CN108915653B - 油田注汽用蒸汽发生系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种油田注汽用蒸汽发生系统及方法，其中，油田注汽用蒸汽发生系统至少包括：第一蒸汽发生器、汽水分离器和第二蒸汽发生器；第一蒸汽发生器包括对流段、辐射段和过热段，对流段的第一端与辐射段的第一端相连通，对流段的第二端与第一蒸汽发生器的进水口相连通，过热段的第一端与第一蒸汽发生器的排汽口相连通；汽水分离器设有蒸汽入口、蒸汽出口和软化水出口，蒸汽入口与辐射段的第二端相连通，蒸汽出口与过热段的第二端相连通；第二蒸汽发生器的进水口与软化水出口相连通。本发明既实现了稠油污水循环利用，达到零排放的目的，又达到了过热蒸汽不结垢的目的。
Description
技术领域
本发明涉及油田注汽用蒸汽发生技术领域，特别涉及一种油田注汽用蒸汽发生系统及方法。
背景技术
稠油资源分布很广，储量丰富，年产量1500万吨左右，占石油总资源量的25％～30％以上，已成为我国国民经济快速发展的重要能源保障之一。我国稠油开采以注蒸汽热力采油为主，主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱和SAGD(Steam Assistant Gravity Drainage蒸汽辅助重力泄油)等技术。稠油热采伴随着产生大量的高温、高含盐、高含有机物的稠油污水，稠油污水经过适度处理后回用注汽锅炉使之循环利用，一方面可节省大量的宝贵的清水资源，另一方面可大幅降低稠油污水外排对环境的影响，同时可以充分利用稠油污水的温度(80～90度)节约注汽锅炉的燃料，具有显著的经济、环境和社会效益。
对于蒸汽吞吐和蒸汽驱，油田一般采用湿蒸汽发生器产生干度为75％左右的饱和湿蒸汽注入油层进行采油，所需水源为经过一系列处理净化后的达到湿蒸汽发生器给水指标(SY/T6086-2012)的稠油污水，而湿蒸汽发生器给水指标中矿化度小于7000mg/L，通常稠油污水的矿化度低于7000mg/L，目前为5000mg/L左右，不需要进行除盐处理，这部分高含盐的污水浓缩在25％的炉水中与干度75％的蒸汽混合注入油层进行采油，湿蒸汽发生器和注汽管线不会发生结垢等不利现象。
但对于SAGD而言，它与蒸汽吞吐和蒸汽驱具有明显不同，SAGD需要注入高干度的过热蒸汽。对于过热蒸汽发生系统，从宏观角度来看，目前主要有两种技术路线，一种是提高锅炉给水水质，采用汽包炉产生过热蒸汽，另一种是利用现有的湿蒸汽发生器进行改造，采用汽水分离装置将汽水分离，分离后的蒸汽进行二次加热成为过热蒸汽，分离后的高含盐水通过掺混器掺入到过热蒸汽中一起注入油层进行采油。
对于第一种技术路线，为了避免汽包炉结垢，汽包炉对给水水质要求非常高，比如GB12145规定汽包炉给水电导率小于0.3μs/cm，为了满足GB12145给水水质指标，稠油污水需经一系列深度除盐处理后回用汽包炉，比如采用MVC(Mechemical Vapour Compressor机械蒸汽压缩法)，该技术在国内还处于现场试验研究阶段，从目前试验结果来看，尽管可以达到GB12145的给水水质要求，但污水处理费用比较高，高达25-30元/m3，处理成本过高限制了该技术在SAGD采油领域的广泛应用。
