一种用于油田采出液的三相立式快速处理装置及方法 |
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| 申请号 | CN202110457741.2 | 申请日 | 2021-04-27 | 公开(公告)号 | CN113230697A | 公开(公告)日 | 2021-08-10 |
| 申请人 | 海际油浮(芜湖)能源科技有限公司; | 发明人 | 朱同德; 吴德勇; 朱华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种用于油田采出液的三相立式快速处理装置及方法，其包括立式的第一壳体，第一壳体上方设有封头，第一壳体的底部设有泥沙聚集槽，第一壳体内从上到下依次设有过滤网、三相分离释放器、除油悬器。本发明主要用于油气田采出液处理领域或海上采油平台采出液处理领域油气 水 混合物的分离处理，本装置分离出的油相含水率小于0.5％，可直接输送至炼油厂；分离出的水相含油小于5mg/l，含悬浮物小于10mg/l，满足一般透率 地层 可直接回注的水质标准；分离出的气相(比如 天然气 )含油率小于0.1％，直接输送至天然气深加工厂。采取本装置处理采出液不仅效率高，且分离后的油相、水相、气相可不用再进行加工处理，可简化后续工序，可大幅度地降低处理成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于油田采出液的三相立式快速处理装置，其特征在于，其包括立式的第一壳体，所述第一壳体上方设有封头，所述第一壳体的底部设有泥沙聚集槽，所述第一壳体内从上到下依次设有过滤网、三相分离释放器、若干个均匀排布的除油悬器； |
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| 说明书全文 | 一种用于油田采出液的三相立式快速处理装置及方法技术领域[0001] 本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种用于油田采出液的三相立式快速处理装置及方法。 背景技术[0002] 海上(或陆地)油田采出液所含的三相主要物质成分分别为烃类(石油)、烃类(天然气)和含80％以上的采出水，同时采出液中还含有少量的泥沙悬浮物(沥青石蜡以及有机 胶体颗粒)，因此油气水三相分离以及泥沙悬浮物的无害化清除就是油田采出液处理的整 个系统。目前采用的油气水卧式三相分离器的技术方案，其分离器卧式罐体包括圆筒筒体 和两端封头，分离器上设有进液管、出油管、出气管、出水管和排污管，罐体内腔设有溢流 板，分流器等内部构件，当采出液混合物进入三相分离器后，首先经气液分离器实现初步分 离出气液两相，气相经过滤网至罐顶部聚集输出。分离出的液相(包括油相和水相)进入集 液区，在集液区增加破乳剂与波纹板填料破乳聚结静沉工艺，依靠油水的密度差使油水分 层的，分层后的原油和污水分别由出油管及出水管输出，泥沙在重力的作用下长期静沉于 罐底部。 [0003] 但现有技术中依旧存在以下问题：(1)目前的三相分离器分离原油的效率低，其原油只能处理粒径在2微米以上的分散油和浮油，而粒径在2微米以下的乳化油和溶解油难以 处理，即使结合破乳剂破乳填料等物化综合处理方案也是效果一般，因此分离出的原油中 存在油包水乳化现象，原油含水率不达标需经电脱水设备破乳脱水大罐静沉后才能外输至 炼油厂，增加了原油脱水处理费用；(2)现有的三相分离器分离出的水相中原油出现水包油 的原油乳化现象，以及泥沙沥青石蜡等大颗粒有机悬浮物，导致水中含油和悬浮物超标，不 能直接回注循环利用，需要输送至污水处理厂处理，经处理厂的污水大罐沉降、加药、过滤 等多个处理环节达标后方可回注地层，因此增加了处理厂的污水污泥处理的运营费用；(3) 现有大多数三相分离器分离的泥沙长期静沉在罐底部，影响处理效果，即使清理出来也是 含油泥沙，影响环境；并且同时采用重力沉降分离方式，设备制造体积大成本高。 [0004] 目前现有的大多数的三相沉降分离技术存有的上述问题，已不能满足油田采出液处理的要求，迫切期待解决有更高效率，分离效果更好的装置与技术。 