本文結(jié)合海洋油氣工藝處理的特點(diǎn)對(duì)目前海洋油氣開采用的油水分離器技術(shù)性能進(jìn)行了分析，探討了決定分離效率的關(guān)鍵因素以及此類設(shè)備果對(duì)深水油氣開采的影響，闡明水下油水分離設(shè)備作為整個(gè)工藝處理流程的上游設(shè)備的重要性。
海洋中蘊(yùn)含了很多的資源，對(duì)海洋資源的開發(fā)和利用受到了人們的廣泛關(guān)注，如何應(yīng)用高效的油水分離設(shè)備對(duì)海洋中蘊(yùn)含的石油資源進(jìn)行油水分離，海洋油氣開采中始終關(guān)注的問題。
油水分離方法概述
1.1重力式分離
重力式分離是最基本的油水分離方法，根據(jù)油、氣的相對(duì)密度存在差異，在特定的環(huán)境下（壓力、溫度等）會(huì)達(dá)到平衡的混合物狀態(tài)，然后就會(huì)形成一定比例的水相和油相。按照斯托克斯公式，沉降速度與油中水的半徑平方成正相關(guān)，較輕的成分在層流狀態(tài)下，較重的成分會(huì)按照一定的規(guī)律沉降，同時(shí)這種沉降活動(dòng)還與水油的密度差成反比。在實(shí)際操作中，可以利用斯托克斯公式的原理，增大水分的密度，降低油液的粘稠度來提高分離的速度，達(dá)到提高分離效率的目的。
1.2離心分離
由于油、水的密度不同，油水混合物在旋轉(zhuǎn)分離過程中的油和水會(huì)產(chǎn)生不同的離心力，通過這種差異把水、油進(jìn)行分離。依靠離心設(shè)備在工作過程中會(huì)產(chǎn)生的高轉(zhuǎn)速來保證分離效果。此類分離對(duì)油水混合物在設(shè)備中的停留時(shí)間要求較低。
離心設(shè)備的處理能力及其維護(hù)是制約其使用的重要因素。例如水力旋流器就是一種利用離心原理工作的設(shè)備，這種設(shè)備可以用于連續(xù)相的液體與分散相的顆粒的分離。分散相的顆粒與連續(xù)相的液體在分離過程中，二者的密度差越大，則越容易分離。分散相的直徑會(huì)對(duì)分離造成影響，即直徑越大，兩者反向運(yùn)行時(shí)的速度差異就越大，也就越容易分離。
水下油水分離技術(shù)影響因素
2.1內(nèi)部因素
海洋石油開發(fā)中采用的水下油水分離設(shè)備的工作環(huán)境為深水、超深水，存在著實(shí)際氣液比低和油水分離壓力高等兩個(gè)典型特征，而油水分離壓力高是關(guān)鍵因素。為了提高油水分離效率，需要不斷提高油水分離的壓力。其主要原因是由于油水分離壓力越高，液態(tài)烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低，水相和油箱的密度差越大，減少后續(xù)重力沉降的油水分離時(shí)間，進(jìn)而提高分離效率。
2.2外部因素
2.2.1水深壓力大
隨著水深的不斷增加，油水分離器的外殼所能承受的外壓力也是不斷增大的。例如水深超過600-800米時(shí)，需要承受的外部壓力達(dá)到6米Pa，需要增加分離器的壁厚以抗擊超大的水壓。而在增加分離器厚壁的同時(shí)，就必須提高油水分離器的加工、焊接、熱處理及水下安裝等技術(shù)能力，以保證分離器的安全運(yùn)行。
2.2.2環(huán)境溫度低
溫度對(duì)深水中的油、水分離有很重要的影響，溫度越高原油的黏度相對(duì)越低，此種情況比較利于油水的分離，能夠提高油水分離的效率。相反對(duì)油水分離會(huì)產(chǎn)生不利的影響。海底的水溫度大約在2-4攝氏度，在海底對(duì)采出液進(jìn)行加熱比較困難，因此在該溫度下原油的黏度較低，不利于油水分離。
海洋油水分離技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
自20 世紀(jì)70 年代初開始出現(xiàn)早期的水下生產(chǎn)系統(tǒng)以來，目前世界上有近110 個(gè)工程項(xiàng)目投產(chǎn)，最大水深已達(dá)2600米。一些國際性大石油公司陸續(xù)與知名設(shè)備供應(yīng)商合作，例如ChevronTexaco 公司的DeepStar、挪威政府的De米o(hù)2000等，水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的壟斷形式已經(jīng)形成。
