油氣集輸前沿技術(shù)

關(guān)于油氣集輸前沿技術(shù)第1頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五第一部分油氣混輸技術(shù)第二部分多相流量計第三部分油氣分離第四部分液－液旋流分離技術(shù)第一部分油氣混輸技術(shù)

一、多相流輸送工藝二、水化物的生成與防止三、段塞及液塞捕集器四、混輸泵五、石油大學(xué)研究情況

第二部分多相流量計第三部分油氣分離第四部分液－液旋流分離技術(shù)第一部分油氣混輸技術(shù)

第二部分多相流量計

一、相分率測量方法二、相流流量測量方法三、多相流流量計

第三部分油氣分離第四部分液－液旋流分離技術(shù)

第一部分油氣混輸技術(shù)

第二部分多相流量計

第三部分油氣分離

一、三相分離器技術(shù)二、結(jié)構(gòu)緊湊、輕型分離器

第四部分液－液旋流分離技術(shù)

第一部分油氣混輸技術(shù)

第二部分多相流量計

第三部分油氣分離

第四部分液－液旋流分離技術(shù)

一、液－液旋流分離器二、井下旋流分離系統(tǒng)

“油氣集輸”前沿技術(shù)講座第2頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五第一部分油氣混輸技術(shù)一、多相流輸送工藝二、水化物的生成與防止三、段塞及液塞捕集器四、混輸泵五、石油大學(xué)研究情況第3頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一、多相流輸送工藝表1國內(nèi)外典型中長距離多相混輸管線概況第4頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一、多相流輸送工藝1、混輸壓降計算方法研究目前多相流運動規(guī)律的研究已從50年代的由室內(nèi)試驗結(jié)果得出經(jīng)驗半經(jīng)驗公式，發(fā)展到從多相流機(jī)理人手，通過較大規(guī)模的試驗，建立相應(yīng)的水動力學(xué)模型，用數(shù)值方法求解。已有多種混輸流型判別與壓降計算模型，但還沒有適用范圍廣且精確度高的計算方法，尤其沒有能適用我國國內(nèi)大量存在的易凝高粘原油的混輸壓降計算方法。由于不能準(zhǔn)確地進(jìn)行工藝計算，給混輸管路設(shè)計、運行帶來了困難，降低了它的經(jīng)濟(jì)性、可靠性，使其應(yīng)用受到了限制，也阻礙了遠(yuǎn)距離自控技術(shù)的應(yīng)用，甚至不得不付出較高的代價放棄對該項技術(shù)的使用。雖然多相流動流型復(fù)雜，影響因素眾多，取得進(jìn)一步成果難度較大，但是近年來各石油大國還都投入了大量人力、資金研究混輸技術(shù)。第5頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一、多相流輸送工藝2、國內(nèi)外多相流模擬軟件綜述①PIPEPHASEPIPEPHASE是由SimulationScienceInc.開發(fā)的一個穩(wěn)態(tài)多相流模擬軟件。該軟件中包括傳熱的精確計算。物性模塊采用參數(shù)可適當(dāng)調(diào)整的SRK狀態(tài)方程計算，是用北海油田流體的PVT實驗數(shù)據(jù)調(diào)整狀態(tài)方程中的參數(shù)，在軟件中用PVTGEN選項完成這項工作。該軟件中對壓降、持液率和流型的計算由用戶選擇不同的關(guān)系式計算。第6頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一、多相流輸送工藝②TACITETACITE是由INSTITUTFRANCAISDUPETROLE（IFP），TOTAL和ELFAQUITAINE合作開發(fā)的一個瞬態(tài)油氣多相流模擬軟件。其中的物理模型得到IMFT（InstitutedeMecaniquedesFluidesdeToulouse的協(xié)助，數(shù)值計算方法得到EcoleNormaleSuperieuredeLyon的協(xié)助），IFP負(fù)責(zé)集成一體，ELFAQUITAINE和TOTAL負(fù)責(zé)檢驗。第7頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一、多相流輸送工藝③OLGAOLGA是由SINTEF（ScientificandIndustrialResearchattheNorwegianInstituteofTechnology）和IFE（TheInstituteforEnergyTechnology）在幾個歐洲石油公司的支持下進(jìn)行開發(fā)的，它的最早版本完成于1984年，后來幾經(jīng)改進(jìn)。這里介紹的是OLGA的1991版，它是以一維修正雙流體模型為基礎(chǔ)的瞬態(tài)兩相流程序，可用于多分支管網(wǎng)。OLGA預(yù)測的穩(wěn)態(tài)結(jié)果與穩(wěn)態(tài)模擬軟件PIPEPHASE的預(yù)測結(jié)果基本一致，從與PIPEPHASE的比較還可看出持液率的預(yù)測分散較大，分離器氣體流量和液體流量預(yù)測也較大。不同參數(shù)對PVT數(shù)據(jù)的敏感程度不一，平臺壓力和井口溫度對PVT數(shù)據(jù)不敏感，井口壓力和平臺溫度對PVT敏感。第8頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五二、水化物的生成與防止1、

