專利名稱：石油工程循環(huán)氣體再生方法及其專用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于石油鉆井、完井作業(yè)、增產(chǎn)措施、試油、試氣、采油 施工過程中循環(huán)氣體的再生處理方法及其專用裝置。
背景技術(shù)：
在石油鉆井等工程施工中，為提高鉆井速度、及時發(fā)現(xiàn)、評價和保護油氣 層，提高油氣產(chǎn)量，在適用于氣體鉆井的油田普遍采用氣體鉆井等技術(shù)，氣體 鉆井、完井及注氣采油等增產(chǎn)措施是近幾年國內(nèi)外得到普遍重視和應(yīng)用的一項 新技術(shù)。它采用氮氣、空氣、天然氣、二氧化碳氣、采油機尾氣等氣體作為循 環(huán)流體，極大地降低了井筒液柱壓力，實現(xiàn)了真正意義上的欠平衡鉆井、完井 等施工。目前，國內(nèi)外氣體鉆井從裝備配套到施工工藝已經(jīng)形成比較成熟的技 術(shù)，氣體鉆井數(shù)量逐年升高，具有廣闊的發(fā)展前景。氣體鉆井施工中，空氣與地層烴類氣體易引起井下著火、爆炸等惡性事故。 使用氮氣、天然氣、二氧化碳氣等作為循環(huán)流體，能避免井下燃燒爆炸等問題。 但是，在氮氣鉆井、天然氣鉆井、二氧化碳氣體鉆井中，由于惰性氣體的用量 大，生產(chǎn)成本昂貴，在一定程度上限制了該項技術(shù)的推廣應(yīng)用。在氣體鉆井中，在鉆頭切削和高速氣流的沖擊下，地層礦物被高度分散， 生成包括微米級甚至納米級的固相顆粒。因此從井筒返出的流體，除含大量氣 體外，還含有鉆屑、水、油等物質(zhì)。要做到氣體的循環(huán)利用，必需進行分離、 提純，除掉混合流體中的固體和液體成分，使氣體達到重復(fù)使用的標準。目前 國內(nèi)外在氣體鉆井施工中，上述氣體還不能循環(huán)利用，而是將其放掉或燃燒， 不僅帶來環(huán)境污染，而且導(dǎo)致氣體資源的浪費，成本升高，設(shè)備投資高，制約了該項技術(shù)的應(yīng)用。若能將昂貴的氮氣、天然氣等處理再生，就可大大降低氣 體鉆井成本和設(shè)備購置費。因此，發(fā)明一種循環(huán)氣體再生技術(shù)是降低氣體鉆井成本、提高油氣田整體 開發(fā)效益的迫切需要。發(fā)明內(nèi)容針對目前國內(nèi)外在氣體鉆井施工中，作為循環(huán)流體的氮氣、空氣、天然氣、 二氧化碳氣、采油機尾氣還不能循環(huán)利用的問題，本發(fā)明提供了一種可用于石 油鉆井、完井作業(yè)、試油、試氣、增產(chǎn)措施及氣舉釆油、注氣采油等施工過程 中循環(huán)氣體處理再利用技術(shù)。通過簡單、高效、低成本的處理方法，使氣體再 生循環(huán)利用，降低惰性氣體的生產(chǎn)成本，提高油氣田整體開發(fā)效益。具體技術(shù)方案如下。本發(fā)明提出的石油工程循環(huán)氣體的再生方法包括以下步驟(1) 三相分離并降溫使從井筒返出的高溫氣液固的混合相通過處理液， 氣體從處理液中逸出，液體和固體留在處理液中得到混合液，逸出的氣體被處 理液降溫；混合相流量0.2 80mV秒'mS處理液，環(huán)空出口的混合相流速3 30m/s，環(huán)空出口的混合相溫度20 150°C，處理液溫度10 70°C;(2) 干燥將步驟(1)逸出的氣體送入干燥裝置進行干燥，干燥后的氣 體循環(huán)使用；(3) 液固分離將步驟(1)得到的混合液進行液固分離，分離出其中的固體，液體循環(huán)使用。對所述的循環(huán)氣體沒有特別的限定，只要能夠用在石油鉆井、完井作業(yè)、 試油、試氣、增產(chǎn)措施及氣舉采油、注氣釆油等石油工程中就可以，例如為氮氣、空氣、天然氣、二氧化碳氣或采油機尾氣。