CN106422424B - 针对油田复合驱采出液的分离方法以及装置 - Google Patents

针对油田复合驱采出液的分离方法以及装置 Download PDF

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Abstract

一种针对油田复合驱采出液的分离方法以及装置。主要为了解决单一的旋流分离器分离不完全而单独的沉降分离耗时过长的问题。其特征在于：将油田复合驱采出的混合介质首先送入单一旋流器或旋流器组内进行高速的离心分离；经离心分离后的不同密度介质分别经不同管线送入沉降罐内的不同位置处，低密度介质经上管线引入至沉降罐内的上部位置，中密度介质经中管线引入至沉降罐内的中部位置，高密度介质经下管线引入至沉降罐内的下部位置；在沉降罐内相应上、中和下管线的出口附近设置上部、中部和下部挡板，使介质流速和流向突变以保证流体足够缓冲；旋流器组根据需要若干旋流器相并联，并联后的旋流器分离后的同密度介质使用同根输出管线输出。

Description

针对油田复合驱采出液的分离方法以及装置
技术领域：
本发明涉及一种可应用于石油、化工、海洋工程、水处理、环保等领域中的多相介质分离技术和装置，特别是适用于对油田复合驱采出液进行分离处理。
背景技术：
目前我国众多油田已进入高含水和高采出程度开发的二次采油以及三次采油阶段，聚驱采油、二元复合驱采油、三元复合驱采油、SAGD采油等已成为我国现阶段极其重要且应用广泛的提高石油采收率的技术，因此，采出液粘度增大、原油乳化严重、油珠粒径较小、以及含砂量和伴生气量逐年增加等问题纷至沓来并备受关注。为解决这些问题，目前油田中应用广泛的设备主要有重力沉降、过滤分离、旋流分离等几种。重力沉降是利用混合介质的密度差进行分离的一种方法，这种方法虽然可以有效脱除原油中大部分的悬浮水，但是耗时长、效率低下，满足不了连续工作的需要，同时对粘度大、油水密度差小、含水率低的原油脱水的处理达不到要求。虽然在实际生产时根据需要可以选择多个沉降罐同时工作，但由于沉降罐占地面积较大，现今土地资源又极度紧张，开发新的占地不仅耗时又会带来一定的经济开销，这对大部分企业将是不小的负担。
过滤分离具有高效的特点，但需要反冲洗，设备占地面积大，适宜含砂量较少、砂粒粒径小等场合。旋流分离则是利用互不相容介质间的密度差进行离心分离的，旋流分离具有结构简单、分离效率高、设备占用空间小、使用方便灵活等优点，旋流器作为一种分离设备已经在国内外被诸多行业广泛应用并且发展日趋成熟，但旋流分离仍然属于不完全分离，旋流器内部流场极其复杂并且在实际应用中对入口流量、压力等操作条件有较高的要求。
因此，复合驱采出液的油水分离和脱气除砂处理仍然成为油田生产中的一个重要问题。
发明内容：
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种针对油田复合驱采出液的分离方法以及装置，该种分离方法以及装置提高了整体的分离效率可较好的实现复合驱采出液等难处理的介质的分离，同时还具有良好的经济性。
本发明的技术方案是：该种针对油田复合驱采出液的分离方法，将旋流分离与沉降分离进行结合，其特征在于：
将油田复合驱采出的混合介质首先送入单一旋流器或旋流器组内进行高速的离心分离；经离心分离后的不同密度介质分别经不同管线送入沉降罐内的不同位置处，其中，低密度介质经上管线引入至沉降罐内的上部位置，中密度介质经中管线引入至沉降罐内的中部位置，高密度介质经下管线引入至沉降罐内的下部位置；在沉降罐内相应上管线、中管线和下管线的出口附近设置上部挡板、中部挡板和下部挡板，使介质流速和流向突变以保证流体有足够的缓冲时间；
