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摘要：生产水处理系统中，随着流花4-1油田投产，油水产量增加，生产分离器处理负荷增加，由于生产分离器结构简单，一方面使得气相携液比较严重；另一方面，泥沙含量增多而影响油水分离效果。另外，生产水处理系统中的其他设备，例如泵、水力旋流器以及外排水沉降罐的结构参数和操作参数是否达满足现有生产的需要，这些都是亟待解决的问题。因此，开展流花油田生产水系统的仿真技术研究、水处理优化方案优化研究，对于保证流花油田生产水系统的高效运行具有十分重要的意义。
关键词：油田生产 水系统 工艺 优化方案
1 流花油田生产水系统工艺描述
根据现场调研情况，平台水下生产管汇的来液经单点生产滑环和XV控制阀门后，经过换热和蒸汽加热后进入生产分离器V-1180进行油气水三相分离，一级生产分离器出口共有6台生产水泵和6台水力旋流器，每系列各3台，是水处理主流程的关键设备，水力旋流器出来的水进入外排水沉降罐，经脱气沉降撇油后排海。另外，EDD水出口各有1台较小的生产水泵和水力旋流器，污水舱中的水可经过污水旋流器处理后进入生产流程，但在实际运行过程中，水力旋流器（V-3540，V-3640）已经停用。生产水处理系统主要单体设备关系如图1所示
图1 流花油田生产水系统流程示意图
1.1 主要设计工艺参数
流花油田生产水系统的主要设备有生产分离器（V-1180，V-1280），生产水泵（P-3500-1，2，3/ P-3600-1，2，3），水力旋流器（V-3520-1，2，3/ V-3620-1，2，3），外排水沉降罐（V-3560）。为了准确的建立各设备的仿真模型，必需了解这些主要设备的设计工艺参数。通过资料调研，主要设备的设计参数如下：
（1）生产分离器（V-1180，V-1280）设计参数
设计处理液量（原油＋生产水）150，000 BPD
气处理量 700 mscfd
设计压力：110psig
设计温度：300F
操作压力：38~51 psig
操作温度：130~165F
设计压力：110psig
尺寸：内径20'-0"ID，长度60'-0"S\S
（2）生产水泵（P-3500-1，2，3/ P-3600-1，2，3）设计参数
排量：50000BPD
进出口压力：45/135psig
增压泵马达功率：120HP
转速：11.8REV/MIN
（3）水力旋流器（V-3520-1，2，3/ V-3620-1，2，3）设计参数
设计处理量：50，000 BPD（单台）（318 BWPD X 158）（总共198根）
设计压力：245psig
设计温度：250F
操作压力：105psig
操作温度：150F
尺寸：外径30"OD，长度102-5\8"long
（4）外排水沉降罐（V-3560）设计参数
设计生产水处理量 290，000 BPD
设计压力：50psig
设计温度：250F
操作压力：1psig
操作温度：178F
尺寸：外径24"OD，长度30'-0"S\S
（5）过滤器（V-MD3040A/B）设计参数
设计氮气处理量 3532SCFD
设计压力：145psig
设计温度：250F
操作压力：72.5~80psig
操作温度：144F
尺寸：直径1'-1.8''LD，长度2'-2.8''S/S
（6）注气装置（V-MD3041A/B）设计参数
设计氮气处理量 3532SCFD
设计液体处理量 30191BPD
设计压力：145psig
设计温度：250F
操作压力：72.5~80psig
操作温度：144F
尺寸：直径1'-1.8''LD，长度2'-2.7''S/S
（7）微气泡发生装置（V-MD3042）设计参数
设计氮气处理量 3532SCFD
设计液体处理量 30191BPD
设计压力：145psig
设计温度：250F
操作压力：65.2~72.5psig
操作温度：144F
尺寸：直径2'-1.6''LD，长度3'-6'''S/S
（8）注水泵（P-MD3040A/B）设计参数
设计液体处理量 880GPM
设计压力：145psig
设计温度：250F
扬程：45m
操作温度：144F
流花油田生产水系统已经进行了一系列的改造，例如生产分离器的改造，增加分离器的水洗功能及来液消能和均匀布液功能；增加气浮功能，提高油水分离速度和处理效率；增加原油加热功能，减轻下游加热器负荷压力。另外，对于外排水沉降罐，也进行了升级改造，将现有沉降罐改造为气浮选撇油罐。虽然生产水系统进行了升级改造，但是面对这日益加重的处理负荷，仍然需要对各设备进行分析，进行结构和操作参数的优化。
结合流花油田生产参数的实际变化情况，本课题基于实际的生产参数和各设备的运行状况，对流花油田生产水系统优化方案进行了研究。
2探究气相携液的原因
在实际生产过程中，存在生产分离器气相携液严重的现象。而现在，为了节能减排，实现能源的循环利用，流花油田实现了海上第一次采用超重力脱硫工艺脱除伴生气中硫化氢气体的技术。如若气相携液严重，一方面会增加伴生气脱硫中过滤器的负荷，另一重要方面是气体中携液会严重影响到压缩机的正常工作。为了保证脱硫工艺的正常运行，探究气相携液原因是非常必要的。因此，可以运用Fluent软件模拟生产分离器的运行状况，根据仿真结果，分析气相携液严重的原因。
