內(nèi)聯(lián)式脫液器在油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中的應(yīng)用*

衛(wèi)德強(qiáng) 俞接成 蘇民德 石江淼

(1. 北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院；2. 中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司北京分院)

內(nèi)聯(lián)式脫液器在油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中的應(yīng)用*

衛(wèi)德強(qiáng)**1俞接成1蘇民德1石江淼2

(1. 北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院；2. 中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司北京分院)

在介紹內(nèi)聯(lián)式脫液器結(jié)構(gòu)部件、分離過(guò)程工作原理的基礎(chǔ)上，歸納出內(nèi)聯(lián)式脫液器相比于常規(guī)氣液分離技術(shù)與設(shè)備的特點(diǎn)和在解決處理系統(tǒng)中存在的問(wèn)題時(shí)所具有的優(yōu)勢(shì)，總結(jié)了內(nèi)聯(lián)式脫液器在油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中的應(yīng)用場(chǎng)合和能夠解決的工程問(wèn)題，并對(duì)內(nèi)聯(lián)式脫液器氣液分離技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

內(nèi)聯(lián)式脫液器 分離技術(shù) 油氣開(kāi)發(fā) 多相流 水下處理 重力沉降

隨著海洋深水區(qū)油氣探明儲(chǔ)量的增加，油氣開(kāi)采和處理設(shè)施面臨著自身分離設(shè)施技術(shù)受限、作業(yè)空間受限及氣液分離設(shè)備的處理能力不足等問(wèn)題[1～3]。石油和天然氣運(yùn)營(yíng)公司也在不斷地為生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)で蟾?jīng)濟(jì)、更有效的處理方法。目前，制約分離技術(shù)的主要因素是分離設(shè)備的尺寸、重量、占用空間和負(fù)載以及因此帶來(lái)的高額處理成本[4]。隨著處理系統(tǒng)中分離設(shè)備不斷地向小型化、輕型化、精密化的方向發(fā)展，內(nèi)聯(lián)式脫液器因可以減少自重和節(jié)省空間，從而有效降低投資和維護(hù)成本，并能夠最大限度地提高設(shè)備的分離效率[5]，已經(jīng)成為近年來(lái)新設(shè)施設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)。除了新建設(shè)備之外，內(nèi)聯(lián)式脫液器也在消除技術(shù)受限和工藝設(shè)施升級(jí)中扮演著重要角色。對(duì)某些石油和天然氣領(lǐng)域而言，內(nèi)聯(lián)式脫液器是一種可替代傳統(tǒng)分離方法的分離技術(shù)[6]。在滿(mǎn)足生產(chǎn)領(lǐng)域需求的情況下，可最大化地實(shí)現(xiàn)油氣田利潤(rùn)，并有效降低經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，因而已成為發(fā)展新前景和振興成熟地區(qū)的重要工具[7]。其技術(shù)的發(fā)展歷史已在文獻(xiàn)[8]中有敘述。筆者在追蹤國(guó)外關(guān)于內(nèi)聯(lián)式脫液器相關(guān)技術(shù)發(fā)展的前提下，總結(jié)了它在油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

1 內(nèi)聯(lián)式脫液器的結(jié)構(gòu)與工作原理

常規(guī)氣-液分離器是通過(guò)單獨(dú)重力沉降來(lái)實(shí)現(xiàn)分離的，而內(nèi)聯(lián)式脫液器是一種綜合了緊湊、高效性氣-液分離并在操作中恢復(fù)損失壓降的獨(dú)特新型技術(shù)的高效氣液分離裝置。在運(yùn)行過(guò)程中，氣液混合物通過(guò)渦流發(fā)生器產(chǎn)生強(qiáng)旋流，并在幾千倍于重力的離心力作用下利用流體相間密度差來(lái)實(shí)現(xiàn)氣液分離。這使得內(nèi)聯(lián)式脫液器的分離速度得到顯著提高，從而消除長(zhǎng)時(shí)間沉降的局限，減小分離設(shè)備的尺寸[9，10]。

