论三相分离器操作之压力控制

论三相分离器操作之压力控制

袁媛 ,邓蓉 

中原油田濮东采油厂

摘要：用压力来控制油水界面的升降，使原油平稳外输，确保三相分离器油出口管线内的原油连续流动而不至于断流造成原油低温时凝固而凝管

关键字：三相分离器  压力  油量  油水界面

一、什么是三相分离器

  在石油行业，油气生产集输的过程中油井产物是油、气、水、砂等多形态物质的混合物，为了得到合格的石油产品，油气集输的首要任务就是进行气液分离。由于水和砂等物质均不溶于油，所以气液分离主要是原油和天然气分离，通常称为油气分离。

    原油和天然气的主要成分都是烃类化合物，在一定温度、压力等条件下，它们会混合在一起，在合适的温度、压力等条件下，它们又会分离开来。一方面，油井产物从油层到地面，以至在以后的集输过程各环节中，随着压力逐渐降低，溶于原油中的天然气将不断逸出。另一方面，由于原油与天然气的性质有较大的差别，不论是在出矿前的计量、处理和储存等，还是在出矿及出矿后的加工、利用、输送等，都需要将原油和天然气分离开来。

在油气集输处理工艺中，油气分离和储存设备把油气集输管线内存在的气、液两相分离成单一相态的原油和天然气，并分别进行储存和处理，它是油田用的最多、最重要的设备之一、油井产物中常含有水，特别是在油井生产的中后期，含水量逐渐增多。含水的油井产物进入分离器后，在油气分离的同时，由于密度差，一部分水会从原油中沉降至分离器底部，因而处理这种含水原油的分离器必须有油、气、水三个出口，这种分离器称为三相分离器。也就是说，能实现油、气、水三相分离的压力容器叫三相分离器。

二、三相分离器的分离原理

分离器的分离过程主要有以下四个：

  1、初分离过程：依靠离心分离对大量的液体进行分离。

  2、沿降过程：在分离器内有一定的沿降空间，依靠重力和沿降原理，进行油气水分离。

  3、捕雾过程：气体离开沿降段后，仍有细小的液滴，捕雾段的作用是采用碰撞原理将气体从液体中除去。

  4、集液过程：集液段的作用是储集以上各过程分离出来的液体，并有相应的液面控制系统使分离后的液体尽量不受气流扰动的影响，并有足够的空间适应处理量的变化。

在这四个分离过程中其分离原理有以下三点:

1、重力沉降分离：依靠气液相对密度的不同实现油气分离，重力分离只能除去100微米以上的液滴，若要分离40—50微米的液滴，，则需要十分庞大的设备。但是现场条件不允许，因此必须将重力沉降与其他作用原理同时使用，才能满足生产需要。

2、离心分离：当液体改变流向时，密度大的液体具有较大的惯性，就会与器壁相撞使液滴从油气中分离出来，这就是离心分离的原理；离心分离主要用来分离大量液体和直径大的液滴，适用于初分离阶段。油气在分离器中进行分离主要依靠重力、离心力和粘着力的作用完成的。

    3、碰撞分离：其原理是气流遇到障碍改变流向和速度，是气体中的液滴不断地在障碍圈内聚结，由于液滴表面张力作用形成油膜，气体在不断的接触中，将油气中的细小油滴聚结成大油滴，靠重力沉降下来。

流体由分离器入口进入分离器，进入分离器后，油、气的流向和流速突然改变，使油气得到初步分离；经初步分离后的原油在重力作用下流入分离器的集液部分；集液部分需要有一定的体积，使原油流出分离器前在集液部分有足够的停留时间，以便被原油携带的气泡上升至液面并进入气相；集液部分也提供缓冲容积，均衡进出分离器原油流量的波动。集液部分的原油，最后经过由液面控制器控制的出油凡尔流出分离器。为了得到最大的气液界面面积，通常使三相分离器充满1/2的液体。

    来自分离器入口的气体到达液面上方的分气包，被气流携带的油滴在此部分靠重力降至气、液界面。未沉降至液面的、粒径更小的油滴随气体流经小分气包内的捕雾器。在捕雾器内聚集、合并成大油滴，在重力作用下流入集液部分。脱除油滴的气体经压力控制流入集气管线。实现液相和气相分离，从液相中除去气泡。在分离器中维持适当压力、足够的气体或液体外输所需要的能量。在分离器中维持一定的液面，以保证气、液正常分输。

