專利名稱：一種含氣、水原油的除水系統(tǒng)及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油化工設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種含氣、水原油的除水系統(tǒng)及其應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
在石化、環(huán)保等領(lǐng)域，油氣水分離及水處理設(shè)備是重要的生產(chǎn)裝置。當(dāng)前對(duì)于油井采出液均是采用管道輸運(yùn)至處理站或海上平臺(tái)進(jìn)行油氣水分離和污水處理。目前陸上及海上油田，隨著開采的延續(xù)，油井的含水率越來越高，并且常伴有大量的氣體。因此，相對(duì)于同等的產(chǎn)油量，管道輸運(yùn)的能耗出現(xiàn)較大的增加，效率不斷的降低。同時(shí)，水處理量的增長以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，對(duì)油田使用的油氣水分離及水處理工藝提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
油氣水分離設(shè)備所采用的分離原理有重力、離心、浮選、過濾、靜電、破乳等。公開號(hào)為CN2569538Y的專利申請(qǐng)《高效油水分離器》，公開了一個(gè)主要采用重力分離原理的分離裝置；公開號(hào)為CN201817338U的專利申請(qǐng)《含油污水處理機(jī)》，公開了一種主要由斜板、 核桃殼過濾器和雙親可逆纖維球過濾器組成的油水分離裝置。然而在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，往往需要對(duì)大量的油氣水混合液進(jìn)行快速分離，重力原理和過濾技術(shù)都是有效的分離技術(shù)手段， 但處理速度相對(duì)較慢，因此導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大。申請(qǐng)?zhí)枮?00710175999. 3的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種采用梯型管、螺旋管及重力沉降容器氣組成的分離系統(tǒng)，該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、處理快速、體積適中，但由于螺旋管的旋轉(zhuǎn)半徑尺寸限制，產(chǎn)生的離心加速度較低， 不適用于水的精細(xì)處理，同時(shí)對(duì)于含氣的來液不能夠進(jìn)行很好的處理。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服現(xiàn)有油氣水分離裝置在處理速度和精細(xì)分離方面的不足，提出一種含氣、水原油的除水系統(tǒng)及其應(yīng)用方法，將含氣和水的采出液中50%以上的水相分離出來直接外排，降低現(xiàn)有油氣水處理系統(tǒng)的處理壓力和管線輸運(yùn)的能耗，提高分離效率。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種含氣、水原油的除水系統(tǒng)，包括依次連接的分岔管路、緩沖罐和柱型旋流器，其中，
所述分岔管路包括上傾斜管、下水平管以及若干垂直管，所述垂直管與所述上傾斜管和下水平管相連；下水平管的一端為油氣水三相入口，另一端為分岔管路的下出口，與所述緩沖罐相連；上傾斜管的一端與一垂直管相連，另一端為分岔管路的上出口 ；所述分岔管路的上出口安裝有壓力表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，所述分岔管路的下出口安裝有壓力表和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；
所述緩沖罐具有切向入口、上出口、下出口和回流口，所述切向入口與所述分岔管路的下出口相連，緩沖罐的下出口與柱型旋流器相連，所述緩沖罐的罐體上安裝有壓力表和界面儀，所述緩沖罐的上出口安裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，緩沖罐的下出口安裝有提升泵、壓力表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)；
所述柱型旋流器具有切`向入口、底流口和溢流口，所述柱型旋流器的切向入口與所述緩沖罐的下出口相連，所述溢流口與所述緩沖罐的回流口相連；所述柱型旋流器的溢流口安裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，底流口安裝有壓力表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)。
