利用油气水分离器分离出的流体综合发电的方法和装置的制作方法

专利名称：利用油气水分离器分离出的流体综合发电的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到油田分离器的油气水分离和利用分离出口的高压流体驱动发电机发电，尤 其是涉及利用分离器分离出的高压高热能水和髙压气体，利用它们的机械能、热能和压能推 动水轮机和蒸汽透平机进行综合发电的方法及其装置。
背景技术：
分离器概念重力式油气水分离器是把地层产出的油气水三相混合物，依靠它们之间的 密度差，在重力分异作用下将它们分离成油，水和天然气的容器。分离器还包括各种依靠离心力进行分离的装置，如水力旋流分离器，旋风分离器等，旋 流分离器的一种。旋流分离技术是一种髙效节能分离技术，包括旋流分离器、流程系统、泵 送系统和检测控制系统。它的关键部分是旋流分离器,简称旋流器。混合物从切向进口以一定 的压力或速度注入旋流分离器，从而在旋流分离器内高速旋转，产生离心力场。在离心力的 作用下，密度大的相被甩向四周，并顺着壁面向下运动，作为底流排出；密度小的相迁移到 中间并向上运动，最后作为溢流排出，从而达到分离的目的。工作原理是料液由圆筒部分以 切线方向进入，作旋转运动而产生离心力，下行至圆锥部分更加剧烈。料液中的固体粒子或 密度较大的液体受离心力的作用被抛向器壁，并沿器壁按螺旋线下流至出口 (底流)。澄清 的液体或液体中携带的较细粒子则上升，由中心的出口溢流而出。优点是(1)构造筒单， 无活动部分；(2)体积小，占地面积也小；(3)生产能力大；(4)分离的颗粒范围较广。 但分离效率较低。常采用几级串联的方式或与其他分离设备配合应用，以提高其分离效率。这些依靠液体离心力不同进行分离的分离器， 一般作为油田刚投产时使用，它的处理效 果好，但处理量有限，且价格高，目前也常与重力式分离器搭配使用。重力式分离器的应用油气分离器和油气水三相分离器在油田接转站和联合站中有着广 泛的应用。分离器要能保持良好的分离效果，需要对其液位和压力进行控制，以及一些分离 器的附属安全和控制设备。传统的分离器液位和压力的控制采用定压控制技术，即通过外接气罐，根据分离器内压 力大小，调节进出气阀门的开度，使分离器内压力维持在一个具体的压力值， 一般适用于产 气量小的油田，地层产出物主要是油和水。对于在分离器的变压力液面控制中，利用浮子液面控制器带动油和气调节阀，使其联合 动作，控制原油和天然气的液量，完成对分离器中液位的调节，而不对分离器的压力进行控 制。变压力的液面控制方法可以最大程度地减小油气出口阀的节流，减小分离器的压力，提 高分离效果。(一)传统分离器液位和压力的控制 1. 1油气两相分离器油气两相分离器将油气混合物来液分离成单一相态的原油和天然气，压力由天然气出口 处的压力控制阀控制，液面由控制器控制的出油阀出水阀调节。天然气出口处的压力控制阀通常是自力式调节阀或配套压力变送器、控制器、气源的气动 薄膜调节阀等。出油阀通常为配套液位传感器、控制器、气源的气动薄膜调节阀或浮子液面 调节器操纵的出油调节阀等。有的油气两相分离器是用气动薄膜调节阀控制分离器的压力， 用浮子液面调节器操纵出油阀控制分离器液面。 1.2油气水三相分离器油气水三相分离器在油井产物进行气液分离的同时，还能将原油中的部分水分离出来。 随着油田的开发，油井产出液的含水量逐渐增多，三相分离器的应用也逐渐增多。结构不同， 三相分离器的控制方法也不同。两种典型分离器的控制原理如下(1) 油气水混合物进入分离器后，进口分流器把混合物大致分成汽液两相，液相进入集液部分。 集液部分有足够的体积使自由水沉降至底部形成水层，其上是原油和含有较小水滴的乳状油 层。原油和乳状油从挡板上面溢出。挡板下游的油面由液面控制器操纵出油阀控制于恒定的 高度。水从出水口排出，油水界面控制器操纵排水阀的开度，使油水界面保持在规定的高度。 分离器的压力由设在天然气管线上的阀门控制，使分离器在稳定的压力下工作。(2) 分离器内设有油池和挡板。原油自挡板溢流至油池，油池中油面由液面控制器操纵的出油 阀控制。水室的液面由液面控制器操纵的出水阀控制。挡板的高度是可以根据不同时期产出 液体中油水的比例调节高度，使油水分离更加充分。(二)传统分离器液位和压力控制。分离器定压控制中，天然气管线上的压力控制阀对天然气进行一定程度的节流，以保证 分离器内压力的稳定。