油氣水三相分離器技術(shù)簡介.ppt

1、高效油氣水處理技術(shù),油氣水三相分離器技術(shù)簡介,郭長會 2010 年 10 月,影響分離的因素,1、液滴間的相互作用 -乳化特性的影響 2、油水物性的影響 3、處理溫度的影響 4、壓力和含水量的影響 5、流場分布不均的影響 6、內(nèi)環(huán)流的影響 7、流態(tài)變化的影響 8、油水界面的影響 9、長度直徑比的影響,油氣水分離處理工藝，是將從油井收集的油氣水混合物進(jìn)行氣液分離、油水沉降、原油脫水、天然氣凈化等對油井產(chǎn)出物進(jìn)行初加工的過程，是油田集輸處理工程的核心部分。,油氣水分離及原油脫水技術(shù),游離水脫除器,油氣水三相分離器（立式）,油氣水三相分離器（臥式）,三相分離器優(yōu)化結(jié)構(gòu),一般來說，分離器構(gòu)件的優(yōu)化可以

2、考慮下面幾個(gè)因素： 1、入口構(gòu)件的改造 2、嵌入式分離 3、部分分離 4、新型集液器,三相分離器優(yōu)化結(jié)構(gòu)入口優(yōu)化,旋風(fēng)分離裝置在入口構(gòu)件中得到廣泛的應(yīng)用，因?yàn)樗軌蚴古菽扑楹蜌庖悍蛛x。旋風(fēng)分離式入口裝置的優(yōu)點(diǎn)為： 1、入口動能可以比較高 2、具有消泡的作用 3、可以對氣體初步分離,A 旋風(fēng)分離式入口裝置,B 立式單旋風(fēng)分離器氣液分離,三相分離器優(yōu)化結(jié)構(gòu)嵌入式脫氣,嵌入口脫氣裝置采用了靜態(tài)透平技術(shù)。通過第一個(gè)透平裝置，兩相混合物（氣體、液體）發(fā)生旋轉(zhuǎn)。由于密度差異，氣體會進(jìn)入裝置的中心，生成穩(wěn)定的氣核。這些氣體以及一部分液體被移除，進(jìn)入垂直的凈氣裝置。在凈氣裝置中，液體從氣體中分離出來然后進(jìn)入

3、主管線，最終潔凈的氣體離開凈氣裝置。,油氣水分離及原油脫水技術(shù),葉片式填充件和旋風(fēng)分離器取代了金屬網(wǎng)墊。而且旋風(fēng)分離器還可以沿軸線安裝在氣體的出口處。緊湊旋風(fēng)分離器或者內(nèi)嵌式裝置安裝在主分離器的前部，進(jìn)行部分分離；分離出的氣體進(jìn)入凈氣器。,三相分離器優(yōu)化結(jié)構(gòu),三相分離器優(yōu)化結(jié)構(gòu)旋風(fēng)捕霧裝置,A 典型的捕霧器,B 不同類型的旋風(fēng)分離裝置,盡管旋風(fēng)分離器尺寸較小，但是可以用于移除液霧。與傳統(tǒng)的捕霧器相比，旋風(fēng)式捕霧裝置具有效率高、可以脫除小液滴以及污垢小等優(yōu)點(diǎn)。在旋風(fēng)式分離器內(nèi)，流體沿切線進(jìn)入氣體出口管。液體被甩到分離器外壁，并流到底部。氣體以相反的方向從內(nèi)管流出。在軸流式旋風(fēng)分離器里，管內(nèi)靜止的

4、透平機(jī)使流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，氣體的吹掃作用使液膜沿著裂縫被移除。,油氣水分離及原油脫水技術(shù),油氣水三相分離器,三相分離器內(nèi)部構(gòu)件,板式聚結(jié)器,平行板隔油器； 波紋板隔油器； 交叉流分離器,油氣水分離及原油脫水技術(shù),油氣水三相分離器,三相分離器內(nèi)部構(gòu)件,板式聚結(jié)器,平行板隔油器； 波紋板隔油器； 交叉流分離器,B)自支承式波紋板填料,A)平行板波紋填料,C)峰谷搭片式波紋填料,油氣水分離及原油脫水技術(shù),油氣水三相分離器,三相分離器內(nèi)部構(gòu)件,板式聚結(jié)器,平行板隔油器； 波紋板隔油器； 交叉流分離器,油氣水分離及原油脫水技術(shù),油氣水三相分離器,三相分離器內(nèi)部構(gòu)件,板式聚結(jié)器,平行板隔油器； 波紋板隔油器；

