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高效油气水处理技术 油气水三相分离器技术简介 郭长会2010年10月 1 影响分离的因素 1 液滴间的相互作用 乳化特性的影响2 油水物性的影响3 处理温度的影响4 压力和含水量的影响5 流场分布不均的影响6 内环流的影响7 流态变化的影响8 油水界面的影响9 长度直径比的影响 2 油气水分离处理工艺 是将从油井收集的油气水混合物进行气液分离 油水沉降 原油脱水 天然气净化等对油井产出物进行初加工的过程 是油田集输处理工程的核心部分 3 油气水分离及原油脱水技术 4 游离水脱除器 5 6 油气水三相分离器 立式 油气水三相分离器 卧式 7 三相分离器优化结构 一般来说 分离器构件的优化可以考虑下面几个因素 1 入口构件的改造2 嵌入式分离3 部分分离4 新型集液器 8 三相分离器优化结构 入口优化 旋风分离装置在入口构件中得到广泛的应用 因为它能够使泡沫破碎和气液分离 旋风分离式入口装置的优点为 1 入口动能可以比较高2 具有消泡的作用3 可以对气体初步分离 A旋风分离式入口装置 B立式单旋风分离器气液分离 9 三相分离器优化结构 嵌入式脱气 嵌入口脱气装置采用了静态透平技术 通过第一个透平装置 两相混合物 气体 液体 发生旋转 由于密度差异 气体会进入装置的中心 生成稳定的气核 这些气体以及一部分液体被移除 进入垂直的净气装置 在净气装置中 液体从气体中分离出来然后进入主管线 最终洁净的气体离开净气装置 10 油气水分离及原油脱水技术 叶片式填充件和旋风分离器取代了金属网垫 而且旋风分离器还可以沿轴线安装在气体的出口处 紧凑旋风分离器或者内嵌式装置安装在主分离器的前部 进行部分分离 分离出的气体进入净气器 三相分离器优化结构 11 三相分离器优化结构 旋风捕雾装置 A典型的捕雾器 B不同类型的旋风分离装置 尽管旋风分离器尺寸较小 但是可以用于移除液雾 与传统的捕雾器相比 旋风式捕雾装置具有效率高 可以脱除小液滴以及污垢小等优点 在旋风式分离器内 流体沿切线进入气体出口管 液体被甩到分离器外壁 并流到底部 气体以相反的方向从内管流出 在轴流式旋风分离器里 管内静止的透平机使流体产生旋转 气体的吹扫作用使液膜沿着裂缝被移除 12 油气水分离及原油脱水技术 油气水三相分离器 三相分离器内部构件 板式聚结器 平行板隔油器 波纹板隔油器 交叉流分离器 13 油气水分离及原油脱水技术 油气水三相分离器 三相分离器内部构件 板式聚结器 平行板隔油器 波纹板隔油器 交叉流分离器 B 自支承式波纹板填料 A 平行板波纹填料 C 峰谷搭片式波纹填料 14 油气水分离及原油脱水技术 油气水三相分离器 三相分离器内部构件 板式聚结器 平行板隔油器 波纹板隔油器 交叉流分离器 15 油气水分离及原油脱水技术 油气水三相分离器 三相分离器内部构件 板式聚结器 平行板隔油器 波纹板隔油器 交叉流分离器 B油水交叉流动分离器中聚结部分 C油水交叉流动分离器中分离段 A油水交叉流动分离器 16 油气水分离及原油脱水技术 油气水三相分离器 三相分离器内部构件 除砂喷嘴和排砂口 17 油气水分离及原油脱水技术 液面界面控制方案 油气水三相分离器 立式 18 油气水分离及原油脱水技术 液面界面控制方案 固定堰板式 溢流堰板式 桶堰板式 可调堰板式 油气水三相分离器 卧式 19 油气水分离及原油脱水技术 油气水三相分离器界面控制原理 20 油气水分离及原油脱水技术 几种典型的分离器结构 卧式油气水三相分离器 1一油气水混合物入口 2 入口分流器 3一安全阀 4一保安装置接口 5一除雾器 6一原油脱气区 7一快速液位调节器 8一压力表 9一仪表用气出口 l0一气体出口一液位计 12一膜片阀 13一污水出口 14一防涡流板 15一排污口 16一原油出口 21 油气水分离及原油脱水技术 几种典型的分离器结构 卧式油气水三相分离器 22 油气水分离及原油脱水技术 几种典型的分离器结构 A 容器 B Skidor鞍 C 入口分流器 D 分配挡板 E Monarch聚结组件 F 泡沫破碎器 G 涡流消除器 H 废油坑和堰 I 除雾器 J 冲砂系统 Monarch分离器 卧式油气水三相分离器 23 HNS型高效三相分离器 24 辽河油田稠油三相分离器 1 排气口2 除雾器3 人孔4 油溢流槽5 