CN117486287A - 一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油田用采出水除盐技术领域，公开了一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***及方法，包括：界面蒸发组件，其包括水箱和若干界面蒸发管，所述水箱上设置有进水口和出水口，若干所述界面蒸发管阵列密封插设在所述水箱中，且每根所述界面蒸发管的上端和下端分别贯穿所述水箱的顶部和底部；热空气供应单元，其用于向每根所述界面蒸发管的下端输送热空气；空气循环冷却塔，其输入端与每根所述界面蒸发管的上端连通，用于将无盐水蒸气冷凝形成无盐水。本发明的目的在于解决稠油采出水除盐工艺能耗高的问题。
Description
技术领域
本发明属于油田用采出水除盐技术领域，具体涉及一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***及方法。
背景技术
稠油开发依赖于高品质的蒸汽，不论燃煤、燃气、光热制备蒸汽对水质的要求日渐严苛，特别是锅炉进水中二氧化硅、矿化度的含量直接影响蒸汽制备过程设备的安全稳定运行。
目前适用于油田高温采出水的除盐工艺主要为反渗透工艺和MVC工艺，虽然现有除盐工艺对稠油高温采出水的深度处理取得了工业化应用，也取得了较好的处理效果，采用现有除盐工艺对采出水除盐后出水矿化度均低于100mg/L，可以满足锅炉的用水要求。但随着长期的应用也暴露出不足之处，现有除盐工艺能耗均较高，除盐工艺节点的单方水耗电量均在10kW·h～20kW·h。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***及方法，其目的在于解决稠油采出水除盐工艺能耗高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，包括：
界面蒸发组件，其包括水箱和若干界面蒸发管，所述水箱上设置有进水口和出水口，若干所述界面蒸发管阵列密封插设在所述水箱中，且每根所述界面蒸发管的上端和下端分别贯穿所述水箱的顶部和底部；
热空气供应单元，其用于向每根所述界面蒸发管的下端输送热空气；
空气循环冷却塔，其输入端与每根所述界面蒸发管的上端连通，用于将无盐水蒸气冷凝形成无盐水。
进一步地，所述热空气供应单元包括设置在所述水箱正下方的网格状管网，所述网格状管网的热空气输入孔连接有热空气发生源，所述网格状管网相互连通且管网节点处的顶部开设有热空气输出孔。
进一步地，若干所述网格状管网的热空气输出孔与若干所述界面蒸发管的下端一一正对设置。
进一步地，所述热空气发生源采用涡流管，所述涡流管的热端与所述网格状管网的热空气输入孔连接。
进一步地，所述空气循环冷却塔内的冷空气通过所述涡流管的冷端供应。
进一步地，所述网格状管网距所述水箱底部的距离为0.4m～0.6m。
进一步地，所述网格状管网的热空气输出孔输出的空气温度为80℃～85℃。
进一步地，所述空气循环冷却塔的输入端与每根所述界面蒸发管的上端通过喇叭口状的空气循环管连通，所述喇叭口状的空气循环管的大径端罩设在所述水箱的顶部，所述喇叭口状的空气循环管的小径端延伸至所述空气循环冷却塔。
进一步地，所述空气循环冷却塔内设置有无盐水收集装置，用于收集冷凝形成的无盐水。
一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发方法，采用所述的用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，包括：
将稠油采出水通过所述进水口输送至所述水箱内，所述界面蒸发管将稠油采出水通过渗流和毛细作用输送至界面蒸发管内壁，在界面蒸发管内壁形成一层无盐蒸发水层；
利用所述热空气供应单元向每根所述界面蒸发管的下端输送热空气，无盐蒸发水层与界面蒸发管内部流动的热空气进行蒸发换热后，从界面蒸发管的上端呈无盐水蒸气状态输出；
