本文結(jié)合海洋油氣工藝處理的特點對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)備果對深水油氣開采的影響，闡明水下油水分離設(shè)備作為整個工藝處理流程的上游設(shè)備的重要性。
海洋中蘊含了很多的資源，對海洋資源的開發(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)備對海洋中蘊含的石油資源進(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、氣的相對密度存在差異，在特定的環(huán)境下（壓力、溫度等）會達(dá)到平衡的混合物狀態(tài)，然后就會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，較重的成分會按照一定的規(guī)律沉降，同時這種沉降活動還與水油的密度差成反比。在實際操作中，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)備在工作過程中會產(chǎn)生的高轉(zhuǎn)速來保證分離效果。此類分離對油水混合物在設(shè)備中的停留時間要求較低。
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。分散相的直徑會對分離造成影響，即直徑越大，兩者反向運行時的速度差異就越大，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，存在著實際氣液比低和油水分離壓力高等兩個典型特征，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，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，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行。
2.2.2環(huán)境溫度低
溫度對深水中的油、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。相反對油水分離會產(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 個工程項目投產(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)險允許的前提下對海底油水分離技術(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)用實驗。目前成功運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 個項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，各個國家為了滿足深水油田開發(fā)需求，對水下油水分離技術(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研究內(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 項目于2002 年8 月正式運行，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，最大絕對壓力18 MPa，設(shè)計處理量為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。出口安裝了一個堰板和一個附屬擋板用來儲存油相，堰板高度與分離器內(nèi)水位探測器的最大高度相同。容器頂部的人孔作為2 個液位探測系統(tǒng)(核子探測系統(tǒng)和電感探測系統(tǒng))的接入孔，在每個探測系統(tǒng)頂部垂直安裝20 多個傳感器(傳感器間距100mm)。液位探測系統(tǒng)用來監(jiān)測油水兩相的界面和乳化層，核子液位監(jiān)測系統(tǒng)還能監(jiān)測氣油兩相的界面。
4.2CEC。早在1999年8月到2002年1月，挪威政府展開了DE米O計劃，該計劃是由KPS公司展開的，該公司致力于對海底油田進(jìn)行開發(fā)，在開發(fā)過程中有一個比較重要的項目，即“緊湊型靜電聚結(jié)器海底化”項目。該項目的主要目的是在海底進(jìn)行原油脫水，在該項目中研發(fā)了一種高效的油水分離裝置，即CEC裝置，并且對該裝置進(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的一種高性價比的方式，對深水油氣開發(fā)具有重要意義；