所述旋流器组根据需要可选择若干不同功能的旋流器相并联或将多个功能相同的旋流器相并联，并联后的若干旋流器分离后的同密度介质使用同一根输出管线输出。
为实施上述方法而构造的针对油田复合驱采出液的分离装置，包括由至少二个单体旋流器构成的旋流器组和一个沉降罐，此外，所述分离装置还包括溢流排液管线、底流排液管线、排污管、阀、沉降罐入口转换器、上管线、下管线、上部挡板以及下部挡板；
其中，在旋流器组的介质入口端连接有混合介质入口管，在旋流器组的分离后低密度介质出口端连接有溢流排液管线，在旋流器组的分离后高密度介质出口端连接有底流排液管线；
沉降罐入口转换器为内外两层的套管结构，由内入口管和外套管构成，内入口管的外壁和所述外套管的内壁之间形成的环形腔为高密度介质导流腔，内入口管的内腔为低密度介质导流腔；沉降罐入口转换器的一端位于沉降罐之外，另一端伸入沉降罐内；上管线和下管线的管线出口端分别位于沉降罐内的上、下两处，对应所述两处管线出口端，分别固定有上部挡板和下部挡板；
溢流排液管线与所述低密度介质导流腔相连通，底流排液管线与所述高密度介质导流腔相连通；所述低密度介质导流腔位于沉降罐之内的部分与上管线相连通，所述高密度介质导流腔位于沉降罐之内的部分与下管线相连通。
本发明具有如下有益效果：本发明所给出的技术方案将旋流器(组)和沉降罐组合使用，相同处理量下可缩短重力沉降时间，相同时间下可增加处理量，提高分离效率。此外，沉降罐入口转换器以及内部不同分流管线的设计使旋流器(组)分离的介质直接排入沉降罐相应位置，由此缩短沉降时间。另外，在沉降罐内接收来自旋流器(组)分离介质的相应位置附近设置挡板，可减小介质由于高速旋流分离产生的速度，对其缓冲，实现进一步分离。本发明可用于多相的互不相溶介质的分离，如分离三相介质时可选择三相分离的旋流器并在沉降罐相应位置设置三个或多个出口。本发明既可应用于油田、化工、冶金等，又可应用于市政环保等其它领域，具有可观的推广应用前景。
附图说明：
图1是两相分离旋流-沉降工艺及设备工作示意图；
图2是两相分离旋流-沉降工艺及设备三维示意图及沉降罐入口纵剖图；
图3是A-A截面沉降罐入口结构剖面图；
图4是B-B截面挡板结构剖面图；
图5是三相分离旋流-沉降工艺及设备工作示意图；
图6是三相分离旋流-沉降工艺及设备三维示意图及沉降罐入口纵剖图；
图7是C-C截面沉降罐入口结构剖面图；
图8是D-D截面挡板结构剖面图。
图中1-混合介质入口；2-旋流器组；3-溢流排液管线；4-沉降罐；5-底流排液管线；6-切向排液管线；7-排污管；8-阀；9-出口挡板；10-沉降罐入口转换器；11-内入口管；12-第一隔板；13-第二隔板；14-上管线；15-下管线；16-上部挡板；17-下部挡板；18-中部挡板；19-中间管线。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本种针对油田复合驱采出液的分离方法，是将旋流分离与沉降分离进行结合，其独特之处在于：
将油田复合驱采出的混合介质首先送入单一旋流器或旋流器组内进行高速的离心分离；经离心分离后的不同密度介质分别经不同管线送入沉降罐内的不同位置处，其中，低密度介质经上管线引入至沉降罐内的上部位置，中密度介质经中管线引入至沉降罐内的中部位置，高密度介质经下管线引入至沉降罐内的下部位置；在沉降罐内相应上管线、中管线和下管线的出口附近设置上部挡板、中部挡板和下部挡板，使介质流速和流向突变以保证流体有足够的缓冲时间；
所述旋流器组根据需要可选择若干不同功能的旋流器相并联或将多个功能相同的旋流器相并联，并联后的若干旋流器分离后的同密度介质使用同一根输出管线输出。
为了实施上述方法，本发明提出了一种新的针对油田复合驱采出液的分离装置。
