油田地面作业_油田地面清洁作业

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油田集输设备现状与发展趋势

【摘要】油气集输设备是油气矿场生产的基础。高效和先进的设备是节能降耗、提高经济效益的关键。在油气集输设备的发展上需要再加大力气，实现设备研究设计、设备生产、设备安装调试全套服务，以期得到更先进，更优良的设备。随着我国社会经济发展的突飞猛进，人类对天然气和原油的需求也在不断的加大，油田开发的重要性也随之显现。近年来，国家加大了对油田开采项目的投资，以确保满足人民群众生产生活中的需求。随着油田开发项目不断地扩大，油气集输生产受到了社会各界的关注，并且对油气集输生产过程中的油气集输处理设备的要求越来越严格，本文叙述了油气集输设备的发展，同时对现状和发展趋势进行了总结。

一、油气集输的发展

油气集输是继油藏勘探、油田开发、采油工程之后的重要生产阶段，主要指油田矿场原油和天然气的手机、处理和运输。其主要任务是通过一定的工艺过程，把分散在油田各油井产出的油、气、水等混合物收集起来，经过必要的处理，使之成符合国家或行业质量标准的缘由、天然气、轻烃等产品和符合各地层回注水质量标准或外排质量标准的含油污水，并将天然气和原油分别输往长距离输油管道的首站（油库）和输气管道的首站，将污水送往注水站或外排。

1.油气集输设备的发展历程

六七十年代油气集输设备的发展及存在的问题：在石油工业发展初期，我国的油气田设备的发展进步较快，但和西方国家比较，存在技术水平和管理水平低，产品质量差、效率低、能耗大、不配套等一系列问题，同石油工业发展的需要和社会的总需求有一定差距。

比如在油田上使用较多的油气分离器，无论是高油气比的或低油气比的、卧式的还是立式的、高压的或低压的、两相的或三相的，内构件较为简单，设备处理后效果不尽人意，通常达不到所需性能。如电脱水器常采用立式结构，而电场也为高压交流电场，就是纯加热电脱水，这种设备处理后的效果，都只处于初级和简单加工阶段。而油田矿场油气集输系统的加热设备刚更为简陋，刚开始是一个井场三把火，值班室用火墙取暖，大站采用砖砌管式炉，井口房用热风吹炉。这些简明的加热设备存在时常被烧坏的安全隐患。再接着研制出了水套炉，但其热效率较低、污染严重、能耗较大，难以满足生产需要，是油田建设的瓶颈问题之一。

八十年代油气集输专用设备的发展和存在的问题：八十年代，相关部门油气田地面设备技术政策和长远规划：要求在搞好技术基础工作的同时，通过技术改造、技术开发、设备筛选技术引进、技术交流等，不断改进设备，强化设备的配套性。加强产品质量监督检验，提高经济效益和社会效益，降低损耗。提高质量全面改进技术水平，使油田设备不断满足石油工业发展，适应建设现代化石油工业的要求。在八十年代末，油气田设备的技术水平得到了较快的的发展和提高。油气集输主要专用设备，如常用的原油电脱水器、加热炉、塔器和油气分离器等较为明显。

2.油气集输设备的发展现状

比如油气分离器的发展：长期以来，人们为了提高设备的技术经济性能，开展了诸多研究，先后开发出了多种设备型式及其内部结构。就设备型式来说，典型的主要有立式、卧式和球形三种，其中卧式设备兼有高效和便于制造的优点，因此八十年代后期得到了极为广泛的应用。在卧式设备中最有代表性的是美国的 API 游离水分离器，其主要用于实现油、气、水之间的预分离，在工程中应用的最为广泛。在 API 游离水分离器的基础上，开发出了 Performax 填料式分离器，其特点在于通过引入 Performax 填料，缩短液滴聚结所需要 的沉降距离，从而加快了油水之间的分离过程。在相同条件下，Performax 填料式分离器不仅极大地改善了油中含水指标，而且使污水含油指标也大幅度降低，由此显示出了极大的优越性。之后又发展出了双流式分离器，其工作原理实际上它相当于两台Performax填料式分离器的一体化并联，不同点主要在于两个分离腔是连通的，所以设备内的油水界面及气液界面只需一套控制系统。它同两台分立的 Performax 填料式分离器相比，可以节约一套控制系统,少用两个容器封头，此外还减少了近一倍的设备安装工程费用，因此经济性能较好。但这种双流式分离器在设计、制造和使用时，必需确保两个分离腔做到流体力学对称，不然就会发生偏流现象，影响设备性能及其工作效果。

