浅谈三相分离器的设计及应用

摘 要：由于油井无水开采期很短，在生产寿命的绝大部分时间内油井产物常含水，特别在水驱油藏生产的中后期，油井含水量急剧增多，需要具有油气水三个出口的三相分离器来处理这种含水原油。本文以油气水三相分离器为载体，对其设计中的问题和影响因素进行了分析并提出了相应的对策和建议。

关键词：三相分离器 含水原油 气液分离

前言

石油由地层流至井口，并沿输油管道流动时，随着压力和温度条件的变化，常形成气液两相。为满足油井产物计量、商品原油质量要求、原油储存和管道输送的需要，必须将气液两相分开，将液相中的原油和伴生水分开，成为通常所说的原油、天然气和油田采出水。含水油井产物进入分离器后，在油水分离的同时，由于密度差，一部分水将原油分离沉降至分离器底部，因而，需要具有油气水三个出口的三相分离器来处理这种含水原油。

1 工作原理及特点

1.1 工作原理

三相分离器的工作原理是以油井来液的相应密度差为动力，使进入容器内的油气水经挥发、分离、沉降等过程后，分别进入到气相室、油室和水室，再经各自出口管汇计量后控制外排。经过分离后的天然气通常经管线引出经分液罐收集天然气中的凝液，最终进入放空立管排出；原油则进入原油储罐进行沉降和储集，而污水则进入污水池存放以便于回注。

1.2 工作过程

油水混合物进入分离器后，入口分流器将混合物初步分成气液两相，液相引至油水界面以下进入集液区。在该区内，依靠油水密度差使油水分层，底部为分出的水层，上部为原油和含有分散水珠的原油乳状液层。原油和原油乳状液从堰板上方流至油室，经由液位控制的出油阀排出。水从堰板上游的出水阀排出，由油水界面控制排水阀开度、使界面保持一定高度。分流器分出的气体水平的通过重力沉降区，经除雾后流出分离器。分离器压力由安装在气体管线上的控制阀控制[1]。

2 影响三相分离器工作效率的原因及分析

理论上，经过分离器的分离后，油水气三相已各自分离，经过各自流量管程的计量后，油气井相应的油气水产量参数即可获得，但在油田实际工作中，其分离效果并不理想。而且设备易出现腐蚀、结蜡等问题严重影响了其工作效率。

1）气液分离效果差

气液分离时气中带液，使液体在气体管程调节阀处聚集，易造成堵塞。气油比较大时，在分离器内部气液两相区占比例大，油井综合来液在分离器内的停留时间短，气相中的微小液滴未及时沉降分离。油室液面设计太高会减少油气混合区的有效面积，从而影响气中少量油滴或油中少量溶解气的互相脱离，使得气液分离效果变差。

2）分离器进出液量瞬时不平衡

液体在分离器内不但要求有必要的停留时间，有时还要求分离器有必要的缓冲容积，即分离器进出液量瞬时不平衡时，仍能在一定时间内维持正常工作。正常运转时，分离器保持正常液位，当分离器瞬时来液量大于排液量时分离器液位升高，低于排液量时液位降低，当液位升至容许最高液位或降至最低液位时发出警报。

3）油水界面波动过大

油水界面波动过大原因之一是分离器本身的故障。主要是分离器运行后部分部件老化失灵。如，由于腐蚀造成出水凡尔座封不严，零部件生锈造成出油，出水阀的固定螺丝卡死，容易导致油水界面过低，原油进入水腔造成污水含油超标；浮漂腐蚀穿孔，油腔水腔液位调节失灵，造成油水界面过低或过高；水腔溢流堰板生锈结垢卡死，不能根据来液的变化调节油水界面，引起分离器油水界面波动过大。

4）排砂不及时

三相分离器底部会沉积泥砂、水垢、铁锈及井口脱落物等固体杂质，如不及时清除将减小容器的有效容积、阻塞流道，加速细菌繁殖和腐蚀及干扰液位控制。由于来液含砂量的变化和管理不善等原因，分离器排砂不能及时。

3 建议及解决措施

（1）选择合适的油水液面高度等参数，选定原则是确保外排油时不形成漏斗，确保外排气时不吹走液滴。因此，在实际生产中，当原油粘度较小时，界面高度以25 % ～ 40 % 为宜。当原油粘度较大时，界面高度以 35 % ～ 50 %为宜，必要时可超出 50 %，但不宜超过 70 % 。水室油水界面的选定原则是最大限度的使油水分离。

此外，分离器使用前要对分离器进行充分检查、试压、排查、保养、试运行等操作。确保分离器的油气水调节回路、计量仪器仪表性能良好及各管程通畅无阻，无异常。对油气比较大的井，除井口运行保温外，还应对分离器外壁设置保温层，对油气水主管线进行伴热措施，可采用电加热带等措施。

（2）设计分离器时考虑缓冲体积，应在气液分离、油水分离计算的基础上，放大分离器直径，以考虑要求的缓冲体积，以调节分离器进出液量的不平衡。

（3）要及时对各零部件进行维修保养，防止零件生锈，保证设备的灵活好用。当班职工要认真巡回检查，经常活动分离器的阀门，对于已结垢或腐蚀损坏的阀芯和阀座，要及时更换，保证阀门的开关自如。

（4）在分离器使用初期通过观察，掌握分离器的排砂特点，确保每次排砂都能将砂彻底排净；及时化验来液的含砂量，找到来液的含砂量与砂包积满砂所需时间之间的规律，制定出合适的排砂周期。

4 结论

综上所述，只要根据实际工况，选择合适的油水界面高度及尺寸等设计参数，确保正常的操作及维修保养，就可以保持分离器的正常运行工作状态。

参考文献

[1] 郭揆常. 矿场油气集输与处理[M] .北京：中国石化出版社，2010.