CN107269258B - 倾斜式t型管多级高压电场海底分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法，应用于海底原油直接分离。该海底分离系统将倾斜管式在线分离与多级高压电场快速深度分离技术有机结合，并依据三级串联、倾斜式T型管集成和井田型布局的特殊模式，实现海底原油三级高效分离；第一级管式脱气器采用双层厚壁管体，实施第一级倾斜管式气液分离，第二级斜式电脱水器采用复合绝缘棒状电极和分体式厚壁管体，实施第二级环形高压电场快速脱水，第三级斜式电脱水器采用板状裸电极和分体式厚壁管体，实施第三级上强下弱双电场深度脱水；海底外输泵采用变频式双螺杆增压泵将三级原油增压后进行外输，海底分离控制系统实现远程自动控制三级海底分离作业并保障其流动安全。

Description

倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法
技术领域
本发明涉及一种海洋工程领域深水油气田海底原油直接分离方法，特别是涉及一种倾斜式T型管集成的多级高压电场海底原油分离方法及其工艺流程。
背景技术
“海底工厂”是利用水下设备对从油储层中产出的原油在海底直接进行水下分离处理，以提高深水油气最终采收率，减少海上生产处理设施的投入，从而实现深水油气经济高效开发。相较于传统的水下生产系统，“海底工厂”有4项关键技术需要进行突破，分别是海底增压系统、海底气体压缩系统、海底分离系统以及海底输配电系统，其中海底分离系统可在海底实现油、气和水的直接分离。
巴西国家石油公司在坎坡斯盆地Marlim油田开发适应900米水深的深水海底重质油水分离系统，该深水分离系统首先进行气液分离处理，然后再进行油水分离处理，打破了海上浮式生产平台处理能力有限的瓶颈。而且，该深水分离系统采用水力旋流技术进行海底油水分离，并将分离出的生产污水在海底直接回注油藏，以保持油藏压力。同时在管状分离器的出口段设置砂液喷射系统，及时清除水中砂粒，防止损坏注水系统而对油储层产生伤害，且产出的砂粒与分离后的原油一起输送至陆上终端进行处理。此外，国内极少数科研院所近几年才开始关注油水高效分离技术，其中对深水分离技术的研究尚处于研发和试验研究阶段。
由此，通过开发高效紧凑型的海底原油分离技术及方法，可使一些采用常规生产系统无法开采的油藏变得经济可采。该海底分离系统采用三级海底原油直接分离技术，由一级海底气液预分离和两级海底电脱水系统组成，而且将常规三级加热器和三级大罐体分离器简化为三级管式分离器，极大简化了整个原油集输流程，并使得整个流程的运行耗能显著下降；同时，该海底分离系统的相关设施均采用倾斜式布置和T型管集成的方式，有效克服了立式分离技术中油水界面覆盖面积小以及卧式分离技术中油水界面和水出口距离短，分离时间不充分等缺点，最终实现海底油气水高效分离，提升深水油气田的开发效益。
发明内容
为了克服现有海上平台立式和卧式原油分离技术存在的缺陷和不足，并改善国内海底原油分离技术尚处于研发和试验阶段的研究现状，本发明的目的是提供一种适合海底原油水下直接脱水脱气用的倾斜式T型管多级高压电场分离方法及其相关控制系统。该海底分离系统将倾斜管式在线分离与多级高压电场快速深度分离技术有机结合，并依据三级串联、倾斜式T型管集成和井田型布局的特殊模式，具备海底原油三级高效分离、简化油气集输流程、快速深度脱水脱气、原油含水率低、远程自动控制等特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法，主要由第一级管式脱气器、第二级斜式电脱水器、第三级斜式电脱水器、海底外输泵和海底分离控制系统组成，实施三级海底原油快速深度分离的作业流程。较之海上平台常规立式和卧式原油处理流程，该海底原油分离系统由一级管式脱气器和后两级管式电脱水器组成，且三级分离器均采用三级管式串联和T型管集成的形式，实现海底原油三级高效分离；而且，三级分离器由下而上顺次布置，并通过倾斜式T型管保持联通，由此使得海底分离系统整体呈现井田型布局的模式；同时，第二级斜式电脱水器和第三级斜式电脱水器分别采用环形电场和上强下弱双电场而组成多级高压电场，实现海底原油快速深度脱水，并保证分离后的原油含水率低。
第一级管式脱气器位于海底分离系统的最下部，并采用倾斜式T型管集成的双层厚壁管体，实施第一级倾斜管式气液分离处理，从原油中脱出天然气。下整流主管通过跨接管与海底管汇相连，上脱气主管经T型管与海底输气管道相连并由一级输油管与二级电脱水主管相连。第一级管式脱气器的海底原油分离处理流程为，油井产液经海底管汇和跨接管而汇集至下整流主管的管腔内，并通过改变油井产液的流向和流速完成气液预分离，而后油井产液进入上脱气主管并经反复折流运动进行二次气液分离，最终完成第一级气液分离，分离出来的天然气流向上脱气主管顶部的管腔并经滤液后由海底输气管道进行外输，脱气后的一级原油则汇集至上脱气主管下部的管腔并经一级输油管输出。
