申请日2017.08.29
公开(公告)日2017.11.17
IPC分类号C02F9/02; E21B43/34; E21B43/20; C02F103/10
摘要
本发明属于天然气水合物应用技术领域，这里特指一种基于水合物法的油田伴生气回收和采出污水处理装置。所述的装置包括：油气水三相分离器，气液固三相分离器，原油储罐，沉降罐，冷凝塔，过滤器，污水罐，气体缓冲罐，螺杆泵，浆液泵，气液两相泵，压缩机，压力表，流量计，水合物生成分解单元，单向阀，截止阀，两相分离器，蓄水罐。通过装置的回收和分级处理，使得采出水能够进一步处理，并回注油田，伴生气分级处理，重烃冷凝回收进入原油储罐，甲烷和乙烷气体得到提纯再利用，从而实现污水处理再注和轻烃回收再用一体化，能量相互利用，节省投资，回收效率高。
权利要求书
1.一种基于水合物法的油田伴生气回收和采出污水处理装置，其特征在于：所述的装置包括油气水三相分离器，气液固三相分离器，原油储罐，沉降罐，冷凝塔，过滤器，污水罐，气体缓冲罐，螺杆泵，浆液泵，气液两相泵，压缩机，压力表，流量计，水合物生成分解单元，单向阀，截止阀，两相分离器，蓄水罐;
采出管线与三相分离器的入口连接;三相分离器的排水口通过第二截止阀与沉降罐入口连接;三相分离器的排油口通过第一截止阀与原油储罐连接;三相分离器的排气口与冷凝塔的入口连接;沉降罐顶部的出油口通过第二单向阀与原油储罐连接;沉降罐的出水口与过滤器的入口连接;沉降罐底部的排污口和过滤器底部与杂质排污管线连接;冷凝塔底部排液口通过第三截止阀与原油储罐入口连接;冷凝塔顶部的排气出口与气体缓冲罐入口连接;过滤器的出水口与污水罐入口连接;污水罐的出水口与第一螺杆泵的入口连接;第一螺杆泵的出口与第二流量计入口连接;第二流量计出口通过第六截止阀与第一气液两相泵的液体入口连接;气体缓冲罐的出口与压缩机入口连接;压缩机出口通过第一流量计和第五截止阀与第一气液两相泵的气体入口连接;第一气液两相泵的出口与第一水合物反应单元的入口连接;第一水合物反应单元的出口通过第四单向阀与第一气液两相泵连接;第一水合物反应单元的出口通过第七截止阀与第二三相分离器入口连接;第二三相分离器排水口通过第二螺杆泵和第一单向阀与污水罐入口连接;第二三相分离器的固体排出口通过第一浆液泵和第十截止阀与第一水合物分解单元的入口连接;第二三相分离器的气体出口通过第三流量计和第九截止阀与第二气液两相泵的气体入口连接;第一水合物分解单元的出口与第一气液两相分离器的入口连接;第一气夜两相分离器的气体出口与甲烷回收管线连接;第一气液两相分离器的液体出口通过第四流量计和第八截止阀与第二气液两相泵的液体入口连接;第二气液两相泵的出口与第二水合物反应单元的入口连接;第二水合物反应单元的出口通过第五单向阀与第二气液两相泵的入口连接;第二水合物反应单元的出口通过第十一截止阀与第一三相分离器入口连接;第一三相分离器排水口通过第二螺杆泵和第一单向阀与污水罐入口连接;第一三相分离器的固体排出口通过第二浆液泵和第十二截止阀与第二水合物分解单元的入口连接;第一三相分离器的气体出口通过第三单向阀与气体缓冲罐连接;第二水合物分解单元的出口与第二气液两相分离器的入口连接;第二气夜两相分离器的气体出口与乙烷回收管线连接;第二气夜两相分离器的液体出口通过第十三截止阀与蓄水罐入口连接;蓄水罐的出口与油田注水系统连接。
2.如权利要求1所述的一种基于水 合物法的油田伴生气回收和采出污水处理装置，其特征在于：
当采油管线中的油气水混合物进入三相分离器，通过三相分离器的混合物会进行分离处理，分离后的含油污水通过第二截止阀进入沉降罐，分离的油品通过第一截止阀进入原油储罐，分离的气体进入冷凝塔，冷凝塔采用统一制冷，冷凝后的重组分烃通过第三截止阀进入原油储罐，轻组分进入气体缓冲罐，液体通过沉降罐沉降，分离后的固体杂质和难降解的杂质通过第四截止阀进入污水处理站，水进入过滤器，油通过控制第二单向阀回收进入原油储罐;通过过滤器将固体杂质分离，分离液进入污水处理站，水进入污水罐;当气体缓冲罐中压力达到1MPa时，打开压缩机，通过观察第一流量计和控制第五截止阀来调节进入第一气液两相泵的气体的量，打开第一螺杆泵，通过观察第二流量计和调节第六截止阀来