申请日2018.08.22
公开(公告)日2018.12.11
IPC分类号E21B43/34
摘要
本发明公开了一种井口采出物的分水系统及其分水处理方法，特点是包括依次连接的柱状旋流分离器、高效卧式分离器、水力旋流器和气浮罐，气浮罐内设置的收油筒连接至排污汇管，气浮罐的底部水相出口连接至外海或井口注水入口;柱状旋流分离器的顶部气相出口通过气体过滤器与气体注入器的气源注入口连接，气体注入器的微气泡溶气水出口与纳米级微气泡制备器连接，纳米级微气泡制备器的顶部纳米级微气泡溶气水出口与气浮罐的上部进口连接，纳米级微气泡制备器的底部出水口与气浮罐的下部进口连接，气浮罐的底部通过循环泵与气体注入器的底部进水口连接，优点是实现井口采出物直接分水并达标排放，且分水后的油气产品可直接回到原外输管路中。
权利要求书
1.一种井口采出物的分水系统，其特征在于：包括柱状旋流分离器、高效卧式分离器、水力旋流器、气浮罐、气体过滤器、气体注入器和纳米级微气泡制备器，所述的柱状旋流分离器的中部设置有井口采出物入口管，所述的柱状旋流分离器的底部液相出口与所述的高效卧式分离器的底部液相进口连接;所述的高效卧式分离器的顶部油相出口连接至用于原油外输的外输管线，所述的高效卧式分离器的底部水相出口与所述的水力旋流器的切向入口连接;所述的水力旋流器的油相出口连接至所述的排污汇管，所述的水力旋流器的尾部水相出口与所述的气浮罐的中部水相进口连接，所述的气浮罐内设置有收油筒，所述的收油筒的油相出口连接至排污汇管，所述的气浮罐的底部水相出口连接至外海或井口注水入口;
所述的柱状旋流分离器的顶部气相出口通过所述的气体过滤器与所述的气体注入器的气源注入口连接，所述的气体注入器的顶部微气泡溶气水出口与所述的纳米级微气泡制备器连接，所述的纳米级微气泡制备器的顶部纳米级微气泡溶气水出口与所述的气浮罐的上部进口连接，所述的纳米级微气泡制备器的底部出水口与所述的气浮罐的下部进口连接，所述的气浮罐的底部通过循环泵与所述的气体注入器的底部进水口连接。
2.根据权利要求1所述的一种井口采出物的分水系统，其特征在于：所述的柱状旋流分离器的顶部气相出口还连接至所述的外输管线，所述的外输管线上设置有柱状旋流分离器气相出口调节阀，所述的柱状旋流分离器内的捕雾器内件通过柱状旋流分离器液位变送器与所述的柱状旋流分离器气相出口调节阀连接;所述的柱状旋流分离器通过柱状旋流分离器顶安全阀连接至安全泄放汇管，所述的井口采出物入口管斜向设置。
3.根据权利要求1所述的一种井口采出物的分水系统，其特征在于：所述的高效卧式分离器的底部水相出口与所述的水力旋流器的切向入口之间的连接管线上设置有高效卧式分离器水相出口调节阀，所述的高效卧式分离器通过高效卧式分离器液位变送器与所述的高效卧式分离器水相出口调节阀连接。
4.根据权利要求3所述的一种井口采出物的分水系统，其特征在于：所述的高效卧式分离器内进口端位置依次设置有用于使流态稳定的整流内件和用于油水分离的聚结填料内件。
5.根据权利要求1所述的一种井口采出物的分水系统，其特征在于：所述的水力旋流器的油相出口与所述的排污汇管之间的连接管线上水力旋流器油相出口调节阀，所述的水力旋流器的切向入口与所述的水力旋流器的油相出口之间的连接管线上设置有油差压变送器，所述的水力旋流器的切向入口与所述的水力旋流器的水相出口之间的连接管线上设置有水差压变送器，所述的油差压变送器和所述的水差压变松器分别通过差压控制器与所述的水力旋流器油相出口调节阀连接;所述的水力旋流器通过水力旋流器顶安全阀连接至所述的安全泄放汇管。
