CN114432784B - 一种具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备及其控制方法，该设备包括：包括第一过滤器、第二过滤器、水力旋流器、热交换器、油沉降罐、水沉降罐、储油桶和收水罐，第一过滤器和第二过滤器均包括过滤容器以及过滤板，第一过滤器和第二过滤器均有采出液入口和过滤出口，以及冲洗液入口和冲洗液出口；第一过滤器和第二过滤器的过滤出口分别经由管道连接到水流旋流器的混合液入口；水力旋流器的水出口经由管道连接至热交换器入水口；热交换器出水口经由管道分别连接水沉降罐、第一过滤器和第二过滤器的冲洗液入口，水力旋流器的油出口连接油沉降罐，油沉降罐连接储油桶，水沉降罐连接到收水罐。

Description

一种具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备及其控制 方法

技术领域

本发明涉及油田采出液技术，具体涉及油田采出液预分水设备，更具体的涉及一种具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备及其控制方法。

背景技术

伴随着油田注水开发生产的进行,注入水和含油污水的处理及排放问题越来越引起人们的关注。例如,中国大庆油田2004年采油量4600万吨以上,回注水量达5亿多吨,由于各种油田开采助剂的使用,油田采出水水质变化幅度增大,部分区块处理后的采油污水很难达标,仍被迫回注。而回注水未达到要求却仍然回注到地下,则会导致堵塞地层出油通道,低注水效率和石油开采量。另外,如果外排水不达标,不但会造成环境污染、破坏水体、影响生态平衡,而且会造成大量的水资源浪费。因此,油田采出水的处理对于环境保护、水资源再利用、促进经济可持续发展具有非常重要的意义。

在采出液处理的过程中，预分水作为采出液处理的首道工序，其作用为去除泥沙，进行油水分离，避免了在后续工艺中泥沙和大颗粒絮状油滴堵塞或者磨损设备，通过高效的油水分离获得水含量更高的液体，从而提高了后续工艺的效率。因此，预分水技术在采出液处理中具有重要的作用。

目前的预分水工艺中，对于泥沙的分离可以通过过滤器来实现，但是泥沙等大颗粒在水压的作用下存在卡入过滤器的过滤孔中，经由一定工艺时间的积累，会造成过滤器的失效，需要停止设备进行过滤器的更换，从而造成生产效率的降低，以及生产成本的增加。

综上所述，需要提供一种油田采出液预分水设备，能够清除过滤膜的堵塞物，降低了过滤膜的更换需求，从而提高生产效率，降低生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在油田采出液预分水工艺中，泥沙等大颗粒在水压的作用下存在卡入过滤器的过滤孔中，经由一定工艺时间的积累，会造成过滤器的失效，需要停止设备进行过滤器的更换，从而造成生产效率的降低，以及生产成本的增加。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备，该设备包括：包括第一过滤器、第二过滤器、水力旋流器、热交换器、油沉降罐、水沉降罐、储油桶和收水罐，第一过滤器和第二过滤器均包括过滤容器以及过滤板，第一过滤器和第二过滤器均有采出液入口和过滤出口，以及冲洗液入口和冲洗液出口；第一过滤器和第二过滤器的过滤出口分别经由管道连接到水流旋流器的混合液入口；水力旋流器的水出口经由管道连接至热交换器入水口；热交换器出水口经由管道分别连接水沉降罐、第一过滤器和第二过滤器的冲洗液入口，水力旋流器的油出口连接油沉降罐，油沉降罐连接储油桶，水沉降罐连接到收水罐。

进一步的，第一过滤器和第二过滤器具有相同的结构和连接关系。

进一步的，过滤容器设置有采出液入口和过滤出口，从而实现采出液的流入和经过过滤后的采出液流出。

进一步的，沿采出液液体流动方向，采出液入口和过滤出口分别位于过滤容器的两侧，冲洗液入口和冲洗液出口也分别位于过滤容器的两侧，并且采出液入口和冲洗液出口位于过滤容器的同一侧，过滤出口和冲洗液入口位于过滤容器的同一侧。