气量减小或者气出口处压力降低时，阀门节流程度增加；反之，阔门 节流程度减小。分离器液面控制中，油水出口阀门也对液体进行节流。液量增大时，节流程度减小；液 量小时，节流程度加强，以使液面保持稳定。为保证液量较大的情况下能够正常排液，分离器具有较高的压力。但是在液量减小时， 必须通过油水出口阀对液体节流，使液面稳定。因此生产中，分离器一般在较高的压力下工 作，液相阔门处于节流状态。分离器压力内过高影响分离器的进液，使中转站或计量站的输出口以及井口回压增高， 不利于输油。目前，我国的油井多为机械采油，井口回压升高，增加了采油的能源消耗。此 外，在较高压力下油中含有的饱和溶解气，在出油阀节流后，压力下降时，从油中分离出来， 易使下游流程中的油泵产生气浊。因此较高的分离器压力不但影响油气的分离效率，增加生 产能耗，而且影响安全生产。 (三)变压力液面控制浮子液面控制器带动两个调节阀， 一个调节阀控制天然气，另一个调节阀控制原油，实 现原油和天然气出口处阀门的联合调节。当浮子上升时，连杆机构使气路调节阀的开口减小， 油路调节阀的开口增大；反之，当浮子下降时，连杆机构将使气路调节阀的开口增大，油路 调节阀的开口减小。通过改变调节阀的开度，改变天然气和原油的相对流量，对分离器的液 面进行控制。这种控制方法不对分离器的压力进行定值控制，分离器的压力为天然气出口处 或液体出口处的压力与天然气调节阀或液体调节阀前后的压力差之和。当气量和液量以及分 离器下游压力变化时，分离器的压力是变化的，所以这种控制方法为变压控制。 3.1变压力液面控制在油气两相分离器中的应用进出油气分离器的液量和气量不变时，液面稳定在某一位置上；当进入分离器的液量或 气量发生变化，而使液面上升时，浮子连杆机构将使天然气调节阀的开口关小，原油调节阀 的开口开大，使排气量减小而排液量增大，直到进出分离器的液量和气量相等时，液面将重 新稳定在一个较原来高的位置上；当进入分离器的液量或气量发生变化，而使液面下降时， 浮子连杆机构将使天然气调节阀的开口开大，原油调节阀的幵口关小，使排气量增大而排液 量减小，直到进出分离器的液量和气量相等时，液面将重新稳定在一个较原来低的位置上。 这样随着进入分离器的液量或气量发生变化，浮子连杆机构带动调节阀产生相应的动作，从 而使液面保持相对稳定。3.2变压力液面控制在油气水三相分离器中的应用(1) 变压力液面控制在油气水三相分离中的应用。原油液面的控制与油气分离器的液面控制相 同，油水界面由油水界面控制器操纵的排水阀控制。(2) 变压力液面控制在油气水三相分离器中的应用。油池的液面由其液面控制器操纵的原油调 节阀和天然气调节阀控制，水池的液面由其液面控制器操纵的出水调节阀和天然气调节阀控制。分离器还有各种安全设备，液位安全开关设备有油水界面液位高开关(Nl-2),分离器 液位高高开关(SI-2)和液位低低开关(S2-3);压力安全开关设备有分离器压力高/低开 关(T)，分离器压力高高开关和压力低低开关；以及保护分离器的压力安全阀(Fl)和压力 安全元件(F2)，当分离器压力高于某一设定值时，压力安全阀和压力安全元件将打开泄压；分离器的内部结构包括分离器入口折流板(X)，目的是改变流体的流向，并且能够将气体从液相中分离出来；分离器整流板(D):作用是使液体在分离器的流速均匀，不至于由于入口液体的进入而 引起分离器内液面太大波动，减小分离器液面波动对油水分离的影响；分离器天然气出口除雾器(U):防止天然气带走轻质油等小液滴，提高轻质油的回收率， 同时减轻天然气下游设备的负担；分离器油、水出口破涡器(Y):作用是防止引起旋涡，影响上部油水的分离；分离器人孔(M卜2):人孔是维修人员进入分离器的通道；分离器挡板(Q):处于上部的油和油水乳状液越过挡板进入油槽，从而将油水分开； 分离器加热盘管(J， H):作用是给分离器内油水混合物加热，降低原油的粘度，提高油 水分离效果；分离器罐底还有两排冲沙管线(1)，当分离器内聚集了一定量的沙子等固体沉淀物时， 外部的泵为冲沙管提高高压水，从冲沙管喷射出高速射流水，将沉积的固体物冲起来，通过 打开排渣口 (Kl-5)，让沉积物从排渣口排出，减小固体沉淀物占用分离器的体积，延长油水 混合物在分离器内的停留时间，提高分离器的效率。