優(yōu)選地，上述除水系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn)
所述分岔管路的上傾斜管的內(nèi)徑大于下水平管和垂直管的內(nèi)徑。
優(yōu)選地，上述除水系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn)
所述分岔管路的上傾斜管的內(nèi)徑一般是下水平管內(nèi)徑的2倍，且上傾斜管向上傾斜一定的角度Ct。
優(yōu)選地，上述除水系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn)
對(duì)于采出液流量為20m3/h、常壓下體積氣液比為40:1時(shí)，上傾斜管的內(nèi)徑設(shè)置為 100mm,傾斜角度α設(shè)置為15° ,下水平管和垂直管的內(nèi)徑設(shè)置為50mm。
優(yōu)選地，上述除水系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn)
所述緩沖罐的上、下出口分別安裝在罐體的兩端，采用界面儀為信號(hào)源通過上出口的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及下出口的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和提升泵對(duì)油水界面進(jìn)行控制。
優(yōu)選地，上述除水系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn)
所述柱型旋流器入口采用截面漸進(jìn)收縮，切向進(jìn)入設(shè)計(jì)。
為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種上述除水系統(tǒng)的應(yīng)用方法，包括
將油氣水三相混合液經(jīng)分岔管路的油氣水三相入口輸入至所述除水系統(tǒng)；
根據(jù)分岔管路上下出口處的壓力表，分別調(diào)節(jié)上出口和下出口處的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，使分岔管路的下出口的流量為總來液的80%，將分岔管路的上出口的流體回輸至原輸運(yùn)管線或儲(chǔ)存罐，分岔管路下出口的液體流入緩沖罐；
調(diào)節(jié)提升泵的工作頻率及緩沖罐上出口和下出口處的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，使緩沖罐體內(nèi)的油水界面控制在預(yù)設(shè)的位置，將緩沖罐上出口的液體直接回輸至原輸運(yùn)管線或儲(chǔ)存罐，緩沖罐體下出口的液體經(jīng)過提升泵后進(jìn)入柱型旋流器；
調(diào)節(jié)柱型旋流器溢流口和底流口處的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，對(duì)柱型旋流器進(jìn)行流量控制使柱型旋流器底流口的流量為總來液的35%左右，將柱型旋流器溢流口的液體回流至緩沖罐，柱型旋流器底流口的液體直接進(jìn)行外排。
本發(fā)明采用新型的多分岔管路、微型緩沖罐和高效柱型旋流器復(fù)合而成，綜合運(yùn)用重力、膨脹、離心等多種原理，對(duì)于含氣采出液的處理提出了一種新的分岔管路中膨脹處理方法，實(shí)現(xiàn)了在不經(jīng)過油氣水分離的前提下直接除去含氣、水原油中50%以上的水，并達(dá)到含油率低于30ppm的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外排，降低了現(xiàn)有油氣水處理系統(tǒng)的處理壓力和管線輸運(yùn)的能耗，克服現(xiàn)有油氣水分離裝置在處理速度和精細(xì)分離方面的不足。本發(fā)明的除水系統(tǒng)可以用于高含氣、高含水的采出液，適合在陸上油田和海上油田使用，有很好的工業(yè)應(yīng)用前旦-5^ O


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的含氣、水原油的除水系統(tǒng)的示意圖，其中
I一分貧管路，2一緩沖(61，3一柱型旋流器，4一壓力表，5一電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，6—流量計(jì)，7—提升泵，8—界面儀，11一上傾斜管，12—下水平管，13—垂直管，14一油氣水三相入口，15—分岔管路的下出口，16—分岔管路的上出口，21—緩沖罐的切向入口，22—緩沖罐的上出口，23—緩沖罐的下出口，24—緩沖罐的回流口，31—柱型旋流器的切向入口，32— 柱型旋流器的底流口，33—柱型旋流器的溢流口。
具體實(shí)施方式
下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。