三、三相分离器的运行

井排来的介质主要有石油、天然气、水以及相关泥沙杂质等组成，它们进入三相分离器以后，在离心分离、碰撞分离、重力沉降的作用下，油、水、杂质自然沉降下来，天然气进入三相分离器顶部的气包内。在压力的作用下，油、气、水外输、泥沙杂质经人工排污排出分离器，具体走向如下：

1、天然气：从井排来的油气在管线内，有部分天然气是游离的，到三相分离器以后，大部分天然气直接去分离器的顶部的分气包，小部分天然气到分离器中仓。管线内的压力较高的油气到三相分离器内部以后，压力降低，溶解在液体内的天然气析出。析出的天然气和进入中仓的天然气一起到分离器顶部的和天然气出口相连接的小分气包内。最后分气包内的天然气与小分气包内的天然气汇合，从天然气的出口管线内去天然气的二级分离器再次进行气液两相分离。分离后的较清洁的天然气去天然气阀组，再去天然气厂处理得到商品天然气。

2、原油：从井排来的油气水混合物到分离器以后，天然气析出在分离器内部的上部空间形成气相，油水在下部形成液相。在重力的作用下，密度较大的水和泥沙杂质沉降到分离器的底部，原油则浮到水的上部，并形成一个油层，在油层和水相之间形成一个油水界面。源源不断的原油到达油层，当油层的油液面超过油仓的堰板时，原油越过堰板进入油仓。从油仓的出口管线进入过滤器后经流量计计量，经出油凡尔控制去加热脱水稳定系统再计量外输。出油凡尔是一个液面控制机构，由液面的高低使液面上的浮球上下移动，带动凡尔的阀芯上下移动，决定了法尔通径的开启度，从而使液面处于一个相对平稳的高度。

3、污水：在三相分离器中仓的水形成水相以后，在远离进口端的水相安装了集水管，水相的污水经过集水管到达分离器的水仓，经过水仓的出口后计量外输到污水处理厂。

4、泥沙杂质：泥沙杂质则在每天的分离器排污操作中排进排污池。

四、用压力控制三相分离器内的油水界面

   在油田生产过程中，三相分离器归属于压力容器类。主要有三大安全附件：压力表.温度计.安全阀。在生产过程中，自然与压力分不开。在这里，我着重论述的是在操作三相分离器时，如何使用压力对油量外输进行控制。

油水因各自的密度不同，油在分离器的上部，水在下部，油水之间形成一个比较清晰的油水界面。水在压力的作用下，通过分离器底部的集水管，将水导入分离器的水仓经水出口外输。而原油会在分离器内不断的聚集，油厚度不断的增加，当油面超过油仓堰板时，油会越过堰板进入油仓收油槽内，经过收油槽的堰口进入油仓，在压力的作用下，经过油出口后计量外输。

    在此过程中，分离器操作工为了使油出口的外输油量相对平稳，就可以采用压力控制来实现。井排的来液是不平稳的，当某个时候来液即来油较多的时候，可以升高分离器内的压力，使下部水相更多的水经过集水管进入水仓外输，从而使油水界面下降，油相的厚度增加，使更多的原油储存在分离器内。当某个时间段井排来油减少时，可以适当降低分离器内的压力，使较少的水被外输，使油水界面上升，将部分原油浮进油仓外输，从而保证了原油外输的连续性。此方法特别适合原油冬季生产。能保证分离器原油出口管线内连续有原油流动，而不至于断流，在低温时凝管。

     另外，如果想准确的反应井排来油的变化情况，可以给分离器天然气出口安装一个稳压装置（如自滤式压力调节阀），使分离器始终处于一个给定的压力下，油水界面相对比较稳定，井排来油多时，油液面升高，出油凡尔开启度变大，外输量就大，井排来油少的时候，出油凡尔开启度变小，外输量就少，从分离器原油出口的流量计就可以相对准确的知道某个时间段井排来的油量，通过对比，可以得出两个时间段的井排来油量的变化量。

说明：该图为天然气出口管线安装的自力式压力调节阀

参考文献

[1] 油气集输储运工程   第三册   测量仪表及自动化   山东电子工业出版社   1987

[2] 石油工人技术等级培训教材．集输工[M]．北京：石油工业出版社，1998．