5、 交叉流分離器,B 油水交叉流動分離器中聚結(jié)部分,C 油水交叉流動分離器中分離段,A 油水交叉流動分離器,油氣水分離及原油脫水技術(shù),油氣水三相分離器,三相分離器內(nèi)部構(gòu)件,除砂噴嘴和排砂口,油氣水分離及原油脫水技術(shù),液面界面控制方案,油氣水三相分離器（立式）,油氣水分離及原油脫水技術(shù),液面界面控制方案,固定堰板式,溢流堰板式,桶堰板式,可調(diào)堰板式,油氣水三相分離器（臥式）,油氣水分離及原油脫水技術(shù),油氣水三相分離器界面控制原理,油氣水分離及原油脫水技術(shù),幾種典型的分離器結(jié)構(gòu),臥式油氣水三相分離器,1一油氣水混合物入口；2入口分流器；3一安全閥； 4一保安裝置接口； 5一除霧器； 6一原油脫氣區(qū)；

6、 7一快速液位調(diào)節(jié)器；8一壓力表；9一儀表用氣出口；l0一氣體出口一液位計(jì)；12一膜片閥；13一污水出口； 14一防渦流板；15一排污口；16一原油出口,油氣水分離及原油脫水技術(shù),幾種典型的分離器結(jié)構(gòu),臥式油氣水三相分離器,油氣水分離及原油脫水技術(shù),幾種典型的分離器結(jié)構(gòu),A容器，BSkidor鞍，C入口分流器，D分配擋板，EMonarch聚結(jié)組件，F(xiàn)泡沫破碎器，G渦流消除器，H廢油坑和堰，I除霧器，J沖砂系統(tǒng)。,Monarch分離器,臥式油氣水三相分離器,HNS型高效三相分離器,遼河油田稠油三相分離器,1排氣口 2除霧器 3人孔 4油溢流槽 5溢流板 6PERFORMAX板 7減速器 8物料進(jìn)

7、口 9折流板 10鞍式支座 11排污管 12沖砂管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,江漢XSL-型三相分離器,1異型蝶閥 2捕霧器 3氣液擋板 4集氣包 5液位（界面）調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 6出油閥 7出水閥 8出水分液包9蛇形板整流機(jī)構(gòu) 10轉(zhuǎn)向器 11均質(zhì)分液流 12瓣形預(yù)分離頭,中原油田對三相分離器,1氣液進(jìn)口 2氣預(yù)分離室 3天然氣出口 4氣除液室 5集水和高度調(diào)節(jié)裝置 6、7油、水出口 8排污口 9集水管 10聚結(jié)板 11人孔 12防沖反射器 13安全閥接口,大慶油田聚丙烯波紋板網(wǎng)填料三相分離器,1混合液進(jìn)口 2斜管 3導(dǎo)氣管 4分離進(jìn)口 5進(jìn)液室 6

8、沉降室 7波紋板填料 8固定堰板 9導(dǎo)油管 10可調(diào)堰板 11水室 12油室 13油出口 14水出口 15浮子液位計(jì) 16捕霧器 17分氣包 18氣出口 19鞍座 20旋流除砂器,江蘇油田三相分離器,1進(jìn)口 2一次捕霧 3二次捕霧 4氣出口 5、6油、水出口 7波紋板 8折流板 9散流板 10瓷環(huán) 11換熱器 12調(diào)節(jié)手輪 13可調(diào)堰管 14視鏡,油氣水分離及原油脫水技術(shù),幾種典型的分離器結(jié)構(gòu),勝利分離器,根據(jù)理論分析和內(nèi)構(gòu)件的研究，優(yōu)化了三相分離器結(jié)構(gòu)尺寸。,SXF高效三相分離器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施,進(jìn)口采用旋流預(yù)分離筒，提高了氣液的分離效率，可以減小氣相空間，增加油水的有效容積，提高油水的分離效

9、果。,SXF高效三相分離器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施,進(jìn)口布液管增加延伸直管，增加分離器的有效分離長度，提高分離效率,SXF高效三相分離器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施,進(jìn)口管后設(shè)迷宮整流板，進(jìn)行整流，并且具有除砂、聚結(jié)的作用,SXF高效三相分離器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施,利用波紋板進(jìn)行油氣水得聚結(jié)，提高分離效率,SXF高效三相分離器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施,采用斜板聚結(jié)分離填料，實(shí)現(xiàn)聚結(jié)和分離作用的合一，提高油水的分離效率。,SXF高效三相分離器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施,采用射頻導(dǎo)納油水界面檢測儀，檢測控制油水界面，簡化水腔結(jié)構(gòu)，增加了設(shè)備的有效容積。,SXF高效三相分離器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施,增高溢油擋板，提高油水的分離效率。,SXF高效三相分離器的結(jié)

