2018年9月下旬，在美国得克萨斯州举行的SPE(Society of Petroleum Engineers)技术年会暨展览会上，美国Baker Hughes公司和美国通用电气(GE)公司的工程师们介绍了一种在混合井生产导致的油气水物性不断变化条件下，能够消除上部分离设施处理能力瓶颈的紧凑型井下油气水多相分离系统。首先利用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD)数值模拟初步验证了该系统的可行性，其次在俄克拉荷马州研究中心进行了室内实验，最后在俄克拉荷马州的一个油田进行了现场试验。本文将对该管式动态离心油气水多相分离系统进行简要介绍。
该系统由12KW的电动潜油离心泵(Electrical Submersible Pumps，ESPs)和公称直径为DN100、长度为1.67m的气液分离器（LGS）以及公称直径为DN100的油水分离器(OWS)组成，通过“ESPs+LGS”组合实现油水两相分离，通过“ESPs+LGS+OWS”组合实现油气水三相分离。设计处理液量为1.3~13.2立方/小时，设计处理含水率为30%~90%。
油水分离器(OWS)主要由混合流入口、转子、空心轴、柱型圆筒、水相出口以及油相出口组成，油水混合物从转子前段的环形入口进入，流体在转子的带动下形成旋流，在旋流作用下油水混合物在柱型圆筒内逐渐分离，比重较轻的油相汇集到柱型圆筒中心并经过空心轴从油出口排出，较重的水相汇集到柱型圆筒内壁并从水相出口排出，实现油水分离。与静态叶片产生旋流的分离器相比，转子带动的旋转流体与分离器壁面的摩擦力更小，压力损失更小。管式气液分离器（LGS）的分离原理与此类似，不再赘述。
系统设计研制过程中采用了计算流体动力学（CFD）数值模拟手段，模型采用全六面体网格进行划分，采用欧拉-欧拉法进行两相流模拟。对油水分离器(OWS)的数值模拟结果表明：当处理量为23.8立方/小时、含水率为30%时，水相出口的含油量为263ppm，油出口的含水为0.2%；当处理量为23.8立方/小时，含水率在80%时，水相出口的含油量<50ppm，油出口的含水为0.9%。
对两级管式气液分离器（LGS）的数值模拟结果表明：当转子转速为3500rpm、液量为16.6立方/小时、含气量为35%时，一级气体出口含气90.2%，二级气体出口含气95.4%，液相出口含液91.8%；当转子转速为3500rpm，液量为23.2立方/小时，含气量为35%时，一级气体出口含气93.2%，二级气体出口含气96%，液相出口含液90.4%。
系统设计研制过程中还进行了室内实验，使用水和润滑油(Exxsol D110)进行测试，润滑油比重为0.82。第一阶段的室内实验，测试了油水分离器在5.3~7.9立方/小时之间最佳的处理量；第二阶段测试了转子转速在500rpm~3500rpm之间的最优转速；第三阶段测试油水分离入口含水率在60%~90%之间变化时的分离性能。测试结果表明：在转子转速为2000rpm，处理量为5.3立方/小时的条件下，当含水率为60%时，水相出口的含油为150ppm；含水率为80%时，水相出口的含油为300ppm。
系统设计研制过程的最后进行了现场试验，试验装置接在一级三相分离器之后，处理量为3.3立方/小时，含水率为90%~95%，原油比重为0.84。测试结果表明：当转子转速为3000rpm时，90%含水率入口条件下，水相出口含油440ppm；95%含水率入口条件下，水相出口含油340ppm。
我们非常欣喜地看到，管式动态离心油气水多相分离系统中气液分离器（LGS）、油水分离器（OWS）的结构和工作原理与环保多相流高效分离技术与设备研究团队自2010年以来自主研发成功的轴向涡流分离器（Voraxial Separator）非常一致。对该技术感兴趣的朋友请参加本网站的相关网页（http://separation-en.bipt.edu.cn/wrzl/zcws/index.htm）中对“轴向涡流分离技术”的介绍，也可以下载附件中我们公开发表的两篇学术论文进一步阅读。春光无限好呀，正是研读时哟！
下载附件1. 姬宜朋, 陈家庆, 蔡小垒等. BIPTVAS-Ⅱ型轴向涡流分离器工程样机及其在流花11-1油田的现场试验[J]. 中国海上油气, 2016, 28(1):133-138.
