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1、油气水分离及原油脱水技术,概述油气水分离与脱水典型工艺介绍油气水分离脱水工艺中的主要分离形式气水分离关键设备油气两相分离与油气水三相分离技术原油脱水技术,目录,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离及原油脱水工艺，是将从油井收集的油气水混合物进行气液分离，沉降，脱水的初加工过程，是油气集输工程的核心部分。,一、概述,油气水分离及原油脱水技术,一、概述,油气分离器,一次罐 二次罐,脱水加热炉,脱水器,好油罐,外输泵,去污水罐,去污水罐,计量分离器,井口,为了满足油井产品计量、矿场加工、储存和长距离输送的需要，把平衡分离所得的原油和天然气按液体和气体分并用不同的管线分别输送，成为通常所说的原油和天然
2、气，这就是油气分离，也称两相分离。完成这种分离过程的处理设备我们称其为两相分离器。,油气水分离及原油脱水技术,一、概述,油气分离器原理示意图,油井产物中常含有水，特别在油井生产的中后期，含水量逐渐增多。为满足生产工艺上的需要，除将天然气分离出来外，还需将液相中的原油和水分离开来，这种分离称为三相分离。完成这种分离过程的处理设备我们称其为三相分离器。,油气水分离及原油脱水技术,一、概述,世界上大部分油田是利用注水驱动方式开采的，因而从油井生产出来的油气混合物中经常含有大量的水和泥、砂等机械杂质，特别是在油田的后期生产中，油井出水量可达其产液量的90以上，泥砂等机械杂质亦多达115。世界各油田所产
3、原油的7080需进行油水分离和原油脱水。,油气水分离及原油脱水技术,一、概述,油气水分离及原油脱水技术,一、概述,原油中含水、含盐、含泥砂等杂质会给原油的集输和炼制带来很多麻烦。主要是：(1)降低了设备和管路的有效利用率，特别 是在高含水的情况下更显得突出。(2)增加了输送过役中的动力消耗。(3)增加了升温过程中的燃料消耗。(4)引起金属管路和设备的结垢与腐蚀。(5)影响炼制工作的正常进行。,油气水分离及原油脱水技术,一、概述,由于上述种种原因，必须在油田上及时地对含水、含盐、含机械杂质的原油进行净化处理，使之成为合格的商品原油出矿。出矿合格原油的质量含水量不大于1，优质原油含水量不大于05。
4、,油气水分离及原油脱水技术,一、概述,单井集油阶段(10至30年代初),从发现延长油田(1907年)、出矿坑油田(1905年)至开发玉门油田初期(30年代初)，油田开发基本上是单井集油、单井拉油方式，工艺过程简单，油、气仅简单分离，要油不要气，原油采用沉降脱水除砂。这个阶段为不成系统的简单工艺。,油气水分离及原油脱水技术,一、概述,2）.选油站阶段(30年代末至50年代),随着玉门油田扩大开发，地面工程开始形成较完整的系统：数口井的油气产物一起收集在一个站(即选油站)上进行油气分离，原油在开式罐中沉淀脱水后泵输到集油站装车外运。油田油气收集处理以管线和有关设备构成了一个开式流程选油站流程。这种
5、流程因俄罗斯巴鲁宁首次采用，又称巴鲁宁流程。50年代开发的克拉玛依油田也基本上采用这种流程。,油气水分离及原油脱水技术,一、概述,3 密闭收集阶段(60年代至70年代初),随着大庆油田的开发实践，创造了单管密闭、排状井网“串型”流程即萨尔图流程。,四合一装置,油气水分离及原油脱水技术,一、概述,4）“三脱三回收”阶段(70年代中至80年代),“三脱三回收”，即原油脱水、脱气、天然气(伴生气)脱轻烃，回收天然气中的轻烃、处理后的采出水和污水中的原油；使油田做到“出四种产品”，即符合出矿标准的原油、轻烃、天然气和处理后的采出水。,油气水分离及原油脱水技术,一、概述,5）高效集输阶段,进入90年代以
6、来，我国已开发的主要油田都已进入了高含水采油期，节能降耗成为油田开发生产中至关重要的问题，油气集输流程和集输处理工艺、设备更为突出地强调高效节能。油气集输处理技术进入高效发展的新时期。,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离与脱水典型工艺介绍,大庆萨喇杏油田二段脱水流程,含油污水处理站,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离与脱水典型工艺介绍,彩南油田分离脱水工艺,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,原油,闪蒸气,污水,在进站油温35，进站压力035MPa的情况下，破乳剂加入量10ppm，脱水温度45左右，来油综合含水129，处理液量2500m3d，处理气量2 1.5104m3d时，出口原油
