CN104968405A - 用于从含油采出水中分离石油的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于从含油采出水中分离石油的方法以及一种用于从含油采出水中分离石油的设备。穿孔挡板被布置在分离储槽中以提供采出水的均衡向下流速。此类挡扳的插入已示出较少石油沿着流向下。

Description

用于从含油采出水中分离石油的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于从含油采出水中分离石油的方法，以及用于从含油采出水中分离石油的设备。

背景技术

在全球，与石油和天然气生产相关联的产水量是产油量的三倍以上。因此平均含水率约为油井采出物的75％。含水量在不断增加。大约10年前，含水量约为70％。油田历史越久，含水率就成比例增加，而开发用于处理水库的方法越先进，勘探到的新油田越多，含水率也就成比例减少。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出现了对更好、更小(diminished)、更有成本效益的技术的需求。水处理的成本参与确定采出多高水含量可以盈利。这还取决于油价。

发明内容

本发明可以用于提供一种用于采出水，包含供全球岸上和海上油料设施使用的提纯系统。随着井内流从油井中出来的采出水与石油和气体分离，接着被提纯并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。油田不同，采出水的所含物和成分也会有所不同，即使在同一个油田中，采出水的所含物和成分也会因油井的不同而变化。另外，一个油井中的成分将会随时间变化。例如，挪威石油平台每一分钟将处理约400立方米的水。随着挪威陆架更加成熟、石油含量越来越少且水含量越来越多，采出水强劲增加。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。

本发明的目标进一步在于改进采出水的净化且因此降低纯净水中的石油的ppm水平。

本发明提供一种用于从含油采出水中分离石油的设备，其中所述设备的实施例包括以下项：

-储槽，其包含侧壁和中空内部；

-注气管线；

-入口管，其延伸到储槽内部且与注气管线连接；

-喷嘴，其从入口管延伸到储槽室；

-穿孔挡板，其相对于储槽侧壁径向向内延伸；

-储槽的底部中的出口；以及

-储槽的顶部处的出口。

此外，本发明的实施例提供一种用于从含油采出水中分离石油的方法，其中供应含油采出水且将所述含油采出水与含气成分混合，含气和油的采出水混合物被输送至延伸到储槽内部的入口管，所述混合物通过从入口管延伸到储槽室的喷嘴扩散，采出水混合物的向下流通过穿孔挡板被均衡，石油和粘附着油滴的气体将上升到储槽的顶部处的出口，且被排出；并且净化水被传送到储槽的底部中的出口。

在另一实施例中，至少一个导流板安装在每一出口喷嘴的下方。此导流板沿着储槽壁在切线方向上引导水。为了获得更好的混合，一个导流板优选地在下一出口喷嘴上方引导水混合物。可以安装至少一个护罩以沿着导流板引导水。

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示出与任选的顶部喷嘴相关的细节。

图3示出具有三个级的提纯系统。

图4示出用于提纯系统的分离级。

图5示出具有呈内部环形壁形式的护罩的分离器储槽内侧的两个部分。

图6示出从下往上看到的如图5中的分离器储槽内侧的相同部分。

图7示出其中穿孔挡板固定到护罩内侧的下部部分的本发明的实施例。

具体实施方式

在图1中，来自石油/水分离器或如水力旋流器、排气槽或类似者等的其它提纯设备的采出水可以在直通入口1中被输送。此采出水通过注气管线2被提供气体并且与气体混合器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)，该注射器(喷射器)通过管子4从储槽的顶部吸入气体。所添加或循环的典型气体量可以大致为在操作压力下的进水输送流的3％至7％。这一数据会随进水中存在的残余气体量的多少而变化。气体和含油的水的混合物通过底部5输送至延伸到储槽内部的入口管中。在内部管的顶部中，存在将水分布到一个或多个分布管的分支构件6，该分布管具有用于控制进入储槽的气体/水混合物的速度的出口喷嘴7。这些沿着储槽壁在切线方向上终止。由于储槽中的管子/喷嘴的切线终止，在储槽中实现循环，提供水、气体和石油的混合。这样可以导致气泡与油滴之间良好的接触。为了避免来自喷嘴的水在储槽中不直接向下流动而是与进水/进气混合，不同解决方案都是可能的。

导流板8.1可以安装在出口喷嘴中的每一个的下方，该出口喷嘴是流进入储槽中的入口。这样可以使水在下一个出口喷嘴上方，从而使其中已释放了大气泡的水能与进水混合，以便气体与油滴之间更好地混合/接触。

此外，护罩39(图5中示出)可以相对于导流板8.1以30°至150°的角度布置在导流板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。在此实施例中，护罩39相对于导流板8.1固定为处于几乎垂直位置(大约90°)的内部环形壁。护罩39还可以不连续地布置在导流板8.1的内侧上。护罩39的高度几乎可以是任何高度，但通常优选地该高度对应于导流板8.1的宽度。