进一步的，冲洗液出口位于过滤容器的底面，冲洗液入口位于靠近过滤容器顶面的位置。

进一步的，在各过滤器的采出液入口、过滤出口、冲洗液入口和冲洗液出口的管道上均设置了阀门，上述阀门通过上位机进行远程控制。

进一步的，过滤板包括形状记忆合金。

进一步的，过滤板包括泡沫金属结构。

进一步的，过滤板包括弹性硅胶层。

一种基于所述的具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备的控制方法，控制方法包括：

第一步，通过上位机控制关闭第一过滤器的冲洗液出入口，第二过滤器的采出液入口和过滤出口，开启第一过滤器的采出液入口和过滤出口冲洗液出入口，第二过滤器的冲洗液出入口，从而将采出液导入到第一过滤器中进行过滤；

第二步，上位机调节热交换器出水口的连接第一过滤器和第二过滤器的冲洗液入口的管道上的阀门的流量，使得连接第一过滤器和第二过滤器的冲洗液入口管道通过的流量比为1：4～1：2；

第三步，按照特定的规律或者周期交换第一步中设定的第一过滤器和第二过滤器的阀门开闭设置方式。

本发明提供的油田采出液预分水设备，能够清除过滤膜的堵塞物，降低了过滤膜的更换需求，此外还降低了额外冲洗的用水需求，从而提高生产效率，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明提供的具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备的结构示意图。

具体实施方式

以下将对本发明提供的具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备作进一步的详细描述。

下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用一方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1为本发明提供的具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备的结构示意图。如图1所示，本申请提供具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备，包括第一过滤器、第二过滤器、水力旋流器、热交换器、油沉降罐、水沉降罐、储油桶和收水罐。

其中采出液输入管道连接于第一过滤器和第二过滤器的采出液入口。第一过滤器和第二过滤器并行地通过管道连接至采出液输入管道。优选地，该采出液输入管道外侧可以设置保温层。并通过位于采出液入口管道上的阀门进行切换控制，选择通过第一过滤器和第二过滤器进行采出液过滤。第一过滤器和第二过滤器具有相同的结构，下面以第一过滤器进行举例，第二过滤器与之相同。

具体的，第一过滤器包括过滤容器以及过滤板。过滤容器设置有采出液入口和过滤出口，从而实现采出液的流入和经过过滤后的采出液流出。过滤容器还包括冲洗液入口和冲洗液出口，从而在冲洗阶段实现冲洗液的流入和冲洗后的废水流出。沿采出液液体流动方向，采出液入口和过滤出口分别位于过滤容器的两侧(该两侧的定义为以过滤板的安装位置为界，将过滤容器空间分为两侧)，冲洗液入口和冲洗液出口也分别位于过滤容器的两侧，并且采出液入口和冲洗液出口位于过滤容器的同一侧，过滤出口和冲洗液入口位于过滤容器的同一侧。

优选的，冲洗液出口位于过滤容器的底面，从而方便更多的固体颗粒流出，避免固体颗粒残留在过滤器中。冲洗液入口位于靠近过滤容器顶面的位置，使得冲洗液在进入过滤容器后在向过滤板进行喷流时，不仅具有动能，还具有一定的势能，提高冲洗液向过滤板喷流的能量。

在第一过滤器和第二过滤器的采出液入口、过滤出口、冲洗液入口和冲洗液出口的管道上均设置了阀门，上述阀门通过上位机可以进行远程控制。

过滤板安装于过滤容器的内部空间，过滤板固定镶嵌于过滤容器的内部，沿着与液体流动方向垂直的方向延伸，全面覆盖过滤容器与液体流动方向垂直的一个横截面，从而将过滤容器的内部空间被划分为两部分，即过滤前侧空间和过滤后侧空间。

优选的，过滤板的安装位置可以靠近过滤后侧，即通过过滤板的分割划分使得过滤前侧空间和过滤后侧空间的液体流动长度比值为3：1～5：1，从而使得冲洗液入口更加靠近过滤板，进一步提高冲洗液向过滤板喷流的能量。

本发明的油田采出液预分水设备的过滤板具有特殊的结构构造。具体的，过滤板具有形状记忆合金构成的泡沫金属形成的骨架以及包覆在该骨架之外的弹性介质层。该形状记忆合金为CuAlNi合金，其变形温度为30度左右,具有双程记忆效应，即加热时恢复高温形状，冷却时恢复低温形状。