7、含水不超过0.5，平均0.17，污水含油量最高不超过300mg/L，平均为152mgL。,多功能处理器；合理利用热能，提高加热炉效率技术；一器多用，流程简单，方便管理；原油处理过程压降小；测控点少，运行可靠；基建投资省，运行费用低,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离与脱水典型工艺介绍,塔中4油田分离脱水工艺,本分离脱水工艺主要特点，充分利用地层能量高，油品性质好的特点，集输全程采用密闭不加热集输。由产品的收集到油气水的处理，均利用油井压力进行，采用热化学沉降脱水，一次加热，取消电脱水。,油气水分离及原油脱水技术,安塞油田分离脱水工艺,去气体处理厂,原油罐车,污水去处理厂,2,3,4,5,6,
8、7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,油气水分离与脱水典型工艺介绍,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离与脱水典型工艺介绍（国外）,普鲁德霍湾中心处理站分离脱水工艺流程,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离与脱水典型工艺介绍,油气水分离脱水工艺中的主要分离形式,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离脱水工艺中的主要分离形式,油气分离的三种基本模式：一次分离，连续分离和多级分离。,一次分离：是指油气混合物的汽液两相一直在保持接触的条件下逐渐降低压力，最后流入常压储罐，在罐中一下子把气液分开。连续分离：指随着油气混合物在管路中压力的降低，不断地将逸出的平衡气排出，直至压力降为常压，平
9、衡气亦最终排除干净，剩下的液相进入储罐。多级分离：是指油气两相保持接触的条件下，压力降到某一数值时，把降压过程中析出的气体排出，脱除气体的原油继续沿管路流动、原油中析出的气体再排出，如此反复，直至系统的压力降为常压，产品进入储罐为止。每排一次气，作为一级；排几次气，叫做几级分离。,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离脱水工艺中的主要分离形式,在一台油气分离器与一台储油罐连用时，通常就认为是两级分离。当二台分离器相连,且在不同的压力下工作，再与一台储油罐相连用时，就获得了三级分离过程。,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离脱水工艺中的主要分离形式,中压多级分离效果较好，但分离级数增多，分离设备的
10、投资和运行费用将上升，可能使总体效益下降。国内外长期实践证明，对于一般油田，进联合站压力0607MPa以上时，采用三级或四级分离经济效果最好。而对于气油比比较低、集输压力也比较低的油田(进联合站压力低于06MPa)则采用二级分离经济效果较好。,多级分离法应用的范围取决予两个主要考虑因素；气体出售合同的条款以及气态和液态降类的价格结构。,应用多级分离的其它考虑是：a油井产出流体的物理和化学特性，b.井口流压和温度；c现有气体收集系统的操作压力，d液体储存设备保护措施的特点，e运输液体的 j.设备。,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离关键设备,分离设备形式,卧式分离器,立式分离器,油气水分离及原
11、油脱水技术,油气水分离关键设备,气一液分离角度来说，采用卧式分离器较好。,卧式分离器,优点,卧式分离器与立式分离器的对比,缺点,处理含固相的液流时，仍不如立式分离器理想；占用较大的场地面积；很少具备防止水击的能力；,卧式分离器,适宜处理含有固体的液体；占地面积小。,难以对其进行操作或维修；载运时不能用橇装。,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离关键设备,卧式分离器,卧式分离器与立式分离器的对比,卧式分离器,卧式分离器对于分离正常的原油和天然气是最经济的。特别是在出现乳化物、泡沫及高油气比时，更是如此。立式分离器在油气比较低的原油时，工作效率很高。立式分离器也可用于处理油气比很高的凝析油，例如洗
12、涤器，只将天然气中的水分何凝析油去掉去掉。,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离关键设备,油气分离设备的归类,按形状分类,立式,卧式,球形,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离关键设备,卧式立式球型分离器的对比,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离关键设备,油气分离设备的归类,二相分离器,三相分离器,按功能分类,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离关键设备,油气分离设备的归类,低压,中压,高压,按操作压力分类,低压分离器操作压力范围通常为小1.5MPa。,低压分离器操作压力范围通常大于6MPa。,真空,真空分离器操作压力范围通常为小0.1MPa。,中压分离器操作压力范围通常为小1.5-6MPa
