基本信息
- 项目名称：
- 新型结构的油气水三相分离器系统的设计与制作
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该新型结构的油气水分离器将卧式和立式分离器相结合，采用仰角设计，回避了立式容器内油水界面覆盖面积小和卧式容器油水界面与水出口距离短，造成二次夹带，分离时间不充分等缺点。可大幅度降低污水中的原油含量，污水无需进一步处理就可在某些高渗透油田直接回注，能高效的满足国家油品品质的标准和我国分离器的工作标准，具有耗能低，效率高，处理量稳定，设备结构简单，维修方便，便于实现排污，操作简便等优点。
- 详细介绍：
- 通过对现有的分离器的调查和研究，发现重力式分离器在油品要求上有着特殊的优势，而重力分离器中的卧式分离器和立式分离器各自的优缺点有着互补的特点，同时，随着原油的开采，随着注水量的增大，分离器的处理负荷也增大，为了保证分离器的处理量、分离效率等技术指标，我们提出了仰角式分离器设计理念。该新型结构的油气水分离器将卧式和立式分离器相结合，采用仰角设计，回避了立式容器内油水界面覆盖面积小和卧式容器油水界面与水出口距离短，造成二次夹带，分离时间不充分等缺点。可大幅度降低污水中的原油含量，污水无需进一步处理就可在某些高渗透油田直接回注，能高效的满足国家油品品质的标准和我国分离器的工作标准（分离质量和分离程度），具有耗能低，效率高，处理量稳定即对流量的变化不敏感，设备结构简单，维修方便，便于实现排污和液位控制，操作简便等优点。 仰角式分离器在集输工艺上，用fluent软件对分离器内分离情况进行模拟：当分离器直径为0.5m，长度为2m，倾角为12°时，油出口含水量为：0.05%,水出口含油量为：75mg/L。模拟的结果显示我们的仰角式分离器分离效果明显高于国内现有的油气水三相分离器。在结构上，通过改变分离器的放置方式，不但降低了聚并时间，避免了形成“死油区”、“死水区”和常压分离罐要经过放压和增压的过程浪费能量，也增强了仰角式分离器内部结构的功能（如增大了波纹板组的整体浮升面积），另外仰角式分离器采用了使气液能快速初步分离的布液管，同时利用油堰板和水堰板避免二次夹带 ，从不同的角度都提高了仰角式分离器的分离效率，因此仰角式分离器适用于油气田各个阶段的开采作业。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：目前国内大部分油田的综合含水量已达到90%以上，开采出的原油含有大量的水和伴生气，在高含水的情况下要达到稳定的产量就的处理大量的原油采出液，这对分离器的分离效率和分离处理量提出了新的更高的要求。我们的目的就是研究开发新型的高效的分离器来解决这一问题。 基本思路：调研国内现有分离器的优缺点及其影响因素——分析影响因素寻找解决途径——提出制作仰角式分离器的思路——确定仰角式分离器最佳尺寸和最佳倾斜角度——设计仰角式分离器内部结构——设计仰角式分离器循环回路——油气水分离实验，验证分离效率和改进循环回路——整理实验数据，得出此种分离器的技术参数要点。 创新点：改变分离器传统放置方式，让分离器倾斜放置，结合立式和卧式分离器的优点，避免各自的缺点。 技术关键：仰角式分离器的外形尺寸，最佳倾斜角度确定，内部结构设计。 主要技术指标：分离器分离质量，分离器分离程度，分离器的稳定性，液面控制精度。
科学性、先进性
- 世界上一些产油大国设计制造了各具特色的油气水三相分离装置。美国CE-NATCO公司的油水快速分离设备，采用卧式结构，油气水轴向流动，为提高分离效率，在轴向布置有金属聚结器。我国大庆萨南油田和河南油田采用一系列低耗节能工艺，使分离器的各项指标达到了国内最好水平。现阶段，国外已开始现场应用了新型高效产出液分离设备“仰角式游离水分离器”。 运用专门分析流体流动的fluent软件对分离器内分离状态进行数值模拟。模拟结果显示：当分离器直径为0.5m，长度为2m，倾角为120时，油出口含水量为：0.05%,水出口含油量为：75mg/L。与《三相分离器内部构件试验研究》中提到的场站相比较：胜利油田：油出口含水量为：50%─80%,水出口含油量为：1000mg/L；郝一接转站：油出口含水量为： 5%,水出口含油量为：100mg/L；孤东采油厂一号：油出口含水量为：22.93%,水出口含油量为：90.71mg/L。我们的仰角式分离器分离效果明显高于国内现有的油气水三相分离器。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 该作品处于实验阶段，通过实验来验证仰角式分离器的性能。