溢流板6 PERFORMAX板7 减速器8 物料进口9 折流板10 鞍式支座11 排污管12 冲砂管13 集砂槽14 除油管15 溢流隔板16 溢流槽底板17 出油口18 出水口 25 江汉XSL 型三相分离器 1 异型蝶阀2 捕雾器3 气液挡板4 集气包5 液位 界面 调节机构6 出油阀7 出水阀8 出水分液包9 蛇形板整流机构10 转向器11 均质分液流12 瓣形预分离头 26 中原油田对三相分离器 1 气液进口2 气预分离室3 天然气出口4 气除液室5 集水和高度调节装置6 7 油 水出口8 排污口9 集水管10 聚结板11 人孔12 防冲反射器13 安全阀接口 27 大庆油田聚丙烯波纹板网填料三相分离器 1 混合液进口2 斜管3 导气管4 分离进口5 进液室6 沉降室7 波纹板填料8 固定堰板9 导油管10 可调堰板11 水室12 油室13 油出口14 水出口15 浮子液位计16 捕雾器17 分气包18 气出口19 鞍座20 旋流除砂器 28 江苏油田三相分离器 1 进口2 一次捕雾3 二次捕雾4 气出口5 6 油 水出口7 波纹板8 折流板9 散流板10 瓷环11 换热器12 调节手轮13 可调堰管14 视镜 29 油气水分离及原油脱水技术 几种典型的分离器结构 胜利分离器 30 根据理论分析和内构件的研究 优化了三相分离器结构尺寸 SXF高效三相分离器的结构改进措施 31 进口采用旋流预分离筒 提高了气液的分离效率 可以减小气相空间 增加油水的有效容积 提高油水的分离效果 SXF高效三相分离器的结构改进措施 32 进口布液管增加延伸直管 增加分离器的有效分离长度 提高分离效率 SXF高效三相分离器的结构改进措施 33 进口管后设迷宫整流板 进行整流 并且具有除砂 聚结的作用 SXF高效三相分离器的结构改进措施 34 利用波纹板进行油气水得聚结 提高分离效率 SXF高效三相分离器的结构改进措施 35 采用斜板聚结分离填料 实现聚结和分离作用的合一 提高油水的分离效率 SXF高效三相分离器的结构改进措施 36 采用射频导纳油水界面检测仪 检测控制油水界面 简化水腔结构 增加了设备的有效容积 SXF高效三相分离器的结构改进措施 37 增高溢油挡板 提高油水的分离效率 SXF高效三相分离器的结构改进措施 38 2020 3 20 39 气出口设除雾器 保证天然气的分离效果 SXF高效三相分离器的结构改进措施 40 分离器底部设冲砂盘管和集砂包结构 保证可靠清砂 防止泥砂在分离器内的淤积 保证油水的分离效率 SXF高效三相分离器的结构改进措施 41 设备的结构改进和系列化 结构形式4 中重质原油带加热三相分离器 结构形式1 轻质原油三相分离器 结构形式2 中重质原油三相分离器 结构形式3 轻质原油带加热三相分离器 结构形式5 油水深化处理及含聚采出液三相分离器 针对不同的油品性质和现场要求 设计了不同内部结构的三相分离器 实现了系列化 SXF高效三相分离器的结构改进措施 42 水滴的沉降速度计算 具有一定沉降速度的水滴在分离器中能否沉降至集水部分还取决于分离器的型式和分离器重力沉降部分中液体的流速 水滴的分离条件 43 影响分离的因素 1 液滴间的相互作用 乳化特性的影响2 油水物性的影响3 处理温度的影响4 压力和含水量的影响5 流场分布不均的影响6 内环流的影响7 流态变化的影响8 油水界面的影响9 长度直径比的影响 44 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 乳化液是一种非均相液体体系 它由两种不互溶的液体组成 而且其中一种液体以液滴形式直接分散在第二种液体中 乳化液与一种液体在另一种液体中的简单分散体不同 乳化液中存在着一种能抑制聚结现象的乳化剂 因此液滴相互接触时发生聚结的概率大为减小 乳化液中以小液滴形态存在的那一部分则称作内相 分散相或非连续相 乳化液的定义 在原油和水组成的大部分乳化液中 水是细分散在油中的 水滴的球形是界面张力作用的结果 界面张力作用于水滴 使水滴与油接触的面积尽可能小 这就是油包水型乳化液 被称为 正常 乳化液 油也可以分散在水中 形成水包油乳化液 后者被称为 反向 乳化液 45 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 乳化液的类型 原油中所含的水分 有的在常温下用简单的沉降法短时间内就能从油中分离出来 