CN107975360B - 一种油井集输系统硫化氢高压处理的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于安全生产和环境保护技术领域，具体涉及一种油井集输系统硫化氢高压处理的装置及方法，所述的装置包括供气单元、多相反应单元和检测与控制单元；所述的供气单元与多相反应单元相连接，并向多相反应单元提供空气；所述的检测与控制单元检测多相反应单元中硫化氢的含量，控制供气单元的空气供给量以及多相反应单元入口和出口的液量。本发明具有流程短，自动化程度高，安全可靠，操作、管理和维护简便的优点；同时本发明对油井混合物中气相和液相中硫化氢的去除率高，去除率均大于95％，且处理后气体中硫化氢含量≤30mg/m3，液体中硫化氢含量≤10mg/L。因此，本发明可广泛地应用于油井硫化氢处理工艺中。
Description
技术领域
本发明属于安全生产和环境保护技术领域，具体涉及一种油井集输系统硫化氢高压处理的装置及方法。
背景技术
随着稠油热采的不断进行，由于原油中含硫组分的热裂解和硫酸盐的热化学反应，导致出现了大量高含硫化氢的油井，据统计，仅胜利油田硫化氢含量大于100mg/m3的井就有1000多口，个别油井硫化氢含量高达50000mg/m3，对油井设备、集输系统沿程人员及设备的安全存在重大威胁。
目前对油井伴生硫化氢的处理主要有三种方式：联合站集中处理、井口分离处理和套管加药处理。(1)联合站集中处理，是将含硫化氢气体的油井产出液进行油气分离后，再利用固体脱硫剂将硫化氢转化为硫化亚铁。该方法属于末端处理，无法解决高浓硫化氢沿程泄漏存在的危险。(2)井口分离处理，是将油井产出液在井口进行减压气液分离，然后利用固体或液体脱硫剂与气相中硫化氢进行反应，最后再将脱硫后气体进行增压，以实现处理后气体的外输。该方法仅能处理气相中硫化氢，无法实现对液相中溶解态硫化氢的处理，随着产出液的外输，液相中硫化氢继续挥发至气相，处理不彻底。另外，还存在气液分离以及处理后气体的增压过程，设备庞大，动力消耗大等问题。(3)油井套管加药处理，该方法是利用计量泵向油井套管中滴加脱硫剂，在井底将硫化氢转化为稳定的硫化物的方法。该方法虽然较为简单，但受产出液成分复杂和井底温度高等因素的影响，存在处理效率低、加药量大、处理成本高以及加药量难以准确控制等问题。
发明内容
本发明针对现有油井集输系统硫化氢处理方法中存在的不足，提出了一种油井集输系统硫化氢高压处理的装置及方法。本发明的装置由供气单元、高效多相反应单元和检测与控制单元组成；本发明的处理方法是在井口利用压缩机将空气打入集输管道，与油井产出的多相流体进行混合后反应，利用空气中的氧气将多相流体中的气态硫化氢和溶解态硫化氢转化为硫磺而除去，解决了现有硫化氢处理工艺复杂、设备庞大、停留时间长、处理不彻底和成本高等问题。
本发明公开了一种油井集输系统硫化氢高压处理的装置，其特征在于，所述的装置包括供气单元1、多相反应单元2和检测与控制单元3；所述的供气单元1与多相反应单元2相连接，并向多相反应单元1提供空气；所述的检测与控制单元3检测多相反应单元2中硫化氢的含量，控制供气单元1的空气供给量以及多相反应单元2入口和出口的液量。
所述的供气单元1由空气压缩机11、缓冲罐12、减压阀13、气体质量流量控制器14、第一单向阀15和第二单向阀16组成。压缩机11出口经第一单向阀15与缓冲罐12的进气口相连接，缓冲罐12的出气口通过高压管线依次连接减压阀13、气体质量流量控制器14和第二单向阀16，第二单向阀16与多相反应单元2相连接。
所述的多相反应单元2由剪切泵21、管道反应器22、回流管路23、输出电磁阀24和输入电磁阀25组成。剪切泵21的进口同时与输入电磁阀25、第二单向阀16、回流管路23、检测与控制单元3相连接，出口与管道反应器22相连接，管道反应器22的出口同时与回流管路23、输出电磁阀24、检测与控制单元3相连接。所述的回流管路23由依次顺序连接的回流电磁阀231、回流泵232和第三单向阀233组成，回流电磁阀231的入口与管道反应器22的出口相连接，第三单向阀233的出口与输入电磁阀25相连接。
