CN103883305A - 一种深水海底油水分离及回注装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种深水海底油水分离及回注装置，该装置包括：底座平台、上部支架、下部支架、分离器、缓冲罐和增压回注泵；分离器、缓冲罐和增压回注泵安放在底座平台上；分离器后气出口管线安装在分离器后部顶端；缓冲罐靠近分离器水出口管线处，增压回注泵靠近分离器入口管线处，分离器水出口管线与缓冲罐相连接并通入缓冲罐内，缓冲罐通过缓冲罐出口管线与增压回注泵相连接，增压回注泵通过出口管线将经过升压的水排出。本发明的装置安装在深海水下，井中采出液不用举升至海上平台进行处理，避免占用宝贵的平台面积，对于位于海底上千米的油井而言可节省大量能源，同时大大减低立管静压和井口背压，减少管道泄漏、变形等危险，利于生产的稳定。
Description
技术领域
本发明属于海上油气田开发领域，具体地，涉及一种深水海底油水分离及回注装置。
背景技术
石油作为最重要的战略物资，在各国的能源体系中占据着至关重要的地位。由于陆上油田已进入开发的中后期，深海油田开发开采逐渐成为全球石油行业最为关注的领域，近年全球获得的重大勘探发现中，有近50%来自深水海域，国内原油产量的增量主要依靠海洋石油，深水是未来世界能源的主要接替区，因此必须加大海洋油气资源的开发力度。
海上油田油水分离是将海底油井采出的油水混合物进行分离处理的过程，在海底油田开发规划设计阶段，油水分离往往处于次要地位，但随着开采的深入，油井产出液中的含水量持续上升，油水分离问题就被提升到了一个新的高度。将深海采出原油举升上千米到海上平台进行分离处理的传统方法，不但产生大量的能量损耗，还要占用宝贵的海上平台面积，同时引起立管静压和井口背压过高，影响生产稳定性。
采用海底油水分离回注装置，不但可以解决上述问题，分离出的水还可直接用于海底地层回注，进而提高原油采收率。
目前国外相关研究处于刚刚起步的状态，且应用于海底的分离器结构都较为简单且分离效率低，而我国的深海分离回注装置更是处于空白阶段，因此，研制能适用于深水海底油水分离回注的新设备和新技术具有极其广阔的应用空间及实用价值，具备较强的创新价值和实际意义。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种深水海底油水分离及回注装置，能够分离出深海油井采出液中水并增压回注，以节省并高效利用能源。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
深水海底油水分离及回注装置，包括：底座平台、上部支架、下部支架、分离器、缓冲罐和增压回注泵；底座平台、上部支架之间的空间用于设置分离器、缓冲罐和增压回注泵，分离器、缓冲罐和增压回注泵安放在底座平台上；分离器，包括：分离器壳体、分离器入口管线、分离器前气出口管线、入口气体旋流分离构件、挡板、布液板、整流板、聚结板、堰板、水出口管线，油出口管线和分离器后气出口管线；壳体前端的顶部设有分离器入口管线和分离器前气出口管线，分离器入口管线和分离器前气出口管线伸入壳体的内部；布液板与分离器壳体、挡板下边缘焊接，在分离器内前端的顶部形成封闭腔；入口气体旋流分离构件位于分离器内前端的顶部形成的封闭腔内，入口气体旋流分离构件与分离器入口管线伸入分离器壳体的一端相连；整流板安装在分离器壳体中段，靠近挡板；聚结板位于分离器器壳体的后段；堰板位于分离器壳体内的后部半球端；油出口管线和水出口管线位于分离器壳体的后部底端，油出口管线位于堰板与分离器壳体后部半球端形成的半封闭腔内，油出口管线和水出口管线由堰板隔开；分离器油出口管线和水出口管线均从分离器壳体内部伸出分离器壳体；分离器后气出口管线安装在分离器后部顶端；缓冲罐靠近分离器水出口管线处，增压回注泵靠近分离器入口管线处，分离器水出口管线与缓冲罐相连接并通入缓冲罐内，缓冲罐通过缓冲罐出口管线与增压回注泵相连接，增压回注泵通过出口管线将经过升压的水排出。