6.根据权利要求1所述的一种井口采出物的分水系统，其特征在于：所述的气体过滤器与所述的气体注入器之间的连接管线上依次设置气源流量计和气源流量调节阀，所述的气源流量计通过流量控制器控制所述的气源流量调节阀。
7.根据权利要求6所述的一种井口采出物的分水系统，其特征在于：所述的收油筒的油相出口与所述的排污汇管之间的连接管线上设置有气浮罐油相出口调节阀，所述的收油筒通过气浮罐油相控制器与所述的气浮罐油相出口调节阀连接;所述的气浮罐的底部水相出口处设置有气浮罐水相出口调节阀，所述的气浮罐通过气浮罐水相控制器与所述的气浮罐水相出口调节阀连接;所述的气浮罐通过气浮罐顶安全阀连接至所述的安全泄放汇管，所述的排污汇管连接至所述的安全泄放汇管。
8.根据权利要求7所述的一种井口采出物的分水系统，其特征在于：所述的气浮罐的顶部放气口通过欠压补气阀与所述的气体过滤器连接，所述的气浮罐的顶部放气口还通过欠压补气阀与所述的安全泄放汇管连接。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的分水系统对井口采出物进行分水处理的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将油气水三相井口采出物经井口采出物入口管送入柱状旋流分离器内，将柱状旋流分离器内温度控制为60-99℃、压力控制为1.1-35MPaG，同时在旋流作用下，离心力、重力和浮力形成一个倒圆锥型的涡流面，密度大的液相沿铅垂管道的管壁流到柱状旋流式分离器底部，密度小的气相沿涡旋的中央上升至涡面并流至柱状旋流分离器顶部，经分离的气相直接作为气浮罐的气源;
(2)将步骤(1)得到的液相从柱状旋流分离器的下部液相出口送入高效卧式分离器内，同时送入的液相依次流经整流内件和聚结填料内件，使得油滴作为分散相从连续相水中分离出来，得到带少量气的油相和带少量油的水相，将油相从高效卧式分离器的顶部油相出口排出至外输管线，将水相通过高效卧式分离器水相出口调节阀控制得到含油量为500-1000ppm的水相经高效卧式分离器的水相出口排出;
(3)将步骤(2)得到的含油量为500-1000ppm的水相经水力旋流器的切向入口送入水力旋流器内，将水力旋流器的进出口压差控制为300-500kPaG，油水密度差控制为>50kg/m3，压差比控制为1.2-2.5，密度较重的水相沿着水力旋流器的管壁流动至其尾部，并经水力旋流器的尾部水相出口排出，而在回压作用下，低压油芯与水呈逆向流动，油相经水力旋流器进口端壁中心处的油相出口排至排污汇管;
(4)将步骤(3)得到的水相经气浮罐的中部进水口进入气浮罐后，将气浮罐压力控制为0-200kPaG，并控制循环泵从气浮罐的底部抽取水流，加压至450-600kPaG后送入气体注入器中，同时气体过滤器将柱状旋流分离器分离出的压力为600-800kPaG的气体过滤后，送入气体注入器中与循环泵抽取的回流水反应产生微气泡溶气水，将微气泡溶气水送入纳米级微气泡制备器中，将纳米级微气泡制备器内压力控制为450-650kPaG，微气泡溶气水筛选制成富含粒径细腻、均匀的纳米级微气泡溶气水，然后将纳米级微气泡溶气水引入气浮罐的旋流混合区，与经气浮罐的中部进水口进入的来液中的油滴发生粘附，形成油气聚集物，油气聚集物快速上浮，在液面形成浮油，待浮油膜增厚后，通过溢流进入收油筒，分离得到的油相排出至外输管线，分离得到的含油浓度为10-15ppm的水向下运动，从气浮罐的底部出水至外海或井口注水入口，即完成井口采出物的分水处理。