根据本发明的实施例，安装在分离器储槽中的穿孔挡扳41的引入将限制或调节混合物的流且有助于该流的均匀分布。挡板41的穿孔可以包含具有不同大小和形状的开口。该开口可以均匀分布以获得均匀流速。开口面积与挡板41的固体材料之间的优选(尽管不仅仅是)比率应取决于储槽的大小和容量来确定。此开口面积应为挡板41面积的最少15％。图7示出其中挡板41固定到例如下部部分或任何其它合适位置等的护罩的内侧部分的本发明的实施例。穿孔挡扳可以独立地使用或与导流板和/或护罩组合使用。例如，挡板41可以位于喷嘴7、导流板8.1和护罩39的下方以限制或调节整个容器内的流。

为了也在储槽的中心中实现良好的混合，可调整喷嘴构件26可以任选地安装在入口管的顶部上，参看图2和图3。该喷嘴构件从中心向外扩散液体/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。粘附着油滴的气体将上升到储槽中液体的表面处，然后与一些水一起在储槽顶部的浸没出口(submerged outlet)9中被输送出。此排出借助于阀门10控制。此流中的石油/水混合比率取决于阀门开度。

与储槽中向下的水速度相比具有较小递增速度的带有气泡的水可以穿过填充材料“层”(bed)，该填充材料层选自包括尤其是拉西环(Raschig rings)11或类似者的群组并且粘附有石油的气泡附着于该填充材料层，从而进一步一起增长并且以此实现超过递减水速度的浮力且上浮到表面。从这个“层”供应的纯净(经过处理的)水会在储槽的底部的出口12中流出，且之后该水被排出13或任选地注入水库作为压力支持。在流量计14上测量此量。来自储槽的水出口的部分流15将借助于泵16循环回到储槽中。再循环的量借助于阀门17控制。气体通过注入点18被供应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的注射器从储槽20的顶部吸入气体。典型气体量可以大致是在操作压力下的进水输送流的3％至7％。典型再循环量将是储槽的最大设计速率的30％至70％。将从流量计21中读取再循环的量。内管22外侧是外管，该外管在两端均被密封靠着(against)内管22。因此，腔室23形成于再循环流15所进入的这些管子之间。将水分布到一个或多个管子的分支构件24位于此腔室的顶部中，该管子具有用于控制进入储槽中的气体/水混合物的速度的出口喷嘴25。这些沿着储槽壁在切线方向上终止。为了避免来自喷嘴的水在储槽中不直接向下流动而是与进水/进气混合，至少一个导流板8.2安装在入口中的每一个的下方。这样可以使水在下一入口上方，从而使其中已释放了大气泡的水能与进水混合，以便气体与油滴之间更好地混合/接触。或者，此流可以在距入口管的任何距离处随着下面的导流板和外部的垂直壁在切线方向上分布。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的所描述的分布反向地被引导。就这一点而言，从上部喷嘴系统/混合分离的水被提供纯净水/气体混合物和石油(纯净水/气体混合物和石油可能跟随该水流动)会再次接触混合在水中的气泡，并且以此形成石油/气体的新接触区域，从而产生更好的提纯。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随着水相(water phase)通过在储槽底部中的出口12。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，可以将多个储槽串联连接。

或者，每个独立喷嘴可以具有注射器，该注射器通过管子4从储槽的顶部吸入气体。此种管子可以位于该储槽的外侧或内侧。

或者，入口管可以从储槽的顶部向下地延伸。或者，水可以在储槽内部在多个级中进行提纯，其中通过喷嘴7来自上部提纯级的水通过输送管27与位于外部的管子29之间的环形腔室28传递，并且其中上部腔室借助于板30分离，参看图3。图4中示出环形腔室的详细截面视图。一个分离槽可以包含通过板和图4中示出的环形腔室分离的若干部分。在水进入该环形腔室之前，存在防止水从储槽的中心进入环形腔室的防涡器38。这是为了避免夹带来自储槽的顶部的石油。水从此处通过分支构件31输送，该分支构件将水分布到一个或多个管子，该管子具有用于控制进入新的腔室中的气/水混合物的速度的出口喷嘴32。这些喷嘴沿着储槽壁在切线方向上终止。或者，气体可以通过气体添加件(gas addition)34供应到此流。典型的气体是氮气、烃气(燃料气)、二氧化碳，但并不限于这些气体。在此腔室中分离的石油和气体通过排出口36排出并且与排出口20和35组合。或者，如先前描述的多个分离级可以安装在彼此下方，其中在这些级中具有类似功能。

图5如上文所描述示出在包含侧壁和中空内部的储槽内侧的两个部分的视图。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°布置在导流板8.1上。护罩39的高度几乎可以是任何高度，但通常优选地该高度对应于导流板8.1的宽度。图中示出入口管27和环形腔室28。

