2025年9月19日，国家能源局2025年第4号公告发布第五批能源领域首台（套）重大技术装备，源起环保多相流高效分离技术与设备研究团队、由中海油研究总院推动联合研发的高通量管式动态涡流分离器成功入选。能源领域首台（套）重大技术装备属于国内率先实现重大技术突破、拥有自主知识产权、尚未批量取得市场业绩的能源领域关键技术装备。高通量管式动态涡流分离器的入选，标志着团队历经逾十五年技术攻关，实现了高通量管式动态涡流分离技术从“书架”到“货架”的跨越。
前瞻选题，管式动态涡流分离技术研究起步行蹒跚
进入21世纪后，我国油气对外依存度逐年大幅攀升，能源安全风险大增。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》遂将能源列为11大重点领域之首，并提出设立“大型油气田及煤层气开发”国家科技重大专项。酝酿组建环保多相流高效分离技术与设备研究团队的陈家庆教授，在主持承担国家863计划资源与环境技术领域2007年度专题课题等研究任务的同时，抓住东部老油田即将进入“双高”开发阶段而亟需紧凑高效油水分离设备之契机，安排姬宜朋副教授将管式动态涡流分离技术作为其博士学位论文选题，2009年正式开始相关研究。
起步阶段，在学习借鉴美国EVTN公司Voraxial分离器工作原理的基础上，姬宜朋副教授运用涡动力学理论和流体机械设计方法，研制了第一代管式动态涡流分离器室内可视化原理样机。然后采用计算流体动力学（CFD）数值模拟等手段，对分离器内部复杂流场分布、油水分离效率等指标进行量化分析设计，研发了处理量为120吨/天的第一代管式动态涡流分离器现场实验样机。依托中国石化中原油田科研项目等支持，团队先后在中国石化中原油田采油一厂79号计量站、中海油天津分公司秦皇岛（QHD）32-6油田、中海油深圳分公司流花（LH）11-1油田开展了三次现场试验。结果表明，当处理原油比重低于0.93的油田采出水时，分离效率稳定保持在85%以上，优于同比运行的常规静态旋流分离设备，并具有单管处理量大、压力损失小等显著优势。
2015年，团队进一步开展管式动态涡流分离器结构放大设计，自筹资金研制了处理量3000吨/天的第一代管式动态涡流分离器工程样机。当工程样机从北京运至中海油深圳分公司流花（LH）11-1油田进行现场测试时，因路途颠簸震动机械密封发生泄漏，致使设备无法正常运行，姬宜朋副教授虽全力抢修但仍未能解决问题，工程样机首次海上试验以“折戟沉沙”告终。该项技术随后进入了四年多的静默期，使团队成员深刻认识到科学设计方法和严格质量控制对于高新技术产品的重要性。
锲而不舍，管式动态涡流分离技术研究迎来新转机
国内石油产量自2015年达到2.146亿吨的高峰后，连续三年下降至2018年的1.89亿吨。为守住国内原油产量2亿吨这一安全红线，国家自2019年起实施了“七年增储上产行动计划”。在国内“原油增产关键在海上，海上原油增产关键在海油”成为共识的背景下，中海油研究总院海洋油气高效开发中心主任张健教授级高工团队破除陈见，2019年6月来团队正式洽谈科研合作，使管式动态涡流分离技术再次落地应用迎来了转机。经过三家单位精心准备，2020年下半年成功获批国家自然科学基金企业创新发展联合基金重点支持项目“面向海上聚驱采出水的油滴-微泡团聚机理及其协同动态旋流预除油特性研究”(U20B2030)，为管式动态涡流分离技术革新按下了“加速键”。姬宜朋副教授基于封闭空间内同步旋转流体的无剪切特性，创新构建了强旋流流场低剪切起旋元件设计方法，同时发明了“逆向控气+顺流收油”分离新结构。
