文档介绍：第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议
暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集
油气水砂多相分离的新方法
张军郑之初郭军唐驰王立洋
(中国科学院力学研究所,北京,10080)
摘要:介质分离器的发展,无论在陆上还是海上油田都受到密切关注。近期研究除快
速、高效分离技术外,又向综合多用方向发展。本研究提出一种集油气水砂分离于一体的新
的复合分离器,用离心、膨胀原理的复合旋流器先进行气液或气液固分离,然后用梯型管和
螺旋管进行油水精细分离,并把上述功能集中在一个分离器中实现。这一方法使油田上采用
了多个分离器的工艺流程,减少为单个分离器装置,这样大大减轻重量,缩小体积。尤其对
海上油田,发展深海油气采收具有更重要的意义。本分离方法目前已完成实验室原理实验、
华北油田现场实验,正在进行新型样机设计,准备在大庆油田高气液比,并随压力降低油中
有气体析出复杂情况下的油井上进行现场试验。
关键词:多相流;复合分离器;油水分离实验;螺旋管;梯型管;数值模拟
1 引言
近年来,原油价格屡创新高。世界主要产油国家都将油气田的开发生产作为本国重要的经
济战略内容予以重视。我国油气田的开采特点是陆上与海上并重,海上生产由浅海逐渐走向
深海。为最大限度地节省平台或油轮空间,配合水下生产系统,利用卫星进行远距离油田开
发,油、气、水的多相分离技术研究得到了重视[1],“十五”期间,中国海洋石油总公司与中
国科学院重大科技合作项目中,列入了上述研究课题。
2002 年底,我们提出了结合离心,重力、膨胀、振动几种分离原理于一体的复合式高效
分离方案,与传统的油气水处理设备(图 1)相比,复合式分离器采用一体化结构设计(图 2),
使得分离设备结构非常紧凑[2,3]。2006 年 10 月,工程中试样机在华北油田岔长站安装,2007
年 6 月开始试验运行,分离出的原油含水率小于 1%,外排污水中的含油率小于 10ppm,此指
标居于世界领先水平。2008 年 4 月开始设计高含气工况下的新型多相分离器。本研究以 2007
年华北油田的现场试验和新型分离器设计为背景,重点介绍现场实验、计算和设计过程,以
及由此产生的新的多相分离方法。
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第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议
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图 1 传统油气水分离系统(脱气-重力沉降-电脱水)
图 2 工业样机结构示意
2 油水多相分离器现场实验
工程中试样机设计参数
2006 年,我们设计了图 2 所示的油水分离工业样机。具体参数见表 1。
表 1 中试样机设计参数
筒体直径总长总容积工作压力设计压力设计温度日处理液量
6m 21m3 ≤ <100℃ 100~300m3
样机中主要分离装置是梯型管与螺旋管,采用重力、离心、膨胀复合原理。设计采用密
闭一体式结构,将梯型管与螺旋管分离装置容纳到承压容器内部,减少了罐外管路,降低了
热量损失,提高了室外或野外工作的可靠性。
现场实验
来流经流量计计量后,进入罐