所述的检测与控制单元3由第一检测机构31、第二检测机构32和控制机构33组成。第一检测机构31与输入电磁阀25的出口和剪切泵21的入口相连接，第二检测机构32与管道反应器22的出口相连接，控制机构33控制气体质量流量控制器14、输出电磁阀24、输入电磁阀25、回流电磁阀231和回流泵232。所述的第一检检测机构31由第一减压释放器311、第一硫化氢气体检测仪312和第一液相硫化氢检测仪313组成，第一硫化氢气体检测仪312和第一液相硫化氢检测仪313分别检测第一减压释放器311内气体和液体中硫化氢的含量，第一硫化氢气体检测仪312安装在第一减压释放器311侧壁的上部，第一液相硫化氢检测仪313安装在第一减压释放器311侧壁的下部。所述的第二检测机构32由第二减压释放器321、第二硫化氢气体检测仪322和第二液相硫化氢检测仪323组成，第二硫化氢气体检测仪322和第二液相硫化氢检测仪323分别检测第二减压释放器321内气体和液体中硫化氢的含量，第二硫化氢气体检测仪322安装在第二减压释放器321侧壁的上部，第二液相硫化氢检测仪323安装在第二减压释放器321侧壁的下部。
所述的第一硫化氢气体检测仪312、第二硫化氢气体检测仪322、第一液相硫化氢检测仪313、第二液相硫化氢检测仪323检测到的数据通过有线或无线的方式传输给控制机构33，经过控制机构33处理后输出信号通过有线或无线的方式控制气体质量流量控制器14、输出电磁阀24、输入电磁阀25、回流电磁阀231和回流泵232。
所述的缓冲罐12顶部设有压力表121、底部设有放空口122。
所述的剪切泵21转速为3000～6000r/min。
所述的管道反应器22的管道内径为65～103mm，反应器长度1-6m。
另外，本发明公开了一种油井集输系统硫化氢高压处理的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)打开输入电磁阀25，油井产出液管路向多相反应单元2输入含有硫化氢的油井混合物；
(2)开启检测与控制单元3，第一硫化氢气体检测仪312和第一液相硫化氢检测仪313分别检测油井混合物中气体和液体的硫化氢的含量，并将检测到的数据通过有线或无线的方式传输至33控制机构33，经过控制机构33处理后的数据通过有线或无线的方式控制气体质量流量控制器14的流量；
(3)开启供气单元1的空气压缩机11，打开减压阀13，经气体质量流量控制器14向多相反应单元2供气；
(4)打开剪切泵21，油井混合物和空气同时进入剪切泵21，进行强烈的剪切混合后，再经管道反应器22反应，得到反应产物；
(5)分别由第二硫化氢气体检测仪322和第二液相硫化氢检测仪323实时检测上述反应产物中气体和液体的硫化氢含量，如果产物处理合格则打开输出电磁阀24将处理合格后的产物输送至联合站，否则打开回流电磁阀231将处理不合格的产物输送至剪切泵21的入口重新进行除硫化氢处理，直到处理合格为止；
(6)油井混合物处理完毕后，关闭所有的阀门和电源，关闭空气压缩机11和剪切泵21，试验结束。
所述的产物处理合格的标准为气体中硫化氢含量≤30mg/m3，且液体中硫化氢含量≤10mg/L。
本发明与现有技术相比本发明具有如下优点：
(1)本发明采用在线高压处理，省去了常规处理方法中气液分离和处理后的气体增压过程，大大地缩短了工艺流程和处理时间，处理时间低于10min，处理时间缩短了2h以上，设备占地减少了50％以上；
(2)本发明采用廉价的空气作为脱硫剂，不仅处理成本低，而且无环境污染；
(3)本发明的装置具有自动化程度高，安全可靠，操作、管理和维护简便；
(4)本发明能有效去除油井混合物中气相和液相中的硫化氢，去除率均大于95％，且处理后气体中硫化氢含量≤30mg/m3，液体中硫化氢含量≤10mg/L。
附图说明
附图1为本发明的工艺流程图；
附图2为油井A12气相中硫化氢处理效果；
附图3为油井A12液相中硫化氢处理效果；
附图4为油井A23气相中硫化氢处理效果；
附图5为油井A23液相中硫化氢处理效果；
附图6为油井A34气相中硫化氢处理效果；
