CN105000704B - 管道式油气水分离器及分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了管道式油气水分离器，包括相互平行设置的进液管、右支管及左支管，进液管设于左、右支管的上侧，进液管与左支管之间的距离等于进液管与右支管之间的距离，进液管与左、右支管之间通过斜立管连接。本发明还公开了利用上述管道式油气水分离器对油气水混合液进行管道式油气水分离的方法。本发明能够实现三次分离的效果，经本发明的设备预脱水处理后，大幅度减少来液油中含水率，可将混合液中半数以上的水去除，使污水含油率以及积杂等指标满足后续处理工艺的入口要求。因此，混合液经过分离后，减轻了原油处理***的负荷、减少后续设备规模、提高处理效率、降低运行成本。

Description

管道式油气水分离器及分离方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，包括对油田产出的混合液的处理装置和处理方法，更为具体来说，是管道式油气水分离器及分离方法。

背景技术

在油田开采过程中，目前对于高含水产出液处理的一般方法为沉降法。具体过程为：混合液首先经过一次热化学沉降脱水环节，然后再将脱出的含水油及污水作进一步深度处理。

但是，由于大量的水与油同时进入热化学沉降***，致使沉降设备规模庞大，加温加药成本很高。

鉴于此，本领域技术人员探索了许多种节能降耗的新途径。

一、利用沉降罐进行油气水预分离的工艺，可减少加温或加药量，采用类似的方法，申请号为201520022609.9的中国专利公开了一种金属拉丝废液油水分离净化装置，即采用沉降罐的方法处理废液，但该方法必须使用体积庞大的沉降罐，因而会占用很大的面积，且运行压力较低；

二、为减少沉降罐的占地面积，有人使用三相分离器预脱水装置，申请号为03242236.9的中国专利公开了一种采出液油水预分离器，上述设备虽然可以减少占地面积，但其工程造价很高、处理量较低，压力等级亦低；

三、为减少工程造价、节约成本，有人开始使用旋流器等超重力预脱水装置，但是，对不同比例的油气水混合液及稠油，这些装置只能适用于某些特定比例的油气水混合液和较低粘度的稠油，对于大多数的油气水混合液及粘度较高的稠油，其脱水质量较差。而且该工艺需要较高的压力，生产实际中往往需要补充能量，增加动力来满足其要求。同时，该工艺自 控***较复杂，控制难度较大。

因此，获得一种简单、高效、低成本、安全易操作的油气水分离的设备或方法成为了本领域技术人员始终研究的重点。

发明内容

为解决现有油气水分离工艺技术设备占地面积大、体积大、投资高、运行成本高、安全风险高、分离效果差等技术缺陷，本发明提供了管道式油气水分离器，实现了设备占地面积小、体积小、投资低、不需增加动力、安全风险小、油气水分离效果好等技术目的。

为实现上述目的，本发明公开了管道式油气水分离器，包括相互平行设置的进液管、右支管及左支管，进液管设于左、右支管的上侧，进液管与左、右支管之间通过斜立管连接；进液管、左支管、右支管位于三角形的三个顶点，进液管两端分别为进液口和出油口；左、右支管一端开有出水口。

本发明采用了以管线替代沉降罐、三项分离器、旋流器超重力分离的方案，解决传统方法存在的一些问题。通过油气水密度的不同，分离后，大部分的油会从上侧的出油口流出，大部分的水则会从下侧的出水口流出。另外，斜立管内壁还具有聚集小油滴成大油滴、提高大油滴上浮速度的作用。

进一步地，左、右支管处于同一水平面，左支管与进液管之间的距离等于右支管与进液管之间的距离；连接左、右支管与进液管的每根斜立管都与进液管垂直。

上述结构说明进液管、右支管及左支管端面圆心处于三角形的三个端点上，三根水平管呈三角型的管架结构，使装置重心下移不易倾倒，便于运输及安装。本发明可保持上下水平管之间的位差，提高了斜立管的脱水效果，同时起到三根水平管之间连接与支撑的作用。

进一步地，斜立管内设有管束，管束包括两根以上的管，管束内的管 为细管。

在多根斜立管内安装细管束，提高了液滴与管壁的接触机率，小液滴在管壁上聚集成大液滴后上浮速度加快，连续相的水向下流，起到油水空间置换作用，解决下流水中的分散小油滴因直径小上浮速度慢、来不及上浮到顶的问题。