1.1結(jié)構(gòu)與部件

圖1顯示的是內(nèi)聯(lián)式脫液器的主要結(jié)構(gòu)部件。氣液混合段的作用是將氣液混合物中的液相均勻分布于氣液混合物中，以便后續(xù)分離并防止氣液混合物發(fā)生分層現(xiàn)象。渦流元件是內(nèi)聯(lián)式脫液器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)組件，渦流元件設(shè)計(jì)的合理與否直接影響著內(nèi)聯(lián)式脫液器整體性能的優(yōu)劣，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)是葉片個(gè)數(shù)、葉片導(dǎo)向角度和葉片厚度。分離段的主要目的是將獲得強(qiáng)大離心力的氣液旋流進(jìn)行充分分離，其長(zhǎng)度直接影響氣液兩相之間的分離程度、設(shè)備自身重量和占用空間。氣體出口段的關(guān)鍵在于深入分離腔內(nèi)部的長(zhǎng)度和自身管徑，深入長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致過(guò)多氣體進(jìn)入導(dǎo)液管內(nèi)；而過(guò)短會(huì)出現(xiàn)分離出的液體沒(méi)有足夠時(shí)間進(jìn)入導(dǎo)液管而隨氣體流出的問(wèn)題；自身管徑過(guò)大會(huì)出現(xiàn)液體二次夾帶現(xiàn)象；而過(guò)小將導(dǎo)致脫液后的氣體不能及時(shí)排出，從而增加導(dǎo)液管的負(fù)載、脫液器整體壓降和能量損失。反渦流元件和氣體擴(kuò)壓段的主要作用是恢復(fù)流體壓力，降低內(nèi)聯(lián)式脫液器的整體壓降損失。其中反渦流元件主要是恢復(fù)流體的正常流動(dòng)狀態(tài)；氣體擴(kuò)壓段是將脫液后的氣體流恢復(fù)至入口管徑，恢復(fù)壓力并使脫液器能夠很好地與標(biāo)準(zhǔn)輸氣管道連接。導(dǎo)液管是脫液器的主要儲(chǔ)液裝置，用于收集并排除分離出的液相，并與控制閥相互配合調(diào)節(jié)脫液器的處理流量范圍，防止氣體回注溢流。氣體旁路的作用是將攜帶至導(dǎo)液管內(nèi)的氣體回注至渦流元件，進(jìn)行重新分離。

圖1 內(nèi)聯(lián)式脫液器結(jié)構(gòu)圖

所有內(nèi)聯(lián)式脫液器都是特定操作條件下的氣液分離器，其設(shè)計(jì)都是壓降、分離效率和調(diào)節(jié)比或這些參數(shù)的優(yōu)化組合。內(nèi)聯(lián)式脫液器結(jié)構(gòu)具有一些典型特征，總結(jié)見(jiàn)表1。

表1 內(nèi)聯(lián)式脫液器的典型特征

1.2工作原理

氣液混合物流經(jīng)內(nèi)聯(lián)式脫液器的氣液混合段，使液相均勻分布在氣液混合物內(nèi)，再經(jīng)固定渦流元件后發(fā)生自旋；氣液混合物在離心力的作用下利用氣液之間的密度差，使分離出的液體在分離段內(nèi)壁形成液膜；脫液后的氣體通過(guò)主配管內(nèi)氣體出口段上的反渦流元件，使脫出液相的氣體恢復(fù)正常流動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而經(jīng)過(guò)氣體擴(kuò)壓段恢復(fù)部分壓降流出；分離出的液體進(jìn)入分離段與氣體出口段之間的環(huán)形空間，并收集至垂直排液管內(nèi)；除液體之外，還會(huì)有少量氣體進(jìn)入排液管內(nèi)，以便于更好地排出分離出的液體；因旋流作用促使渦流元件末端中心處形成低壓區(qū)，致使氣體通過(guò)氣體回注旁路重新進(jìn)入渦流元件；氣體出口段安裝的反渦流元件和氣體擴(kuò)壓段能夠使整個(gè)內(nèi)聯(lián)式脫液器具備低壓降的特性。脫液器的控制可以通過(guò)液體出口的液位控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，脫液器導(dǎo)液管內(nèi)的液位是唯一的控制參數(shù)[11，12]。內(nèi)聯(lián)式脫液器分離過(guò)程示意圖如圖2所示。