10.根据权利要求9所述的一种井口采出物的分水处理方法，其特征在于：步骤(4)中所述的气体注入器的注气量与回流水量体积之比控制为(0.6-1):10。
说明书
一种井口采出物的分水系统及分水处理方法
技术领域
本发明涉及一种井口采出物的分水系统及分水处理方法。
背景技术
油气田在开采过程中，随着开采年限的增加，井口采出物中的水含量大幅度提高，使得井口设备的产能不足，而该部分水在采出后通常直接进入油气水三相分离系统，从而导致油气水三相分离效果变差。由于采出水量的存在，对沿程设备的经济投入相对较大，如不能在井口处将其中的部分水分出，后端设备的经济投入大，产出低，因此，亟需对井口采出物首先进行分水处理，并达到排海指标要求30ppm。现有的井口采出物的分水处理方法有多种，比如“传统三相分离器+水力旋流器+聚结除油器”，由于未进行气液分离预处理，导致三相分离器占地面积大，且分水率低，后接聚结除油器其占地面积比紧凑式气浮大，靠聚结填料分离除油效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种油水分离效率高，能实现井口采出物直接分水并达标排放，且分水后的油气产品可直接回到原外输管路中的井口采出物的分水系统及分水处理方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种井口采出物的分水系统，包括柱状旋流分离器、高效卧式分离器、水力旋流器、气浮罐、气体过滤器、气体注入器和纳米级微气泡制备器，所述的柱状旋流分离器的中部设置有井口采出物入口管，所述的柱状旋流分离器的底部液相出口与所述的高效卧式分离器的底部液相进口连接;所述的高效卧式分离器的顶部油相出口连接至用于原油外输的外输管线，所述的高效卧式分离器的底部水相出口与所述的水力旋流器的切向入口连接;所述的水力旋流器的油相出口连接至所述的排污汇管，所述的水力旋流器的尾部水相出口与所述的气浮罐的中部水相进口连接，所述的气浮罐内设置有收油筒，所述的收油筒的油相出口连接至排污汇管，所述的气浮罐的底部水相出口连接至外海或井口注水入口;
所述的柱状旋流分离器的顶部气相出口通过所述的气体过滤器与所述的气体注入器的气源注入口连接，所述的气体注入器的顶部微气泡溶气水出口与所述的纳米级微气泡制备器连接，所述的纳米级微气泡制备器的顶部纳米级微气泡溶气水出口与所述的气浮罐的上部进口连接，所述的纳米级微气泡制备器的底部出水口与所述的气浮罐的下部进口连接，所述的气浮罐的底部通过循环泵与所述的气体注入器的底部进水口连接。
所述的柱状旋流分离器的顶部气相出口还连接至所述的外输管线，所述的外输管线上设置有柱状旋流分离器气相出口调节阀，所述的柱状旋流分离器内的捕雾器内件通过柱状旋流分离器液位变送器与所述的柱状旋流分离器气相出口调节阀连接;所述的柱状旋流分离器通过柱状旋流分离器顶安全阀连接至安全泄放汇管，所述的井口采出物入口管斜向设置。通过液位连锁控制，保证了进入卧式高效分离器进行油水分离的液相容积由原来的50%左右提高到了95%以上，同时，对平衡设备压力，稳定流态，消除沉淀，消泡吸能也有一定的作用。
所述的高效卧式分离器的底部水相出口与所述的水力旋流器的切向入口之间的连接管线上设置有高效卧式分离器水相出口调节阀，所述的高效卧式分离器通过高效卧式分离器液位变送器与所述的高效卧式分离器水相出口调节阀连接。液相通过调节阀控制，实现水相出口含油量在500-1000ppm左右，大大降低了后续水力旋流器及气浮罐去油的难度。
