二二、水水水水化化化化物物物物的的的的生生生生成成成成与与与与防防防防
8、止止止止2、化物的危害及防止措施化物的危害及防止措施水化物生成需满足两个基本条件，即组分条件和热力条件。水化物的存在会堵塞输送管线，水化物可能在三种情况下出现：管线正常输送情况下：气体或混输管线经过寒冷地区，管内介质的温度随着输送距离的增加而降低。在某一点满足水化物生成条件，从而形成水化物。这种情况可能由以下原因造成：、输量的下降；、环境温度的下降；、烃组分的变化；、含水量的上升。正常停输情况下：在正常输送过程中，管线的热力工况较好，输送介质中游离水比较分散，可能不会形成水化物。但当管线停输后，管线中的介质温度下降，游离水也会聚集在管线的低洼处，因而易于形成水化物，出现水化物堵塞的可能性也就增
9、大。非正常停输情况下：正常停输之前，可以采取措施预防水化物的生成，如在停输前向管内注入一定量的抑制剂。但是非正常（事故）停输情况下，由于没有采取任何预防措施，则水化物堵塞管路的危险很大。这也是最容易发生的情况，因此也是最受重视的情况。第10页，讲稿共55张，创作于星期二二二二二、水水水水化化化化物物物物的的的的生生生生成成成成与与与与防防防防止止止止防止水化物的生成，也就是破坏水化物生成的相平衡条件。目前已被采用的方法包括四个方面：脱水处理，使含水量低于某一标准值。该方法在陆上大部分油气田开发中应用，而在海上油气田开发中，则存在经济性问题。加热，使温度高于某一压力下水化物的生成温度，这种方法对
10、大部分陆上埋地管线是可以采用的。降低系统压力。在实践中很少采用这种方法。不过这种方法有时可用来消除管道内已生成的水化物堵塞。当管道完全被水化物堵塞后，采用加热消除堵塞的方法往往比较困难，因为很难确定水化物堵塞的准确位置。利用抑制剂防止水化物生成。这是一种广泛采用的防止和消除水化物的方法。常用的抑制剂有甲醇（CH3OH）、乙二醇（C2H6O2）、二甘醇（C4H10O3）、三甘醇（C6H14O4）、氯化钙（CaCl2）等。抑制剂的存在可以降低在给定压力下水化物的生成温度。甲醇、乙二醇是较好的抑制剂。但在选择抑制剂时还应考虑抑制剂的回收问题，以及抑制剂在各平衡相中的比例问题。为了防止水化物的生成，抑
11、制剂应该存在于各相之中。但是以气体形式或溶于气相中的抑制剂很难回收，或回收费用很高，而在液相中的抑制剂则比较容易回收。但当液态水中盐和水垢物浓度较高时，回收也会变得困难。甲醇的蒸汽压较高，可以分散于各相中，但有相当一部分存在于气相的甲醇损失掉而不能回收。乙二醇的蒸发性较差，大部分存在于液相中，易于回收。第11页，讲稿共55张，创作于星期二二二二二、水水水水化化化化物物物物的的的的生生生生成成成成与与与与防防防防止止止止2、止水化物生成的工程实例止水化物生成的工程实例1993年9月，建成不久的JZ202海底输气管线，因平台脱水处理不彻底，导致管线水化物堵塞。开始由于经验不足，盲目提高输送压力，结
12、果适得其反，堵塞更严重。后采用降压措施，才逐步恢复了生产。经过实践，确定了如下的预防措施，日常生产采用乙二醇脱水，平台储备甲醇，一旦出现堵塞征兆，灌注甲醇解堵。如果油气井停产，向井筒灌注乙二醇。第12页，讲稿共55张，创作于星期二三三三三、段段段段塞塞塞塞及及及及液液液液塞塞塞塞捕捕捕捕集集集集器器器器 1、1、段塞流模型、段塞流模型图1段塞流物理模型第13页，讲稿共55张，创作于星期二三三三三、段段段段塞塞塞塞及及及及液液液液塞塞塞塞捕捕捕捕集集集集器器器器 液塞捕集器的作用它主要用于接纳来自混输管路上游的液塞或最大液塞。它有以下两方面的作用：a.捕集液塞，有效分离液体，确保下游设备正常工作