对于第二种技术路线，在国内应用比较广泛，比如中国专利授权公告号CN201331047Y，CN206478614U，CN203286542U，CN201310875Y，CN201141592Y，CN104266175A，CN103968359A，CN103968365A等，这些方法各有优缺点，有些是通过提高脱盐率来保证过热管不结垢，有些是通过提高排污率来确保汽包不结垢，但这些方法都不能满足高温高含盐软化水零排放的要求，有些尽管通过将汽水分离器分离的高温高含盐软化水掺入到过热蒸汽管线，可以满足零排放，但这些方法导致掺混器、注汽管线以及井口蒸汽注入系统结垢结盐，严重影响稠油的安全生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够避免结垢结盐且能够实现零排放的油田注汽用蒸汽发生系统。
为达到上述目的，本发明提供了一种油田注汽用蒸汽发生系统，其至少包括：
第一蒸汽发生器，其包括对流段、辐射段和过热段，所述对流段的第一端与所述辐射段的第一端相连通，所述对流段的第二端与所述第一蒸汽发生器的进水口相连通，所述过热段的第一端与所述第一蒸汽发生器的排汽口相连通；
汽水分离器，其设有蒸汽入口、蒸汽出口和软化水出口，所述蒸汽入口与所述辐射段的第二端相连通，所述蒸汽出口与所述过热段的第二端相连通；
第二蒸汽发生器，所述第二蒸发器的进水口与所述软化水出口相连通。
如上所述的油田注汽用蒸汽发生系统，其中，所述辐射段的第二端和/或所述过热段的第二端设有用于控制流量的阀门。
如上所述的油田注汽用蒸汽发生系统，其中，所述油田注汽用蒸汽发生系统还包括：
过热蒸汽注入管线，其与所述第一蒸汽发生器的排汽口相连通；
饱和湿蒸汽注入管线，其与所述第二蒸汽发生器的排汽口相连通。
如上所述的油田注汽用蒸汽发生系统，其中，所述蒸汽入口通过第一管道与所述辐射段的第二端相连通，所述蒸汽出口通过第二管道与所述过热段的第二端相连通；所述软化水出口通过第三管道与所述第二蒸汽发生器的进水口相连通。
如上所述的油田注汽用蒸汽发生系统，其中，所述第一管道、所述第二管道和所述第三管道均为保温管道。
本发明还提供了一种油田注汽用蒸汽发生方法，其采用上述的油田注汽用蒸汽发生系统，所述油田注汽用蒸汽发生方法包括以下步骤：
第一蒸汽发生器的对流段和辐射段对稠油污水进行加热处理形成第一饱和湿蒸汽；
汽水分离器对所述第一饱和湿蒸汽进行分离形成蒸汽和软化水；
所述第一蒸汽发生器的过热管段对所述蒸汽进行加热处理形成过热蒸汽，第二蒸汽发生器对所述软化水进行加热处理形成第二饱和湿蒸汽。
如上所述的油田注汽用蒸汽发生方法，其中，在所述稠油污水进入第一蒸汽发生器前，对所述稠油污水进行除油、除悬浮物和除硬度处理。
如上所述的油田注汽用蒸汽发生方法，其中，所述过热蒸汽的过热度为10度～30度。
如上所述的油田注汽用蒸汽发生方法，其中，所述第一饱和湿蒸汽的干度为75％～85％。
如上所述的油田注汽用蒸汽发生方法，其中，所述第二饱和湿蒸汽的干度为70％～80％。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明提供的油田注汽用蒸汽发生系统，通过将汽水分离器分离出的蒸汽进行二次加热形成过热度为10-30度的过热蒸汽，既满足了SAGD对过热蒸汽过热度的技术要求，也避免了常规过热蒸汽发生系统导致的过热管、掺混器、注汽管线、地下蒸汽注入系统的结垢结盐等问题；
本发明提供的油田注汽用蒸汽发生系统，通过将汽水分离器分离出的高温高含盐软化水送至第二蒸汽发生器进行加热，产生干度为75％左右的饱和湿蒸汽，该饱和湿蒸汽能够注入油层实现蒸汽热力开采，既实现了稠油污水循环利用，又达到了污水零排放的目的；
