CN104168975B - 用于将碳氢化合物从含有碳氢化合物的采出水中分离的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将碳氢化合物从含有碳氢化合物的采出水中分离的设备，所述设备包括：分离器罐；至少一个入口管(22、27)；至少一个分支构件(6)，所述分支构件分布采出水流；至少一个出口喷嘴(7)以及至少一个导流板(8.1)，所述导流板安装在每个出口喷嘴的下方并且将水引导至下一出口喷嘴上方；位于所述罐的底部用于清洁水的至少一个出口(12)以及排出粘附着油滴的上升气体的至少一个出口(9、35、36)，至少一个护罩(39)完全或部分沿着至少一个导流板(8.1)的内侧相对于所述至少一个导流板(8.1)呈30°至150°的角布置。此外，本发明涉及一种用于将碳氢化合物从含有碳氢化合物的采出水中分离的过程。

Description

用于将碳氢化合物从含有碳氢化合物的采出水中分离的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于将碳氢化合物从含有碳氢化合物的采出水中分离的过程以及用于将碳氢化合物从含有碳氢化合物的采出水中分离的设备。

背景技术

在全球，由石油和天然气伴随生产的水产量是石油产量的三倍以上。也就是说，水层平均约占油井总采出物的75％。水的比例还在不断上升。大约10年前，水的比例约为70％。油田历史越久，水层就成比例增加，而开发用于处理水库的方法越先进，以及勘探到的新油田越多，水层也就成比例减少。与此同时，环境条件也愈加严峻且更加难以满足。操作者面临的挑战不断增加且人类愈发需要更优秀、成本更低、效率更高的技术。水处理的成本也是采出多少水量可以盈利的决定因素之一。这也同时取决于油价。

本发明的目的在于提供采出水的提纯系统，主要针对全球的陆上及近海石油设施。与井内流从油井中提出的采出水与石油和天然气分离，经过提纯后排入海中或重新注入水库中。采出水是地层水、开采残余化学物质和重新注入的水(在进行开采的设施上)的混合物。采出水的所含物和成分随不同的油田及位于同一个油田内但不同的油井而变化。另外，在同一个油井中，成分还会随时间的变化而变化。挪威石油平台每分钟要处理约400m³的水。随着挪威陆架不断成熟、石油含量越来越少且水含量越来越多，导致采出水急剧增加。在2007年，挪威陆架上处理了大约2亿立方米的采出水。其中大约90％的水排入了海中。

挪威专利申请案NO 20091364涉及一种用于将碳氢化合物从含有碳氢化合物的采出水中分离的过程，其中在第一级中，供应含有碳氢化合物的采出水且将其与含有气体的成分混合，然后将含有气体和碳氢化合物的采出水混合物输送到罐中的入口管中，之后所述混合物经由分支构件通过具有至少一个出口喷嘴和安装在每个出口喷嘴下方的至少一个导流板的至少一个管子沿着罐壁切线地分布，从而将水引至下一出口喷嘴上方，最后具有附着的油滴的碳氢化合物和气体将从罐中上升到至少一个出口且进行排放；而清洁水会传送到罐底部的出口处。

所述过程进一步包括第二级，其中来自底部出口的一部分含有气体的水混合物经由流再循环、被输送到环形室中且经由至少一个喷嘴和至少一个导流板反向地或同向地进一步切线地被输送到来自第一级的递减的水混合物中。来自第一级的水混合物经由至少一个分离板和至少一个环形室被输送到至少一个独立级中，并且经由至少一个喷嘴和至少一个导流板进一步切线地分布。递减的水混合物会被输送到填充材料层上。

对于大型浮选罐，大约50m³以上，NO20091364的过程和设备未最佳地执行，因为来自一个分布管的水流尚未适当地与来自下一分布管的进水混合。

为了获得采出水的最佳混合以及因此最佳清洁，发明人已发现，相对于导流板8呈30°至150°的角布置在导流板8.1内侧的护罩或环形壁8确保浮选罐外部部分中的流均匀。沿整个导流板8.1导引水，并且因此与来自下一分布管的进入流汇合。这种解决方案已被示为有利于更好地清洁工业用水，并且与罐的大小无关。