进一步地，管束所在方向与斜立管所在方向平行。

进一步地，左和/或右支管内设有斜板，斜板沿左/右支管方向延伸。

进一步地，包括两块以上的斜板，斜板之间、斜板与左/右支管之间形成混合液流动的空间。

在两根左/右支管内各安装多层斜板的设计，可增加流道的水平投影面积，形成“浅池效应”，使经过斜板区域的流体雷诺数降低。多层斜板较好地解决因装置容积小造成沉降时间不足的问题，提高重力沉降的效果和效率。

进一步地，进液管内腔偏上部设有集油管，集油管下部间隔地开有出水口；左和/或右支管内腔偏下部设有集水管，集水管上部间隔地开有浮油口。

集油管和集水管的设置目的也是为了分离油和水，混合液从集油管和集水管的一端流入，集油管油中的水会沿出水口下沉流出，集水管水中的油会沿浮油口上浮流出，流出的油和水继续在脱水器立管中进行上浮或者下沉交换。

进一步地，集油管内的低含水油、集水管内的低含油水分别穿过封闭端的进液管从集油管末端和穿过封闭端的左/右支管的集水管末端流出。集油管开口端与出油口连接，集水管开口端与出水口连接。

进一步地，进液管上端设有集气管，集气管与进液管不平行，进液管与集气管之间通过若干不等高立管连接。

通过设置集气管，可对混合液中的气体进行初步的过滤，提高了本装置的使用范围。

本发明的另一个发明目的在于提供利用上述管道式油气水分离器对油气水的分离方法。包括如下步骤，

S1：将油气水混合液通过进液管的进液口送入至管道式油气水分离器，油气水混合液中的气体会沿立管进入集气管流出至气管道，原油沿进液管至出油口流出，实现油气水的初步分离；

S2：一次分离后的游离水，通过斜立管及斜立管内的管束壁聚并游离水中的分散油滴，聚并后的油滴顺着斜立管或管束向上浮，实现油气水的二次分离；

S3：二次分离后的混合液进入左/右支管后，若左/右支管内设有斜板，则油滴会在斜板壁的作用下进行聚并上浮，聚并上浮后的油滴向上进入斜立管后再进入进液管；通过S3步骤，水顺左右支管的出水口流出，实现油气水的三次分离。

本发明的有益效果为：本发明能够实现三次分离的效果，经本发明的设备预脱水处理后，大幅度减少来液油中含水率，可将混合液中半数以上的水提出，使污水含油率以及积杂等指标满足后续处理工艺的入口要求，因此，经过预脱水后，减轻了原油处理***的负荷，减少后续设备规模，提高处理效率，降低运行成本。

另外，本发明的分离器体积小，具有操作简单、运行平稳、效率高、工作安全可靠、工程造价低等优点。

附图说明

图1为实施例一的管道式油气水分离器的结构示意图；

图2为图1中A-A方向的截面示意图；

图3为实施例二和三的管道式油气水分离器的结构示意图；

图4为实施例四的管道式油气水分离器的结构示意图；

图5为实施例五的管道式油气水分离器的结构示意图。

图中，

1、进液管；10、进液口；11、出油口；2、斜立管；3、右支管；30、 封闭口；31、出水口；4、左支管；5、管束；6、斜板；7、集油管；8、集水管；9、集气管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的管道式油气水分离器的结构和使用该结构进行油气水分离的方法进行详细解释说明。

具体的实施例如下：

实施例一

如图1、2所示的管道式油气水分离器，图2中箭头的方向为管内液体流动的方向，管道式油气水分离器包括上端的进液管1和下端的左支管4、右支管3，左支管4、右支管3结构完全相同，进液管1、左支管4、右支管3平行设置，左支管4、右支管3水平设置且处于相同高度，进液管1与左支管4之间的距离可以等于进液管1与右支管3之间的距离，因此，进液管1、左支管4、右支管3的端面落在等腰三角形的三个端点上，进液管1与左支管4、右支管3通过多根斜立管2连接，每根斜立管2都与进液管1垂直，或者说，进液管1垂直于每个斜立管2所在平面，进液管1一端开有进液口2，另一端开有出油口11；左支管4、右支管3一端封闭，或者左支管4、右支管3一端为封闭口30，另一端开有出水口31。

