CN1890009A - 向烃类储层中注水的气/液分离器 - Google Patents

Abstract

在将水注入到地下烃类储层中之前，要对主要是水的流体流执行处理，以去除氧气。流经一导管(12)的水的压力被降低到一个低值上，以增大氧气和溶解在水中的其它气体的析出。利用离心作用对所形成的两相混合物进行分离，通过使水在导管中旋转而产生所述的离心作用。通过使水流经固定的旋流叶片(20)而引发旋转。氧气和任何其它气体从导管的中心经一气体管道(30)排出，并借助于一真空泵(50)最终从系统中流出而排到大气中。作为一增强措施，可在离心机的上游引入氮气。氮气的注入使水－气体溶液达到饱和，从而促进了氧气从低压水中的析出，而且，通过将固定旋流叶片(20)下游的气体体积分量调节为总流量的最优比例值，也能提高气体－液体的分离效率。

Description

向烃类储层中注水的气/液分离器

背景技术

当从地下烃类储层(其也位于海洋的下方)中开采烃类时，压力和开采率趋于不断下降，除非将水等流体注入到油气储层中。在从海底储层中开采烃类的情况中，海水也许是最为常用的注入流体-尽管与烃类一起被从储层中采出的水也可能被重新注入。海水一般含有约10ppm(百万分之十)的溶解氧。一旦水被泵加压到高压以便于被注入到储层中时，水中的氧气可能会对系统构造中通常所用的许多钢材造成快速的腐蚀。氧气还为储层带来不利的生物活性。结果就是，在加压及注入之前，通常要降低氧气的含量。

去除氧气的一种方式是降低水的压力，以使得溶解的气体出来，然后，在填充有填料的垂直塔中，在正常重力的分离作业条件下将两相物质分离开。该设备的体积相当地大。在海上石油工业中，空间和重量的提供成本都很高，对于该行业而言，能减小必要设备总体尺寸和重量的装置和方法将是有意义的。

发明内容

根据本发明一种实施方式，申请人提供了一种用于从液体中分离气体的装置和方法，且该装置和方法用于减少将被注入到烃类储层中的水中的氧气。由水和溶解气体组合成的流体流流入到主导管中，在该主导管中，压力被降低，以使得溶解的气体从溶液中出来。所形成的水和气混合物被执行离心处理，以使气体移到导管的中心，而水移到外周。在靠近离心机下游的位置处，在水导管的中心处设置了气体管道的进口，以将气体从流体中除去，并使气体流经气体管道和真空泵而排到大气中。

通过在执行离心分离之前将氮气注入到流体流中，使得氮气溶解到水中，置换了包括氧气在内的一些其它气体，则能进一步降低待注水中氧气的含量。当水的压力被降低时，更多的气体出来，从而能进一步降低氧气含量。

后附的权利要求具体地列出了本发明新颖的特征。如结合附图阅读下文的描述，能最为清楚地理解本发明。

附图说明

图1中的示意图表示了根据本发明一种实施方式的气体/水分离系统；以及

图2中的示意图表示了根据本发明另一种实施方式的气体/水分离系统。

具体实施方式

图1表示了一种系统10，其具有一主导管或水导管12，流体16从该导管的进口14进入，该流体是水，其已经经过了过滤，并具有溶解气体。在下文将要描述的实例中，水是海水(其中溶解有盐的水)，其中溶解的气体主要是由空气(21％的氧气、78％的氮气、1％氩气、以及微量的其它气体)组成的。正是要被从海水中去除的氧气会腐蚀注水系统中所用的钢材，且这将导致烃类储层中产生不利的生物活性。在流体主要是由水组成的情况下，文中常将其简称为“水”。

图1所示的系统在进口14处向水施加一定的真空。可利用一个位于导管上游的阀18来实现该效果。可对阀所产生的限流作用进行调节，以调节阀下游的水压。水压的降低使得水中的气体出来，并形成气泡。图1所示的系统包括一离心装置20，该装置是由固定的叶片构成的，这些叶片对进入的气体-液体混合物进行引流，使其在继续流动的同时产生旋转。在紧邻离心装置的下游位置，旋转的流体分离成处于导管中心的气体和处于导管外部或圆周部分的液体。气体去除管道30的气体管道进口部分32位于离心机的下游，以便于从混合物中去除气体。气体管道进口部分32位于离心叶片的下游，并略微离开一定距离，以允许旋转的流体发生分离。流体混合物34中的其余部分已被处理为去掉了大部分的气体，这部分流体混合物沿导管部分36向下游流动。

