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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素
2、：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，最终洁净的气
3、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生旋转
4、，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 油水交叉流动分离
5、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；8一压力表；9一仪表用
6、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 11排污管 12冲
7、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固定堰板 9导油管 1
8、0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构改进措施,进口
9、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,气出口设除雾器，保证天然气的分离效
10、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
11、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。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
12、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。,一种是水以极微小的颗粒分散于原油中，称为：“油包水”型乳状
13、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。(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，
14、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，
15、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。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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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。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
21、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
22、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
23、,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
24、,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,