加热设备的发展变革更是巨大。无论是火筒炉、水套炉，还是管式加热炉，都紧紧抓住热效率这一核心问题，不断优化设备结构，使炉效大幅度提高，提高炉效的方法主要有两个：一是要使燃烧空气过剩系数数值尽量趋小，多余空气不能进入炉内；二是要降低排烟温度，减少热损失。而且加工流程和工艺不断进步，通过采取工厂预制、现场组装，大大提高了施工工效和质量，确保严密无缝；保证设备运行的安全可靠，大大提高了炉效。加热设备逐渐摆脱高耗低效的困境，向着高效低耗方向发展，这已是有目共睹的事实。

油气集输设备的发展现状大庆油田按照自已的油气特点，从实际需要出发，设计中体现“简”和“省”的原则，充分地将国外先进结构、先进技术、新型材料等运用到工程实践中去，设计生产出不同规格的各类油气集输专用设备，形成了一系列先进实用的油气集输专用设备和技术，如塔类、高效分离器、高效加热炉、多功能处理装置和高效含油污水过滤器等等已接近世界先进水平的设备。

二、油气集输设备的发展趋势

1.关于泵的发展趋势与新技术 1.1 双螺杆混输泵

20年代就出现了双螺杆泵。双螺杆泵依靠螺杆相互啮合容积的周期性变化来输送流体。当螺杆转动时,吸入腔一端的密封线连续地向排出端移动,使吸入腔的容积增大,压力降低,液体在压差作用下进入吸入腔,随着螺杆的转动,密封腔内的流体连续而均匀地移向排出腔,从而将流体排出。由于双螺杆泵适用于包括无润滑液体和气体介质的特性，一开始人们就把它作为多相混输泵的理想原型。双螺杆泵主要由英国Multiphase System Plc和德国Boremann公司研制，两家公司都研制生产了多种型号样机，进行室内和现场试验，取得了良好效果。

1.2 BHR喷射增压泵

英国流体力学研究集团BHR开发了一种采用喷射泵原理的多相增压装置。该装置由气体分离器、离心泵、喷射泵及管路构成。其原理为：油井来的气液混合物先进入一个体积很小的分离器，分出的液体直接进入离心泵入口，经增压后进入喷射泵做为动力液；分出的气体通过管路进入喷射泵的低压室，而后气液两相在喷射泵的扩散管中混合并以一定压力输送出去。该装置的水力效率约48％，具有抗砂能力，为多相流的增压提供了一种简单、可靠的新途径。该装置已在北海平台上安装使用。

在多相泵的研究开发方面，不仅受到制造工艺水平的限制，而且我们在这方面开展的研究还很薄弱，仍处于较低的水平。但是随着石油工业技术的发展，多相混输泵将是陆地、滩海、海洋石油开发实现多相混输、降低开发成本的关键技术，因此应该开展这方面的研究工作，迎接新技术的挑战。2.计量设备的发展趋势与新技术

2.1 德士古公司的海底多相流流量计

将总流量计装在井口附近，以便测出混合物的总流量及其密度。然后，利用其专利的分离装置将采出物分离成气相和液相（油水相）并分别计量气相和液相的体积流量。应用市售级涡轮流量计计量气体的体积流量，用一个专用流量计计量液体的体积流量。含水率则由Texaco微波含水检测仪测定。这种含水检测仪可精确地测定油水乳化液和油水混合液中0～100％的含水率，而无论其中那一种成分是连续相。原子密度仪可测出液流中携带的气量。为防止在流量计中发生砂堵，设计的流量计应能保持足够的流速。最后，结合在各点测得的温度、压力数据，通过计算得出各自的流量。这种海底计量系统的计量精度为5％，设计压力为3．64kPa。在含气量为10％～90％和含水率为0～90％的条件下，该计量系统可在其480～2880m3/d的流量范围内实现自动调控运行