相对于现有技术，本发明具有如下优势：
1、由于该装置安装在深海水下，井中采出液不用举升至海上平台进行处理，避免占用宝贵的平台面积，对于位于海底上千米的油井而言可节省大量能源，同时大大减低立管静压和井口背压，减少管道泄漏、变形等危险，利于生产的稳定。
2、由于从井中采出的液体仅经过分离器进行物理分离，没有加入任何化合物添加剂，因此分离出的水可直接加压送至注水井进行海底地层的回注，既节省资源同时还可维持地层的压力，防止出现海底地层塌陷等危险。
3、分离器与回注系统通过支架安装于同一平台上，结构简单紧凑，安装时进行整体下放至海底，避免其单独固定安放以及相互连接的步骤，检修时可直接整体吊装提出，大大简化海底作业难度。
4、利用有效的分离器体积，增加部分内部构件，入口脱气泵和布液管能有效分离气体、稳定流场，竖直挡板整流构件和栅格聚结板可以大幅提高油中水滴聚结成大颗粒，便于其沉降至分离器底部。分离器后部的堰板将油区和水区分隔开来，避免尾部混合扰流。各个构件结构简单高效，既提高了分离效率，又避免复杂构件容易出现的流道堵塞，易损坏需维修等不利因素，减少检修更换频率，一旦放至海底可长期稳定生产，节省高昂的水下作业成本。
附图说明
图1是深水海底油水分离及回注装置的结构示意图；
图2是分离器内部结构示意图；
图3是分离器、缓冲罐和回注泵连接安装示意图。
图中：1、底座平台，2、上部支架，3、下部支架、，4、分离器，5、缓冲罐，6、增压回注泵，400、分离器壳体，401、分离器入口，402、分离器前气出口，403、入口气体旋流分离构件，404、挡板，405、布液板，406、整流板，407、聚结板，408、堰板，409、水出口管线，410、油出口管线，411、分离器后气出口。
具体实施方式
如图1、图2所示，深水海底油水分离及回注装置，包括：底座平台1、上部支架2、下部支架3、分离器4、缓冲罐5和增压回注泵6。在图1、图2中，左侧为前部，右侧为后部。
上部支架2、下部支架3、底座平台1均为矩形平板结构，上部支架2、下部支架3、底座平台1的四个角部分别连接在四条支架腿上形成整体结构，上部支架2、下部支架3、底座平台1相互平行设置，上部支架2位于底座平台之上，下部支架3位于底座平台1之下。
上部支架2开有宽槽，以便于布置管线使上部支架2与海底和海上平台相关管线连接，同时可通过上部支架2进行深水海底油水分离及回注装置的整体提升沉放，稳定性较强，减轻海上作业步骤和难度。
下部支架3用于抬高深水海底油水分离及回注装置的高度，避免安放在海床上时因为下沉导致系统埋入海床沉积物内，从而引起部分仪器仪表或阀门控制失灵以及分离器、沉降罐等与沉积物接触而造成的壳体腐蚀加剧。
底座平台1、上部支架2之间的空间用于设置分离器4、缓冲罐5和增压回注泵6，分离器4、缓冲罐5和增压回注泵6安放在底座平台1上，分离器4、缓冲罐5和增压回注泵6分布合理紧凑。
如图2所示，分离器4，包括：分离器壳体400、分离器入口管线401、分离器前气出口管线402、入口气体旋流分离构件403、挡板404、布液板405、整流板406、聚结板407、堰板408、水出口管线409，油出口管线410和分离器后气出口管线411。
壳体400为卧式圆筒结构、两端为半球型，有利于水滴在罐体内的沉降。
壳体400前端的顶部设有分离器入口管线401和分离器前气出口管线402，分离器入口管线401比分离器前气出口管线402更靠近分离器壳体400前端，分离器前气出口管线402与分离器入口管线401平行设置，分离器入口管线401和分离器前气出口管线402伸入壳体400的内部。
挡板404为半圆形平板结构，挡板404的内径与分离器壳体400的内径尺寸相同，挡板404与分离器壳体400圆筒的中心轴线垂直设置，挡板404的半圆周焊接在壳体400内顶部，挡板404的直径边呈水平设置。
布液板405为带有小孔的平板结构，位于通过分离器壳体400轴线的水平面内，布液板405与分离器壳体400、挡板404下边缘焊接，在分离器4内前端的顶部形成封闭腔，布液板405上的孔洞尺寸需根据实际来油性质确定。
