CN105964102A - 一种用于油田co2驱伴生气回注的新型脱水工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气集输领域，提供了一种油田CO2驱伴生气回注的脱水技术，其技术要点是利用压缩初步脱水和与低温液态CO2换热深度脱水的方式，达到伴生气脱水的目的。该技术包括以下工艺步骤：预处理后的CO2驱油田伴生气，先经过压缩机二级增压、冷却、脱水，初步脱除其中的水分，后经过换热器与液态CO2充分换热，深度脱除其中的水分。此技术的机理和优点是：对于高含CO2伴生气，在一定的范围内，随着压力的升高，气体含水量先迅速降低，再缓慢上升，当压力为6～8MPa时，达到含水量的最小值；随着温度的降低，气体含水量逐渐减小。该技术在深度脱水的同时，还能够对液态CO2进行加热，节约能源，降低工程成本。
Description
所属技术领域
本发明涉及油气集输领域，特别涉及一种油田CO2驱伴生气回注过程中的脱水技术。
背景技术
CO2驱是提高原油采收率的有效技术。作为世界上使用最为广泛的油田注气三采方式，CO2驱具有以下驱油机理及应用价值。CO2注入储层后，与储层及原油发生各种物理化学反应，从而产生提高原油采收率的各种有利条件：①通过减少剩余油与储层的界面张力，从而减少剩余油在孔隙中流动的毛管力；②使原油膨胀，从而降低原油的粘度；③CO2溶解于原油后，改变了原油的性质，使原油流动性增加，从而提高驱油效率。CO2驱在提高油气采收率的同时，还能够实现CO2的地质封存，对减缓温室气体效应产生积极影响。
油田注入的CO2一般来自邻近的天然CO2气藏、化工厂和水泥厂等。对于站场小规模注入，通常采用槽车或槽船将液态CO2运输到油田，储存于液态CO2储罐中，并利用CO2增压泵对液态CO2进行增压，增压过程中会有一部分液态CO2气化并回流到储罐中，增压后CO2的温度一般在-25℃至-15℃，为防止低温液态CO2对地层造成伤害和对套管造成冷脆性破坏，注入前需利用加热器将增压后的CO2加热到15℃；对于油田大规模注入，为节约运输成本，通常将经过脱水处理的CO2利用管线运输到油田，经压缩机组压缩，级间利用空气冷却器和气液分离器初步脱除伴生气中的水分，同时保证在压缩过程中不会有液相的出现，然后将经过脱水单元进一步处理的超临界CO2运输到井口注入。
随着CO2的持续注入，注入的CO2逐渐在生产井突破，导致伴生气中CO2含量急剧增加。当伴生气中CO2含量低于40mol％时，由于伴生气中CH4含量大，气体热值较高，可直接利用燃气轮机进行发电供油田利用；当伴生气中CO2含量在40mol％至90mol％时，通常考虑利用变压吸附法将伴生气提纯后回注到油藏驱替原油；当伴生气中CO2含量高于90mol％时，伴生气无法作为化工原料和民用燃料使用，此时可将产出的伴生气直接回注或与高纯度CO2掺和后回注至油田驱替原油。
但CO2驱伴生气中往往会有液态的水存在或水蒸气很容易达到饱和后析出，而CO2驱伴生气中如果有液态水的存在，则会引起以下两个主要问题：一、伴生气中的水会在管道内壁上形成一层水膜，会与CO2等酸性气体进一步形成酸性水溶液，对管道内壁产生严重腐蚀；二、在一定的条件下伴生气与析出的水会形成水合物，从而堵塞管道、压缩机、分离器等设备。所以，控制伴生气中水分含量是CO2驱油田伴生气回注中的一个重要工艺流程。
目前，油田常用的气体脱水方式包括吸收法、吸附法和低温分离法等。吸收法是利用脱水溶剂的良好吸水性能，通过在吸收塔内进行气液传质脱除天然气中的水分。吸附法是利用多孔固体颗粒对不同物质的吸附性能差异，使水分与气体分离，常用的吸附剂包括分子筛、硅胶和活性氧化铝等。对于高压气体，可采用节流低温分离法，通过节流膨胀降温，降低气体中的含水量；对于低压气体，需要低温设备，达到低温脱水的目的。
对于目前常用的油田伴生气脱水方法，在工程应用上都有一定的局限性。吸收法脱水效果好，压力损失小，但溶剂剂的处置再生能耗和操作费用较高；吸附法对进料气体温度、压力、流量变化不敏感，操作简单，但设备投资和操作费用较高，再生能耗较高；节流低温分离法仅适用于对高压气体的脱水。对于油田CO2驱回注过程中的脱水流程，目前国内外提出和现场应用的一般为吸附法脱水，但对于CO2的携液特性并未引起足够的重视。鉴于以上情况，本发明针对低温液态CO2注入情形，在压缩机级间脱水工艺的基础上，充分利用液态CO2的低温特性，提出一种新颖的、更加节能的油田CO2驱伴生气回注的脱水工艺。