圖2 內(nèi)聯(lián)式脫液器分離過(guò)程示意圖

1.3優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)的容積式分離器，內(nèi)聯(lián)式脫液器在保證具有相同分離功能的情況下，還具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)需運(yùn)動(dòng)部件、易于安裝和操作、設(shè)備重量更輕和尺寸更小、無(wú)需添加任何化學(xué)藥劑及運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)[13～15]。裝置的主要特點(diǎn)包括：超小型分離管段；可以有效地提高現(xiàn)有流程的處理能力；新建生產(chǎn)系統(tǒng)的緊湊型分離橇可以產(chǎn)生高離心力，因此更容易進(jìn)行相間分離；可根據(jù)現(xiàn)有管道設(shè)計(jì)，制造工藝簡(jiǎn)單，縮短安裝時(shí)間；在較低的壓降條件下，即可得到非常好的分離效果，以滿(mǎn)足復(fù)雜條件下和空間受限條件下對(duì)分離器尺寸、占用空間及分離效率等的要求。這些特點(diǎn)使得該裝置適合在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境下進(jìn)行設(shè)備新建和改造領(lǐng)域中的應(yīng)用，尤其適用于海底和深水領(lǐng)域。

2 應(yīng)用研究現(xiàn)狀

在過(guò)去十幾年中，內(nèi)聯(lián)式脫液器因具有可以減少自重和節(jié)省空間并可在平臺(tái)和海底應(yīng)用而受到越來(lái)越多的關(guān)注，主要包括平臺(tái)、海底和陸上天然氣井中的工業(yè)化應(yīng)用[16]。

2.1海上平臺(tái)中的首次工業(yè)化應(yīng)用

2002年9月，挪威國(guó)家石油公司(Statoil)在位于北海的Sleipner-T油氣田海上平臺(tái)的有限空間內(nèi)經(jīng)過(guò)改建，安裝了一個(gè)14″內(nèi)聯(lián)式脫液器，用于解決因海洋油氣田中油氣產(chǎn)量和含水率增加，氣體速率上升，致使平臺(tái)處理系統(tǒng)中的換熱器內(nèi)存在液態(tài)冷凝水，導(dǎo)致洗滌器內(nèi)產(chǎn)生液體凝結(jié)和液滴破碎的問(wèn)題。

Sleipner-T海上平臺(tái)上的內(nèi)聯(lián)式脫液器單元是內(nèi)聯(lián)式脫液器的首次工業(yè)化試驗(yàn)和應(yīng)用。安裝調(diào)試結(jié)果表明：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)流動(dòng)條件的變化，測(cè)得其分離效率范圍為80%～95%。適當(dāng)調(diào)節(jié)手動(dòng)控制閥的開(kāi)度可將分離效率提高到95%。鑒于海上平臺(tái)有限作業(yè)空間內(nèi)對(duì)氣體流量和液體流量的容積約束，在洗滌器上游安裝內(nèi)聯(lián)式脫液器能夠很好地提高系統(tǒng)的處理能力、解決平臺(tái)分離系統(tǒng)中存在的問(wèn)題[17]。

2.2天然氣井中的首次撬裝化應(yīng)用

2008年，PESD&FDD利用其專(zhuān)項(xiàng)預(yù)算項(xiàng)目為位于沙特的Khuff氣田引進(jìn)了一套FMC的立式撬裝內(nèi)聯(lián)式脫液器(圖3)。安裝該撬裝化內(nèi)聯(lián)式脫液器的主要目的是對(duì)天然氣田氣井中的氣液混合物進(jìn)行分離，并將脫出液體的氣體輸送至Shedgum天然氣生產(chǎn)廠(chǎng)，從而降低進(jìn)入天然氣生產(chǎn)廠(chǎng)的液體含量，提高生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命。同時(shí)，將分離出的含有油氣組分的液體輸送至GOSP-4液體處理廠(chǎng)，避免大量氣體進(jìn)入管線(xiàn)和液體處理廠(chǎng)形成段塞流，造成管線(xiàn)發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，出現(xiàn)嚴(yán)重的、不穩(wěn)定的安全和環(huán)境問(wèn)題。