本发明提供的油田注汽用蒸汽发生系统，能够充分利用现有设备、工艺和管线，无需新增设备，可大幅节约工程建设投资，大幅降低运行成本，而且运行稳定可靠，确保了稠油安全平稳生产；
本发明提供的油田注汽用蒸汽发生方法采用上述本发明提供的油田注汽用蒸汽发生系统，因而本发明的油田注汽用蒸汽发生方法具有上述油田注汽用蒸汽发生系统的全部优点。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明的油田注汽用蒸汽发生系统的结构示意图；
图2是本发明的油田注汽用蒸汽发生方法的第一种实施方式的流程图；
图3是本发明的油田注汽用蒸汽发生方法的第二种实施方式的流程图。
附图标号说明：
1、第一蒸汽发生器；2、汽水分离器；3、第二蒸汽发生器；4、过热蒸汽注入管线；5、饱和湿蒸汽注入管线；6、第一管道；7、第二管道；8、第三管道。
具体实施方式
为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供的油田注汽用蒸汽发生系统，其至少包括：第一蒸汽发生器1、汽水分离器2和第二蒸汽发生器3；其中：
第一蒸汽发生器1设有第一进水口和第一排汽口，第一蒸汽发生器1包括对流段、辐射段和过热段，即第一蒸汽发生器1为过热蒸汽发生器，过热蒸汽发生器结构类似于常规的湿蒸汽发生器，不同之处是在常规湿蒸汽发生器中增加了一段过热段，对流段的第一端与辐射段的第一端相连通，对流段的第二端与第一进水口相连通，过热段的第一端与第一排汽口相连通，汽水分离器2设有蒸汽入口、蒸汽出口和软化水出口，软化水出口设置于汽水分离器2的底部，汽水分离器2的具体结构以及工作原理为现有技术，在此不再赘述，蒸汽入口与辐射段的第二端相连通，经由第一蒸汽发生器1处理后的湿蒸汽能够经由辐射段流入汽水分离器2，蒸汽出口与过热段的第二端相连通，第二蒸汽发生器3采用现有技术使用的湿蒸汽发生器即可，第二蒸汽发生器3设有第二进水口和第二排汽口，软化水出口与第二进水口相连通，汽水分离器2分离后的蒸汽能够进入过热段加热形成过热蒸汽，软化水能够进入第二蒸汽发生器3并经由第二蒸汽发生器3处理形成饱和湿蒸汽。
具体的，本发明的油田注汽用蒸汽发生系统在使用时，将回收的稠油污水经过适当处理后经由第一进水口通入第一蒸汽发生器1，稠油污水依次经由对流段和辐射段加热处理形成第一饱和湿蒸汽，第一饱和湿蒸汽通过蒸汽入口进入汽水分离器2进行汽水分离，分离出的蒸汽通过蒸汽出口进入第一蒸汽发生器1的过热段进行加热，以形成能用于SAGD采油的过热蒸汽，分离出的软化水通过软化水出口进入第二蒸汽发生器3内形成用于蒸汽吞吐采油的第二饱和湿蒸汽。
本发明提供的油田注汽用蒸汽发生系统，通过将汽水分离器2分离出的蒸汽二次加热形成过热蒸汽，将汽水分离器2分离出的软化水二次处理形成饱和湿蒸汽，避免了高温高含盐软化水混掺到过热蒸汽中，从而彻底解决了混掺器、注汽管线以及地下蒸汽注入系统的结垢结盐等问题，并且充分利用了高温高含盐软化水的水量和能量，既实现了稠油污水循环利用，达到零排放的目的，又达到了过热蒸汽不结垢的目的。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了便于控制进入过热段内的蒸汽的流量，在辐射段的第二端和/或过热段的第二端设有用于控制流量的阀门，通过控制阀门开启的量来控制蒸汽进入过热段的量，以确保过热段能够将蒸汽二次加热至进行SAGD采油所需的温度，同时确保进入油层内的过热蒸汽的量满足使用需求。
