CN114484279A - 油田伴生气回收液环多级压缩机系统和方法 - Google Patents

油田伴生气回收液环多级压缩机系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种油田伴生气回收液环多级压缩机系统和方法，该系统包括N组由前到后、相互串联的单级液环压缩机组，N≥2；每一组单级液环压缩机组均包括液环压缩机、汽水分离器、换热器和控制模块；汽水分离器内设有隔板，将汽水分离器的下部分隔为回水腔和排油腔，回水腔的一侧设有回水腔液位变送器，排油腔的一侧设有排油腔液位变送器，排油腔出口处设有自动开关阀门；液环压缩机的排气口与汽水分离器的吸入口连通，回水腔的排水口与换热器的进水口连通，换热器的出水口与液环压缩机的供水口连通。本发明油田伴生气回收液环多级压缩机系统抽气量大、安全可靠、节能环保，能满足不同的油田工况需求。

Description

油田伴生气回收液环多级压缩机系统和方法
技术领域
本发明属于油田伴生气回收技术领域，具体涉及一种油田伴生气回收多级液环压缩机系统和方法。
背景技术
油田伴生气，亦即油田在开采的过程中伴随出现或产生的低压天然气，因易燃易爆且含有水分和原油，其回收过程需要使用液环压缩机输送，以确保输送过程的安全。更确切地说，油田伴生气是使用由液环压缩机、气液分离器、换热器等设备组成的液环压缩机组输送。目前，油田所使用的液环压缩机组多为单级液环压缩机组。所谓单级液环压缩机组，是指由一台液环压缩机与气液分离器、换热器等设备组成的液环压缩机组。由于不同油田所要求的气体输送工况差异比较大，并且现有的单台液环压缩机的极限排出压力只有0.7MPa，因此，当油田伴生气所需的输送压力大于0.7MPa时，现有的单级液环压缩机组难以满足要求。
发明内容
本发明的目的旨在解决油田伴生气的输送压力大于0.7MPa时的气体输送、回收与气液分离、原油回收问题，该目的是通过下述技术方案实现的：
一种油田伴生气回收液环多级压缩机系统，包括N组由前到后、相互串联的单级液环压缩机组，N≥2；每一组单级液环压缩机组均包括液环压缩机、汽水分离器、换热器和控制模块；汽水分离器内设有隔板，将汽水分离器的下部分隔为回水腔和排油腔，回水腔的一侧设有回水腔液位计，排油腔的一侧设有排油腔液位变送器，排油腔出口处设有自动开关阀门；排油腔液位变送器、自动开关阀门与控制模块通信连接；液环压缩机的排气口与汽水分离器的吸入口连通，回水腔的排水口与换热器的进水口连通，换热器的出水口与液环压缩机的供水口连通；位于前端的单级液环压缩机组中的汽水分离器的排气口与位于其相邻后端的单级液环压缩机组中的液环压缩机的吸入口连通，位于前端的汽水分离器的排油腔与位于相邻后端的液环压缩机的吸入口连通；位于最前端的第一级液环压缩机组中的液环压缩机的吸入口与系统外部的进气管路连通；位于最末端的第N级液环压缩机组中的汽水分离器的排气口与系统外部的排气管路连通，该汽水分离器的排油腔与系统外部的储油容器连通。
另需说明的是，为了表述问题的简便，本发明将位于最前端的液环压缩机组称为第一级液环压缩机组，将第一级液环压缩机中的液环压缩机、气液分离器、换热器分别称为第一级液环压缩机、第一级气液分离器、第一级换热器，相应地，将位于第一级液环压缩机组相邻后端的液环压缩机组称为第二级液环压缩机组，将其中的相关设备分别称为第二级液环压缩机、第二级气液分离器、第二级换热器，当N＞2时，以此类推，亦即将位于最末端的液环压缩机组称为第N级液环压缩机组，将其中的相关设备分别称为第N级液环压缩机、第N级气液分离器、第N级换热器。
以上述技术方案为物质技术手段，本发明进一步提供了一种油田伴生气回收方法，包括从第一级液环压缩机组到第N级液环压缩机组逐级实现油田伴生气中的伴生气体与液体的分离、液体中的水分与原油的分离，分离出来的水分作为同级液环压缩机的工作水循环利用，直至回收原油并将伴生气体排出系统作后续处理的工作步骤。该方法具体表现为下述步骤：