對所述的處理液也沒有特別的限定，只要能將氣體從井筒返出的氣體/液體/固體的混合相分離出來就可以，例如滿足這種要求的處理液可以是水溶液、油、 水包油乳液、油包水乳液。用于石油工程的分離凈化氣/液/固三相流體中氣體的水溶液可以是下述水 溶液中的一種(1)含有一種或多種可溶性無機鹽或有機鹽的水溶液，所述鹽的總重量 百分比含量為0.1% 10%。例如0.5%的氯化鋁的水溶液或1%的氯化鈣的水溶 液。鹽的總含量不能太少，太少無效，太多浪費。(2) 含有一種或多種可溶性聚合物的水溶液，所述可溶性聚合物的總重量 百分比含量為0.05% 0.1%。例如0.1%的聚丙烯酰胺的水溶液或0.05%的聚乙 二醇的水溶液。(3) 含有可溶性無機鹽和可溶性聚合物的水溶液，所述可溶性無機鹽和可 溶性聚合物的重量百分比含量分別為0.1% 10%和0.05% 0.1%，所述可溶性 無機鹽可以是一種或多種，所述可溶性聚合物可以是一種或多種。在上述三種水溶液中，可溶性無機鹽包括鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽、鎂鹽、鉀鹽、 聚合鋁和聚合鐵，可溶性有機鹽包括有機鋁鹽、有機鈣鹽和有機鉀鹽。所述鋁鹽例如為硫酸鋁或聚合氯化鋁等，所述鈣鹽例如為氯化鈣、硝酸鈣 等，所述鎂鹽例如為硫酸鎂、氯化鎂、硝酸鎂等，所述鉀鹽例如為硫酸鉀、磷 酸鉀、氯化鉀等，所述有機鋁鹽例如為烷基氯化鋁(R2A1C1及RA1C12)等。在上述三種水溶液中，水溶性聚合物包括聚季胺鹽、陰離子表面活性劑、 陽離子聚丙烯酰胺、陰離子聚丙烯酰胺和它們的衍生物。用于石油工程的分離凈化氣/液/固三相流體中氣體的油可以是柴油、原油、 礦物油或含有一種或多種可溶性聚合物的油溶液，所述可溶性聚合物的總重量 百分比含量為0.05% 0.1%。用于石油工程的分離凈化氣/液/固三相流體中氣體的水包油乳液，所述水 包油乳液是指在水中含有一種或多種親水性表面活性劑和與水不相溶的油，形成水包油乳液。使用不同的油或不同的表面活性劑會使油水的比例不同，因此 這里不強調(diào)各組分之間的含量關(guān)系，只要求它是水包油乳液就可以。在所述的水包油乳液中，親水性表面活性劑包括石油磺酸鹽、烷基磺酸鹽， 所述與水不相溶的油包括柴油、原油、礦物油。用于石油工程的分離凈化氣/液/固三相流體中氣體的油包水乳液，所述油 包水乳液是指在與水不相溶的油中含有一種或多種親油性表面活性劑和水，形 成油包水乳液。使用不同的油或不同的表面活性劑會使油水的比例不同，因此 這里不強調(diào)各組分之間的含量關(guān)系，只要求它是水包油乳液就可以。在所述的油包水乳液中，親油性表面活性劑包括斯盤類、吐溫類和聚醚類 表面活性劑。所述與水不相溶的油包括柴油、原油、礦物油。斯盤類表面活性劑例如為斯盤80、斯盤60，吐溫類表面活性劑例如為吐溫 80、吐溫60，聚醚類表面活性劑例如為聚醚L63。對步驟(2)中的干燥裝置沒有特別的限定，只要能將氣體中的水分除去就 可以，例如使用分子篩的裝置。對于步驟(3)的液固分離方法沒有特別的限定，只要能將固體從混合液中 分離出來就可以，例如離心分離或過濾等方法。本發(fā)明為了實施所提出的方法，提出了一種氣液固多相分離設(shè)備，所述設(shè) 備主要包括儲液罐l、固液分離器2、油水分離器3、冷凝器4、混合器5和氣 體干燥裝置6,儲液罐1的底端通過管道與固液分離器2的上端連接，并且固液 分離器2上端低于儲液罐1的底端，儲液罐1的頂端通過管道與氣體干燥裝置6 連接，氣體干燥裝置6上設(shè)有氣體排出口，固液分離器2的下端設(shè)有固體排放 口，固液分離器2的中上部通過管道與油水分離器3連接，油水分離器3的中 上部設(shè)有油相排放口，下端與冷凝器4連接，冷凝器4通過管道與混合器5連 接，混合器5上設(shè)有氣液固多相流的入口和氣液固多相流與處理液混合后的混 合物的排出口。