对于进液管1、左支管4/右支管3之间的设置方式，本实施例只是选取了一种较佳的设定方式。本发明的核心在于等腰三角形状的油气水管式分离器，或者说，如图2所示的进液管1与右支管3之间的设置方式，该种方式是本发明基本的、也是核心的发明点。

实施例二

如图1-3所示，在实施例一的基础上，实施例二在斜立管2内增设了管束5。斜立管2内设有管束5，管束5包括两根以上的细管。管束5的作用在于增加管壁的面积，以提高流入斜立管2中的小液滴的聚集效果。本实施例中，管束5所在方向与斜立管2所在方向平行。具体管束中包含多少根的细管，或者说管束的密度，本领域技术人员根据需要可以合理设定。

实施例三

如图3所示，在实施例一或实施例二的基础上，实施例三在左和/或右支管3内设有斜板6，斜板6沿左支管4、右支管3方向延伸。本实施例中，包括两块以上的斜板6，斜板6的作用与管束5作用类似，也是为了增加接触面积，以提高小液滴的聚集效果。类似地，斜板的个数，本领域技术人员根据需要进行合理而明智地选择。

实施例四

如图4所示，在实施例一或实施例二的基础上，实施例四采用了一种与实施例三并列的方案。当然，在可能的情况下，实施例四也可能与实施例三同时实施。

进液管1出口端封闭，进液管1内腔偏上部设有集油管7。集油管7沿进液管1的方向延伸，集油管7下部间隔地开有出水口，用于流出集油管7中的水，集油管另一端穿过封闭的进液管作为出油口。进液管中的大部分原油，在密度差的作用下，进入集油管内，在流动过程中，油中的水会自动穿过集油管下部设置的出水口，下沉通过进液管、立管进入左右支管，较低含水的原油顺集油管出口流出；左支管4和/或右支管3两端开口封闭，其内腔偏下部设有集水管8，集水管8沿左支管4、右支管3方向延伸，集水管8上部间隔地开有浮油口，用于流出集水管8中的油，集水管另一端穿过封闭的左/右支管作为出水口。进液管、集油管经立管下沉的含油污水进入集水管，在流动过程中，由于密度差的作用，水中的油会穿过集水管上部设置的出油口，经过立管进入进液管、集油管，余下的较低含油的污水，顺集水管出口流出。本实施例中，集油管7、集水管8的一端流入混合液，集水管8的另一端与出水口31连接，集油管7的另一端连接至出油口11。

利用油水密度不同，实现集油管7收集进液管1内的油、集水管8收集左支管4和右支管3内的水的目的。

实施例五

如图5所示，在实施例一至四的基础上，本实施例在进液管1上端设有集气管9，本实施例中，集气管9与进液管1不平行，进液管1与集气管9之间通过若干不等高的立管连接。立管的设置方式类似于斜立管2，多根立管均匀分布在进液管1和集气管9之间，用于混合液中的气进入集气管9中。

利用实施例一至五中所述管道式油气水分离器进行油气水分离的方法，具体包括如下步骤：

S1：将油气水混合液通过进液管的进液口送入至管道式油气水分离器，油气水混合液中的气体会沿立管进入集气管流出至气管道，原油沿进液管至出油口流出，实现油气水的初步分离；

S2：一次分离后的游离水，通过斜立管及斜立管内的管束壁聚并游离水中的分散油滴，聚并后的油滴顺着斜立管或管束向上浮，实现油气水的二次分离；

S3：二次分离后的混合液进入左/右支管后，若左/右支管内设有斜板，则油滴会在斜板壁的作用下进行聚并上浮，聚并上浮后的油滴向上进入斜立管后再进入进液管；通过S3步骤，水顺左右支管的出水口流出，实现油气水的三次分离。

若进液管1内腔偏上部偏心设有集油管7，则集油管7下部间隔地开有用于流出水的出水口；左支管4和/或右支管3内腔偏下部偏心设有集水管8，集水管上部开有用于流出油的浮油口。经偏心设置的集油管、集水管，在偏心管外壁与进液管内壁、左/右支管的内壁处形成月牙形，流体在此处的雷诺数发生变化而逐渐减小，原油进入集水管的难度将增加。