13、。,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离关键设备,油气分离设备的归类,生产分离器,按用途分类,试井分离器,常规分离器,计量分离器,两相分离器,三相分离器,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离关键设备,油气分离设备的归类,生产分离器,按用途分类,试井分离器,计量分离器,段塞流捕集器；闪蒸捕集器；膨胀分离器；洗涤器(气体洗涤器)；过滤器(滤气器)；过滤分离器。,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离关键设备,油气分离设备的归类,离心式,按分离原理分类,重力式,混合式,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离关键设备,油气分离设备的归类,离心式,按分离原理分类,重力式,混合式,油气水分离及原油脱水技术,油
14、气水分离关键设备,油气分离设备的归类,离心式,按分离原理分类,重力式,混合式,油气水分离及原油脱水技术,油气水分离关键设备,油气分离设备的归类,离心式,按分离原理分类,重力式,混合式,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气两相分离（气中除油）,重力分离,天然气较液态烃轻。悬浮在天然气流中的细微液态烃颗粒，只要气流速度够慢，将依靠密度差异或重力作用较大的烃滴从气中很快沉降出来，而较小的烃滴则需要较长的时间。,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,撞击、改变流向，改变流速,油气两相分离（气中
15、除油）,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,撞击、改变流向，改变流速,油气两相分离（气中除油）,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,离心分离,油气两相分离（气中除油）,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,过滤分离,油气两相分离（气中除油）,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,沉降作用,油气两相分离（油中除气）,搅动作用,遮挡作用,加热,离心力,化学药剂,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,沉降作用,油气两相分离（油中除气）,搅动作用,遮挡作用,加热,离心力,化学药剂,油气水分
16、离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,分离器的内部分离构件,入口分流器,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气两相分离（油中除气）,消波器,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气两相分离（油中除气）,除沫板,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气两相分离（油中除气）,导向叶片式入口构件,筒型入口构件,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气两相分离（油中除气）,防涡器,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气两相分离（油中除气）,除雾器,油气水分离及原油脱
17、水技术,两相分离器内部结构形式比较,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,为简化油滴匀速沉降速度计算公式的推导，假设：(1)油滴为球形，在沉降过程中既不粉碎也不与其他油滴合并；(2)油滴与油滴、油滴与分离器壁以及其他构件间没有作用力；(3)气体在分离器重力沉降部分内的流动是稳定的，任一点的流速不随时间而变化；(4)作用在油滴上各种力的合力为零，油滴以不变的速度沉降。,具有一定沉降速度的油滴在分离器中能否沉降至集液部分还取决于分离器的型式和分离器重力沉降部分中气体的流速。,油滴的沉降速度计算,油气分离器的计算,油气水分离及原油脱水技术,油气
18、两相分离与油气水三相分离技术,在立式分离器中，气流方向与油滴沉降方向相反。显然，油滴能够沉降的必要条件是：油滴的沉降速度训必需大于气体流速叫。,气体的允许流速,油气分离器的计算,在卧式分离器中，气体流向和油滴沉降方向相互垂直，油滴能沉降至集液部分的必要条件是：油滴沉降至集液部分液面所需的时间应小于油滴随气体流过重力沉降部分所需的时间。,即:WWg,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,我国设计工作者考虑到油滴沉降速度计算公式的假设条件与实际情况的出发，分离器重力沉降部分流动截面上气流速度不均匀等因素，在立式分离器中取允许气体流速:,油气分离器的计算,在近似计算中，气体的允