控制进入第一气液两相泵的水的量，当满足气液比为1:2时，此时水和气体的转化效率最高，关闭第五截止阀、第六截止阀和第七截止阀，开启第一气液两相泵，同时控制第一压力表的压力维持在10MPa，打开第四单向阀让水和气通过第一气液两相泵，在反应单元中循环;当第一压力表突然降低然后在一段时间内维持不变，即水合物完全反应，打开第七截止阀，使得混合物进入第一气液固分离器进行分离，通过分离后未反应的液体通过第二螺杆泵和第一单向阀进入污水罐，气体进入二级反应单元，调节第九截止阀使得未反应的气体进入第二气液两相泵，通过观察第三流量计来控制进气量;水合物颗粒通过第一浆液泵进入第一水合物生成分解单元进行分解，分解后的混合物进入第一两相分离器进行分离，从而一级分离了甲烷气体并且提纯了污水，分离后的气体进入甲烷回收管线，分离后的水通过调节第八截止阀进入第二气液两相泵，并观察第四流量计控制进液量，确定好气液比为1:2，关闭第八截止阀、第九截止阀和第十一截止阀，开启第二气液两相泵，同时打开第五单向阀，使得气液混合物在管道中循环，同时控制第二压力表的压力维持在7.5MPa，当第二压力表突然降低然后在一段时间维持不变，打开第十一截止阀，使得混合物进入第二气液固分离器，通过分离器的分离，其中未反应的液体通过第二螺杆泵和第一单向阀进入污水罐，固体颗粒通过第二浆液泵进入第二水合物分解单元，气体通过第三单向阀进入缓冲罐，水合物颗粒通过第二水合物生成分解单元，分解后的混合物进入第二两相分离器，通过分离后，气体进入乙烷回收管线，打开第十三截止阀，使得分解后的液体进入蓄水罐，从而通过两级净化得到较纯净的水，在油田注水系统中得到应用。
3.如权利要求1所述的一种基于水合物法的油田伴生气回收和采出污水处理装置，其特征在于：所述水合物生成分解单元采用管道组合式，管道包括三层，，从内至外依次是水合物生成通道，相变蓄热材料部分，水合物浆液分解流通通道，其相应直径依次为D1=20cm，D2=30cm，D3=50cm。
4.如权利要求3所述的一种基于水合物法的油田伴生气回收和采出污水处理装置，其特征在于：水合物生成通道外围具有厚度为10cm的石墨/石蜡相变蓄热材料，其相变温度为0-60℃，传热效果好，能够吸收由于水合物反应所释放的热量，从而达到蓄热的效果，以储存并在水合物浆液分解流通通道中得到应用，从而达到吸热放热一体化，降低运行耗能。
5.如权利要求3所述的一种基于水合物法的油田伴生气回收和采出污水处理装置，其特征在于：水合物浆液分解流通通道在内侧相对表面都采用采用螺纹式，使用不同的螺旋方向，螺纹间相互啮合，从而增加剪切作用，破坏水合物颗粒之间的粘附力，将颗粒微小化，增强传热面积，促进水合物颗粒分解;由于内螺旋结构，其传热面积大，也能够促进水合物分解。
说明书
一种基于水合物法的油田伴生气回收和采出污水处理装置
技术领域
本发明属于天然气水合物应用技术领域，这里特指一种基于水合物法的油田伴生气回收和采出污水处理装置。
背景技术
随着我国油田的不断开发和二次采油技术的不断突破，在开采过程中，产生的污水处理和油田伴生气的回收成为油田开发的关键，由于生产过程中产生的污水成分较为复杂，在处理过程中存在一定的技术难度，处理成本较大，处理后的污水是否满足回注标准也存在不确定性，因此一套完整可行的污水净化回注工艺尤为关键。在油田开采过程中会产生一定的伴生气，其主要成分是甲烷和乙烷，若不进行处理，排放到空气中，会对环境造成严重的污染，若浓度达到一定后，对生产、生活带来严重的安全隐患，回收和再利用伴生气也成为油田环保和安全的重要指标，因此一整套回收伴生气和采出污水处理在油气田开采过程中尤为关键。
