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1、复合式油气水分离器复合式油气水分离器随着油气田的开发逐渐从陆上转向自然条件相对恶劣的海洋，从大型集中分布的油气 田转向小型边际及卫星油气田，采用远距离水下生产系统回接到中心平台或浮动储卸油轮 (FPSO)等方式进行海洋油气开发已成为必然趋势。而从海底产出的石油通常是油、气(天然 气或油田伴生气)、水以及CO2、H2S和泥沙等杂质的混合流体。直接输送这种多相流体需要 许多高新技术：如多相增压泵技术，多相计量技术，多相分离技术等。因此海上高效分离 器的开发应用也成为经济高效地开发边际和深水油气田的有效途径之一。 由于海洋采油平台或海底水下生产系统的操作空间和承载重量都受到严格限制，这就 要求在平台
2、或海底使用的油气水分离器结构简单、体积小、重量轻、分离效率高、容易安 装维护、安全可靠、能适应多相流各种流态、能抵抗段塞流对其产生的剧烈扰动。这是传 统的重力式分离器很难达到的技术指标。因此中国科学院力学研究所开发了一种小型、高 效、快速的油气水分离设备，既可节省平台空间又能提高工作效率。（1） 中国科学院力学研究所在2003年前提出了集重力、膨胀与离心三种原理于一体的复合 式油气水分离器，其中螺旋管、梯形管分离是离心分离和膨胀、重力分离的重要手段。图l 为复合式油气水分离器结构。它包含利用膨胀原理对气进行预分离的梯形管构件，利用离 心原理对水进行预分离的螺旋管构件，以及利用重力原理分离油气水
3、的分离器容器。2004年，中国科学院力学所对离心和重力膨胀的关键部件一一螺旋管、梯型管等进行 了不同粘度、不同流速、不同油水配比条件下的油水分离实验。得到了螺旋管回转半径、 开孔数量、孔径、方向，T型管垂直管的高度、数量、管径等对分离效果的影响。配合直管 和螺旋管的数值模拟，得到了上述重要分离部件的设计准则，然后按工业使用分离器处理 量的1/10缩尺比例，2005年设计制造了高效的复合式油水分离器。3月底，长45m、宽 22m、高25m，全部由不锈钢制成的样机在力学所安装完毕。在粘度11500Mpa s，油 水混合液流速变化范围为0215m，s，油水配比为1090范围内进行了分离器的 实验室样
4、机试验。 通过实验可以得出： (1)重力沉降是分离的有效方法。对粘度小的油分离效率比较高；对粘度较高的油由于 油水两相形成的液滴相互混掺，细化了分散相粒径，加上粘度影响，上浮或者下沉速度大 大降低，必须采用辅助的有效措施，加热升温是促进分离的一个有效手段。 （2）带孔螺旋管的离心作用对促进油水分离是有效的，回转半径越小，分离效果越好，而过分提高螺旋管液体速度使流经螺旋管的压降大大增加，为了弥补降低流速使离心力减 少之不足，以减少螺旋管螺距，增加转圈数。为保证分离效率，开孔圈数不大于三圈，小 孔孔径和数量采用多圈递减形成，亦即它们应与螺旋管内油水含水量减少相匹配，并且螺 旋管开孔位置应在外侧正中
5、再沿顺时针方向下移一个角度为好。 （3）膨胀和重力原理复合使用的T形管部件是气液预分中的重要分离部件，它可以进 行油气水混合物的脱气预分，也可加快油水分层，提高整体分离效率。T型管由二根水平管 与n根垂直管组成，T型管中的流动是复杂的多相叉管流动，主管流量每经一根垂直管就分 离一次，起到膨胀及水平管中流动的减速作用，让流体有充足时间进行重力分离，这对气 液和液液分离都是有效的，通过大量的实验我们认为控制垂直管的高度h/d20、控制垂直 管中的流量为主管流量的1/n，而n8，这样在不同粘度的油品下都有较好的分离效果。 通过以上实验样机的实验，可以达到了分离后油中含水率小于1的当代国际先进水平。 因此采用离心力、重力、膨胀多种分离原理于一体的高效分离方案是一个切实可行的方案， 利用实验结果可开始样机设计以考核其工业应用效果。（3）