发明内容
为了克服现有的油田伴生气脱水方式对设备的腐蚀严重、投资和操作费用较高和伴生气压力损失大等缺点，本发明针对CO2驱油田伴生气回注工艺，设计一种新颖的脱水工艺，该技术不仅能够使伴生气中的含水量达到管输和压缩回注的要求，还能够达到能源高效利用的目的。
本发明拟在充分利用注入液态CO2的低温能量，对回注的伴生气进行低温脱水，同时将液态CO2温度提高至井口注入要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用压缩机增压冷却初步脱水和与低温液态CO2换热深度脱水的方式，使伴生气达到管输和压缩回注的含水量标准。
步骤1：
先对伴生气进行预处理，脱除其中的自由水、油雾和微小的固体颗粒，然后根据计算的井口注入压力，结合伴生气的相包络曲线，设计压缩机的具体参数。伴生气经过一、二级压缩机压缩、空气冷却器降温，分离器脱水，初步脱除伴生气中的水分，同时保证压缩机各级入口参数处于非两相区和非液相区。
步骤2：
将经过压缩机二级增压、降温、脱水后的伴生气，通过换热器与增压后的液态CO2充分换热，通过控制换热量与换热时间，使伴生气的温度下降，随着温度的降低，伴生气中逐渐析出自由水，从而进一步脱除气体中的水分。同时，液态CO2的温度升高，减少了液态注入时，对液态CO2加热的能量消耗。
步骤3：
经过深度脱水的伴生气，进入后续的压缩机不断压缩、空气冷却器降温、分离器脱水，直到达到计算的注入压力。
本发明利用两种不同的机理来脱除油田CO2驱伴生气中的水分：
1、CO2、H2S等酸性气体，在一定的温度压力范围内，随压力的升高气体饱和含水量先迅速降低，后缓慢升高，气体饱和含水量存在最小值。对于高含CO2伴生气，当压力为6～8MPa时(一般压缩机组二级压缩后的压力)，气体饱和含水量达到最小值。
2、CO2、H2S等酸性气体，在一定的温度压力范围内，随着温度的降低，气体饱和含水量逐渐降低。
本发明所描述的脱水技术，充分利用注入液态CO2的低温能量对伴生气进行脱水，与传统CO2驱伴生气脱水方式相比，有以下优点：①设备投资费用低、后期维护费用低，整个脱水流程只增加了气液换热单元，结构简单，占地面积小；②适用范围广，对于CO2驱不同阶段的不同CO2含量的伴生气都能够应用；③节约能源，在充分脱除伴生气中水分的同时，还能够对液态CO2进行加热，减小了后期加热液态CO2的能量消耗。
附图说明
附图1为本发明具体实施方式的工作流程图
其中，1、液态CO2储罐，2、喂液泵，3、气化CO2回流管线，4、气化CO2回流管线，5、增压泵，6、温度检测器，7、备用加热器，8、液态CO2注入管线，9、一级压缩机，10、一级空气冷却器，11、一级气液分离器，12、二级压缩机，13、二级空气冷却器，14、二级气液分离器，15、水露点监测器，16、阀门，17、阀门，18、高效换热器，19、换热气液分离器，20、三级压缩机，21、三级空气冷却器，22、三级气液分离器，23、超临界CO2注入管线
具体实施方案
下面结合附图对本发明作进一步说明。
(1)预处理后的伴生气经过一级压缩机、二级压缩机压缩(9和12)，一级空气冷却器、二级空气冷却器降温(10和13)，一级气液分离器、二级气液分离器脱水(11和14)，初步脱除伴生气的水分。
(2)伴生气经过水露点监测器检测，如果气体中的含水量能够达到后续的管输和回注的要求，那么打开阀门16，直接进行下一级的压缩。
(3)如果伴生气中的含水量无法达到一定的要求，则打开阀门17，进入高效换热器18，与液态CO2充分换热，换热结束后经过气液分离器19脱水，进入下一级压缩。
(4)伴生气达到额定的压力后，通过超临界CO2注入管线23，输送到注入井。
(5)对于液态注入部分，由于初始环境的影响，会使一部分通过喂液泵2、增压泵5的液态CO2气化，气化后的CO2通过回流管线3和4回流到液态CO2储罐1中。
(6)通过高效换热器后的液态CO2，经过温度监测器6检测，如果温度高于15℃，则直接通过液态CO2输送管线8输送到井口，如果温度未达到15℃，则需要通过备用加热器7加热后，再输送到井口。
对于CO2驱油藏，随着气体的不断注入，CO2逐渐在地层中突破，伴生气中CO2相对含量逐渐升高，混合气体饱和含水量逐渐上升，脱水负荷逐渐增大。表1所示为压力6MPa，温度30℃条件下，不同CO2含量下混合气体的饱和含水量，表2为伴生气(CO2:80％，CH4:20％)在不同温度压力下的饱和含水量，表3为不同CO2含量的伴生气与低温液态CO2以不同质量比(伴生气/液态CO2)充分换热后的温度。