附图7为油井A34液相中硫化氢处理效果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，一种油井集输系统硫化氢高压处理的装置，包括供气单元1、多相反应单元2和检测与控制单元3；所述的供气单元1与多相反应单元2相连接，并向多相反应单元1提供空气；所述的检测与控制单元3检测多相反应单元2中硫化氢的含量，控制供气单元1的空气供给量以及多相反应单元2入口和出口的液量。
其中，供气单元1由空气压缩机11、缓冲罐12、减压阀13、气体质量流量控制器14、第一单向阀15和第二单向阀16组成。压缩机11出口经第一单向阀15与缓冲罐12的进气口相连接，缓冲罐12的出气口通过高压管线依次连接减压阀13、气体质量流量控制器14和第二单向阀16，第二单向阀16与多相反应单元2相连接。
多相反应单元2由剪切泵21、管道反应器22、回流管路23、输出电磁阀24和输入电磁阀25组成。剪切泵21的进口同时与输入电磁阀25、第二单向阀16、回流管路23、检测与控制单元3相连接，出口与管道反应器22相连接，管道反应器22的出口同时与回流管路23、输出电磁阀24、检测与控制单元3相连接。所述的回流管路23由依次顺序连接的回流电磁阀231、回流泵232和第三单向阀233组成，回流电磁阀231的入口与管道反应器22的出口相连接，第三单向阀233的出口与输入电磁阀25相连接。
检测与控制单元3由第一检测机构31、第二检测机构32和控制机构33组成。第一检测机构31与输入电磁阀25的出口和剪切泵21的入口相连接，第二检测机构32与管道反应器22的出口相连接，控制机构33控制气体质量流量控制器14、输出电磁阀24、输入电磁阀25、回流电磁阀231和回流泵232。
第一检检测机构31由第一减压释放器311、第一硫化氢气体检测仪312和第一液相硫化氢检测仪313组成，第一硫化氢气体检测仪312和第一液相硫化氢检测仪313分别检测第一减压释放器311内气体和液体中硫化氢的含量，第一硫化氢气体检测仪312安装在第一减压释放器311侧壁的上部，第一液相硫化氢检测仪313安装在第一减压释放器311侧壁的下部。
第二检测机构32由第二减压释放器321、第二硫化氢气体检测仪322和第二液相硫化氢检测仪323组成，第二硫化氢气体检测仪322和第二液相硫化氢检测仪323分别检测第二减压释放器321内气体和液体中硫化氢的含量，第二硫化氢气体检测仪322安装在第二减压释放器321侧壁的上部，第二液相硫化氢检测仪323安装在第二减压释放器321侧壁的下部。
第一硫化氢气体检测仪312、第二硫化氢气体检测仪322、第一液相硫化氢检测仪313、第二液相硫化氢检测仪323检测到的数据通过有线或无线的方式传输给控制机构33，经过控制机构33处理后输出信号通过有线或无线的方式控制气体质量流量控制器14、输出电磁阀24、输入电磁阀25、回流电磁阀231和回流泵232。
优选地，缓冲罐12顶部设有压力表121、底部设有放空口122。
优选地，剪切泵21转速为3000～6000r/min。
优选地，管道反应器22的管道内径为65～103mm，反应器长度1-6m。
另外，本发明提供了一种油井集输系统硫化氢高压处理的方法，具体包括以下步骤：
(1)打开输入电磁阀25，油井产出液管路向多相反应单元2输入含有硫化氢的油井混合物；
(2)开启检测与控制单元3，第一硫化氢气体检测仪312和第一液相硫化氢检测仪313分别检测油井混合物中气体和液体的硫化氢的含量，并将检测到的数据通过有线或无线的方式传输至控制机构33，经过控制机构33处理后的数据通过有线或无线的方式控制气体质量流量控制器14的流量；
(3)开启供气单元1的空气压缩机11，打开减压阀13，经气体质量流量控制器14向多相反应单元2供气；
(4)打开剪切泵21，油井混合物和空气同时进入剪切泵21，进行强烈的剪切混合后，再经管道反应器22反应，得到反应产物；
(5)分别由第二硫化氢气体检测仪322和第二液相硫化氢检测仪323实时检测上述反应产物中气体和液体中的硫化氢含量，如果产物处理合格则打开输出电磁阀24，将处理合格后的产物输送至联合站，否则打开回流电磁阀231将处理不合格的产物输送至剪切泵21的入口重新进行除硫化氢处理，直到处理合格为止；
(6)油井混合物处理完毕后，关闭所有的阀门和电源，关闭空气压缩机11和剪切泵21，试验结束。