所述的儲液罐1的內(nèi)下部設(shè)有多相流體分配板。所述的固液分離器2優(yōu)選為離心分離器或過濾器，分離出的液相進入油水 分離器3。所述的混合器5可使三相流體與分離液進行較充分的預(yù)混合，內(nèi)有擾流板， 在三相流進入時可以進行較充分的預(yù)混合在冷凝器(4)與混合器(5)的連接管道上設(shè)有化學(xué)劑的補加口。 將從井口返出的氮氣、天然氣、二氧化碳氣等氣體與鉆屑、油(水)等的 混合流體進入在混合器5中與分離液混合， 一起進入儲液罐l，與分離液充分混 合，多相流體中的固相、液相被分離液吸收、絮凝，從而與氣相分離，這時氣 體的溫度也降低，逸出分離液，經(jīng)干燥裝置6除去水分后循環(huán)利用。被分離液 吸收、絮凝的液相和固相與分離液一起進入固液分離器2，將固液分離，固相從 下端排出，液相進入油水分離器3，分出油相，水相經(jīng)過冷凝器4降溫，根據(jù)需 要補充化學(xué)劑，進入混合器5重復(fù)利用。利用本發(fā)明的循環(huán)氣體再生方法可以有效分離氣流量大的氣/液/固三相流 體中的液相、固相，使分離后的氣體能夠循環(huán)使用，解決目前氣體鉆井等石油 工程施工中氣體排放或燃燒造成環(huán)境污染和氣體資源浪費的問題。該發(fā)明具有 氣、液、固分離速度快，氣體純凈度高，除塵率比旋風分離器提高20倍以上， 處理工藝簡單，成本低，氣體處理效率高，并能及時獲得地質(zhì)巖樣；因氣體在 液體中的溶解度很低，連續(xù)、密閉分離系統(tǒng)中進行處理，氣體損失量少，有利 于環(huán)境保護，使用范圍廣等特點。通過與專用液的熱交換，降低返出井口的氣 流的溫度，能迅速降低高溫氣體的溫度，使其溫度達到循環(huán)使用要求。處理后 的氣體中固相含量小于5 ppm，固相粒徑小于5pm，達到循環(huán)使用的要求。處 理液經(jīng)處理和補充有效成分后可重復(fù)使用。


圖1是表示本發(fā)明的氣液固多相分離設(shè)備的示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合圖1更詳細地解釋本實用新型的氣液固多相分離設(shè)備。如圖1所示，本發(fā)明的設(shè)備主要包括儲液罐l、固液分離器2、油水分離器 3、冷凝器4、混合器5和氣體干燥裝置6，在儲液罐1的內(nèi)下部設(shè)有多相流體 分配板，儲液罐1的底端通過管道與固液分離器2的上端連接，并且固液分離 器2上端低于儲液罐1的底端，固液分離器2優(yōu)選為離心分離器或過濾器，儲 液罐1的頂端通過管道與氣體干燥裝置6連接，氣體干燥裝置6上設(shè)有氣體排 出口，固液分離器2的下端設(shè)有固體排放口，固液分離器2的中上部通過管道 與油水分離器3連接，油水分離器3的中上部設(shè)有油相排放口，下端與冷凝器4 連接，冷凝器4通過管道與混合器5連接，在該管道上設(shè)有化學(xué)劑的補加口， 混合器5上設(shè)有氣液固多相流的入口和氣液固多相流與處理液混合后的混合物 的排出口。將從井口返出的氮氣、天然氣、二氧化碳氣等氣體與鉆屑、油(水)等的 混合流體進入在混合器5中與處理液混合， 一起進入儲液罐1，與處理液充分混 合，多相流體中的固相、液相被分離液吸收、絮凝，從而與氣相分離，這時氣 體的溫度也降低，逸出處理液，經(jīng)干燥裝置6除去水分后循環(huán)利用。被處理液 吸收、絮凝的液相和固相與處理液一起進入固液分離器2，將固液分離，固相從 下端排出，液相進入油水分離器3，分出油相，水相經(jīng)過冷凝器4降溫，根據(jù)需 要補充化學(xué)劑，進入混合器5重復(fù)利用。下面以實施例的方式進一步解釋本發(fā)明，但是本發(fā)明決不局限于這些實施例。實施例1本實施例以回收氣體鉆井所使用的循環(huán)氣體為例進一步解釋本發(fā)明。 