CN104747162B - 深海多相多级分离回注系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海上油气田开发领域，具体地，涉及一种深海多相多级分离回注系统。深海多相多级分离回注系统包括：整体支架结构、立式分离器、气‑液旋流分离器、盘管式液‑液分离器、缓冲罐和增压回注泵，其中：立式分离器、气‑液旋流分离器、盘管式液‑液分离器、缓冲罐和增压回注泵位于整体支架结构内，立式分离器、气‑液旋流分离器、盘管式液‑液分离器、缓冲罐和增压回注泵依次相连。本发明的油井采出液直接在其中进行多相分离，避免举升采出液中所含水至平台从而占据宝贵的平台面积，这对于深海区域特别是高含水井而言，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，涉及一种深海多相多级分离回注系统。
背景技术
石油和天然气作为当今世界最重要的能源，一直处于国家发展的基础和战略地位。随着陆上石油资源的勘探和开采步入中后期，海洋石油以其丰富的储量逐渐成为能源开采领域所关注的焦点，有机构预测未来油气资源有44%来自海洋深水区。
现有的海洋油气资源开发阶段,主要是把油井产出物输送到海洋平台上或岸基设施中,再进行后续处理，这会造成大量的能量损耗，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，此外还存在多相混输造成的额外能耗及管线腐蚀加剧等问题。深海多相分离回注系统的应用可以很好的解决上述问题，并且增加平台的控油面积，还有利于经济有效地开发边际油气田和中小油气田。
目前国外对此项技术研究时间尚短，且大部分处于实验阶段，效率无法保障，而我国关于深海多相分离回注系统的研究处于空白期，因此，研制出高效合理的深海多相多级分离回注系统，可有效解决海上油田开发所面临的问题，具有较强的发展空间和应用价值。
发明内容
为克服现有研究技术的不足，本发明提供一种深海多相多级分离回注系统，能够对深海油井采出液进行油气水多级分离并将分离出的水增压回注，以提高分离效率，稳定海底地层压力，节省平台空间并高效利用能源。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种深海多相多级分离回注系统，包括：整体支架结构、立式分离器、气-液旋流分离器、盘管式液-液分离器、缓冲罐和增压回注泵，其中：立式分离器、气-液旋流分离器、盘管式液-液分离器、缓冲罐和增压回注泵位于整体支架结构内，立式分离器、气-液旋流分离器、盘管式液-液分离器、缓冲罐和增压回注泵依次相连。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、由于该系统应用于深海水下，油井采出液直接在其中进行多相分离，避免举升采出液中所含水至平台从而占据宝贵的平台面积，这对于深海区域特别是高含水井而言，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、井中采出液通过系统进行全面的多相分离，油、气、水各相分开输送大大减少混输所存在的能耗增高、管道腐蚀加剧等问题。且分离过程仅通过各个装置进行物理分离，不添加破乳剂等化学药剂，因此分离出的水可直接增压回注地层进行回注以维持海底地层压力，既节能又可防止地层塌陷等危害。
3、一级气液分离器，二级气液旋流分离器，盘管式液-液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、利用多种分离设备组合进行分离处理，可适用于绝大部分海上油井的生产，同时提高了分离效率。各分离板块结构简单、处理范围大，可置于海底进行长期稳定生产，节省处理成本和维护费用。
附图说明
图1是深海多相多级分离回注系统结构示意图；
图2是立式分离器内部结构示意图；
图3是气-液旋流分离器示意图；
图4是管式液-液分离器结构示意图；
图5是分离器、缓冲罐和回注泵连接安装示意图。