10、構(gòu)改進(jìn)措施,氣出口設(shè)除霧器，保證天然氣的分離效果。,SXF高效三相分離器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施,分離器底部設(shè)沖砂盤管和集砂包結(jié)構(gòu)，保證可靠清砂，防止泥砂在分離器內(nèi)的淤積，保證油水的分離效率。,SXF高效三相分離器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施,設(shè)備的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和系列化,結(jié)構(gòu)形式4：（中重質(zhì)原油帶加熱三相分離器）,結(jié)構(gòu)形式1：（輕質(zhì)原油三相分離器）,結(jié)構(gòu)形式2：（中重質(zhì)原油三相分離器）,結(jié)構(gòu)形式3：（輕質(zhì)原油帶加熱三相分離器）,結(jié)構(gòu)形式5：（油水深化處理及含聚采出液三相分離器）,針對不同的油品性質(zhì)和現(xiàn)場要求，設(shè)計(jì)了不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三相分離器，實(shí)現(xiàn)了系列化,SXF高效三相分離器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施,水滴的沉降速度計(jì)算,具有一定沉降

11、速度的水滴在分離器中能否沉降至集水部分還取決于分離器的型式和分離器重力沉降部分中液體的流速。,水滴的分離條件,影響分離的因素,1、液滴間的相互作用 -乳化特性的影響 2、油水物性的影響 3、處理溫度的影響 4、壓力和含水量的影響 5、流場分布不均的影響 6、內(nèi)環(huán)流的影響 7、流態(tài)變化的影響 8、油水界面的影響 9、長度直徑比的影響,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,乳化液是一種非均相液體體系，它由兩種不互溶的液體組成，而且其中一種液體以液滴形式直接分散在第二種液體中。乳化液與一種液體在另一種液體中的簡單分散體不同，乳化液中存在著一種能抑制聚結(jié)現(xiàn)象的乳化劑，因此液滴相互接觸時(shí)發(fā)生聚結(jié)的概率大

12、為減小。 乳化液中以小液滴形態(tài)存在的那一部分則稱作內(nèi)相、分散相或非連續(xù)相。,乳化液的定義,在原油和水組成的大部分乳化液中，水是細(xì)分散在油中的。水滴的球形是界面張力作用的結(jié)果。界面張力作用于水滴，使水滴與油接觸的面積盡可能小。這就是油包水型乳化液，被稱為“正?！比榛?。油也可以分散在水中，形成水包油乳化液，后者被稱為“反向”乳化液。,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,乳化液的類型,原油中所含的水分，有的在常溫下用簡單的沉降法短時(shí)間內(nèi)就能從油中分離出來，這類水稱為游離水；有的則很難用沉降法從油中分離出來，這類水稱乳化水，它與原油的混合物稱油水乳狀液，或原油乳狀液。乳化水需采取專門的措施才能脫除

13、。,一種是水以極微小的顆粒分散于原油中，稱為：“油包水”型乳狀液，用符號wo表示，此時(shí)水是內(nèi)相或稱分散相，油是外相或稱分散介質(zhì)，因外相液體是相互連接的，故又稱連續(xù)相 ；,另一種是油以極微小顆粒分散于水中，稱為：“水包油”型乳狀液，用符號ow表示，此時(shí)油是內(nèi)相，水是外相。,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,乳化液的定義,油包水乳狀液,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,乳化液的定義,油相多重乳化,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,乳化液形成的三個(gè)必要條件是: (1)油田采出物有原油和水，二者不互溶。 (2)原油中有足夠的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、環(huán)烷酸、地層巖屑、泥砂等，它們都是天然的、高性能的乳

14、化劑。 (3)在油田開發(fā)和油氣集輸過程中，油、水、乳化劑三者共聚一體，在油井井筒、油嘴、管道、閥件、機(jī)泵中充分接觸混合。特別是在油田伴生氣的參予下，其攪拌更為激烈。,原油乳化液的形成,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,乳化的防止,集油過程原油中水珠粒徑變化情況,泵進(jìn)口水珠粒徑變化情況,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,采油時(shí)能使油完全與水隔絕和(或)防止油井產(chǎn)出流體受到各種形式的攪拌，就不會生成乳化液。在一些油井中，要把水完全隔絕是困難的或者是不可能的，同時(shí)，防止攪拌幾乎也是不可能的。所以，許多油井必然會產(chǎn)生乳化液。然而，在一些場合下，乳化作用是由于操作方法不當(dāng)而加重的。,桿式泵抽油井