在實施氣體鉆井時，空氣或氮氣等作為流體介質(zhì)起到攜帶巖屑和降低鉆頭 溫度的作用，當鉆遇干燥地層時，從井筒返出的是氣固兩相流體(大量氣體攜 帶少量鉆屑)，當鉆遇含水層，則從井筒返出的是氣固水三相流體，當鉆遇油 層時，返出氣流中則有氣固油三相，甚至也有少量的水。不管是兩相還是三相， 其中氣體的含量相當大，而其余的量都少，否則是攜帶不了的。在儲液罐1中放置分離液，其組成可以是0.06%聚丙烯酰胺的水溶液，從 井口返出的氣體與鉆屑、油(或水)等的高溫(例如75'C)混合流體進入到混 合器5，與分離液開始混合，混合相流量30 mV秒.i^處理液，環(huán)空出口的混 合相流速20m/s，環(huán)空出口的混合相溫度100°C，處理液溫度40°C;進入 儲液罐l，氣流經(jīng)過分配板上溢，并與分離液充分混合，多相流體中的固相被分 離液中的聚合物吸附、絮凝，與氣相分離，含有水蒸汽的氣相逸出分離液，同 時也被降溫至40'C，逸出分離液的氣體進入放置干燥劑的干燥裝置6，除去水分，經(jīng)空氣壓縮機注入井內(nèi)循環(huán)利用。被分離液絮凝的固相與分離液一起進入固液分離器2，固相(例如吸附了巖 屑的聚合物)與液相分離、排出，液相進入油水分離器3，分出油相(當鉆遇油 層時，返出氣流中含有油氣)，含有聚合物的水相經(jīng)過冷凝器4降溫返回混合 器5，同時補充聚合物，使分離液保持最佳的聚合物含量。下面以實施例2 7進一步解釋本發(fā)明使用的用于石油工程的分離凈化氣/ 液/固三相流體中氣體的處理液，氣/液/固三相流體的方法與實施例1的方法相 同。實施例2在985 kg水中加入5kg氯化鋁和10kg氯化牽丐，攪拌溶解，得到本發(fā)明使 用的用于石油工程的分離凈化氣/液/固三相流體中氣體的處理液。 實施例3在999.2kg水中加入0.8kg聚丙烯酰胺，攪拌溶解，得到本發(fā)明使用的用 于石油工程的分離凈化氣/液/固三相流體中氣體的處理液。 實施例4在994.2 kg水中加入5 kg氯化鋁和0.8 kg聚丙烯酰胺，攪拌溶解，得到本 發(fā)明使用的用于石油工程的分離凈化氣/液/固三相流體中氣體的處理液。 實施例5在850 kg水中加入130 kg礦物油和9.3 kg斯盤80和10.7 kg吐溫80，攪拌，得到本發(fā)明使用的用于石油工程的分離凈化氣/液/固三相流體中氣體的處 理液。實施例6在850kg礦物油中加入135kg水和15kg聚醚L72，攪拌，得到本發(fā)明使 用的用于石油工程的分離凈化氣/液/固三相流體中氣體的處理液。 實施例7在999.2 kg水中加入0.8 kg聚丙烯酰胺，攪拌溶解，配制成本發(fā)明使用的 用于石油工程的分離凈化氣/液/固三相流體中氣體的處理液。
權(quán)利要求
1. 一種石油工程循環(huán)氣體的再生方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)三相分離并降溫使從井筒返出的高溫氣液固的混合相通過處理液，氣體從處理液中逸出，液體和固體留在處理液中得到混合液，逸出的氣體被處理液降溫；混合相流量0.2～80m3/秒·m3處理液，環(huán)空出口的混合相流速3～30m/s，環(huán)空出口的混合相溫度20～150℃，處理液溫度10～70℃；(2)干燥將步驟(1)逸出的氣體送入干燥裝置進行干燥，干燥后的氣體循環(huán)使用；(3)液固分離將步驟(1)得到的混合液進行液固分離，分離出其中的固體，液體循環(huán)使用。
2. 如權(quán)利要求1所述的石油工程循環(huán)氣體的再生方法，其特征在于，所述處理液是下述水溶液中的一種(1) 含有一種或多種可溶性無機鹽或可溶性有機鹽的水溶液，所述鹽的總重量百分比含量為0.1% 10%;(2) 含有一種或多種可溶性聚合物的水溶液，所述可溶性聚合物的總重量 百分比含量為0.05% 0.1%;(3) 含有可溶性無機鹽和可溶性聚合物的水溶液，所述可溶性無機鹽和可 溶性聚合物的重量百分比含量分別為0.1% 10%和0.05% 0.1%。