如图1、图2和图4所示，该种分离装置包括由至少二个单体旋流器构成的旋流器组2和一个沉降罐4、溢流排液管线3、底流排液管线5、排污管7、阀8、沉降罐入口转换器10、上管线14、下管线15、上部挡板16以及下部挡板17。
其中，在旋流器组2的介质入口端连接有混合介质入口管1，在旋流器组2的分离后低密度介质出口端连接有溢流排液管线3，在旋流器组2的分离后高密度介质出口端连接有底流排液管线5；
沉降罐入口转换器10为内外两层的套管结构，由内入口管11和外套管构成，内入口管11的外壁和所述外套管的内壁之间形成的环形腔为高密度介质导流腔，内入口管11的内腔为低密度介质导流腔；沉降罐入口转换器10的一端位于沉降罐4之外，另一端伸入沉降罐4内；上管线14和下管线15的管线出口端分别位于沉降罐4内的上、下两处，对应所述两处管线出口端，分别固定有上部挡板16和下部挡板17；
溢流排液管线3与所述低密度介质导流腔相连通，底流排液管线5与所述高密度介质导流腔相连通；所述低密度介质导流腔位于沉降罐4之内的部分与上管线14相连通，所述高密度介质导流腔位于沉降罐4之内的部分与下管线15相连通。
以上为适合于对具有两种密度的介质进行分离的装置，下面给出一种适合于对具有三种密度的介质进行分离的装置。
如图5、6、8所示，该种针对油田复合驱采出液的分离装置，包括由至少二个单体旋流器构成的旋流器组2和一个沉降罐4、溢流排液管线3、底流排液管线5、切向排液管线6、排污管7、阀8、沉降罐入口转换器10、上管线14、下管线15、中间管线19、第一隔板12、第二隔板13、上部挡板16、中部挡板18以及下部挡板17。
其中，在旋流器组2的介质入口端连接有混合介质入口管1，在旋流器组2的分离后低密度介质出口端连接有溢流排液管线3，在旋流器组,2的分离后中密度介质出口端连接有切向排液管线6，在旋流器组2的分离后高密度介质出口端连接有底流排液管线5。
沉降罐入口转换器10为内外两层的套管结构，由内入口管11和外套管构成，内入口管11的外壁和所述外套管的内壁之间形成环形腔，第一隔板12和第二隔板13位于所述环形腔内，将所述环形腔分隔为高密度介质导流腔和中密度介质导流腔，第一隔板12和第二隔板13间夹角范围在45°～120°之间，内入口管11的内腔为低密度介质导流腔；沉降罐入口转换器10的一端位于沉降罐4之外，另一端伸入沉降罐4内；上管线14、中间管线19和下管线15的管线出口端分别位于沉降罐4内的上、中、下三处，对应所述三处管线的出口端，分别固定有上部挡板16、中部挡板18和下部挡板17。
溢流排液管线3与所述低密度介质导流腔相连通，底流排液管线5与所述高密度介质导流腔相连通，切向排液管线6与所述中密度介质导流腔相连通；所述低密度介质导流腔位于沉降罐4之内的部分与上管线14相连通，所述高密度介质导流腔位于沉降罐4之内的部分与下管线15相连通，所述中密度介质导流腔位于沉降罐4之内的部分与中间管线19相连通。
具体实施时，可按照如下的优选的尺寸关系获得相应的装置：
如图3和图7所示，沉降罐中相关尺寸关系为：
沉降罐内径D；单入口高度H1(0.5D<H1<0.68D)；缝间长度L1(3D<L1<5D)；入口处上挡板高度H2(0.15D<H2<0.3D)；入口处上挡板位置L2(0.1D<L2<0.2D)；入口处下挡板高度H3(0.18D<H3<0.3D)；入口处下挡板位置L3(0.1D<L3<0.2D)；顶部出口位置L4(0.49D<L4<0.78D)；底部右侧出口位置L5(0.2D<L5<0.38D)；底部左侧出口位置L6(0.55D<L6<0.76D)；入口处中间板高度H4(0.13D<H4<0.2D)；入口处中间挡板位置L7(0.1D<L7<0.2D)；双入口(上)高度H5(0.2D<H5<0.35D)；双入口(下)高度H6(0.14D<H6<0.28D)；罐内右方挡板高度H7(0.48D<H7<0.7D)；罐内右方挡板位置L8(0.25D<L8<0.55D)。