圖3 內(nèi)聯(lián)式脫液器撬裝圖

根據(jù)油氣田實(shí)際處理系統(tǒng)所需處理能力的要求，內(nèi)聯(lián)式脫液器操作參數(shù)的設(shè)計(jì)值如下：

操作溫度 150～170℉

操作壓力 1 300～1 400psig

氣體流量 60～225MMscfd(正常設(shè)計(jì)流量為180MMscfd)

冷凝水流量 1 800～7 000BPD(正常設(shè)計(jì)流量為5 500BPD)

水流量 240～2 000BPD(正常設(shè)計(jì)流量為1 600BPD)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于液體流量的突然變化導(dǎo)致氣體流量未達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的最大值。當(dāng)氣體流量達(dá)到175MMscfd時(shí)，冷凝水和水的流速超過(guò)了最初的設(shè)定值。綜合現(xiàn)場(chǎng)操作運(yùn)行條件，最終設(shè)定了測(cè)試的操作參數(shù)如下：

操作溫度 160～192℉

操作壓力 1 200～1 450psig

氣體流量 60～175MMscfd

冷凝水流量 1 800～8 000BPD

水流量 240～3 500BPD

實(shí)測(cè)性能顯示：內(nèi)聯(lián)式脫液器能夠很好地降低處理系統(tǒng)中的壓力和能量損耗，同時(shí)使進(jìn)出口壓降低于7lb；適當(dāng)調(diào)節(jié)撬裝內(nèi)聯(lián)式脫液器下游節(jié)流閥的開(kāi)度，可較好地控制液體進(jìn)出口壓降；氣體分離效率達(dá)到95%以上；節(jié)流閥后溶解氣中最大液體含量為0.075%。

同時(shí)，首次對(duì)撬裝內(nèi)聯(lián)式脫液器分離管段的進(jìn)出口分別進(jìn)行了噪聲測(cè)量，并評(píng)價(jià)噪聲對(duì)處理系統(tǒng)和管道的影響。噪聲測(cè)量的操作條件是：環(huán)境溫度約30℃，測(cè)量時(shí)間間隔為1min，氣體流量為165MMscfd，液體流量為9 000BPD，操作壓力為1 300psig，操作溫度為190℉。圖4中的噪聲測(cè)試結(jié)果顯示：在分離過(guò)程中系統(tǒng)總體運(yùn)行平穩(wěn)，測(cè)量的平均噪聲范圍為60～70dB?？捎行У亟鉀Q管道振動(dòng)給管線(xiàn)和處理系統(tǒng)帶來(lái)的不穩(wěn)定問(wèn)題，從而滿(mǎn)足處理系統(tǒng)和管道輸送對(duì)分離噪聲的要求。

圖4 內(nèi)聯(lián)式脫液器的噪聲測(cè)試

調(diào)試結(jié)果表明：撬裝內(nèi)聯(lián)式脫液器能夠很好地脫出氣體中所含的大量冷凝水和油氣組分，從而滿(mǎn)足Shedgum天然氣廠(chǎng)中天然氣采出液增加對(duì)處理能力的要求，提高了天然氣處理設(shè)備的使用壽命；同時(shí)可降低輸運(yùn)管線(xiàn)中酸性水的含量和噪聲，減少管道中的腐蝕和振動(dòng)問(wèn)題。該項(xiàng)技術(shù)有效地解決了沙特阿美石油公司油氣田生產(chǎn)裝置中由于采出氣含水量過(guò)高而影響產(chǎn)量和新氣井開(kāi)發(fā)的問(wèn)題，同時(shí)也為內(nèi)聯(lián)式脫液器的海上平臺(tái)和水下撬裝化提供了借鑒[18～20]。

2.3在桑托斯沃特爾氣田的應(yīng)用

2012年2月，ASCOM公司在桑托斯公司旗下的沃特爾油田(印度尼西亞近海淺水區(qū))安裝了兩級(jí)串聯(lián)的內(nèi)聯(lián)式脫液器(Twinline Gas-Liquid Separator)，以解決平臺(tái)空間受限的問(wèn)題和滿(mǎn)足分離處理設(shè)施對(duì)流體操作范圍和分離效率方面的要求。

