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我校“十三五”期間自主研發的高效油氣水多相分離系列技術與設備全部順利通過驗收

1月22日上午,北京石油化工學院环保多相流高效分离技术与设备研究团队承担的“老化油处理设备设计及配套电源系统研制”课题顺利通过了中海油研究总院有限责任公司组织的专家组验收。至此,环保多相流高效分离技术与设备研究团队在“十三五”期间承担的包括国家科技重大专项子课题等多项应用研究类课题全部顺利通过结题验收,涉及科研项目经费合计超过1000万元,自主设计研制的油井采出液高效气-液分离器、旋流预分水器、管式静电聚结分离器、低压损管式动态涡流分离器、紧凑型电场破乳器等多套工程样机自2020年下半年以来先后圆满完成了现场工业化应用试验。

依托“十三五”国家科技重大专项子课题“高效原油处理技术研究”自主研制的油井产出液高效气-液分离器、油井采出液旋流预分离器、管式静电聚结分离器三套工程样机,因受2020年上半年新冠肺炎疫情的影响,不得已将实验场地从海上油田改为陆上油田。经过参与各方前期的协作努力,三套工程样机于2020年8月20日被运吊入驻华北油田分公司第一采油厂高阳工区高四十四站,产学研三方克服重重困难,在国庆节来临前安全、有序地完成了现场试验。经中海油能源发展股份有限公司渤海实验中心进行第三方化验确认,来液含气量在10%~90%大范围内变化时,通过调整高效气-液分离器排气口和排液口压差,可以将液出口的含气量和气出口的含液量都控制在5%以下,实现了含气量大范围变化油井采出液的管式紧凑分离;来液含油量在70%~90%范围内变化时,在确保分水比大于50%的前提下,单管处理量10立方/小时的旋流预分离器可以将水出口的含油浓度控制在2000mg/L以下;来液含水量在60%~80%范围内变化时,管式静电聚结分离器水出口的含油浓度可以降低到1000mg/L,油出口的含水量可降至5%。上述三项技术着力解决原油集输处理流程中相关设备长期存在的分离效率较低、水力停留时间较长、设备总体重量较大等问题,有望满足深水浮式平台的特点要求,降低浮式平台上部载荷和建设投资,同时可以直接推广应用于陆上高含水油田采出液集输处理。按照非洲下刚果盆地Haute Mer A区块象油田开发15年内的最大液量和最大气量测算,采用“油井采出液高效气液分离器+旋流分离预脱水器+管式静电聚结分离器”工艺对比海上油田常规“高压三相分离器+低压三相分离器”工艺时,在相同处理条件和处理效果情况下,设备重量和操作重量分别降低了87%和86%。2020年11月20日,“高效原油处理技术研究”通过了国家科技重大专项子课题综合绩效评价答辩评审,任务绩效、财务绩效和档案绩效的评价得分均在91分以上。

为了解决海上油田浮式生产储油卸油装置(FPSO)存在大量老化油挤占宝贵舱容的问题,在中海油研究总院工程研究设计院的牵头组织下,环保多相流高效分离技术与设备团队自2019年10月以来,依托“老化油处理设备设计及配套电源系统研制”课题,联合中海油能源发展股份有限公司,设计研制了额定处理量为20立方/小时的紧凑型电场破乳器等工程样机,并取得了法国国际检验局(Bureau Veritas,BV)认证。2020年12月26日-2021年1月13日,工程样机在中海油深圳分公司流花(H)11-1油田“南海胜利号”FPSO上成功进行了性能测试试验。现场试验结果表明,在入口老化油含水率为20%-25%、不使用破乳剂、分离罐的水力停留时间为20min左右时,仅紧凑型电场破乳器就可以实现老化油的脱水率达79.6%,脱水率提升了约55%。配合破乳剂使用时,老化油的脱水率可提升至85.7%。相比使用“加热升温+破乳剂”工艺,老化油脱水率提升了约25%。上述数据充分展示了“加热升温+高频电场破乳+化学破乳+重力沉降”协同作用对于海上油田老化油处理具有显著效果,课题于2021年1月22日顺利通过验收。

油井産出液高效氣-液分離器、旋流預分水器、管式靜電聚結分離器、低壓損管式動態渦流分離器、緊湊型電場破乳器等設備在油田現場工業試驗的先後順利完成,連同十多年來團隊自主設計研發的緊湊型氣旋浮裝置(CFU)、緊湊型立式淺層氣浮裝置、電場強化型三相分離器,標志著團隊在高效油氣水多相分離技術領域已經自主擁有了系列産品,能夠根據油氣田開發的實際情況,相應提供以特色高新技術産品爲核心的油井采出液和采出水處理工藝流程和設備組合,同時相關技術已經拓展應用于煉油化工領域。

展望“十四五”,團隊一方面將認真完成國家自然科學基金企業創新發展聯合基金重點支持項目、國家自然科學基金青年基金、北京市教育委員會-北京市自然科學基金委員會聯合資助項目等相關工作,圍繞管式高通量微細氣泡産生、管式動態旋流分離、水包油乳化液電場破乳、微界面強化傳質等開展高水平的應用基礎研究。另一方面,將進一步改進優化高效油氣水多相分離設備的結構設計,繼續提升産品分離性能指標,推動高新技術産品實現工業化應用,爲“十四五”期間石油石化行業實施節能減排、降本增效發展戰略提供“北石化”方案,同時助力保障國家油氣能源安全。

(機械工程學院)