13、；b.在最大液塞到达时，可作为带压液体的临时储存器，平衡来流与出流，连续向下游供气。第14页，讲稿共55张，创作于星期二三三三三、段段段段塞塞塞塞及及及及液液液液塞塞塞塞捕捕捕捕集集集集器器器器 液塞捕集器的分类液塞捕集器基本上可以分为两类：a.容器式：对于泡沫常成为气液分离主要问题的原油伴生气混合流体，往往采用容器式液塞捕集器。由于海上平台空间有限，往往采用容器式液塞捕集器。b.管式：在处理凝析气混输中，虽然气体比较干净而且产生的液量也较少，但清管时往往产生很大的液塞。在正常操作和清管过程中，液体流量差别很大，采用管束式捕集器吸收液体波动量。管式液塞捕集器与容器式液塞捕集器相比，虽然占地面积
14、大，但操作简单，而且能处理较大液量。第15页，讲稿共55张，创作于星期二图2液塞捕集器的组成三三三三、段段段段塞塞塞塞及及及及液液液液塞塞塞塞捕捕捕捕集集集集器器器器 第16页，讲稿共55张，创作于星期二三三三三、段段段段塞塞塞塞及及及及液液液液塞塞塞塞捕捕捕捕集集集集器器器器 按液塞进入捕集器时气体离开平行管的方式，管式液塞捕集器可分为同向流式、逆向流式和混合式，如图3所示。a.逆向流：在气液界面上，气液流向相反，有很大速度差，气体排出时存在较大阻力。为了使沿管底流动的液面高度减至最小值，减小排气阻力，捕集器贮液段应急剧向下倾斜。气体流速与管内液体所占截面增高呈指数函数关系，当液塞速度超过某
15、值时，会发生桥塞，造成液体全部进入排气立管。b.同向流：排气管沿捕集器间隔安装，有利于平行管中气液流动互不干扰。在没有气体严重夹带液滴的情况下，分离效率接近100%。同向流的排气阻力小于逆向流的排气阻力，因此贮存段倾角较小。一般倾向于采用同向流结构。第17页，讲稿共55张，创作于星期二三三三三、段段段段塞塞塞塞及及及及液液液液塞塞塞塞捕捕捕捕集集集集器器器器 图3气、液同向流和逆向流第18页，讲稿共55张，创作于星期二四四四四、混混混混输输输输泵泵泵泵表3国外部分多相混输泵研制概况第19页，讲稿共55张，创作于星期二五五五五、石石石石油油油油大大大大学学学学研研研研究究究究情情情情况况况况第2
16、0页，讲稿共55张，创作于星期二五五五五、石石石石油油油油大大大大学学学学研研研研究究究究情情情情况况况况图5实验装置流程图第21页，讲稿共55张，创作于星期二五五五五、石石石石油油油油大大大大学学学学研研研研究究究究情情情情况况况况3、实验装置功能、实验装置功能实验装置从99年8月开始至11月初，在辽河设计院人员的参与下，连续运行了3个月，积累了大量数据。通过整体试运行和实验，认为实验装置有如下功能（和潜在功能）：（1）水平管、倾斜管多相流流型的研究。（2）准稳态下气液多相流压降、持液率及管道内稳定集液量研究。（3）准稳态下段塞流特性和清管研究。（4）通过改变液相物性（如增加粘度等），研究液
17、相物性对多相流的影响。（5）气液多相瞬变研究、瞬变过程和再次达到新稳定状态所需时间的研究。该项研究可校核多相管流瞬态计算软件的计算结果（正有一名博士生在开发多相流瞬态计算软件）。（6）清管、泄漏、堵塞（模拟水化物堵塞）等工况的瞬变多相流研究。第22页，讲稿共55张，创作于星期二五五五五、石石石石油油油油大大大大学学学学研研研研究究究究情情情情况况况况(二二)、研究成果、研究成果石油大学油气集输研究室90年代初曾对PIPEPHASE进行了较深入的研究，以后为塔里木、东海平湖-上海海底管道开发的动态监测软件受到委托方的好评，并纠正了PIPEPHASE的若干计算错误，增加了部分瞬态计算功能。“九五”
18、期间，在中油和学校支持下建成了3”、350米带清管装置的大型实验装置，改善了多相流研究的硬件环境，相信经过若干年努力，对石油多相流和软件开发和商品化方面一定能列入世界先进行列。目前我们已经研制出了用于多相混输模拟计算的软件，该软件包含有组分模型、黑油模型、凝析气模型、单相气模型和单相液模型等五种热力学模型，可以用于计算流体的热物性参数，因此可用于凝析油气混输管道、油、气、水三相混输、单相气体管道、单相液体管道等的模拟计算。第23页，讲稿共55张，创作于星期二第二部分第二部分多相流量计多相流量计一、相分率测量方法二、多相流量测量方法三、多相流流量计第24页，讲稿共55张，创作于星期二一一一一、相
