海上油气处理工艺设计
海上油气处理工艺设计
概述
海上油(气)田开发中井流必须经过处理，即进行油、气、水等分离、处理和稳定、才能满足储存、输送或外销的要求。为了达到这一目的，设置了一系列生产设备将井流混合物分成单一相态，其中分离器是一主要设备，其他还包括换热器、泵、脱水器、稳定装置等设备。
井流混合物是典型的多组分系统。油气的两相分离是在一定的操作温度和压力下，使混合物达到平衡，尽量使油中的气析出、气中的油凝析，然后再将其分离出来。油、气、水三相分离，除将油气进行分离外，还要将其中的游离水分离出来。 油、气、水分离一般是依靠其密度差，进行沉降分离，分离器的主要分离部分
就是应用这个原理。液滴的沉降速度和连续相的物性对分离效果具有决定性的影响。 下面就基本分离方法、影响因素、分离器的类型、系统流程和参数的选取等方面进行介绍。
一、基本分离方法
流体组分的物理差别主要表现在密度、颗粒大小和黏度三个方面，这些差别也
会受到流速、温度等的影响。根据这些影响因素，油、气、水分离的基本方法主要有三种。
1.重力分离
重力分离是利用流体组分的密度差，较重的液滴从较轻的流体连续相中沉降分
离来。对于连续相是层流状态的沉降速度可以按斯托克斯定律计算:
式中W一油滴或水滴沉降速度，
油滴或水滴直径，
—重、轻组分密度， —连续相的黏度，
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2.离心分离
当一个两相流改变运动方向时，密度大的更趋于保持直线运动方向，结果就
和容器壁碰撞，使其与密度小的流体分开。
气体分液罐的人口一般根据此原理设计，使气体切线进人，离心分离;离心油水分离机也是据此原理设计。
如果离心分离的流态是层流，也可用斯托克斯定律计算其离心分离速度。式中的重力加速度g用离心力产生的加速度a代替。因此，增加进口流速，离心力产生的加速度加大，分离效果就提高。
3.碰撞和聚结分离
流体如果在正常流道内碰到障碍物，其夹带的液滴就会碰撞附着在障碍物上，
被分离出来，然后再与其他颗粒聚结从连续相中分离出来，这个过程即是碰撞和聚结分离。
气体分液罐出口的捕雾网、分离器中设置填料都是根据这个原理设计考虑的。其中分离器中的填料还根据其放在气、液相位置的不同而选用亲油型或亲水型的材料来提高碰撞和聚结分离的效果。
二、影响分离的主要因素 1.液滴或颗粒的直径
由公式(2 —3一2)可以看出，液滴或颗粒的直径是影响分离效率的重要因素之一。直径越大，沉降速度越大，分离效率越高。 2.介质的密度
由公式(2一3一2)也可以看出，两种介质的密度差越大，沉降速度就越大，
分离效率就越好。
3.表面和界面张力
液滴或颗粒的表面张力越大，越不容易聚结形成大的液滴或颗粒，分离效果
就较低;同样，对于不混溶的液体，界面张力越大，也使液滴或颗粒不易聚结，从而降低分离效率。
4.黏度
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连续相介质的黏度越小，沉降速度越大，分离效率越高。
5.温度
温度主要是通过影响连续相介质的黏度来影响分离效果。对于气体，温度升
高，气体黏度增加，阻止了较小颗粒的分离;而对于液体，温度升高，黏度降低，提高了分离效果。
6.压力
压力主要对气液分离影响大，压力增加，使气体黏度增加，阻止了较小颗粒
的分离;另一方面，压力越高，气液密度差越小，气泡就越不易浮出液面。
7.停留时间
流体在分离器的停留时间越长，小液滴就能有足够的时间聚结沉降分离，分
离效率就越高。
8气体流速
对于气液分离，如果人口设计考虑了离心分离，切线进人的气体流速大，离
心分离效果就好;但在一般分离器的沉降分离段，气体流速必须低于液滴沉降速度，否则，小液滴未来得及分离即被带走，降低分离效果。