表1不同CO2含量下气体饱和含水量表(6MPa，30℃)
表2伴生气在不同温度、压力下的含水量(CO2:80％，CH4:20％)
表3伴生气与液态CO2换热温度表(伴生气：温度30℃，压力6MPa；液态CO2：温度-15℃，压力25MPa)
对于CO2驱伴生气回注***，由于伴生气管输距离较近，在输送的过程中气体热量损失较小，在正常工作条件下，当伴生气的最低水露点达到10℃即可达到管输和压缩回注的要求。随着环境温度的变化，可以考虑将不同比例的伴生气与液态CO2充分换热，从而达到管输和注入的含水量要求。但是当遇到以下情况时，该脱水***无法满足回注的脱水要求：①环境温度过低，使伴生气由压缩机组输送到井口的过程中热量损失较大，导致液态水的析出；②液态配注量较小，使伴生气无法充分降温脱水。现场经验及油藏数值模拟表明，CO2一次注入的封存效率低于50％，即一半以上的CO2将随油气产出，大量高含CO2的伴生气需要重新回注到油藏，这将导致站外输送的液态CO2的需求较小。
实施例
压缩机二级出口的伴生气(CO2：80％，CH4：20％)，经过空气冷却器冷却、气液分离器脱水，此时伴生气温度为30℃，压力6MPa，气体含水量1300ppm，当伴生气与高压液态CO2以质量比1:1充分换热后，不考虑换热过程中的压力损失和热量损失，换热后伴生气的温度为8.9℃，此时气体含水量为420ppm，假设最终的压缩机出口压力为25MPa，温度为50℃，在整个压缩机到注入井的输送过程中，伴生气中水蒸气未达饱和状态，不会有液态水的析出，能够满足压缩和回注的含水量要求。
以上是本发明的一个具体实施方式，本发明具体实施方式不仅限于此，对于本领域内的技术人员来说，在未脱离本发明思路的前提下，还可做出其他类似的改变，而这都应视为本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种CO2驱油田伴生气脱水***，其特征在于包括以下工艺步骤：
(1)伴生气通过压缩机组压缩、冷却、气液分离，初步脱除其中的水分；
(2)伴生气通过与液态CO2换热，气体温度降低，达到深度脱水的目的；
(3)液态CO2经换热后温度升高，如果达到注入的要求，则直接输送到进口，如果未达到注入的温度要求，则需用备用加热器加热。
2.如权利要求1所述的伴生气脱水***，其特征在于：在压缩机二级出口处压力为6～8MPa，初步脱除气体中的水分。
3.如权利要求1所述的伴生气脱水***，其特征在于：气态CO2与液态CO2充分换热，在使气体温度下降脱水的同时，也使得液态CO2的温度上升。
4.如权利要求1所述的伴生气脱水***，其特征在于：换热后液态CO2的温度如果达到15℃，则直接管输到进口，如果未达到15℃，则需用备用加热器加热升温至15℃。
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|---|---|---|---|---|
| CN106761659A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-05-31 | 中国石油大学(华东) | 一种用于油田co2驱产出气回注的提纯液化工艺 |
| CN112031717A (zh) * | 2019-06-03 | 2020-12-04 | 中国石油天然气股份有限公司 | 开采石油的方法及具有其的采油*** |
| CN113236201A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-10 | 中国石油化工集团有限公司 | 一种干冰升华气相压注工艺 |
| CN115405860A (zh) * | 2022-08-17 | 2022-11-29 | 成都展望能源机械有限公司 | 一种防爆型烟道气脱水增压装置 |
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2016
- 2016-07-22 CN CN201610579443.XA patent/CN105964102A/zh active Pending
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