兩級(jí)串聯(lián)的內(nèi)聯(lián)式脫液器是ASCOM公司在經(jīng)過(guò)兩年的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的新一代內(nèi)聯(lián)式脫液器。兩級(jí)串聯(lián)內(nèi)聯(lián)式脫液器的結(jié)構(gòu)如圖5所示，氣液混合物流經(jīng)脫液器內(nèi)部第一級(jí)固定渦流元件時(shí)發(fā)生自旋(高離心力)，利用氣液之間密度差分離出氣液混合物中的游離水；未及時(shí)脫出的液體隨氣體再經(jīng)過(guò)后端的第二級(jí)類(lèi)似渦流元件形成極速旋流，可對(duì)氣液混合物中剩余液相進(jìn)行分離、排出。其中第二級(jí)的設(shè)計(jì)不僅能夠提高設(shè)備的分離效率，而且可使內(nèi)聯(lián)式脫液器對(duì)氣液混合物和含液量變化具有較大的調(diào)節(jié)比。在現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試操作過(guò)程中，內(nèi)聯(lián)式脫液器的直徑為10in；流體入口溫度為±80°F；流體入口壓力為±1 050psig；氣體流量比標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的流量增加了15%。

圖5 兩級(jí)串聯(lián)的內(nèi)聯(lián)式脫液器的通用三維設(shè)計(jì)圖

運(yùn)行結(jié)果表明：兩級(jí)串聯(lián)的內(nèi)聯(lián)式脫液器具有很好的工程實(shí)際可行性，并且實(shí)現(xiàn)了高效分離，分離效率可達(dá)99%以上；即使在不同的操作條件下，依然具有高可靠性和極高的分離效率；相比于傳統(tǒng)的分離器而言，擁有兩級(jí)分離和最小的空間體積，可以最大限度地減少設(shè)備的尺寸和重量，從而有效降低分離設(shè)備的成本；在達(dá)到相同渦流強(qiáng)度時(shí)，所需壓降僅是傳統(tǒng)渦流元件的55%～60%，并能有效降低流場(chǎng)湍流級(jí)別；相比于傳統(tǒng)內(nèi)聯(lián)單元，在保證壓降和尺寸相同的情況下，可拓寬工作量程范圍或提供非常高的分離效率。對(duì)于作業(yè)空間受限的地區(qū)優(yōu)勢(shì)更加明顯，可以利用它進(jìn)行舊脫水設(shè)施改造和脫水裝置的新建。解決了操作條件變化范圍相對(duì)狹窄和設(shè)計(jì)規(guī)范未實(shí)現(xiàn)通用化的問(wèn)題[21]。

2.4其他典型與潛在應(yīng)用

內(nèi)聯(lián)式脫液器的發(fā)展主要是為了解決成熟油田現(xiàn)有設(shè)施技術(shù)受限的問(wèn)題。根據(jù)上述情況和相關(guān)工業(yè)應(yīng)用，總結(jié)出內(nèi)聯(lián)式脫液器的典型應(yīng)用包括：解決高液相負(fù)荷洗滌器下游凝析液的問(wèn)題；安裝在油氣田處理設(shè)備中用以替代凝析油分離器；設(shè)置于氣體壓縮機(jī)上游，脫出管道中的析出液，從而避免析出液對(duì)壓縮機(jī)葉片造成水蝕；與乙二醇接觸器組合使用可以很好地解決天然氣水露點(diǎn)問(wèn)題；作為常規(guī)分離設(shè)備的預(yù)處理設(shè)備，能夠提高現(xiàn)有設(shè)施的分離性能和處理能力；進(jìn)行處理系統(tǒng)中的多相流分離、海底處理等。

國(guó)外不斷對(duì)內(nèi)聯(lián)式脫液器進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)和應(yīng)用，擴(kuò)展出內(nèi)聯(lián)式脫液器的其他潛在應(yīng)用，包括：減少回氣井壓力和增加氣井產(chǎn)量；安裝在現(xiàn)有高壓或低壓常規(guī)分離器上游，可以顯著提高分離器的液體處理能力；也可應(yīng)用于現(xiàn)有設(shè)備內(nèi)，以增加產(chǎn)能和降低化學(xué)試劑消耗；更可以利用內(nèi)聯(lián)式脫液器對(duì)油氣分離站內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造與升級(jí)，從而降低投資和維護(hù)成本，縮短分離設(shè)備的安裝時(shí)間；對(duì)于需要增加設(shè)備且盡可能小的占用有限空間的水下回接或新油藏開(kāi)發(fā)同樣是非常適用的。

