油氣集輸前沿技術(shù)

“油氣集輸”前沿技術(shù)講座

第一部分油氣混輸技術(shù)第二部分多相流量計(jì)第三部分液－液旋流分離技術(shù)第四部分電動(dòng)脫鹽技術(shù)現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六第一部分油氣混輸技術(shù)第二部分多相流量計(jì)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(jì)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(jì)

一、相分率測(cè)量方法

二、相流流量測(cè)量方法

三、多相流流量計(jì)

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(jì)

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(jì)

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)講座現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六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)研究情況現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六一、多相流輸送工藝表1國(guó)內(nèi)外典型中長(zhǎng)距離多相混輸管線概況現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六一、多相流輸送工藝1、混輸壓降計(jì)算方法研究目前多相流運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究已從50年代的由室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果得出經(jīng)驗(yàn)半經(jīng)驗(yàn)公式，發(fā)展到從多相流機(jī)理人手，通過(guò)較大規(guī)模的試驗(yàn)，建立相應(yīng)的水動(dòng)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(jì)算模型，但還沒(méi)有適用范圍廣且精確度高的計(jì)算方法，尤其沒(méi)有能適用我國(guó)國(guó)內(nèi)大量存在的易凝高粘原油的混輸壓降計(jì)算方法。由于不能準(zhǔn)確地進(jìn)行工藝計(jì)算，給混輸管路設(shè)計(jì)、運(yùn)行帶來(lái)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(jià)放棄對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的使用。雖然多相流動(dòng)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(lái)各石油大國(guó)還都投入了大量人力、資金研究混輸技術(shù)?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六一、多相流輸送工藝2、國(guó)內(nèi)外多相流模擬軟件綜述①PIPEPHASEPIPEPHASE是由SimulationScienceInc.開(kāi)發(fā)的一個(gè)穩(wěn)態(tài)多相流模擬軟件。該軟件中包括傳熱的精確計(jì)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(jì)算，是用北海油田流體的PVT實(shí)驗(yàn)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(xiàng)完成這項(xiàng)工作。該軟件中對(duì)壓降、持液率和流型的計(jì)算由用戶(hù)選擇不同的關(guān)系式計(jì)算?，F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六一、多相流輸送工藝②TACITETACITE是由INSTITUTFRANCAISDUPETROLE（IFP），TOTAL和ELFAQUITAINE合作開(kāi)發(fā)的一個(gè)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(jì)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(yàn)。現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六一、多相流輸送工藝③OLGAOLGA是由SINTEF（ScientificandIndustrialResearchattheNorwegianInstituteofTechnology）和IFE（TheInstituteforEnergyTechnology）在幾個(gè)歐洲石油公司的支持下進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，它的最早版本完成于1984年，后來(lái)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(cè)的穩(wěn)態(tài)結(jié)果與穩(wěn)態(tài)模擬軟件PIPEPHASE的預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致，從與PIPEPHASE的比較還可看出持液率的預(yù)測(cè)分散較大，分離器氣體流量和液體流量預(yù)測(cè)也較大。不同參數(shù)對(duì)PVT數(shù)據(jù)的敏感程度不一，平臺(tái)壓力和井口溫度對(duì)PVT數(shù)據(jù)不敏感，井口壓力和平臺(tái)溫度對(duì)PVT敏感。現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六二、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(lèi)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(guò)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(lèi)，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(tái)，甚至?xí)霈F(xiàn)出油管線爆裂的事故。因此水化物問(wèn)題是輸氣管，液化氣管道及油氣混輸管道遇到的特殊問(wèn)題。現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六二、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(mǎn)足兩個(gè)基本條件，即組分條件和熱力條件。水化物的存在會(huì)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(guò)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(diǎn)滿(mǎn)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(guò)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(huì)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(huì)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(méi)有采取任何預(yù)防措施，則水化物堵塞管路的危險(xiǎn)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?，F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六二、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(gè)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(kāi)發(fā)中應(yīng)用，而在海上油氣田開(kāi)發(fā)中，則存在經(jīng)濟(jì)性問(wèn)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(duì)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(shí)踐中很少采用這種方法。不過(guò)這種方法有時(shí)可用來(lái)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?yàn)楹茈y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(shí)還應(yīng)考慮抑制劑的回收問(wèn)題，以及抑制劑在各平衡相中的比例問(wèn)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(fèi)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(shí)，回收也會(huì)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?，F(xiàn)在是11頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六二、水化物的生成與防止2、