入口气体旋流分离构件403位于分离器4内前端的顶部形成的封闭腔内，入口气体旋流分离构件403与分离器入口管线401伸入分离器壳体400的一端相连；入口气体旋流分离构件403呈长锥型；分离器前气出口管线402伸入分离器壳体400的一端位于入口气体旋流分离构件403分离器4内前端的顶部形成的封闭腔内。
整流板406采用竖直型结构，即整流板406由多个竖直设置的平板构成，各平板之间相互平行，整流板406安装在分离器壳体400中段，靠近挡板404，整流板406各个平板的间距同样需根据原油性质进行设计，构造简单但整流效果较好，用于初步油水分离。
聚结板407采用栅格板结构，位于分离器器壳体400的后段，聚结板407安装在壳体400顶部，聚结板407的底面呈水平状态设置。
堰板408为顶端部分切除的圆板结构，堰板409位于分离器壳体400内的后部半球端，堰板408的直径与壳体400的内径相同，堰板409与分离器壳体400圆筒的中心轴线垂直设置，挡板404的半圆周与壳体400焊接，堰板408的直边呈水平设置；堰板409与分离器壳体400后部半球形成半封闭腔。
油出口管线410和水出口管线409位于分离器壳体400的后部底端，油出口管线410为多个出水管线并联，油出口管线410位于堰板408与分离器壳体400后部半球端形成的半封闭腔内，油出口管线410和水出口管线409由堰板408隔开，从而防止油水窜流，提高分离效率；分离器油出口管线410和水出口管线409均从分离器壳体400内部伸出分离器壳体400。
分离器后气出口管线411安装在分离器4后部顶端，分离器后气出口管线411伸入分离器壳体411内，分离器后气出口管线411伸入分离器壳体411的一端位于堰板408与分离器壳体400后部半球端形成的半封闭腔内。
缓冲罐5靠近分离器水出口管线409处，增压回注泵6靠近分离器入口管线401处，分离器水出口管线409与缓冲罐5相连接并通入缓冲罐5内，缓冲罐5通过缓冲罐出口管线501与增压回注泵6相连接，增压回注泵6通过出口管线601将经过升压的水排出。
深水海底油水分离及回注的工艺流程为：来油通过分离器入口管线401进入分离器，首先通过入口气体旋流分离构件403，流体流入入口气体旋流分离构件403时改变其流动方向，在旋流的过程中，利用离心力将气液进行分离，室内实验发现97%的气体可以通过此装置分离出来，气体通过分离器出口管线402排出分离器外，其余气体在之后的分离处理过程中基本可实现全部分离并通过分离器后气出口411排出分离器；脱除气体后的混合液通过挡板404改变流动方向为向下，挡板404可以初步缓冲液体流速，调整流动方向，避免油流由于入口流速较大而冲到分离器中后区，引起死区的出现，造成分离器有效分离空间的减少。液体继续流过布液板405，可消除旋流和紊流，确保后续处理过程中的流场稳定。之后流体进入整流板407进行整流，进行进一步流场稳定及初步分离，以减少紊乱剪切造成的液滴变小和分离效率下降。流体穿过整流板407后进入分离器后部进行沉降分离，在此区域，聚结板408将来流上层的乳状液进行精细分离，可促进小液滴的碰撞聚结，使其变成大液滴，以增强沉降效果。经过分离器4内各个构件的处理后，原油流过堰板409通过油出口管线411流出分离器4外，分离出的水则沉降在分离器壳体406底部，并经过水出口管线410排出分离器4外。
如图3所示，来油经过分离器4进行沉降分离后，分离出的气体通过分离器气体出口402与海底集气管线相连，净化后的原油通过油出口411排出分离器，油出口411与海底立管相连，气体和原油分别通过举升到达海上平台或海面储油（储气）装置，之后外输到陆地进行进一步处理。分离出的水则通过分离器水出口410进入缓冲罐5进行稳定缓冲，缓冲罐5可以防止由于分离出的水相流速不稳定导致的后续增压泵空转，还可避免水中含油量较高时，泵中叶轮高速剪切生成稳定乳化物，之后通过缓冲罐水出口501流入增压回注泵6，由增压回注泵6进行增压，最后通过回注水出口601输送至附近注水井进行地层回注。