隨著不斷地推廣應(yīng)用，內(nèi)聯(lián)式脫液器從解決平臺(tái)問(wèn)題逐漸向平臺(tái)、水下、陸上和極限地區(qū)氣田開(kāi)發(fā)的方向發(fā)展。設(shè)備也逐漸向小型化、輕型化和抗惡劣條件的方向發(fā)展，為設(shè)備廣泛的工業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

3 實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀

對(duì)內(nèi)聯(lián)式脫液器的基礎(chǔ)理論研究主要集中于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。研究的主要內(nèi)容包括內(nèi)聯(lián)式脫液器的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)、操作參數(shù)、流動(dòng)參數(shù)和基礎(chǔ)分離機(jī)理。目前，國(guó)外關(guān)于內(nèi)聯(lián)式脫液器的研究資料主要集中在石油裝備巨頭FMC公司和專(zhuān)業(yè)從事三相分離的ASCOM公司，但鑒于該公司的保密問(wèn)題，公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)中只有少量可獲信息。

2002年，CDS技術(shù)系統(tǒng)公司以甲烷氣體和柴油為介質(zhì)，對(duì)低壓(1～4MPa)條件下的小直徑(3、8、14in)臥式內(nèi)聯(lián)式脫液器進(jìn)行了初始實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)獲得了分離效率和壓降的測(cè)量值和理論值相吻合的結(jié)果；而相同條件下，立式內(nèi)聯(lián)式脫液器由于離心力和重力的共同作用顯示出了更好的分離效果；驗(yàn)證了內(nèi)聯(lián)式脫液器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性，并為內(nèi)聯(lián)式脫液器的設(shè)計(jì)計(jì)算理論研究奠定了基礎(chǔ)[22]。

Hoffmann A C和Stein L E通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置和計(jì)算流體力學(xué)精確地模擬了旋流流場(chǎng)的相態(tài)，確定了限制分離裝置整體液體捕獲效率的兩個(gè)獨(dú)立現(xiàn)象：初始液滴捕集和膜不穩(wěn)定性(液體二次夾帶)[23]。Austrheim T等進(jìn)行了高氣體和液體負(fù)載條件下的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：分離設(shè)備性能會(huì)從初始主要受液體捕集限制變?yōu)橹饕苣げ环€(wěn)定性和液體二次夾帶影響；而當(dāng)初始限制因素是液體捕集時(shí)，則分離效率將受較高氣體和液體負(fù)載影響；反之，當(dāng)初始限制因素是膜不穩(wěn)定性時(shí)，則分離性能將在較高氣體和液體負(fù)載下惡化[24]。Austrheim T等在1 640psig高壓條件下，對(duì)液體體積分?jǐn)?shù)范圍為0.01%～3.00%的烴類(lèi)流體(天然氣和Exxsol D60)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[25]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：在高操作壓力下分離效率明顯降低；證明了不同設(shè)計(jì)的烴類(lèi)流體對(duì)壓力分離的重要性，從而進(jìn)一步理解了分離現(xiàn)象。Bymaster A S等在西南研究院采用FMC技術(shù)子公司——CDS分離系統(tǒng)公司的緊湊型分離裝置進(jìn)行了高壓鑒定實(shí)驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步理解了在壓力升高(1 500～2 600psig)條件下，氣液分離相關(guān)的邊界條件、限制因素和風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)發(fā)現(xiàn)操作壓力升高給氣液分離帶來(lái)的新挑戰(zhàn)，包括減少液體分布、增加再夾帶或膜不穩(wěn)定性的幾率[26]。蘇民德等在國(guó)外幾大公司對(duì)內(nèi)聯(lián)式脫液器的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)保密的情況下，通過(guò)查閱國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn)，自主設(shè)計(jì)了內(nèi)聯(lián)式脫液器，并對(duì)內(nèi)聯(lián)式脫液器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬。獲得了結(jié)構(gòu)參數(shù)中最優(yōu)葉片個(gè)數(shù)和最佳旋流葉片出口角，并對(duì)不同入口流速和液滴粒徑進(jìn)行了數(shù)值模擬，同時(shí)也證明了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性[27]。

