CN103752047A

CN103752047A - 紧凑型斜式三相分离装置及油田产出液油气水分离处理方法

Info

Publication number: CN103752047A
Application number: CN201410016469.4A
Authority: CN
Inventors: 宋承毅; 张延松
Original assignee: Petrochina Co Ltd; Daqing Oilfield Co Ltd; Daqing Oilfield Engineering Co Ltd
Current assignee: Petrochina Co Ltd; Daqing Oilfield Co Ltd; Daqing Oilfield Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-14
Also published as: CN103752047B

Abstract

本发明紧凑型斜式高效三相分离装置及油田地面工程油气水分离处理方法，装置包括油气水预分离管和斜式容器，其中，预分离管用于气液分离和油水分离，斜式容器由隔板分成水处理室和分离缓冲室，水处理室用于对来自预分离管的含油污水进行二次处理和脱除水中的泥砂，分离缓冲室用于对来自预分离管的低含水原油和天然气进行油气分离，并对油相进行外输缓冲、对气相进行除液，主要解决了现行油气水三相分离器体积庞大、处理效率低、造价高的问题，且能大幅度提高了油水和泥水的分离效率、降低了设备容积和工程投资，实现了在线集排泥。

Description

紧凑型斜式三相分离装置及油田产出液油气水分离处理方法

技术领域：

本发明属于油田地面工程油气水分离处理技术领域，具体涉及一种紧凑型斜式三相分离装置以及应用该装置进行的油田产出液油气水分离处理方法。

背景技术：

目前，油田上广泛采用三相分离器将油井群产出的液相为特高含水原油的气液混合物分离处理成湿天然气、低含水原油和含油污水。特高含水原油含水率为90%以上，要求的出油含水率小于30%、出水含油量小于1000mg/L，该设备主要存在以下问题：

（1）处理效率不高、设备体积庞大、造价高

油田常用三相分离器的最大规格为Ф4×24m（直径4m、长度24m），其总容积为300m³，造价为150万元左右，处理液量为10000m³/d。尽管在容器内部设置了多个聚结填料堆，但当采出液中含泥砂较多时，填料堆将失去原来的润湿特性，并产生泥沙淤积，降低其处理效率。

（2）结构及分离机制不合理

采用单罐结构，采取特高含水油气混合物进入设备后，同时进行气液分离、油水分离的笼统处理机制，仍以从原油中脱除水分的传统脱水理念，对水相占液相总量90%以上的采出液进行油水分离，设备结构和分离机制与被处理的介质特性不相适应。

（3）无在线集排泥功能

被处理的采出液中的泥砂积存在整个设备的底部，无法在线排出，占用设备的有效容积，降低油气水处理能力。

发明内容：

本发明根据液相为特高含水原油采出液的气液比低及水相含量高的特点，建立全新的油气水分离机制，克服现有设备的不足，构建出体积小、处理效率高、造价低的油气水三相分离装置及相关工艺。

因此，本发明的目的是提供一种紧凑型斜式高效三相分离装置以及油田产出液油气水分离处理方法。

本发明技术方案包括：

一种斜式三相分离装置，包括水平放置的U型预分离管和倾斜放置的斜式容器；所述U型预分离管中设置有窄间距翼形板组合体和堰板，所述U型预分离管通过引水管和引油气管连接所述斜式容器；所述斜式容器由隔板分成油气分离缓冲室和水处理室，引水管经缓流槽与水处理室连通，引油气管与油气分离缓冲室连通，油气分离缓冲室上设置有出油口和导气管，水处理室内设置有宽间距翼形板组合体，水处理室上设置溢油管、收泥包、泥砂出口、出水口。

所述窄间距翼形板组合体以占据部分预分离管横截面、占据部分预分离管容积的形式，沿长度方向一致原则设置在管里面；宽间距翼形板组合体以占满斜式容器横截面、占据部分容器容积的形式，沿长度方向一致原则设置在容器里面。

所述窄间距翼形板组合体和宽间距翼形板组合体，都是由多层两翼对开式翼形板以一定间距上、下平行叠设而成，每一个两翼对开式翼形板都是一个横截面近似“V”形、下部开口的板子，由两个单侧板组成，每个单侧板是由翼尾折板、侧翼板和导泥板以一定角度连接构成有三个板面的折面板。