得益于中海油研究总院王秀军高工的强力组织统筹，产学研联合团队稳扎稳打再出发。首先研制了处理量120吨/天的第二代低剪切管式动态涡流分离器现场实验样机。2020年10月，在中海油天津分公司绥中（SZ）36-1油田CEPK平台，验证了“加药破乳+微气泡”强化管式动态涡流分离器处理稠油聚驱生产水的可行性，在最优工况下平均除油率达72%；2021年9月，在中海油湛江分公司涠洲（WZ）12-1油田PUQB中心处理平台完成现场试验，最优工况下平均分离效率为81.5%，较同平台在役静态水力旋流器高出20%。上述工作不仅接续验证了第二代低剪切管式动态涡流分离技术的有效性，还大幅拓展了适用场景范围，为工程样机研发奠定了坚实基础。
处理量120吨/天第二代低剪切管式动态涡流分离器实验样机现场试验的成功，坚定了中海油研究总院继续资助支持和加速工程样机研发的信心。2023年5月下旬，处理量3000吨/天的第二代管式动态涡流分离器工程样机在中海油湛江分公司涠洲（WZ）12-1油田PUQB中心处理平台开展现场试验，最高分离效率达80%，显著高于平台现有“生产水缓冲罐+水力旋流器”组合的分离效率。2023年6月下旬，样机转战中海油天津分公司曹妃甸（CFD）11-1油田CEPJ平台开展现场试验，最高分离效率达92%。在两次现场试验均获成功的基础上，该样机被运往天津分公司歧口（QK）17-2油田WPH3平台，同年12月完成固化安装。
第二代低剪切管式动态涡流分离器工程样机现场试验的成功和固化安装，不仅标志着该技术向工业化应用迈出了坚实一步，还有力支撑了国家自然科学基金重点支持项目结题验收评级为A。
革故鼎新，管式动态涡流分离器成功实现工业应用
鉴于处理量3000吨/天第二代管式动态涡流分离器工程样机的优良表现，中海油天津分公司曹妃甸（CFD）11-1油田CEPJ平台2023年7月提出采用处理量10000吨/天管式动态涡流分离器进行平台提液增产的需求。在中海油研究总院的牵头组织下，团队姬宜朋副教授主持攻关，完成结构初步放大设计后再采用CFD数值模拟手段进行优化，并对密封冷却方案等进行多次整改，最终在半年内成功研发出处理量10000吨/天管式动态涡流分离器工业产品，2025年1月成功交付平台。为保障工业产品顺利投产，姬宜朋副教授克服重重困难，在调试关键阶段全程驻场，单次驻留海上平台就长达42天（接近国际海上平台作业人员极限标准），为设备顺利投用提供了坚实保障，首次实现处理量10000吨/天管式动态涡流分离技术的工业应用。
2024年8月，中海油湛江分公司提出采用管式动态涡流分离器处理平台采出液的新需求，其中7500吨/天管式预分水器和5000吨/天管式除油器为基于管式动态涡流分离技术开发。为提高设备的长周期运行可靠性，在中海油研究总院王秀军高工的提议推动下，姬宜朋副教授设计研制了具有自冷却功能的磁力传动系统。2024年12月，采用自冷却磁力传动的7500吨/天管式动态涡流预分水器和5000吨/天管式动态涡流除油器在涠洲（WZ）12-1油田PUQB平台完成安装调试，随即顺利交付生产运行。
曹妃甸（CFD）11-1油田CEPJ平台和涠洲（WZ）12-1油田PUQB平台截至目前的持续稳定运行结果表明，出水含油浓度平均值低于50毫克/升，完全满足设计指标要求。世界最大油田技术服务商美国Schlumberger公司2017年收购EVTN公司Voraxial分离器的技术专利和商标权，改称为“Voraxial Impeller-induced Cyclonics”后尝试在油气田领域推广应用，但至今未见工业案例报道，目前该公司官网已撤下相关产品介绍材料。
◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆
分相有序循低碳，离杂无痕臻高效。展望未来，团队将在承担“新型油气勘探开发”国家科技重大专项下属相关专题等科研任务的同时，积极针对市政污水预处理、致密活性污泥处理、超重力烟气除尘等不同应用场景的技术瓶颈，精准施策。充分发挥企业主导的产学研用融合协同创新效应，推动油-气-水-固等复杂多相流体分离处理设备的低碳化、数智化转型升级，把论文写在祖国的大地上，把科技成果应用在实现现代化的事业中。
（图/文：刘美丽教授）