文献“邱矿武.油田伴生气回收装置现状和分析[J].中国石油和化工标准与质量,2016,(24):97-98.”总结了当前油田伴生气的回收装置，主要包括移动式套管气回收装置、电加热式套管气调压回收装置、撬装回收装置、联动式低压抽气筒回收装置，以上工艺需要大量的辅助设施，投资费用较大，不能够分类处理伴生气的主要组分，因此，一种安全可靠，投资较低，能够分类处理气体的回收工艺技术成为关键。文献“张伟锋.油田含油污水处理现状及发展趋势探讨[J].中国石油石化,2017,(06):46-47.”指出当前油田污水处理的主要方法，并指出各自的优缺点，其中超声波处理法：分离效果较好，但难以形成规模，仪器昂贵;浮选处理方法：技术工艺比较成熟、但药品消耗量较大、产生校对浮渣;粗粒化法：处理设备操作简单，占地小，长时间使用易堵，表面活性剂影响仪器使用效果;重力分离法：技术较成熟，仪器稳定，可大批量处理，缺点是占地较大;过滤法费用低，处理完水质好，缺点是过滤设备要定期清洗;膜分离法：设备简单，处理完水质好，缺点是膜不易清洗，使用维护成本高。上述方法的优缺点显而易见，因此，急需一种投资低、适用性强、环保和处理能力强的工艺。
发明内容
本发明的目的是针对油田开采过程中形成的伴生气和污水，使用一种基于水合物法的油田伴生气回收和采出污水处理装置，通过两级形成水合物，将能量实现相互利用，把污水提纯处理到合理的指标，回注到油田，提高采收率，减少污染，同时将油田伴生气中的甲烷和乙烷分类提纯和回收处理。
本发明提供了一种基于水合物法的油田伴生气回收和采出污水处理装置，其特征在于：所述的装置包括油气水三相分离器，气液固三相分离器，原油储罐，沉降罐，冷凝塔，过滤器，污水罐，气体缓冲罐，螺杆泵，浆液泵，气液两相泵，压缩机，压力表，流量计，水合物生成分解单元，单向阀，截止阀，两相分离器，蓄水罐。
采出管线与三相分离器的入口连接;三相分离器的排水口通过第二截止阀与沉降罐入口连接;三相分离器的排油口通过第一截止阀与原油储罐连接;三相分离器的排气口与冷凝塔的入口连接;沉降罐顶部的出油口通过第二单向阀与原油储罐连接;沉降罐的出水口与过滤器的入口连接;沉降罐底部的排污口和过滤器底部与杂质排污管线连接;冷凝塔底部排液口通过第三截止阀与原油储罐入口连接;冷凝塔顶部的排气出口与气体缓冲罐入口连接;过滤器的出水口与污水罐入口连接;污水罐的出水口与第一螺杆泵的入口连接;第一螺杆泵的出口与第二流量计入口连接;第二流量计出口通过第六截止阀与第一气液两相泵的液体入口连接;气体缓冲罐的出口与压缩机入口连接;压缩机出口通过第一流量计和第五截止阀与第一气液两相泵的气体入口连接;第一气液两相泵的出口与第一水合物反应单元的入口连接;第一水合物反应单元的出口通过第四单向阀与第一气液两相泵连接;第一水合物反应单元的出口通过第七截止阀与第二三相分离器入口连接;第二三相分离器排水口通过第二螺杆泵和第一单向阀与污水罐入口连接;第二三相分离器的固体排出口通过第一浆液泵和第十截止阀与第一水合物分解单元的入口连接;第二三相分离器的气体出口通过第三流量计和第九截止阀与第二气液两相泵的气体入口连接;第一水合物分解单元的出口与第一气液两相分离器的入口连接;第一气夜两相分离器的气体出口与甲烷回收管线连接;第一气液两相分离器的液体出口通过第四流量计和第八截止阀与第二气液两相泵的液体入口连接;第二气液两相泵的出口与第二水合物反应单元的入口连接;第二水合物反应单元的出口通过第五单向阀与第二气液两相泵的入口连接;第二水合物反应单元的出口通过第十一截止阀与第一三相分离器入口连接;第一三相分离器排水口通过第二螺杆泵和第一单向阀与污水罐入口连接;第一三相分离器的固体排出口通过第二浆液泵和第十二截止阀与第二水合物分解单元的入口连接;第一三相分离器的气体出口通过第三单向阀与气体缓冲罐连接;第二水合物分解单元的出口与第二气液两相分离器的入口连接;第二气夜两相分离器的气体出口与乙烷回收管线连接;第二气夜两相分离器的液体出口通过第十三截止阀与蓄水罐入口连接;蓄水罐的出口与油田注水系统连接。
本发明的显著优点在以下几个方面：
(1)能够将油田中挥发出来的伴生气回收，回收主要成分甲烷和乙烷，将其以固体颗粒的形式回收，安全可靠。
(2)水合物反应和分解于一体化，通过低温蓄热材料在管道中生成与分解，可以实现能量的相互利用，减少热损。
(3)形成后的水合物颗粒进入分解单元，通过内外螺旋结构，增强剪切作用和传热面积，可以将颗粒进行破碎，增强分解和传热效果
(4)两级分离提纯后的水，将其回注到油井，提高采收率，减少环境负担，实现变废为宝。
(5)将气体回收和污水处理于一体，能够减少投资，实现统一运行管理，降低辅助设置费用。
(6)利用不同水合物的相平衡，分别分离出甲烷和乙烷气体，从而实现不同种类气体的提纯回收。