CN204208341U - 一种聚驱采油用油气水三相分离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种聚驱采油用油气水三相分离器，包括分离器介质入口、消能导流装置、分离器罐体、固定看样口、分离填料、丝网捕雾器、冲沙系统、堰板、水位提升装置等构成，分离器内部入口设计安装消能导流装置，使介质得到有效分流和初步的油水分离，消能导流装置设计两侧分流，每侧设置6～8个导流通道。分离器填料表面采用金属陶瓷漆进行处理。通过设计核子剖面仪能清楚地分辨出泥沙、水、乳化层、油、泡沫和气相的高位、厚度和位置。从分离室和水室间设计水导流管，在水导流管顶部设计金属柔性波纹管，金属波纹管与安装在罐体外部的手轮连接，可以在罐体外通过调整水位优化分离室内油水界位和分离停留时间，确保最终的分离效果。

Description

一种聚驱采油用油气水三相分离器

所属技术领域

本发明涉及一种油气水三相分离设备，更具体地说涉及一种海洋油田和陆地油田进行注聚合物驱油时，对采出的含聚合物采出液进行油气水三相分离的设备。

背景技术

聚合物驱油(简称“聚驱”)是利用高分子聚合物水溶液具有的本体粘度、界面粘度和拉伸粘度，将岩石毛细管、小缝隙及岩石表面的残余油或油膜吸附出来，并且能改变岩石的润湿性，从而很容易剥离吸附在岩石表面上或细小空隙内的油膜或残余油。

随着一些海洋油田和陆地油田进入高含水后期开发阶段，地下可开采储量越来越少，产油量也逐年递减，在这种情况下，采用注聚合物驱油是提高可采储量，实验海洋油田稳产的重要措施之一。聚合物驱油已经是充分开采和利用石油资源，提高采收率和采油效率的重要举措。

聚驱作为一种提高原油采收率的重要举措，在宏观上，它主要靠增加驱替液粘度，降低驱替液和被驱替液的流度比，从而扩大波及体积；在微观上，聚合物由于其固有的粘弹性，在流动过程中产生对油膜或油滴的拉伸作用，增加了携带力，提高了微观洗油效率。

由于聚合物的粘弹性及对石油烃类的吸附性质，使通过注聚合物采出的原油乳化液因含有聚合物而具有较高的稳定性，大大增加了原油乳化液油水分离的难度。而且由于聚合物的粘性特点，很容易在换热器、分离器和电脱水器中沉积，管路和设备经常性发生堵塞，对整个系统的压力、温度、处理量带来影响。虽然通过聚合物将这样原油乳化液从地下开采出来，但如何处理这些含聚合物的原油乳化液，实现原油、水、气的三相分离成为一个重要的技术难题。

申明公布号为CN102350096A的“高效油气水三相分离器”发明专利中油气水混合物通过设置在其中的分流器，依靠气液混合物自身能量产生旋转运动，由离心力使气液得以初步分离，关于分流器的形式和结构并没有进行描述。事实上，由于进入分离器的油水气具有较高的压力和动量，设置分流器是一种常规做法，其技术关键在于分流器的形式和结构，如分流器通道的流线型设计、通道叶片数量、每条通道的大小等等都必须合理设计，只有这样，才能有效消除因油气水混合物带有较高能量对分离器操作的冲击影响，也才能增加在分流器处的油气水的分离效果，特别是对于聚驱油田采出的易乳化油水分离困难的乳化液。另外，在该专利中，壳体顶部设计左端捕雾器和右端捕雾器，左端捕雾器与预处理区连通，右端捕雾器与沉降区连通，左端捕雾器和右端捕雾器通过连通管相连。从技术上讲，这种设计也不太合理，因为在三相分离器的左端和右端油水气混合物的压力差异比较大，左侧压力高，右压力低，由于左端捕雾器和右端捕雾器通过连通管相连，左侧高压力高能量混合物将不会经过分离器罐内部(因分离器内部有分离元件和分离填料，压降较大)而直接经连通管到达右侧捕雾器中，这些混合物不但不能得到有效分离，而且由于大量混合物进入右捕雾器，根本来不及分离，从而对分离效果造成很严重影响。

