CN116286080A - 一种油田采出液管式预分水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油田采出液管式预分水系统，包括：管式脱气器、管式混合破乳器和低压损管式动态旋流分离器；所述管式脱气器的液相出口与所述管式混合破乳器的进口连接；所述管式脱气器的气相出口与伴生气处理系统的入口连接；所述管式混合破乳器由强湍流的混合段和中等湍流的破乳聚结段组成，所述管式混合破乳器的第一出口与所述低压损管式动态旋流分离器的入口连接；所述低压损管式动态旋流分离器分离出来的油相排入原油处理系统，分离出来的水相则排入生产水深度处理达标回注模块。该系统流程简单、造价低、设备占地面积小，可以用于陆上、海上高含水油田的预分水，也可以用于深海油田采出液预处理。

Description

一种油田采出液管式预分水系统

技术领域

本发明涉及一种油田采出液管式预分水系统，属于油田采出液预处理技术领域。

背景技术

随着油田开采进入中后期，采出液含水率增大、油水乳化加重，我国大部分老油田已经进入高含水期，含水率甚至高达90%。为稳产甚至增产不得不提高采出液的液量，采出液液量的大幅度增加和油水乳化的越加严重给油田现有集输处理工艺带来两方面的挑战：

（1）在生产水量增加、水处理指标提高的双重压力下，油田水处理设备往往处于满负荷甚至超负荷运行状态。基于重力沉降原理的常规油水分离设备，在分离过程中所需要的水力停留时间长、设备体积庞大。对于单位面积造价昂贵的海上生产平台而言，水处理工艺的扩容成本受限颇多，从而导致水处理成为海上老油田挖潜的瓶颈。

（2）为保障水处理设备在满负荷甚至超负荷运行状态下的出水达标，不给水处理系统带来过多冲击，油田现场生产运行过程中大多采取提高一级或二级三相分离器油水界面位置的“保水”措施。但随着界面位置的升高，油相分离区的实际水力停留时间缩短、出油口的原油含水率增加。原油含水率的增加不仅会造成大量加热能耗被浪费到热焓更高的水中，而且会导致电脱水器工作稳定性变差等问题，继而影响整个原油生产流程的稳定性。

老油田挖潜是发展的一个重要方向，努力稳产是摆在油田开发者面前严峻的现实问题，迫切需要从油气集输处理工艺方面进行创新，克服现有水处理系统相关设备普遍存在的水力停留时间较长、分离效率低、能效差等不足，为油田降本增效和绿色低碳发展提供技术支撑，同时为海上新油田开发特别是深水油田开发提供技术储备。

目前工业上常用的采出液预分水方法有重力沉降法和离心分离法，基于重力沉降法的仰角式油水分离器充分利用了卧式分离器油水界面覆盖面积大和立式分离器分离时间长的优点。中国专利CN206715377U、CN212024989U提出一种高含水采出液处理系统中均使用仰角式油水分离器作为预分水装置。但是仰角式油水分离器仍采用重力沉降法进行油水分离，水力停留时间长、设备体积大的缺陷无法避免。基于离心分离法的水力旋流技术利用旋流产生的离心力对密度不同的油水混合物进行分离，根据来液条件的不同，水力旋流器可分为预分水型、原油脱水型和除油型3类。中国专利CN106433764A提出了一种油田采出液短流程的预分水处理工艺流程，采用预分水型、除油型静态水力旋流器以及梯形管分离器等三级进行预分水。由于没有脱气装置，该工艺只能用于低含气油田，且多级水力旋流器和梯形管分离器的压力损失大，需要有两级增压，能耗高、流程长，且没有考虑分散相破乳问题。

面对采出液含水率高、油水乳化严重的新问题，现有工艺难以满足油田采出液处理特别是平台造价昂贵的海上油田采出液处理的需求。因此，有必要针对油田面临的新形势，开发一种油田采出液预分水工艺。

发明内容

针对海上老油田采出液含水率增加而造成在役水处理系统负荷大的问题，本发明提供一种油田采出液管式预分水系统，该系统实现了预分水作业的管式化，在保证分水率的同时，可以利用来液余压完成脱气和预分水，工艺流程简单、造价低、设备占地面积小，可以用于陆上、海上高含水油田的预分水，也可以用于深海油田采出液预处理。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种油田采出液管式预分水系统，包括：管式脱气器、管式混合破乳器和低压损管式动态旋流分离器；