在本发明中，可以按照适合于本发明的目的的顺序实施上述各级。此外，如果适合，各级还可以重复若干次。

发明内容

本发明描述用于将碳氢化合物从含有碳氢化合物的采出水中分离的设备，其中所述设备包括以下部分：

-分离器罐，

-至少一个入口管，

-分布采出水流的至少一个分支构件，至少一个分布管在出口喷嘴和至少一个导流板中终止，

-至少一个护罩，所述护罩相对于至少一个导流板呈30°至150°的角完全地或部分地沿着至少一个导流板布置

-来自纯净水罐的至少一个出口；

-用于分离的碳氢化合物的至少一个出口。

此外，本发明提供一种用于将碳氢化合物从含有碳氢化合物的采出水中分离的方法，其中供应含有碳氢化合物的采出水且将其与含有气体的成分混合，然后将含有气体和碳氢化合物的采出水混合物输送到进入罐中的入口管中，之后所述混合物经由分支构件通过具有至少一个出口喷嘴和安装在每个出口喷嘴下方的至少一个导流板的至少一个分布管沿着罐壁切线地分布，护罩将水引至下一出口喷嘴上方，最后具有附着的油滴的碳氢化合物和气体将从罐中上升到至少一个出口且进行排放；而清洁水会传送到罐底部的出口处。

附图说明

现将参考以下附图描述本发明的实施例。

图1示出用于采出水的提纯系统。

图2示出与喷嘴的顶部相关的细节。

图3示出具有三个级的提纯系统，其中图4中示出的级37是重复两次的独立级。

图4示出可以根据需要多次重复的独立级37。

图5示出具有呈内部环形壁形式的护罩的分离器罐内部的两个部分。

图6示出从下方观看与图5相同的分离器罐内部的部分。

图7示出分离过程的效果的线图。

具体实施方式

本发明的目的可以通过本发明的以下描述中所示的特征特性来实现。

在图1中，来自石油/水分离器或如水力旋流器、排气罐或类似者等的其他提纯设备的采出水可以通过直通入口1中输送。通过注气点2与气体一起提供这种采出水并且所述采出水与气体混合器3中的进水混合在一起。或者，气体混合器3替换成以进水为驱动力的注射器(喷射器)，所述注射器(喷射器)通过管子4从罐的顶部吸入气体。添加或循环的通常气体量为每立方米水0.02至0.2Sm³。这一数据会随进水中存在的残余气体量的不同而变化。气体和含油水的这种混合物经由底部5输送到罐的内部管中。在内部管的顶部，存在将水分布到一个或多个分布管25、40的分支构件6，所述分布管具有用于控制进入罐的气体/水混合物的速度的出口喷嘴7。这些沿着罐壁切线地终止。由于罐中的管子/喷嘴切线地终止，因此罐中实现的循环提供水、气体和石油的混合。这样可以使气泡与油滴之间接触良好。为了避免喷嘴中的水在罐中不直接向下流动，而是与进水/气混合，导流板8安装在每一个出口喷嘴下方，这些出口喷嘴是流进入罐中的入口。这样可使水进入下一个出口喷嘴，从而使其中已释放了大气泡的水能与进水混合，以便气体与油滴更好地混合/接触。护罩39相对于导流板8.1呈30°至150°的角布置在导流板8.1的内侧上，以确保来自一个出口喷嘴7的流与来自下一出口喷嘴7的流汇合。此布置在图5中示出。在此实施例中，护罩39作为内部环形壁相对于导流板8.1固定在几乎垂直位置(大约90°)。护罩39还可以不连续地布置在导流板8.1的内侧上。

为了在罐中央也实现良好的混合，可调节喷嘴构件26安装在入口管的顶部上，参见图2和图3。这样会从中央以及向外地传播液体/气体混合物，并且将此种液体/气体混合物与来自出口喷嘴7的液体/气体混合物混合。粘附着油滴的气体会上升到罐中液体的表面上，并且与一些水一起在罐顶部的液下出口9输送出。这种排放通过阀门10的方式来控制。此流中的油/水混合比率取决于阀门开度。