止水化物生成的工程實(shí)例1993年9月，建成不久的JZ20－2海底輸氣管線，因平臺(tái)脫水處理不徹底，導(dǎo)致管線水化物堵塞。開(kāi)始由于經(jīng)驗(yàn)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(guò)實(shí)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(tái)儲(chǔ)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?，F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六三、段塞及液塞捕集器1、1、段塞流模型圖1段塞流物理模型現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六三、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(lái)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(shí)，可作為帶壓液體的臨時(shí)儲(chǔ)存器，平衡來(lái)流與出流，連續(xù)向下游供氣?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六三、段塞及液塞捕集器②液塞捕集器的分類(lèi)液塞捕集器基本上可以分為兩類(lèi)：a.容器式：對(duì)于泡沫常成為氣液分離主要問(wèn)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(tái)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(shí)往往產(chǎn)生很大的液塞。在正常操作和清管過(guò)程中，液體流量差別很大，采用管束式捕集器吸收液體波動(dòng)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(jiǎn)單，而且能處理較大液量?，F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六圖2液塞捕集器的組成三、段塞及液塞捕集器現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六三、段塞及液塞捕集器按液塞進(jìn)入捕集器時(shí)氣體離開(kāi)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(shí)存在較大阻力。為了使沿管底流動(dòng)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(guò)某值時(shí)，會(huì)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(dòng)互不干擾。在沒(méi)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)?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六三、段塞及液塞捕集器圖3氣、液同向流和逆向流現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六四、混輸泵表3國(guó)外部分多相混輸泵研制概況現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六五、石油大學(xué)研究情況現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六五、石油大學(xué)研究情況圖5實(shí)驗(yàn)裝置流程圖現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六五、石油大學(xué)研究情況3、實(shí)驗(yàn)裝置功能實(shí)驗(yàn)裝置從99年8月開(kāi)始至11月初，在遼河設(shè)計(jì)院人員的參與下，連續(xù)運(yùn)行了3個(gè)月，積累了大量數(shù)據(jù)。通過(guò)整體試運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)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(guò)改變液相物性（如增加粘度等），研究液相物性對(duì)多相流的影響。（5）氣液多相瞬變研究、瞬變過(guò)程和再次達(dá)到新穩(wěn)定狀態(tài)所需時(shí)間的研究。該項(xiàng)研究可校核多相管流瞬態(tài)計(jì)算軟件的計(jì)算結(jié)果（正有一名博士生在開(kāi)發(fā)多相流瞬態(tài)計(jì)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?，F(xiàn)在是22頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六五、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(duì)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(kāi)發(fā)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)軟件受到委托方的好評(píng)，并糾正了PIPEPHASE的若干計(jì)算錯(cuò)誤，增加了部分瞬態(tài)計(jì)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(shí)驗(yàn)裝置，改善了多相流研究的硬件環(huán)境，相信經(jīng)過(guò)若干年努力，對(duì)石油多相流和軟件開(kāi)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(jì)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(jì)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(jì)算?，F(xiàn)在是23頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六第二部分多相流量計(jì)一、相分率測(cè)量方法二、多相流量測(cè)量方法三、多相流流量計(jì)現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六一、相分率測(cè)量方法①射線吸收法②電學(xué)法③微波法④倒U型管測(cè)量（氣液比）法⑤熱擴(kuò)散法現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六一、相分率測(cè)量方法①射線吸收法射線穿過(guò)多相流體時(shí)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(jì)算多相流各相分率?；谏渚€吸收原理測(cè)量多相流平均密度和相分率時(shí)，常采用γ射線。若采用單束射線，因射線覆蓋流體流動(dòng)截面的限制，其測(cè)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(cè)量精度。為提高測(cè)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。現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六一、相分率測(cè)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(cè)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(gè)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(cè)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(dòng)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(cè)量的難度，設(shè)計(jì)中應(yīng)做適當(dāng)處理。