所述管式脱气器的液相出口与所述管式混合破乳器的进口连接；所述管式脱气器的气相出口与伴生气处理系统的入口连接；

所述管式混合破乳器由强湍流的混合段和中等湍流的破乳聚结段串联而成，所述管式混合破乳器的第一出口与所述低压损管式动态旋流分离器的入口连接；

所述低压损管式动态旋流分离器分离出来的油相排入原油处理系统，分离出来的水相则排入生产水深度处理达标回注模块。

所述的油田采出液管式预分水系统，优选地，所述管式混合破乳器的破乳聚结段包括若干依次交替串联的大径段和缩径段。

所述的油田采出液管式预分水系统，优选地，所述缩径段的直径

，其中，/>

为待处理的采出液流量。

所述的油田采出液管式预分水系统，优选地，所述管式混合破乳器的破乳聚结段的内部腔体由若干依次串联的椭圆形流场湍流强度调控构件组成。

所述的油田采出液管式预分水系统，优选地，所述的油田采出液管式预分水系统，其特征在于，所述椭圆形流场湍流强度调控构件的长轴与短轴之比为2~3，迎水面厚度为内径的0.1~0.3倍，背水面厚度为0.05~0.2mm。

所述的油田采出液管式预分水系统，优选地，所述螺旋形叶栅的螺旋方向与所述转毂的转动方向一致。

所述的油田采出液管式预分水系统，优选地，所述低压损管式动态旋流分离器内设置有起旋元件，所述起旋元件包括转毂以及沿所述转毂周向均匀分布的旋转叶栅。

所述的油田采出液管式预分水系统，优选地，所述旋转叶栅为螺旋形叶栅，相邻两所述旋转叶栅的螺距为内径的1~2倍。

所述的油田采出液管式预分水系统，优选地，所述转毂为三段式转毂，包括两锥形转毂段以及设置于两所述锥形转毂段之间的柱形转毂段。

所述的油田采出液管式预分水系统，优选地，所述管式脱气器包括串联连接的立式管柱结构气液旋流分离器和水平导叶式气液旋流分离器。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明的管式脱气器采用立式管柱结构气液旋流分离器+水平导叶式气液旋流分离器两级组合的方式，能够适用含气率10%~85%的大范围变化工况，满足不同油田以及油田不同开采阶段含气率的变化情况，分离出来的液相含气率低于2%，以满足后续旋流预分水设备的要求。

2、本发明的管式破乳器由强湍流的混合段和中等湍流的破乳聚结段组成，混合段采用常规静态混合器，破乳聚结段则根据采出液破乳所需的水力条件，通过改变管流直径控制局部管流速度达一定流速，比如2.5m/s，以形成中等湍流强度的流场，促进粒径小于200μm以下的分散油滴碰撞聚结，提高药剂的破乳效率、减少破乳时间。

3、本发明的低压损管式动态旋流分离器中的起旋元件为具有泵送功能的旋转叶栅，在实现油水分离的同时，利用元件的泵送功能弥补分离所需的压力损失，低压损管式动态旋流分离器分离过程中的压力损失很小甚至没有压力损失，进而实现了利用流程余压的采出液预分水作业。

4、本发明的油田采出液管式预分水系统，利用三种紧凑型管式设备实现脱气、加药、混合、破乳和预分水等作业，实现了油田采出液的管式的预处理，工艺简单、能效高，且所用设备占地面积小。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的油田采出液管式预分水系统的工艺流程图；

图2为本发明该实施例提供的管式混合破乳器的示意图，其中，a为管式混合破乳器中混合段的剖视图，b为管式混合破乳器中破乳聚结段的立体图；

图3为本发明该实施例提供的低压损管式动态旋流分离器中起旋元件的示意图；

图4为本发明该实施例提供的管式脱气器中液出口含气率和气出口含液的变化规律图；

图中各标记如下：

1-管式脱气器；2-管式混合破乳器；3-低压损管式动态旋流分离器，301-锥形转毂段，302-柱形转毂段，303-旋转叶栅。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

本发明针对现有的海上老油田采出液含水率增加而造成在役水处理系统负荷大的问题，而提出一种油田采出液管式预分水系统，该系统实现了预分水作业的管式化，在保证分水率的同时，可以利用来液余压完成脱气和预分水，工艺流程简单、造价低、设备占地面积小，可以用于陆上、海上高含水油田的预分水，也可以用于深海油田采出液预处理。

下面结合具体实例对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明所涉及的油田采出液管式预分水系统，包括：管式脱气器1、管式混合破乳器2和低压损管式动态旋流分离器3；

管式脱气器1的液相出口与管式混合破乳器2的进口连接；管式脱气器1的气相出口与伴生气处理系统的入口连接；

管式混合破乳器2由强湍流的混合段和中等湍流的破乳聚结段串联而成，管式混合破乳器2的第一出口与低压损管式动态旋流分离器3的入口连接；

低压损管式动态旋流分离器3分离出来的油相排入原油处理系统，分离出来的水相则排入生产水深度处理达标回注模块。

进一步地，管式脱气器1采用立式管柱结构气液旋流分离器和水平导叶式气液旋流分离器相串联的两级组合方式，能够适用含气率10%~85%的大范围变化工况，满足不同油田以及油田不同开采阶段含气率的变化情况。