第二级斜式电脱水器位于海底分离系统的中部，并采用复合绝缘棒状电极和倾斜分体式厚壁管体构造，实施第二级环形高压电场原油快速脱水处理，从高含水原油中脱出大部分水。二级电脱水主管通过T型管上连二级输油管且下接一级污水管和一级输水管汇，同时一级变压器经一级高压电缆为复合绝缘棒状电极提供高压电。第二级斜式电脱水器的海底原油分离处理流程为，一级原油经一级输油管进入二级电脱水主管中部的管腔，各复合绝缘棒状电极间产生环形高压电场，一级原油中的水滴受高压电场的极化和静电感应而形成诱导偶极，同时强—中—弱环形梯度电场作用加速油水沉降分离，使一级原油中的小水颗粒加速聚结成较大粒径的水颗粒，并沉降至二级电脱水主管下部的管腔，而油相则反相上升至上部的管腔，最终完成第二级油水分离，分离出的二级原油经二级输油管输出，脱水后的一级污水则由一级污水管排入一级输水管汇。
第三级斜式电脱水器位于海底分离系统的最上部，并采用板状裸电极和倾斜分体式厚壁管体构造，实施第三级上强下弱双电场原油深度脱水处理，从二级原油中脱出剩余的水。三级电脱水主管通过T型管上连三级输油管且下接二级污水管和二级输水管汇，三级进油管通过混流管与化学药剂管汇相连，同时二级变压器经二级高压电缆为板状裸电极提供高压电。第三级斜式电脱水器的海底原油分离处理流程为，二级原油经二级输油管进入混流管并与由化学药剂管汇输送来的化学药剂充分混合形成原油乳状液，而后原油乳状液流经三级进油管排入三级电脱水主管中部的管腔，板状裸电极与水界面形成的下部弱电场中大水颗粒聚积并沉降，而后原油乳状液进入各板状裸电极间产生的强—中—弱平行梯度强电场中，更小水颗粒加速聚结成较大粒径的水颗粒，并沉降至三级电脱水主管下部的管腔，而油相则反相上升至上部的管腔，最终完成第三级油水分离，分离出的三级原油经三级输油管输出，脱水后的二级污水则由二级污水管排入二级输水管汇。
海底外输泵采用变频式双螺杆增压泵将三级原油增压后进行外输，海底外输泵的入口管段连接三级输油管同时其出口管段连接海底输油管道，双螺杆与各自的轴体一体成型且螺纹的旋向反相布置，同时主动螺杆一端伸出泵外并与海底变频电机相联接而提供动力，依据三级原油的流压和供液量自动调整变频器的频率，进而控制螺杆的转速并将三级原油增压至外输压力以上。
海底外输泵的海底外输增压流程为，三级脱气脱水处理后的三级原油经三级输油管进入海底外输泵，变频器调整频率后通过海底变频电机自动控制海底外输泵的转速，三级原油增压至外输压力以上而形成合格原油，最终合格原油经由海底输油管道进行外输。
海底分离控制系统实现远程自动控制三级海底分离作业并保障各级分离的流动安全，同时通过压差气动控制阀、压力气动控制阀、液位气动控制阀、海底液位控制阀、压力三通电磁阀、液位三通电磁阀和限位开关等调控油井产液和各级原油的供给以及天然气和合格原油的输送量和流压。
第一级管式脱气器的海底分离控制系统中，海底管汇上设有电磁流量计，并经流量变送器将测量到的油井产液流量信号传送至深水浮式平台中控室的累积流量显示仪表上，从而对海底油井产液进行精确计量；其中电磁流量计选用插入式智能电磁流量计，由插入式电磁流量传感器和插入式电磁流量转换器配套组成，采用全智能化原理设计和带背光宽温点阵型液晶显示器。海底输气管道上设有孔板流量计，并经压力、流量和温度变送器将实时测量到的天然气流压、流量和温度信号一起传送至中控室的累积流量显示仪表上；其中孔板流量计选用智能气体孔板流量计，采用先进的微功耗技术自动进行气体流压和温度的补偿，并集流压、流量和温度监测功能于一体。
第一级管式脱气器的海底分离控制系统中，海底管汇上设置海底紧急关断阀，在出现超高压差信号或各级海底分离系统发生故障时，海底紧急关断阀会自动关闭并停止油井产液的供给，保障第一级管式脱气器的流动安全。此外，上脱气主管的管壁上设有海底压力泄放阀，用于上脱气主管内出现超压工况时自动释放出多余的泄放气并调整第一级管式脱气器管腔内的压力。
第一级管式脱气器的海底分离控制系统中，海底管汇上设置压差变送器，通过分别监测油井产液与一级原油以及三级原油之间的压差状况，并依次经压差指示控制器和压差气电转换器完成信号转换和数据处理，进而自动控制海底管汇中压差气动控制阀的气动量并调控油井产液的供液量，以确保各级海底分离系统供液的稳定。并且通过上脱气主管中的压力表和压力变送器监测其管腔内的压力状况，并依次经压力指示控制器和气电转换器将压力信号转换成气信号，再由压力三通电磁阀自动控制压力气动控制阀的气动量，进而调控海底输气管道内天然气的流量，确保天然气输送量和流压的稳定。同时通过上脱气主管中的液位仪和液位变送器监测其管腔内一级原油的液位，并结合一级污水的液位状况，依次经液位指示控制器、气电转换器和液位三通电磁阀自动控制液位气动控制阀的气动量，进而调控一级输油管内一级原油的流量，确保一级原油供给的稳定。