為了滿足深水油田開發(fā)的需要，有必要在風(fēng)險(xiǎn)允許的前提下對(duì)海底油水分離技術(shù)進(jìn)行根本性變革。近幾年來國際石油公司投入巨資進(jìn)行了相關(guān)的研發(fā)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。目前成功運(yùn)行的里程碑式海底油水分離系統(tǒng)有: Troll C 油田的海底分離系統(tǒng)( SUBSIS)；Tordis 油田的海底分離、增壓系統(tǒng)( SSBIS) 。這2 個(gè)項(xiàng)目的海底油水分離模塊是基于重力沉降原理的常規(guī)臥式分離器。此外，法國道達(dá)爾( TOTAL) 公司在安哥拉開發(fā)的Pazflor 油田所采用的油水分離裝置是世界上第三個(gè)海底分離系統(tǒng)，但其主要偏重于海底氣液分離。在現(xiàn)階段，各個(gè)國家為了滿足深水油田開發(fā)需求，對(duì)水下油水分離技術(shù)高度關(guān)注，并逐步向著高效的分離技術(shù)發(fā)展，其控制操作與安全保障是重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。
基于常規(guī)重力分離器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)
4.1SUBSI 系統(tǒng)所用的海底油水分離器
SUBSIS 項(xiàng)目于2002 年8 月正式運(yùn)行，系統(tǒng)工作水深340 米，所用海底油水分離器為長11.8 米、直徑Φ2.8 米 的常規(guī)臥式重力分離器，其額定工作壓力16MPa，最大絕對(duì)壓力18 MPa，設(shè)計(jì)處理量為417 m3/h，通過隔熱措施把該分離器與海水進(jìn)行隔開。為了達(dá)到確保水下作業(yè)順利進(jìn)行的目的，對(duì)該分離器的出入口進(jìn)行設(shè)置，在入口處設(shè)置蝸形腔室達(dá)到降低采出液的流速。出口安裝了一個(gè)堰板和一個(gè)附屬擋板用來儲(chǔ)存油相，堰板高度與分離器內(nèi)水位探測(cè)器的最大高度相同。容器頂部的人孔作為2 個(gè)液位探測(cè)系統(tǒng)(核子探測(cè)系統(tǒng)和電感探測(cè)系統(tǒng))的接入孔，在每個(gè)探測(cè)系統(tǒng)頂部垂直安裝20 多個(gè)傳感器(傳感器間距100mm)。液位探測(cè)系統(tǒng)用來監(jiān)測(cè)油水兩相的界面和乳化層，核子液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還能監(jiān)測(cè)氣油兩相的界面。
4.2CEC。早在1999年8月到2002年1月，挪威政府展開了DE米O計(jì)劃，該計(jì)劃是由KPS公司展開的，該公司致力于對(duì)海底油田進(jìn)行開發(fā)，在開發(fā)過程中有一個(gè)比較重要的項(xiàng)目，即“緊湊型靜電聚結(jié)器海底化”項(xiàng)目。該項(xiàng)目的主要目的是在海底進(jìn)行原油脫水，在該項(xiàng)目中研發(fā)了一種高效的油水分離裝置，即CEC裝置，并且對(duì)該裝置進(jìn)行了資質(zhì)認(rèn)定工作。在本次研發(fā)過程中的具體成果如下：海底CEC裝置可以安裝在標(biāo)準(zhǔn)API導(dǎo)索架上獨(dú)立回收。
5.1海洋油氣開采中的油水分離是影響最終獲得的油氣質(zhì)量的重要因素；
5.2水下油水分離設(shè)備在傳統(tǒng)的重力式分離設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新改造，已經(jīng)具備在水下實(shí)現(xiàn)油水分離的能力；
5.3現(xiàn)有高效油水分離設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件特殊形狀和位置的設(shè)計(jì)是影響其分離效率的關(guān)鍵因素之一；
5.4水下油氣分離設(shè)備已經(jīng)成為開采深水油氣資源時(shí)的一種高性價(jià)比的方式，對(duì)深水油氣開發(fā)具有重要意義；