从目前海上石油生产平台的统计数据来看，大约有90%的平台都使用重力式油气水三相 分离器来进行油气水的分离，这主要是因为重力式分离器处理液量大，操作简单，价格便宜， 分离效果好等；不同类型的油气藏可以使用不同的分离器控制方式来达到最优的分离效果； 一般地层产出液经过一级油气水三相分离和二级油水进一步分离后，水中的含油浓度便能达 到各国政府所允许的排放标准，处理的水便直接排入大海，分离出的油气便分别通过管线输 送到油轮或陆地终端作进一步处理。如果产气量比较小，气体经过处理后将排入大气。我们知道，不论是定压力控制变压力液面控制，油井产出液都具有很高的压力，因此， 为了让产出液在分离器内有足够的停留时间进行分离，分离器在水端出口，油端出口和气体 出口都安装了控制液位的流量控制阀，这些阀门根据分离器内油水液位的高度和压力实现自动控制，来调节阀门的开度控制油气水的流量，防止油气水过快地从分离器中流出。这样有 大量的能量便消耗在控制阀上，压能没有得到利用，特别是对于气田，往往气体具有很高的 能量。随着油田开发进入中后期，产液量大大增加，每天产水可达到几万立方米，有些油田甚 至达到几十万立方米，这些液体进入分离器本身具有很高的压力，对于海上油田，分离器安 装位置离海面大约有五十米高的位差，因此，如果我们在离海面最近的甲板安装水利发电机， 依靠处理水所具有的巨大势能，推动发电机发电，发电机所产生的电量将可以相当一座中小 型水电站所能发出的电量。对于气田，气体都具有很高的压能和热能，目前的控制方式是通过减压阀，然后输送到 管道，这样大部分能量就消耗在减压阀上。我们可以安装透平机取代减压阀，天然气流经透 平时，其流量、压力是经过透平静叶角度无级调节改变的，可以随时控制天然气压力在一个 很小的波动范围内，例如高炉煤气余压透平发电装置， 一般可以控制高炉炉顶压力正常时在士3kPa左右，甩负荷时在士3kPa左右； 一般减压阀组控制高炉炉顶压力在10~20kPa左右， 使得炉顶压力相对稳定，提高高炉利用系数从而提高高炉产量，我们可以借鉴这种方法来调 节分离气的流量，从而可以提高分离器的效率； 发电机是将机械能转变成电能的电机。发电机的结构及工作原理发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。 转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。 由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线 的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。发电机工作原理是 主磁场的建立励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。
载流导体三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。
切割运动原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能)，极性相间的励磁磁场随轴一起旋 转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。 交变电势的产生由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大 小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的 一般原则是用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。 发电机的分类可归纳如下发电机{直流发电机、交流发电机{同步发电机、异步发电机(很少采用)发电机分为直流发电机和交流发电机两大类。后者又可分为同步发电机和异步发电机两 种。现代发电站中最常用的是同步发电机。这种发电机的特点是由直流电流励磁，既能提供有 功功率，也能提供无功功率，可满足各种负载的需要。异步发电机由于没有独立的励磁绕组， 其结构简单，操作方便，但是不能向负载提供无功功率，而且还需要从所接电网中汲取滞后 的磁化电流。因此异步发电机运行时必须与其他同步电机并联，或者并接相当数量的电容器。 这限制了异步发电机的应用范围，只能较多地应用于小型自动化水电站。城市电车、电解、 电化学等行业所用的直流电源，在20世纪50年代以前多釆用直流发电机。