一种油田伴生气回收装置的制作方法

本实用新型涉及一种油田伴生气回收装置，属于天然气水合物应用技术领域。

背景技术：

油田伴生气又称油田气，通常指与石油共生的天然气，主要成分是甲烷、乙烷等低分子烷烃，还有一定数量的丙烷、丁烷、戊烷等。对于井场布置分散，分布区域广的油田伴生气，由于管道投资较大、铺设较难，其回收利用的难度非常大，发展非管输供气方案，无疑对油气田提高伴生气产量、节能减排具有极大的帮助。

目前，主要的非管输供气方案主要有压缩天然气(CNG)及液化天然气(LNG)两种。另外一方面，随着天然气水合物(NGH)相关技术的研究逐步成熟，采用NGH技术进行天然气储运不仅可极大地减少天然气体积，而且固体储运法具有很大的便捷性，为天然气储运提供了全新的方式。

NGH技术对生产设备的要求不高，生产成本低，储存的条件相对较易实现，在水合物状态下储存天然气的设备不需要承受高压，且NGH本身的热导率为18.7W/(m·℃)，比一般的隔热材料(27W/(m·℃)左右)还低，不需特别的绝热措施，储罐可用普通钢材制造，对材料要求不高，而且储存和运输过程中安全性是相对最高的，充分显示了天然气水合物的发展潜力和诱人前景。

因此，结合水合物法，设计一种油田伴生气回收装置，实现不同生产运行工况下油田伴生气的经济高效回收，对于提高油气田伴生气产量、保护环境具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种油田伴生气回收装置，用于回收零散、偏远且气量较小的油田气，解决部分边远油田的伴生气难以回收而造成大量的资源浪费问题。该装置能实现进口油田伴生气净化处理、水合物快速生成以及水合物生成量的控制，保证水合物合成反应顺利、高效进行。

本实用新型主要解决了以下几个问题：

(1)通过低温分离器结构改进设计，油田伴生气在初级分离、低温冷却后进入低温分离器，经S型折流板、捕集网进行重烃初级脱除，在第一、第二、第三分离腔内完成重烃三段脱除。

(2)制冷单元设计第一制冷系统、第二制冷系统，通过数据监控单元调节并控制各管路中的冷剂流量，为重烃脱除单元、水合反应单元提供足够冷量。

(3)结合现场生产工艺，集成脱重烃、增压、储液、水合反应、水合物浆液外输处理及制冷单元为一体的撬装装置，实现水合物连续、经济、高效生产。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下。

一种油田伴生气回收装置包括脱重烃单元1、增压单元2、储液单元3、水合反应单元4、水合物浆液外输处理单元5、制冷单元6、第一流量计7、数据监控单元8；

所述的脱重烃单元1包括伴生气进气管9、初级分离器10、第一排油管11、第一排气管12、换热器13、冷媒管14、第二排气管15、低温分离器16、第二排油管17、第三排气管18；

所述的增压单元2包括过滤器19、增压装置20、第二流量计21、第四排气管22；

所述的初级分离器10与伴生气进气管9、第一排油管11、第一排气管12连接，所述的换热器13与第一排气管12、第二排气管15连接，通过冷媒管14与制冷单元6连接，所述的低温分离器16与第二排气管15、第二排油管17、第三排气管18连接，所述的第三排气管18依次与过滤器19、增压装置20、第二流量计21、第四排气管22连接，所述的水合反应单元4与第四排气管22、水合物浆液外输处理单元5、制冷单元6连接，通过第一流量计7与储液单元3连接，所述的数据监控单元8对水合反应单元4、水合物浆液外输处理单元5、制冷单元6、第一流量计7、第二流量计21进行监控。

进一步的，所述的低温分离器16包括第一进气口34、S型折流板35、第二进气口36、捕集网37、第一分离腔38、第二分离腔39、第三分离腔40、分离排气口41、排液管42、第一分离导向环路43、第一出气口44、第一出液口45、第二分离导向环路46、第二排气口47、第二出液口48、第三分离导向环路49；

