關于海油開采中石油分離器液位測量技術研究及發(fā)展應用

         海上石油開采對于發(fā)展中的中國來說，是一項具有長遠意的事情，海上石油儲量豐富，油品優(yōu)良，從海洋獲得能源已經成為國家宏遠藍圖的戰(zhàn)略性計劃。本文從海洋石油分離器常用的液位測量儀表的測量原理及應用方面，分析了石油分離器的內部結構及主要液位測量形式，主要歸納了沉降室、水室、油室的液位測量儀表選型原則，并總結了分離器液位測量技術的發(fā)展方向。
 
　　在海洋石油生產過程中，油水分離過程是整個工藝流程的核心環(huán)節(jié)，也是油田創(chuàng)造利益的關鍵環(huán)節(jié)。分離器內主要測量油水界面、油相液位、水相液位，油相液位值常用于分離器高液位的報警值，用于調節(jié)進口混合介質閥門;水相液位值用于分離器低液位報警值，用于調節(jié)水相出口閥門;而油水界面值則是直接影響分離效果的關鍵參數(shù)。因此，針對石油分離器內部結構和油品性質的不同，為提高海洋石油生產過程中分離器的處理能力和分離效果，對分離器幾種常用的液位測量技術進行了分析，達到更好地服務于油田測量、服務于油田生產、實現(xiàn)自動化控制、節(jié)能減排的目的。
　　1分離器的類型
　　1．1高效分離器
　　根據分離指標，在分離器入口增加整流板等，避免來液對分離器的擾動，平穩(wěn)降壓，內件采用多級，加速沉降，加熱盤管設在油層區(qū)，高壓情況下入口增加旋流分離器。
　　1．2普通分離器
　　分離指標較低，內件復雜程度和高效稍許區(qū)別，加熱盤管為油水共同加熱。高效分離器和普通分離器內部結構分為兩種，一種為沉降室、油室;另一種為沉降室、水室和油室。
　　1．3沉降室、油室的原理分析
　　油、氣、水混合物來液進入三相分離器，經整流器、波紋板組、斜板組等后，大部分沉降到分離沉降室的液相區(qū)，沉降下來的油、水混合液停留一段時間后因密度的差別逐漸進行分層，水沉積在集水包和液相區(qū)的底部，液相區(qū)的上部為油層。油層的液位高出隔油板頂部慢慢流入油室，油室的液位儀表測量值用于控制油相出口調節(jié)閥。液相區(qū)的水沉降分離到沉降室的底層，并且經過出水閥排除。對于沉降室來講，水相出口調節(jié)閥的調節(jié)需要用油水界面液位計來控制。典型的結構圖如圖1所示。
　　1．4沉降室、油室和水室的原理分析
　　油、氣、水混合物來液進入三相分離器，經整流器后，大部分沉降到分離沉降室的液相區(qū)，沉降下來的油、水混合液停留一段時間后因密度的差別逐漸進行分層，水沉積在集水包和液相區(qū)的底部，液相區(qū)的上部
　　圖1沉降室和油室
　　為油層。油層的液位高出隔油板頂部慢慢流入油室，油室的液位測量值用于控制油相出口調節(jié)閥。液相區(qū)的水沉降分離到沉降室的底層，經水連通管慢慢流入水室，當水室液位達到一定高度，水室的液位測量值控制水相出口調節(jié)閥。對于沉降室來講，不需要控制界面，只需監(jiān)測整個分離器的高高和低低液位報警。典型的結構圖如圖2所示。
　　圖2沉降室、油室和水室
　　針對以上分離器的內部結構及測量需求，常用的分離器液位測量技術主要有以下幾種。
　　2分離器常用液位測量技術
　　2．1磁致伸縮液位計