19、相相相分分分分率率率率测测测测量量量量方方方方法法法法射线吸收法电学法微波法倒U型管测量（气液比）法热扩散法第25页，讲稿共55张，创作于星期二一一一一、相相相相分分分分率率率率测测测测量量量量方方方方法法法法射线吸收法射线穿过多相流体时被流体吸收，吸收的程度与多相流的密度有关，根据射线的吸收程度可得流体混合物的密度，进而计算多相流各相分率。基于射线吸收原理测量多相流平均密度和相分率时，常采用射线。若采用单束射线，因射线覆盖流体流动截面的限制，其测量值与流型间的关系很大，不能代表截面上的平均密度，影响相分率的测量精度。为提高测量精度，常采用多束射线或双能（源）多束射线。射线源常采用銫137或镅
20、241等。第26页，讲稿共55张，创作于星期二一一一一、相相相相分分分分率率率率测测测测量量量量方方方方法法法法电学法在大多数情况下多相混合物中气液相的介电常数不相等并且差别很大，利用这种性质可测量混合物中气液相分率。通常浸在气液混合物中的两电极可视为一个电容器，电容值得大小与混合物地介电常数有关，而介电常数是气相介电常数、液相介电常数和空隙率的函数，因此测量电极的电容值得大小就可以得到混合物的空隙率。研究表明，在气液流动中，电极间电容值得大小不仅与气体和液体的介电常数有关，而且在很大程度上与流型（即空隙率的分布）有关。这增加了测量的难度，设计中应做适当处理。采用电学法测相分率时，由于介质温度
21、对其电学性质的影响，故在测量时应保持被测介质有恒定的温度。测量管段应该是绝缘的。一般要用非导电材料做测量管。电学法测量的最大优点是能进行瞬态测量，此外还具有结构简单、价格低、易于实现等优点，所以一直受到人们的普遍关注，并提出各种改进方法以解决测量中存在地问题。第27页，讲稿共55张，创作于星期二一一一一、相相相相分分分分率率率率测测测测量量量量方方方方法法法法微波法通过对微波腔谐振频率的测量来确定混合物内的相分率。实现方法是把一个小的探针插入谐振腔中，把微波能量耦合到腔内。当谐振腔内通过多相流体时，探针检测到的谐振波是流体介电特性、相分率和各相分布状况的函数。Texaco含水监测仪就是利用微波
22、法测定原油含水率仪表中较好的一种，其商品名为Starcut。不论油为连续相还是水为连续相，该仪表均能精确测量原有含水率，含水率范围从0100并允许管线中存在部分气体。第28页，讲稿共55张，创作于星期二一一一一、相相相相分分分分率率率率测测测测量量量量方方方方法法法法倒U型管测量（气液比）法当三相流体流过U型管时，在垂直上升段和垂直下降段产生压力降，这个压力降由三相混合物的重位压力降和摩擦压力降两部分组成。三相流体在向上几向下流动时，气体和液体之间的速度差是不同的，由于重力的作用，向上流动时，气体速度比液体速度大；向下流动时，液体速度比气体速度大，因此相比率是不同的，根据多相流理论分析计算，可
23、以得到三相混合物的气液比。该方法应用流体力学原理以及多相流理论来测量气液比的方法，具有简单、稳定、准确的特点。据介绍，该方法的测量偏差小于2.0。第29页，讲稿共55张，创作于星期二一一一一、相相相相分分分分率率率率测测测测量量量量方方方方法法法法热扩散法一根加热的金属圆棒放入流体中，热金属棒的热量要向流体扩散，温度要降低，扩散的热量和流体的流量及混合物比热、导热系数及粘度等物理特性间存在一定的函数关系，这些物理特性参量都是相分率的函数。当加热功率和总体积流量已知，测量圆棒和来流之间的温度差，就可以得到相分率。第30页，讲稿共55张，创作于星期二二二二二、多多多多相相相相流流流流流流流流量量量