需要说明的是图3两相沉降罐入口中R1，R2的比值，已知目前油田采出液中含油浓度Ci＝2％～8％，则有溢流分流比Fu＝(1.5～2)Ci
由分流比的定义，得溢流流量Qu，底流流量Qd分别为
Qu＝Fu Qi，Qd＝(1-Fu)Qi
其中Qi为入口流量；
又因为Q＝vπR2
根据现场及模拟经验得到相同出口横截面积的旋流分离器底流口流体流速v2是溢流口流体流速v1的1.5～2倍，即
v2/v1＝1.5～2
可以得到溢流排液管线半径R1和底流排液管线半径R3之比为：
转换到沉降罐入口横截面积则有
S3＝S环＝S2-S1
πr3 2＝πR2 2-πR1 2
可得
R1/R2＝0.26～0.66
同理可计算图7三相沉降罐入口中R3，R4的比值和α取值的范围。
目前油田采出液中含砂浓度Cs≤2％，含油浓度Ci＝2％～8％，则有
Fu＝(1.5～2)Ci，Fd≤(2～5)Ci，
由分流比的定义，得溢流流量Qu，底流流量Qd，和切向出口流量Qc分别为
Qu＝Fu Qi，Qd＝(1-Fd)Qi，Qc＝(1-Fu-Fd)Qi
又因为Q＝vπR2
根据现场及模拟经验有相同横截面出口的旋流分离器溢流口流体流速v1、底流口流体流速v2和切向出口流体流速v3的比值：
v2/v1＝1.5～2，v3/v1＝1.2～1.8
可以得到溢流排液管线半径R3和底流排液管线半径r1之比和溢流排液管线半径R3和切向排液管线半径r2之比分别为：
转换到沉降罐入口横截面积可得
α＝360°(0.17～0.35)
R4/R3＝1.99～3.08。
下面，给出本发明的具体工作过程：
对于两相分离，混合介质通过入口进入旋流器组内，在离心场的作用下密度较大的重质相被甩向边壁，密度小的轻质相则被挤向中间低压区，最终轻质相从溢流口被挤出，重质相边旋转边向下运动从旋流器组底流口排出。分离的介质分别由溢流排液管线、底流排液管线排入沉降罐内。在沉降罐内相应入口管线的出口附近设置上部挡板和下部挡板，减小来自旋流器组介质的速度，使介质流速和流向突变并保证流体有足够的缓冲时间。由于沉降罐内混合介质在进行重力沉降时随着时间的推移密度较大的介质集中在下层，而密度较小的轻质相则集中在上层，这样来自旋流器组溢流和底流的介质可分别直接排入沉降罐内轻质相聚集的上层和重质相聚集的下层，直接参与沉降分离的最终过程，大大减少了介质在沉降罐内重力分离的时间。
密度不同的几种介质分别在沉降罐内不同的界面以相对缓慢的速度经过沉降罐内部利于分离的填料设置，例如斜板、波纹板等，流体吸附其表面，破坏介质表面张力、易于聚结，使未完全分离的介质进一步分离，最终分离的介质由相应的出口排出实现分离。
此外，由于底流排液管线5和切向排液管线6运输密度较大的流体，如砂、粘度较大的液体等杂质会引起管线堵塞、磨损等会造成对整个工艺的影响，为此在两根管线上安装阀8，并连接排污管线7，定期将大颗粒杂质排出，利于管线排液和实现整个工艺的高效率工作。
本发明给出的技术方案可有效提高分离效率，增大处理量，在分离效果和分离效率两方面都解决了旋流器分离不彻底和沉降分离耗时的问题。此外，根据实际需要，也可将旋流器(组)置于沉降罐内部以节省空间。

Claims (3)

1.一种针对油田复合驱采出液的分离方法，该方法将旋流分离与沉降分离进行结合，其特征在于：
将油田复合驱采出的混合介质首先送入单一旋流器或旋流器组内进行高速的离心分离；经离心分离后的不同密度介质分别经不同管线送入沉降罐内的不同位置处，其中，低密度介质经上管线引入至沉降罐内的上部位置，中密度介质经中管线引入至沉降罐内的中部位置，高密度介质经下管线引入至沉降罐内的下部位置；在沉降罐内相应上管线、中管线和下管线的出口附近设置上部挡板、中部挡板和下部挡板，使介质流速和流向突变以保证流体有足够的缓冲时间；