19、许流速可按下列经验公式计算:,Wg-气体流速，速米秒；Wo 粒径100微米油滴的沉降速度。,气体的允许流速,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气分离器的计算,分离器的结构尺寸计算,油气分离器的结构尺寸主要是由其油气处理量决定的。例如，立式分离器的直径为：,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,不论是立式还是卧式分离器，其处理能力与分离效果取决于结构尺寸，同时还与诸如捕雾器等元件的配置有关。高效分离器必须仔细地进行结构设计，优选和优化布置分离元件，使其具有一个“高效结构”。,油气分离器的计算,为提高油气分离的效率，分离器结构设计应充分利用进料流体
20、内能，采用高效内部结构，如：进口功能吸收器、挡板系统、旋风进料口、整流系统、泡沫消除器、捕雾器，以及各种聚结填料等，以避免简单的空筒结构，可使分离效率明显提高。,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,从原油中分出气泡的计算,油气分离器的计算,从分离器流出的原油，如果携带过量的气泡，将使容积式计量仪表的计量精度降低，离心泵工况恶化。对紧接常压储罐的末级分离器来说，控制被原油带出的气体量更为重要。因为，原油夹带的大量气体将通过常压储罐放入大气，导致损耗，污染环境，而且容易发生火灾。若气体中含有硫化氢时还可能使人、畜中毒。因而要把原油中的含气率控制在规定的标准之下。,影响流出原
21、油含气量多少的主要因素是：(1)原油粘度。粘度愈大，原油中夹带的气泡不易浮至液面，造成原油含气率增高；(2)原油在分离器中停留的时间。原油停留时间过短，已析出的气泡来不及浮至液面就被带出分离器，造成原油，气液密度差愈小，气泡愈不易浮至液面。,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,从原油中分出气泡的过程，与从气体中分出油滴的过程极为相似。气泡主要依靠所受的重力与原油所受重力的不同从原油中解脱出来。气泡在原油中上浮时，由于原油的粘度大，上浮速度较慢，雷诺数较小，其流态一般总处于层流区。因而斯托克斯公式适用于气泡与原油的分离。,油气分离器的计算,从原油中分出气泡的计算,理论计算
22、公式：,气泡不被原油带出分离器的必要条件是：气泡上升速度应大于分离器集液部分任一液面的平均下降速度，即：,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气分离器的计算,从原油中分出气泡的计算（理论）,立式分离器原油处理量,卧式分离器原油处理量,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气分离器的计算,从原油中分出气泡的计算（按停留时间）,立式分离器原油处理量,卧式分离器原油处理量,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气分离器的计算,从原油中分出气泡的计算（按停留时间）,某些原油所含的气泡，上升到油面后，并不立即或很快地破裂，在气泡消
23、失前有一段时间的寿命。许多气泡聚集在油面上形成泡沫。有这种性质的原油叫起泡原油。,原油起泡一方面给油气界面的控制增加困难，另一方面气泡占去了一部分体积，减小了分离器集液部分和重力沉降部分的有效体积，使分离器工况恶化。原油起泡对分离器液体处理能力的影响，很难从理论上加以解决。于是，人们借助实验和经验，要求原油在分离器中停留一定的时间，以达到流出原油中含气率不超过规定值的要求。,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气分离器的计算,从原油中分出气泡的计算（按停留时间）,我国规定：一般原油在分离器中的停留时间为13分，起泡原油为520分。,国外原油在分离器中的停留时间,油气水
24、分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气分离器的计算,从原油中分出气泡的计算（按停留时间）,立式分离器,卧式分离器,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气分离器的计算,分离器的工艺计算步骤,(1)根据油气平衡计算中所确定的气液处理量、物性、分离压力、分离温度等基础资料，并参照现场具体情况选择分离器的类型。(2)按照从原油中分出气体的要求，由原油性质和操作经验确定原油在分离器内的停留时间，对缓冲分离器尚需考虑缓冲时间，据此初步确定分离器尺寸。(3)按照从气体中分出油滴的要求，计算100微米粒径的油滴在汽相中的匀速沉降速度叫。，分离器的允许气体流速叫。，