通过步骤S1、S2、S3可实现油气水的初步分离。在出油口11可收集到浓度较高的油，在出水口31可收集到较为纯净的水。

本发明的工作原理如下：进液管1前端为油田油气水混合液入口，进液管1后端为出油口11，流动过程可实现油、水在进液管1中的一次沉 降分离，分出的连续相原油自流进油***，漏下去的游离水进入多根斜立管2中，由于在每根斜立管2中设细管束5，游离水中的分散油贴细管顶向上浮到进液管1，水贴细管底向下流至左支管4、右支管3，实现进一步除油目的；由于左支管4、右支管3中安装了多层斜板6，流体经过斜板6区域时，水中的小油滴边前进边沿斜板6下壁聚集，在斜板6上方形成的大油滴上浮，再次经斜立管2上浮至进液管1，在斜板6下方很容易收集到较为纯净的水。

在具体实施时，可根据处理量、混合液性质及现场工况优选设备参数，其中：外形规格主要由处理量决定；斜管束或斜板6数量主要由工况下液体的密度及粘度决定；当来液中含气或含砂量较高时，也可在进液管1顶部增加分气管或在左支管4、右支管3底部增加分砂管。

使用中，需根据不同介质的指标要求分别对气、油、水的出口排放量进行控制。为方便管理，可采取自动监测及控制***实现无人操作；因本装置属于压力管道范畴，较大型压力容器更为安全耐压，可根据场地条件，因地制宜地将管道式油气水分离器作为工艺流程的组成部分灵活摆放或埋藏在地下。

利用本发明提供的分离器和油田油气水混合液预分离方法，可大幅度降低目前分离设施的工程造价，减少占地面积，降低操作成本；因本装置的油、水分离工艺在管道输送过程中即可完成，能承受较高的温度和压力，也适用于高温密闭脱水工艺。

需要说明的是，本发明的原油指的就是油气水混合液。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.管道式油气水分离器，其特征在于：包括相互平行设置的进液管(1)、右支管(3)及左支管(4)，进液管设于左、右支管的上侧，进液管与左、右支管之间通过斜立管(2)连接；进液管、左支管、右支管位于三角形的三个顶点，进液管两端分别为进液口(10)和出油口(11)；左、右支管一端开有出水口(31)。

2.根据权利要求1所述的管道式油气水分离器，其特征在于：左、右支管处于同一水平面，左支管与进液管之间的距离等于右支管与进液管之间的距离；连接左、右支管与进液管的每根斜立管都与进液管垂直。

3.根据权利要求2所述的管道式油气水分离器，其特征在于：斜立管内设有管束(5)，管束包括两根以上的管。

4.根据权利要求3所述的管道式油气水分离器，其特征在于：管束所在方向与斜立管所在方向平行。

5.根据权利要求2、3或4所述的管道式油气水分离器，其特征在于：左和/或右支管内设有斜板(6)。

6.根据权利要求5所述的管道式油气水分离器，其特征在于：包括两块以上的斜板，斜板之间、斜板与左/右支管之间形成混合液流动的空间。

7.根据权利要求2、3或4所述的管道式油气水分离器，其特征在于：进液管内腔上部设有集油管(7)，集油管下部间隔地开有出水口；左和/或右支管内腔下部设有集水管(8)，集水管上部间隔地开有浮油口。

8.根据权利要求7所述的管道式油气水分离器，其特征在于：集油管开口端与出油口连接，集水管开口端与出水口连接。

9.根据权利要求2、4、6或8所述的管道式油气水分离器，其特征在于：进液管上端设有集气管(9)。

10.一种利用权利要求9所述管道式油气水分离器的分离方法，其特征在于：包括如下步骤，

S1：将油气水混合液通过进液管的进液口送入至管道式油气水分离器，油气水混合液中的气体会沿立管进入集气管流出至气管道，原油沿进液管至出油口流出，实现油气水的初步分离；

S2：一次分离后的游离水，通过斜立管及斜立管内的管束壁聚并游离水中的分散油滴，聚并后的油滴顺着斜立管或管束向上浮，实现油气水的二次分离；

S3：二次分离后的混合液进入左/右支管后，若左/右支管内设有斜板，则油滴会在斜板壁的作用下进行聚并上浮，聚并上浮后的油滴向上进入斜立管后再进入进液管；通过S3步骤，水顺左右支管的出水口流出，实现油气水的三次分离。