专利号为ZL200420089405.9“含聚合物采出液三相分离器”是与本发明最接近的技术，也是用于注聚合物采出液的油气水三相分离。但是在专利中，分离器壳体后封头之间设有油水隔板，隔板两边分为油腔和水腔，各自液面分别由浮子液面调节器控制。事实上，在聚合物采油液乳化严重，油水比重差较小，采用浮子液位调节仪根据不能控制，因为从上至下乳化液的比重变化很小，事实也证明了这一点。如中海油SZ36-1一期开发项目中，采用的浮子液位调节仪根本不能正常工作，其中另一个原因就是，油气水混合中含有的一些聚合物会聚集沉积在浮筒或浮球上，更会造成浮球不能正常工作。而且，在不同油区油井采油时，注入的聚合物的量也存在差异，所以输送到油气水三相分离器的混合物分离情况也各不相同，这需要针对所处理的不同乳化液进行油相停留时间和水相停留时间的调整，这种对停留时间的调整必须通过水腔中可调试油水界位仪表来实现的，因此应要求油水界位具有一定的可调整区间，以实现对停留时间的调整，确保最终的油水气的脱除效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对注聚合物采油海洋和陆地油田油水处理的分离器设备，以解决油田后期采用注聚采油时，含聚合物原油乳化液分离困难，因不能及时分离和处理而影响整个油田的产量和作业计划的困难，从而实现在海洋平台和海洋FPSO设计寿命内，确保采油工作的完成。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种聚驱采油用油气水三相分离器，主要包括分离器介质入口、消能导流装置、分离器罐体、固定看样口、分离填料、丝网捕雾器、冲沙系统、堰板、水位提升装置等构成，分离器内部入口设计安装消能导流装置，在消除入口介质较高的动能的情况下，使介质得到有效分流和初步的油水分离，消能导流装置设计两侧分流，每侧设置6～8个导流通道，形成导流通道的导流板采用水力流体的弧形结构，在前段和后端设置弧形封闭挡板和支撑板。分离器填料表面采用金属陶瓷漆进行处理，以减少聚合物在填料上的吸附而影响分离效果，上部填料采用适合油气分离的丝网聚集整流填料，下部填料采用适合油水分离的波纹薄板波纹填料。

本发明通过设计核子剖面仪作为多相界位的检测，能清楚地分辨出泥沙、水、乳化层、油、泡沫和气相的高位、厚度和位置。从分离室和水室间设计水导流管，水导流管的入口处采用下弯管，下弯水平夹角为30～60°，在水导流管顶部设计金属柔性波纹管，金属波纹管与安装在罐体外部的手轮连接，手轮外部设计带刻度的标尺。在分离器罐体底部设计了聚合物及泥沙冲洗系统和周期性停车检修期间的沉积物排出口。

本发明的有益效果是：解决了采出原油中聚合物容易在分离填料上易吸附而造成分离效率下降的问题，使分离效果和分离器处理能力得到保证；通过采用的核子剖面仪不仅能够检测含聚合物乳化液在罐体内油水乳化层厚度和位置，而且还能够检测沉积泥沙厚度、泡沫位置和厚度，甚至气相高度等等，旋转分离器罐体外的手轮可实现对罐体内水室中水位高度的调整，通过水位高度的变化，可以实现分离室中停留时间的调整，这对含易乳化的聚合物原油油水气分离具有重要意义，再加上因聚合物存在而设计的冲洗系统和沉积物排放口等等措施，将彻底解决聚驱采油过程中油气水三相的分离问题，这对中国陆地油气资源贫乏，急待向海洋发展，向深海发展提供重要技术支持，同时海洋油田的顺利开发和发展对于国家能源安全战略和保持国民经济持续稳定健康发展具有重要意义。