目前，國(guó)外對(duì)于內(nèi)聯(lián)式脫液器的研究已經(jīng)從最初的結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作參數(shù)和流動(dòng)參數(shù)研究，過(guò)渡到了更本質(zhì)的分離機(jī)理的研究。而內(nèi)聯(lián)式脫液器的實(shí)驗(yàn)與測(cè)試條件也從低壓、低流量逐漸向高壓、高流量、高液體負(fù)載的方向發(fā)展，并經(jīng)過(guò)十幾年的基礎(chǔ)理論研究、實(shí)驗(yàn)研究和工業(yè)應(yīng)用，逐漸總結(jié)和建立了內(nèi)聯(lián)式脫液器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)定和分離機(jī)理的理論體系，為內(nèi)聯(lián)式脫液器廣泛的工業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)對(duì)于內(nèi)聯(lián)式脫液器的關(guān)注與研究尚處于初步認(rèn)識(shí)階段，對(duì)內(nèi)聯(lián)式脫液器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了初步的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及低壓、低流量下的數(shù)值模擬研究。急需對(duì)內(nèi)聯(lián)式脫液器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論進(jìn)行進(jìn)一步研究，建立自主結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)理論，同時(shí)對(duì)內(nèi)聯(lián)式脫液器開(kāi)展實(shí)驗(yàn)與工業(yè)化應(yīng)用研究。

4 結(jié)論

4.1內(nèi)聯(lián)式脫液器在陸上油氣田和海洋油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中的應(yīng)用試驗(yàn)，有效地解決了現(xiàn)有生產(chǎn)和處理系統(tǒng)所面臨的眾多技術(shù)受限與空間受限問(wèn)題，尤其是在設(shè)備更新等方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

4.2當(dāng)前我國(guó)在氣-液分離的研究重點(diǎn)主要是開(kāi)發(fā)和優(yōu)化傳統(tǒng)氣液分離技術(shù)與設(shè)備，對(duì)于如內(nèi)聯(lián)分離等緊湊型氣液分離技術(shù)的研究還處于探索階段，而對(duì)于內(nèi)聯(lián)式氣液分離設(shè)備在油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中的相關(guān)應(yīng)用等室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)化試驗(yàn)研究尚處于空白。對(duì)于國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)研究和工業(yè)應(yīng)用是一個(gè)全新的課題領(lǐng)域。

4.3在這種形勢(shì)下，國(guó)內(nèi)相關(guān)高校和科研人員亟待進(jìn)行內(nèi)聯(lián)式脫液器的國(guó)產(chǎn)化理論和實(shí)驗(yàn)研究，研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的內(nèi)聯(lián)式脫液器。以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域?qū)庖悍蛛x設(shè)備的需求，減少因進(jìn)口相關(guān)設(shè)備所帶來(lái)的高昂成本。

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ApplicationofInlineSeparatorinOil&GasDevelopment

WEI De-qiang1, YU Jie-cheng1, SU Min-de1, SHI Jiang-miao2

(1.SchoolofMechanicalEngineering，BeijingInstituteofPetrochemicalTechnology，Beijing102617，China;2.SinopecPetroleumEngineeringDesignCo.,Ltd.，Beijing102200，China)

Basing on introducing inline separator’s components and gas-liquid separation process, its advantages compared to the conventional gas-liquid separators in the processing system were summarized, including its application scope and prospects.

inline separator, separation technology, oil and gas development,multiphase flow, underwater treatment, gravitational settling

*北京市屬高等學(xué)?！伴L(zhǎng)城學(xué)者”培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(CIT&TCD20150317)，北京石油化工學(xué)院優(yōu)秀學(xué)科帶頭人培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(BIPT-BPOAL-2013)

**衛(wèi)德強(qiáng)，男，1988年11月生，碩士研究生。北京市，102617。

TQ051.8

A

0254-6094(2016)03-0272-07

2015-06-09，

2016-05-18)