本發(fā)明提供了一種復(fù)合式高效含氣、水原油的除水系統(tǒng)，主要用來除去油氣水三相流動(dòng)中50%以上的水，使水中含油率低于30ppm達(dá)標(biāo)外排，降低后續(xù)管道運(yùn)輸?shù)哪芎暮驮O(shè)備磨損，減小已有油氣水分離裝置的壓力。
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的除水系統(tǒng)包括依次連接的分岔管路1、緩沖罐2和柱型旋流器3。分岔管路I主要用于分離出混合液中的氣體，包括不同管徑的上傾斜管11 和下水平管12以及與下水平管12等管徑的若干垂直管13 ;緩沖罐2主要用于控制壓力， 實(shí)現(xiàn)對(duì)分岔管路I的壓力控制，同時(shí)對(duì)油水進(jìn)行重力沉降完成初步的分離，連接在分岔管路的下出口 15，采用切向進(jìn)入，并開有上下兩個(gè)出口，罐體上裝有界面儀8 ;柱型旋流器3主要用于對(duì)外排污水進(jìn)行精細(xì)處理，使其達(dá)到30ppm以下的外排標(biāo)準(zhǔn)，連接在緩沖罐的下出口 23，包括切向入口段、底流口段和溢流口段。
分岔管路I的垂直管13與所述上傾斜管11和下水平管12相連；下水平管12的一端為油氣水三相入口 14，另一端為分岔管路的下出口 15，與所述緩沖罐I相連；上傾斜管 11的一端與一垂直管相連，另一端為分盆管路的上出口 16;來液由入口 14進(jìn)入分盆管路 1，上出口 16直接連接至原混輸管線或儲(chǔ)存罐體，下出口 15進(jìn)入緩沖罐2進(jìn)行處理；上出口 16安裝有壓力表4、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥5和流量計(jì)6，下出口 15安裝有壓力表4和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥5。
緩沖罐具有切向入口 21、上出口 22、下出口 23和回流口 24，所述切向入口 21與所述分岔管路的下出口 15相連，緩沖罐的下出口 23與柱型旋流器3相連，來液由分岔管路下出口 15經(jīng)切向入口 21進(jìn)入緩沖罐2的罐體，上出口 22連接至原混輸管線或儲(chǔ)存罐體，緩沖罐2的罐體上安裝有壓力表4和界面儀8，所述緩沖罐的上出口 22安裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，緩沖罐的下出口 23安裝有提升泵7、壓力表4、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥5和流量計(jì)6。緩沖罐的上、下出口 22、23分別安裝在罐體的兩端，采用界面儀8為信號(hào)源通過上出口的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥5及下出口的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥5和提升泵7對(duì)油水界面進(jìn)行控制。
柱型旋流器3具有切向入口 31、底流口 32和溢流口 33，柱型旋流器的切向入口 31 與所述緩沖罐的下出口 23相連，來液由緩沖罐下出口 23經(jīng)入口進(jìn)入柱型旋流器主體，溢流口 33與緩沖罐的回流口 24相連，下出口直接進(jìn)行外排；溢流口 33安裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥5，底流口 32安裝有壓力表4、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥5和流量計(jì)6。柱型旋流器入口 31采用截面漸進(jìn)收縮， 切向進(jìn)入設(shè)計(jì)。
分岔管路的上傾斜管11的內(nèi)徑大于下水平管12和垂直管13的內(nèi)徑，所述分岔管路的上傾斜管11的內(nèi)徑一般是下水平管12內(nèi)徑的2倍，且上傾斜管11向上傾斜一 定的角度α。
圖1中給出了對(duì)于來液流量為20m3/h-25m3/h、常壓下體積氣液比低于40:1、液體中含水率高于70%的混合流體進(jìn)行除水的具體實(shí)施裝置。其中分岔管路的下水平管12和垂直管13的內(nèi)徑為50mm，垂直管13為5根，間距為800mm，上傾斜管道11的傾斜角度為15°，管道內(nèi)徑為100mm;緩沖罐2的內(nèi)徑為600mm，總高度為1500mm，罐體入口 21距底端 1000mm，上下出口 22、23管道的內(nèi)徑為50mm ;柱形旋流器3主體的內(nèi)徑為50mm，主體高度為 1200mm，入口 31距底端960mm，溢流口 33內(nèi)徑為30_，底流口 32內(nèi)徑為40_。