多层两翼对开式翼形板叠设成组合体时，位于下层的翼尾折板的长度需延伸超过位于上层的翼尾折板的折弯点处，并与该折弯点保持一定间隙；而位于上层的导泥板则向下延伸超过下层导泥板的折弯点处，并与该折弯点保持一定间隙。

所述U型预分离管包括了顺接的预分离管一级管段和预分离管二级管段，预分离管一级管段一端为油气水入口端，入口端连接分气装置，分气装置直通预分离管二级管段中；按液流方向，窄间距翼形板组合体位于堰板之前，两者的顶部标高一致且低于预分离管二级管段内顶壁；引水管连通在窄间距翼形板组合体与堰板之间的预分离管二级管段的底部；引油气管连通在堰板之后的预分离管二级管段的底部；溢油管从斜式容器的顶部延伸到预分离管二级管段的内部，位于窄间距翼形板组合体之前，且管口高于堰板顶部。

所述分气装置，包括：分气管、分气包、引气管、减速管，分气管连通在预分离管一级管段的入口端和分气包之间，分气包底部连通在预分离管一级管段的管顶处，分气包顶部通过引气管连接到减速管，减速管连通到预分离管二级管段的顶部。

从预分离管一级管段到预分离管二级管段管径逐渐变大。

导气管上连接一双筒捕雾器，双筒捕雾器连接一出气管。

利用所述的斜式三相分离装置进行的油田产出液油气水分离处理方法，包括以下工艺流程：

1）将来自油井群的油气水混合物经油气水入口管段送入预分离管一级管段，即刻分离出天然气，经分气管导入分气包；

2）由分气包分离出来的气体经引气管和减速管进入预分离管二级管段的油气出口端，其余气液混合物在堰板控制的液面下，以油气水分层流动型态进入预分离管，进行气液分离和油水分离，并在预分离管二级管段中经窄间距翼形板组合体作强化油水分离处理；

3）经U型预分离管分出来的合格低含水原油与含液天然气一起越过堰板经引油气管和折流板进入到斜式容器的油气分离缓冲室中进行油气分离：分出的一小部分天然气经位于容器高点处的导气管导入双筒捕雾器入口端，与其余天然气一起经强化捕雾、除去液滴后，由气出口排至后续的天然气除油器，留下的脱气低含水油经缓冲后由出油口排至后续的外输油泵；

4）由预分离管二级管段分出的含油污水经引水管进入缓流槽降低流速后，进入水处理室，经宽间距翼形板组合体作强化油水分离和泥水分离：分出的油经溢油管进入预分离管二级管段中的油相；分出的低含油污水经出水口排至后续的污水沉降罐；分出的泥砂从宽间距翼形板组合体的上板面滑脱到斜式容器的底部，并滑脱至收泥包中。

采用本发明方案，来自油井群的液相含水90%以上的特高含水油气水混合物进入预分离管一级管段并分出大部分游离气后，以分层流型进行三相分离，而后进入预分离管二级管段进行强化油水分离处理，分后达到合格的低含水油进入油气分离缓冲室外输，分出的含油污水进入水处理室进行强化油水和泥水分离处理后，排出合格水和含油泥砂。解决了现行油气水三相分离器体积庞大、处理效率低、造价高的问题。还有，本发明装置采取二级处理工艺，主体容器倾斜设置，并在预分离管和水处理室中布设了新型高效分离构件—两翼对开式翼形板体，大幅度提高了油水和泥水的分离效率、降低了设备容积和工程投资，实现了在线集排泥。

附图说明：

图1为本发明装置U型预分离管和斜式容器结构剖视图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的A向视图。

图4为本发明装置中翼形板组合体与预分离管二级管段位置图。

图5A本发明装置中翼形板结构示意图。

图5B为本发明装置中翼形板组合体构成示意图。

图中标号：

1.油气水入口管段2.分气管3.分气包4.引气管5.预分离管一级管段6.预分离管二级管段7.溢油管8.双筒捕雾器9.气出口10.导气管11.窄间距翼形板体12.堰板13.减速管14.引水管15.引油气管16.折流板17.油气分离缓冲室18.缓流槽19.出油口20.隔板21.水处理室22.收泥包23.泥砂出口24.出水口25.宽间距翼形板体26.斜式容器111.翼尾折板112.侧翼板113.导泥板