这类水称为游离水 有的则很难用沉降法从油中分离出来 这类水称乳化水 它与原油的混合物称油水乳状液 或原油乳状液 乳化水需采取专门的措施才能脱除 一种是水以极微小的颗粒分散于原油中 称为 油包水 型乳状液 用符号w o表示 此时水是内相或称分散相 油是外相或称分散介质 因外相液体是相互连接的 故又称连续相 另一种是油以极微小颗粒分散于水中 称为 水包油 型乳状液 用符号o w表示 此时油是内相 水是外相 46 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 乳化液的定义 油包水乳状液 47 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 乳化液的定义 油相多重乳化 48 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 乳化液形成的三个必要条件是 1 油田采出物有原油和水 二者不互溶 2 原油中有足够的胶质 沥青质 环烷酸 地层岩屑 泥砂等 它们都是天然的 高性能的乳化剂 3 在油田开发和油气集输过程中 油 水 乳化剂三者共聚一体 在油井井筒 油嘴 管道 阀件 机泵中充分接触混合 特别是在油田伴生气的参予下 其搅拌更为激烈 原油乳化液的形成 49 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 乳化的防止 集油过程原油中水珠粒径变化情况 泵进口水珠粒径变化情况 50 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 采油时能使油完全与水隔绝和 或 防止油井产出流体受到各种形式的搅拌 就不会生成乳化液 在一些油井中 要把水完全隔绝是困难的或者是不可能的 同时 防止搅拌几乎也是不可能的 所以 许多油井必然会产生乳化液 然而 在一些场合下 乳化作用是由于操作方法不当而加重的 杆式泵抽油井抽油速度过大 柱塞和凡尔维护不良 利用重力流动输送的地方用泵输送流体 都会造起不必要的扰动 如果条件许可 在油一水分离之前要尽量减少因流经离心泵 油嘴和控制阀而引起的压力降 乳化的防止 51 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 加入化学破乳剂 正确选用增压泵 乳化的防止 正确设计和建设管道 正确布置脱水设备的位置 52 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 分散度 原油状液的性质 密度 分散相在连续相中的分散程度称为分散度 原油含水 含盐后 其密度显著增大 53 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 粘度 原油状液的性质 原油乳状液是一种多相体系 不遵循牛顿内摩擦定律 属于非牛顿液体 这时的粘度应称为表观粘度 含水率较低时 乳状液的粘度随含水率的增加而缓慢上升 含水率较高时 粘度迅速上升 当含水率超过某一数值 图中约为65 75 时 粘度又迅速下降 此时w o型乳状液相为o w型或w o w型乳状液 此后 随含水率的进一步增加 油水混合物的粘度变化不大 54 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 原油状液的性质 电性质 原油乳状液的电导率除取决于其含水率和水颗粒的分散度外 在很大程度上决定于水中的含盐 含酸 含碱量 乳状液的电导率还随温度的增高而增大 介电系数是乳状液另一项重要的电性质 原油的介电系数为2 水的介电系数约为油的40倍 即80 由于原油和水介电系数的悬殊差别 当把乳状液置于电场内时 乳状液的内相水滴将沿电力线排列 并使乳状液的电导率激烈增加 电场内 乳状液内相水滴沿电力线排列的这种性质 常被用来破坏原油乳状液 脱除原油中所含的水 55 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 原油状液的性质 电性质 几种原油电导 粘度与温度的关系图 56 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 原油状液的性质 稳定性和老化 影响乳状液稳定性的主要因素有 