本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用上述系統(tǒng)進(jìn)行含氣、水原油除水的方法包括
根據(jù)重力分離的原理，使用分岔管路的流動(dòng)式重力分離特性對(duì)來液進(jìn)行處理，除去全部的氣體和部分的油相；
根據(jù)膨脹后壓力降低的原理，分岔管路的上管道(上傾斜管)采用2倍于下管道(下水平管)內(nèi)徑的圓管，并且向上傾斜安裝，益于氣體的分離；
使用壓差控制的方法對(duì)分岔管路進(jìn)行控制，避免了垂直管道中流體向下流動(dòng)的現(xiàn)象，提高了分岔管路的有效性，同時(shí)緩沖罐的加入可以益于實(shí)現(xiàn)對(duì)分岔管路的壓力控制；
使用界面控制的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)微型緩沖罐的控制，對(duì)油水混合液進(jìn)行初步的分離；
柱型旋流器的入口安裝有提升泵，為柱型旋流器的運(yùn)行壓力提供保障；
根據(jù)離心分離的原理，采用具有切向收縮入口截面的柱型旋流器對(duì)水進(jìn)行最終的精細(xì)的處理，并采用流量控制的方法對(duì)柱型旋流器進(jìn)行自動(dòng)控制。
利用上述實(shí)施例的含氣、水原油除水系統(tǒng)的方法包括以下步驟
一、將油氣水三相混合液經(jīng)分岔管路的油氣水三相入口輸入至所述除水系統(tǒng)；
二、根據(jù)分岔管路上下出口處的壓力表，分別調(diào)節(jié)上出口和下出口處的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，使分岔管路的下出口的流量為總來液的80%，將分岔管路的上出口的流體回輸至原輸運(yùn)管線或儲(chǔ)存罐，分岔管路下出口的液體流入緩沖罐；
三、調(diào)節(jié)提升泵的工作頻率及緩沖罐上出口和下出口處的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，使緩沖罐體內(nèi)的油水界面控制在預(yù)設(shè)的位置，將緩沖罐上出口的液體直接回輸至原輸運(yùn)管線或儲(chǔ)存罐，緩沖罐體下出口的液體經(jīng)過提升泵后進(jìn)入柱型旋流器；
四、調(diào)節(jié)柱型旋流器溢流口和底流口處的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，對(duì)柱型旋流器進(jìn)行流量控制使柱型旋流器底流口的流量為總來液的35%左右，將柱型旋流器溢流口的液體回流至緩沖罐，柱型旋流器底流口的液體直接進(jìn)行外排。
經(jīng)過本系統(tǒng)處理后的外排污水含油率小于30ppm，達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。
由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的含氣、水原油除水系統(tǒng)，采用新型多分岔管路、 微型緩沖罐體和柱型旋流器組合式處理部件；其處理效率明顯高于原有的分支管路及其它油氣水分離和污水處理系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)適用于高含氣和高含水等工況；實(shí)現(xiàn)了對(duì)含氣油水混合液除去50%以上水的目標(biāo)，并能夠使處理后的水含油率低于30ppm，直接進(jìn)行外排；降低了后續(xù)管道運(yùn)輸?shù)哪芎暮驮O(shè)備磨損，減小了已有油氣水分離裝置的壓力。本發(fā)明復(fù)合了重力分離、膨脹分離及離心分離的原理，適合在陸上油田和海上油田使用，有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神 和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種含氣、水原油的除水系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的分岔管路、緩沖罐和柱型旋流器，其中， 所述分岔管路包括上傾斜管、下水平管以及若干垂直管，所述垂直管與所述上傾斜管和下水平管相連；下水平管的一端為油氣水三相入口，另一端為分岔管路的下出口，與所述緩沖罐相連；上傾斜管的一端與一垂直管相連，另一端為分岔管路的上出口 ；所述分岔管路的上出口安裝有壓力表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，所述分岔管路的下出口安裝有壓力表和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥； 所述緩沖罐具有切向入口、上出口、下出口和回流口，所述切向入口與所述分岔管路的下出口相連，緩沖罐的下出口與柱型旋流器相連，所述緩沖罐的罐體上安裝有壓力表和界面儀，所述緩沖罐的上出口安裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，緩沖罐的下出口安裝有提升泵、壓力表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)； 