具有气泡且上升速度小于罐中下降水的速度的水会通过填充材料“床”，填充材料可从其中包括拉西环11或类似材料的组中选择，粘附着油的气泡会附着在填充材料上，水会继续聚集且其浮力随即会超过下降水的速度并上浮到表面上。从该“床”供应的纯净(经过处理的)水会通过罐底部的出口12流出，且之后纯净水被排出13或可选地注入水库以提供压力。此数值通过流量计14测量。来自罐中水出口的部分流15会借助于泵16的方式循环回到罐中。再循环的量借助于阀门17的方式来控制。气体通过注入点18供应到流中，并且随后通过将气体混合到水中的混合器19输送到此流中。或者，可以借助于替代混合器19的注射器的方式从罐20的顶部吸入气体。通常气体量为每立方米水0.05至0.3Sm³。通常的再循环量将是罐的设计为最大速度的30％至70％。再循环量将从流量计21中读取。内管22的外部是两端均封住内管22的外部管。因此，室23形成于这些管子之间，再循环流15进入这些管子中。该室的顶部是向一个或多个管子25、40分布水的分支构件24的方式，所述分支构件具有用于控制进入罐中的气体/水混合物的速度的出口喷嘴7。这些沿着罐壁切线地终止。为了避免喷嘴中的水在罐中不直接向下流动，而是与进水/气混合，至少一个导流板8.2安装在每一个出口喷嘴下方。这样可使水进入下一个出口喷嘴，从而使其中已释放了大气泡的水能与进水混合，以便气体与油滴更好地混合/接触。或者，此流可以以距带有下层导流板和外部垂直壁的管子25的任何距离切线地分布。或者，此流还可以从管子的出口处垂直向上分布。或者，上述分布可以与关于出口喷嘴7所描述的分布反向地进行导引。就这一点而言，从上部喷嘴系统分离的水/与纯净水/气混合物和油混合供应的水(纯净水/气混合物和油可能沿所述水流动)会再次接触与水混合的气泡，并且随即与油/气形成新的接触区域，从而改善提纯效果。或者，部分进水流可以通过同一入口输送。通过再循环输送的水将沿罐底部的分期排水管12流动。为了增加进水中油滴的大小，可以从单元上游添加凝聚剂等化学物质。

为了改善提纯效果，可以将多个罐串联。或者，每个独立喷嘴可以具有注射器，所述注射器经由管子4从罐的顶部吸入气体。该管子可以位于罐的外部或内部。

或者，入口管可以从罐的顶部且向下地延伸。或者，水可以在罐内部的多个级中进行提纯，在所述罐中，经由喷嘴7从上部提纯级中产生的水会经过输送管27与位于其外部的管29之间的环形室28并且其中上部室借助于板30的方式分离，参见图3。图4中示出环形室的详细截面图。一个分离器罐可以包括通过板分离的若干部分以及图4中示出的环形室。在水进入所述环形室中之前，存在防止来自罐的中央的水进入环形室的防涡器38。这是为了避免夹带来自罐顶部的石油。水从此处经由将水分布到一个或多个管子中的分支构件31输送，所述分支构件具有用于控制进入新的室中的气/水混合物的速度的出口喷嘴32。这些喷嘴沿着罐壁切线地终止。或者，气体可以通过气体添加34供应到此流中。典型的气体是氮气、碳氢化合物气体(燃料气)、二氧化碳，但并不限于这些。在所述室中分离的石油和气体经由丢弃出口36排出并且通过丢弃出口20和35结合。或者，可以上下安装前述的多个独立级，其中在这些级中具有类似功能。

如上文所描述的图5示出分离器罐内部的两个部分的视图。内部环形壁/护罩39固定在导流板8.1的内侧上并且向上进行导引。在此实施例中，环形壁几乎呈90°地布置在导流板8.1上。护罩39的高度几乎可以是任何高度，但总体上优选地，所述高度对应于导流板8.1的宽度。图中示出入口管27和环形室28。

图6示出与图5相同的实施例，但是从不同角度。此处可以从下方看导流板8.1。气体可以通过管子34注入环形室中。在所述室中分离的石油和气体经由丢弃出口36排出。

本发明提供了能使安装更紧凑、更有效的解决方案。本领域中先前的技术使用串联的若干提纯级。在本解决方案中，同一个罐中具有多个提纯级。应进一步指明的是，本发明可以按使用者认为合适的顺序和数量使用上述提纯级实施。这样会缩减成本、减小所需的必要空间，因此适合更多客户使用。由于设计出色，因此与带有外部切向入口等的罐相比，本装置易于建造(制造)，也更易于与现有设施相适应。

本过程和设备的实施例包括以下内容：

用于将液态或气态的石油/碳氢化合物从石油开采的采出水中分离，以及用于将各自重量不同且不能互相溶解的其他液体/气体分离的过程和设备，所述过程和设备包括：

a.取决于待分离物质的具有不同高度/直径比的压力罐。

b.其中由待分离物质组成的入口流会输送到罐的入口管中，可能还会添加通过喷射器(排放器)从罐顶部再循环的气体或者从生产分离器中分离，包括但不限于氮气、二氧化碳和碳氢化合物气体的额外外部气体。

c.上文项b中描述的入口管顶部中的分布构件，所述分布构件将进料分布到沿着罐壁切线地终止的一个或多个分布管以及这些几乎水平、略微向上延伸的管子下方的至少一个导流板中。环形壁或护罩在完全或部分沿着导流板的长度呈30°至150°的角向上导引的内侧上固定至导流板。这种布置确保来自至少一个分布管的流被导引至下一分布管中，以产生罐中的回旋(循环)和均匀流，这使此部分罐中的气体/液体良好地混合。