在本发明的一种实施方式中，油田注汽用蒸汽发生系统还包括过热蒸汽注入管线4和饱和湿蒸汽注入管线5，过热蒸汽注入管线4和饱和湿蒸汽注入管线5均能够伸入油层内，过热蒸汽注入管线4与第一排汽口相连通，经过热段加热形成的过热蒸汽可经由第一排汽口进入过热蒸汽注入管线4，进行SAGD采油，饱和湿蒸汽注入管线5与第二排汽口相连通，经由第二蒸汽发生器3处理后形成的饱和湿蒸汽能通过第二排汽口进入饱和湿蒸汽注入管线5，进行蒸汽吞吐采油。
需要说明的是，过热蒸汽注入管线4和饱和湿蒸汽注入管线5的具体结构为现有技术，在此不再赘述。
进一步，为了使得第一蒸汽发生器1、汽水分离器2和第二蒸汽发生器3的放置简单方便，蒸汽入口通过第一管道6与辐射段的第二端相连通，蒸汽出口通过第二管道7与过热段的第二端相连通；软化水出口通过第三管道8与第二进水口相连通，这样，可以使得第一蒸汽发生器1、汽水分离器2和第二蒸汽发生器3能够根据实际的使用需求放置在任意位置，比如将第一蒸汽发生器1和第二蒸汽发生器3放置于较靠近油层井口处，而汽水分离器2设置于较远离油层井口处，或者第一蒸汽发生器1、汽水分离器2和第二蒸汽发生器3均设置于远离油层井口处。
当然，也可以将第一蒸汽发生器1、汽水分离器2和第二蒸汽发生器3设置于一壳体内以形成一个整体结构。
进一步，第一管道6、第二管道7和第三管道8均为保温管道，保温管道具有隔热保温作用，能够保证蒸汽的温度，从而确保第一管道6、第二管道7和第三管道8在传递蒸汽或软化水的过程中不会损失热量。
或者，在第一管道6、第二管道7和第三管道8的外周面包覆保温层，使得第一管道6、第二管道7和第三管道8具有保温作用，以避免蒸汽在传输过程中降低温度。
下面结合附图具体说明本发明提供的油田注汽用蒸汽发生系统的工作过程：
如图1所示，先将过热蒸汽注入管线4的过热蒸汽和饱和湿蒸汽注入管线5的饱和湿蒸汽注入油层内，再将产生的稠油污水经过一系列处理后达到一定水质要求软化水经由第一进水口通入第一蒸汽发生器1，稠油污水依次经由对流段和辐射段加热处理形成干度为80％左右的饱和湿蒸汽，随后干度为80％左右的饱和湿蒸汽依次经由第一管道6、蒸汽入口进入汽水分离器2进行汽水分离，分离出的蒸汽依次经由蒸汽出口、第二管道7进入第一蒸汽发生器1的过热段进行加热，以形成能用于SAGD采油的过热蒸汽，过热蒸汽通过过热蒸汽注入管线4进入油层进行SAGD采油，分离出的软化水依次经由软化水出口、第三管道8进入第二蒸汽发生器3内进行处理，以形成用于蒸汽吞吐采油的干度为75％左右饱和湿蒸汽，干度为75％左右饱和湿蒸汽通过饱和湿蒸汽注入管线5进入油层进行蒸汽吞吐采油。
如图2所示，本发明还提供了一种油田注汽用蒸汽发生方法，其采用上述油田注汽用蒸汽发生系统，该油田注汽用蒸汽发生方法包括以下步骤：
步骤201：第一蒸汽发生器1的对流段和辐射段对稠油污水进行加热处理形成第一饱和湿蒸汽，具体的，通过烧油或烧天然气对第一蒸汽发生器1的对流段和辐射段进行加热，稠油污水依次通过对流段和辐射段时，沿程温度不断上升，使得稠油污水的干度也在不断上升，最终形成第一饱和湿蒸汽；
步骤202：汽水分离器2对第一饱和湿蒸汽进行分离形成蒸汽和软化水，其中汽水分离器2的分离过程为现有技术，在此不再赘述，汽水分离后的蒸汽的干度大于99％，且占第一饱和湿蒸汽的80％，而汽水分离器2分离出的高温高含盐软化水占第一饱和湿蒸汽的20％；
步骤203：第一蒸汽发生器1的过热管段对蒸汽进行加热处理形成过热蒸汽，过热蒸汽能用于SAGD采油，第二蒸汽发生器3对软化水进行加热处理形成第二饱和湿蒸汽，第二饱和湿蒸汽能用于蒸汽吞吐采油。