该过滤板的制造方法包括：通过将Cu粉末(44.62wt％)，Al粉末(39.32wt％)和Ni粉末(16.06wt％)进行混合，并进行球磨充分混合后，加入孔隙剂NH4Cl后，再次进行混合，优选的，孔隙剂NH4Cl的添加量为相对每1克混合金属粉末添加4.52mol的孔隙剂NH4Cl。将混合物倒入内部容纳尺寸为40cm*30cm*20cm(长*宽*高)的导热容器内，将导热容器放入真空腔中进行烧结，烧结温度为1300摄氏度，烧结时间为3-4小时，形成CuAlNi形状记忆合金的泡沫金属板材，其具有平均直径为1-1.5mm的孔隙尺寸，孔隙率为76-80％。

将该泡沫金属板材安装至材料拉伸设备上，通过材料拉伸设备沿板材长度方向缓慢拉伸泡沫金属板材，拉伸速度为2.7-3mm/min，拉伸拉力为500-600N，将泡沫金属板材进行10次等幅拉伸，每次的拉伸长度为0.5-0.8cm，拉伸后将泡沫金属板材加热至950摄氏度，保温半小时后，进行淬火，冷却后，加热至950摄氏度，加热时间1小时，得到平均直径为3-5mm的孔隙尺寸，孔隙率为78-86％。

将上述泡沫金属板材进入加入溶于溶剂的硅橡胶混合液中浸泡后取出，优选的，该溶剂可以为正已烷，上述溶于溶剂的硅橡胶混合液的粘度低于6*10-3Pa.s，利用送风系统反复吹拂，去除多余的硅橡胶混合液，仅保留依附在泡沫金属板材骨架上的薄层溶于溶剂的硅橡胶混合液介质薄层，将带有介质薄层的泡沫金属板材，放入烘干箱，烘干溶剂并进行固化，烘干温度为80-100摄氏度，从而得到最终的过滤板。

每当上述过滤板在变形温度(30度)之下，具有拉伸后的形状，即具有较大的平均孔径和孔隙率，而每当温度升至变形温度(30度)以上时，会发生形状记忆变形，恢复拉伸前的形状，即具有较小的平均孔径和孔隙率。由于硅橡胶具有一定的弹性，因此硅橡胶介质薄层可以随者孔径的大小变化。

由于一般油田采出液的温度较高，通常在40-70摄氏度左右，因此采出液温度高于过滤板的变形温度，也就是说，当40-70摄氏度的采出液接触过滤板后，由于过滤板温度到达变形温度至上，过滤板的过滤孔径会收缩，从而提供良好的固体颗粒滤除效果。

第一过滤器和第二过滤器的过滤出口管道上均设置有流量计和控制阀门，该流量计实时检测从过滤出口流出的液体流量，并传送给上位机。

第一过滤器和第二过滤器的过滤出口分别经由管道连接到水流旋流器的混合液入口。水力旋流器的基本原理就利用物料的密度差在离心力作用进行分离的设备。水力旋流器利用油水密度差、在液流调整旋转时受到不等离心力的作用而实现油水分离。含油污水切向或螺旋向进入圆筒涡旋段，并沿旋流管轴向螺旋态流动。在同心缩径段。由于圆锥截面的收缩，使流体增速，并促使已经形成的螺旋流态向前流动，由于油、水的密度差，使水沿着管壁旋流，而油珠移向中心。流体进人细锥段，截面不断缩小.流速继续增小，流速继续增大，小油珠继续移到中心汇成油芯。流体进人平行尾段，由丁流体恒速流动，对上段产生一定的回压，使低压油芯从水力旋流器的出油口排出，水则通过水力旋流器末端的水出口流出。油出口经由管道连接油沉降罐，油沉降罐经由管道连接至储油罐。

水力旋流器的水出口经由管道连接至热交换器入水口，经由水力旋流器处理后的水流向热交换器。水经由热交换器，进行降温，将水的温度降低至25摄氏度以下。热交换器出水口流出的水在25摄氏度以下。热交换器出水口经由管道分别连接水沉降罐、第一过滤器和第二过滤器的冲洗液入口。在热交换器出水口分别连接水沉降罐、第一过滤器和第二过滤器的冲洗液入口的两个管道分支上分别装有阀门(未示出)，可以调节两条支路的流量比。水沉降罐通过管道连接到收水罐，经由沉降的水被收水罐收集。