24、量测测测测量量量量方方方方法法法法按测量原理分类，当前采用的多相流流量的测量方法有：节流法流体通过节流件时会产生压降，由多相流流量与压降的关系即可测得多相流流量。文丘里管测量法就是当前使用最多的多相流流量测量法，该方法结构简单、体积小，维护方便。速度法测量多相混合物的流速和平均密度（或由测得的各相分率求得平均密度）便可得到多相流量。速度法又分为力学法、相关法、光学法、声学法、热学法、电磁法、核磁共振法等多种。相关法是使用两个任意的传感器信号间的统计依赖关系测量流速的一种方法，是当前采用的方法之一。该方法主要的优点是只有信号中的交流成分作为信息用于相关函数中，对热力影响和零点飘移不敏感。容积法第
25、31页，讲稿共55张，创作于星期二三三三三、多多多多相相相相流流流流量量量量计计计计1、取样计量法2、直接在线计量图6EUROMATIC多相流流量计工作原理图7MPFM型多相流量计结构示意图第32页，讲稿共55张，创作于星期二三三三三、多多多多相相相相流流流流量量量量计计计计国产流量计国产流量计（7）海默MFM2000系列多相流流量计MFM2000系列多相流流量计是兰州海默公司研发的多相流流量计。该流量计由流型调整装置、互相关流量计、双能伽马传感器、温度压力变送器及实现数据采集的工控机组成。互相关流量计由上游传感器和下游传感器（两个相同的单能伽马传感器）和互相关器组成，根据上、下游传感器检测到
26、的两个随机信号确定油气水三相流中气、液相流速。利用双能（结合单能信号）伽马射线测量管道截面上油气水三相流中的含水率和含气率，结合温度压力测量确定实际状态和标准状态下的油、气、水的流量。测量范围：含水率0100，含气率595，气体折算速度30m/s，液相折算速度3m/s，流量调节比15：1。测量精度：液流量510，气流量510，含水率23。第33页，讲稿共55张，创作于星期二三三三三、多多多多相相相相流流流流量量量量计计计计（8）TFM500多相流流量计TFM500多相流流量计由西安交通大学多相流国家重点实验室研发。采用类似文丘里管结构的静态混合器提高气液混合程度，减少流型对流量测量的影响。倒U
27、型管测量气液相分率，热扩散方法测量油水相分率，文丘里管测量三相总流量，实现油气水三相不分离计量。该流量计已作为国家发展计划委员会的重点工业试验项目，在大港等油田推广应用。国产流量计国产流量计第34页，讲稿共55张，创作于星期二第三部分 液液旋流分离技术一、液液旋流分离二、井下旋流分离第35页，讲稿共55张，创作于星期二1 1、液液旋流分离器结构及工作原理、液液旋流分离器结构及工作原理、液液旋流分离器结构及工作原理、液液旋流分离器结构及工作原理 液一液旋流分离技术是1980年由英国南安普敦大学MartinThew和DerekColman两教授研究成功的。1985年第一套Vortoil水力旋流器安
28、装在英国北海作业区Murchison平台，使用效果良好。近年来这项技术己成为国内外油水分离技术的研究热点。水力旋流分离器见图A、污水除油分离器B、含水原油预分旋流器第36页，讲稿共55张，创作于星期二l1）圆筒段通常为一圆柱形空腔，在其边壁和顶面上分别开有切向入口和富油流出口。圆筒段的内径，约是名义直径的2倍。一般情况下，处理量和分割粒径随旋流管直径的增加而增大。由于含油污水中油水分离的难度很大，除油旋流器的名义直径不超过60mm。l2）大锥段为圆锥形空腔，其渐缩的锥截面使流体不断加速并形成螺旋运动。通常在大锥段结束的部位流体获得最大的加速度。l3）小锥段小锥段是油水分离的主要区域。它的大端直
29、径常称为旋流管的名义直径，人们认为在名义直径附近流体的角动量达到最大值。小锥段锥角远小于大锥段的锥角。在小锥段内，一方面由于小锥管壁的摩擦，液流在锥管内流动的角动量有所减弱；另一方面，小锥管流通面积的逐渐减小，将补偿角动量的减小，两者的综合作用使流体保持相对稳定的高速旋流运动。l4）尾管段流过小锥管后的液流仍具有很大的角动量，在尾直管内油水仍可得到进一步的分离。此外，尾直管对形成的作螺旋运动的油核还起稳定作用，其出口即为分离后的净化水。第37页，讲稿共55张，创作于星期二旋流分离要素对液-液旋流分离器来讲，要实现液体旋流分离，必须具备下列条件：1）应产生非常强烈的旋流，使分散相有足够的径向迁移