步骤一，第一级液环压缩机从油田吸入伴生气，伴生气挟带有水分、原油在第一级液环压缩机内压缩后，排出到第一级汽水分离器中进行气体和液体的第一次分离，分离后的气体(仍然含有部分原油和水分)排出到第二级液环压缩机吸入口，分离后的大部分原油和水分则沉积在第一级汽水分离器的回水腔内，当回水腔装满液体后，浮在上面的原油会溢出到排油腔内，从而实现原油与水分的分离，分离出来的水分则由回水腔的排水口排出，并经换热器冷却后作为工作水再回到第一级液环压缩机内使用；
步聚二，当排油腔内的油位达到设定的油位时，排油腔液位变送器发出信号到控制模块，控制模块发出指令，打开自动开关阀门，将排油腔的油排出到第二级环压缩机吸入口，当排油腔的油位下降至设定的最低油位时，控制模块根据油腔液位变送器发出的信号，发出指令，关闭自动开关阀门；
步聚三，分为下述两种情形：
其一，如果所述油田伴生气回收液环多级压缩机系统由两组单级液环压缩机组构成，亦即N＝2，则经前述步骤第一次分离后的伴生气和原油进入到第二级液环压缩机后，经第二级液环压缩机二次压缩后排出到第二级汽水分离器内，实现气体和液体的第二次分离，此时伴生气压缩到了回收流程所需的压力，伴生气体从第二级汽水分离器的排气口排出，进入到下一道处理流程，而原油则浮在回水腔中的液体上面，当回水腔装满液体后，原油溢出落到第二级汽水分离器的排油腔内，由于该汽水分离器内的压力较高，当该汽水分离器的排油腔中的油位达到设定的油位时，排油腔液位变送器发出信号到控制模块，控制模块发出指令，打开自动开关阀门，将排油腔内的原油输送到系统外的储油容器中，当排油腔的油位下降至设定的最低油位时关闭排油阀门；
其二，如果所述油田伴生气回收液环多级压缩机系统由3组以上的单级液环压缩机组构成，亦即N≥3，则第二级液环压缩机、第二级汽水分离、第二级换热器重复第一级液环压缩机、第一级汽水分离、第一级换热器所做的工作，将第二次分离出来的气体和原油输送到第三级液环压缩机和第三级汽水分离器中进行处理，以此类推，直至第N级汽水分离器将第N次分离后的伴生气体排出，使之进入下一道处理流程，并将其排油腔所回收的原油输送到系统外的储油容器中。
本发明的主要有益效果如下：
第一，极限排出压力两级可以达到1.4MPa，三级可达到2.1MPa，另外多级压缩机可以不同的压缩机配比抽吸比远比单级压缩机大的气量，能满足不同的油田工况需求；
第二，在回收伴生气体的同时，能分离并输送其挟带的原油到设置于系统外的储油容器中，无需再另外增设输油泵输送，既节能又方便，同时也不会造成原油在压缩机内聚积。
第三，工作液在液环压缩机内循环使用，不会有污染物排出。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构与工作原理示意图；
图中：
1——液环压缩机； 2——汽水分离器；
201——汽水分离器中的回水腔；
202——汽水分离器中的排油腔；
3——排油腔液位变送器；
4——回水腔液位计； 5——换热器；
6——自动调节阀门； 7——控制模块。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更加充分地理解本发明，以下结合附图介绍本发明的一个实施例。
如图1所示，一种油田伴生气回收液环多级压缩机系统，包括两组由前到后、相互串联的单级液环压缩机组，位于前端的液环多级压缩机组也称为第一级液环压缩机组，位于后端的液环多级压缩机组也称为第二级液环压缩机组。每一组单级液环压缩机组均包括液环压缩机1、汽水分离器2(本发明中的汽水分离器也称为三相分离器，属于石油化工领域的常用设备)、换热器5和控制模块7(控制模块可以是PLC或DCS)；汽水分离器2内设有隔板，将汽水分离器2的下部分隔为回水腔201和排油腔202，回水腔201的一侧设有回水腔液位计4，排油腔202的一侧设有排油腔液位变送器3，排油腔出口处设有自动开关阀门6；排油腔液位变送器3、自动开关阀门6与控制模块7通信连接；液环压缩机1的排气口与汽水分离器2的吸入口连通，回水腔201的排水口与换热器3的进水口连通，换热器3的出水口与液环压缩机1的供水口连通。