无盐水蒸气输入至所述空气循环冷却塔内，所述空气循环冷却塔将无盐水蒸气冷凝形成无盐水。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供的一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，将稠油采出水通过进水口输送至水箱内，利用界面蒸发管将稠油采出水通过渗流和毛细作用输送至界面蒸发管内壁，在界面蒸发管内壁形成一层无盐蒸发水层，利用热空气供应单元向每根界面蒸发管的下端输送热空气，无盐蒸发水层与界面蒸发管内部流动的热空气进行蒸发换热后，从界面蒸发管的上端呈无盐水蒸气状态输入至空气循环冷却塔内，空气循环冷却塔将无盐水蒸气冷凝形成无盐水。可见，本发明在除盐过程中，主要通过热空气供应单元提供热空气耗能，热空气产生后，因为界面蒸发管以及空气循环冷却塔依次存在压差，即通过烟囱效应满足界面蒸发***空气流动压差，有效的解决了稠油采出水除盐工艺能耗高的问题，降低了***运行费用。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***的示意图。
图中：1-界面蒸发组件；100-水箱；101-界面蒸发管；2-热空气供应单元；3-空气循环冷却塔；a-进水口；b-出水口；c-热空气输入孔；d-热空气输出孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。界面蒸发是一种将高吸收性材料分散于水中，利用热能加热水分，达到或促进水分蒸发的技术。
参照图1所示，本发明实施例一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，包括界面蒸发组件1、热空气供应单元2和空气循环冷却塔3，界面蒸发组件1包括水箱100和若干界面蒸发管101，水箱100上设置有进水口a和出水口b，若干界面蒸发管101阵列密封插设在水箱100中，且每根界面蒸发管101的上端和下端分别贯穿水箱100的顶部和底部。具体地说，稠油采出水通过进水口a输入至水箱100内，界面蒸发管101将稠油采出水通过渗流和毛细作用输送至界面蒸发管101内壁，在界面蒸发管101内壁形成一层无盐蒸发水层以供界面蒸发，稠油采出水在水箱100中经过界面蒸发浓缩后，浓盐水在满足指标后，通过出水口b排出。
示例性的，进水口a设置在水箱100靠近顶部的位置，利用离心泵将稠油采出水输送进入水箱100，出水口b设置在水箱100靠近底部的位置。
热空气供应单元2用于向每根界面蒸发管101的下端输送热空气。具体地说，热空气从界面蒸发管101的下端向上流动，无盐蒸发水层与界面蒸发管101内部流动的热空气进行蒸发换热后，将界面蒸发管101内壁水膜进行蒸发，从界面蒸发管101的上端呈无盐水蒸气状态输出。
空气循环冷却塔3的输入端与每根界面蒸发管101的上端连通，用于将无盐水蒸气冷凝形成无盐水。具体地说，最后通过空气循环冷却塔3将无盐水蒸气冷凝形成无盐水，完成对稠油采出水的除盐，收集到无盐水以供再次形成高品质的蒸汽开发稠油。示例的，空气循环冷却塔3的高度为40m～60m。
也就是说，热空气的进入——低温空气的排出——空气循环冷却塔的空气排出过程，利用烟囱效应，在空气循环冷却塔的作用下，形成负压不断吸热界面蒸发组件的水箱下方的热空气，并在空气循环冷却塔前端完成蒸发后湿空气的冷凝，产生无盐水。在烟囱效应作用下，界面蒸发组件下部热空气从界面蒸发管中空流过带走界面蒸发管内壁表面水膜的水分，而空气循环冷却塔由于冷空气的通入形成微负压，强化了***中空气的流速和蒸发效率。
在一实施例中，如图1所示，热空气供应单元2包括设置在水箱100正下方的网格状管网，网格状管网的热空气输入孔c连接有热空气发生源，网格状管网相互连通且管网节点处的顶部开设有热空气输出孔d。也就是说，利用热空气发生源向网格状管网内供应热空气，热空气再通过网格状管网节点顶部的热空气输出孔d均匀输出，进入到界面蒸发管101的下端。
较佳的，若干网格状管网的热空气输出孔d与若干界面蒸发管101的下端一一正对设置。换言之，就是一个热空气输出孔d正对一个界面蒸发管101的下端，能够更好的确保将热空气送入界面蒸发管101内，提高热能的利用。
作为优选的实施例，热空气发生源采用涡流管，涡流管的热端与网格状管网的热空气输入孔c连接。应当理解的是，压缩空气输入涡流管，以高速旋转的方式流向一方，在这股气流运动过程中，外层的空气会发热，与之相反的是，内层的空气会变冷，(冷热度与流速成正比)，运动至一端时冷气回沿着涡流的中心反向回流，形成制冷源。也就是说，输入通用压力的压缩空气，通过涡流管转换，一端会产生冷空气(在干燥空气的前提下最低温度可达-46℃)，另一端产生热空气(最高温度可达127℃)。涡流管可以通过调节热气端的阀来调节气体的流量和冷气端温度的高低。
