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离心分离器在石油工业的应用

井下分离

当油井含水率增加到一定程度时,就得被迫关闭。有很多因素造成油井的提前老化,虽然这些油井还能生产相当数量的原油,但平台上分离设施的分水能力有限,含水率过高的油井不得不关闭。另外一些油井,随着含水率的增加,产油量也增加,这种情况下也需要先关闭部分油井。

采用水力旋流器作为基础的井下分离技术可以解决这一问题,延长油井的寿命。井下 分离 原理图

图4所示为井下分离的原理图。生产的原油进人井筒后首先进人井下分离器,该分离器采用高效的水力旋流器作为分离设施,分离出的水经注水泵加压后回注到地层,脱除了大部分水的原油,经增压泵送出。

这种以水力旋流器作为基础的分离技术首先由加拿大的C一F妞r公司(袅netrforE侧向eeLir飞Re,当”℃hIcn)开发,由加拿大石油公司和美国的电潜泵制造商Reda合作生产了首套装置,1994年7月完成安装。到1996年8月在我国陆上共安装了13套,这些井井深范围1,产量范围300一1500,含水率91%一98%。井下分离设施可以分离出至少60%的水。采用高效的水力旋流器,当含水率在85%以上时,分离出的水含油<5X()xlo^-6,当含水率在20%以下时,分离出的水含油<1%。

这项井下分离技术在陆上已取得成功,在海上的应用也已经开始。采用这项技术,可进一步提高原油的采收率,延长油井的寿命,海上的应用将意眯着采油成本的降低。

井口分离/海底分离

延长油田寿命,提高采收率采取的另一的措施是井口分离乃每底分离,即采用水力旋流器系统在油井附近分离出大部分的水并处理掉。由于翰送到处理厂或平台的水量减少,不需再投人巨资扩大水处理设施。分离出的水在油井附近回注,可增加油田的产量。

图5是采用离心分离设施在井口分离油田高含水的应用实例。泛加石油公司(Pan岛anidanPetorleum)在Hardis-ty,lA悦rta附近的Amisk油田安装了这一系统。该系统将井底产出液(含水95%)分离为可就地处置的清洁水(含油<5x10^-6)和含油20%的乳化液。日处理液量954m³时·d^-1。所采用的分离设施均为离心式分离器。

油井产出液首先进人旋流气体分离器分离出天然气,滚体经螺杆式液体增压泵送人除沙旋流器,除掉沙及颗粒后进人一级除油旋流器,分离出的水进人二级除油旋流器,经过二级除油旋流器以后的水含油少于75x10^-6,经离心式注水泵就地处置,从两级除油旋流器分离出的浓缩油经输油齿轮泵连同除沙旋流器分出的沙及天然气共同送到处理厂。

海底分离系统就是放置在海底的井口分离系统,海底分离系统和上述的实例的工艺流程基本一样,采用海底分离系统不仅可以延长油田寿命,提高采收率,还可以减小平台设施和井口到平台海管的尺寸,从而降低投资。

正是由于离心分离设施尺寸小、分离效率高,没有可移动部件,无需维护而又操控方便,才使得井口分离尤其是海底分离得以实施。

井口分离装置

测试分离器

采用离心分离器或者混合分离器作为测试分离器,由于其分离效果同普通测试分离器相比大为提高,因此可以减小测试分离器的尺寸。目前多相流量计取代测试分离器的应用也日渐广泛,但多相流量计在极端情况下的应用也有其局限性,比如在含气量超过90%时,也使用离心分离器分离一部分气体单独测量,以配合多相流量计的使用。

游离水预分离

在油田开发的油气水分离、稳定过程中,一般均需加热,以提高油水分离的效率,而随着开采年限的延续,油田含水不断上升,若不采取措施将大部分游离水脱除,则热能的利用率就很低,大部分的热负荷都浪费在游离水上,传统的游离水分离器体积庞大,使用水力旋流器进行游离水预分离就是为了解决这一问题。

工业试验的结果表明,水力旋流器应用于含水超过60%的原油进行油水预分离时,其结果也是比较满意的,但它并不能将油中的水全部分离,可以达到含水10%左右,分离出来的水中含油为100x10^-6~500x10^-6。另外使用水力旋流器作为油水预分离时要求进料的油中含水比较稳定。

油气分离

旋流分离器用于天然气处理工艺,它体积小,重量轻,有较高的分液能力,可以取代传统的生产分离器,压缩机前面的涤气器,使得整套设施更加紧凑。

图5是Hoorn中心平台上的天然气处理系统。该系统接收来自Halfweg卫星平台未经任何处理的湿气。

安装了一台普通处理能力的段塞流捕集器(捕集4耐段塞柱),并采用流量调节阀控制捕集器上游管线中的段塞流。在捕集器之前安装了一台指形初级气液分离器,生产分离器选择旋流分离器,指形分离器在低流速时比在高流速时分离效率高,通过将指形分离器和旋风或分离器常在一起使用,无论是高流速度还是低流速都能适应,在转移分出液体时,生产分离器同样起到了指形段塞流捕集器的后备作用。在两台压缩机前各安装一台旋流分离器作为涤气器,在乙二醇除干燥器的上游安装一台旋流分离器作为三级(高压)气液分离器安装(见图6)。

海上油气分离系统

除了段塞流捕集器外,其它的油气分离均采用旋流分离器。

含油污水分离

从目前技术发展情况看,使用水力旋流器进行污水处理,即水中分油各地的油田中每天约有397万m³污水是用这种技术进行处理的。

传统的含油污水分离采用的是斜板隔油一浮选一过滤(沉降)的流程,采用一级或两级水力旋流器即可使污水满足排放要求,大大简化了流程,乎成了生产污水处理的必选设备。