水化物氣體水化物是一種固態(tài)結(jié)晶物。它們的外觀象雪或松散的冰，比重約為0.96~0.98，比水輕，而重于烴類液體。它是某些氣體或有機(jī)物液體與水在某一確定的低溫，高壓條件下產(chǎn)生的。很多氣體或有機(jī)物液體的分子都能與水形成水化物。在天然氣或石油輸送過程中，可能與水生成水化物的主要是一些分子量較小的烴類，如：甲烷、乙烯、乙烷、丙烷、環(huán)丙烷、正丁烷、異丁烷等，另外天然氣的二氧化碳和硫化氫也能生成水化物。生成的水化物可能部分甚至完全堵塞輸送管道，在井口平臺，甚至?xí)霈F(xiàn)出油管線爆裂的事故。因此水化物問題是輸氣管，液化氣管道及油氣混輸管道遇到的特殊問題。第9頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五二、水化物的生成與防止2、

化物的危害及防止措施水化物生成需滿足兩個基本條件，即組分條件和熱力條件。水化物的存在會堵塞輸送管線，水化物可能在三種情況下出現(xiàn)：①管線正常輸送情況下：氣體或混輸管線經(jīng)過寒冷地區(qū)，管內(nèi)介質(zhì)的溫度隨著輸送距離的增加而降低。在某一點滿足水化物生成條件，從而形成水化物。這種情況可能由以下原因造成：ａ、輸量的下降；ｂ、環(huán)境溫度的下降；ｃ、烴組分的變化；ｄ、含水量的上升。②正常停輸情況下：在正常輸送過程中，管線的熱力工況較好，輸送介質(zhì)中游離水比較分散，可能不會形成水化物。但當(dāng)管線停輸后，管線中的介質(zhì)溫度下降，游離水也會聚集在管線的低洼處，因而易于形成水化物，出現(xiàn)水化物堵塞的可能性也就增大。③非正常停輸情況下：正常停輸之前，可以采取措施預(yù)防水化物的生成，如在停輸前向管內(nèi)注入一定量的抑制劑。但是非正常（事故）停輸情況下，由于沒有采取任何預(yù)防措施，則水化物堵塞管路的危險很大。這也是最容易發(fā)生的情況，因此也是最受重視的情況。第10頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五二、水化物的生成與防止防止水化物的生成，也就是破壞水化物生成的相平衡條件。目前已被采用的方法包括四個方面：①脫水處理，使含水量低于某一標(biāo)準(zhǔn)值。該方法在陸上大部分油氣田開發(fā)中應(yīng)用，而在海上油氣田開發(fā)中，則存在經(jīng)濟(jì)性問題。②加熱，使溫度高于某一壓力下水化物的生成溫度，這種方法對大部分陸上埋地管線是可以采用的。③降低系統(tǒng)壓力。在實踐中很少采用這種方法。不過這種方法有時可用來消除管道內(nèi)已生成的水化物堵塞。當(dāng)管道完全被水化物堵塞后，采用加熱消除堵塞的方法往往比較困難，因為很難確定水化物堵塞的準(zhǔn)確位置。④利用抑制劑防止水化物生成。這是一種廣泛采用的防止和消除水化物的方法。常用的抑制劑有甲醇（CH3OH）、乙二醇（C2H6O2）、二甘醇（C4H10O3）、三甘醇（C6H14O4）、氯化鈣（CaCl2）等。抑制劑的存在可以降低在給定壓力下水化物的生成溫度。甲醇、乙二醇是較好的抑制劑。但在選擇抑制劑時還應(yīng)考慮抑制劑的回收問題，以及抑制劑在各平衡相中的比例問題。為了防止水化物的生成，抑制劑應(yīng)該存在于各相之中。但是以氣體形式或溶于氣相中的抑制劑很難回收，或回收費用很高，而在液相中的抑制劑則比較容易回收。但當(dāng)液態(tài)水中鹽和水垢物濃度較高時，回收也會變得困難。甲醇的蒸汽壓較高，可以分散于各相中，但有相當(dāng)一部分存在于氣相的甲醇損失掉而不能回收。乙二醇的蒸發(fā)性較差，大部分存在于液相中，易于回收。第11頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五二、水化物的生成與防止2、