具体实施方式：

结合附图1-图3所示，本发明提供的这种紧凑型斜式三相分离装置，包括了U型预分离管和斜式容器两部分。

其中，U型预分离管部分水平设置，位于斜式容器的上部，包括预分离管一级管段5和预分离管二级管段6，从预分离管一级管段5到预分离管二级管段6管径逐渐变大。预分离管一级管段5一端作为入口连通油气水入口管段1，另一端通过U形管连通预分离管二级管段6。分气管2起始端连通于预分离管一级管段5的入口端，终止端连通于分气包3，位于入口1之后、分气包3之前。分气包3底部连接在预分离管一级管段5的管顶处，与该管段内部和分气管2连通；顶部通过引气管4连接到减速管13。减速管13的连通在预分离管二级管段6的顶部。

堰板12立设于预分离管二级管段6的内底部，位于靠近预分离管二级管段6末端的位置，堰板12顶部与预分离管二级管段6内顶部之间留有一定间隙。窄间距翼形板组合体11以占据预分离管二级管段6部分容积的形式，沿长度方向一致的原则水平填充在预分离管二级管段6之中，窄间距翼形板组合体11的横截面小于预分离管二级管段6的横截面，在窄间距翼形板组合体11顶部与预分离管二级管段6的内顶壁之间留有一定间隙（参见图4）。按液流方向，窄间距翼形板组合体11位于堰板12之前，并与堰板12保持一定水平距离，窄间距翼形板组合体11的顶部标高与堰板12的顶部标高一致；引水管14连通在窄间距翼形板组合体11与堰板12之间的预分离管二级管段6的底部；引油气管15连通在堰板12之后的预分离管二级管段6的底部；溢油管7从斜式容器26的顶部延伸到预分离管二级管段6的内部（具体说是从斜式容器26中水处理室21的顶部延伸到预分离管二级管段6的内部），位于窄间距翼形板组合体11之前，且管口高于堰板12顶部。

堰板12、窄间距翼形板组合体11靠近预分离管二级管段6的末端，溢油管7大约位于预分离管二级管段6的中间部位。

如图A和图5B所示，窄间距翼形板组合体11，是由多层两翼对开式翼形板以一定间距上、下平行叠设而成。两翼对开式翼形板由两个单侧板组成，每个单侧板由翼尾折板111、侧翼板112和导泥板113以一定角度连接构成一个有三个板面的折面板（参见图5A），将两个折面板以一定角度对称连接，就形成了横截面近似“V”形、但下部开口而不对接的两翼对开式翼形板。

由多层两翼对开式翼形板叠设成窄间距翼形板组合体11时，位于下层的两翼对开式翼形板的翼尾折板的长度需延伸到超过位于上层的翼尾折板的折弯点处，并与该折弯点保持一定间隙；而位于上层的两翼对开式翼形板的导泥板则向下延伸到超过下层导泥板的折弯点处，并与该折弯点保持一定间隙。这样设计的目的是，当含油气水采出液流过翼形板组合体时，轻型介质（气体）既可以通过上、下层翼尾折板的夹缝向上反流，重型介质（泥砂）也可以通过上层导泥板，向下流动。

斜式容器部分的结构形式为：斜式容器26置于U型预分离管下方，以一定倾斜角度放置。源自U型预分离管的引水管14，下端自斜式容器26的高端引入；同时，源自U型预分离管的引油气管15，下端也自斜式容器26的高端引入，引水管14的引入深度深于引油气管15的引入深度，引水管14引入深度接近于容器的中间部位，引油气管15仅是引入到容器的端部。溢油管7从斜式容器26的顶部延伸到预分离管二级管段6的内部（具体说是从斜式容器26中水处理室21的顶部延伸到预分离管二级管段6的内部）。