第二级斜式电脱水器的海底分离控制系统中，一级输油管和一级污水管上设置海底紧急关断阀，在出现超高压差信号或第二级海底分离系统发生故障时，海底紧急关断阀会自动关闭并停止一级原油的供给和一级污水的输送，保障第二级斜式电脱水器的流动安全。此外，二级电脱水主管的管壁上设有海底压力泄放阀，用于二级电脱水主管内出现超压工况时自动释放出多余的泄放气并调整第二级斜式电脱水器管腔内的压力。
第二级斜式电脱水器的海底分离控制系统中，通过二级电脱水主管上的液位仪和液位变送器监测其管腔内二级原油的液位，并结合二级污水的液位状况，依次经液位指示控制器、气电转换器和液位三通电磁阀自动控制液位气动控制阀的气动量，进而调控二级输油管内二级原油的流量，确保二级原油供给的稳定。同时二级电脱水主管的管壁上设有液位仪和液位变送器实时监测一级污水的液位状况，并依次经液位指示控制器和液位转换器完成液位信号与电信号间的转换和数据处理，最后由一级污水管上的海底液位控制阀自动调控一级污水的流量。此外，一级高压电缆和复合绝缘棒状电极之间设置限位开关进行连接，限位开关通过浮球实时监测二级原油的液位，进而自动控制一级变压器的启停。
第三级斜式电脱水器的海底分离控制系统中，三级输油管上设有涡轮流量计，并经流量变送器将实时测量到的三级原油流量信号传送至中控室的瞬时流量显示仪表和累积流量显示仪表上；其中涡轮流量计选用智能液体涡轮流量计，其涡轮流量传感器采用微机技术和超低功耗技术。混流管和二级污水管上设置海底紧急关断阀，在出现超高压差信号或第三级海底分离系统发生故障时，海底紧急关断阀会自动关闭并停止二级原油的供给和二级污水的输送，保障第三级斜式电脱水器的流动安全。此外，三级电脱水主管的管壁上设有海底压力泄放阀，用于三级电脱水主管内出现超压工况时自动释放出多余的泄放气并调整第三级斜式电脱水器管腔内的压力。
第三级斜式电脱水器的海底分离控制系统中，通过三级电脱水主管上的压力表和压力变送器监测其管腔内的压力状况，并依次经压力指示控制器和气电转换器将压力信号转换成气信号，再由压力三通电磁阀自动控制压力气动控制阀的气动量，进而调控化学药剂管汇内化学药剂的流量。同时，三级电脱水主管的管壁上设有液位仪和液位变送器实时监测二级污水的液位状况，并依次经液位指示控制器和液位转换器完成液位信号与电信号间的转换和数据处理，最后由二级污水管上的海底液位控制阀自动调控二级污水的流量，实现生产污水处理系统供液的稳定。此外，二级高压电缆和板状裸电极之间设置限位开关进行连接，限位开关通过浮球实时监测三级原油的液位，进而自动控制二级变压器的启停。
海底外输泵的海底分离控制系统中，海底外输泵的入口管段和出口管段上设有海底压力泄放阀，用于海底外输泵内出现超压工况时自动释放并调整泵腔内的压力。海底外输泵的出口管段上设置压差变送器，通过分别监测合格原油与油井产液以及三级原油之间的压差状况，并依次经压差指示控制器和压差气电转换器自动控制压差气动控制阀的气动量，进而调控合格原油的输送量并保证输送至海底输油管道内液量的稳定。
海底外输泵的海底分离控制系统中，海底外输泵的入口管段和出口管段上分别设有压力表和压力变送器，实时监测三级原油和合格原油的流压且将压力信号传送至中控室的瞬时压力显示仪上，并经转换开关完成信号转换及数据处理，通过就地控制盘自动调整变频器的频率，进而控制海底变频电机和海底外输泵的转速并将三级原油增压至外输压力以上。
上脱气主管、二级电脱水主管以及三级电脱水主管的管壁上均设有压力变送器和液位变送器，分别实时监测天然气的压力、一级原油的液位、二级原油以及三级原油的压力和液位状况，并将压力和液位信号分别传送至中控室的瞬时压力和液位显示仪上，同时自动实施超高压力和液位以及超低压力和液位报警，保障各级海底原油分离流程的生产操作安全。
本发明所能达到的技术效果是，该海底分离系统将倾斜管式在线分离与多级高压电场快速深度分离技术有机结合，并依据三级串联、倾斜式T型管集成和井田型布局的特殊模式，最终实现海底原油三级高效分离和快速深度脱水脱气；第一级管式脱气器采用倾斜式T型管集成的双层厚壁管体，实施第一级倾斜管式气液分离处理，从原油中脱出天然气；第二级斜式电脱水器采用复合绝缘棒状电极和倾斜分体式厚壁管体，实施第二级环形高压电场原油快速脱水处理，从高含水原油中脱出大部分水；第三级斜式电脱水器采用板状裸电极和倾斜分体式厚壁管体，实施第三级上强下弱双电场原油深度脱水处理，从二级原油中脱出剩余的水；海底外输泵采用变频式双螺杆增压泵将三级原油增压后进行外输，而海底分离控制系统实现远程自动控制三级海底分离作业并保障各级分离的流动安全，同时调控油井产液和各级原油的供给以及天然气和合格原油的输送量和流压。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。