止水化物生成的工程實例1993年9月，建成不久的JZ20－2海底輸氣管線，因平臺脫水處理不徹底，導(dǎo)致管線水化物堵塞。開始由于經(jīng)驗不足，盲目提高輸送壓力，結(jié)果適得其反，堵塞更嚴(yán)重。后采用降壓措施，才逐步恢復(fù)了生產(chǎn)。經(jīng)過實踐，確定了如下的預(yù)防措施，日常生產(chǎn)采用乙二醇脫水，平臺儲備甲醇，一旦出現(xiàn)堵塞征兆，灌注甲醇解堵。如果油氣井停產(chǎn)，向井筒灌注乙二醇。第12頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五三、段塞及液塞捕集器1、1、段塞流模型圖1段塞流物理模型第13頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五三、段塞及液塞捕集器①液塞捕集器的作用它主要用于接納來自混輸管路上游的液塞或最大液塞。它有以下兩方面的作用：a.捕集液塞，有效分離液體，確保下游設(shè)備正常工作；b.在最大液塞到達(dá)時，可作為帶壓液體的臨時儲存器，平衡來流與出流，連續(xù)向下游供氣。第14頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五三、段塞及液塞捕集器②液塞捕集器的分類液塞捕集器基本上可以分為兩類：a.容器式：對于泡沫常成為氣液分離主要問題的原油／伴生氣混合流體，往往采用容器式液塞捕集器。由于海上平臺空間有限，往往采用容器式液塞捕集器。b.管式：在處理凝析氣混輸中，雖然氣體比較干凈而且產(chǎn)生的液量也較少，但清管時往往產(chǎn)生很大的液塞。在正常操作和清管過程中，液體流量差別很大，采用管束式捕集器吸收液體波動量。管式液塞捕集器與容器式液塞捕集器相比，雖然占地面積大，但操作簡單，而且能處理較大液量。第15頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五圖2液塞捕集器的組成三、段塞及液塞捕集器第16頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五三、段塞及液塞捕集器按液塞進(jìn)入捕集器時氣體離開平行管的方式，管式液塞捕集器可分為同向流式、逆向流式和混合式，如圖3所示。a.逆向流：在氣液界面上，氣液流向相反，有很大速度差，氣體排出時存在較大阻力。為了使沿管底流動的液面高度減至最小值，減小排氣阻力，捕集器貯液段應(yīng)急劇向下傾斜。氣體流速與管內(nèi)液體所占截面增高呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，當(dāng)液塞速度超過某值時，會發(fā)生橋塞，造成液體全部進(jìn)入排氣立管。b.同向流：排氣管沿捕集器間隔安裝，有利于平行管中氣液流動互不干擾。在沒有氣體嚴(yán)重夾帶液滴的情況下，分離效率接近100%。同向流的排氣阻力小于逆向流的排氣阻力，因此貯存段傾角較小。一般傾向于采用同向流結(jié)構(gòu)。第17頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五三、段塞及液塞捕集器圖3氣、液同向流和逆向流第18頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五四、混輸泵表3國外部分多相混輸泵研制概況第19頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五五、石油大學(xué)研究情況第20頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五五、石油大學(xué)研究情況圖5實驗裝置流程圖第21頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五五、石油大學(xué)研究情況3、實驗裝置功能實驗裝置從99年8月開始至11月初，在遼河設(shè)計院人員的參與下，連續(xù)運行了3個月，積累了大量數(shù)據(jù)。通過整體試運行和實驗，認(rèn)為實驗裝置有如下功能（和潛在功能）：（1）水平管、傾斜管多相流流型的研究。（2）準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下氣液多相流壓降、持液率及管道內(nèi)穩(wěn)定集液量研究。（3）準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下段塞流特性和清管研究。（4）通過改變液相物性（如增加粘度等），研究液相物性對多相流的影響。（5）氣液多相瞬變研究、瞬變過程和再次達(dá)到新穩(wěn)定狀態(tài)所需時間的研究。該項研究可校核多相管流瞬態(tài)計算軟件的計算結(jié)果（正有一名博士生在開發(fā)多相流瞬態(tài)計算軟件）。（6）清管、泄漏、堵塞（模擬水化物堵塞）等工況的瞬變多相流研究。第22頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五五、石油大學(xué)研究情況(二)、研究成果石油大學(xué)油氣集輸研究室90年代初曾對PIPEPHASE進(jìn)行了較深入的研究，以后為塔里木、東海平湖-上海海底管道開發(fā)的動態(tài)監(jiān)測軟件受到委托方的好評，并糾正了PIPEPHASE的若干計算錯誤，增加了部分瞬態(tài)計算功能?！