产物处理合格的标准为气体中硫化氢含量≤油井安全作业浓度30mg/m3，且液体中硫化氢含量≤10mg/L。
本发明具有如下优点和有益的效果：本发明采用在线高压处理，省去了常规处理方法中气液分离和处理后的气体增压过程，大大地缩短了工艺流程和处理时间，处理时间低于10min，处理时间缩短了2h以上，设备占地减少了50％以上；本发明采用廉价的空气作为脱硫剂，不仅处理成本低，而且无环境污染；本发明的装置具有自动化程度高，安全可靠，操作、管理和维护简便；本发明能有效去除油井混合物中气相和液相中的硫化氢，去除率均大于95％，且处理后气体中硫化氢含量≤30mg/m3，液体中硫化氢含量≤10mg/L。
实施例1
胜利油田某区块油井A12，日产液量30m3，日产油4.6m3，伴生气量89Nm3/d，井口温度70℃，井深1700m，动液面1100m，伴生气硫化氢含量8000mg/m3，液相中硫化氢含量600mg/L。利用本发明的装置和方法对该油井混合物中硫化氢进行在线处理。气相和液相中硫化氢的处理结果分别见附图2和附图3。
从附图2和附图3可以看出，利用本发明装置和方法处理后油井A12的气相中硫化氢含量从8000mg/m3降低到25.6mg/m3以下，去除率达99.7％；液相硫化氢含量从600mg/L降低到9.2mg/L以下，去除率达98.5％；处理时间为5min。处理效果良好，达到了油井安全生产要求。
实施例2
胜利油田某区块油井A23，日产液量46m3，日产油10m3，伴生气量105Nm3/d，井口温度75℃，井深1800m，动液面1200m，伴生气硫化氢含量11000mg/m3，液相中硫化氢含量720mg/L。利用本发明的装置和方法对该油井混合物中硫化氢进行在线处理。气相和液相中硫化氢的处理结果分别见附图4和附图5。
从附图4和附图5可以看出，利用本发明装置和方法处理后油井A23的气相中硫化氢含量从11000mg/m3降低到27.5mg/m3以下，去除率达99.75％，液相硫化氢含量从720mg/L降低到8.3mg/L以下，去除率达98.9％；处理时间为6min。处理效果良好，达到了油井安全生产要求。
实施例3
胜利油田某区块油井A34，日产液量58m3，日产油15m3，伴生气量143Nm3/d，井口温度85℃，井深2200m，动液面1400m，伴生气硫化氢含量20000mg/m3，液相中硫化氢含量1200mg/L。利用本发明的装置和方法对该油井混合物中硫化氢进行在线处理。气相和液相中硫化氢的处理结果分别见附图6和附图7。
从附图6和附图7可以看出，利用本发明装置和方法处理后油井A34的气相中硫化氢含量从20000mg/m3降低到26.0mg/m3以下，去除率达99.87％，液相硫化氢含量从1200mg/L降低到7.8mg/L以下，去除率达99.35％；处理时间为8min。处理效果良好，达到了油井安全生产要求。
Claims (6)
1.一种油井集输系统硫化氢高压处理的方法，其所采用的装置包括供气单元(1)、多相反应单元(2)和检测与控制单元(3)；所述的供气单元(1)与多相反应单元(2)相连接，并向多相反应单元(2)提供空气；所述的检测与控制单元(3)检测多相反应单元(2)中硫化氢的含量，控制供气单元(1)的空气供给量以及多相反应单元(2)入口和出口的液量；
所述的供气单元(1)由空气压缩机(11)、缓冲罐(12)、减压阀(13)、气体质量流量控制器(14)、第一单向阀(15)和第二单向阀(16)组成；空气压缩机(11)出口经第一单向阀(15)与缓冲罐(12)的进气口相连接，缓冲罐(12)的出气口通过高压管线依次连接减压阀(13)、气体质量流量控制器(14)和第二单向阀(16)，第二单向阀(16)与多相反应单元(2)相连接；
所述的多相反应单元(2)由剪切泵(21)、管道反应器(22)、回流管路(23)、输出电磁阀(24)和输入电磁阀(25)组成；剪切泵(21)的进口同时与输入电磁阀(25)、第二单向阀(16)、回流管路(23)、检测与控制单元(3)相连接，出口与管道反应器(22)相连接，管道反应器(22)的出口同时与回流管路(23)、输出电磁阀(24)、检测与控制单元(3)相连接；所述的回流管路(23)由依次顺序连接的回流电磁阀(231)、回流泵(232)和第三单向阀(233)组成，回流电磁阀(231)的入口与管道反应器(22)的出口相连接，第三单向阀(233)的出口与输入电磁阀(25)相连接；