所述旋流器组根据需要可选择若干不同功能的旋流器相并联或将多个功能相同的旋流器相并联，并联后的若干旋流器分离后的同密度介质使用同一根输出管线输出。
2.一种针对油田复合驱采出液的分离装置，包括由至少二个单体旋流器构成的旋流器组(2)和一个沉降罐(4)，其特征在于：所述分离装置还包括溢流排液管线(3)、底流排液管线(5)、排污管(7)、阀(8)、沉降罐入口转换器(10)、上管线(14)、下管线(15)、上部挡板(16)以及下部挡板(17)；
其中，在旋流器组(2)的介质入口端连接有混合介质入口管(1)，在旋流器组(2)的分离后低密度介质出口端连接有溢流排液管线(3)，在旋流器组(2)的分离后高密度介质出口端连接有底流排液管线(5)；
沉降罐入口转换器(10)为内外两层的套管结构，由内入口管(11)和外套管构成，内入口管(11)的外壁和所述外套管的内壁之间形成的环形腔为高密度介质导流腔，内入口管(11)的内腔为低密度介质导流腔；沉降罐入口转换器(10)的一端位于沉降罐(4)之外，另一端伸入沉降罐(4)内；上管线(14)和下管线(15)的管线出口端分别位于沉降罐(4)内的上、下两处，对应所述两处管线出口端，分别固定有上部挡板(16)和下部挡板(17)；
溢流排液管线(3)与所述低密度介质导流腔相连通，底流排液管线(5)与所述高密度介质导流腔相连通；所述低密度介质导流腔位于沉降罐(4)之内的部分与上管线(14)相连通，所述高密度介质导流腔位于沉降罐(4)之内的部分与下管线(15)相连通。
3.一种针对油田复合驱采出液的分离装置，包括由至少二个单体旋流器构成的旋流器组(2)和一个沉降罐(4)，其特征在于：所述分离装置还包括溢流排液管线(3)、底流排液管线(5)、切向排液管线(6)、排污管(7)、阀(8)、沉降罐入口转换器(10)、上管线(14)、下管线(15)、中间管线(19)、第一隔板(12)、第二隔板(13)、上部挡板(16)、中部挡板(18)以及下部挡板(17)；
其中，在旋流器组(2)的介质入口端连接有混合介质入口管(1)，在旋流器组(2)的分离后低密度介质出口端连接有溢流排液管线(3)在旋流器组(2)的分离后中密度介质出口端连接有切向排液管线(6)，在旋流器组(2)的分离后高密度介质出口端连接有底流排液管线(5)；
沉降罐入口转换器(10)为内外两层的套管结构，由内入口管(11)和外套管构成，内入口管(11)的外壁和所述外套管的内壁之间形成环形腔，第一隔板(12)和第二隔板(13)位于所述环形腔内，第一隔板(12)和第二隔板(13)间夹角范围在45°至120°之间，将所述环形腔分隔为高密度介质导流腔和中密度介质导流腔，内入口管(11)的内腔为低密度介质导流腔；沉降罐入口转换器(10)的一端位于沉降罐(4)之外，另一端伸入沉降罐(4)内；上管线(14)、中间管线(19)和下管线(15)的管线出口端分别位于沉降罐(4)内的上、中、下三处，对应所述三处管线的出口端，分别固定有上部挡板(16)、中部挡板(18)和下部挡板(17)；
溢流排液管线(3)与所述低密度介质导流腔相连通，底流排液管线(5)与所述高密度介质导流腔相连通，切向排液管线(6)与所述中密度介质导流腔相连通；所述低密度介质导流腔位于沉降罐(4)之内的部分与上管线(14)相连通，所述高密度介质导流腔位于沉降罐(4)之内的部分与下管线(15)相连通，所述中密度介质导流腔位于沉降罐(4)之内的部分与中间管线(19)相连通。
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