熬拧の濉逼陂g，在中油和學(xué)校支持下建成了3”、350米帶清管裝置的大型實驗裝置，改善了多相流研究的硬件環(huán)境，相信經(jīng)過若干年努力，對石油多相流和軟件開發(fā)和商品化方面一定能列入世界先進(jìn)行列。目前我們已經(jīng)研制出了用于多相混輸模擬計算的軟件，該軟件包含有組分模型、黑油模型、凝析氣模型、單相氣模型和單相液模型等五種熱力學(xué)模型，可以用于計算流體的熱物性參數(shù)，因此可用于凝析油氣混輸管道、油、氣、水三相混輸、單相氣體管道、單相液體管道等的模擬計算。第23頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五第二部分多相流量計一、相分率測量方法二、多相流量測量方法三、多相流流量計第24頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一、相分率測量方法①射線吸收法②電學(xué)法③微波法④倒U型管測量（氣液比）法⑤熱擴(kuò)散法第25頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一、相分率測量方法①射線吸收法射線穿過多相流體時被流體吸收，吸收的程度與多相流的密度有關(guān)，根據(jù)射線的吸收程度可得流體混合物的密度，進(jìn)而計算多相流各相分率?；谏渚€吸收原理測量多相流平均密度和相分率時，常采用γ射線。若采用單束射線，因射線覆蓋流體流動截面的限制，其測量值與流型間的關(guān)系很大，不能代表截面上的平均密度，影響相分率的測量精度。為提高測量精度，常采用多束射線或雙能（源）多束射線。射線源常采用銫137或镅241等。第26頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一、相分率測量方法②電學(xué)法在大多數(shù)情況下多相混合物中氣液相的介電常數(shù)不相等并且差別很大，利用這種性質(zhì)可測量混合物中氣液相分率。通常浸在氣液混合物中的兩電極可視為一個電容器，電容值得大小與混合物地介電常數(shù)有關(guān)，而介電常數(shù)是氣相介電常數(shù)、液相介電常數(shù)和空隙率的函數(shù)，因此測量電極的電容值得大小就可以得到混合物的空隙率。研究表明，在氣液流動中，電極間電容值得大小不僅與氣體和液體的介電常數(shù)有關(guān)，而且在很大程度上與流型（即空隙率的分布）有關(guān)。這增加了測量的難度，設(shè)計中應(yīng)做適當(dāng)處理。采用電學(xué)法測相分率時，由于介質(zhì)溫度對其電學(xué)性質(zhì)的影響，故在測量時應(yīng)保持被測介質(zhì)有恒定的溫度。測量管段應(yīng)該是絕緣的。一般要用非導(dǎo)電材料做測量管。電學(xué)法測量的最大優(yōu)點是能進(jìn)行瞬態(tài)測量，此外還具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，所以一直受到人們的普遍關(guān)注，并提出各種改進(jìn)方法以解決測量中存在地問題。第27頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一、相分率測量方法③微波法通過對微波腔諧振頻率的測量來確定混合物內(nèi)的相分率。實現(xiàn)方法是把一個小的探針插入諧振腔中，把微波能量耦合到腔內(nèi)。當(dāng)諧振腔內(nèi)通過多相流體時，探針檢測到的諧振波是流體介電特性、相分率和各相分布狀況的函數(shù)。Texaco含水監(jiān)測儀就是利用微波法測定原油含水率儀表中較好的一種，其商品名為Starcut。不論油為連續(xù)相還是水為連續(xù)相，該儀表均能精確測量原有含水率，含水率范圍從0～100％并允許管線中存在部分氣體。第28頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一、相分率測量方法④倒U型管測量（氣液比）法當(dāng)三相流體流過U型管時，在垂直上升段和垂直下降段產(chǎn)生壓力降，這個壓力降由三相混合物的重位壓力降和摩擦壓力降兩部分組成。三相流體在向上幾向下流動時，氣體和液體之間的速度差是不同的，由于重力的作用，向上流動時，氣體速度比液體速度大；向下流動時，液體速度比氣體速度大，因此相比率是不同的，根據(jù)多相流理論分析計算，可以得到三相混合物的氣液比。該方法應(yīng)用流體力學(xué)原理以及多相流理論來測量氣液比的方法，具有簡單、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的特點。據(jù)介紹，該方法的測量偏差小于2.0％。第29頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一、相分率測量方法⑤熱擴(kuò)散法一根加熱的金屬圓棒放入流體中，熱金屬棒的熱量要向流體擴(kuò)散，溫度要降低，擴(kuò)散的熱量和流體的流量及混合物比熱、導(dǎo)熱系數(shù)及粘度等物理特性間存在一定的函數(shù)關(guān)系，這些物理特性參量都是相分率的函數(shù)。當(dāng)加熱功率和總體積流量已知，測量圓棒和來流之間的溫度差，就可以得到相分率。第30頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五二、多相流流量測量方法