本发明的油田采出液管式预分水系统，采用立式管柱结构气液旋流分离器+水平导叶式气液旋流分离器（来源：王强强.大气液比范围管式分离器的设计分析与实验研究，北京石油化工学院，2018，硕士论文）两级串联组合完成气液分离，充分发挥了立式管柱结构气液旋流分离器处理高含气效果好，而水平导叶式气液分离器分离精度高的优势；同时可以防止立式管柱结构气液旋流分离器在低含气量下运行时气液界面不易控制，水平导叶式气液分离器处理高低含气率气液混合物时易受段塞流影响而导致气核不稳定的问题。当来液含气率在10%~90%之间变化时，从已经公布的两种气液旋流分离器的分离性能可知，两级串联所组成的管式脱气器1液出口含气率和气出口含液的变化规律如图4所示，当入口含气率小于90%时，液出口含气率稳定在1.5%以下，满足预期工艺的要求，且总压差小于0.1MPa。

如图2所示，管式破乳器2由强湍流（最大雷诺数达到2×10⁵以上称之为强湍流）的混合段和中等湍流（最大雷诺数不超过3×10⁴称之为中等湍流）的破乳聚结段组成。混合段采用常规SK型静态混合器完成药剂和采出液的快速均匀混合，如图2中a所示。对于含水率高达90%的采出液而言，目前已经公布的应用数据表明常规SK型静态混合器的压力损失约为0.05MPa。

如图2中b所示，流体进入破乳聚结段后，在截面积逐渐变化的内构件作用下，形成雷诺数不大于3×10⁴中等湍流强度的脉冲流场；在中等湍流强度脉冲流作用下小粒径分散相之间的碰撞概率增加、聚结速率提高，同时又不会造成较大颗粒分散相的再乳化。破乳聚结段长2米（也可以是其他尺寸），每隔0.2米（其他间隔尺寸也是可行的）设置一处缩颈，在管内流体流速为2.5m/s工况下，脉动湍流流场有利于粒径小于200μm的分散油相快速聚结，按照此原理设计缩颈处直径d，则缩颈处

，单位为m；/>

为待处理的采出液的流量，液量单位为m³/s，破乳聚结段压力损失约为0.02MPa。破乳后的采出液进入低压损管式动态旋流分离器3。

如图2中a所示，管式混合破乳器2的混合段的内部安装有若干依次串联的椭圆形流场湍流强度调控构件。椭圆形流场湍流强度调控构件的长轴与短轴之比为2~3，迎水面厚度为管式混合破乳器2的混合段管体内径的0.2倍（管式混合破乳器2由混合段与破乳聚结段串联而成，破乳聚结段中的大径段内外径尺寸与混合段的内外径尺寸相同，椭圆形流场湍流强度调控构件是焊接在混合段管体内，迎水面厚度取决于混合段的管体内径），背水面厚度为0.1mm。流体进入破乳聚结段后，在截面积逐渐变化的内构件作用下，形成雷诺数不大于3×10⁴中等湍流强度的脉冲流场；在中等湍流强度脉冲流作用下小粒径分散相之间的碰撞概率增加、聚结速率提高，同时又不会造成较大颗粒分散相的再乳化。

如图3所示，低压损管式动态旋流分离器3内设置有起旋元件、入口、排油口和排水口，起旋元件包括转毂以及沿转毂周向均匀分布的旋转叶栅303，旋转叶栅303在实现油水分离的同时，利用旋转叶栅303的泵送功能弥补分离过程所需的压力损失，进而实现了无需增压泵的采出液预分水作业。

具体地，进入低压损管式动态旋流分离器3的采出液在旋转叶栅303的带动作用下同时产生高速旋转和一定的轴向推送作用，旋流产生离心力使得待分离采出液中的重相以一定径向速度向外运移，轻相向中心汇聚并从排油口排入原油处理系统，分离出的水相进去生产水深度处理达标回注模块。旋转叶栅303的轴向推送作用则可以弥补低压损管式动态旋流分离器3分离过程中的压力损失，进而实现了无需增压泵的采出液预分水作业。在来液含气率不超过2%的工况下，当其含水率为90%时，预分水率可达到60%且水出口含油率可以降低到1000mg/L，满足海上油田预处理设备水处理指标要求。