15、抽油速度過大，柱塞和凡爾維護(hù)不良;利用重力流動輸送的地方用泵輸送流體，都會造起不必要的擾動。如果條件許可，在油一水分離之前要盡量減少因流經(jīng)離心泵，油嘴和控制閥而引起的壓力降。,乳化的防止,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,加入化學(xué)破乳劑,正確選用增壓泵,乳化的防止,正確設(shè)計(jì)和建設(shè)管道,正確布置脫水設(shè)備的位置,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,分散度,原油狀液的性質(zhì),密度,分散相在連續(xù)相中的分散程度稱為分散度。,原油含水、含鹽后，其密度顯著增大。,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,粘度,原油狀液的性質(zhì),原油乳狀液是一種多相體系，不遵循牛頓內(nèi)摩擦定律，屬于非牛頓液體，這時(shí)的粘度應(yīng)稱為表

16、觀粘度。含水率較低時(shí)，乳狀液的粘度隨含水率的增加而緩慢上升；含水率較高時(shí)，粘度迅速上升；當(dāng)含水率超過某一數(shù)值(圖中約為6575)時(shí)，粘度又迅速下降，此時(shí)wo型乳狀液相為ow型或w ow型乳狀液。此后，隨含水率的進(jìn)一步增加，油水混合物的粘度變化不大。,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,原油狀液的性質(zhì),電性質(zhì),原油乳狀液的電導(dǎo)率除取決于其含水率和水顆粒的分散度外，在很大程度上決定于水中的含鹽、含酸、含堿量。乳狀液的電導(dǎo)率還隨溫度的增高而增大。 介電系數(shù)是乳狀液另一項(xiàng)重要的電性質(zhì)。原油的介電系數(shù)為2，水的介電系數(shù)約為油的40倍，即80。由于原油和水介電系數(shù)的懸殊差別，當(dāng)把乳狀液置于電場內(nèi)時(shí)，乳狀

17、液的內(nèi)相水滴將沿電力線排列，并使乳狀液的電導(dǎo)率激烈增加。電場內(nèi)，乳狀液內(nèi)相水滴沿電力線排列的這種性質(zhì)，常被用來破壞原油乳狀液，脫除原油中所含的水。,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,原油狀液的性質(zhì),電性質(zhì),幾種原油電導(dǎo)，粘度與溫度的關(guān)系圖,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,原油狀液的性質(zhì),穩(wěn)定性和老化,影響乳狀液穩(wěn)定性的主要因素有：乳狀液的分散度和原油粘度、乳化劑的類型和保護(hù)膜的性質(zhì)、內(nèi)相顆粒表面帶電、乳狀液溫度和水的pH值等。,1.分散度和原油粘度,若油水混合物內(nèi)有足夠的乳化劑，并受到充分?jǐn)嚢?，則形成內(nèi)相顆粒小、分散度高的原油乳狀液。水滴愈小，布朗運(yùn)動愈強(qiáng)烈，就能克服重力影響不下沉，

18、而保持穩(wěn)定。此外，原油粘度愈大，水滴愈不易下沉原油乳狀液也就愈穩(wěn)定。,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,原油狀液的性質(zhì),穩(wěn)定性和老化,2.乳化劑的類型和保護(hù)膜的性質(zhì),原油中存在的天然乳化劑大體上可分為三類，它們對乳狀液的穩(wěn)定性有很大的影響。 乳化劑是低分子有機(jī)物，如脂肪酸、環(huán)烷酸和某些低分子膠質(zhì)。這類物質(zhì)有較強(qiáng)的表面活性，易在內(nèi)相顆粒界面形成界面膜。但由于分子量低，界面保護(hù)膜強(qiáng)度不高，故乳狀液的穩(wěn)定性較低。 第二類是高分子有機(jī)物，如瀝青、瀝青質(zhì)等。它們在內(nèi)相顆粒界面形成較厚的、粘性和彈性較高的凝膠狀界面膜，機(jī)械強(qiáng)度很高，使乳狀液有較高的穩(wěn)定性。 第三類是粘土、砂粒和高熔點(diǎn)石蠟等固體乳化劑。