按測量原理分類，當(dāng)前采用的多相流流量的測量方法有：①節(jié)流法流體通過節(jié)流件時會產(chǎn)生壓降，由多相流流量與壓降的關(guān)系即可測得多相流流量。文丘里管測量法就是當(dāng)前使用最多的多相流流量測量法，該方法結(jié)構(gòu)簡單、體積小，維護(hù)方便。②速度法測量多相混合物的流速和平均密度（或由測得的各相分率求得平均密度）便可得到多相流量。速度法又分為力學(xué)法、相關(guān)法、光學(xué)法、聲學(xué)法、熱學(xué)法、電磁法、核磁共振法等多種。相關(guān)法是使用兩個任意的傳感器信號間的統(tǒng)計依賴關(guān)系測量流速的一種方法，是當(dāng)前采用的方法之一。該方法主要的優(yōu)點是只有信號中的交流成分作為信息用于相關(guān)函數(shù)中，對熱力影響和零點飄移不敏感。③容積法第31頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五三、多相流量計1、取樣計量法2、直接在線計量圖6EUROMATIC多相流流量計工作原理圖7MPFM型多相流量計結(jié)構(gòu)示意圖

第32頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五三、多相流量計國產(chǎn)流量計（7）海默MFM2000系列多相流流量計MFM2000系列多相流流量計是蘭州海默公司研發(fā)的多相流流量計。該流量計由流型調(diào)整裝置、互相關(guān)流量計、雙能伽馬傳感器、溫度壓力變送器及實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的工控機(jī)組成?；ハ嚓P(guān)流量計由上游傳感器和下游傳感器（兩個相同的單能伽馬傳感器）和互相關(guān)器組成，根據(jù)上、下游傳感器檢測到的兩個隨機(jī)信號確定油氣水三相流中氣、液相流速。利用雙能（結(jié)合單能信號）伽馬射線測量管道截面上油氣水三相流中的含水率和含氣率，結(jié)合溫度壓力測量確定實際狀態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的油、氣、水的流量。測量范圍：含水率0～100％，含氣率5～95％，氣體折算速度≤30m/s，液相折算速度≤3m/s，流量調(diào)節(jié)比15：1。測量精度：液流量5～10％，氣流量5～10％，含水率2～3％。第33頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五三、多相流量計（8）TFM－500多相流流量計TFM－500多相流流量計由西安交通大學(xué)多相流國家重點實驗室研發(fā)。采用類似文丘里管結(jié)構(gòu)的靜態(tài)混合器提高氣液混合程度，減少流型對流量測量的影響。倒U型管測量氣液相分率，熱擴(kuò)散方法測量油水相分率，文丘里管測量三相總流量，實現(xiàn)油氣水三相不分離計量。該流量計已作為國家發(fā)展計劃委員會的重點工業(yè)試驗項目，在大港等油田推廣應(yīng)用。國產(chǎn)流量計第34頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五第三部分液－液旋流分離技術(shù)一、液－液旋流分離二、井下旋流分離第35頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五1、液－液旋流分離器結(jié)構(gòu)及工作原理