30、；2）旋流器直径要小，并有足够大的长径比；3）油芯附近的液流层必须稳定，避免油水两相的重混；4）旋流器应具有很小的圆锥角，导流口能使液流产生好的旋流，旋流轴与旋流器几何轴线应重合。第38页，讲稿共55张，创作于星期二一一一一、液液液液液液液液旋旋旋旋流流流流分分分分离离离离2 2、液液旋流分离器特点、液液旋流分离器特点、液液旋流分离器特点、液液旋流分离器特点 设备重量轻，重量不足同规模常规分离设备的1/5；处理速度快，处理时间约为24s，相当常规分离设备所需时间（520min）的几百分之一；分离效率高，一般为85，最高可达99；旋流器结构简单，无任何运动部件和复杂内件，操作维护费用低，只为其它
31、分离装置的5；占地面积小，是常规处理装置的1/5110：简化了工艺流程，可取消常规油水处理工艺的管线和沉降设施，节省投资25以上。第39页，讲稿共55张，创作于星期二3 3、影响因素、影响因素、影响因素、影响因素 1)油水密度差：水力旋流器是靠流体的高速旋转产生的离心力来达到油水分离的目的，油水分离的规律也符合斯托克斯定律，油水密度差越大，油粒的上浮速度也越快，油水分离效果就越好。一般油水密度差应大于0.05g/cm3。2)油粒尺寸：油粒越大上浮的速度也越快，油水分离的效果就越好。油粒小易形成乳化液，难以分离。一般来说，油粒尺寸小于10m的分离较难，油粒大于40m的分离较易。所以在水力旋流器前
32、，应尽量减少一些易使油粒破碎的设备，且减少中间环节，尽量使脱水器排出的污水直接进入水力旋流器，这样可减少乳化油的数量，有利于提高处理效果。3)粘度：污水中的原油粘度越大，油水分离越困难。当粘度太大时，可适当提高污水的温度，以降低粘度，从而提高处理效果。4)水温：水温与粘度、油水相对密度差等都有直接关系，在高温下油和水的粘度将降低，油水的相对密度差将提高，从而可提高处理效果。试验研究明，进入水力旋流器的污水温度一般应控制在90以上。5)进口含油量：旋流器进口污水含油量越高，除油效率越高。一般进口含油量在10000mg/L以下时，水力旋流器都可保持较高的除油效率。6)进口流量：为保证污水在水力旋流
33、器内的旋流速度，就必须保证进口有一定的流量。试验表明，污水在水力旋流器中的较佳流速应控制在4.5m/s以内。第40页，讲稿共55张，创作于星期二一一一一、液液液液液液液液旋旋旋旋流流流流分分分分离离离离3 3、液液旋流分离器研究关键技术、液液旋流分离器研究关键技术、液液旋流分离器研究关键技术、液液旋流分离器研究关键技术 液一液旋流分离器内流体流动规律及分离机理；旋流器内流场、动态特性测试、分布规律、旋流器结构、选型、几何参数及优化；液一液旋流分离器配套工艺技术，低剪切增压泵、流程、检测与自控技术研究。石油大学（华东）开发的污水除油旋流器污水含油小于40mg/l，压降低于0.3Mpa。原油预分旋
34、流器出油含水低于40，达到了工业应用的水平，并已在胜利和大港油田应用。第41页，讲稿共55张，创作于星期二二二二二、井井井井下下下下旋旋旋旋流流流流分分分分离离离离对于高含水油田，采出水处理费用常占原油生产成本的75%以上。多数油井采出液中水油比为10:1或20:1时，由于水从井筒提升至地面的能耗以及水处理费用，使油井生产达到经济极限而被迫废弃。此外，含油污水还污染环境。因而，如何减少地面采出水数量以降低水的提升和处理费用，延长油井生产寿命提高油藏采收率就成为石油工作者面临的课题。九十年代以来，着手研究井下分离的可行性。92年，PetroleumDevelopmentOman首次在95/8井筒
