深水海底油水分离的关键技术分析

过滤与分离JournalofFiltration&Separation2009Vol.19No.2收稿日期：2009-02-19基金项目：国家“十一五”863计划资源与环境技术领域2007年度专题课题（NO.2007AA06Z225）；北京市属高等学校人才强教计划资助项目（NO.PHR200906214）作者简介：丁艺(1984-)，男，硕士研究生，主要从事油水分离方面的研究工作.由于陆上油田已进入开发的中后期，国内原油产量的增量主要依靠海洋石油，而已探明世界石油储量的80%以上位于水深500m的深水区，为此必须加大海洋油气资源的勘探开发力度[1]。在海底油田开发规划设计阶段，油水分离问题往往处于次要地位，但随着开采进入中后期，油井产出液中的含水量持续上升，油水分离问题就被提升到了一个新高度。采用海底油水分离系统，将油井产出液中的大部分水在海底井口附近分离出来，不仅能够大大减轻立管中的静压、降低举升动力消耗，而且降低了井口背压、进而可以提高采收率。因此，开发能应用于深水海底油水分离的新技术与新设备显得尤为重要。在我国的油气集输工程领域，当前围绕油水分离所开展的研究工作主要结合地面常规重力分离技术，对于深水场合涉及到的一系列关键技术尚缺乏深刻认识和理解，而国外已经有在水下对油井采出液直接进行油水分离的成功案例[2]。笔者将从深水海底油水分离面临的挑战与对策的2个方面进行阐述，以推动我国在该领域的技术发展进程。1深水海底油水分离面临的挑战虽然目前海底油水分离技术在常规水深已得到成功应用，但把该技术应用到深水领域仍面临着巨大的挑战。主要原因在于，与常规水深相比较，深水环境下油井产出液自身的特征与外部因素都发生了明显变化，当水深超过600m时变化尤为显著。1.1油井产出液自身的特征变化对油水分离体系的影响油水分离设备在深水甚至是超深水环境下工作时，油气特征对油水分离体系的影响主要表现在深水实际气液比低和海底油水分离压力高两个方面。1.1.1深水实际气液比低油井采出液包括液相、气相和少量的砂及盐类，气液比是指油井采出液中溶解在液相里的气体与液体的比值。气液比的高低与压力的大小有关，压力越大，溶解在油相中的气体量越多，因此深水环境下的原始气液比较高。但是油井采出液在向上输送处理的过程中，随着压力的不断减小，从液相里释放出的气体量逐渐增多，导致深水环境下的实际气液比低于原始气液比[3]。1.1.2海底油水分离压力高从目前初步的研究结果来看，高压力有助于提高油水分离效率[4]。潜在的原因可能是压力越高，采出油中含有的液态烃的质量分数越低，增加了水相和油相之间的密度差。此外，轻态(气态)烃馏分在高压条件下容易被液化，与重态烃馏分混合后能减少液态烃相的总体密度，最终导致油相馏分密度降低。水油两相密度差的增加能减少后续重力沉降的油水分离时间，进而提高分离效率。深水海底油水分离的关键技术分析丁艺，陈家庆(北京石油化工学院机械工程学院，北京大兴102617)摘要：采用海底油水分离系统不仅能够减轻立管压力、降低举升动力消耗，而且降低了井口背压、进而可以提高采收率。在阐述深水海底油水分离技术所面临挑战的基础上，跟踪国外在该领域的最新研究进展，详细介绍了静电预聚结、管式分离等适用于深水海底油水分离的最新技术，为国内相关人员自主研发深水海底油水分离技术提供了参考指导。关键词：油水分离；三相重力分离器；静电预聚结器；管式分离器中图分类号：TQ028.4文献标示码：A文章编号：1005-8265（2009）02-0010-0610··过滤与分离JournalofFiltration&Separation2009Vol.19No.21.2外部环境条件对油水分离体系的影响油水分离效率对外部环境的依赖性较强，在开发深水油田时，环境对分离体系的影响主要表现在压力和温度两方面。1.2.1较高的环境压力随着水深增加，分离器壳体所承受的外压力不断增大，尤其是当水深超过600~800m时，需要承受的外部压力达到6MPa(一般卧式电脱水器的设计压力在0.4~1MPa之间)，必须增加分离器的壁厚。表1列出了直径为Φ2.8m卧式分离器在不同水深时所用碳钢板材的厚度[5]。表1卧式分离器在不同水深时的厚度（弹性模量为2×105MPa）从表1中可以看出，深度增加，分离器的壁厚及重量必然相应增大，例如直径为Φ2.8m的卧式分离器在500m水深时需要使用厚为95mm的碳钢板材来卷制，当该分离器的长度为10m时，其重量大约为68t；同样材料、直径及长度的分离器，在1500m水深时需要使用厚为140mm的碳钢板材来卷制，其重量约为100t。除了使得重量显著增加外，壁厚的增加还给油水分离器的加工、焊接、热处理及水下安装带来了很大困难。1.2.2较低的环境温度研究结果表明，温度对开发油层中重质油分离的