Claims (10)
1.一种深水海底油水分离及回注装置，包括：底座平台、上部支架、下部支架、分离器、缓冲罐和增压回注泵；其特征在于：底座平台、上部支架之间的空间用于设置分离器、缓冲罐和增压回注泵，分离器、缓冲罐和增压回注泵安放在底座平台上；分离器，包括：分离器壳体、分离器入口管线、分离器前气出口管线、入口气体旋流分离构件、挡板、布液板、整流板、聚结板、堰板、水出口管线，油出口管线和分离器后气出口管线；壳体前端的顶部设有分离器入口管线和分离器前气出口管线，分离器入口管线和分离器前气出口管线伸入壳体的内部；布液板与分离器壳体、挡板下边缘焊接，在分离器内前端的顶部形成封闭腔；入口气体旋流分离构件位于分离器内前端的顶部形成的封闭腔内，入口气体旋流分离构件与分离器入口管线伸入分离器壳体的一端相连；整流板安装在分离器壳体中段，靠近挡板；聚结板位于分离器器壳体的后段；堰板位于分离器壳体内的后部半球端；油出口管线和水出口管线位于分离器壳体的后部底端，油出口管线位于堰板与分离器壳体后部半球端形成的半封闭腔内，油出口管线和水出口管线由堰板隔开；分离器油出口管线和水出口管线均从分离器壳体内部伸出分离器壳体；分离器后气出口管线安装在分离器后部顶端；缓冲罐靠近分离器水出口管线处，增压回注泵靠近分离器入口管线处，分离器水出口管线与缓冲罐相连接并通入缓冲罐内，缓冲罐通过缓冲罐出口管线与增压回注泵相连接，增压回注泵通过出口管线将经过升压的水排出。
2.根据权利要求1所述的深水海底油水分离及回注装置，其特 征在于：挡板为半圆形平板结构，挡板的内径与分离器壳体的内径尺寸相同，挡板与分离器壳体圆筒的中心轴线垂直设置，挡板的半圆周焊接在壳体内顶部，挡板的直径边呈水平设置。
3.根据权利要求1-2所述的深水海底油水分离及回注装置，其特征在于：布液板为带有小孔的平板结构，位于通过分离器壳体轴线的水平面内，布液板上的孔洞尺寸需根据实际来油性质确定。
4.根据权利要求1-3所述的深水海底油水分离及回注装置，其特征在于：入口气体旋流分离构件呈长锥型；分离器前气出口管线伸入分离器壳体的一端位于入口气体旋流分离构件分离器内前端的顶部形成的封闭腔内。
5.根据权利要求1-4所述的深水海底油水分离及回注装置，其特征在于：整流板采用竖直型结构，即整流板由多个竖直设置的平板构成，各平板之间相互平行，整流板各个平板的间距同样需根据原油性质进行设计。
6.根据权利要求1-5所述的深水海底油水分离及回注装置，其特征在于：聚结板采用栅格板结构，聚结板安装在壳体顶部，聚结板407的底面呈水平状态设置。
7.根据权利要求1-6所述的深水海底油水分离及回注装置，其特征在于：堰板为顶端部分切除的圆板结构，堰板的直径与壳体的内径相同，堰板与分离器壳体圆筒的中心轴线垂直设置，挡板的半圆周与壳体焊接，堰板的直边呈水平设置；堰板与分离器壳体后部半球形成半封闭腔。
8.根据权利要求1-7所述的深水海底油水分离及回注装置，其特征在于：分离器后气出口管线伸入分离器壳体内，分离器后气出口管线伸入分离器壳体的一端位于堰板与分离器壳体后部半球端形成的半封闭腔内。
9.根据权利要求1-8所述的深水海底油水分离及回注装置，其特征在于：壳体为卧式圆筒结构、两端为半球型；分离器入口管线比分离器前气出口管线更靠近分离器壳体前端，分离器前气出口管线与分离器入口管线平行设置；油出口管线为多个出水管线并联。
10.根据权利要求1-9所述的深水海底油水分离及回注装置，其特征在于：上部支架、下部支架、底座平台均为矩形平板结构，上部支架、下部支架、底座平台的四个角部分别连接在四条支架腿上形成整体结构，上部支架、下部支架、底座平台相互平行设置，上部支架位于底座平台之上，下部支架位于底座平台之下；上部支架开有宽槽。
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