图1是根据本发明所提出的倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法的典型结构简图。
图2是倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法的作业流程示意图。
图3是倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法的海底分离工艺流程图。
图4是倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法中第一级管式脱气器的管线和仪表控制图。
图5是倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法中第二级斜式电脱水器的管线和仪表控制图。
图6是倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法中第三级斜式电脱水器的管线和仪表控制图。
图7是倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法中海底外输泵的管线和仪表控制图。
图中1－第一级管式脱气器，2－第二级斜式电脱水器，3－第三级斜式电脱水器，4－海底外输泵，5－海底管汇，6－跨接管，7－下整流主管，8－一级输油管，9－上脱气主管，10－海底输气管道，11－一级变压器，12－一级高压电缆，13－化学药剂管汇，14－二级高压电缆，15－二级变压器，16－三级电脱水主管，17－三级输油管，18－海底变频电机，19－海底输油管道，20－三级进油管，21－混流管，22－二级输油管，23－二级电脱水主管，24－二级污水管，25－一级污水管，26－一级输水管汇，27－二级输水管汇，28－海底采油树，29－海底清管球发射器，30－压差气动控制阀，31－插入式智能电磁流量计，32－海底紧急关断阀，33－智能气体孔板流量计，34－压力气动控制阀，35－压力三通电磁阀，36－液位气动控制阀，37－液位三通电磁阀，38－海底压力泄放阀，39－海底液位控制阀，40－限位开关，41－智能液体涡轮流量计，42－变频器，43－就地控制盘。
具体实施方式
在图1中，倾斜式T型管多级高压电场海底分离系统由第一级管式脱气器1、第二级斜式电脱水器2、第三级斜式电脱水器3、海底外输泵4和海底分离控制系统组成。该海底分离系统的第一级管式脱气器1、第二级斜式电脱水器2、第三级斜式电脱水器3采用三级管式串联和T型管集成的形式，实现海底原油三级高效分离，且三级分离器由下而上顺次布置并通过倾斜式T型管保持联通，使得整套系统呈现井田型布局的模式，同时第二级斜式电脱水器2和第三级斜式电脱水器3分别采用环形电场和上强下弱双电场的多级高压电场，实现海底原油快速深度脱水。
在图1中，对于海底原油产液量变化的问题，可通过改变第一级管式脱气器1、第二级斜式电脱水器2和第三级斜式电脱水器3的规格以及海底外输泵4的型号和整套海底分离系统并联撬块数量的方式加以解决。
在图2中，第一级管式脱气器1位于海底分离撬体的最下部，通过一级输油管8与上脱气主管9和二级电脱水主管23而与第二级斜式电脱水器2连接在一起，第二级斜式电脱水器2位于海底分离撬体的中部，通过混流管21上连三级进油管20且下接二级输油管22而与第三级斜式电脱水器3连接在一起，第三级斜式电脱水器3位于海底分离撬体的最上部，通过三级电脱水主管16和三级输油管17而与海底外输泵4连接在一起，最终各级海底分离系统串联成一个整体并形成整个海底分离撬体。
在图2中，第一级管式脱气器1的下整流主管7通过跨接管6与海底管汇5连接在一起并保证油井产液的供给，同时其上脱气主管9与海底输气管道10相连而完成天然气输送；第二级斜式电脱水器2经由一级高压电缆12与一级变压器11相连接并为其提供高压电源，第二级电脱水处理后的一级污水流经一级污水管25进入一级输水管汇26；化学药剂管汇13与混流管21相连接并保证化学药剂的供给，第三级斜式电脱水器3经由二级高压电缆14与二级变压器15相连接并为其提供高压电源，第三级电脱水处理后的二级污水流经二级污水管24进入二级输水管汇27，海底外输泵4由海底变频电机18提供动力并通过海底输油管道19将增压后的合格原油进行外输。
在图3中，下整流主管7通过跨接管6以及压差气动控制阀和海底紧急关断阀等海底阀门和海底流量计而分别与海底管汇5和海底采油树28相连接，上脱气主管9的上部通过压力气动控制阀等海底阀门和海底流量计与海底输气管道10连接在一起，而上脱气主管9的下部通过液位气动控制阀和海底紧急关断阀等海底阀门与一级输油管8相连，混流管21的下部通过液位气动控制阀和海底紧急关断阀等海底阀门与二级输油管22相连接，三级输油管17通过海底流量计与海底外输泵4连接在一起，且海底外输泵4通过压差气动控制阀等海底阀门与海底输油管道19相连接，一级污水管25通过海底液位控制阀和海底紧急关断阀等海底阀门与一级输水管汇26连接在一起，且二级污水管24通过海底液位控制阀和海底紧急关断阀等海底阀门与二级输水管汇27相连接。