在斜式容器26的内部，设置一隔板20，靠近1/2容器长度的位置，将斜式容器26内部分割为油气分离缓冲室17和水处理室21两个封闭空间，其中，油气分离缓冲室17位于斜式容器26的高端，水处理室21位于斜式容器26的低端。

引水管14从油气分离缓冲室17容器封头的上部斜向下与位于隔板20中心的缓流槽18连接并与水处理室21连通。引油气管15从靠近油气分离缓冲室17容器封头中心的位置进入油气分离缓冲室17。折流板16正对着引油气管15的端口并保持一定间距设置。出油口19连接于油气分离缓冲室17的底部，靠近隔板20。双筒捕雾器8连接于油气分离缓冲室17的顶部，也靠近隔板20；出气管9设在双筒捕雾器8出口汇管的中间位置。导气管10连接在油气分离缓冲室17与双筒捕雾器8之间，起点位于靠近油气分离缓冲室17封头的顶部，末点接至双筒捕雾器8的入口管处。

在水处理室21内部，设置有宽间距翼形板体25，宽间距翼形板体25以占满容器横截面，容积占为容器部分的形式，也是沿长度方向设在水处理室21内部，前端与隔板20留有一定间距，后端与出水口24留有较大间距。溢油管7连接在水处理室21的顶部，靠近隔板20，并向上延伸到预分离管二级管段6中。收泥包22连接在水处理室21的底部且靠近出水口24进水端口的下方；泥砂出口23设在收泥包22的底部。出水口24设在靠近水处理室21封头的位置，并经一段竖直管道由容器内部引伸到容器外部，管道进水端与容器底部保持一定间距。

宽间距翼形板体25的结构形式与窄间距翼形板体11相似，它与窄间距翼形板体11的区别是：两个单体之间的间距加大，形成大开口的“V”形结构。窄间距翼形板体11和宽间距翼形板体25都为多层设置。

通过上述描述可知，本发明结构具有如下的特点：

（1）建立了二级分离机制

整个装置由油气水预分离管和斜式容器两部分构成，其中，预分离管用于气液分离和油水分离；斜式容器由隔板分成分离缓冲室和水处理室两部分，分离缓冲室用于对来自预分离管的低含水原油和天然气进行油气分离，并对油相进行外输缓冲、对气相进行除液，水处理室用于对来自预分离管的含油污水进行二次处理和脱除水中的泥砂。在预分离管和水处理室中设置了高效油水分离构件—翼形板，提高油水分离效率。该装置具有与常规三相分离器同样的油气水三相分离功能和分后油相外输缓冲、气相除液功能，且处理效率高、可集排泥、结构紧凑。

（2）口径逐渐扩大的U型两级预分离管

一级管段用于对来自入口的气液混合物进行油气水分层流型整流，形成气液分离界面，进行气液分离和油水分离；二级管段内设有多层翼形板体和堰板，用于继续气液分离、加快油水分离进程，并建立与堰板等高度的气液界面和可有效控制的油水界面，聚集分离后的油相和水相。预分离管的主要功能主要有两个：一是分出气体，为油水分离创造条件；二是加快油水分离速度，并使出油含水率达到合格（油中含水率小于30%），使出水含油量不超过3000mg/L，可进入水处理室进一步处理。

（3）预分离管中的层状流型构建技术

在预分离管的入口端的管顶处设置大口径分气包，将分气包的出气管线接至正对预分离管出口端油气出口上部的管顶处，用于将大部分气体从刚刚进入预分离管的气液混合物中分离出来，经油气出口排至油气分离缓冲室中，从而大幅度降低进入预分离管一级和二级管段的气体流速，确保使其中的气液多相流体始终处于油气水分层流动型态下，避免出现波状流、段塞流等剧烈紊动流型，为气液分离、油水分离建立稳定的工况条件。

（4）两级分离管中都内置特殊的对开式翼形板结构，提高分离效率

本发明开发了一种两翼对开式翼形板，将其以一定间距叠放构成多层翼形板组合体，在每两层板之间形成“浅池”空间，当置于特高含水原油采出液之中时，产生“浅池”分离效应，加快油水的分离速度。