液一液旋流分離技術(shù)是1980年由英國南安普敦大學(xué)MartinThew和DerekColman兩教授研究成功的。1985年第一套Vortoil水力旋流器安裝在英國北海作業(yè)區(qū)Murchison平臺，使用效果良好。近年來這項技術(shù)己成為國內(nèi)外油水分離技術(shù)的研究熱點。水力旋流分離器見圖

A、污水除油分離器

B、含水原油預(yù)分旋流器第36頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五1）

圓筒段通常為一圓柱形空腔，在其邊壁和頂面上分別開有切向入口和富油流出口。圓筒段的內(nèi)徑，約是名義直徑的2倍。一般情況下，處理量和分割粒徑隨旋流管直徑的增加而增大。由于含油污水中油水分離的難度很大，除油旋流器的名義直徑不超過60mm。2）

大錐段為圓錐形空腔，其漸縮的錐截面使流體不斷加速并形成螺旋運動。通常在大錐段結(jié)束的部位流體獲得最大的加速度。3）

小錐段小錐段是油水分離的主要區(qū)域。它的大端直徑常稱為旋流管的名義直徑，人們認(rèn)為在名義直徑附近流體的角動量達(dá)到最大值。小錐段錐角遠(yuǎn)小于大錐段的錐角。在小錐段內(nèi)，一方面由于小錐管壁的摩擦，液流在錐管內(nèi)流動的角動量有所減弱；另一方面，小錐管流通面積的逐漸減小，將補(bǔ)償角動量的減小，兩者的綜合作用使流體保持相對穩(wěn)定的高速旋流運動。4）

尾管段流過小錐管后的液流仍具有很大的角動量，在尾直管內(nèi)油水仍可得到進(jìn)一步的分離。此外，尾直管對形成的作螺旋運動的油核還起穩(wěn)定作用，其出口即為分離后的凈化水。第37頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五旋流分離要素對液-液旋流分離器來講，要實現(xiàn)液體旋流分離，必須具備下列條件：1）應(yīng)產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的旋流，使分散相有足夠的徑向遷移；2）旋流器直徑要小，并有足夠大的長徑比；3）油芯附近的液流層必須穩(wěn)定，避免油水兩相的重混；4）旋流器應(yīng)具有很小的圓錐角，導(dǎo)流口能使液流產(chǎn)生好的旋流，旋流軸與旋流器幾何軸線應(yīng)重合。第38頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一、液液旋流分離2、液－液旋流分離器特點

①設(shè)備重量輕，重量不足同規(guī)模常規(guī)分離設(shè)備的1/5；②處理速度快，處理時間約為2～4s，相當(dāng)常規(guī)分離設(shè)備所需時間（5～20min）的幾百分之一；③分離效率高，一般為85％，最高可達(dá)99％；④旋流器結(jié)構(gòu)簡單，無任何運動部件和復(fù)雜內(nèi)件，操作維護(hù)費用低，只為其它分離裝置的5％；⑤占地面積小，是常規(guī)處理裝置的1/5～1／10：⑥簡化了工藝流程，可取消常規(guī)油水處理工藝的管線和沉降設(shè)施，節(jié)省投資25％以上。第39頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五3、影響因素