图6示出与图5相同但从不同角观察的实施例。此处可以从下方看到导流板8.1。气体可以通过管子34注入环形腔室中。在此腔室中分离的石油和气体通过排出口36排出。

本发明提供一种使安装更紧凑且更有效的解决方案。本领域中的先前技术使用串联的多个提纯级。本解决方案在同一个储槽中具有多个提纯级。应进一步指明的是，本发明可以按被认为合适的顺序和数量用上述提纯级实施。这样会缩减成本、减小所需的必要空间，因此适合更多客户。因为它的设计，与带有外部切向入口等的储槽相比，本装置更易于建造(制造)，也更易于与现有设施相适应。

本方法和设备的实施例可以包括以下项：

一种用于在石油生产中从采出水中分离液态或气态石油/碳氢化合物、分离具有特定重量差且彼此不相溶的其它液体/气体的方法和设备，其包括：

a.包含侧壁和中空内部的储槽。合适储槽的高度/直径比取决于待分离的成分。

b.其中包含待分离的成分(石油和气体)的入口流被输送到储槽的入口管中，有可能通过喷射器(引射器)从储槽的顶部再循环而添加气体或另外的外部气体，例如与生产分离器分离的氮气、二氧化碳、烃气等，但并不限于这些气体。

c.上文在b项中描述的入口管的顶部中的分布构件，该分布构件将进料分布到一个或多个分布管中，该分布管沿着储槽壁以及至少一个导流板在切线方向上终止，该导流板在这些下方几乎水平地但略微向上延伸。环形壁/护罩固定到内侧上的导流板并且完全或部分沿着导流板的长度以30°与150°之间的角度向上进行引导。这种布置确保来自至少一个分布管的流被导引在下一分布管上方，以产生储槽中的回旋(循环)和均质流，这使储槽的此部分中的气体/液体良好地混合。

d.安装在上文b项中描述的入口管的顶部上的可调整喷嘴构件。此构件在储槽中从中心向外地扩散液体/气体混合物并且与c项中描述的来自喷嘴管的液体/气体混合物混合。

e.c项中描述的进料管外部的管子，该管子在两端均被密封靠着项c中描述的进料管并且形成环形腔室，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来自储槽的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所描述的环形管中。

f.其中所描述的环形管具有如c项中所述的，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中心管的任何距离朝向方向受到控制的储槽壁与项c中所述的分布流同向地或反向地在切线方向上进行分布。导流板可以具有外部垂直壁，该外部垂直壁的高度比更靠近储槽壁分布的分布管的高度高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储槽的底部。

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

i.其中已分离的气体和石油通过浸没管在距储槽顶部的储槽高度的5％至20％水平处从储槽的顶部排出，其中排出量借助于阀门来调节。

j.由于i项中所描述的管子形成储槽顶部中的气体“垫”，该气体垫是用于气体再循环的缓冲器。

k.其中储槽中的压力借助于出口管中的阀门控制。

l.安装在储槽中的穿孔挡板，其提供采出水的均衡向下流速。此类挡扳的插入已示出较少石油沿着该流向下，并且来自出口12的水的提纯水平已以50％增加。

重要的是应注意，涉及上文所述的各级和各种实施例，进一步的提纯级可能受影响。

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它实施例。上文说明的这些和其它实例仅仅被视为实例并且应根据前述专利权利要求确定本发明的实际范围。

Claims (11)

1.一种用于从含油水中分离石油的设备，其包含：

储槽，其包含侧壁和中空的内部；

注气管线；

入口管，其延伸到所述储槽的所述内部且与所述注气管线连接；

喷嘴，其从所述入口管延伸到所述储槽的所述内部；

穿孔挡板，其位于所述储槽的所述内部且相对于所述储槽的所述侧壁径向向内延伸；

所述储槽的底部中的出口；以及

所述储槽的顶部处的出口。

2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括在所述喷嘴下方的导流板，所述导流板相对于所述储槽的所述侧壁径向向内延伸。

3.根据权利要求2所述的设备，其进一步包括沿着所述导流板的内侧关于所述导流板以30°至150°的角延伸的护罩。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述穿孔挡板安装在所述护罩内侧。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述穿孔挡板包含分布一致的开口。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述开口占所述穿孔挡板的面积的至少15％。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述穿孔挡板沿着所述储槽的水平截面的平面延伸。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述穿孔挡板直接安装到所述储槽的壁上。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述穿孔挡板安装在所述储槽内侧的任何高度处。

10.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：

将所述储槽中空的所述内部分隔成一个以上腔室的板；以及

一个以上的穿孔挡板。

11.一种用于从含油采出水中分离石油的方法，其包括：

供应所述含油采出水并且将所述含油采出水与含气成分混合；

将含气和油的采出水混合物输送到储槽内部；

将所述混合物扩散到储槽室中；

通过使所述混合物穿过穿孔挡板来均衡所述储槽中的所述混合物的流；

从采出水中分离石油和粘附着油滴的气体；

使所述石油和所述粘附着油滴的气体能够上升到所述储槽的顶部处的出口且从所述储槽排出；以及

将经净化的采出水传送到所述储槽的底部中的出口。