（5）斜式容器倾斜放置，提高油水泥分离效率

水处理室主要由多层翼形板体、溢油管、收泥包构成，与斜式容器同倾斜设置，出水口和出泥口位于斜式容器的底部。将由两翼对开式翼形板以一定间距叠放构成的多层翼形板体置于斜式水处理室内，含油污水经该翼形板体“浅池”处理后，依靠油滴浮升作用，进一步除去水中的油滴；依靠重力沉降作用，使水中的泥砂沉落在各层翼形板的倾斜表面，而后滑脱至斜式容器底面，进入收泥包。水处理室的主要功能是：对来自预分离管的含油污水进行油水分离、泥水分离，保障出水合格（水中含油量不超过1000mg/L），并实现泥砂分离、收集与在线排放。

本发明还根据上述装置提供了三相分离的工艺流程：

1）将来自油井群的油气水混合物经油气水入口管段1送入预分离管一级管段5，即刻分离出天然气，经分气管2导入分气包3；

2）由分气包3分离出来的气体经引气管4和减速管13进入预分离管二级管段6的油气出口端，其余气液混合物在堰板12控制的液面下，以油气水分层流动型态进入预分离管5、6，进行气液分离和油水分离，并在预分离管二级管段6中经窄间距翼形板组合体11作强化油水分离处理；

3）经U型预分离管分出来的合格低含水原油与含液天然气一起越过堰板12经引油气管15和折流板16进入到斜式容器的油气分离缓冲室17中进行油气分离：分出的一小部分天然气经位于容器高点处的导气管10导入双筒捕雾器8入口端，与其余天然气一起经强化捕雾、除去液滴后，由气出口9排至后续的天然气除油器，留下的脱气低含水油经缓冲后由出油口19排至后续的外输油泵；

4）由预分离管二级管段6分出的含油污水经引水管14进入缓流槽18降低流速后，进入水处理室21，经宽间距翼形板组合体25作强化油水分离和泥水分离：分出的油经溢油管7进入预分离管二级管段6中的油相；分出的低含油污水经出水口24排至后续的污水沉降罐；分出的泥砂从宽间距翼形板组合体25的上板面滑脱到斜式容器26的下罐壁，并滑脱至收泥包中。

一个实施例中，按照本发明内容，设计制造了一台规格为Ф2.2×16m的紧凑型斜式三相分离装置，其倾角为9°，总容积为60.6m³。开展了应用该装置对来自油井群的特高含水油气水混合物进行油气水三相分离的工业化现场试验，取得的效果如下：

紧凑型斜式三相分离装置试验数据表

从表1可以看出，在进液量8346m³/d、进液含水率96.1%、进液含聚合物浓度93.0mg/L、破乳剂加入量2.5mg/L、处理温度37.1℃、沉降时间为10.3min的条件下，脱后油中含水率为6.4%、水中含油量为739mg/L，达到了出油含水小于30%、出水含油小于1000mg/L的生产指标要求，比Ф4×24m常规三相分离器提高处理效率2.9倍，容积减少77%，造价降低47.1%。

上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种紧凑型斜式三相分离装置，其特征在于：包括水平放置的U型预分离管和倾斜放置的斜式容器；所述U型预分离管中设置有窄间距翼形板组合体（11）和堰板（12），所述U型预分离管通过引水管（14）和引油气管（15）连接所述斜式容器；所述斜式容器（26）由隔板（20）分成油气分离缓冲室（17）和水处理室（21），引水管（14）经缓流槽（18）与水处理室（21）连通，引油气管（15）与油气分离缓冲室（17）连通，油气分离缓冲室（17）上设置有出油口（19）和导气管（10），水处理室（21）内设置有宽间距翼形板组合体（25），水处理室（21）上设置溢油管（7）、收泥包（22）、泥砂出口（23）、出水口（24）。

2.根据权利要求1所述的紧凑型斜式三相分离装置，其特征在于：窄间距翼形板组合体（11）以占据部分预分离管横截面、占据部分预分离管容积的形式，沿长度方向一致原则设置在管里面；宽间距翼形板组合体（25）以占满斜式容器横截面、占据部分容器容积的形式，沿长度方向一致原则设置在容器里面。