在图3中，倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法依据倾斜管式在线分离与多级高压电场快速深度分离技术，实现三级海底原油快速深度分离，通过第一级管式脱气器1实施第一级倾斜管式气液分离处理，天然气由海底输气管道10进行外输，而一级原油则经一级输油管8输出；并且通过第二级斜式电脱水器2实施第二级环形高压电场原油快速脱水处理，一级污水排入一级输水管汇26中，而二级原油则经二级输油管22排入混流管21并与化学药剂管汇13输送的化学药剂混合均匀而形成原油乳状液；同时第三级斜式电脱水器3实施第三级上强下弱双电场原油深度脱水处理，三级原油经三级输油管17进入海底外输泵4并增压成合格原油后由海底输油管道19进行外输，而二级污水则排入二级输水管汇27中。
在图3中，海底清管球发射器29用于定期进行海底输油管道的清管作业，清理出海底输油管道内沉积的蜡、水合物等堵塞物，清管作业时需要先通过压差气动控制阀等海底阀门堵住海底外输泵4的出口管段。
在图4中，第一级管式脱气器1的海底原油分离处理流程为，油井产液依次流经海底管汇5和跨接管6以及球阀、压差气动控制阀30、插入式智能电磁流量计31、海底紧急关断阀32和止回阀等海底阀门和海底流量计而汇集至下整流主管7，两次气液分离后的天然气流向上脱气主管9顶部的管腔并依次流经球阀、压力气动控制阀34、智能气体孔板流量计33和止回阀等海底阀门和海底流量计进入海底输气管道10进行外输，脱气后的一级原油则汇集至上脱气主管9下部的管腔并依次流经一级输油管8以及球阀、液位气动控制阀36和止回阀等海底阀门进入第二级斜式电脱水器2。
在图4中，第一级管式脱气器1的管线和仪表控制方法中，海底分离控制系统一方面通过海底管汇5上的流量变送器(FIT)将插入式智能电磁流量计31测量到的油井产液流量信号，且另一方面通过海底输气管道10上的流量变送器(FIT)将智能气体孔板流量计33实时测量到的天然气流压、流量和温度信号，一起传送至深水浮式平台中控室各自对应的累积流量显示仪表(FQI)上；此外，海底分离控制系统通过海底管汇5上的海底紧急关断阀32自动关闭并停止油井产液的供给，并通过海底压力泄放阀38自动释放出第一级管式脱气器1内多余的泄放气并调整管腔内的压力。
在图4中，第一级管式脱气器1的管线和仪表控制方法中，海底分离控制系统通过海底管汇5上的两个压差变送器(PDIT)实时监测油井产液与一级原油以及油井产液与三级原油之间的压差，依次经压差指示控制器(PDIC)和压差气电转换器(PDY)完成信号转换和数据处理，进而自动控制压差气动控制阀30的气动量并调控油井产液的供液量。并且，海底分离控制系统通过上脱气主管9上的压力表(PI)和压力变送器(PIT)监测其管腔内的压力，依次经压力指示控制器(PIC)和气电转换器(PY)将压力信号转换成气信号，并由压力三通电磁阀35自动控制海底输气管道10上压力气动控制阀34的气动量并调控天然气的流量。同时，海底分离控制系统通过上脱气主管9上的液位仪(LI)和液位变送器(LIT)监测一级原油的液位，并结合一级污水的液位状况，依次经一级输油管8上的液位指示控制器(LIC)、气电转换器(LY)和液位三通电磁阀37自动控制液位气动控制阀36的气动量，从而调控一级原油的流量。
在图5中，第二级斜式电脱水器2的海底原油分离处理流程为，一级原油依次流经一级输油管8以及海底紧急关断阀32等海底阀门进入二级电脱水主管23中部的管腔，环形高压电场中水滴形成诱导偶极，同时强—中—弱环形梯度电场作用使小水颗粒加速聚结成较大粒径的水颗粒，并沉降至二级电脱水主管23下部的管腔，脱水后的一级污水由一级污水管25并依次流经球阀、海底液位控制阀39、海底紧急关断阀32和止回阀等海底阀门排入一级输水管汇中，而油相则反相上升至二级电脱水主管23上部的管腔，分离出的二级原油经二级输油管22并依次由球阀、液位气动控制阀36和止回阀等海底阀门输出。
在图5中，第二级斜式电脱水器2的管线和仪表控制方法中，海底分离控制系统通过一级输油管8和一级污水管25上的海底紧急关断阀32分别自动关闭并停止一级原油的供给和一级污水的输送，同时通过二级电脱水主管23上的海底压力泄放阀38自动释放出第二级斜式电脱水器2内多余的泄放气并调整管腔内的压力。