所述的高效卧式分离器内进口端位置依次设置有用于使流态稳定的整流内件和用于油水分离的聚结填料内件。变传统分离器的“原油脱水”为“水中除油”，水作为连续相，使得油滴作为分散相从连续相中分离出来，油水混合物在水洗室里进行碰撞、磨擦、翻滚和搅拌等作用，一方面进行水洗强化破乳，使大部分游离水从原油中快速分出;另一方面原油从油水界面处沿分离器截面上流动的流速减慢，为原油中较小粒径的水滴沉降创造了有利条件。
所述的水力旋流器的油相出口与所述的排污汇管之间的连接管线上水力旋流器油相出口调节阀，所述的水力旋流器的切向入口与所述的水力旋流器的油相出口之间的连接管线上设置有油差压变送器，所述的水力旋流器的切向入口与所述的水力旋流器的水相出口之间的连接管线上设置有水差压变送器，所述的油差压变送器和所述的水差压变松器分别通过差压控制器与所述的水力旋流器油相出口调节阀连接;所述的水力旋流器通过水力旋流器顶安全阀连接至所述的安全泄放汇管。通过油水两相的差压值之比来控制调节阀阀门开度，通过控制比值大小，实现油水最佳分离效果。
所述的气体过滤器与所述的气体注入器之间的连接管线上依次设置气源流量计和气源流量调节阀，所述的气源流量计通过流量控制器控制所述的气源流量调节阀。气体注入器的气体注入量由气源流量调节阀控制，注气量与回流水量体积之比控制在0.6-1:10。
所述的收油筒的油相出口与所述的排污汇管之间的连接管线上设置有气浮罐油相出口调节阀，所述的收油筒通过气浮罐油相控制器与所述的气浮罐油相出口调节阀连接;所述的气浮罐的底部水相出口处设置有气浮罐水相出口调节阀，所述的气浮罐通过气浮罐水相控制器与所述的气浮罐水相出口调节阀连接;所述的气浮罐通过气浮罐顶安全阀连接至所述的安全泄放汇管，所述的排污汇管连接至所述的安全泄放汇管。
所述的气浮罐的顶部放气口通过欠压补气阀与所述的气体过滤器连接，所述的气浮罐的顶部放气口还通过欠压补气阀与所述的安全泄放汇管连接。为保持气浮罐的带压稳定工作，罐体顶部设欠压补气阀和过压排气阀。当罐体工作压力过低时，欠压补气阀打开补气;当罐体压力过高时，过压排气阀打开排气。
一种利用上述分水系统对井口采出物进行分水处理的方法，包括以下步骤：
(1)将油气水三相井口采出物经井口采出物入口管送入柱状旋流分离器内，将柱状旋流分离器内温度控制为60-99℃、压力控制为1.1-35MPaG，同时在旋流作用下，离心力、重力和浮力形成一个倒圆锥型的涡流面，密度大的液相沿铅垂管道的管壁流到柱状旋流式分离器底部，密度小的气相沿涡旋的中央上升至涡面并流至柱状旋流分离器顶部，经分离的气相直接作为气浮罐的气源;经过柱状旋流分离器的高效分离，最终气相和液相分别从分离器的顶部和底部排出，通过预处理可实现99%的气液分离;
(2)将步骤(1)得到的液相从柱状旋流分离器的下部液相出口送入高效卧式分离器内，同时送入的液相依次流经整流内件和聚结填料内件，使得油滴作为分散相从连续相水中分离出来，得到带少量气的油相和带少量油的水相，将油相从高效卧式分离器的顶部油相出口排出至外输管线，将水相通过高效卧式分离器水相出口调节阀控制得到含油量为500-1000ppm的水相经高效卧式分离器的水相出口排出;大大降低了后续水力旋流器及紧凑式气浮的难度;