油水具体分离过程表示如下：油水两相不互溶，对于含水90%（含油10%）的采出液而言，油以颗粒状分散在水中。由于二者密度不同，油相密度较小，在重力加速度作用下密度小的油相会上浮。相同的原理，在离心力作用下油相会向中心汇聚，汇聚后的油相形成油核。分离器末端在中心安装有收油管，收油管的外径和分离器出口管内径间形成的环装结构排水。当收油管直径略大于油核尺寸时，汇聚在中心的油核在轴向推力作用下流入收油管，水相则从环形区域进入排水管。

在本发明一些优选的实施方案中，叶栅为三段式结构，包括两锥形转毂段301以及设置于两锥形转毂段301之间的柱形转毂段302。出、入口的两锥形转毂段301可以使流体流入和流出叶栅时更加平稳，防止出现流体扰动。

进一步地，旋转叶栅303为螺旋形叶栅，相邻两旋转叶栅303的螺距为转鼓内径的1倍。

本发明的油田采出水管式预分水系统，仅需要来液压力高于0.2MPa就可以完成气液分离、加药破乳以及预分60%的水相的目标，工艺流程短、能效高，且所有设备均为管式结构、设备占地面积小。

本发明所提供的油田采出液管式预分水系统，包括管式脱气器1、管式混合破乳器2和低压损管式动态旋流分离器3。管式脱气器1由水平导叶式旋流气液分离器+立式管柱结构气液旋流分离器组成，能够适用含气率10%~85%的大范围变化工况，满足不同油田以及油田不同开采阶段含气率的变化情况；分离出来的含液量低于2%的天然气排入伴生气处理系统，含气率小于2%液相经过管式混合破乳器2加药破乳后进入低压损管式动态旋流分离器3进行脱水。管式混合破乳器2不仅可以完成药剂和采出液的混合，还利用管径的变化构建了分散油相破乳聚结的最佳水力条件，进而可以充分发挥药剂的作用。低压损管式动态旋流分离器3采用具有泵送功能的起旋元件，起旋元件由电动机驱动，利用叶片的泵送作用弥补分离过程中的压力损失。因此本发明所提出的油田采出液管式预分水系统实现了预分水作业的管式化，在保证分水率的同时，可以利用来液余压完成脱气和预分水，工艺流程简单、造价低、设备占地面积小，可以用于陆上、海上高含水油田的预分水，也可以用于深海油田采出液预处理。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种油田采出液管式预分水系统，其特征在于，包括：管式脱气器（1）、管式混合破乳器（2）和低压损管式动态旋流分离器（3）；

所述管式脱气器（1）的液相出口与所述管式混合破乳器（2）的进口连接；所述管式脱气器（1）的气相出口与伴生气处理系统的入口连接；

所述管式混合破乳器（2）由强湍流的混合段和中等湍流的破乳聚结段串联而成，所述管式混合破乳器（2）的第一出口与所述低压损管式动态旋流分离器（3）的入口连接；

所述低压损管式动态旋流分离器（3）分离出来的油相排入原油处理系统，分离出来的水相则排入生产水深度处理达标回注模块。

2.根据权利要求1所述的油田采出液管式预分水系统，其特征在于，所述管式混合破乳器（2）的破乳聚结段包括若干依次交替串联的大径段和缩径段。

3.根据权利要求2所述的油田采出液管式预分水系统，其特征在于，所述缩径段的直径

，其中，/>

为待处理的采出液流量。

4.根据权利要求2所述的油田采出液管式预分水系统，其特征在于，所述管式混合破乳器（2）的混合段的内部腔体由若干依次串联的椭圆形流场湍流强度调控构件组成。

5.根据权利要求4所述的油田采出液管式预分水系统，其特征在于，所述椭圆形流场湍流强度调控构件的长轴与短轴之比为2~3。

6.根据权利要求4所述的油田采出液管式预分水系统，其特征在于，所述椭圆形流场湍流强度调控构件迎水面厚度为所述管式混合破乳器（2）混合段管体内径的0.1~0.3倍，背水面厚度为0.05~0.2mm。

7.根据权利要求1所述的油田采出液管式预分水系统，其特征在于，所述低压损管式动态旋流分离器（3）内设置有起旋元件，所述起旋元件包括转毂以及沿所述转毂周向均匀分布的旋转叶栅（303）。

8.根据权利要求7所述的油田采出液管式预分水系统，其特征在于，所述旋转叶栅（303）为螺旋形叶栅，相邻两所述旋转叶栅（303）的螺距为内径的1~2倍。

9.根据权利要求8所述的油田采出液管式预分水系统，其特征在于，所述螺旋形叶栅的螺旋方向与所述转毂的转动方向一致。

10.根据权利要求7所述的油田采出液管式预分水系统，其特征在于，所述转毂为三段式转毂，包括两锥形转毂段（301）以及设置于两所述锥形转毂段（301）之间的柱形转毂段（302）。

Images