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1、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,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,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。,油气水分离及原油脱水技术,游离水脱除器,油气水三相分离器（立式）,油气水三相分离器（卧式）,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
2、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,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,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
3、净的气体离开净气装置。,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,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
4、生旋转，气体的吹扫作用使液膜沿着裂缝被移除。,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,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,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,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
5、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,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,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）,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）,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,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
6、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,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,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，BSkidor鞍，C入口分流器，D分配挡板，EMonarch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,HNS型高效三相分离器,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 6PERFORMAX板 7减速器 8物料进口 9折流板 10鞍式支座 1
7、1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,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,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,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
8、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,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,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,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,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
9、构改进措施,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,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,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,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,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,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,2022/11/2
10、6,39,可编辑,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,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,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,水滴的沉降速度计算,具有一
11、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,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,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
12、。 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。,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
13、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wo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ow表示，此时油是内相，水是外相。,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,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,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。
14、(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,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,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
15、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,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,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。,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。
16、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6575)时，粘度又迅速下降，此时wo型乳状液相为ow型或w ow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。,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
17、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。,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,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
18、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。,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
19、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。,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,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
20、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。,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
21、。 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。,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。,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
22、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,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
23、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+高温电脱水三段脱水工艺,稠油进站阀组,外输,污水罐,掺稀油,二、原油处理技术,热采稠油二级压力分水+一段沉降脱水典型流程(陈南联合站 ),两级高温三相分离+一段高温沉降三段脱水工艺,提升泵,进站阀组,三相分离器,加热炉,加热炉,外输,污水去污水站,三次沉降罐,掺稀油,热采稠油一级压力分
24、水+三段沉降脱水典型流程(稠油首站、陈庄沉降站),掺稀油,二、原油处理技术,三相分离+三段高温沉降四段脱水工艺,综合含水率8389原油比重0.9320.951（20）原油粘度15007670mPa.s（50）分出油含水45%分出水含油300mg/l,高效三相分离器的应用情况,临盘钱五站高效分水器,由监测结果可看出运用这个方法处理的污水含油达到A3（标准8.0mg/L）级标准，悬浮固体也能达到B2（标准4.0mg/L）标准。,东辛102三相分离器设计参数：规格：240012604 设计压力：0.6MPa设计温度：70 设备容积：55m3设计处理液量：3000m3/d,应用效果：来液含水2080左
25、右，出口油中含水1%，水中含油100mg/l（原分离器出油含水70%左右，水中含油1000mg/l）。,东辛102三相分离器运行情况,郝一站三相分离器设计参数：规格：280012604 设计压力：0.6MPa设计温度：50 设备容积：86.287m3设计处理液量：5000m3/d,应用效果：来液含水90，出口油中含水5%左右，水中含油50mg/l。,原油含水,污水含油,郝一站三相分离器运行情况,樊北站三相分离器设计参数：规格：22008204 设计压力：0.6MPa设计温度：80 设计处理液量：500m3/d,应用效果：来液含水70，出口油中含水0.5%左右，水中含油100mg/l。,谢谢,2022/11/26,78,可编辑,