对于热交换器出水口第一过滤器和第二过滤器的冲洗液入口的支路，经由水力旋流器处理后的部分水进入第一或者第二过滤器的冲洗液入口，并经由过滤板从冲洗液出口流出。第一过滤器和第二过滤器的冲洗液出口管道上分别设置有阀门，上述第一过滤器和第二过滤器的冲洗液出口管道可以进一步连接一独立的沉降池，该独立的沉降池可以进一步连接收水罐(未示出)，从而将使用过的清洗液沉降大颗粒后存入收水罐进一步利用。当然如果第一过滤器和第二过滤器冲洗液出口流出的水流量不大的情况，也可以选择直接排放。

优选的，该冲洗液入口可以配设喷淋头，从而提高冲洗水的冲击力以及冲击范围。喷淋头或者冲洗液入口直接提供的冲洗液压力为大约5MPa。

优选的，热交换器出水口第一过滤器和第二过滤器的冲洗液入口的管道上可以设置液体增压泵。

下面介绍本申请提供的具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备的工作原理。采出液输入管道将采出液输入第一过滤器或者第二过滤器中的一个，第一过滤器或者第二过滤器其中的一个打开采出液入口和过滤出口阀门，并关闭冲洗液入口和冲洗液出口阀门。采出液温度大致为40-70度，采出液温度高于过滤板的变形温度，也就是说，当40-70摄氏度的采出液接触过滤板后，由于过滤板温度到达变形温度至上，过滤板的过滤孔径会收缩，从而提供良好的固体颗粒滤除效果。

采出液经由过滤器过滤大颗粒后，流入水力旋流器，经由水力旋流器水油分离，将油存储于储油罐，分离出的水则通过水出口，经由热交换器将水温降至25摄氏度以下，在热交换器出口处分流，一部分水经由沉降流入收水罐，另外一部分水冷却后经由第一过滤器或者第二过滤器中的另外一个的冲洗液入口流入第一过滤器或者第二过滤器中的另外一个的过滤容器，并反向冲洗其过滤板，最后冲洗液从冲洗液出口流出。

当25摄氏度以下的水接触过滤板后，由于过滤板温度降至变形温度之下，该过滤板形状恢复到拉伸后的形状，即具有较大的平均孔径和孔隙率。由于过滤板的孔径变大以及水压的作用可以将绝大部分堵塞在过滤孔中的固体颗粒从过滤孔中清洗掉，并通过冲洗液出口，流入到独立沉降罐，在沉降后，流入收水器回收或者直接排放。

第一过滤器和第二过滤器的过滤和冲洗功能按照特定规律或周期交换。

也就是说，第一过滤器和第二过滤器中的一个的处理过的水可以经由降温反向冲洗第一过滤器和第二过滤器中的另外一个的过滤板实现清洁效果。本发明提供的具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备，不仅利用了形状记忆合金的泡沫金属作为过滤板的基材，借由采出液的高温和冲洗水的低温效应，实现了过滤板在过滤时的小孔径状态和冲洗时的大孔径状态，兼顾了过滤效果以及清洗效果，大大降低了更换过滤板的几率，提高了生产效率，降低了生产成本；而且在在冲洗过程中两个过滤器相互利用对方过滤后的水来进行冲洗，节省了额外提供的水源，进一步降低了成本，简化了设备。

在过滤容器的过滤出口的管道上设置了流量计，该流量计实时检测从过滤出口流出的液体流量，并传送给上位机，上位机检测当存在采出液输入时，过滤出口流出的液体流量低于预设阈值时，判断该过滤器(第一过滤器或第二过滤器)的过滤板处于堵塞状态，并控制设备将采出液输入备用过滤器(第二过滤器或第一过滤器)进行过滤，而过滤器支路停止过滤，并进入冲洗状态。

为了进一步解释本发明，下面介绍上位机对于本申请提供的具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备的控制方法。上述控制方法包括：

第一步，通过上位机控制关闭第一过滤器的冲洗液出入口，第二过滤器的采出液入口和过滤出口，开启第一过滤器的采出液入口和过滤出口冲洗液出入口，第二过滤器的冲洗液出入口，从而将采出液导入到第一过滤器中进行过滤。

第二步，上位机调节热交换器出水口的连接第一过滤器和第二过滤器的冲洗液入口的管道上的阀门的流量，使得连接第一过滤器和第二过滤器的冲洗液入口管道通过的流量比为1：4～1：2。