图中：1、下部支架，2、底座平台，3、上部支架，4、立式分离器，5、气-液旋流分离器，6、盘管式液-液分离器，7、缓冲罐，8、增压回注泵，400、立式分离器壳体，401、立式分离器入口管线，402、立式分离器内部挡板，403、立式分离器液相出口管线，404、立式分离器气出口管线，501、一级气液旋流分离器，502、一级气液旋流分离器气出口管线，503、一级气液旋流分离器液出口管线，504、二级气液旋流分离器，505、二级气液旋流分离器气出口管线，506、二级气液旋流分离器液出口管线，507、气液旋流分离器液出口管线，600、盘管式液-液分离器分离管；601、盘管式液-液分离器油水入口；602、盘管式液-液分离器油相出口管线；603、盘管式液-液分离器水相出口管线，701、缓冲罐水出口管线，801、回注水出口。
具体实施方式
如图1所示，深海多相多级分离回注系统，包括：下部支架1、底座平台2、上部支架3、立式分离器4、气-液旋流分离器5、盘管式液-液分离器6、缓冲罐7和增压回注泵8。
下部支架1、上部支架3、底座平台2均为矩形平板结构，下部支架1、上部支架3、底座平台2相互平行设置，上部支架3位于底座平台2之上，下部支架1位于底座平台2之下，下部支架1、上部支架3、底座平台2的四个角部与四条支架腿连接，形成整体支架结构，底座平台2上设有凸台，凸台具有一定高度以便安装回注系统管线及阀门。
下部支架1用于抬高深海多相多级分离回注系统的高度，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盘管式分离器、沉降罐等与沉积物接触而造成的壳体腐蚀加剧。
立式分离器4、盘管式分离器6位于底座平台2与上部支架3之间，缓冲罐7和增压回注泵8位于底座平台2上的凸台处，立式分离器4、气-液旋流分离器5、盘管式分离器6、缓冲罐7和增压回注泵8分布合理紧凑；上部支架3开有宽槽，以便于立式分离器4、气-液旋流分离器5的安装，并有利于布置管线使上部支架3与海底和海上平台相关管线连接。
如图2所示，立式分离器4，包括：立式分离器壳体400、立式分离器入口管线401、立式分离器内部挡板402、立式分离器液相出口管线403和立式分离器气出口管线404。
立式分离器壳体400为立式圆筒结构、上下两端为半球型，以有利于承压和气液在罐体内的快速分离；立式分离器400通过底部支架焊接在底座平台2上，底部支架具有一定高度以方便安装及固定。
立式分离器4内设有多个立式分离器内部挡板402，立式分离器内部挡板402为多层半圆形平板结构，立式分离器内部挡板402水平设置，其内径与分离器壳体400的内径相同，沿竖向按照一定间隔均匀焊接在壳体400内，上下相邻两层立式分离器内部挡板402沿壳体400呈180度相对分布。
立式分离器壳体400的顶部连接有立式分离器气出口管线404，立式分离器气出口管线404伸入壳体400的内部；立式分离器壳体400的底部两侧分别安装有立式分离器入口管线401和立式分离器液相出口管线403，立式分离器入口管线401和立式分离器液相出口管线403沿壳体400呈180度相对分布，立式分离器入口管线401伸入壳体400底部中心并竖直向上延伸一定高度；来流通过立式分离器入口管线401进入分离器中部，之后在重力作用下气体向上流动，液相向下流动并在立式分离器内部挡板402进行导流作用后气液得到进一步的分离，气体向上流动与前期分离出的气体通过立式分离器气出口管线404排出分离器，之后进入气-液旋流分离器5进行二级分离，分离出的液体通过立式分离器液相出口管线403排出分离器，然后通过盘管式分离器6进行油水分离。
如图3所示，气-液旋流分离器5为两级分离设备，气-液旋流分离器5，包括：一级气液旋流分离器501、一级气液旋流分离器气出口管线502、一级气液旋流分离器液出口管线503、二级气液旋流分离器504、二级气液旋流分离器气出口管线505、二级气液旋流分离器液出口管线506和气液旋流分离器液出口管线507；一级气液旋流分离器501上部为圆柱形，下部为圆锥形；二级气液旋流分离器504上部为圆柱形，下部为圆锥形，二级气液旋流分离器504圆柱形部分顶部设有二级气液旋流分离器气出口管线505；立式分离器气出口管线405与一级气液旋流分离器501圆柱形部分的侧面相连，一级气液旋流分离器501圆柱形部分顶部与二级气液旋流分离器504圆柱形部分侧面通过一级气液旋流分离器气出口管线502相连；一级气液旋流分离器501圆锥部分底部设有一级气液旋流分离器液出口管线503，二级气液旋流分离器504圆锥部分底部设有二级气液旋流分离器