本发明提供的油田注汽用蒸汽发生方法，简单方便，既实现了稠油污水循环利用，达到零排放的目的，又达到了过热蒸汽不结垢的目的。
进一步，如图3所示，在稠油污水进入第一蒸汽发生器1前，还有步骤101：对稠油污水行除油、除悬浮物和除硬度处理，该处理过程为现有技术，在此不再赘述，以使得稠油污水满足SY/T6086-2012规定的湿蒸汽发生器的给水水质要求，保证第一蒸汽发神器的正常工作。
进一步，通过烧油或烧天然气或利用第一蒸汽发生器的余热对过热段进行加热，以确保经由过热段加热后的过热蒸汽的过热度为10度～30度，从而使得过热蒸汽能够更好的进行SAGD采油。
进一步，第一饱和湿蒸汽的干度为75％～85％，优选的，第一饱和湿蒸汽的干度为80％，具体的，工作人员通过检测第一蒸汽发生器产生的蒸汽干度，调整用于加热第一蒸汽发生器1的对流段和辐射段的油或者天然气的量，以使得通过烧油或烧天然气对对流段和辐射段加热后，稠油污水在流经对流段和辐射段后能形成干度为80％左右的第一饱和湿蒸汽，以便于后续形成大量的过热蒸汽。
进一步，第二饱和湿蒸汽的干度为70％～80％，优选的，第二饱和湿蒸汽的干度为75％，同样的，工作人员通过检测第二蒸汽发生器产生的蒸汽干度，调整用于加热第二蒸汽发生器3的对流段和辐射段的油或者天然气的量，以使得通过烧油或烧天然气对对流段和辐射段加热后，软化水在流经对流段和辐射段后形成干度为75％左右的第二饱和湿蒸汽，以满足蒸汽吞吐采油的使用需求。
下面结合附图具体说明本发明提供的油田注汽用蒸汽发生方法的工作流程：
如图3所示，先对稠油污水进行除油、除悬浮物和除硬度处理，以使得稠油污水满足SY/T6086-2012规定的湿蒸汽发生器的给水水质要求；
之后通过检测第一蒸汽发生器产生的饱和湿蒸汽的蒸汽干度来调整烧油或烧天然气的量，然后将稠油污水经由第一进水口进入对流段和辐射段，稠油污水在对流段和辐射段里沿程温度不断上升，干度也在不断上升，最终形成干度为80％左右的第一饱和湿蒸汽；
随后将第一饱和湿蒸汽通过第一管道6通入汽水分离器2，第一饱和湿蒸汽分离形成高温高含盐软化水和干度大于99％的高干度蒸汽，这部分高干度蒸汽占第一饱和湿蒸汽的80％，高温高含盐软化水占第一饱和湿蒸汽的20％，该高干度蒸汽通过第二管道7进入过热段二次加热形成过热度为10度～30度的过热蒸汽，并通过过热蒸汽注入管线4注入油层，进行SAGD开采。同时，工作人员通过检测第二蒸汽发生器3产生的饱和湿蒸汽的蒸汽干度来调整烧油或烧天然气的量，通过烧油或烧天然气对第二蒸汽发生器3的对流段和辐射段进行加热，汽水分离器2分离的高温高含盐软化水在第二蒸汽发生器3的对流段和辐射段里沿程温度不断上升，干度也在不断上升，最后形成干度为75％左右的第二饱和湿蒸汽，第二饱和湿蒸汽依次经由第二排汽口、饱和湿蒸汽注入管线5注入油层，进行蒸汽吞吐开采。
综上所述，本发明提供的油田注汽用蒸汽发生系统，通过将汽水分离器分离出的蒸汽进行二次加热形成过热度为10度～30度的过热蒸汽，既满足了SAGD对过热蒸汽过热度的技术要求，也避免了常规过热蒸汽发生系统导致的过热管、掺混器、注汽管线、地下蒸汽注入系统的结垢结盐等问题；
本发明提供的油田注汽用蒸汽发生系统，通过将汽水分离器分离出的高温高含盐软化水送至第二蒸汽发生器进行加热，产生干度为75％左右的饱和湿蒸汽，该饱和湿蒸汽能够注入油层实现蒸汽热力开采，既实现了稠油污水循环利用，又达到了污水零排放的目的；