所述的低温分离器16分为上、下两个腔室，所述的下腔室设有第一进气口34、S型折流板35、第二进气口36，所述的第二进气口36设有捕集网37，所述的上腔室包括第一分离腔38、第二分离腔39、第三分离腔40，所述的第一分离腔38设有第一分离导向环路43、第一出气口44、第一出液口45，所述的第二分离腔39设有第二分离导向环路46、第二排气口47、第二出液口48，所述的第三分离腔40设有第三分离导向环路49、分离排气口41、排液管42。

进一步的，所述的增压装置20可采用井场低压联动式抽气装置、站内压缩机。

进一步的，其特征在于：所述的储液单元3设于地表以下1.2～2m处。

进一步的，所述的水合反应单元4安装高度为3～7m。

进一步的，所述的水合物浆液外输处理单元5安装高度为3～7m。

进一步的，所述的制冷单元6包括第一制冷系统23、第二制冷系统24、压缩机25、冷却器26、缓冲罐27；

所述的压缩机25、冷却器26、缓冲罐27依次连接，所述的缓冲罐27分别与第一制冷系统23、第二制冷系统24连接，所述的第一制冷系统23包括流量调节阀28、第一节流阀29、第二缓冲罐30、排气阀31、排液阀32，所述的流量调节阀28、第一节流阀29、换热器13、第二缓冲罐30依次连接，所述的第二缓冲罐30与排气阀31、排液阀32连接，所述的第二制冷系统24包括第二节流阀33，所述的第二节流阀33与水合反应单元4连接。

该实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型主要针对不具备管道设施或不值得铺设管线的零散、偏远油田，设计一种油田伴生气回收装置，实现油田伴生气的经济高效回收。

(2)进行低温分离器结构改进设计，通过多段分离，实现气相中重组分的高效脱除。

(3)结合现场生产工艺，集成脱重烃、增压、储液、水合反应、水合物浆液外输处理及制冷单元为一体的水合物撬装生产装置，具有占地面积小、适用范围广、投资运行成本低等特点。

附图说明

图1是本实用新型实施例中油田伴生气回收装置示意图。

图2是本实用新型实施例中油田伴生气回收工艺流程图。

图3是本实用新型实施例中制冷单元工艺流程图。

图4是本实用新型实施例中低温分离器主视图。

图5是本实用新型实施例中低温分离器左视图。

图6是本实用新型实施例中低温分离器俯视图。

图7是本实用新型实施例中井场低压联动式抽气装置示意图。

图8是本实用新型实施例中油田伴生气脱重烃单元示意图。

图9是本实用新型实施例中水合物合成工艺流程图。

图10是本实用新型实施例中油田伴生气水合物合成单元示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本实用新型。

实施例

本实施例中，图1是本实用新型实施例中油田伴生气回收装置示意图，图2是本实用新型实施例中油田伴生气回收工艺流程图。油田伴生气回收装置包括脱重烃单元1、增压单元2、储液单元3、水合反应单元4、水合物浆液外输处理单元5、制冷单元6、第一流量计7、数据监控单元8；

所述的脱重烃单元1包括伴生气进气管9、初级分离器10、第一排油管11、第一排气管12、换热器13、冷媒管14、第二排气管15、低温分离器16、第二排油管17、第三排气管18；

所述的增压单元2包括过滤器19、增压装置20、第二流量计21、第四排气管22；

所述的初级分离器10与伴生气进气管9、第一排油管11、第一排气管12连接，所述的换热器13与第一排气管12、第二排气管15连接，通过冷媒管14与制冷单元6连接，所述的低温分离器16与第二排气管15、第二排油管17、第三排气管18连接，所述的第三排气管18依次与过滤器19、增压装置20、第二流量计21、第四排气管22连接，所述的水合反应单元4与第四排气管22、水合物浆液外输处理单元5、制冷单元6连接，通过第一流量计7与储液单元3连接，所述的数据监控单元8对水合反应单元4、水合物浆液外输处理单元5、制冷单元6、第一流量计7、第二流量计21进行监控。

油田伴生气通过以下步骤进行回收：

S1、伴生气脱除重烃

伴生气经伴生气进气管9进入初级分离器10进行初分离，分离杂质经第一排油管11排出，气相经第一排气管12、换热器13、第二排气管15进入低温分离器16进行重烃脱除；