25、分离器直径D、长度，(或高度H)等结构尺寸。(4)比较步骤(2)、(3)的计算结果，选较大者作为分离器尺寸。当油气处理量很大时，往往需有多台分离器并联工作。(5)按每台分离器的气体实际处理量、气体组成、性质、固体尘粒含量等因素确定除雾器的类型和尺寸。,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气水三相分离器,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气水三相分离器,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气水三相分离器,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气水三相分离器,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分
26、离与油气水三相分离技术,油气水三相分离器（立式）,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气水三相分离器,液面界面控制方案,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气水三相分离器,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,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气水三相分离器,液面界面控制方案,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气水三相分离器,液面界面控制方案,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气水三相分离器,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油
27、气水三相分离技术,油气水三相分离器,三相分离器的工艺计算,气体分离,油中水滴直径,水中油滴直径,停留时间,两相分离的概念和计算公式同样适用于三相分离。,水中油滴和油中水滴在分离器内的运动一般在层流范围内，达到匀速上浮或沉降时的速度可用斯托克斯方程计算,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,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,油气两相分离与油气水三相分离技术,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,
28、C)峰谷搭片式波纹填料,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,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,油气两相分离与油气水三相分离技术,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,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,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,油气两相分离与油气水三相分离技术,油气水
29、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,油气两相分离与油气水三相分离技术,几种典型的分离器结构,立式油气分离器,卧式油气分离器,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,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,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,几种典型的分离器结构,卧式油
30、气水三相分离器,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,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,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,几种典型的分离器结构,胜利分离器,卧式油气水三相分离器,油气水分离及原油脱水技术,油气两相分离与油气水三相分离技术,几种典型的分离器结构,胜利分离器,卧式油气水三相分离器,油气水分离及原油脱水技术,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