第一级液环压缩机组中的汽水分离器(也称为第一级汽水分离器)2的排气口与第二级液环压缩机组中的液环压缩机(也称为第二级液环压缩机)的吸入口连通，第一级汽水分离器的排油腔202与第二级液环压缩机的吸入口连通；第一级液环压缩机组中的液环压缩机(也称为第一级液环压缩机)1的吸入口与系统外部的进气管路连通；第2级液环压缩机组中的汽水分离器(也称为第2级汽水分离器)的排气口与系统外部的排气管路连通，该汽水分离器的排油腔与系统外部的储油容器连通。
以上，结合附图介绍了本发明的一个实施例的结构特征。以下，仍以该实施例为例，介绍油田伴生气回收方法。该方法包括下述三个基本步骤：
步骤一，第一级液环压缩机从油田吸入伴生气，伴生气挟带有水分、原油在第一级液环压缩机内压缩后，排出到第一级汽水分离器中进行气体和液体的第一次分离，分离后的气体(仍然含有部分原油和水分)排出到第二级液环压缩机吸入口，分离后的大部分原油和水分则沉积在第一级汽水分离器的回水腔内，当回水腔装满液体后，浮在上面的原油会溢出到第一级汽水分离器的排油腔内，从而实现原油与水分的分离，分离出来的水分则由回水腔的排水口排出，并经第一级换热器冷却后作为工作水再回到第一级液环压缩机内使用；
步聚二，当排油腔内的油位达到设定的油位时，排油腔液位变送器发出信号到控制模块，控制模块发出指令，打开自动开关阀门，将排油腔的油排出到第二级环压缩机吸入口，当排油腔的油位下降至设定的最低油位时，控制模块根据油腔液位变送器发出的信号，发出指令，关闭自动开关阀门；
步聚三，经前述步骤第一次分离后的伴生气和原油进入到第二级液环压缩机后，经第二级液环压缩机二次压缩后排出到第二级汽水分离器内，实现气体和液体的第二次分离，此时伴生气压缩到了回收流程所需的压力，伴生气体从第二级汽水分离器的排气口排出，进入到下一道处理流程，而原油则浮在回水腔中的液体上面，当回水腔装满液体后，原油溢出落到第二级汽水分离器的排油腔内，由于该汽水分离器内的压力较高，当该汽水分离器的排油腔中的油位达到设定的油位时，排油腔液位变送器发出信号到控制模块，控制模块发出指令，打开自动开关阀门(排油阀门)，将排油腔内的原油输送到系统外的储油容器中，当排油腔的油位下降至设定的最低油位时关闭自动开关阀门。
需要说明的是，本实施例所采用的原油回收方案是将第一级汽水分离器的排油腔中的原油排到第二级液环压缩机和第二级汽水分离器中，经第二次压缩和第二次分离后再回收，而不是直接将该排油腔中的原油回收到系统外的储油容器中。本实施例采用这种原油回收方案的原因是：第一级压缩的排出压力较低，通常没有足够的压力将原油输送到指定的容器，如果要输送，则需要另外增设油泵，不仅投入成本增加，控制方案也会变得复杂，且故障点也会增加。
另需说明的是，在实际实施本发明的过程中，根据油田的实际需要，可串联更多的单级液环压缩机组。此外，与排油腔液位变送器和自动开关阀门(排油阀门)的工作过程由控制模块予以自动控制不同，本实施例没有使用控制模块对回水腔液位计和回水腔排水口的工作予以控制，实际实施本发明时，可由现场工作人员根据回水腔液位计所显示的信息，对排水过程实施人工控制。当然，在现有技术条件下，由控制模块对回水腔液位计和回水腔排水口的工作予以自动控制，在技术上也是完全可行的。
需要特别强调的是，通过单台液环压缩机的串联使用，本发明能大幅度提高液环压缩机组的抽气量。以压缩比为5的单台液环压缩机为例，目前，申请人实际生产的最大的一台单级液环压缩机(泵)的抽气量约为120m3/min，如果用两台单级液环压缩机串联达到压缩比为5，那么可以选定第一级压缩比为2，第二级压缩比为2.5，总压缩比为2X2.5＝5没有变化，但压缩比为2的液环压缩机的抽气量可以达到1400m3/min，经压缩后气量变为1400/2＝700m3/min，只要选一台压缩比为2.5，抽气量为700m3/min的液环压缩机作为第二级液环压缩机串联使用，那么串联后的压缩机组的总抽气量可以达到1400m3/min，明显大幅提升。