35、内进行靠重力使油水分离试验。Texaco也进行过类似试验。91年加拿大CentreforEngineeringResearchInc.(C-FER)进行了油水井下旋流分离和同井回注的可行性研究，并于94年7月首次在PanCanadianPetroleum管辖的Alliance油田进行ESPAQWANOT(井下分离)系统的工业试验获得成功。截止98年，加拿大大约有20口井采用这种技术。现在加拿大、美国、德国等都在开展这方面研究和应用，有扩大至海洋采油的趋势。第42页，讲稿共55张，创作于星期二二二二二、井井井井下下下下旋旋旋旋流流流流分分分分离离离离图16A装置安装于产油层和注水层之间；B装置安
36、装于产油层和注水层之上。基本配置基本配置基本配置基本配置 电机电机泵泵旋流器旋流器ABAB第43页，讲稿共55张，创作于星期二二二二二、井井井井下下下下旋旋旋旋流流流流分分分分离离离离旋流器与注水泵的连接旋流器与注水泵的连接旋流器与注水泵的连接旋流器与注水泵的连接 旋流器与注水泵的连接方式有二种。泵旋流器与注水泵的连接方式有二种。泵安装在旋流器上游，称推入式（安装在旋流器上游，称推入式（Push-Push-ThoughThough），安装在旋流器下游则称为抽），安装在旋流器下游则称为抽吸式（吸式（Pull-ThoughPull-Though），见图），见图1717，此时，此时电机和注水泵的驱动
37、轴需穿过旋流器。电机和注水泵的驱动轴需穿过旋流器。采用推入式时，由于离心泵对油水混合采用推入式时，由于离心泵对油水混合物的搅拌，特别是离心泵不在高效区工物的搅拌，特别是离心泵不在高效区工作会降低旋流器的分离性能，故只适用作会降低旋流器的分离性能，故只适用于油水易于分离的油井。采用抽吸式时，于油水易于分离的油井。采用抽吸式时，石油泡点压力不能太低，否则旋流器内石油泡点压力不能太低，否则旋流器内会有大量气体析出，影响分离效果。会有大量气体析出，影响分离效果。图图1717抽吸式配置示意图抽吸式配置示意图 第44页，讲稿共55张，创作于星期二第四部分原油电动态脱盐技术 原油脱盐常采用电动态脱盐技术，即
38、电脱水和脱盐合二为以技术。该技术以双电场技术为基础。当淡化水进入电脱水和脱盐装置，并且使淡化水与原油成逆向流动，在高强电场作用下，淡化水被碎裂成许多统一细小颗粒与逆向而来的原油混合（淡化水“冲洗”作用），使淡化水与盐水多层次接触，在电场减弱时细小颗粒又会较易结合在一起，并且不断增大最后发生沉降，达到脱水和脱盐的目的，脱水和脱盐在同一装置内完成。第45页，讲稿共55张，创作于星期二第46页，讲稿共55张，创作于星期二l l电动态电动态电动态电动态脱脱脱脱盐盐盐盐技技技技术术术术主要包括主要包括主要包括主要包括电场电场电场电场强强强强度控制技度控制技度控制技度控制技术术术术、强强强强静静静静电电电
39、电混混混混合技合技合技合技术术术术和淡化水与原油的逆向流和淡化水与原油的逆向流和淡化水与原油的逆向流和淡化水与原油的逆向流动动动动技技技技术术术术等三个方面等三个方面等三个方面等三个方面 控制技术说明电场强度控制随时间改变电力分配以控制电场的变化，避免小颗粒长时间处于高电场强度区而发生电弧现象静电混合依靠合成电极技术和电载响应控制器技术，合成电极板和电载响应控制器为电动态脱盐系统的重要设备，静电混合周期由颗粒扩散、混合、结合和集结沉降四个处理阶段组成，四个阶段的电场强度变化是由电载响应器来控制（如图1-4-8）逆向流动通过增压设备往电脱水和脱盐装置注入淡化水，由分配汇（安装在电极板的上方，较靠