31、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,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,分离器内部特性理论研究几个基本公式,为简化油滴均匀沉降速度计算公式的推导，假设：1、油滴为球形，在沉降或浮升中既不破碎也不与其它油滴合并；2、油滴与油滴、油滴与分离器壁以及其它构件没有作用力；3、气体在分离器重力沉降部分内的流动是稳定的，任一点的流速不随时间变化；4、作用
32、在油滴上各种力的合力为零，油滴以不变的速度沉降。,分离器内部特性理论研究几个基本公式,油滴在气相中所受的重力为,气体对油滴的阻力为,雷诺数的表达式为,分离器内部特性理论研究几个基本公式,在层流区油滴的沉降速度计算式符合Stokes公式,在过渡区油滴的沉降速度计算式符合Allen公式,在紊流区油滴的沉降速度计算式符合Newton公式,液流在流道中均匀分配，流道中的流速分布服从Navies-Stockes方程在一维层流时的解,分离器内部特性理论研究影响分离的因素,1、液滴间的相互作用 2、器壁的影响 3、液滴形状的影响4、内环流的影响 5、流场分布不均的影响 6、流态变化的影响 7、油水界面的影响
33、 8、长度直径比的影响 9、压力和含水量的影响,分离器内部特性理论研究计算模型,1、塞流模型,介质在设备中的流动处于层流状态，且设备具有良好的流动特性。分散相在分离场中的分离过程可视为随连续相以流场平均速度沿设备轴向运动，与在重力场作用下，相对于连续相以速度向分离界面的合成，,分离器内部特性理论研究计算模型,2、横混模型,若介质在设备中的流动进入湍流状态，而设备的流动特性相对较好这时可以认为：在流场边界附近存在极薄的塞流层，在此以外流场中，分散相在每一截面上均匀分布，凡是落入该塞流层的液滴即认为实现了分离，这样各截面上分散相的浓度沿设备轴向的变化，可近似于塞流模型。,分离器内部特性理论研究计算
34、模型,3、返混模型,若流场不仅在局部区域存在有涡流，在整体区域也存在有严重沟流、短路流，则可认为：分散相在整个分离区间均匀混合。即在同一时刻，空间中各点处的分散相分布都近似一样。经过一段时间后，由于分散相液滴不断向捕集面移动，浓度逐渐变小。,分离器内部特性理论研究设计参数优化,一、数学模型,为了将计算参数引入数学方程，必须存在右图形式。目标函数（z）是设计变量(xi)的函数，这些变量具有一定的限制条件(gi)。由于分离器设计中的非线性问题，应该采用SQP(sequential quadratic programming)方法求出最优解。,分离器内部特性理论研究设计参数优化,二、计算理论,停留时
35、间理论 停留时间理论是用试验沉降、聚结资料来估算各相发生分离后所持续的时间。该理论的不足之处是必须经过大量的实验以获得必要的资料。停留时间理论限制了分离器设计的自由度。典型的沉降时间从30s到3min。,沉降理论 沉降理论是真是过程的一种抽象。它考虑经过分离器的各相速度和气泡、液滴的沉降速度。为了在三相分离器设计的过程中应用沉降理论，认为：液滴和气泡是球形颗粒，并且由于重力的作用它们会在停滞的连续相里沉降。,分离器内部特性理论研究设计参数优化,二、计算理论,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,
36、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。,分离器内部特性理论研究设计参数优化,三、约束方程,1、气相约束条件2、油相约束条件3、油水界面控制约束条件4、安全操作约束条件5、各个构件的约束条件,分离器内部特性理论研究设计参数优化,四、迭代求解,求解过程分为三步：输入、SQP循环和输出。输入部分分为4组：设计参数 物性和安装参数 计算参数 初始猜测值,分离器试验研究 液滴的增长和破碎机理,一、乳状液 一个量化乳状液的重要工具是液滴尺寸分布曲线液滴直径和不同粒径液滴的体积或者质量分数。随着时间的推移，体积分数曲线的峰值沿着液
37、滴粒径增大的方向移动。,乳状液的另一个重要特性是存在最大粒径（图2为1000微米）。粒径的最大值取决于液滴的产生机理、传递给乳状液的能量和相间的界面张力。,分离器试验研究 液滴的增长和破碎机理,二、聚结 液液聚结器的作用是加速液滴的结合，形成数量小、体积大的液滴。聚结的过程分为三步：,（1）液滴捕获 A.Intra-Media Stokes沉降 B.直接捕获,（2）液滴聚结（3）聚结液滴的Stockes沉降,分离器试验研究 液滴的增长和破碎机理,三、Intra-Media Stockes沉降,ACS公司提供了一定数目的波纹板聚结器来增强聚结，如Plate-Pak牌 和STOKESPAK牌的波纹