乳状液的分散度和原油粘度 乳化剂的类型和保护膜的性质 内相颗粒表面带电 乳状液温度和水的pH值等 1 分散度和原油粘度 若油水混合物内有足够的乳化剂 并受到充分搅拌 则形成内相颗粒小 分散度高的原油乳状液 水滴愈小 布朗运动愈强烈 就能克服重力影响不下沉 而保持稳定 此外 原油粘度愈大 水滴愈不易下沉 原油乳状液也就愈稳定 57 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 原油状液的性质 稳定性和老化 2 乳化剂的类型和保护膜的性质 原油中存在的天然乳化剂大体上可分为三类 它们对乳状液的稳定性有很大的影响 乳化剂是低分子有机物 如脂肪酸 环烷酸和某些低分子胶质 这类物质有较强的表面活性 易在内相颗粒界面形成界面膜 但由于分子量低 界面保护膜强度不高 故乳状液的稳定性较低 第二类是高分子有机物 如沥青 沥青质等 它们在内相颗粒界面形成较厚的 粘性和弹性较高的凝胶状界面膜 机械强度很高 使乳状液有较高的稳定性 第三类是粘土 砂粒和高熔点石蜡等固体乳化剂 由这类乳化剂构成的界面膜的机械强度很高 因而乳状液的稳定性也很高 由蜡晶粒作为固体乳化剂构成的乳化液 会因温度增高时蜡品粒的溶解而使乳状液稳定性下降 58 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 原油状液的性质 稳定性和老化 3 内相颗粒表面带电 59 油气水分离及原油脱水技术 原油乳状液 原油状液的性质 稳定性和老化 4 温度 乳状液温度对其稳定性有很大影响 随温度的增高 乳状液稳定性下降 这是因为 1 乳状液的主要乳化剂 沥青质 胶质 石蜡等在原油中的溶解度增加 减弱了由这些乳化剂构成的内相颗粒界面膜的机械强度 使水滴易于在互相碰撞时合并下沉 2 内相颗粒体积膨胀 使界面膜变薄 机械强度减弱 3 加剧了内相颗粒的布朗运动 增加了互相碰撞 合并成大颗粒的机率 4 油水体积膨胀系数不同 原油体积膨胀系数较大 使水和油的密度差增大 水滴易于在油相中下沉 5 降低了原油的粘度 水滴易于沉降 60 油气水分离及原油脱水技术 原油破乳的基本方法与原理 化学破乳 该方法是向含水原油中添加化学破乳剂 经揽拌混台使其到达原油乳化液的油一水界面上 降低界面张力 破坏乳化状态 破乳后的水珠相互聚结并沉降分离 电破乳 包括交流电 直流电 交一直流电 高频脉冲供电等 用电场力破坏原油乳化液 使水珠相互聚结 自原油中分出 润湿聚结 利用高比表面材料对油与水亲和力的悬殊差差异 使原油中的油或水珠在其表面聚结 并沉降 油上浮 分离 一般原油脱水的工业生产装置是联合上述方法中的几种综台使用 然后沉降分离 包括自然沉降 热沉降 离心沉降和斜板 斜管沉降等 以便形成较完善的上艺过程 使原油脱水生产过程效率高 生产成本低 经济效益高 61 分离理论 临界相液面临界路径是相对于稳态液位而言的 但是 实际上液位是不断波动的 在设计过程中应该考虑到液位的波动 最高液位和最低液位等各种情况 图B最高液位和最低液位的各种情况 临界沉降路径如果最远处的液滴得到沉降 那么粒径相同或更大的液滴必然会得到沉降 62 目前 胜利油田针对多种采出液进行了脱水工艺的攻关研究 基本形成了适应油田各种采出液特性的工艺技术系列 满足了原油脱水的需求 这些技术都是以三相分离器作为主要分离设备 轻质原油 一段压力脱水 中质原油 两段 三段脱水 重质原油 三段脱水 重质及普通稠油 三段高温脱水 热采稠油 一级压力分水 三段沉降脱水 二级压力分水 一段沉降脱水 63 轻质原油一段压力脱水典型流程 王岗联合站 外输 进站阀组 三相分离器 加热炉 污水去污水站 分离缓冲罐 原油稳定 二 原油处理技术 三相分离一段压力脱水工艺 中质原油两段压力脱水典型流程 商河四净站 广利联 外输 进站阀组 三相分离器 加热炉 污水去污水站 分离缓冲罐 电脱水器 原油稳定 二 原油处理技术 三相分离 电脱水两段压力脱水工艺 中质原油三段脱水典型流程 高含水 盘二联 提升泵 进站阀组 三相分离器 加热炉 电脱水器 外输 污水去污水站 污水 原油稳定 二 原油处理技术 三相分离 沉降 电脱水三段脱水工艺 重质及普通稠油三段高温脱水典型流程 孤岛 孤东脱水站 提升泵 进站阀组 三相分离器 加热炉 加热炉 电脱水器 外输 污水去污水站 污水 二 原油处理技术 三相分离 高温沉降 高