在很多情况下，被处理后的流体或水34流经出口叶片装置40，其消除了流体的旋转。按照能量守恒原理，消除旋转将恢复一定的压力，从而在装置40的上游存在较高的真空度。已被处理以脱去氧气后的水通常要流经下游的泵46，该泵将其注入到海底的烃类储层中，以维持烃类储层中的压力。该泵位于导管的下方，从而，导管向下部分42中的垂直水柱将在泵处形成一定的水头或压力，以满足泵所需的最小抽吸条件。该垂直高度通常为4-8米，具体数值取决于泵的设计。

根据本发明的一个方面，申请人在气体管道30上应用了一个气体抽吸机构，该机构例如是真空泵50。可在气体管道的上游端35上设置一个单一的孔洞，以吸取气体。但是，申请人倾向于使用多孔的气体进口部分32，其在水管中沿一定距离抽吸气体，该距离大于气体管道上游端处的直径。尽管水管中心处含气体区域的直径可能要大于气体进口32的直径，但由于气体管道中存在真空，且气体管道进口部分的侧面上是多孔的，所以含气体区域中的所有气体都能容易地流入到气体管道中。可改变由真空泵50施加的真空度的水平(压力低于大气压，或者低于水管中、气体管道进口上游处的压力)，以去除所含气体中的大部分气体，同时只去除最少量的液体。

被吸入到气体管道进口中的一些流体中包含水滴。在流体到达真空泵50之前，应当将水去掉。图1表示了一种分离器52，其沿着气体管道30进行布置。分离器包括腔室60，其接纳流入到气体管道中的流体。该流体主要是气体，优选地是，其被引导着向下进入到腔室60中，从而可将导管中的真空度提高一定量，该提高量等于管道30中流体的静压头。在腔室60中，气体和液体在重力下发生分离。腔室中的气体被从腔室的上部56排出，以防止在腔室中形成压力。图1表示出了泵66和阀68，液体通过该泵和阀排出。液位传感器70检测液体的液位何时下降到一定高度之下，且检测信号被发送到控制器中，以使液位保持恒定。控制器可调节排水管线上水泵的工作转速或调节阀68的开启度，以防止从液体排出管将气体排出。被排出的水沿流路74流动，该流路可通向大气中的排放地点，该地点可以是排水系统或外海中，或者这部分水可被作其它处理。

海水中通常含有50ppm(百万分之50)的空气，这些空气中可含有10ppm的氧气。该水对气体的溶解度接近于饱和，从而，降低压力可导致气体的排出，并形成气泡。大气环境中的空气是由21％的氧气、78％的氮气、1％的氩气、以及微量的其它气体组成的。氮气通常不与烃类或钢材发生反应，氩气属于惰性气体，所以，它们不会影响油气储层。从而，降低储层注入流体中的氧气含量是本发明系统的主要目的。图2表示了本发明的系统100，其能进一步降低注入流体中的氧气量。

在图2所示的系统中，氮气被从气源102经管道104注入到处于水管中或进入到水管中的水-气体流体中。氮气被混入到水和空气的混合物16中，且某些氮气溶解到水中。溶解到水中的氮气使水中的气体达到饱和，当降低水压时，这将使得更多的气体从溶液中出来。与水脱离溶解的另外一些气体是额外的氧气。在将气泡从气体管道进口32中排出之后，水管12内流体混合物112所含气体中单位立方米内的氧气量变小一尽管水中总的气体量未变甚至增大。可通过以中等成本对空气执行液化来获得氮气，且通常能制得含98％氮气的气体。供应氮气的其它途径包括运送到使用地点的压力瓶、以及反渗透工艺。

可以在将大量空气排出之后再将氮气注入到流体中，而非在流体即将进入到水导管中的起始时刻将氮气注入。在图2中，申请人用虚线表明：也可使用第二离心机120和第二气体管道122，而不是采用旋流器，其中，第二气体管道的第二气体管道进口部分124与第二泵126进行连接。第二离心机对水流来讲是一个屏障，这将导致在第二离心机中、以及第二离心机的下游产生真空。可只在位于第一气体管道进口32下游的位置130处利用注入管132注入氮气。在氮气的注入位置130处，相当大比例的空气已经被去除，从而高百分比的注入氮气将溶解到水中，作为两阶段处理的结果，可将很高比例的氧气从水中去掉。但是，这样的方案需要在两个位置(110和131)处形成真空度。

因而，本发明提供了一种用于将气体从气体/液体混合物中分离出来的系统和方法，且本发明尤其被用在将氧气从要被注入到烃类储层中的水中除去。其中带有空气的水流经水管，并流经水压降低的导管区域，以使得气体出来，且在所述导管区域内，水流产生旋转，以使气泡移动到导管的中心处，且被从此处排出。根据系统的工作压力以及具体的几何参数将气体的体积分量变动到一个最优的数值，可调节排出气体的机械分离效率。通过在对水执行离心处理之前将氮气注入到水管中、并使氮气与空气进行混合，可提高排出气体的效率。氮气增大了水中的气体含量，从而使更多的气体在水压降低的条件下从水中出来。还可以首先去除掉很多空气，然后再将氮气注入以增大水中的气体溶解量，之后再次去除气体。为了在位置42处将水中剩余氧气的大部分去掉，可在位置43处向水中注入去氧剂化学制品。这样的化学制品通过与氧气发生化学反应可将氧气含量接近于零，这种方式类似于普通的塔式除氧系统中的方式。