采用電學(xué)法測(cè)相分率時(shí)，由于介質(zhì)溫度對(duì)其電學(xué)性質(zhì)的影響，故在測(cè)量時(shí)應(yīng)保持被測(cè)介質(zhì)有恒定的溫度。測(cè)量管段應(yīng)該是絕緣的。一般要用非導(dǎo)電材料做測(cè)量管。電學(xué)法測(cè)量的最大優(yōu)點(diǎn)是能進(jìn)行瞬態(tài)測(cè)量，此外還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，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(cè)量中存在地問(wèn)題?，F(xiàn)在是27頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六一、相分率測(cè)量方法③微波法通過(guò)對(duì)微波腔諧振頻率的測(cè)量來(lái)確定混合物內(nèi)的相分率。實(shí)現(xiàn)方法是把一個(gè)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(guò)多相流體時(shí)，探針檢測(cè)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(cè)儀就是利用微波法測(cè)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(cè)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?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六一、相分率測(cè)量方法④倒U型管測(cè)量（氣液比）法當(dāng)三相流體流過(guò)U型管時(shí)，在垂直上升段和垂直下降段產(chǎn)生壓力降，這個(gè)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(dòng)時(shí)，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(dòng)時(shí)，氣體速度比液體速度大；向下流動(dòng)時(shí)，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(jì)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(lái)測(cè)量氣液比的方法，具有簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。據(jù)介紹，該方法的測(cè)量偏差小于2.0％?，F(xiàn)在是29頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六一、相分率測(cè)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(cè)量圓棒和來(lái)流之間的溫度差，就可以得到相分率。現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六二、多相流流量測(cè)量方法按測(cè)量原理分類(lèi)，當(dāng)前采用的多相流流量的測(cè)量方法有：①節(jié)流法流體通過(guò)節(jié)流件時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓降，由多相流流量與壓降的關(guān)系即可測(cè)得多相流流量。文丘里管測(cè)量法就是當(dāng)前使用最多的多相流流量測(cè)量法，該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，維護(hù)方便。②速度法測(cè)量多相混合物的流速和平均密度（或由測(cè)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(gè)任意的傳感器信號(hào)間的統(tǒng)計(jì)依賴(lài)關(guān)系測(cè)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(diǎn)是只有信號(hào)中的交流成分作為信息用于相關(guān)函數(shù)中，對(duì)熱力影響和零點(diǎn)飄移不敏感。③容積法現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六三、多相流量計(jì)1、取樣計(jì)量法2、直接在線計(jì)量圖6EUROMATIC多相流流量計(jì)工作原理圖7MPFM型多相流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六三、多相流量計(jì)國(guó)產(chǎn)流量計(jì)（7）海默MFM2000系列多相流流量計(jì)MFM2000系列多相流流量計(jì)是蘭州海默公司研發(fā)的多相流流量計(jì)。該流量計(jì)由流型調(diào)整裝置、互相關(guān)流量計(jì)、雙能伽馬傳感器、溫度壓力變送器及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的工控機(jī)組成?；ハ嚓P(guān)流量計(jì)由上游傳感器和下游傳感器（兩個(gè)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(cè)到的兩個(gè)隨機(jī)信號(hào)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(hào)）伽馬射線測(cè)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(cè)量確定實(shí)際狀態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的油、氣、水的流量。測(cè)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(cè)量精度：液流量5～10％，氣流量5～10％，含水率2～3％。現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六三、多相流量計(jì)（8）TFM－500多相流流量計(jì)TFM－500多相流流量計(jì)由西安交通大學(xué)多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)。采用類(lèi)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(duì)流量測(cè)量的影響。倒U型管測(cè)量氣液相分率，熱擴(kuò)散方法測(cè)量油水相分率，文丘里管測(cè)量三相總流量，實(shí)現(xiàn)油氣水三相不分離計(jì)量。該流量計(jì)已作為國(guó)家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)的重點(diǎn)工業(yè)試驗(yàn)項(xiàng)目，在大港等油田推廣應(yīng)用。國(guó)產(chǎn)流量計(jì)現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六第三部分液－液旋流分離技術(shù)一、液－液旋流分離二、井下旋流分離現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六1、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(guó)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(guó)北海作業(yè)區(qū)Murchison平臺(tái)，使用效果良好。近年來(lái)這項(xiàng)技術(shù)己成為國(guó)內(nèi)外油水分離技術(shù)的研究熱點(diǎn)。水力旋流分離器見(jiàn)圖A、污水除油分離器B、含水原油預(yù)分旋流器現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六1）