发明内容[0005] 因此，基于以上背景，本发明提供了一种用于油田采出液的三相立式快速处理装置，其不仅能够实现油气水及泥沙的快速分离，而且使分离出的烃相物质(如天然气)直接 输给天然气深度处理厂；分离出的烃相物质(如原油)全部回收为好油直接外输至炼油厂， 分离出的水相达标直接回注，循环利用；分离出的纯泥沙相可及时自动清除，能够大幅度的 提高分离效率，降低分离成本。 [0006] 本发明提供的技术方案为： [0007] 一种用于油田采出液的三相立式快速处理装置，其包括立式的第一壳体，所述第一壳体上方设有封头，所述第一壳体的底部设有泥沙聚集槽，所述第一壳体内从上到下依 次设有过滤网、三相分离释放器、若干个均匀排布的除油悬器； [0008] 所述封头顶部设有出气口a，所述出气口a与外输气管连接，所述第一壳体的中上部设有出油口d； [0009] 所述出油口d与外输油管线连接，所述出油口d位于过滤网与除油悬器之间； [0010] 所述第一壳体上设有进料口f，所述进料口f位于除油悬器的下方，所述进料口f与进料管线连接，所述第一壳体的壳腔内设有与所述进料口f相连接的进液管线，所述进液管 线的另一端与所述三相分离释放器的进口连接； [0011] 所述第一壳体的下方设有出水口h、进水口g，所述进水口g位于所述出水口h上方，所述出水口h、进水口g位于泥沙聚集槽与除油悬器之间；所述出水口h通过管线与循环泵入 口相连接，所述第一壳体的壳腔内设有与所述出水口h相连接的取水管线，所述循环泵出口 通过循环管线与进水口g相连接；所述第一壳体的壳腔内设有与所述进水口g相连接的进水 管线，所述进水管线的另一端与所述进液管线相连接； [0012] 所述第一壳体在位于所述除油悬器与泥沙聚集槽之间设有取水口e，所述取水口e与所述外输水管线相连接； [0013] 所述泥沙聚集槽的底部设有与所述泥沙外排管线相连接的泥沙外排口i。 [0015] 对本发明进一步地描述，所述进水管线与循环管线为同一管线，所述进液管线与进料管线为同一管线。 [0016] 对本发明进一步地描述，所述三相分离释放器包括第二壳体、变径释放管、油气水分离室以及采出液缓存管,所述变径释放管安装在所述采出液缓存管上，所述变径释放管 从采出液缓存管始到其另一端其内径由小变大。 [0018] 对本发明进一步地描述，所述除油悬器为竖式放置，其下端穿过圆形的多孔第一固定钢板所对应的通孔并固定，其上端穿过圆形的多孔第二固定钢板所对应的通孔并固 定，所述第一固定钢板和第二固定钢板分别连接在所述第一壳体内壁上。 [0019] 对本发明进一步地描述，所述封头上设有油气界面传感器、用来检测第一壳体顶部气相压力的第一压力传感器，位于所述第一壳体外的所述进料管线上安装有用来检测管 腔内物料压力的第二压力传感器，所述油气界面传感器探头向第一壳体内延伸200厘米，所 述第一压力传感器的探头向第一壳体内延伸30厘米。 [0020] 对本发明进一步地描述，所述第一壳体的壳腔内设有与出油口d相连接的内接油管。 [0021] 对本发明进一步地描述，所述外输水管线的另一端与注水泵的进口相连接，所述第一壳体1的壳腔内设有与所述取水口e相连接的内接水管。 [0022] 对本发明进一步地描述，所述外排管线上安装有自动排污阀。 [0023] 本发明还提供了一种油田采出液快速处理方法，采用上述的用于油田采出液的三相立式快速处理装置对采出液进行处理。 [0024] 对本发明进一步地描述，将具有一定压力的油田三相采出液通过进料口f再经进液管线流入三相分离释放器，通过三相分离释放器内设有的变径释放管将压缩的气相物质 连带液相物质快速喷射出并与三相分离释放器的第二壳体内壁发生碰撞，实现多相物质秒 级分离，被瞬间常压释放的气相物质产生出无数微纳米级粒径的小气泡，这些微小气泡粘 粘携带液相中2个微米粒径以上的油滴及其大颗粒石蜡沥青等有机悬浮物迅速上浮并聚结 在原油聚结区(B区)，小气泡到达B区破裂分离出的气体经气过滤网上浮到天然气聚集区(A 区)，被分离出的水相中包括2个微米粒径以下的乳化溶解油滴(水包油)及其石蜡沥青等大 颗粒有机悬浮物进入破乳除悬单元区(C区)，在C区均布数组除油悬器，每个除油悬器可独 立工作，当含油悬水进入除油悬器时在循环泵的动力作用下，微小的乳化油滴以一定的速 度从上至下在异形聚结片的表面上做碰撞摩擦运动，从而迅速打开水包油或油包水的表面 