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 该作品可以通过模型、图片、图纸进行展示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该作品入口采用布液管布液加快油气水初步分离，采用一定的倾斜角度和一定倾角的波纹板组来加快油气水的分离，水堰板和油堰板防止油水二次混流，采用液位自动控制系统控制液位的变化。 1)技术优势明显 利用原油采出液自身重力差分离油气水大大减少了能耗，采用倾角油气水的分离效率更高，采用倾斜的波纹板组减少了聚并时间使其处理量更大。 2)操作、清理方便 该作品采用了液位自动控制系统，操作方便。利用仰角使排污清理更方便。 3)适应范围广 该分离器综合了立式和卧式分离器的优点，能广泛应用于各个油气田和场站的作业。 4)推广前景广阔 随着原油的开采，采出液含水量会越来越大，分离器的处理负荷会越来越大，那么处理量大，分离效率高，分离成本低的仰角式分离器是应用的必然趋势。 5)处理量大，经济效益高 当其他条件一致且分离器尺寸相同时，经过计算：仰角式分离器的日处理量和经济效益分别为立式分离器的4.21倍和卧式分离器的1.43倍。
同类课题研究水平概述
- 当前处理油气水的分离器的应用情况： 随着原油的开采，原油中的水等杂质含量增加，同时国内外对分离器的分离质量和分离程度都有很高的要求。近几十年来国外的学者就新型结构的高效分离器进行了大量的探索和研究，获得了一定的成果；我国在分离器方面的研究技术还不是很成熟，目前采用的分离器有立式和卧式分离器，仰角式分离器处于研究阶段如潘攀的论文《高效仰角式游离水脱除器分离特性的研究》。针对油水的分离目前有两种分离方式即重力分离和旋流分离。 1 重力分离 重力分离的主要分离作用都是利用生产介质和被分离物质的密度差来实现的。在集输系统中，由于单井生产量的递减、新井投产以及配气要求等原因，气体处理量变化较大，重力式分离器则能适应较大的负荷波动。 1.1 立式和卧式分离器 传统上，油田常用的重力沉降设备为常压储罐式沉降器，其特点是结构简单、容量大、沉降时间长、操作管理简单，但此种储罐式沉降式分离器暴露出以下缺点：罐内存在大量的“死油区”和“死水区”；常压分离罐要经过放压和增压的过程浪费能量并容易出现憋罐的事故；罐底面积大，清砂困难。 国外卧式油水分离设备中最有代表性的是美国API游离水分离器。而后美国C-E Natco公司又在API的基础之上，开发出了Performax填料式分离器，其缩短了沉降距离，加快了液滴分离的过程。同时，大港油田开发陶粒分离器。 1.2 仰角式分离器 高效仰角式分离器将立式和卧式游离水分离器相结合，来液进口位于管式容器的上行端，水中油珠能聚结并爬高上行至顶端油出口，而水沉至底端水出口排除。 该设备仰角小于12度，长18.3米，直径为1372mm和914mm两种规格。 仰角式分离器的脱水效果与常规卧式设备相比，仰角式分离器处理后，水含油最低75mg/L,明显小于国内卧式设备的出水含油量，也可以节省污水处理费用。据资料报道，仰角式游离水分离器的费用只是常规游离水分离器的1/3~1/5。截止2001年底，全世界共推广应用了50套。 2 旋流分离 旋流分离是利用液体、气和固体做旋转运动时，离心力不同来实现分离的。目前主要有两大发展趋势:一是以英国Southampton大学为代表的静态旋流分离技术；二是以法国NEYRTEC和TOTALCEP为代表的动态旋流分离技术及其相关配套技术。