在上述实施例的基础上，更加优选的，将涡流管的冷端接至空气循环冷却塔3内，即空气循环冷却塔3内的冷空气通过涡流管的冷端供应。
优选的，网格状管网距水箱100底部的距离为0.4m～0.6m，该距离可以有效确保热空气的流通以及降低热能的损失。
优选的，网格状管网的热空气输出孔d输出的空气温度为80℃～85℃。
在一实施例中，空气循环冷却塔3的输入端与每根界面蒸发管101的上端通过喇叭口状的空气循环管连通，喇叭口状的空气循环管的大径端罩设在水箱100的顶部，喇叭口状的空气循环管的小径端延伸至空气循环冷却塔3。
在一实施例中，空气循环冷却塔3内设置有无盐水收集装置，用于收集冷凝形成的无盐水。
按照无盐水产量每天200m3/d进行举例说明如下：
用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，包括用于向水箱100供水的离心泵(排量为80m3/h、扬程为20m)、1座容积为50m3的水箱100、网格状管网、1座空气循环冷却塔3(高40m、内径为2.4m)、涡流管变温***以及其他辅助***。具体地说，水箱100中贯通连接3375根界面蒸发管101，界面蒸发管101的长为3m、外径为45mm、内径为25mm，界面蒸发管101的上下两端与水箱100的顶底部贯穿密封，界面蒸发管101中空与外部大气相连通。水箱100距地面1.5m高，位于水箱100下方的网格状管网距地面1m高，网格状管网由内径10mm管线连接成网，管网节点处向上开孔，管网节点对应位于界面蒸发管101正下方。网格状管网的空气由引风管引入，与涡流管形成的6MPa、120℃空气混合，形成80℃～85℃的热空气，通过网格状管网的热空气输出孔d输送至界面蒸发管101下端，进入界面蒸发组件1中。水箱100上部伸出的界面蒸发管101被喇叭口变径为2500mm管径的空气循环管罩设，空气循环管延伸至空气循环冷却塔3。空气循环冷却塔3为1座40m高的循环塔，循环塔内包含空气冷却装置以及无盐水收集装置等，其中冷却装置是将涡流管形成的-20℃的冷空气与界面蒸发管101排出的湿空气(无盐水蒸汽)进行混合，将混合空气温度降低至3℃～5℃，湿空气中的水分在瞬间降温的作用下，形成无盐水，由无盐水收集装置(捕积器)完成收集输送至无盐水罐，完成稠油采出水的无盐化处理，产生的无盐水在回用锅炉前由涡流管形成的热空气进行换热提温，可以减少锅炉燃料消耗。空气循环冷却塔由于湿蒸汽的突然降温形成负压，将水箱100下方的热空气通过界面蒸发管101抽吸进管件内部进行循环，通过界面蒸发管101的空气流速控制在3m/s～6m/s。本实施例中，稠油采出水除盐工艺中，水循环由离心泵提供动力，空气循环动力由涡流管分离出的高压冷、热空气提供。本实施例通过排水口水质、蒸发空气温度、无盐水产量等多个参数协同调节进口水量和排水量，确保***在变工况下平稳运行。
本实施例用于稠油采出水除盐的界面蒸发***在设计上保障了工程应用的便利性、经济性、可靠性，同时也通过压力差、温度差、空气密度差为***运行提供了低成本的空气流动力，降低了***运行费用，满足高效、低碳、变工况稠油采出水除盐。本发明解决了采出水除盐工艺流程长、能耗高，传统除盐工艺技术设备投资高、运行费用高，无法保证稠油采出水低成本除盐等问题，本发明不需要进行除硅，不用蒸汽压缩循环等设备，大大提高稠油采出水除盐的经济效益，实现了低碳、绿色完成稠油采出水除盐水满足锅炉运行指标。本发明实现了高温稠油采出水高效、快速的浓缩及无盐水的制备。本发明所使用的设备成熟可靠，抗冲击能力强，占地面积小，自动化程度高。
还需说明的是，稠油采出水自带大量热能，普遍温度60℃～90℃，具备界面蒸发过程不依赖于太阳能的基本条件，可实现全天候蒸发除盐。
另外，在太阳能光热充足的时间段，热空气发生源也可采用空气介质的光热集热***，将常温空气加热提温20℃～30℃，辅助以涡流管，热空气从水箱100下方进入界面蒸发管101中，在管束内壁完成蒸发、换热后，由管束上部流出，利用光热资源提高界面蒸发运行效率。
本发明实施例提供了一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发方法，包括：将稠油采出水通过进水口a输送至水箱100内，界面蒸发管101将稠油采出水通过渗流和毛细作用输送至界面蒸发管101内壁，在界面蒸发管101内壁形成一层无盐蒸发水层；利用热空气供应单元2向每根界面蒸发管101的下端输送热空气，无盐蒸发水层与界面蒸发管101内部流动的热空气进行蒸发换热后，从界面蒸发管101的上端呈无盐水蒸气状态输出；无盐水蒸气输入至空气循环冷却塔3内，空气循环冷却塔3将无盐水蒸气冷凝形成无盐水。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，其特征在于，包括：