液出口管线506；一级气液旋流分离器液出口管线503、二级气液旋流分离器液出口管线506并联在气液旋流分离器液出口管线507上，气液旋流分离器液出口管线507与盘管式液-液分离器油相出口管线602相连；经过立式分离器4处理过后分离出的气体通过立式分离器气出口管线405进入一级气液旋流分离器501，经一级气液旋流分离器501分离出的液体为油相，通过一级气液旋流分离器液出口管线503流出，经一级气液旋流分离器501分离出的气体进入二级气液旋流分离器504进一步处理；经二级气液旋流分离器504分离出的油相通过二级气液旋流分离器液出口管线506排出，并与一级旋流分离器排出的液体共同汇入气液旋流分离器液出口管线507，之后流入盘管式液-液分离器油相出口管线602，与外部油相管线相连从而进行输送。经二级气液旋流分离器504分离出的气体通过二级气液旋流分离器气出口管线505排出，二级气液旋流分离器气出口管线505与外部气体管线相连从而进行输送。
如图4所示，盘管式液-液分离器6为卧式管线型分离器，盘管式液-液分离器6，包括：盘管式液-液分离器分离管600，盘管式液-液分离器油水入口管线601、盘管式液-液分离器油相出口管线602、盘管式液-液分离器水相出口管线603；盘管式液-液分离器油水入口管线601设有圆锥形扩管结构，盘管式液-液分离器油水入口管线601一端与立式分离器液相出口管线403相连、另一端与盘管式液-液分离器分离管600相连，盘管式液-液分离器分离管600连接有盘管式液-液分离器油相出口管线602、盘管式液-液分离器水相出口管线603，盘管式液-液分离器油相出口管线602与外部油相集输管线相连；来流通过盘管式液-液分离器油水入口管线601进入盘管式液-液分离器6，经过分离处理后，油相通过盘管式液-液分离器油相出口管线602排出进入外部油相集输管线，水相则通过盘管式液-液分离器水相出口管线603排出进入缓冲罐7。
如图5所示，缓冲罐7与增压回注泵8置于底座平台2的凸台之上，缓冲罐7与盘管式液-液分离器水相出口管线603相连接，缓冲罐7通过缓冲罐出口管线701与增压回注泵8相连，增压回注泵8设有回注水出口管线801；由盘管式液-液分离器分离出的水通过水相出口管线603进入缓冲罐7内稳定后，通过缓冲罐出口管线701进入增压回注泵8，在增压回注泵8内进行升压处理后通过回注水出口管线801排出至海底地层。
深海多相多级分离回注系统的工艺流程如下：来油通过立式分离器入口管线401从分离器底部流进并沿管路进入分离器中部，在内部挡板构件的作用下改变其流动方向，增加来油在立式气-液分离器内部的流动距离和流动时间，立式分离器内部挡板402为多层半圆形结构，增加来流流动通道的长度和面积，可以缓冲液体流速，调整流动方向，避免来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，同时消除旋流和紊流，确保后续处理过程中的流场稳定。此外由于立式分离器内部挡板402的存在，可将来流上层的乳状液进行精细分离，促进小液滴的碰撞聚结，使其变成大液滴，以增强沉降效果。实验证明气液立式分离器液相出口含气率仅0.05%，立式分离器气出口含液率为46.1%。为了进一步将采出液进行油气水的高效分离，流体从立式分离器气出口管线流出后进入气-液旋流分离器5进行深度脱水处理，流体流入气体旋流分离器入口构件时改变其流动方向，在旋流的过程中，利用离心力将气液进行分离，气-液旋流分离器5采用两级分离设备，即一级气液旋流分离器501和二级气液旋流分离器504，流体在通过一级气液旋流分离器501处理后即可达到基本分离，通过二级气液旋流分离器504处理后能够实现精细分离，室内实验发现该设计能够达到良好的气液分离效果，气体通过气-液分离器出口管线505排出气液旋流分离器外；脱除气体后的液体通过气-液分离器液相出口管线507连入盘管式液-液分离器6；盘管式液-液分离器6通过减小分离器的直径而缩短水滴的沉降距离和时间，且能够增大油水乳化层上所受的剪切力，加速乳化层的分解，此外还可增大轴向平均流速使流体处于湍流流态，进而提高油水分离效率。立式气-液分离器处理后排出的液体经过盘管式分离器6进行沉降分离后，分离出的油通过盘管式分离器油相出口管线602与海底输油管线相连，净化后的原油和气体分别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。分离出的水则通过盘管式分离器水出口603进入缓冲罐7进行稳定缓冲，缓冲罐7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。稳定后的水相通过缓冲罐水出口701流入增压回注泵8，由增压回注泵8进行增压，最后通过回注水出口801输送至附近注水井进行地层回注。