S2、伴生气增压

脱除重烃后的伴生气经第三排气管18在过滤器19过滤后进入增压装置20进行增压，在第二流量计21计量后经第四排气管22进入水合反应单元4；

S3、伴生气合成水合物浆体

第二节流阀33出来的冷流体进入水合反应器夹层为水合反应提供冷量，储液罐3内的水进入水合反应单元4，与增压后的伴生气进行水合反应，数据监控单元8收集来自第一流量计7、第二流量计21、水合反应单元4、水合物浆液外输处理单元5、制冷单元6的温度、压力、流量等相关数据，采用水合物生成控制方法进行生产运行参数控制；

S4、水合物浆体加工处理

水合物浆体自水合反应器4进入水合物浆液外输处理单元5进行脱水处理，脱除大部分水的浆体进入外输系统。

步骤S3所述的水合物生成控制方法包括以下步骤：

K1、建立水合物热力学模型，进行水合物形成条件预测

K11、在PVTsim软件中选择预测水合物形成条件的状态方程，输入气体组分完成流体包建立；

K12、选择水合物预测模块，预测不同压力下水合物形成的温度条件，并导出流体包；

K13、改变气体组分，完成不同气体组分的水合物形成条件预测，并完成流体包的导出；

K2、建立水合物动力学模型，进行水合物成核、生长模拟，预测水合物的生成速率、生成量以及水合物浆液粘度

K21、根据水合物合成装置具体的结构尺寸利用OLGA软件建立相似的管道模型，并添加水合物生成预测模块；

K22、在OLGA软件中导入PVTsim软件建立的流体包，输入水合物生成的压力、温度曲线数据；

K23、在管道起点定义气液的进口流量与温度，管道终点定义水合物合成装置的运行压力，模拟在1h、2h、……、Nh内水合物合成装置中水合物的生成速率、生成量以及水合物浆液粘度变化情况；

K24、改变液气比，模拟装置中水合物生成速率、生成量以及水合物浆液粘度变化情况；

K25、分别改变管道起点的气液流量、温度、管道终点压力，重复步骤K23、K24，模拟不同工况下水合物合成装置中水合物的生成速率、生成量以及水合物浆液粘度的变化情况；

K26、将不同工况下的气体流量、液体流量、压力、温度以及反应时间存入输入层对应的数据表，与之对应的水合物的生成速率、生成量以及水合物浆液粘度存入输出层对应的数据表；

K27、改变OLGA软件中的流体包，输入该流体包对应的水合物生成压力、温度曲线数据，模拟不同气质组分下的水合物生成速率、生成量以及水合物浆液粘度的变化情况；

K28、重复步骤K23、K24、K25，完成不同气质组分在不同工况下水合物合成装置中水合物生成速率、生成量及水合物浆液粘度的变化情况模拟，同时重复步骤K26完成数据统计；

K3、建立BP神经网络，形成水合物生成速率、生成量以及水合物浆液粘度的预测公式

K31、使用MATLAB人工神经网络工具箱建立一个具有隐含层的前馈BP神经网络，包括输入层、中间层、输出层3层结构，其中，输入层包括气体流量、液体流量、水合反应压力、温度以及反应时间5个神经元，输出层包括水合物生成速率、生成量以及水合物浆液粘度3个神经元；

K32、分别导入输入层与输出层对应的数据，选择合适的激励函数，完成人工神经网络训练，通过权值、阀值以及激励函数转换得到水合物生成速率、水合物生成量以及水合物浆液粘度的预测公式；

K33、重复步骤K32，对不同气体组分的水合物生成速、生成量以及水合物浆液粘度进行训练、学习，得到不同气体组分的水合物生成速率、生成量及水合物浆液粘度的预测公式。

K4、通过以上计算，结合水合物监控管理系统，进行水合物合成工艺控制管理

K41在水合反应监控面板上输入天然气气体组分、水合物生成速率最小允许值、水合物浆液粘度最大允许值、最大允许压力、最低允许温度，水合反应监控系统调出气质组分最为接近的水合反应预测公式，计算不同气体流量、液体流量、反应温度、反应压力下的不同时间内水合物的生成速率、水合物生成量以及水合物浆液粘度；