19、由這類乳化劑構(gòu)成的界面膜的機(jī)械強(qiáng)度很高，因而乳狀液的穩(wěn)定性也很高。由蠟晶粒作為固體乳化劑構(gòu)成的乳化液，會因溫度增高時(shí)蠟品粒的溶解而使乳狀液穩(wěn)定性下降。,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,原油狀液的性質(zhì),穩(wěn)定性和老化,3.內(nèi)相顆粒表面帶電,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油乳狀液,原油狀液的性質(zhì),穩(wěn)定性和老化,4.溫度,乳狀液溫度對其穩(wěn)定性有很大影響，隨溫度的增高，乳狀液穩(wěn)定性下降。這是因?yàn)? (1)乳狀液的主要乳化劑瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、石蠟等在原油中的溶解度增加，減弱了由這些乳化劑構(gòu)成的內(nèi)相顆粒界面膜的機(jī)械強(qiáng)度，使水滴易于在互相碰撞時(shí)合并下沉； (2)內(nèi)相顆粒體積膨脹，使界面膜變薄，機(jī)械強(qiáng)度減弱；

20、(3)加劇了內(nèi)相顆粒的布朗運(yùn)動，增加了互相碰撞、合并成大顆粒的機(jī)率； (4)油水體積膨脹系數(shù)不同，原油體積膨脹系數(shù)較大，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。,油氣水分離及原油脫水技術(shù),原油破乳的基本方法與原理,化學(xué)破乳：該方法是向含水原油中添加化學(xué)破乳劑，經(jīng)攬拌混臺使其到達(dá)原油乳化液的油一水界面上，降低界面張力，破壞乳化狀態(tài)破乳后的水珠相互聚結(jié)并沉降分離； 電破乳：包括交流電、直流電、交一直流電、高頻脈沖供電等，用電場力破壞原油乳化液，使水珠相互聚結(jié)，自原油中分出； 潤濕聚結(jié)：利用高比表面材料對油與水親和力的懸殊差差異，使原油中的油或水珠在其表面

21、聚結(jié)，并沉降(油上浮)分離。 一般原油脫水的工業(yè)生產(chǎn)裝置是聯(lián)合上述方法中的幾種綜臺使用，然后沉降分離（包括自然沉降、熱沉降、離心沉降和斜板、斜管沉降等），以便形成較完善的上藝過程，使原油脫水生產(chǎn)過程效率高、生產(chǎn)成本低、經(jīng)濟(jì)效益高。,分離理論,臨界相液面 臨界路徑是相對于穩(wěn)態(tài)液位而言的。但是，實(shí)際上液位是不斷波動的，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該考慮到液位的波動、最高液位和最低液位等各種情況,圖B 最高液位和最低液位的各種情況,臨界沉降路徑 如果最遠(yuǎn)處的液滴得到沉降，那么粒徑相同或更大的液滴必然會得到沉降。,目前，勝利油田針對多種采出液進(jìn)行了脫水工藝的攻關(guān)研究，基本形成了適應(yīng)油田各種采出液特性的工藝技術(shù)系列，

22、滿足了原油脫水的需求，這些技術(shù)都是以三相分離器作為主要分離設(shè)備。,輕質(zhì)原油,一段壓力脫水,中質(zhì)原油,兩段/三段脫水,重質(zhì)原油,三段脫水,重質(zhì)及普通稠油,三段高溫脫水,熱采稠油,一級壓力分水+三段沉降脫水,二級壓力分水+一段沉降脫水,輕質(zhì)原油一段壓力脫水典型流程 (王崗聯(lián)合站),外輸,進(jìn)站閥組,三相分離器,加熱爐,污水去污水站,分離緩沖罐,原油穩(wěn)定,二、原油處理技術(shù),三相分離一段壓力脫水工藝,中質(zhì)原油兩段壓力脫水典型流程(商河四凈站、廣利聯(lián)),外輸,進(jìn)站閥組,三相分離器,加熱爐,污水去污水站,分離緩沖罐,電脫水器,原油穩(wěn)定,二、原油處理技術(shù),三相分離+電脫水兩段壓力脫水工藝,中質(zhì)原油三段脫水典型流程(高含水，盤二聯(lián)),提升泵,進(jìn)站閥組,三相分離器,加熱爐,電脫水器,外輸,污水去污水站,污水,原油穩(wěn)定,二、原油處理技術(shù),三相分離+沉降+電脫水三段脫水工藝,重質(zhì)及普通稠油三段高溫脫水典型流程 (孤島、孤東脫水站),提升泵,進(jìn)站閥組,三相分離器,加熱爐,加熱爐,電脫水器,外輸,污水去污水站,污水,二、原油處理技術(shù),三相分離+高溫沉降+高溫電脫水