第3章 紧凑型分离设备
? 对于高压力系统和高水深区域的开发，重力分离器所承受的压力等级将
要求它们拥有很高的壁厚，因此变得笨重和昂贵。
? 砂的产生将会降低重力式分离器的分离能力，增加停留时间，降低了分
离效率。[11]
由于常规海底重力式分离器的上述缺点，它们在海底生产系统中并没有得到广泛的应用，而应用最多的是海底紧凑型分离器，下面将着重介绍几种海底紧凑型分离设备。
3.1 海底增压和注水站
挪威石油公司Statoil的Tordis油田水下生产系统于2005年开始签约动工，虽然水深仅有200m，但该工程将商业化运行世界上第1个海底分离、增压和注水系统 (简称SSBIS)，因此堪称水下生产系统发展历史上的里程碑。整个SSBIS系统包括跨接管汇、注水树、海底分离增压和注水(SSBI)站。
3.1.1 海底增压注水站的结构与原理
海底增压注水站包括基础结构和总成模块、分离模块、除砂系统、注水泵、多相泵等组件。SSBI站采用独立的基础结构来支撑总成模块、分离模块以及其它一些组件，基础结构采用4个吸力锚(每个角上1个)来进行定位和找水平。总成模块通过Rovcon联结系统提供与出油管线之间的连接，并将不同模块之间串联起来，估计带总成模块和分离模块的海底分离系统质量约900 吨。
SSBIS站分离模块结构如图3-2所示，采用了CDS紧凑式分离器，海底分离器中的入口旋流器首先将油井产出物中的大部分气体分离出来，并通过1个独立管线送出分离罐外，从而减小了分离罐的尺寸。剩余的水、油、气和砂粒在分离罐内基于重力沉降原理进行分离。较重的水相经注水泵增压后直接通过注水树的套管后回注到地层，油和气重新混合后通过1台多相泵增压后输送到Gullfaks C平台。这种拥有气体旁通管线的分离器已经申请了
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专利，与普通重力式分离器相比，它有效地减少了体积，这在紧凑性至关重要的海底生产系统中的意义重大，图3-3为分离器剖面图。
图3-2 SSBI站分离模块结构与工作原理示意图
1—气液旋流分离器;2—气体旁通管路;3—油-水-砂沉降分离器；
4—供水管线；5—液体分布组件
图3-3 SSBI站分离器剖面图
分离模块作为1个独立装置，可以对其回收。考虑到来自油井出流中的任何砂粒都会沉积在分离罐底部，因此采用1个带有特殊喷嘴的冲刷系统以一定的时间间隔来冲走罐底的沉砂。被冲刷走的砂子转移到1个重力除砂模块，与注入水混合后重新注入到注水泵下游的地层中。另外1个可行的做法是，砂子与油气流重新混合后泵送到Gullfaks C平台。
离心式注水泵和螺旋轴流式多相泵分别采用标准的Framo泵型，都是通过来自Gullfaks C平台上的电缆为驱动电动机供电，都可用1个独立的工具回收。此外，SSBI站还配备有2个多相流量计(Roxar)来测量油井产出物
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的组成，进而为分离系统的设置做准备。分离罐中还安装有液位检测计来监测水-油-气三相之间的界面，这些界面信息用来控制注水泵和多相泵的转速。整个SSBI站采用1个具有51种控制功能的海底控制模块，来控制实施各种不同功能并将其反馈到Gullfaks C平台。[12]
3.1.2 SSBI站的优势
与传统的水面分离方式相比，SSBI站具有以下几点明显的优势： ? 因为安装了全面的海底分离设施，Tordis油田的最终采收率从49%提高
到55%，将会多生产三千五百万桶原油。[13]
? SSBI站使开发含水率较高的边际油田变的经济可行。
? 除去井流中的水，提高注水能力，改善停产和再启动条件，改善管道输
送条件，同时避免了多相输送容易出现的问题（例如形成水化物、段塞）；流动更加稳定，输送的体积可少，允许使用小尺寸的管子。
? 由于耗能较少且需要较少的化学药剂来预防腐蚀、水化物和蜡等，故对
环境影响较小；把产出水处理后就地回注，防止对环境造成污染 ? 因为系统安装在海底，所以不需要海上平台和浮式设备，也不需要海面
上的分离、处理和回注系统，减少了设备的投资。
3.2 垂直环形分离泵送系统
垂直环形分离泵送系统VASPS（Vertical Annular Separation and Pumping System，简称VASPS）是目前存在的另一种典型海底分离系统，它位于巴西海上的Marimba地区，气液两相分离器于2001年投入运转。[14]
3.2.1 VASPS的结构与原理
VASPS分离器包括三个同心套管，其结构如图3-4所示。外层套管（承压套管）有各种标称的接头，共有6节，其直径为0.762m，总长度为30-70m。中间套管（螺旋分离器接头）直径为0.4-0.5m，其外壁焊有螺旋形钢板，与承压套管的内壁相接触形成螺旋水道。内层套管为液体排出管，直径为0.2-0.25m，位于螺旋管中间，提供液体排出通道，并在螺旋管中间形成内
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层气体环空。
在承压套管的顶部，井口来液进入螺旋水道中。在系统内部，液体在螺旋水道的导向下直接进入分离器的底部，通过产生的离心力提高分离效果。
图3-4 VASPS分离器结构示意图
气体从液体中分离出来后，通过螺旋管壁的孔道流入气体环空，向上进入气体膨胀腔。气体经出口排出系统自然流入地面处理装置，进行二级或三级分离。脱气液体向下流到螺旋管底部，在那里完成最后的脱气处理，并由液体入口进入液体排出管线，经电潜泵增压，将其举升出VASPS，进入地面管线。VSAPS可实现良好的气液分离，使液体中气体的含量降到最低限度， 因此可以使用单相泵及测量系统。
VASPS样机及海底构件包括以下几部分，如图3-5所示：
? 临时导向基础（TGB）：通过TGB安装一个外径0.762m、长65m的导管。
该导管由12m长的标准件组合而成，每个的外径均为0.762m。 ? 流动基：当收回VASPS系统后可隔离管线，而不需断开管线，该流动基
与0.762m套管相连接。
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