张力，使微小的油滴被释放出来并聚结成较大的油滴从水中分离出来；水中所含的石蜡沥 青等大颗粒有机悬浮物在除油悬器内的异形聚结片表面上反复碰撞摩擦是每个微小颗粒 带上正负电荷，再经带电荷粒子偶极化聚结运动，聚结成较大的悬浮物，将水中已聚结的粒 径大于2个微米的大油滴及其悬浮物通过取水管线经循环泵输送至第一壳体内并与来液管 线混合后再次输送到三相分离释放器，经三相分离释放器分离出的油气水多相，其中分离 出的水相中粒径小于2个微米含油悬水又进入C区，经除油悬器处理后再与来液管线混合送 至三相分离释放器，实现达到了循环运动除油悬；被C区(破乳除悬单元区)清除的油和悬浮 物后，水相下沉至清水缓存区(D区)，而少量的泥沙等无机物在重力的作用下自然沉降至第 一壳体内腔底部的泥沙聚集槽内。 [0025] 采取上述技术方案，具有的有益效果如下： [0026] 本发明的装置及处理方法主要用于油气田采出液处理领域或海上采油平台采出液处理领域油气水混合物的分离处理，本发明对采出液进行分离处理，分离出的油相含水 率小于0.5％，可直接输送至炼油厂；分离出的水相含油小于5mg/l，含悬浮物小于10mg/l， 满足一般透率地层可直接回注的水质标准；分离出的气相(比如天然气)含油率小于0.1％， 直接输送至天然气深加工厂。采取本发明处理采出液不仅效率高，且分离后的油相、水相、 气相可不用再进行加工处理，可简化后续工序，可大幅度地降低处理成本。 附图说明 [0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。 [0028] 图1为本发明的结构示意图； [0029] 图2为图1A‑A剖视图； [0030] 图3为本发明的三相分离释放器的结构示意图； [0031] 图4为图3B‑B剖视图； [0032] 图5为本发明的除油悬器的结构示意图； [0033] 图6为本发明的除油悬器的俯视图结构示意图； [0034] 图中：1‑第一壳体；2‑进料管线；3‑第一固定钢板；4‑除油悬器；5‑循环泵；6‑第二固定钢板；7‑三相分离释放器；8‑过滤网；9‑油气界面传感器；10‑外输压缩机；11‑外输气管；12‑第一压力传感器；13‑ 外输油泵；14‑外输油管线；140‑内接油管；15‑注水泵；16‑外输水管线；160‑内接水管；17‑自动排污阀； 18‑泥沙外排管线；19‑泥沙聚集槽；20‑管线；200‑取水管线；21‑第二壳体；211‑进液管线；22‑变径释放管；23‑油气水分离室；24‑采出液缓存管；25‑筒体；26‑固定柱；27‑异形聚结片；28‑第二压力传感器； 29‑循环管线；290‑进水管线。 具体实施方式[0035] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0036] 下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。在本发明的描述中， 需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“竖向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描 述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。 [0037] 在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。 [0038] 下面结合附图对本发明做进一步说明。 [0039] 实施例1：根据图1至图6所示的一种用于油田采出液的三相立式快速处理装置，其包括立式的第一壳体1，所述第一壳体1上方设有圆形的封头，所述第一壳体1的底部设有泥 沙聚集槽19，所述第一壳体 1内从上到下依次设有过滤网8、三相分离释放器7、若干个均匀 排布的除油悬器4； [0040] 所述封头顶部中心位置设有出气口a，所述出气口a与外输气管11连接，所述第一壳体1的中上部设有出油口d； [0041] 所述出油口d与外输油管线14连接，所述出油口d位于过滤网8与除油悬器4之间； [0042] 所述第一壳体1上设有进料口f，所述第一壳体1的壳腔内设有进料口f，所述进料口f位于除油悬器4的下方，所述进料口f与进料管线2连接，所述第一壳体1的壳腔内设有与 