Claims (3)

1.一种油田伴生气回收液环多级压缩机系统，包括N组由前到后、相互串联的单级液环压缩机组，N≥2；每一组单级液环压缩机组均包括液环压缩机、汽水分离器、换热器和控制模块；汽水分离器内设有隔板，将汽水分离器的下部分隔为回水腔和排油腔，回水腔的一侧设有回水腔液位计，排油腔的一侧设有排油腔液位变送器，排油腔出口处设有自动开关阀门；排油腔液位变送器、自动开关阀门与控制模块通信连接；液环压缩机的排气口与汽水分离器的吸入口连通，回水腔的排水口与换热器的进水口连通，换热器的出水口与液环压缩机的供水口连通；位于前端的单级液环压缩机组中的汽水分离器的排气口与位于其相邻后端的单级液环压缩机组中的液环压缩机的吸入口连通，位于前端的汽水分离器的排油腔与位于相邻后端的液环压缩机的吸入口连通；位于最前端的第一级液环压缩机组中的液环压缩机的吸入口与系统外部的进气管路连通；位于最末端的第N级液环压缩机组中的汽水分离器的排气口与系统外部的排气管路连通，该汽水分离器的排油腔与系统外部的储油容器连通。
2.一种油田伴生气回收方法，其特征在于：包括从第一级液环压缩机组到第N级液环压缩机组逐级实现油田伴生气中的伴生气体与液体的分离，液体中的水分与原油的分离，分离出来的水分作为同级液环压缩机的工作水循环利用，直至回收原油并将伴生气体排出系统作后续处理的工作步骤。
3.如权利要求2所述的油田伴生气回收方法，其特征在于：所述工作步骤具体包括下述步骤：
步骤一，第一级液环压缩机从油田吸入伴生气，伴生气挟带有水分、原油在第一级液环压缩机内压缩后，排出到第一级汽水分离器中进行气体和液体的第一次分离，分离后的气体排出到第二级液环压缩机吸入口，分离后的大部分原油和水分则沉积在第一级汽水分离器的回水腔内，当回水腔装满液体后，浮在上面的原油会溢出到排油腔内，从而实现原油与水分的分离，分离出来的水分则由回水腔的排水口排出，并经换热器冷却后作为工作水再回到第一级液环压缩机内使用；
步聚二，当排油腔内的油位达到设定的油位时，排油腔液位变送器发出信号到控制模块，控制模块发出指令，打开自动开关阀门，将排油腔的油排出到第二级环压缩机吸入口，当排油腔的油位下降至设定的最低油位时，控制模块根据油腔液位变送器发出的信号，发出指令，关闭自动开关阀门；
步聚三，分为下述两种情形：
其一，如果所述油田伴生气回收液环多级压缩机系统由两组单级液环压缩机组构成，亦即N＝2，则经前述步骤第一次分离后的伴生气和原油进入到第二级液环压缩机后，经第二级液环压缩机二次压缩后排出到第二级汽水分离器内，实现气体和液体的第二次分离，此时伴生气压缩到了回收流程所需的压力，伴生气体从第二级汽水分离器的排气口排出，进入到下一道处理流程，而原油则浮在回水腔中的液体上面，当回水腔装满液体后，原油溢出落到第二级汽水分离器的排油腔内，由于该汽水分离器内的压力较高，当该汽水分离器的排油腔中的油位达到设定的油位时，排油腔液位变送器发出信号到控制模块，控制模块发出指令，打开自动开关阀门，将排油腔内的原油输送到系统外的储油容器中，当排油腔的油位下降至设定的最低油位时关闭排油阀门；
其二，如果所述油田伴生气回收液环多级压缩机系统由3组以上的单级液环压缩机组构成，亦即N≥3，则第二级液环压缩机、第二级汽水分离、第二级换热器重复第一级液环压缩机、第一级汽水分离、第一级换热器所做的工作，将第二次分离出来的气体和原油输送到第三级液环压缩机和第三级汽水分离器中进行处理，以此类推，直至第N级汽水分离器将第N次分离后的伴生气体排出，使之进入下一道处理流程，并将其排油腔所回收的原油输送到系统外的储油容器中。
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