Claims (2)
1.一种深海多相多级分离回注系统，包括：整体支架结构、立式分离器、气-液旋流分离器、盘管式液-液分离器、缓冲罐和增压回注泵，其特征在于：立式分离器、气-液旋流分离器、盘管式液-液分离器、缓冲罐和增压回注泵位于整体支架结构内，立式分离器、气-液旋流分离器、盘管式液-液分离器、缓冲罐和增压回注泵依次相连；
整体支架结构包括下部支架、上部支架、底座平台均为矩形平板结构，下部支架、上部支架、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，下部支架、上部支架、底座平台的四个角部与四条支架腿连接；
底座平台上设有凸台，凸台具有一定高度；
立式分离器、盘管式液-液分离器位于底座平台与上部支架之间；
缓冲罐和增压回注泵位于底座平台上的凸台处；
立式分离器，包括：立式分离器壳体、立式分离器入口管线、立式分离器内部挡板、立式分离器液相出口管线和立式分离器气出口管线；立式分离器壳体为立式圆筒结构、上下两端为半球型，立式分离器通过底部支架焊接在底座平台上，底部支架具有一定高度；立式分离器内设有多个立式分离器内部挡板，立式分离器内部挡板为多层半圆形平板结构，立式分离器内部挡板水平设置，立式分离器内部挡板的直径与立式分离器壳体的内径相同，沿竖向按照一定间隔均匀焊接在立式分离器壳体内，上下相邻两层立式分离器内部挡板沿立式分离器壳体呈180度相对分布；立式分离器壳体的顶部连接有立式分离器气出口管线，立式分离器气出口管线伸入立式分离器壳体的内部；立式分离器壳体的底部两侧分别安装有立式分离器入口管线和立式分离器液相出口管线，立式分离器入口管线和立式分离器液相出口管线沿立式分离器壳体呈180度相对分布，立式分离器入口管线伸入立式分离器壳体底部中心并竖直向上延伸一定高度；
气-液旋流分离器为两级分离设备，气-液旋流分离器，包括：一级气液旋流分离器、一级气液旋流分离器气出口管线、一级气液旋流分离器液出口管线、二级气液旋流分离器、二级气液旋流分离器气出口管线、二级气液旋流分离器液出口管线和气液旋流分离器液出口管线；一级气液旋流分离器上部为圆柱形，下部为圆锥形；二级气液旋流分离器上部为圆柱形，下部为圆锥形，二级气液旋流分离器圆柱形部分顶部设有二级气液旋流分离器气出口管线；立式分离器气出口管线与一级气液旋流分离器圆柱形部分的侧面相连，一级气液旋流分离器圆柱形部分顶部与二级气液旋流分离器圆柱形部分侧面通过一级气液旋流分离器气出口管线相连；一级气液旋流分离器圆锥部分底部设有一级气液旋流分离器液出口管线，二级气液旋流分离器圆锥部分底部设有二级气液旋流分离器液出口管线；一级气液旋流分离器液出口管线、二级气液旋流分离器液出口管线并联在气液旋流分离器液出口管线上，气液旋流分离器液出口管线与盘管式液-液分离器油相出口管线相连；
盘管式液-液分离器为卧式管线型分离器，盘管式液-液分离器，包括：盘管式液-液分离器分离管，盘管式液-液分离器油水入口管线、盘管式液-液分离器油相出口管线、盘管式液-液分离器水相出口管线；盘管式液-液分离器油水入口管线设有圆锥形扩管结构，盘管式液-液分离器油水入口管线一端与立式分离器液相出口管线相连、另一端与盘管式液-液分离器分离管相连，盘管式液-液分离器分离管连接有盘管式液-液分离器油相出口管线、盘管式液-液分离器水相出口管线，盘管式液-液分离器油相出口管线与外部油相集输管线相连；
缓冲罐与增压回注泵置于底座平台的凸台之上，缓冲罐与盘管式液-液分离器水相出口管线相连接，缓冲罐通过缓冲罐出口管线与增压回注泵相连，增压回注泵设有回注水出口管线。
2.根据权利要求1所述的深海多相多级分离回注系统，其特征在于：上部支架开有宽槽。
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