在图5中，第二级斜式电脱水器2的管线和仪表控制方法中，海底分离控制系统通过二级电脱水主管23上的液位仪(LI)和液位变送器(LIT)自动监测二级原油的液位，并结合二级污水的液位状况，依次经二级输油管22上的液位指示控制器(LIC)、气电转换器(LY)和液位三通电磁阀37自动控制液位气动控制阀36的气动量，并调控二级原油的流量。同时，海底分离控制系统通过二级电脱水主管23上的液位仪(LI)和液位变送器(LIT)监测一级污水的液位，经液位指示控制器(LIC)和液位转换器(LY)完成信号转换和数据处理，并由一级污水管25上的海底液位控制阀39自动调控一级污水的流量；而且，海底分离控制系统通过一级高压电缆12和复合绝缘棒状电极之间的限位开关40实时监测二级原油的液位，进而自动控制一级变压器11的启停。
在图6中，第三级斜式电脱水器3的海底原油分离处理流程为，二级原油依次流经二级输油管22和海底紧急关断阀32等海底阀门进入混流管21，并与由化学药剂管汇13以及球阀、压力气动控制阀34、截止阀和止回阀等海底阀门输送来的化学药剂充分混合形成原油乳状液，而后原油乳状液流经三级进油管20排入三级电脱水主管16中部的管腔，下部弱电场中大水颗粒聚积并沉降，而后强—中—弱平行梯度强电场中更小水颗粒加速聚结成较大粒径的水颗粒，并沉降至三级电脱水主管16下部的管腔，脱水后的二级污水由二级污水管24并依次流经球阀、海底液位控制阀39、海底紧急关断阀32和止回阀等海底阀门排入二级输水管汇27中，而油相则反相上升至三级电脱水主管16上部的管腔，分离出的三级原油经三级输油管17并依次由球阀、智能液体涡轮流量计41、截止阀和止回阀等海底阀门和海底流量计输出。
在图6中，第三级斜式电脱水器3的管线和仪表控制方法中，海底分离控制系统通过三级输油管17上的流量变送器(FIT)将智能液体涡轮流量计41测量到的三级原油流量信号传送至中控室的瞬时流量显示仪表(FI)和累积流量显示仪表(FQI)上。海底分离控制系统通过混流管21和二级污水管24上的海底紧急关断阀32分别自动关闭并停止二级原油的供给和二级污水的输送，同时海底分离控制系统通过三级电脱水主管16上的海底压力泄放阀38自动释放出第三级斜式电脱水器3内多余的泄放气并调整管腔内的压力。
在图6中，第三级斜式电脱水器3的管线和仪表控制方法中，海底分离控制系统通过三级电脱水主管16上的压力表(PI)和压力变送器(PIT)监测其管腔内的压力，依次经压力指示控制器(PIC)、气电转换器(PY)和压力三通电磁阀35自动控制化学药剂管汇13中压力气动控制阀34的气动量，并调控化学药剂的流量。同时，海底分离控制系统通过三级电脱水主管16上的液位仪(LI)和液位变送器(LIT)监测二级污水的液位，经液位指示控制器(LIC)和液位转换器(LY)完成信号转换和数据处理，并由二级污水管24上的海底液位控制阀39自动调控二级污水的流量。而且，海底分离控制系统通过二级高压电缆14和板状裸电极之间的限位开关40实时监测三级原油的液位，进而自动控制二级变压器15的启停。
在图7中，海底外输泵4的海底外输增压流程为，三级原油依次流经三级输油管17以及球阀和海底压力泄放阀38等海底阀门而进入海底外输泵4，通过变频器42自动调整海底变频电机18和海底外输泵4的转速而形成合格原油，合格原油由海底外输泵4的出口管段并依次流经止回阀、截止阀、球阀和压差气动控制阀30等海底阀门而进入海底输油管道19并进行外输。
在图7中，海底外输泵4的管线和仪表控制方法为，海底分离控制系统通过海底压力泄放阀38自动释放并调整海底外输泵4泵腔内的压力，并且通过海底外输泵4出口管段上的两个压差变送器(PDIT)监测合格原油与油井产液以及三级原油之间的压差，依次经压差指示控制器(PDIC)和压差气电转换器(PDY)自动控制压差气动控制阀30的气动量并调控合格原油的输送量；同时，海底分离控制系统通过压力表(PI)和压力变送器(PIT)实时监测三级原油和合格原油的流压，并将压力信号传送至中控室的瞬时压力显示仪(PI)上，且经转换开关(HS)完成信号转换及数据处理，通过就地控制盘43自动调整变频器42的频率，进而控制海底变频电机18和海底外输泵4的转速并保证将海底输油管道19内的合格原油增压至外输压力以上。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各系统间的连接方式、控制方法等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明保护范围之外。

Claims (10)

1.一种倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法，主要由第一级管式脱气器、第二级斜式电脱水器、第三级斜式电脱水器、海底外输泵和海底分离控制系统组成，实施三级海底原油快速深度分离的作业流程，一级管式脱气器和后两级管式电脱水器均采用三级管式串联和T型管集成的形式，而且三级分离器由下而上顺次布置，并通过倾斜式T型管保持联通，由此使得海底分离系统整体呈现井田型布局的模式，同时第二级斜式电脱水器和第三级斜式电脱水器分别采用环形电场和上强下弱双电场而组成多级高压电场，其特征在于：