3.根据权利要求1或2所述的紧凑型斜式三相分离装置，其特征在于：所述窄间距翼形板组合体和宽间距翼形板组合体，都是由多层两翼对开式翼形板以一定间距上、下平行叠设而成，每一个两翼对开式翼形板都是一个横截面近似“V”形、下部开口的板子，由两个单侧板组成，每个单侧板是由翼尾折板（111）、侧翼板(112)和导泥板（113）以一定角度连接构成有3个板面的折面板。

4.根据权利要求3所述的紧凑型斜式三相分离装置，其特征在于：多层两翼对开式翼形板叠设成组合体时，位于下层的翼尾折板的长度需延伸超过位于上层的翼尾折板的折弯点处，并与该折弯点保持一定间隙；而位于上层的导泥板则向下延伸超过下层导泥板的折弯点处，并与该折弯点保持一定间隙。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的紧凑型斜式三相分离装置，其特征在于：所述U型预分离管包括了顺接的预分离管一级管段（5）和预分离管二级管段（6），预分离管一级管段（5）一端为油气水入口端，入口端连接分气装置，分气装置直通预分离管二级管段（6）中；按液流方向，窄间距翼形板组合体（11）位于堰板（12）之前，两者的顶部标高一致且低于预分离管二级管段（6）内顶壁；引水管（14）连通在窄间距翼形板组合体（11）与堰板(12)之间的预分离管二级管段（6）的底部；引油气管（15）连通在堰板（12）之后的预分离管二级管段（6）的底部；溢油管（7）从斜式容器（26）的顶部延伸到预分离管二级管段（6）的内部，位于窄间距翼形板组合体（11）之前，且管口高于堰板（12）顶部。

6.根据权利要求5所述的紧凑型斜式三相分离装置，其特征在于：所述分气装置，包括：分气管（2）、分气包（3）、引气管（4）、减速管（13），分气管（2）连通在预分离管一级管段（5）的入口端和分气包（3）之间，分气包（3）底部连通在预分离管一级管段（5）的管顶处，分气包（3）顶部通过引气管（4）连接到减速管（13），减速管（13）连通到预分离管二级管段（6）的顶部。

7.根据权利要求5或6所述的紧凑型斜式三相分离装置，其特征在于：从预分离管一级管段（5）到预分离管二级管段（6）管径逐渐变大。

8.根据权利要求1至7任一所述的紧凑型斜式三相分离装置，其特征在于：导气管（10）上连接一双筒捕雾器（8），双筒捕雾器（8）连接一出气管(9)。

9.利用权利要求1～8之一所述的紧凑型斜式三相分离装置进行的油田产出液油气水分离处理方法，包括以下工艺流程：

1）将来自油井群的油气水混合物经油气水入口管段（1）送入预分离管一级管段（5），即刻分离出天然气，经分气管（2）导入分气包（3）；

2）由分气包（3）分离出来的气体经引气管（4）和减速管(13)进入预分离管二级管段（6）的油气出口端，其余气液混合物在堰板（12）控制的液面下，以油气水分层流动型态进入预分离管（5、6），进行气液分离和油水分离，并在预分离管二级管段（6）中经窄间距翼形板组合体（11）作强化油水分离处理；

3）经U型预分离管分出来的合格低含水原油与含液天然气一起越过堰板（12）经引油气管（15）和折流板（16）进入到斜式容器的油气分离缓冲室（17）中进行油气分离：分出的一小部分天然气经位于容器高点处的导气管（10）导入双筒捕雾器（8）入口端，与其余天然气一起经强化捕雾、除去液滴后，由气出口（9）排至后续的天然气除油器，留下的脱气低含水油经缓冲后由出油口（19）排至后续的外输油泵；

4）由预分离管二级管段（6）分出的含油污水经引水管（14）进入缓流槽（18）降低流速后，进入水处理室（21），经宽间距翼形板组合体（25）作强化油水分离和泥水分离：分出的油经溢油管（7）进入预分离管二级管段（6）中的油相；分出的低含油污水经出水口（24）排至后续的污水沉降罐；分出的泥砂从宽间距翼形板组合体（25）的上板面滑脱到斜式容器（26）的底部，并滑脱至收泥包中。