3生产分离器的优化方案研究
3.1调整运行参数
根据上一节中油相液位高低对于分离器气相携液的影响，表现出操作参数的不当。为了进一步验证是否是由于压力过高造成的气相携液问题的加重，建议现场开展如下工作：将TR#1分离器的油相液位保持在一样的位置，分别关闭和开启分离器中的油室换热器，观察气相携液情况。这样做的目的是，在相同压力、气液沉降距离条件下，假定由于压力过高，造成油中溶有相同的气泡量，关闭与开启油室换热器，温差为3℃，气泡解析速度不同，温度高，解析速度快。若结果是当开启油室换热器后，气相携液加重，一方面确定过高的压力使得油相中溶有气泡，另一方面，在船体的晃荡造成油中的气泡的解析的同时，油室加热还会加剧油中气泡的析出，使得气相携液加剧。那么，就必须调整参数，在降低气泡在油中的溶解度的同时，保证油室换热器的高效运行。分离器的最优操作参数在后续章节中进行详细讨论。
3.2增设捕雾器
通过上述分析，造成气相携液严重的问题主要是捕雾器的效率降低，捕雾器效率降低的原因可能是来自自身的失效，还可能是操作参数的不当。对于是否是捕雾器自身的原因，有待现场的实际检查。为了保证伴生气系统的有效运行，建议增设捕雾器。
3.3优化捕雾器结构
由于捕雾器的实际尺寸参数有限，根据提供的捕雾器尺寸为厚度258mm；长度315mm，宽度300mm，再结合尺寸测试数据，确定板间距为25mm。研究结果表明，可能是一级捕雾器板片长度不够，使得气体产生偏离，因此考虑在捕雾器前增设整流部件，即：增长捕雾器厚度，增至310mm。增加了直段长度，即增加了捕雾器的厚度，增至315mm；单独看增设的部分，实为增加了一个田子格式的整流装置，即厚度为60mm，25×25mm的田字小孔。
3.4更换捕雾器
如果仅仅考虑气相携液问题，减少内部空间改造的工作量，则需要加强捕雾段的工作。捕雾段作用是最大限度地去掉初分离和二次分离后仍留在气体中的细小液滴（一般直径为10μ以上）。一般的油气分离器不是利用碰撞原理，就是利用离心原理或两者结合作为捕雾的基本原理。
因此，考虑更换后的捕雾器仍然选择折流板式捕雾器，这是将原来水平流式捕雾器，更改为垂直流式捕雾器，相当于将现有捕雾器倒置。捕雾器尺寸不变，即：高度258mm，长度300mm，宽度300mm。只是，为提高捕雾效率，建议更改折流板形式，改为带挡水槽的二级垂直流折流板捕雾器，另外，折流板自带一定的弯度，对气体起到一定的导流作用。
推荐该分离器的原因：（1）该分离器除了可以实现油气水三相分离以外，还可以实现除沙和油水中的悬浮固体颗粒。若流花液流中的泥沙能在分离器处得到很好的处理，则可以提高水力旋流器的运行效率，减少蒸汽换热器堵塞的可能，更重要的是可以提高电脱的效率，有效抑制中间层的产生；（2）该分离器充分利用了分离器的罐体空间，在相同的处理量下，其体积比现役的分离器更小，可以节省空间，更加适用于海上；（3）该分离器对于伴生气处理量没有要求，也可以实现伴生气的有效脱水；（4）该分离器的结构比现役的分离器的内部结构更为复杂，通过之前的仿真模拟，可以看出内部构件可以有效的提高分离效率。
4 小结
为解决分离器气相携液严重的问题，运用Fluent软件对分离器内部流场进行了仿真模拟，通过仿真结果分析得到了气相携液的原因：（1）气体从入口管径上方未经过折流板直接进入沉降区，使得气相中液滴未能有效脱除；（2）气液之间、油水之间存在速度差，造成气液界面、油水界面均存在扰动；（3）捕雾器效率的降低。根据现场数据，最后判定捕雾器的失效是造成气相携液的主要原因，在此基础上提出了两个措施。同时，分析了温度、压力、处理量对分离效果的影响，确定了最优的操作参数；对于结构的优化，则仿真模拟了增加整流器、聚结构件、提升堰板后的分离器的分离效果，可以看出内部构件对于分离效果的提高是非常有帮助的，在此认识的基础上，为新的分离器选择，推荐了一款油气水沙四相分离器。
参考文献：
[1]王棠昱.稠油污水深度处理技术探讨[J].内蒙古石油化工.2007：118-120
[2]王述银.红山嘴油田稠油污水处理工艺技术研究与应用[J].特种油气藏.2002，9（4）：77-79
[3]邓治安，贾琳，孙浩，丁馨.油气分离器内整流原件分离流程的数值模拟[J].西安石油大学大学学报.2010，25（4）：32-35
[4]张黎明，何利民.分离器整流聚结构件分离性能[J].中国石油大学学报.2008，32（6）：118-123.
[5]孙治谦，金有海等.结构与操作参数对油水重力分离器性能的影响[J].流体机械，2009，37（9）：1-5.1997，13（1）：88-94.
论文作者:余红坤
论文发表刊物:《基层建设》2018年第16期
论文发表时间:2018/7/18
标签：分离器论文; 参数论文; 压力论文; 操作论文; 气相论文; 油田论文; 温度论文; 《基层建设》2018年第16期论文;