40、近原油出口管汇，使淡化水与原油成逆向流动）的孔眼分布注入的淡化水，使淡水流出孔眼时成粗颗粒状，这种粗颗粒可以防止其被油流携带走，这种逆向流动的设计提高淡水与盐水接触效率，增加了接触层次，提高了脱盐效果，所以淡化水的用量要比传统脱盐系统少（如图1-4-7）第47页，讲稿共55张，创作于星期二l l电动态脱盐技术特点电动态脱盐技术特点电动态脱盐技术特点电动态脱盐技术特点 电动态脱盐技术是以双电场技术为基础进行的技术改进，有很多优点，但也有不足之处。优 点缺 点1双电场脱盐和脱水；2先进的耐水性合成电极；3依靠电载响应控制器控制，使流程受到较小的干扰；4多层次的静电混合；5淡化水的用量小；6逆向流动
41、提高了淡化水与原油接触效率；7高强度电场以及电极板分布设计提高了流程抗运动干扰能力；8淡水与原油的逆向流动最大限度除去油中固态悬浮物；9适合于深度脱盐1难以除去结晶盐；2需要较大的变压器提供能量；3电载响应控制器控制箱与变压器之间的安装距离不能超过500m第48页，讲稿共55张，创作于星期二l电动态脱盐装置主要内件及其特性设备特性电载响应控制器用来控制电压、调节电场的设备，由电抗变压器、可控硅整流器以及显示器和有关电子元件组成，对电场调节可通过可控硅整流器电导角（0180）来执行，电载响应控制器具有微软件处理器的功能，能根据用户需要编程和设定值来调整电力电极电极结构类似于钢板电极，但材料主要由
42、纤维加强型塑料制成，该电极板中心面为石墨纤维，沿板长度方向具有导电性，电极板表面是由一些填塞材料制成，能吸附水，在板表面形成薄水层，成为沿板高度方向的导电媒介。它的这一特点增加了电极板的耐水性，克服了钢电板由于过于频繁电弧作用，具有承受高电压及高温等特性绝缘衬套是一个技术上要求很高的设备，除了起绝缘作用外，它还具备高压密封、耐高温和防腐蚀等特点。绝缘衬套的中心部分为导电体，由黄铜与不锈钢组成。导体外层为聚酰亚胺和特氟隆，耐高温、耐腐蚀，能抗超过六万伏高压电电极悬挂器由玻璃纤维、铸造纯特氟隆等材料组成，具有良好的绝缘性，耐高温性和抗拉性等特点第49页，讲稿共55张，创作于星期二l静电混合周期 静
43、电混合周期由颗粒扩散、混合、结合和集结沉降四个处理阶段组成。每一次的电脱水和脱盐过程就是一个静电混合周期。在滞留时间之内，将会经历多个循环周期，再加上淡化水不断地注入，就会形成淡水与原油中的盐水多层次的接触与结合。第50页，讲稿共55张，创作于星期二混合阶段说明（参见下图）颗粒扩散电压急剧上升，直到混合阶段，大量的大水颗粒由于电场作用迅速减少，同时小颗粒水结合量也在减少颗粒混合电场强度最大，水颗粒被最大限度细分并扩散，此时被细分的淡化水最易渗透到原油中颗粒结合电场强度转弱阶段，使小水颗粒相互结合成较大的颗粒，大部分的淡水与油中的盐水结合发生在这个阶段颗粒集结沉降电场强度达到最低，最有利于已结合
44、在一起的大颗粒水发生沉降，大水颗粒由于重量的原因很快沉到水层区，部分小颗粒水沉降速度慢，有可能仍处在电场区，进入下一个周期循环过程l静电混合周期第51页，讲稿共55张，创作于星期二l电动态脱盐电场变化图第52页，讲稿共55张，创作于星期二l动态脱盐技术应用分析 近年来，电动态脱盐技术已普遍应用于炼油厂、陆地油田，尤其是脱盐要求较高的地方。1996年在流花油田应用也获得了成功。在流花油田初期开发方案中，工艺流程的设计是采用脱水和脱盐分步进行的传统方案，但在详细设计阶段中，采用了电脱盐及脱水合二为一技术方案，原因为：1工艺甲板布置空间有限，若采用原方案可能造成整个流程布置困难；2节约开发费用和生产操作费用；3该技术背景资料充分，可靠性较大。第53页，讲稿共55张，创作于星期二l增强处理效果的措施为了增强处理效果，在处理现场还采取了如下措施：（1）在电动态脱盐器前增加一个脱气罐，加强对H2S等气体的分离；（2）提高操作温度，降低操作压力，降低原油粘度，便于脱水沉降和便于脱H2S；（3）设计一套独立的海水淡化系统为电动态脱盐器提供淡化水；（4）加入破乳剂，用以加强脱水效果；（5）提高电场电压到6万伏，用以加强原油与淡水混合效果。第54页，讲稿共55张，创作于星期二感谢大家观看第55页，讲稿共55张，创作于星期二