38、片组(见图8)。他们能更有效地利用容器容积，且比直板PPI（平行板捕获机）更为有效，因为使用了更多的金属且比表面积更大了。,图5 Intra-Media Stockes沉降,分离器试验研究 液滴的增长和破碎机理,四、直接捕获,液滴沿构件做流线型运动，由于和构件接近距离小于液滴直径的一半d/2，所以会与构件相碰撞（图6）。这种拦截媒介多为于网眼、混织、金属丝和玻璃羊绒。,直接捕获原理图,理想直接捕获设计图 实际直接捕获设计图,分离器试验研究 停留时间研究,右图是1978年Shell公司的BZemel对位于加利福尼亚的1台标准游离水分离器进行测试得到的水相停留时间分布曲线（RDT）。从中可以看出，
39、设备的流动特性相当不好，存在有严重的短路流和返混现象，不仅导致设备的大部分空间不能有效利用，而且由于涡流造成的返混，使相当一部分介质未经充分处理就排出。,分离器试验研究 停留时间研究,试验测试方法,1、阶跃响应法,当不含示踪剂的液流以体积流率进入容积为的设备中，当流动达到稳定之后，突然把进料切换成含示踪剂的液流，并使体积流率及示踪剂浓度保持不变，直至试验结束。在出口处连续检测示踪剂浓度随时问t的变化关系，即为液流在设备中的停留时间分布函数，记为F（t），它表示设备出口液流中停留时间由0到t的部分液体微元在总液流中所占的分率。,分离器试验研究 停留时间研究,试验测试方法,2、脉冲响应法,脉冲响应
40、法是常采用方法。其方法是待流动稳定后，在某一瞬时向入口液流中一次性注入总量为的示踪剂，同时开始计时，并不断检测设备在出口流液中示踪剂浓度的变化。若在设备出口处检测到停留时间为 之间的示踪剂量为，则这部分示踪剂在总量中所占的分率为。以 对t作图，则可得直方图。,分离器试验研究 停留时间研究,试验工艺流程,B 模拟试验装置工艺流程,A 停留时间分布的测试流程,分离器试验研究 液滴聚结实验研究,一、试验装置,试验介质采用EXXSOLD80溶剂和矿物油的混合物（粘度约20cp）,分离器试验研究 液滴聚结实验研究,二、试验方法,连续分离测试 连续分离测试是在体积为382升透明的水平分离器模型中进行的（1
41、个大气压）。分离器的内部构件由一个球形蝶碗和油堰板组成；液位浮球和出口阀组成油水液位控制系统，调节油水液位高度。需要测量与记录的量包括：油水流量 入口、出口含水量 油层和节流阀后颗粒大小分布 油水层厚度 间歇分离器中沿高度方向含水量 连续分 离器沿高度方向含水量,分离器试验研究 液滴聚结实验研究,二、试验方法,该实验中采用了瞬时侧边出液间歇分离器。此系统由以下几部分构成：透明柱型分离器，入口管，球形动量吸收装置，采样和分析系统。当三通阀开启以后，从节流阀中流出的液体会流向间歇分离器。与此同时，开启采样阀截取一部分样本，在衍射分析仪上分析颗粒分布。当间歇分离器的液位达到要求值时切换开关，流体全部
42、流入连续分离器。该分离器中纵剖面的含水量图采用两种方法进行绘制：采样处理和电容处理。,2、间歇分离测试,分离器试验研究 液滴聚结实验研究,二、试验结果,1、出口油的含水量取决于油相的沉降时间，即存在一个时间段（0-t1），若再增大沉降时间（tt1）则分离效果并不明显。也就是说，油水分离器的设计应根据沉降时间，而不是根据某个粒径或者溢流速度,分离器试验研究 液滴聚结实验研究,二、试验结果,2、需要的沉降时间随入口含水量的增大而减小，这是因为油中水滴数目的增多加速了聚结。,图A,三相分离器优化结构优化模型,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
43、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
44、线，最终洁净的气体离开净气装置。,油气水分离及原油脱水技术,三相分离器优化结构,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旋风捕雾装置,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
45、被移除。,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,油气水分离及原油脱水技术,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
46、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
47、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,原油脱水技术,原油乳状液,乳化液的定义,油气水分离及原油脱水技术,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。
48、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。
49、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
50、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