所述进料口f相连接的进液管线211，所述进液管线211的另一端与所述三相分离释放器7的 进口连接； [0043] 所述第一壳体1的下方设有出水口h、进水口g，所述进水口g位于所述出水口h上方，所述出水口h、进水口g位于泥沙聚集槽19与除油悬器4之间；所述出水口h通过管线20与 循环泵5入口相连接，所述第一壳体1的壳腔内设有与所述出水口h相连接的取水管线200， 所述循环泵5出口通过循环管线29与进水口g相连接；所述第一壳体1的壳腔内设有与所述 进水口g相连接的进水管线290，所述进水管线290 的另一端与所述进液管线211相连接，以 此设计可实现通过循环泵5的连续工作使含油悬污水经除油悬单元上的除油悬器4之上下 反复碰撞摩擦聚结等悬浮物偶极化运动，实现快速破乳除悬达到净水的目的。 [0044] 所述第一壳体1在位于所述除油悬器4与泥沙聚集槽19之间设有取水口e，所述取水口e与所述外输水管线16相连接； [0045] 所述泥沙聚集槽19的底部设有与所述泥沙外排管线18相连接的泥沙外排口i。 [0046] 所述的外输气管11的另一端与外输压缩机10相连，所述的外输油管线14的另一端与外输油泵13进口相连接；所述外输压缩机10为变频压缩机，所述外输油泵13为变频油泵。 [0048] 所述进水管线290与循环管线29为同一管线，所述进液管线211与进料管线2为同一管线，所述管线20与取水管线200为同一管线，所述内接水管160和16外输水管线为同一 管线。 [0049] 所述三相分离释放器7包括第二壳体21、变径释放管22、油气水分离室23以及采出液缓存管24,所述变径释放管22安装在所述采出液缓存管24上，所述变径释放管22从采出 液缓存管24始到其另一端其内径由小变大。 [0050] 在具体实施时，所述变径释放管22的数量一般在8至12个，其三相介质流速v范围一般控制在每秒 8至10米，有利于微气泡粒径变小和数量增多。当采出液流量Q和变径释放 管数量n为定值后，其流速V 值一般通过计算变径管Φ0来实现的。三相分离释放器7中设有 的油气水分离室23，其有效容积按三相介质分离所需要的时间来考虑，一般需要5秒种分离 时间来设计分离室的容量。三相分离释放器7的油气水是由进料管线2经进料口f与管线20 所提供的。 [0051] 所述除油悬器4包括筒体25、位于所述筒体25中心的固定柱26、异形聚结片27，所述固定柱26为圆形棒体或管体，所述异形聚结片27为喷砂后的钢板采用折叠机加工而成。 [0052] 所述除油悬器4为竖式放置，其下端穿过圆形的多孔第一固定钢板3所对应的通孔并固定，其上端穿过圆形的多孔第二固定钢板6所对应的通孔并固定，所述第一固定钢板3 和第二固定钢板6分别连接在所述第一壳体1内壁上。 [0053] 在具体实施时，异形聚结片27一般分为三组均布在筒体25和固定柱26之间，固定柱26一般选用的圆形不锈钢棒体或管体，异形聚结片27一般厚度选2‑3毫米不锈钢板经喷 砂后折叠机加而成，经喷砂形成的凹凸状增加了破解水包油和悬浮物接触的比表面积，有 利于除油悬聚结速度。 [0054] 所述封头上设有油气界面传感器9、用来检测第一壳体1顶部气相压力的第一压力传感器12，位于所述第一壳体1外的所述进料管线2上安装有用来检测管腔内物料压力的第 二压力传感器28，所述油气界面传感器9探头向第一壳体1内延伸200厘米，可以准确检测到 气液两相界面高度和油相缓存厚度(比如原油)所述第一压力传感器12的探头向第一壳体1 内延伸30厘米，距出气口距离远些，防止出气口排气时的气压干扰仪表检测精度。 [0055] 所述第一壳体1的壳腔内设有与出油口d相连接的内接油管140，所述内接油管140的另一端为收油口，所述收油口垂直高度一般设在油相厚度中间层位置，且内接油管管径 一般设在Φ200厘米左右，有利于降低油相输出含水率。 [0056] 所述外输水管线16的另一端与注水泵15的进口相连接，所述第一壳体1的壳腔内设有与所述取水口 e相连接的内接水管160。 [0057] 所述外排管线18上安装有自动排污阀17。 [0058] 本发明中，所述封头至过滤网8之间为A区，即为天然气聚集区，所述过滤网8至分离释放器7之间为B区，即为原油聚结区，所述三相分离释放器7位于B区的中下部，所述三相 分离器7下方至循环泵5 之间为C区，即为破乳除悬区，所述取水管线200位于壳体内的一端 与所述与泥沙聚集槽19之间为D区，即为清水区。 [0059] 在具体实施时，本发明的各部件的材料一般为不锈钢(如304L或316L),部件之间的一般采用焊接方式进行连接。 [0060] 本发明的处理的具体方法为： [0061] 将压力为(0.25‑0.5MPa)的采出液(油气水等)多相混合物经进料管线2通过进料口f再经进液管线211流入三相分离释放器7，通过三相分离释放器7内设有的8‑12个变径释 放管22将压缩的气相物质 (比如天然气)连带液相物质(比如原油和水)快速喷射出并与三 相分离释放器7的第二壳体21内壁发生碰撞，实现多相物质秒级分离，被瞬间常压释放的气 相物质产生出无数微纳米级粒径的小气泡，这些微小气泡粘粘携带液相中2个微米粒径以 上的油滴及其大颗粒石蜡沥青等有机悬浮物迅速上浮并聚结在B区 (比如原油聚结区)，小 气泡到达B区破裂分离出的气体经气过滤网8上浮到A区(比如天然气聚集区)，被分离出的 水相中包括2个微米粒径以下的乳化溶解油滴(水包油)及其石蜡沥青等大颗粒有机悬浮物 进入C区(破乳除悬单元区)，在C区均布数组除油悬器4，每个除油悬器4可独立工作，当含油 悬水进入除油悬器4时在循环泵5的动力作用下，微小的乳化油滴以一定的速度从上至下在 异形聚结片27的表面上做碰撞摩擦运动，从而迅速打开水包油或油包水的表面张力，使微 小的油滴被释放出来并聚结成较大的油滴从水中分离出来。同理水中所含的石蜡沥青等大 颗粒有机悬浮物在除油悬器4内的异形聚结片27表面上反复碰撞摩擦使每个微小颗粒带上 正负电荷，再经带电荷粒子偶极化聚结运动，聚结成较大的悬浮物，将水中已聚结的粒径大 于2个微米的大油滴及其悬浮物通过取水管线200经循环泵输送至第一壳体1内并与进液管 线211混合后再次输送到三相分离释放器7，经三相分离释放器7分离出的油气水多相，其中 分离出的水相中粒径小于2个微米含油悬水又进入C区，经除油悬器4处理后再与进液管线 211混合送至三相分离释放器7，达到了循环运动除油悬的目的。被C区(破乳除悬单元区)清 除的油和悬浮物后，水相下沉至D区(清水缓存区)，而少量的泥沙等无机物在重力的作用下 自然沉降至第一壳体1内腔底部的泥沙聚集槽19内。 [0062] 本发明在具体实施时，第一壳体1内A区气相(比如天然气)物质通过与出气口a相连接的外输气管 11相连接的变频外输压缩机10密闭输送至远端(比如天然气处理厂)，同 时第一壳体1的内腔气压保持在常压状态，由安装在封头顶部的第一压力传感器12检测的 实时数据自动控制变频外输压缩机10的转速来联锁实现的。装置内B区(比如原油聚结区) 原油物质通过连接在油出口d的外输油管线14相连接的变频外输油泵13密闭输送至远端 (炼油厂进行深加工)，同时第一壳体1的壳腔油厚保持在0.3米‑0.5 米，由安装在装置内的 油气界面传感器9检测的实时数据自动控制变频外输油泵13的转速来实现的。被C 区(破乳 除悬单元区)清除的油和悬浮物的水相缓存至D区(清水区)，同时C区(破乳除油悬区)各除 油悬器4的效率与水流体运动速度和流量相关，增加或减小其内流体流速可通过设定变频 循环泵5的转速来实现的。装置内D区(比如清水区)清水通过第一壳体1与取水口e连接的外 输水管线16相连接的变频注水泵15密闭输送至远端(比如注水井)注水采油循环利用。同时 第一壳体1的壳腔内油气界面距封头顶部一般保持在1米‑1.2米，由安装在第一壳体1的封 头顶部外的油气界面传感器9检测的实时数据自动控制变频注水泵15的转速来实现的。泥 沙聚集槽19中的干净泥砂通过装置底部的泥沙外排管线18所连接的电动自动排污阀17定 时自动排出。 [0063] 以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术 人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相 似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。 |
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