1)油水密度差：水力旋流器是靠流體的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力來達(dá)到油水分離的目的，油水分離的規(guī)律也符合斯托克斯定律，油水密度差越大，油粒的上浮速度也越快，油水分離效果就越好。一般油水密度差應(yīng)大于0.05g/cm3。2)油粒尺寸：油粒越大上浮的速度也越快，油水分離的效果就越好。油粒小易形成乳化液，難以分離。一般來說，油粒尺寸小于10μm的分離較難，油粒大于40μm的分離較易。所以在水力旋流器前，應(yīng)盡量減少一些易使油粒破碎的設(shè)備，且減少中間環(huán)節(jié)，盡量使脫水器排出的污水直接進(jìn)入水力旋流器，這樣可減少乳化油的數(shù)量，有利于提高處理效果。3)粘度：污水中的原油粘度越大，油水分離越困難。當(dāng)粘度太大時，可適當(dāng)提高污水的溫度，以降低粘度，從而提高處理效果。4)水溫：水溫與粘度、油水相對密度差等都有直接關(guān)系，在高溫下油和水的粘度將降低，油水的相對密度差將提高，從而可提高處理效果。試驗研究明，進(jìn)入水力旋流器的污水溫度一般應(yīng)控制在90℃以上。5)進(jìn)口含油量：旋流器進(jìn)口污水含油量越高，除油效率越高。一般進(jìn)口含油量在10000mg/L以下時，水力旋流器都可保持較高的除油效率。6)進(jìn)口流量：為保證污水在水力旋流器內(nèi)的旋流速度，就必須保證進(jìn)口有一定的流量。試驗表明，污水在水力旋流器中的較佳流速應(yīng)控制在4.5m/s以內(nèi)。第40頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一、液液旋流分離3、液－液旋流分離器研究關(guān)鍵技術(shù)

①液一液旋流分離器內(nèi)流體流動規(guī)律及分離機(jī)理；旋流器內(nèi)流場、動態(tài)特性測試、分布規(guī)律、旋流器結(jié)構(gòu)、選型、幾何參數(shù)及優(yōu)化；②液一液旋流分離器配套工藝技術(shù)，低剪切增壓泵、流程、檢測與自控技術(shù)研究。

石油大學(xué)（華東）開發(fā)的污水除油旋流器污水含油小于40mg/l，壓降低于0.3Mpa。原油預(yù)分旋流器出油含水低于40％，達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用的水平，并已在勝利和大港油田應(yīng)用。第41頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五二、井下旋流分離對于高含水油田，采出水處理費用常占原油生產(chǎn)成本的75%以上。多數(shù)油井采出液中水油比為10:1或20:1時，由于水從井筒提升至地面的能耗以及水處理費用，使油井生產(chǎn)達(dá)到經(jīng)濟(jì)極限而被迫廢棄。此外，含油污水還污染環(huán)境。因而，如何減少地面采出水?dāng)?shù)量以降低水的提升和處理費用，延長油井生產(chǎn)壽命提高油藏采收率就成為石油工作者面臨的課題。九十年代以來，著手研究井下分離的可行性。92年，PetroleumDevelopmentOman首次在95/8〃

井筒內(nèi)進(jìn)行靠重力使油水分離試驗。Texaco也進(jìn)行過類似試驗。91年加拿大CentreforEngineeringResearchInc.(C-FER)進(jìn)行了油水井下旋流分離和同井回注的可行性研究，并于94年7月首次在PanCanadianPetroleum管轄的Alliance油田進(jìn)行ESPAQWANOT(井下分離)系統(tǒng)的工業(yè)試驗獲得成功。截止98年，加拿大大約有20口井采用這種技術(shù)?，F(xiàn)在加拿大、美國、德國等都在開展這方面研究和應(yīng)用，有擴(kuò)大至海洋采油的趨勢。第42頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五二、井下旋流分離圖16A．裝置安裝于產(chǎn)油層和注水層之間；

B．裝置安裝于產(chǎn)油層和注水層之上?；九渲?/p>

電機(jī)泵旋流器AB第43頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五二、井下旋流分離旋流器與注水泵的連接