所述柱型旋流器具有切向入口、底流口和溢流口，所述柱型旋流器的切向入口與所述緩沖罐的下出口相連，所述溢流口與所述緩沖罐的回流口相連；所述柱型旋流器的溢流口安裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，底流口安裝有壓力表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的除水系統(tǒng)，其特征在于， 所述分岔管路的上傾斜管的內(nèi)徑大于下水平管和垂直管的內(nèi)徑。
3.如權(quán)利要求2所述的除水系統(tǒng)，其特征在于， 所述分岔管路的上傾斜管的內(nèi)徑一般是下水平管內(nèi)徑的2倍，且上傾斜管向上傾斜一定的角度α。
4.如權(quán)利要求3所述的除水系統(tǒng)，其特征在于， 對(duì)于采出液流量為20m3/h、常壓下體積氣液比為40:1時(shí)，上傾斜管的內(nèi)徑設(shè)置為100mm,傾斜角度α設(shè)置為15° ,下水平管和垂直管的內(nèi)徑設(shè)置為50_。
5.如權(quán)利要求1所述的除水系統(tǒng)，其特征在于， 所述緩沖罐的上、下出口分別安裝在罐體的兩端，采用界面儀為信號(hào)源通過上出口的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及下出口的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和提升泵對(duì)油水界面進(jìn)行控制。
6.如權(quán)利要求1所述的除水系統(tǒng)，其特征在于， 所述柱型旋流器入口采用截面漸進(jìn)收縮，切向進(jìn)入設(shè)計(jì)。
7.—種如權(quán)利要求1 6所述的除水系統(tǒng)的應(yīng)用方法，包括 將油氣水三相混合液經(jīng)分岔管路的油氣水三相入口輸入至所述除水系統(tǒng)； 根據(jù)分岔管路上下出口處的壓力表，分別調(diào)節(jié)上出口和下出口處的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，使分岔管路的下出口的流量為總來液的80%，將分岔管路的上出口的流體回輸至原輸運(yùn)管線或儲(chǔ)存罐，分岔管路下出口的液體流入緩沖罐； 調(diào)節(jié)提升泵的工作頻率及緩沖罐上出口和下出口處的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，使緩沖罐體內(nèi)的油水界面控制在預(yù)設(shè)的位置，將緩沖罐上出口的液體直接回輸至原輸運(yùn)管線或儲(chǔ)存罐，緩沖罐體下出口的液體經(jīng)過提升泵后進(jìn)入柱型旋流器； 調(diào)節(jié)柱型旋流器溢流口和底流口處的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，對(duì)柱型旋流器進(jìn)行流量控制使柱型旋流器底流口的流量為總來液的35%左右，將柱型旋流器溢流口的液體回流至緩沖罐，柱型旋流器底流口的液體直接進(jìn)行外排。
全文摘要
本發(fā)明公開一種含氣、水原油的除水系統(tǒng)及其應(yīng)用方法，可以除去油氣水三相流動(dòng)中的水，使其達(dá)標(biāo)外排，降低后續(xù)管道運(yùn)輸?shù)哪芎暮驮O(shè)備磨損，減小已有油氣水分離裝置的處理壓力。系統(tǒng)包括分岔管路、緩沖罐和柱型旋流器，分岔管路包括上傾斜管、下水平管以及若干垂直管，用于除去來液中的氣體和部分油；緩沖罐通過控制罐體內(nèi)的油水界面進(jìn)行運(yùn)行；柱型旋流器用于對(duì)緩沖罐下出口的液體進(jìn)行處理，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)外排。本發(fā)明綜合了重力、膨脹和離心等多種原理，直接對(duì)含氣、水原油中的水進(jìn)行處理，克服了已有水處理系統(tǒng)適用范圍窄、處理效率低的缺點(diǎn)，減少了處理工序及設(shè)備的重量。本發(fā)明的除水系統(tǒng)適合于陸上和海上油田使用，有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C10G33/06GK103045295SQ20131000398
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者許晶禹, 張健, 吳應(yīng)湘, 李華, 郭軍, 張軍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所