附图说明

图1为本发明一种聚驱采油用油气水三相分离器主视图；

图2为消能导流装置俯视图；

图3为水室内金属波纹管水位提升装置；

图1中：1、分离器介质入口，2、消能导流装置，3、分离器罐体，4、波纹薄板波纹填料，5、丝网聚集整流填料，6、分离室侧装界位计开口，7、罐体侧固定看样口，8、核子剖面仪，9、核子刨面仪探杆，10、油室侧装液位计开口，11、气出口，12、丝网捕雾器，13、水位提升装置，14、沉积物排出口，15、排水口，16、水位堰板，17、排油口，18、油位堰板，19、水导管进口下弯管，20、水冲洗喷头，21、冲洗水入口，22、消能导流装置固定支撑梁。

图2中：201、消能导流装置连接法兰，202、前端弧形封闭挡板，202、导流通道，204、通道底部固定板，205、支撑板，206、后端弧形封闭挡板。

图3中：131、手轮，132、标尺，133、机械密封，134、连接杆，135、锁紧螺母，136、连接支撑，137、过渡接管，138、金属柔性波纹管，139、水导流管。

具体实施方式

参见附图1，聚驱采油用油气水三相分离器是专门针对注聚合物采油中出现的分离效率低，大幅度降低分离器设备处理能力而研制开发的新型分离设备。聚驱采油用油气水三相分离器主要由主要包括分离器介质入口1、消能导流装置2、分离器罐体3、固定看样口7、分离填料4、丝网捕雾器12、冲沙系统、堰板、水位提升装置等构成。

自上游油井输送到三相分离器的介质从分离器介质入口1进入三相分离器内，此时的介质压力比较高，而且含油大量的气体，具有较高的能量，如果不进行处理将对分离器的操作参数造成波动而影响分离器的稳定运行。因此，在分离器的入口设计安装一台消能导流装置2。该装置可以吸收入口流体的冲击能量，减少流体对聚驱采油用油气水三相分离器的冲击，即使操作条件如压力发生一定范围内波动，也能保持聚驱采油用油气水三相分离器操作稳定，并有效消除和限制原油在聚驱采油用油气水三相分离器内产生泡沫，避免对聚驱采油用油气水三相分离器液位控制仪表的影响，这对保证分离器的平稳运行是非常关键的，另外，如附图2所示，消能导流装置2通过前端弧形封闭挡板202、后端弧形封闭挡板206和中间弧形隔板形成了设计两侧分流的6～8个导流通道202，使聚驱采油用油气水三相分离器入口流体能够有效地进行气、液预分离和流体合理分布。由于受到较大能量的冲击，消能导流装置2通过装置连接法兰201、通道底部固定板204、支撑板205进行固定，最终将需要将消能导流装置2固定在消能导流装置固定支撑梁22上。

经消能导流装置2后分离出的气体进入气相空间，进入气相空间的气体首先进入丝网聚集整流填料5对气体进行整流并在其下游空间内脱除粒径大于100μm的液滴，气体再进入安装在设备气体出口的丝网捕雾器12，脱除气体中携带的粒径大于10μm的液滴，通过以上两次气液分离后，分离器气体出口11中气体的含液量可以达到最终的技术指标。

聚驱采油用油气水三相分离器内设有分离室、油室和水室三个腔室，经消能导流装置2后分离出的液相通过专用于液体介质油水分离的波纹薄板波纹填料4进行原油和水的分离。为消弱含有的聚合物的较强粘附力对分离填料的影响，波纹薄板波纹填料4和丝网聚集整流填料5都利用金属陶瓷漆进行了表面处理。在分离室内停留一端时间后，完成分离的原油通过油位堰板18进入油室，并在油室内停留后，从排油口17输送到下游设备。完成分离的水通过水导流管139穿过油室进入水室，从水导流管139上端溢出的干净水通过水室底部的排水口15到下游的水处理系统。为避免沉积的聚合物及泥沙等固定杂质进入水导流管139，在水导流管139的起始端设计了水导管进口下弯管19，下弯水平夹角为30～60°。

分离器中，油水界位和油气液位决定着分离所需要的停留时间，这直接影响最终的分离效果，因此油水界位或油气液位的测量尤为重要，因此，在分离室和油室内都设计了分离室侧装界位计开口6和油室侧装液位计开口10，用于安装液位变送器，将油水界位和油气液位信号传递到中控室。而且在分离器上设计了罐体侧固定看样口7，可以通过罐体侧固定看样口7放出的介质使操作人员了解各个界位的真实位置。