一第一级管式脱气器；所述第一级管式脱气器采用倾斜式T型管集成的双层厚壁管体，实施第一级倾斜管式气液分离处理，从原油中脱出天然气；下整流主管通过跨接管与海底管汇相连，上脱气主管经T型管与海底输气管道相连并由一级输油管与二级电脱水主管相连；
一第二级斜式电脱水器；所述第二级斜式电脱水器采用复合绝缘棒状电极和倾斜分体式厚壁管体，实施第二级环形高压电场原油快速脱水处理，从高含水原油中脱出大部分水；二级电脱水主管通过T型管上连二级输油管且下接一级污水管和一级输水管汇，同时一级变压器经一级高压电缆为复合绝缘棒状电极提供高压电；
一第三级斜式电脱水器；所述第三级斜式电脱水器采用板状裸电极和倾斜分体式厚壁管体，实施第三级上强下弱双电场原油深度脱水处理，从二级原油中脱出剩余的水；三级电脱水主管通过T型管上连三级输油管且下接二级污水管和二级输水管汇，三级进油管通过混流管与化学药剂管汇相连，同时二级变压器经二级高压电缆为板状裸电极提供高压电；
一海底外输泵；所述海底外输泵采用变频式双螺杆增压泵将三级原油增压后进行外输，海底外输泵的入口管段连接三级输油管同时其出口管段连接海底输油管道，且主动螺杆一端伸出泵外并与海底变频电机相联接而提供动力，依据三级原油的流压和供液量自动调整变频器的频率，进而控制螺杆的转速并将三级原油增压至外输压力以上；
一海底分离控制系统；所述海底分离控制系统实现远程自动控制三级海底分离作业并保障各级分离的流动安全，同时通过压差气动控制阀、压力气动控制阀、液位气动控制阀、海底液位控制阀、压力三通电磁阀、液位三通电磁阀和限位开关调控油井产液和各级原油的供给以及天然气和合格原油的输送量和流压，并通过海底紧急关断阀自动关闭并停止油井产液、一级原油和二级原油的供给以及一级污水和二级污水的输送，且通过海底压力泄放阀自动释放并调整三级分离器管腔和海底外输泵泵腔内的压力；海底管汇中的电磁流量计选用插入式智能电磁流量计，由插入式电磁流量传感器和插入式电磁流量转换器配套组成，采用全智能化原理设计和带背光宽温点阵型液晶显示器；海底输气管道上的孔板流量计选用智能气体孔板流量计，采用先进的微功耗技术自动进行气体流压和温度的补偿，并集流压、流量和温度监测功能于一体；三级输油管上的涡轮流量计选用智能液体涡轮流量计，其涡轮流量传感器采用微机技术和超低功耗技术。
2.根据权利要求1所述的倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法，其特征在于：所述第一级管式脱气器位于海底分离系统的最下部，其海底原油分离处理流程为，油井产液经海底管汇和跨接管而汇集至下整流主管的管腔内，并通过改变油井产液的流向和流速完成气液预分离，而后油井产液进入上脱气主管并经反复折流运动进行二次气液分离，最终完成第一级气液分离，分离出来的天然气流向上脱气主管顶部的管腔并经滤液后由海底输气管道进行外输，脱气后的一级原油则汇集至上脱气主管下部的管腔并经一级输油管输出。
3.根据权利要求1所述的倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法，其特征在于：所述第二级斜式电脱水器位于海底分离系统的中部，其海底原油分离处理流程为，一级原油经一级输油管进入二级电脱水主管中部的管腔，各复合绝缘棒状电极间产生环形高压电场，一级原油中的水滴受高压电场的极化和静电感应而形成诱导偶极，同时强—中—弱环形梯度电场作用加速油水沉降分离，使一级原油中的小水颗粒加速聚结成较大粒径的水颗粒，并沉降至二级电脱水主管下部的管腔，而油相则反相上升至上部的管腔，完成第二级油水分离，分离出的二级原油经二级输油管输出，脱水后的一级污水则由一级污水管排入一级输水管汇。
4.根据权利要求1所述的倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法，其特征在于：所述第三级斜式电脱水器位于海底分离系统的最上部，其海底原油分离处理流程为，二级原油经二级输油管进入混流管并与由化学药剂管汇输送来的化学药剂充分混合形成原油乳状液，而后原油乳状液流经三级进油管排入三级电脱水主管中部的管腔，板状裸电极与水界面形成的下部弱电场中大水颗粒聚积并沉降，而后原油乳状液进入各板状裸电极间产生的强—中—弱平行梯度强电场中，更小水颗粒加速聚结成较大粒径的水颗粒，并沉降至三级电脱水主管下部的管腔，而油相则反相上升至上部的管腔，最终完成第三级油水分离，分离出的三级原油经三级输油管输出，脱水后的二级污水则由二级污水管排入二级输水管汇。
5.根据权利要求1所述的倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法，其特征在于：所述海底外输泵中的双螺杆与各自的轴体一体成型且螺纹的旋向反相布置，其海底外输增压流程为，三级脱气脱水处理后的三级原油经三级输油管进入海底外输泵，变频器调整频率后通过海底变频电机自动控制海底外输泵的转速，三级原油增压至外输压力以上而形成合格原油，最终合格原油经由海底输油管道进行外输。
