魏旭夢 郭 琳

(.西安石油大學石油工程學院，陜西西安710065)

關鍵字：仰角式；原理；結構；優(yōu)越性；

目前，隨著油田不斷生產(chǎn)中，很多油田在在開采中后期伴隨著許多新問題的出現(xiàn)。大部分油井單井產(chǎn)量不僅逐漸降低而且單井采出液的含水率不斷升高，在后期處理上成本升高利潤降低，

而在使效率不變或者增高的情況下實現(xiàn)低成本高利潤成為研究分離器的關鍵任務[1]。重力沉降式分離器有結構簡易、資金投入較少的優(yōu)點，但重力沉降式分離器有分離精度不高并占地面積較大不易撬裝，重力沉降式分離器設備通常應用于分離介質粒徑在100μm 以上的介質；過濾式分離

器在分離精度上有較優(yōu)的結果，但其缺點是在實際應用分離兩相或三相介質過程中容易發(fā)生較大的機械損失，不定期的檢查濾芯或換濾網(wǎng)并需要不斷替換濾網(wǎng)或濾芯，這樣做便會增加了過濾式分離器更換的成本與維護的資金他，投入資金過大 [2-3]。

1 仰角式油水分離器分離原理

首先仰角式分離器與水平面呈有一定的角度，溶液介質通常為油水混合物，大部分為從油井出來的采出液或進行初分離后的油水混合物，本文主要以油水采出液為例。當油井采出液進入容器內部時，因為油水的密度不同，由于密度差油水兩相開始分開，上端為容器內采出液中初分離的油相，下端為水相，中間為油水混合物，仰角式分離器主要是分離容器中的油水混合液。容器內上端的油相形成主要是采出液中的油相由于浮力作用逐漸脫離出來，并滑動到分離器的上端形成一層可以連續(xù)滑動的油膜，混合液中的油相不斷脫離并且上浮到上端與油膜匯合；混合液中水相由于水的重力作用，逐漸向下流動到分離器的下端，從下端的水出口流出。油水采出液不斷地進入分離器，上端分離出的油相從上端出油口出去，下端分離后的水相的從出水口流出[5]。仰角式油水分離器設備主要應用于高含水油井采出液中，油井采出液中的含水率高于75%，而容器中油水兩相水相是靠重力分離，油相是依據(jù)浮力分離，因為水相占據(jù)溶液介質的量較大，所以分離原理主要是重力分離[4]。

而仰角式分離器的沉降速度主要是根據(jù)淺池原理，淺池原理解釋如下：容器水平放置時，容器的長為L，高為H，容器中油相油滴的浮升面積為S=ΠRH，當容器與水平地面呈有一定的角度α 時，容器中介質水平流速為V，液滴沉降速度為U。水平放置時有如下關系L/H=V/U，當容器角度為α 時H=Hcosα，保持L 和V 不變，這時關系式保持不變，改變傾斜角的角度，液滴沉降速度逐漸變小，這時容器中油相油滴的浮升面積為S=ΠRHcosα；在保持容器體積不變的情況下，在容器的高為1/3 處加入水平隔板，這時H=H/3，V 和U 保持不變，這時L=L/3，容器容積縮小但液滴沉降速度不變，分離效率保持不變；當L 和U 保持不變，H=H/3 等式不變，這時入口流速V 變?yōu)樵瓉淼? 倍，這時容器的分離效率提升到原來的3 倍；假設容器放置n 個水平隔板，這時容器的高變?yōu)镠=H/n，根據(jù)等式這時容器中去除懸浮物的效率變?yōu)樵瓉淼膎 倍，如圖1 所示。

圖1 淺池原理結構圖

2 仰角式分離器結構

仰角式油水分離器的結構如圖1 所示，分離器主要由兩部分組成分別是支架和分離罐，支架上方放置傾斜放置分離罐分。分離器內部主要由油出口、水出口、填料、布液口、油水界面儀和取樣口這幾部分組成。在分離器上端設置油水進口，油水進行分離時水相的的油滴凝聚到分離器的上部油出口，分離后的水相到達水出口。本文仰角分離器結構設置為長徑比為20，直徑設為0.9m，與水平面呈12o，分離器的中部偏上部位裝置入口布液器與下端水相出口相距14m。分離器內部裝置大約1m 長的波紋板組兩段構成聚結填料，兩段間隔6m，第一段波紋板組在距離入液口3m 處，第二段在距離第一段波紋板組6m處，波紋板由陶瓷材料構成板間距為20mm。

圖2 仰角式分離器結構圖

3 分離效率

本文模擬采用的介質為油水混合物中水相占混合物的90%，混合物中水相的密度：1 000 kg/m3，動力黏度為：1 mPa·s；油相密度為：870 kg/m3，動力黏度：51 mPa·s。設計壓力在0.4MPa，操作溫度50℃，最大進液量為300m3/d，設備容積大小為1.18m3，仰角度數(shù)為12°。

通過模擬計算得出油水分離器的油水分離效率可達90.48%，在油出口端與水出口端的模擬數(shù)據(jù)顯示，水相的比例占油相的57.5%，油相的比例占水相的0.95%，通過數(shù)據(jù)可知仰角式分離器在同樣的油井采出液處理下與傳統(tǒng)的分離器相對比，分離效率提升了29.26%。這主要是因為油水混合液進入分離器設備后油相通過浮力作用，水相通過重力作用，由于各相密度差的作用下開始油水分離。將分離器提升一定的高度意味著分離器內的油水界面在進行分離時，油水波動面積增加，波動程度提升，分離效果提升。

4 仰角式分離器優(yōu)越性

1）因為分離器與水平面具有一定的傾角，在地心引力的作用下，油水混合物在進行油水分離時會自動向水出口流動，容器內的容積增大，因為設備內只存在水堰板和油堰板，溶液在進行分離時的阻礙空間降低，也就是所謂的“死區(qū)”，設備的容積被充分利用分離效率提升。

2）仰角的存在增大了油膜的滑動速度，使得油膜厚度可以有效地降低，油相液滴聚結的時間降低，更快的達到分離的效果。同時油相液滴的聚并時間提升使得整個分離效率提升，這樣還可以增大入口流量使得處理量提升。

3）本文油水分離器設備采取的仰角設計，在容器內部油水分界面覆蓋的面積比常規(guī)的分離器要大，更重要的是直徑小長度大，這種特性的結構與常規(guī)分離器相比較，仰角式分離器容器中大部分的油相液滴遠離出水端。這點尤為重要，因為在分離器的容器中油水兩相界面相距水出端的距離越長，油相液滴從水相中分離的時間就越長，容器中出水水質比常規(guī)分離器要好分離效率要高。

5 展望

在大部分高含水油井采出液中，臥式分離器和立式分離器都無法滿足生產(chǎn)的需要，而仰角式分離器可以專門針對高含水油田來進行脫水處理，在相同工況下仰角式分離器解決了油田的高含水問題并且結構簡單。仰角式分離器處理效率比常規(guī)分離器高，仰角式分離器處理效率高，脫除效果好，單位處理量造價低。仰角式分離器在處理量上沒有更好的優(yōu)化，在日后的研究中通過合理優(yōu)化分離器的結構來提高分離器的處理量，在保持分離效率不變的情況下提升處理量。