　　采用連通器原理，主體內漂浮**磁性浮子，以磁致伸縮效應為依據，通過導波脈沖的測量時間來檢測裝有磁鐵的浮子的位置。其結構主要分為三部分:浮球(內裝有磁鋼)、變送器(由脈沖發(fā)送器和接收器組成)和裝有磁致伸縮線的不銹鋼測量管。磁致伸縮液位計適用于常壓或有壓容器，容易安裝，無須定期維修和重新標定，但磁致伸縮液位計與被測液體接觸，易受液體化學成分影響，液體密度變化會帶來測量誤差，當被測液體是黏稠介質時，浮球容易被卡住。
　　2．2雷達液位計
　　雷達液位計是利用超高頻電磁波經天線向被測容器的液面反射，當電磁波碰到液面后反射回來，儀表檢測出發(fā)射波及回波的時差，進而計算出液面的高度。雷達液位計一般為頂式安裝，可用于易燃、易爆等介質的液位測量，有接觸式和非接觸式兩種測量方式，特別適用于大的立體罐，精度分為工業(yè)級和計量級，可滿足不同測量和計量的需求。
　　


　　2．3電容式射頻導納液位計
　　電極與被測容器之間形成等效電容，當液位升高變化時，根據變化的電容值，可檢測到液位值。射頻導納液位儀是在電容液位計的基礎上采用補償電路的形式，將單純測量傳感電極的電容變化調整為測量傳感電極的復數(shù)阻抗變化，克服了掛料引起的測量誤差，電路單元將測量導納值轉換成液位信號輸出，實現(xiàn)液位測量。射頻導納液位儀適用于連續(xù)測量和高低液位報警，用于導電和非導電介質，要求介電常數(shù)隨環(huán)境的變化小，對于石油等類似黏稠的介質，可選擇帶有保護極套的電極。
　　2．4核子界面儀
　　核子界面儀是利用放射源產生的射線，根據射線穿過不同介質時，射線被不同高度的液體所吸收，測得因被吸收而衰減的射線強度，從而測出相應介質的液位高度。
　　核子界面儀包括三個鈦化浸漬管，安裝有低能量伽馬級，底部固定在分離器內部，結構安裝圖如圖3所示，測量示意圖如圖4所示。
　　圖3結構安裝圖
　　此液位計對各種介質都能準確測量液位，直觀的將分離器內各種介質(砂質、水層、乳化層、泡沫層、油層以及氣態(tài)等)以畫面形式在人機界面顯示出來，且對整個控制回路形成閉環(huán)，對油水界面的測量控制精度高，優(yōu)化了整個水處理環(huán)節(jié)。根據分離器內各種介質的液位信息，可使化學藥劑用量和生產分離相結合，
　　圖4測量示意圖
　　實現(xiàn)化學藥劑(消泡劑、破乳劑等)的自動控制，降低化學藥劑使用率;此液位計的反饋信息準確，能準確控制油水界面，提高分離效果，防止水系統(tǒng)處理設備污染，節(jié)能減排。
　　3分離器液位測量研究
　　根據分離器內沉降室、水室、油室的測量需求，對各室的液位測量儀表選型分析如下。
　　3．1對于不含水室的分離器分離器分為沉降室和油室。油室的液位儀表測量值用于控制油相出口調節(jié)閥，油室較純凈。對于油室液位測量，可采用磁致伸縮液位儀表、射頻導納液位儀表、雷達液位計和核子界面儀。沉降室一般是油水混合物，含有部分砂等介質，水相出口調節(jié)閥的調節(jié)需要用沉降室的油水界面液位計來控制，要求精度較高。
　　·當油水密度大于0．07時，可使用磁致伸縮液位計、射頻導納液位計、核子界面儀進行監(jiān)測;
　　·當油水密度小于0．03時，磁致伸縮液位計誤差較大;可使用射頻導納液位計、核子界面儀進行監(jiān)測。
　　3．2對于含有水室的分離器分離器分為沉降室、水室和油室。對于油室液位測量，可采用磁致伸縮液位儀表、射頻導納液位儀表、雷達液位計和核子界面儀控制油相出口調節(jié)閥流量。水室的液位測量值用來控制水相出口調節(jié)閥的開度，可使用磁致伸縮液位計、射頻導納液位計、核子界面儀。