6.根据权利要求1或2所述的倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法，其特征在于：所述第一级管式脱气器的海底分离控制系统中，海底管汇上设有电磁流量计，并经流量变送器将测量到的油井产液流量信号传送至深水浮式平台中控室的累积流量显示仪表上，从而对海底油井产液进行精确计量；海底输气管道上设有孔板流量计，并经压力、流量和温度变送器将实时测量到的天然气流压、流量和温度信号一起传送至中控室的累积流量显示仪表上；
所述第一级管式脱气器的海底分离控制系统中，海底管汇上设置压差变送器，通过分别监测油井产液与一级原油以及三级原油之间的压差状况，并依次经压差指示控制器和压差气电转换器完成信号转换和数据处理，进而自动控制海底管汇中压差气动控制阀的气动量并调控油井产液的供液量，以确保各级海底分离系统供液的稳定；并且通过上脱气主管中的压力表和压力变送器监测其管腔内的压力状况，并依次经压力指示控制器和气电转换器将压力信号转换成气信号，再由压力三通电磁阀自动控制压力气动控制阀的气动量，进而调控海底输气管道内天然气的流量，确保天然气输送量和流压的稳定；同时通过上脱气主管中的液位仪和液位变送器监测其管腔内一级原油的液位，并结合一级污水的液位状况，依次经液位指示控制器、气电转换器和液位三通电磁阀自动控制液位气动控制阀的气动量，进而调控一级输油管内一级原油的流量，确保一级原油供给的稳定。
7.根据权利要求1或3所述的倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法，其特征在于：所述第二级斜式电脱水器的海底分离控制系统中，通过二级电脱水主管上的液位仪和液位变送器监测其管腔内二级原油的液位，并结合二级污水的液位状况，依次经液位指示控制器、气电转换器和液位三通电磁阀自动控制液位气动控制阀的气动量，进而调控二级输油管内二级原油的流量，确保二级原油供给的稳定；同时二级电脱水主管的管壁上设有液位仪和液位变送器实时监测一级污水的液位状况，并依次经液位指示控制器和液位转换器完成液位信号与电信号间的转换和数据处理，最后由一级污水管上的海底液位控制阀自动调控一级污水的流量；一级高压电缆和复合绝缘棒状电极之间设置限位开关进行连接，限位开关通过浮球实时监测二级原油的液位，进而自动控制一级变压器的启停。
8.根据权利要求1或4所述的倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法，其特征在于：所述第三级斜式电脱水器的海底分离控制系统中，通过三级电脱水主管上的压力表和压力变送器监测其管腔内的压力状况，并依次经压力指示控制器和气电转换器将压力信号转换成气信号，再由压力三通电磁阀自动控制压力气动控制阀的气动量，进而调控化学药剂管汇内化学药剂的流量；同时，三级电脱水主管的管壁上设有液位仪和液位变送器实时监测二级污水的液位状况，并依次经液位指示控制器和液位转换器完成液位信号与电信号间的转换和数据处理，最后由二级污水管上的海底液位控制阀自动调控二级污水的流量，实现生产污水处理系统供液的稳定；二级高压电缆和板状裸电极之间设置限位开关进行连接，限位开关通过浮球实时监测三级原油的液位，进而自动控制二级变压器的启停。
9.根据权利要求1或5所述的倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法，其特征在于：所述海底外输泵的海底分离控制系统中，海底外输泵的出口管段上设置压差变送器，通过分别监测合格原油与油井产液以及三级原油之间的压差状况，并依次经压差指示控制器和压差气电转换器自动控制压差气动控制阀的气动量，进而调控合格原油的输送量并保证输送至海底输油管道内液量的稳定；
所述海底外输泵的海底分离控制系统中，海底外输泵的入口管段和出口管段上分别设有压力表和压力变送器，实时监测三级原油和合格原油的流压且将压力信号传送至中控室的瞬时压力显示仪上，并经转换开关完成信号转换及数据处理，通过就地控制盘自动调整变频器的频率，进而控制海底变频电机和海底外输泵的转速并将三级原油增压至外输压力以上。
10.根据权利要求1～5任一项所述的倾斜式T型管多级高压电场海底分离方法，其特征在于：所述上脱气主管、二级电脱水主管以及三级电脱水主管的管壁上均设有压力变送器和液位变送器，分别实时监测天然气的压力、一级原油的液位、二级原油以及三级原油的压力和液位状况，并将压力和液位信号分别传送至中控室的瞬时压力和液位显示仪上，同时自动实施超高压力和液位以及超低压力和液位报警，保障各级海底原油分离流程的生产操作安全。
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