第三步，按照特定的规律或者周期交换第一步中设定的第一过滤器和第二过滤器的阀门开闭设置方式。

其中特定的规律可以为通过上位机检测处于过滤功能中的一个过滤器的过滤出口的流量计，如果该流量计的流量低于预设阈值，则交换第一步中设定的第一过滤器和第二过滤器的阀门开闭设置方式。如果未低于预设阈值，则不进行操作。

其中特定的周期可以为预设的固定时间间隔，例如5-10分钟。

本发明提供的具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备，能够清除过滤膜的堵塞物，降低了过滤膜的更换需求，此外还降低了额外冲洗的用水需求，从而提高生产效率，降低生产成本。

本发明中的必要参数的获取如压强、流量均可以通过在管路中设置相应压强表或流量计来进行测量和控制。管道中必须的用于气压制造或维持的气泵或泄压口等，为了简化技术方案，进行了省略，但是本领域技术人员根据掌握的技术知识，能够在本申请公开的基础上合理判断上述必须部件设置的位置。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，因此以上所述仅为本发明的实施例。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还包括各种等效变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备，其特征在于：该设备包括：包括第一过滤器、第二过滤器、水力旋流器、热交换器、油沉降罐、水沉降罐、储油桶和收水罐，第一过滤器和第二过滤器均包括过滤容器以及过滤板，第一过滤器和第二过滤器均有采出液入口和过滤出口，以及冲洗液入口和冲洗液出口；油田采出液通过采出液入口接触过滤板后，过滤板温度升至变形温度以上发生形状记忆变形以具有小的平均孔径和孔隙率，第一过滤器和第二过滤器的过滤出口分别经由管道连接到水力旋流器的混合液入口；水力旋流器的水出口经由管道连接至热交换器入水口；热交换器出水口经由管道分别连接水沉降罐、第一过滤器和第二过滤器的冲洗液入口，热交换器的水通过冲洗液入口接触过滤板后，过滤板温度降至变形温度之下，过滤板恢复到拉伸后的形状以具有大的平均孔径和孔隙率，水力旋流器的油出口连接油沉降罐，油沉降罐连接储油桶，水沉降罐连接到收水罐。

2.根据权利要求1所述具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备，其特征在于：第一过滤器和第二过滤器具有相同的结构。

3.根据权利要求1所述具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备，其特征在于：过滤容器设置有采出液入口和过滤出口，从而实现采出液的流入和经过过滤后的采出液流出。

4.根据权利要求3所述具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备，其特征在于：沿采出液液体流动方向，采出液入口和过滤出口分别位于过滤容器的两侧，冲洗液入口和冲洗液出口也分别位于过滤容器的两侧，并且采出液入口和冲洗液出口位于过滤容器的同一侧，过滤出口和冲洗液入口位于过滤容器的同一侧。

5.根据权利要求4所述具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备，其特征在于：冲洗液出口位于过滤容器的底面，冲洗液入口位于靠近过滤容器顶面的位置。

6.根据权利要求5所述具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备，其特征在于：在各过滤器的采出液入口、过滤出口、冲洗液入口和冲洗液出口的管道上均设置了阀门，上述阀门通过上位机进行远程控制。

7.根据权利要求1所述具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备，其特征在于：过滤板包括形状记忆合金。

8.根据权利要求1所述具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备，其特征在于：过滤板包括泡沫金属结构。

9.根据权利要求1所述具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备，其特征在于：过滤板包括弹性硅胶层。

10.一种基于权利要求1-9之一所述的具有双向清洁功能的油田采出液预分水设备的控制方法，其特征在于：控制方法包括：

第一步，通过上位机控制关闭第一过滤器的冲洗液出入口，第二过滤器的采出液入口和过滤出口，开启第一过滤器的采出液入口和过滤出口冲洗液出入口，第二过滤器的冲洗液出入口，从而将采出液导入到第一过滤器中进行过滤；

第二步，上位机调节热交换器出水口的连接第一过滤器和第二过滤器的冲洗液入口的管道上的阀门的流量，使得连接第一过滤器和第二过滤器的冲洗液入口管道通过的流量比为1：4～1：2；

第三步，按照特定的规律或者周期交换第一步中设定的第一过滤器和第二过滤器的阀门开闭设置方式。