界面蒸发组件(1)，其包括水箱(100)和若干界面蒸发管(101)，所述水箱(100)上设置有进水口(a)和出水口(b)，若干所述界面蒸发管(101)阵列密封插设在所述水箱(100)中，且每根所述界面蒸发管(101)的上端和下端分别贯穿所述水箱(100)的顶部和底部；
热空气供应单元(2)，其用于向每根所述界面蒸发管(101)的下端输送热空气；
空气循环冷却塔(3)，其输入端与每根所述界面蒸发管(101)的上端连通，用于将无盐水蒸气冷凝形成无盐水。
2.根据权利要求1所述的一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，其特征在于，所述热空气供应单元(2)包括设置在所述水箱(100)正下方的网格状管网，所述网格状管网的热空气输入孔(c)连接有热空气发生源，所述网格状管网相互连通且管网节点处的顶部开设有热空气输出孔(d)。
3.根据权利要求2所述的一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，其特征在于，若干所述网格状管网的热空气输出孔(d)与若干所述界面蒸发管(101)的下端一一正对设置。
4.根据权利要求2所述的一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，其特征在于，所述热空气发生源采用涡流管，所述涡流管的热端与所述网格状管网的热空气输入孔(c)连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，其特征在于，所述空气循环冷却塔(3)内的冷空气通过所述涡流管的冷端供应。
6.根据权利要求2所述的一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，其特征在于，所述网格状管网距所述水箱(100)底部的距离为0.4m～0.6m。
7.根据权利要求6所述的一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，其特征在于，所述网格状管网的热空气输出孔(d)输出的空气温度为80℃～85℃。
8.根据权利要求1所述的一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，其特征在于，所述空气循环冷却塔(3)的输入端与每根所述界面蒸发管(101)的上端通过喇叭口状的空气循环管连通，所述喇叭口状的空气循环管的大径端罩设在所述水箱(100)的顶部，所述喇叭口状的空气循环管的小径端延伸至所述空气循环冷却塔(3)。
9.根据权利要求1所述的一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，其特征在于，所述空气循环冷却塔(3)内设置有无盐水收集装置，用于收集冷凝形成的无盐水。
10.一种用于稠油采出水除盐的界面蒸发方法，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的用于稠油采出水除盐的界面蒸发***，包括：
将稠油采出水通过所述进水口(a)输送至所述水箱(100)内，所述界面蒸发管(101)将稠油采出水通过渗流和毛细作用输送至界面蒸发管(101)内壁，在界面蒸发管(101)内壁形成一层无盐蒸发水层；
利用所述热空气供应单元(2)向每根所述界面蒸发管(101)的下端输送热空气，无盐蒸发水层与界面蒸发管(101)内部流动的热空气进行蒸发换热后，从界面蒸发管(101)的上端呈无盐水蒸气状态输出；
无盐水蒸气输入至所述空气循环冷却塔(3)内，所述空气循环冷却塔(3)将无盐水蒸气冷凝形成无盐水。
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2023
- 2023-10-19 CN CN202311360296.3A patent/CN117486287A/zh active Pending
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