2.2 美国Nusonics公司的声能流量计

该多相流计量装置的工作原理是用容积式或涡轮流量计计量油水混合物的总体积流量；然后，用一只容器定期从油水混合液中采样并测量其声速，以此计量出油水各自的流量。采用这种计量方法首先要解决油水混合液中携带的气泡和乳状液液滴的问题。这是因为，如果携带的气泡和乳状液液滴的尺寸均大于声能波长的话，那么气泡和液滴将会造成声能的折射、绕射和散射，从而影响测量声速的准确性。解决携带气泡的方法是，向罐内的混合液加压，迫使携带的气泡溶解。同时，为减小最大乳状液的液滴尺寸，用齿轮泵再循环采样液。齿轮泵产生的剪切作用可减小液滴尺寸；同时用静态混合器增加剪切作用。再循环期间，要求重复测量声速，直到其稳定为止。确定了混合液中各相的组份后，试样重新返回至主管线中，或送入储罐。定期采样后，根据容积式流量计计量的数据和测得的油水混合液各相组份的声速，便可得出流经管线的油水总流量。最后，通过测定温度和校正体积膨胀系数，计算得出混合液中的净油量和水量。

2.3 美国石油自动系统公司的FLOCOMⅡ型多相流量计

FLOCOMP II型多相流量计采用快速采样的统计方法，在进行单井采出物计量时，首先打开2个取样容器阀Sl和S2，同时夫闭旁通阀B1，这样，混合物就经过取样容器，并且驱替出上次取样品。取样完成后，关闭取样容器阀Sl和S2，并打开旁通阀B1。这样，样品就充满容器并被隔离在2个阀门之间。此时，安装在旁通管线的流量计Q开始计量总流量。气体流量的测量采用著名的P一V-T气体定律，在记录了压力和温度时，取样容器被活塞C压缩，从而产主变化量（V1-V2）。用这些数据就可计算出气体流量。计算出气体流量后，通过测量混合物样品的平均密度计算油水各自的流量

3.高效加热炉目前主要发展方向 3.1 高效的相变热传导技术的应用。

相变热传导以水蒸气作为传热介质，换热效率高，热传导系数稳定。水在封闭的炉壳内受热蒸发、冷凝，使得加热炉维持在较高换热效率(大于 90%)，水损失小，密闭炉壳内不易结垢，而且运行安全可靠。3.2 加速国产化高效燃烧器研究。

重点创新发展外部混合雾化技术、转杯雾化和内部混合雾化。这些先进的雾化技术燃烧完全、火筒清洁、雾化效果好，而且能适应各种轻油、重油和天然气燃料。为了使燃烧器处于良好的工作状态，建议增设燃料油处理系统，以清除燃料油中的固体杂质。

3.3 换热盘管结构形式和材料研究。

换热盘管是非常关键的部件之一，盘管设计必须考虑适应不同的生产介质，包括油类、污水类气类介质,考虑各种介质的腐蚀性和管体结垢。同时在结构上要考虑方便清理、维护和更换。3.4 自动化控制与监测技术的应用。

自动化控制是流程设备的发展方向，加热炉也不例外。实践证明，自动化控制实现自动点火、燃烧、自动停机和自动吹扫、供空气，自动控制运行参数可使燃料利用率达 99%以上。应用监测技术实现低水位保护、熄火保护、超温超压保护等，保证设备安全运行。通过不断的发展，在设计时通过材料、结构等多方面引进先进技术，创造了良好的经济效益。