圓筒段通常為一圓柱形空腔，在其邊壁和頂面上分別開(kāi)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(guò)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(yùn)動(dòng)。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(chēng)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(dòng)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(dòng)的角動(dòng)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(dòng)量的減小，兩者的綜合作用使流體保持相對(duì)穩(wěn)定的高速旋流運(yùn)動(dòng)。4）

尾管段流過(guò)小錐管后的液流仍具有很大的角動(dòng)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(duì)形成的作螺旋運(yùn)動(dòng)的油核還起穩(wěn)定作用，其出口即為分離后的凈化水。現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六旋流分離要素對(duì)液-液旋流分離器來(lái)講，要實(shí)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(zhǎng)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?，F(xiàn)在是38頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六一、液液旋流分離2、液－液旋流分離器特點(diǎn)

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(shí)間約為2～4s，相當(dāng)常規(guī)分離設(shè)備所需時(shí)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(jiǎn)單，無(wú)任何運(yùn)動(dòng)部件和復(fù)雜內(nèi)件，操作維護(hù)費(fèi)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(jiǎn)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?，F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六3、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(lái)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(lái)說(shuō)，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(shí)，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(duì)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(duì)密度差將提高，從而可提高處理效果。試驗(yàn)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(shí)，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(yàn)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?xún)?nèi)。現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六一、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(dòng)規(guī)律及分離機(jī)理；旋流器內(nèi)流場(chǎng)、動(dòng)態(tài)特性測(cè)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(cè)與自控技術(shù)研究。

石油大學(xué)（華東）開(kāi)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。現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六二、井下旋流分離對(duì)于高含水油田，采出水處理費(fèi)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(shí)，由于水從井筒提升至地面的能耗以及水處理費(fèi)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(fèi)用，延長(zhǎng)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(lái)，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(yàn)。Texaco也進(jìn)行過(guò)類(lèi)似試驗(yàn)。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(yàn)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(guó)、德國(guó)等都在開(kāi)展這方面研究和應(yīng)用，有擴(kuò)大至海洋采油的趨勢(shì)。現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六二、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現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六二、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(chēng)推入式（Push-Though），安裝在旋流器下游則稱(chēng)為抽吸式（Pull-Though），見(jiàn)圖17，此時(shí)電機(jī)和注水泵的驅(qū)動(dòng)軸需穿過(guò)旋流器。采用推入式時(shí)，由于離心泵對(duì)油水混合物的攪拌，特別是離心泵不在高效區(qū)工作會(huì)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(shí)，石油泡點(diǎn)壓力不能太低，否則旋流器內(nèi)會(huì)有大量氣體析出，影響分離效果。圖17抽吸式配置示意圖現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六第四部分原油電動(dòng)態(tài)脫鹽技術(shù)

原油脫鹽常采用電動(dòng)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(chǎng)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(dòng)，在高強(qiáng)電場(chǎng)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(lái)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(chǎng)減弱時(shí)細(xì)小顆粒又會(huì)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?，F(xiàn)在是45頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六電動(dòng)態(tài)脫鹽技術(shù)主要包括電場(chǎng)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(dòng)技術(shù)等三個(gè)方面

控制技術(shù)說(shuō)明電場(chǎng)強(qiáng)度控制隨時(shí)間改變電力分配以控制電場(chǎng)的變化，避免小顆粒長(zhǎng)時(shí)間處于高電場(chǎng)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(dòng)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(gè)處理階段組成，四個(gè)階段的電場(chǎng)強(qiáng)度變化是由電載響應(yīng)器來(lái)控制（如圖1-4-8）逆向流動(dòng)通過(guò)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(dòng)）的孔眼分布注入的淡化水，使淡水流出孔眼時(shí)成粗顆粒狀，這種粗顆?？梢苑乐蛊浔挥土鲾y帶走，這種逆向流動(dòng)的設(shè)計(jì)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）現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六電動(dòng)態(tài)脫鹽技術(shù)特點(diǎn)電動(dòng)態(tài)脫鹽技術(shù)是以雙電場(chǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行的技術(shù)改進(jìn)，有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有不足之處。

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1．雙電場(chǎng)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．淡化水的用量小；6．逆向流動(dòng)提高了淡化水與原油接觸效率；7．高強(qiáng)度電場(chǎng)以及電極板分布設(shè)計(jì)提高了流程抗運(yùn)動(dòng)干擾能力；8．淡水與原油的逆向流動(dòng)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(guò)500m

現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有55頁(yè)\編輯于星期六電動(dòng)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(lái)控制電壓、調(diào)節(jié)電場(chǎng)的設(shè)備，由電抗變壓器、可控硅整流器以