9泡沫
气液混合物进人分离器时，气体或溶解在液体中的气泡会在液体表面形成一
层泡沫，如果起泡严重，可能导致分离器内整个气液分离空间充满泡沫而影响气液的分离效率。
10乳化液
乳化液是原油和地层水共同运动过程中，一种液滴分散到另一种液体中形成
的“油包水”或“水包油”混合物，由于“油包水”或“水包油”液滴相对稳定，分离时其中乳化的油滴或水滴不易聚合成大颗粒，也就不易分离出来。越易乳化的原油，越难分离。
除了上述介绍的几个影响分离的主要因素外，还有其他多种影响分离的因素，如流动状态、流体的波动等。
为减少流体波动和流动状态对分离的影响，除了系统设计时尽量保证流体流动稳定外，分离器尺寸设计时要考虑足够的缓冲余量，设置必要的内件，如人口挡板、预分离器或稳流器等，使进入分离器的流体尽量平稳流动，易于分离。
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对于易起泡和乳化的原油，一般通过注人化学药剂来减少其影响。消泡剂可以破坏泡沫的稳定性，提高油气分离效果。破乳剂可以破坏乳化液的稳定性，使油中水滴或水中油滴聚结成大液滴而易于分离。
一般原油破乳剂的破乳机理可归纳如下几个方面:
(1)表面活性作用。
破乳剂具有高效能的表面活性物质，它们很容易吸附在油水界面上，降低界面膜的表面张力，使W/O型乳状液变的不稳，易于破裂，水滴分离出来。
(2)反相作用。
亲水型的破乳剂可以将“W/O型乳状液转化为“O/W\型乳状液，借乳化过程的转化和水包油型乳状液的不稳定而使油水分离。 (3)“湿润”和“渗透”作用。
破乳剂可以溶解吸附在油水界面的胶质、沥青质等天然乳化剂，还能降低原油的黏度，而且还能透过薄膜与水饱和，形成亲水的吸附层。这样有利于水滴的碰撞合并和沉降分离。 （4）反离子作用。
由于原油乳状液中分散相的水滴表面吸附了一部分正离子，使分散相往往带
有正电，使水滴之间相互排斥，难以聚合。如果加人离子型破乳剂，它们吸附于水滴表面，中和正电，减弱斥力，破坏受同性电保护的界面膜，使水滴易于聚合沉降分离。
破乳剂分为离子型和非离子型两大类。
破乳剂溶于水时，凡能形成电解质的，称为离子型破乳剂;它又分为阴离子型、阳离子型和两性离子型等类别。
凡在水溶液中形不成电解质的，称为非离子型破乳剂;按溶解性可分为水溶性、油溶性和部分溶于水、部分溶于油的混溶性三类。
由于原油的特性不同，破乳剂的优选需要通过试验及实际应用确定;而且，随着油田开采期的不同，要根据原油乳状液的性质发生变化而选用不同的破乳剂。优选时主要考虑破乳剂的脱水率、脱水速度、脱出水的含油率、最佳用薰及低温脱水性能等。
三、分离器的类型
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油(气)田上常用的分离器，按其外形分主要有立式和卧式两种;按功能分有
气液两相分离器和油、气、水三相分离器等;按操作压力可分为负压、低压、中压和高压分离器等。
下面对分离器的形式和内部结构作简单介绍。
1.立式分离器
图2一3一16为立式分离器的简单结构示意图。
立式分离器一般用于处理高气液比的油气混合物，如用作气体洗涤器、分液
罐等，以便除去大量气体中所含少量液体。
立式分离器的内部结构如图2一3一16所示，混合物由侧面进人分离器，
经入口分流器使油气得到初步分离，液体下沉降至分离器的集液部分，析出所携带的气泡后经液控阀流入管线;经人口分流后的气体向上流向气体出口，气体所携带的较重油滴在重力作用下沉降至集液部分;较小的液滴经出口捕雾器碰撞聚集后进一步脱除，然后气体流出分离器。
2.卧式分离器
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