K42、水合反应监控系统根据天然气流量计计量的数据选择预测结果中水合物生成速率最大的数据为生产参数，控制水合物合成装置的进液量、压力以及温度；

K43、根据水合物合成装置的压力、温度变化情况，水合反应监控系统实时显示水合物生成速率、生成量以及水合物浆液粘度，并依据水合物生成速率最大原则选取最优参数调节水合物合成装置的生产参数；

K44、根据水合物运输罐的容量大小、预测的水合物生成量进行水合物装罐的时间控制。

图3是本实用新型实施例中制冷单元工艺流程图，制冷单元6包括第一制冷系统23、第二制冷系统24、压缩机25、冷却器26、缓冲罐27；

所述的压缩机25、冷却器26、缓冲罐27依次连接，所述的缓冲罐27分别与第一制冷系统23、第二制冷系统24连接，所述的第一制冷系统23包括流量调节阀28、第一节流阀29、第二缓冲罐30、排气阀31、排液阀32，所述的流量调节阀28、第一节流阀29、换热器13、第二缓冲罐30依次连接，所述的第二缓冲罐30与排气阀31、排液阀32连接，所述的第二制冷系统24包括第二节流阀33，所述的第二节流阀33与水合反应单元4连接。

制冷单元中，气体经压缩机25增压后经冷却器26冷却后进去缓冲罐27，缓冲罐出来的气体经流量调节阀28调节后部分进入第一制冷系统23、部分进入第二制冷系统24。第一制冷系统23中，气体经第一节流阀29节流后为换热器13提供冷量，第二制冷系统24中的气体与来自第一制冷系统23的制冷剂混合后经第二节流阀33节流制冷，为水合反应单元4提供冷量。

图4～图6分别是本实用新型实施例中低温分离器主视图、左视图、俯视图。低温分离器16包括第一进气口34、S型折流板35、第二进气口36、捕集网37、第一分离腔38、第二分离腔39、第三分离腔40、分离排气口41、排液管42、第一分离导向环路43、第一出气口44、第一出液口45、第二分离导向环路46、第二排气口47、第二出液口48、第三分离导向环路49；

所述的低温分离器16分为上、下两个腔室，所述的下腔室设有第一进气口34、S型折流板35、第二进气口36，所述的第二进气口36设有捕集网37，所述的上腔室包括第一分离腔38、第二分离腔39、第三分离腔40，所述的第一分离腔38设有第一分离导向环路43、第一出气口44、第一出液口45，所述的第二分离腔39设有第二分离导向环路46、第二排气口47、第二出液口48，所述的第三分离腔40设有第三分离导向环路49、分离排气口41、排液管42。

降温后的伴生气首先进入低温分离器16的下腔室，经S型折流板35、捕集网37进行初级低温分离，然后依次通过第一分离腔38、第二分离腔39、第三分离腔40，经第一分离导向环路43、第二分离导向环路46、第三分离导向环路49完成重烃三段脱除，液相经排液管42排出，脱除重烃后的伴生气经分离排气口41排出。

图7是本实用新型实施例中井场低压联动式抽气装置示意图。增压装置20根据现场生产工艺的不同而有所区别，可以采用井场的低压联动式抽气装置或站内压缩机。在井场工艺中，一般采用如图7所示的井场低压联动式抽气装置进行伴生气增压，在增压点或联合站等站点处一般采用站内压缩机进行伴生气增压。

图8是本实用新型实施例中油田伴生气脱重烃单元示意图，集成初级分离器10、制冷单元6、低温分离器16为一体的撬装模块。

图9是本实用新型实施例中水合物合成工艺流程图，图10是本实用新型实施例中油田伴生气水合物合成单元示意图。集成储液单元3、水合反应单元4、水合物浆液外输处理单元5为一体的撬装模块。所述的储液单元3设于地表以下1.2～2m处；所述的水合反应单元4安装高度为3～7m；所述的水合物浆液外输处理单元5安装高度为3～7m，储液单元3内的水经输水泵进入水合反应单元4，生成的水合物浆体通过自流方式进入水合物浆液外输处理单元5。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。