4.油气分离设备发展趋势与新设备 随着油田进入开发后期，采出液含水率越来越高，为了适用脱水的要求，国内外各石油公司相继开发了多种三相分离器。三相分离器的主要原理是重力沉降，为了提高脱水效率，在这些三相分离器中广泛采用填料技术。4.1聚丙烯波纹板填料三相分离器

大庆油田设计院研制的聚丙烯波纹板填料三相分离器（简称填料三相分离器），适用于不加热集油工艺流程，可对高含水原油（含水80％以上）进行油、气、水三相的常温分离，一次分离后的污水含油和原油含水可达到规定的质量指标，脱水率达到90％。该分离器采用的主要技术包括：

a.聚丙烯波纹板组件为油滴提供了足够大的聚结表面，流道的改变增加了聚结机会，填料分两组布置，可保证出水含油达到合格指标；

b.来液进入分离器前先经斜管使油、气、水初步分离，气从斜管顶部进入分离气相，消除气液两相的互相干扰，提高了气液分离效率；

c.沉降室采用全封闭结构，设置可调节的水堰板，直接控制真实的油水界面，并利用水堰围成水缓冲室，消除了因排油条件变化给界面带来的不利影响；

d.利用槽式缓冲消能器改善了进液水力条件，避免了带压液冲击沉降室中的液体产生泡沫，使聚结的油滴破碎并搅动底部的杂质； e.采用旋流除砂器，可在分离器密闭不清罐的条件下除砂。4.2 HNS型三相分离器

由河南油田设计院研制设计，在全国11个油田推广使用120台。HNS型三相分离器在设计中根据油气水分离机理，采用的技术包括： a.利用“水中除油”的机理，采用了活性水强化水洗破乳技术，加快油水分离效率。b.利用气－液分离和油水分离的差异特性，采用旋流预脱气技术，增大液相分离容积。c.优化分离设备的主要功能构件，为分离沉降创造良好的内部工作环境。

4.3 管式气液漩流分离器

管式气液旋流分离器（Gas-Liquid Cylindrical Cyclone Separator 缩写为GLCC）是带有倾斜切向入口和气体及液体出口的垂直管。切向液流由入口进入GLCC后形成的旋涡产生了作用于液体的离心力和浮力，其数值比重力要高出许多倍。重力、离心力和浮力联合作用将气体和液体分离开。液体沿径向被推向外侧，并向下由液体出口排出；而气体则运动到中心，并向上由气体出口 排出。这一低成本、重量轻的小型GLCC分离器在替代常规容器式分离器方面具有很大的吸引力。最近针对一典型的油田应用，对GLCC与常规容器形立式和卧式分离器在尺寸方面的差别进行对比，油和气的流量分别为100000 bbl/d和70000Mscf/d，表压力为100psi。在这种情况下，需要的GLCC的内径及高度尺寸分别是5ft和20ft，相当于同等规模的常规立式分离器（9ft× 3 5ft）的一半左右 ,相当于常规卧式分离器（19ft× 75ft）的四分之一左右。GLCC的操作受到两个因素的限制，即顶部气流中的含液量及底部液流中的含气量。气流中出现液体的迹象表明携带液体的开始，同样，底部液流中气泡的出现表示其已开始携带气体。对GLCC进行准确性能预测的难度主要源于GLCC内部复杂多变的流动形式。在入口上方的流动形式包括气泡、段塞、搅动、雾状流和带状流。在入口下方的流动形式由一个带有丝状气核的液体旋涡组成。在液面远低于入口时，液体以涡流的形式由入口下落到旋涡当中。

近些年来，石油工业设备集输不断地向无污染、高效率、低能源等方向快速发展，相信技术的改革会不断地提高石油工业化的科技程度，很多关于集输设备的发展资料和文献，本文还未收集到，可能信息不太全面，难免会有错误的信息和误差，希望老师见谅。

参考文献

[1]汪云瑛.张湘亚．泵和压缩机[M]．北京：石油工业出版社，1985.[2]陆耀军.重力式油水分离设备流体动力特性技术研究[J]].北京:石油大学,1992.[3]张凯.大庆油田集输设备新技术[J].石油规划设计