尽管上文已对本发明的特定实施方式进行了描述和表示，但应当认识到：本领域技术人员能容易地构思出改型形式和变动方式，因而，权利要求书应当涵盖这些改型和变动。

Claims (13)

1.用在烃类开采中的装置，其包括第一导管(12)，该导管具有第一进口(14)，第一进口接收水-气体溶液流，其中，气体包括氧气，该装置用于将大部分氧气从水中分离出去，其包括：

离心机(20、120)，其位于第一导管中，该离心机使水-气体溶液产生旋流，以促使气体流向第一导管的中心，并促使水流向第一导管的外周；

气体管道(30、122)，其具有气体进口部分(32、124)，该气体进口部分位于第一导管的中心，并位于离心机的下游，其接收包括位于第一导管中心处的气体的流体；以及

用于使水压在所述离心机处低于大气压的装置(18、46)，以使得水-气体溶液中的部分气体从溶液中析出，并移动到第一导管的中心，以便于经所述气体进口部分中的一个排出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于包括：真空泵(50、126)，其与所述气体管道相连，以增强从所述第一导管中抽吸气体的作用。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于包括：分离器(52)，其沿所述气体管道布置，并位于所述真空泵的上游，其将水从所述气体管道内的流体中除去。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述气体进口部分包括多个孔洞，这些孔洞位于所述气体管道的侧壁上，并沿所述气体管道的长度分布，所述长度至少等于所述气体进口部分的直径。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于包括：

氮气气源(102)；

氮气输送管(104、132)，其将氮气从所述氮气气源输送到所述导管中的一个位置处，该位置位于所述离心机的上游，在该位置处，水的压力大于所述离心机处的压力，以便于在使水中的气体析出之前在水中溶解另外一些气体。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于包括：

第二离心装置(120)，其位于所述第一导管中，并位于所述气体进口部分(32)的下游；

氮气气源(102)；

氮气输送管(132)，其从所述气源延伸向所述导管中的一个位置，该位置位于所述气体进口部分与所述第二离心装置之间，该输送管在所述位置处注入氮气；

第二气体管道元件(122)，其具有第二气体管道元件进口部分(124)，该进口部分紧邻所述第二离心装置的下游；

用于形成低压的所述装置还在所述第二离心装置处建立起低于大气压的压力。

7.一种用于对水-气体组合物进行处理的方法，其中的气体包括氧气，且被溶解到水中，该方法用于获取氧气含量很小的水，该方法包括步骤：

在第一导管中，维持离心机(20、120)处的真空度，其中的离心机位于第一导管中，并使组合物流经离心机，与此同时，离心机对组合物进行旋流，以促使气体流向导管的中心，并促使液体流向导管的外周；以及，在离心机下游的一个位置处，使包含气体的流体从第一导管的中心流到气体管道进口部分(32、124)中。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于包括步骤：在紧邻所述气体管道进口部分的一个下游位置处，将所述气体管道中的气体压力维持为小于大气压。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：去除气体的所述步骤包括操作：沿第一导管的一定长度去除气体，所述长度至少等于所述气体进口部分的直径。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于包括步骤：在所述离心机的上游位置处，将氮气注入到所述第一导管内的流体中。

11.一种方法，其用于在将含溶解空气的水注入到正在开采烃类的地下烃类储层中之前对水进行处理，以使注入水中的氧气最少，该方法包括步骤：通过在导管的减压区域内降低水的压力，使得溶解的气体被释放出，然后再将气体排出，由此完成了至少一个去除作业，以将气体从水中去除，该方法包括：

在所述减压区域的上游，向所述水中添加氮气，以提供可溶解到水中的氮气，由此减少了所述去除作业之后残留的氧气量。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：

所述去除作业包括：首先在所述减压区域中在导管中使水快速地旋转，同时使水沿导管连续地流向下游，并从所述导管的中心去除一些气体；随后使已被去除了一些气体的水再次旋转，并从导管的中心再次去除一些气体；

添加氮气的所述步骤包括：在已去除一些气体的位置的下游位置处，将氮气注入到水中。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于包括：在执行完用于从水中去除空气的所述至少一个去除作业之后，执行所述向剩余水中添加氮气的步骤，将氮气混合到水中，然后从水中去除气体。

Images