旋流器與注水泵的連接方式有二種。泵安裝在旋流器上游，稱推入式（Push-Though），安裝在旋流器下游則稱為抽吸式（Pull-Though），見圖17，此時電機(jī)和注水泵的驅(qū)動軸需穿過旋流器。采用推入式時，由于離心泵對油水混合物的攪拌，特別是離心泵不在高效區(qū)工作會降低旋流器的分離性能，故只適用于油水易于分離的油井。采用抽吸式時，石油泡點壓力不能太低，否則旋流器內(nèi)會有大量氣體析出，影響分離效果。圖17抽吸式配置示意圖第44頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五第四部分原油電動態(tài)脫鹽技術(shù)

原油脫鹽常采用電動態(tài)脫鹽技術(shù)，即電脫水和脫鹽合二為以技術(shù)。該技術(shù)以雙電場技術(shù)為基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)M(jìn)入電脫水和脫鹽裝置，并且使淡化水與原油成逆向流動，在高強(qiáng)電場作用下，淡化水被碎裂成許多統(tǒng)一細(xì)小顆粒與逆向而來的原油混合（淡化水“沖洗”作用），使淡化水與鹽水多層次接觸，在電場減弱時細(xì)小顆粒又會較易結(jié)合在一起，并且不斷增大最后發(fā)生沉降，達(dá)到脫水和脫鹽的目的，脫水和脫鹽在同一裝置內(nèi)完成。第45頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五第46頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五電動態(tài)脫鹽技術(shù)主要包括電場強(qiáng)度控制技術(shù)、強(qiáng)靜電混合技術(shù)和淡化水與原油的逆向流動技術(shù)等三個方面

控制技術(shù)說明電場強(qiáng)度控制隨時間改變電力分配以控制電場的變化，避免小顆粒長時間處于高電場強(qiáng)度區(qū)而發(fā)生電弧現(xiàn)象靜電混合依靠合成電極技術(shù)和電載響應(yīng)控制器技術(shù)，合成電極板和電載響應(yīng)控制器為電動態(tài)脫鹽系統(tǒng)的重要設(shè)備，靜電混合周期由顆粒擴(kuò)散、混合、結(jié)合和集結(jié)沉降四個處理階段組成，四個階段的電場強(qiáng)度變化是由電載響應(yīng)器來控制（如圖1-4-8）逆向流動通過增壓設(shè)備往電脫水和脫鹽裝置注入淡化水，由分配匯（安裝在電極板的上方，較靠近原油出口管匯，使淡化水與原油成逆向流動）的孔眼分布注入的淡化水，使淡水流出孔眼時成粗顆粒狀，這種粗顆粒可以防止其被油流攜帶走，這種逆向流動的設(shè)計提高淡水與鹽水接觸效率，增加了接觸層次，提高了脫鹽效果，所以淡化水的用量要比傳統(tǒng)脫鹽系統(tǒng)少（如圖1-4-7）第47頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五電動態(tài)脫鹽技術(shù)特點

電動態(tài)脫鹽技術(shù)是以雙電場技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行的技術(shù)改進(jìn)，有很多優(yōu)點，但也有不足之處。

優(yōu)點缺點1．雙電場脫鹽和脫水；2．先進(jìn)的耐水性合成電極；3．依靠電載響應(yīng)控制器控制，使流程受到較小的干擾；4．多層次的靜電混合；5．淡化水的用量??；6．逆向流動提高了淡化水與原油接觸效率；7．高強(qiáng)度電場以及電極板分布設(shè)計提高了流程抗運動干擾能力；8．淡水與原油的逆向流動最大限度除去油中固態(tài)懸浮物；9．適合于深度脫鹽1．難以除去結(jié)晶鹽；2．需要較大的變壓器提供能量；3．電載響應(yīng)控制器控制箱與變壓器之間的安裝距離不能超過500m

第48頁，共55頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五電動態(tài)脫鹽裝置主要內(nèi)件及其特性設(shè)備特性電載響應(yīng)控制器用來控制電壓、調(diào)節(jié)電場的設(shè)備，由電抗變壓器、可控硅整流器以及顯