所述的检测与控制单元(3)由第一检测机构(31)、第二检测机构(32)和控制机构(33)组成；第一检测机构(31)与输入电磁阀(25)的出口和剪切泵(21)的入口相连接，第二检测机构(32)与管道反应器(22)的出口相连接，控制机构(33)控制气体质量流量控制器(14)、输出电磁阀(24)、输入电磁阀(25)、回流电磁阀(231)和回流泵(232)；其中第一检测机构(31)由第一减压释放器(311)、第一硫化氢气体检测仪(312)和第一液相硫化氢检测仪(313)组成，第一硫化氢气体检测仪(312)和第一液相硫化氢检测仪(313)分别检测第一减压释放器(311)内气体和液体中硫化氢的含量，第一硫化氢气体检测仪(312)安装在第一减压释放器(311)侧壁的上部，第一液相硫化氢检测仪(313)安装在第一减压释放器(311)侧壁的下部；第二检测机构(32)由第二减压释放器(321)、第二硫化氢气体检测仪(322)和第二液相硫化氢检测仪(323)组成，第二硫化氢气体检测仪(322)和第二液相硫化氢检测仪(323)分别检测第二减压释放器(321)内气体和液体中硫化氢的含量，第二硫化氢气体检测仪(322)安装在第二减压释放器(321)侧壁的上部，第二液相硫化氢检测仪(323)安装在第二减压释放器(321)侧壁的下部；
其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)打开输入电磁阀(25)，油井产出液管路向多相反应单元(2)输入含有硫化氢的油井混合物；
(2)开启检测与控制单元(3)，第一硫化氢气体检测仪(312)和第一液相硫化氢检测仪(313)分别检测油井混合物中气体和液体的硫化氢的含量，并将检测到的数据通过有线或无线的方式传输至控制机构(33)，经过控制机构(33)处理后的数据通过有线或无线的方式控制气体质量流量控制器(14)的流量；
(3)开启供气单元(1)的空气压缩机(11)，打开减压阀(13)，经气体质量流量控制器(14)向多相反应单元(2)供气；
(4)打开剪切泵(21)，油井混合物和空气同时进入剪切泵(21)，进行强烈的剪切混合后，再经管道反应器(22)反应，得到反应产物；
(5)分别由第二硫化氢气体检测仪(322)和第二液相硫化氢检测仪(323)实时检测上述反应产物中气体和液体的硫化氢含量，如果产物处理合格则打开输出电磁阀(24)将处理合格后的产物输送至联合站，否则打开回流电磁阀(231)将处理不合格的产物输送至剪切泵(21)的入口重新进行除硫化氢处理，直到处理合格为止；
(6)油井混合物处理完毕后，关闭所有的阀门和电源，关闭空气压缩机(11)和剪切泵(21)，试验结束。
2.根据权利要求1所述的油井集输系统硫化氢高压处理的方法，其特征在于所述的产物处理合格的标准为气体中硫化氢含量≤油井安全作业浓度30mg/m3，且液体中硫化氢含量≤10mg/L。
3.根据权利要求1所述的油井集输系统硫化氢高压处理的方法，其特征在于所述的第一硫化氢气体检测仪(312)、第二硫化氢气体检测仪(322)、第一液相硫化氢检测仪(313)、第二液相硫化氢检测仪(323)检测到的数据通过有线或无线的方式传输给控制机构(33)，经过控制机构(33)处理后输出信号通过有线或无线的方式控制气体质量流量控制器(14)、输出电磁阀(24)、输入电磁阀(25)、回流电磁阀(231)和回流泵(232)。
4.根据权利要求1所述的油井集输系统硫化氢高压处理的方法，其特征在于所述的缓冲罐(12)顶部设有压力表(121)、底部设有放空口(122)。
5.根据权利要求3所述的油井集输系统硫化氢高压处理的方法，其特征在于所述的剪切泵(21)转速为3000～6000r/min。
6.根据权利要求1所述的油井集输系统硫化氢高压处理的方法，其特征在于所述的管道反应器(22)的管道内径为65～103mm，反应器长度1-6m。
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