d.安装在项b中描述的入口管顶部上的可调节喷嘴构件。此构件从罐的中央且向外地传播液/气混合物，并且与来自项c中描述的喷嘴管的液/气混合物混合。

e.项c中描述的进料管外部的管子，所述管子两端均封住项c中描述的进料管并且形成环形室，其中来自纯净水出口的再循环流可以与添加到混合器中的气体或者与通过喷射器从罐顶部的再循环气体一起进行再循环。或者，一部分进料流可以输送到环形管中。

f.其中所描述的环形管具有如项c中所述的，但是低于c中所述的分布管放置的分布构件，其中进料流可以以距管子的任何距离朝向受到控制的罐壁的方向与项c中所述的分布流同向地或反向地切线地进行分布。导流板具有外部垂直壁，所述外部垂直壁的高度大于更靠近罐壁分布的分布管的高度2至10倍。或者，分布管可以水平向上地进行导引。

g.其中纯净液体出口位于罐的底部中。

h.其中向下流动的液体流穿过气体接合材料(填充材料)的“床”，其中粘附着液滴/颗粒的小气泡聚集成大气泡并获得浮力，从而上升到表面上。

i.其中已分离的气体和石油经由液下管在距罐顶部的罐高度的5％至20％水平的距离处从罐顶部排出，其中排出量借助于阀门的方式来调节。

j.由于项ⅰ中所描述的管子形成罐顶部中的气体“垫”，所述气体垫是用于气体再循环的缓冲器。

k.其中罐中的压力借助于出口管中的阀门的方式控制。

实例1：

实例1示出了来自排气罐的水的提纯，其中顶部曲线示出输送到罐中的采出水中的碳氢化合物含量。图7示出用于将碳氢化合物从含有碳氢化合物的采出水中分离的过程的效果，其中水已供应有含有气体的成分并且其中含有气体和碳氢化合物的采出水混合物已输送到罐中央的入口管中。此外，所述混合物已通过至少一个喷嘴和至少一个导流板切线地分布，并且分离的碳氢化合物已从罐传送到出口中，且纯净水已从罐传送到出口中。底部曲线示出传送到纯净水出口处的剩余碳氢化合物含量。

重要的是应注意，可以依据上文所述的各级和各种实施例实现进一步提纯级。在描述本发明的优选实施例时，所属领域的技术人员可以明白还可以使用并入有所述概念的其他实施例。上文所说明的这些实例仅可用作实例，并且本发明的实际范围应由以上专利权利要求书确定。

Claims (7)

1.一种用于将碳氢化合物从含有碳氢化合物的采出水中分离的设备，所述设备包括：

分离器罐；

至少一个入口管(22、27)；

至少一个分支构件(6)，所述分支构件分布采出水流，至少一个分布管(25、40)在出口喷嘴(7)中终止并且至少一个导流板(8.1)安装在每个出口喷嘴下方且将水引导至下一出口喷嘴上方；

位于所述罐底部中用于清洁水的至少一个出口(12)；

排出粘附着油滴的上升气体的至少一个出口(9、35、36)；以及

至少一个护罩(39)完全或部分沿着至少一个导流板(8.1)的内侧相对于所述至少一个导流板(8.1)呈30°至150°的角进行固定。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述护罩(39)以与所述至少一个导流板(8.1)的宽度对应的距离从所述至少一个导流板(8.1)向上延伸。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述护罩呈50°至120°的角布置在至少一个导流板(8.1)的内侧上。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述护罩呈环形壁的形式，且固定到所述至少一个导流板上。

5.根据权利要求1所述的设备，其中至少一个板(30)将所述分离器罐分离成至少两个室。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述设备进一步包括至少一个防涡器(38)和至少一个环形室(28)，所述环形室围绕所述入口管(22、27)并且具有至少一个分支构件(31)。

7.一种用于将碳氢化合物从压力罐中含有碳氢化合物的采出水中分离的方法，所述方法包括：

供应所述含有碳氢化合物的采出水以及将所述含有碳氢化合物的采出水与含有气体的成分混合；

将含有气体和碳氢化合物的采出水混合物输送到罐中央的入口管(22、27)中；

经由分支构件(6)通过具有至少一个出口喷嘴(7)的至少一个分布管(25、40)沿着罐壁切线地分布所述混合物；

通过安装在每个出口喷嘴下方的至少一个导流板(8.1)以及呈30°至150°的角固定到所述至少一个导流板上的至少一个护罩(39)将所述混合物引导至下一入口上方；

使粘附着油滴的碳氢化合物和气体能够从所述罐上升到至少一个出口(9、35、36)处；

通过所述至少一个出口从所述罐中排出粘附着油滴的所述碳氢化合物和气体；以及

将清洁水传送到所述罐的底部中的出口(12)处。