　　對于此類型的分離器的沉降室來講，不需要控制界面，只需監(jiān)測整個分離器的高高和低低液位報警。由于沉降室不存在用界面控制液位調節(jié)的工況，故選型相對沒有水室的分離器精度要求高。
　　·當油水密度大于0．07時，可使用磁致伸縮液位計、射頻導納液位計、核子界面儀進行監(jiān)測;
　　·當油水密度小于0．03時，可使用射頻導納液位計、核子界面儀進行監(jiān)測。
　　3．3各類液位儀表對比總結分離器的結構分類，液位儀表對比分析如下。(1)磁致伸縮液位儀表
　　·優(yōu)點:信號傳輸距離長，安裝及試運行操作簡單。
　　·局限:對于油水密度小于0．03的油水混合物，無法測量界面;對于黏度大于1500×10－6的油水混合物，測量精度無法保證;且浮球容易堵塞、卡住，需定期清理。
　　對于以上局限，常通過設置多個油水界面排放孔，人工現(xiàn)場查看界面，不準確且不方便。
　　(2)雷達液位計非接觸式可測量頂層液體液位，若為接觸式，則容易產生掛料等，測量不準確。
　　(3)射頻導納液位儀表
　　·適用對象:高溫、高壓、易燃易爆、腐蝕等工況下，對液體、漿料、粉末、顆粒等物料。
　　·局限:油水在進入分離器的過程中，容易形成乳化物，導致油水界面不清晰，測量精度較差，水相含有大量油質，給后期水處理設備造成污染。
　　(4)核子界面儀
　　·適用對象:適用范圍廣闊，幾乎不受操作參數(shù)變化的影響，一般測量方式不能滿足要求時均可選用。
　　·局限:價格相對昂貴，使用射線，需考慮對人體輻射。
　　4分離器液位測量技術發(fā)展應用
　　分離器內液位測量儀表的應用至關重要，出現(xiàn)選型不能滿足分離器要求時，會造成水相含有大量油質，水系統(tǒng)處理設備損害，經濟損失嚴重。通過對分離器液位測量的應用研究，可根據分離器的結構和油田油品性質選型常用的合適的液位儀表。在渤海某油田分離器液位測量控制流程中，采用多種液位計并存的形式，在沉降室使用核子界面儀，在油室使用磁致伸縮液位計，核子界面儀和常規(guī)液位儀表配合使用。常規(guī)液位儀表實現(xiàn)關斷和調節(jié)功能，核子界面儀進行液位界面監(jiān)測。根據中控室組態(tài)畫面的結果，人為干預化學藥劑以及控制效果的調整，當含砂量較高時，可根據需要除砂，優(yōu)化控制參數(shù)?，F(xiàn)場技術人員反饋控制效果良好，油水分離效果較好。
　　隨著新型產品的不斷出現(xiàn)，液位測量儀表逐漸趨向于智能化、人性化、微型化發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。(1)各種應用現(xiàn)場總線的液位儀表，如核子界面儀等，是將來自動化管理系統(tǒng)的接口儀表，是使用的發(fā)展方向之一，也是智能化油田管理的方向;
　　(2)磁致伸縮液位計是分離器內應用較**的接觸型液位測量裝置，價格及安裝成本較低，但油水界面的泡沫、霧化等影響其測量精度;
　　(3)多種液位計并存測量的方式將存在，分離器內液位儀表的選擇需考慮分離器的結構、測量精度、介質的介電常數(shù)等因素。

上一條：關于海石油分離器液位測量技術研究及發(fā)展應用
下一條：用于污水流量測量的流量計選型要點及產品特點分析研究（上）