在本案中，为了避免因聚合物乳化对界位和液位测量的影响，采用了核子剖面仪8进行测量。在聚驱采油用油气水三相分离器内纵截面上自下而上形成了含油泥沙层、水层、油水乳化层、油层、泡沫层和气层等。核子剖面仪8通过对放射源发出射线检测的原理可以测定各相的位置和厚度，核子刨面仪探杆9分成两个探杆，一个探杆内间隔放置放射源，另一个配合的探杆内有射线检测传感器，由于不同的介质对射线吸收量不一样，通过检测经吸收后剩余的射线得到不同介质及各相的位置和厚度。

在实际操作过程中，需要对分离室内油水界位进行调整，优化停留时间以达到最优化的分离效果，这可以通过在水室内设计的水位提升装置13来实现对分离室内油水界位的调整，水位提升装置13的结构如图3所示。水导流管139是一根内部带法兰的接管直接焊接在容器内部，其高度和通径已经根据处理量和停留时间进行核算。在上部安装相同通径的金属柔性波纹管138，在金属柔性波纹管138上部是过渡接管137，过渡接管137上是连接支撑136，该连接支撑可以通过焊接和螺丝固定在过渡接管137上。连接支撑136通过锁紧螺母135与连接杆134固定。这样通过安装在聚驱采油用油气水三相分离器油室顶部的手轮131可以调节与水导流管139相连通的金属柔性波纹管138的高度，从而根据连通器的原理，实现对分离器油水界面高度的调节。操作中，为清楚的了解提升高度，在手轮外设计了标尺132，由于分离器具有一定的操作压力，而且压力波动范围大，手轮通过机械密封133达到动密封效果。

因聚合物存在，将有很多油泥、沙子等固体杂质沉积在罐体内部，在正常操作过程中，通过水冲洗系统来冲洗，将高压水从冲洗水入口21引入到罐体内，通过设计的水冲洗分布管，高压水从水冲洗喷头20中喷出，将泥沙等固定杂质排出罐体。另外，也发现仍会有一些杂质不能顺利冲洗出而沉积在罐内，这需要在周期停车检修时进行清理，为此，在分离器罐体底部设计了多个沉积物排出口14，用于周期停车检修期间的沉积物清理。

Claims (7)

1.一种聚驱采油用油气水三相分离器，主要包括分离器介质入口、分离器罐体、固定看样口、丝网捕雾器、冲沙系统、堰板构成，其特征在于分离器内部入口设计有消能导流装置，分离器罐体内设计有用金属陶瓷漆进行表面处理的分离器填料，核子剖面仪及水室内带有金属柔性波纹管的水位提升装置。

2.根据权利要求1所述的聚驱采油用油气水三相分离器，其特征在于消能导流装置设计两侧分流，每侧设置6～8个导流通道，形成导流通道的导流板采用水力流体的弧形结构。

3.根据权利要求1所述的聚驱采油用油气水三相分离器，其特征在于消能导流装置前段和后端设置有弧形封闭挡板和支撑板。

4.根据权利要求1所述的聚驱采油用油气水三相分离器，其特征在于分离器填料有上下两部分组成，上部油气分离采用丝网聚集整流填料，下部油水分离采用波纹薄板波纹填料。

5.根据权利要求1所述的聚驱采油用油气水三相分离器，其特征在于设计有可检测泥沙、水、乳化层、油、泡沫和气相界位的核子剖面仪。

6.根据权利要求1所述的聚驱采油用油气水三相分离器，其特征在于从分离室和水室间设计水导流管，水导流管的入口处采用下弯管，下弯水平夹角为30～60°，在水导流管顶部设计金属柔性波纹管，金属波纹管与安装在罐体外部的手轮连接，手轮外部设计带刻度的标尺。

7.根据权利要求1所述的聚驱采油用油气水三相分离器，其特征在于分离器罐体底部设计了聚合物及泥沙冲洗系统和周期性停车检修期间的沉积物排出口。