本发明提供的油田注汽用蒸汽发生系统，能够充分利用现有设备、工艺和管线，无需新增设备，可大幅节约工程建设投资，大幅降低运行成本，而且运行稳定可靠，确保了稠油安全平稳生产；
本发明提供的油田注汽用蒸汽发生方法采用上述本发明提供的油田注汽用蒸汽发生系统，因而本发明的油田注汽用蒸汽发生方法具有上述油田注汽用蒸汽发生系统的全部优点。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
Claims (10)
1.一种油田注汽用蒸汽发生系统，其特征在于，所述油田注汽用蒸汽发生系统至少包括：
第一蒸汽发生器，其包括对流段、辐射段和过热段，所述对流段的第一端与所述辐射段的第一端相连通，所述对流段的第二端与所述第一蒸汽发生器的进水口相连通，所述过热段的第一端与所述第一蒸汽发生器的排汽口相连通；
汽水分离器，其设有蒸汽入口、蒸汽出口和软化水出口，所述蒸汽入口与所述辐射段的第二端相连通，所述蒸汽出口与所述过热段的第二端相连通；
第二蒸汽发生器，所述第二蒸汽发生器的进水口与所述软化水出口相连通；
其中，所述汽水分离器分离出的蒸汽通过所述蒸汽出口进入所述第一蒸汽发生器的过热段进行加热，以形成用于SAGD采油的过热蒸汽，所述汽水分离器分离出的软化水通过所述软化水出口进入所述第二蒸汽发生器进行加热，以形成用于蒸汽吞吐采油的第二饱和湿蒸汽。
2.根据权利要求1所述的油田注汽用蒸汽发生系统，其特征在于，所述辐射段的第二端和/或所述过热段的第二端设有用于控制流量的阀门。
3.根据权利要求1所述的油田注汽用蒸汽发生系统，其特征在于，所述油田注汽用蒸汽发生系统还包括：
过热蒸汽注入管线，其与所述第一蒸汽发生器的排汽口相连通；
饱和湿蒸汽注入管线，其与所述第二蒸汽发生器的排汽口相连通。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的油田注汽用蒸汽发生系统，其特征在于，所述蒸汽入口通过第一管道与所述辐射段的第二端相连通，所述蒸汽出口通过第二管道与所述过热段的第二端相连通；所述软化水出口通过第三管道与所述第二蒸汽发生器的进水口相连通。
5.根据权利要求4所述的油田注汽用蒸汽发生系统，其特征在于，所述第一管道、所述第二管道和所述第三管道均为保温管道。
6.一种油田注汽用蒸汽发生方法，其特征在于，所述油田注汽用蒸汽发生方法采用如权利要求1至5中任一项所述的油田注汽用蒸汽发生系统，所述油田注汽用蒸汽发生方法包括以下步骤：
第一蒸汽发生器的对流段和辐射段对稠油污水进行加热处理形成第一饱和湿蒸汽；
汽水分离器对所述第一饱和湿蒸汽进行分离形成蒸汽和软化水；
所述第一蒸汽发生器的过热管段对所述蒸汽进行加热处理形成用于SAGD采油的过热蒸汽，第二蒸汽发生器对所述软化水进行加热处理形成用于蒸汽吞吐采油的第二饱和湿蒸汽。
7.根据权利要求6所述的油田注汽用蒸汽发生方法，其特征在于，在所述稠油污水进入第一蒸汽发生器前，对所述稠油污水进行除油、除悬浮物和除硬度处理。
8.根据权利要求6或7所述的油田注汽用蒸汽发生方法，其特征在于，所述过热蒸汽的过热度为10度~30度。
9.根据权利要求6或7所述的油田注汽用蒸汽发生方法，其特征在于，所述第一饱和湿蒸汽的干度为75%~85%。
10.根据权利要求6或7所述的油田注汽用蒸汽发生方法，其特征在于，所述第二饱和湿蒸汽的干度为70%~80%。
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