(3)将步骤(2)得到的含油量为500-1000ppm的水相经水力旋流器的切向入口送入水力旋流器内，将水力旋流器的进出口压差控制为300-500kPaG，油水密度差控制为>50kg/m3，压差比控制为1.2-2.5，密度较重的水相沿着水力旋流器的管壁流动至其尾部，并经水力旋流器的尾部水相出口排出，而在回压作用下，低压油芯与水呈逆向流动，油相经水力旋流器进口端壁中心处的油相出口排至排污汇管;水力旋流器利用油水密度差，在油水发生旋转时受到不同大小离心力作用而实现油水分离，水力旋流器采用PDR自动控制系统，压差比PDR的选择值是水力旋流器性能的关键，压差比=(进口压力-油相出口压力)/(进口压力-水相出口压力)，入口含油浓度越高相应增加PDR值;
(4)将步骤(3)得到的水相经气浮罐的中部进水口进入气浮罐后，将气浮罐压力控制为0-200kPaG，并控制循环泵从气浮罐的底部抽取水流，加压至450-600kPaG后送入气体注入器中，同时气体过滤器将柱状旋流分离器分离出的压力为600-800kPaG的气体过滤后，送入气体注入器中与循环泵抽取的回流水反应产生微气泡溶气水，将微气泡溶气水送入纳米级微气泡制备器中，将纳米级微气泡制备器内压力控制为450-650kPaG，微气泡溶气水筛选制成富含粒径细腻、均匀的纳米级微气泡溶气水，然后将纳米级微气泡溶气水引入气浮罐的旋流混合区，与经气浮罐的中部进水口进入的来液中的油滴发生粘附，形成油气聚集物，油气聚集物快速上浮，在液面形成浮油，待浮油膜增厚后，通过溢流进入收油筒，分离得到的油相排出至外输管线，分离得到的含油浓度为10-15ppm的水向下运动，从气浮罐的底部出水至外海或井口注水入口，即完成井口采出物的分水处理。运行压力降低，存于带压液体中的游离气将以微小气泡的形式从液体中溢出，大量的微小气泡从液体中溢出后，在旋流混合区与来液中的油滴发生粘附，形成油气聚集物。
10、根据权利要求9所述的一种井口采出物的分水处理方法，其特征在于：步骤(4)中所述的气体注入器的注气量与回流水量体积之比控制为(0.6-1):10。
与现有技术相比，本发明的优点在于
1、高效：脱水质量高，柱状旋流分离器和高效卧式分离器能够实现高含水原油经该处理即达合格净化油标准，污水含油500-1000ppm;整个系统油水分离效率高，对于高浓度的含油污水，除油率可达97%以上;
2、处理能力大，操作范围宽，是传统分离器的2-3倍;缓冲系数大，通过柱状旋流分离器预处理后，段塞流消除能力强，极大缓冲来料波动;
3、溶气水含量高，紧凑式气浮采用独有的气泡粉碎、切割技术，产生过饱和微气泡溶气水含量高且粒径均匀细腻;
4、处理负荷大，紧凑式气浮的表面负荷最高可达60m3/m2﹒h，回流水量小，从而缩小占地面积和空间体积;
5、节能：循环泵不需要外部提供气源，可直接引用柱状旋流分离器来的气相作为紧凑式气浮的气源，整体设备无需加热，循环泵、调节阀能耗低;通过本发明专利设备处理后，后端工艺系统负荷大幅度降低，避免了在输送过程中的能耗;
6、减排：处理后井口采出物含水大幅度降低，为传统工艺的1/2-1/3以下。
综上所述，本发明一种井口采出物的分水系统及其分水处理方法，采用先进的柱状旋流分离器和卧式高效分离器，再通过水力旋流器及紧凑式气浮，脱去原油中的部分水，并粗分气液两相，使井口采出物中的水含量大幅度降低，保证了井口设备的平稳运行，本设备通过高效分离系统，实现井口采出物直接分水，并达标排放，而且分水后的油气产品可直接回到原外输管路中，设备尺寸小，降低了40%-60%后端水处理量，增加了经济效益。