3. 如權(quán)利要求2所述的石油工程循環(huán)氣體的再生方法，其特征在于，其特 征在于，可溶性無機鹽為鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽、鎂鹽、鉀鹽、聚合鋁和聚合鐵， 所述可溶性有機鹽為有機鋁鹽、有機鈣鹽和有機鉀鹽，所述水溶性聚合物為聚 季胺鹽、陰離子表面活性劑、陽離子聚丙烯酰胺、陰離子聚丙烯酰胺和它們的 衍生物。
4. 如權(quán)利要求1所述的石油工程循環(huán)氣體的再生方法，其特征在于，所述處理液是柴油、原油、礦物油或含有一種或多種可溶性聚合物的油溶液，所述可溶性聚合物的總重量百分比含量為0.05% 0.1%。
5. 如權(quán)利要求1所述的石油工程循環(huán)氣體的再生方法，其特征在于，所述 處理液是水包油乳液或油包水乳液。
6. —種如權(quán)利要求1所述的石油工程循環(huán)氣體的再生方法所使用的氣、液、 固三相分離設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備主要包括儲液罐(l)、固液分離器(2)、 油水分離器(3)、冷凝器(4)、混合器(5)和氣體干燥裝置(6)，儲液罐(1)的底端通過管道與固液分離器(2)的上端連接，并且固液分離器(2)上 端低于儲液罐(1)的底端，儲液罐(1)的頂端通過管道與氣體干燥裝置(6) 連接，氣體干燥裝置(6)上設(shè)有氣體排出口，固液分離器(2)的下端設(shè)有固 體排放口，固液分離器(2)的中上部通過管道與油水分離器(3)連接，油水 分離器(3)的中上部設(shè)有油相排放口，下端與冷凝器(4)連接，冷凝器(4) 通過管道與混合器(5)連接，混合器(5)上設(shè)有氣液固多相流的入口和氣液 固多相流與處理液混合后的混合物的排出口 。
7. 如權(quán)利要求6所述的氣、液、固三相分離設(shè)備，其特征在于，所述儲液 罐(1)的內(nèi)下部設(shè)有多相流體分配板。
8. 如權(quán)利要求6所述的氣、液、固三相分離設(shè)備，其特征在于，所述固液 分離器(2)優(yōu)選為離心分離器或過濾器，分離出的液相進入油水分離器(3)。
9. 如權(quán)利要求6所述的氣、液、固三相分離設(shè)備，其特征在于，在冷凝器 (4)與混合器(5)的連接管道上設(shè)有化學(xué)劑的補加口。
全文摘要
本發(fā)明的石油工程循環(huán)氣體再生方法及其專用裝置屬于石油工程中氣體再生的技術(shù)領(lǐng)域，針對目前氣體鉆井施工中循環(huán)氣體還不能循環(huán)利用的問題，提出使從井筒返出的高溫氣液固的混合相通過處理液，氣體從處理液中逸出，液體和固體留在處理液中得到混合液；逸出的氣體經(jīng)干燥裝置干燥后循環(huán)使用；混合液進行液固分離，分離出其中的固體，液體循環(huán)使用。同時提出一種氣液固多相分離設(shè)備，主要包括儲液罐1、固液分離器2、油水分離器3、冷凝器4、混合器5和氣體干燥裝置6。本發(fā)明具有氣、液、固分離速度快，氣體純凈度高，處理工藝簡單，氣體處理成本低，氣體處理效率高，有利于環(huán)境保護，使用范圍廣等特點。
文檔編號E21B21/16GK101235709SQ20071006351
公開日2008年8月6日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者琳 王, 蘇長明 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院