但是直流发电机 有换向器，结构复杂，制造费时，价格较贵，且易出故障，维护困难，效率也不如交流发电 机。故大功率可控整流器问世以来，有利用交流电源经半导体整流获得直流电以取代直流发 电机的趋势。同步发电机按所用原动机的不同分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机3种。它们结构上的共同点是除了小型电机有用永久磁铁产生磁场以外， 一般的磁场都是由通直流电的 励磁线圈产生，而且励磁线圈放在转子上，电枢绕组放在定子上。因为励磁线圈的电压较低，功率较小，又只有两个出线头，容易通过滑环引出；而电枢绕组电压较高,功率又大，多用三 相绕组,有3个或4个引出头，放在定子上比较方便。发电机的电枢(定子)铁心用硅钢片叠成， 以减少铁耗。转子铁心由于通过的磁通不变，可以用整体的钢块制成。在大型电机中，由于 转子承受着强大的离心力，制造转子的材料必须选用优质钢材。汽轮发电机与汽轮机配套的发电机。为了得到较高的效率，汽轮机一般做成高速的， 通常为3000转/分(频率为50赫)或3600转/分(频率为60赫)。高速汽轮发电机为了减 少因离心力而产生的机械应力以及降低风摩耗，转子直径一般做得比较小，长度比较大，即 采用细长的转子。特别是在3000转/分以上的大容量高速机组，由于材料强度的关系，转子 直径受到严格的限制， 一般不能超过1.2米。而转子本体的长度又受到临界速度的限制。当 本体长度达到直径的6倍以上时,转子的第二临界速度将接近于电机的运转速度，运行中可能 发生较大的振动。所以大型高速汽轮发电机转子的尺寸受到严格的限制。io万千瓦左右的空 冷电机其转子尺寸已达到上述的极限尺寸，要再增大电机容量,只有靠增加电机的电磁负荷来 实现。为此必须加强电机的冷却。所以5 10万千瓦以上的汽轮发电机都采用了冷却效果较 好的氢冷或水冷技术。70年代以来，汽轮发电机的最大容量已达到130 150万千瓦。从1986年以来，在高临界温度超导电材料研究方面取得了重大突破。超导技术可望在汽轮发电机中 得到应用，这将在汽轮发电机发展史上产生一个新的飞跃。水轮发电机由水轮机驱动的发电机。由于水电站自然条件的不同，水轮发电机组的容 量和转速的变化范围很大。通常小型水轮发电机和冲击式水轮机驱动的高速水轮发电机多采 用卧式结构，而大、中型代速发电机多采用立式结构。由于水电站多数处在远离城市的地方, 通常需要经过较长输电线路向负载供电，因此，电力系统对水轮发电机的运行稳定性提出了 较高的要求电机参数需要仔细选择；对转子的转动惯量要求较大。所以，水轮发电机的外 型与汽轮发电机不同，它的转子直径大而长度短。水轮发电机组起动、并网所需时间较短， 运行调度灵活,它除了一般发电以外，特别适宜于作为调峰机组和事故备用机组。水轮发电机 组的最大容量已达70万千瓦。水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。早在公元前100年前后，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加 工器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水 库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过 尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受 到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转 轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是 压力能的转换。冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。斜击式水轮机的 结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向 进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转 轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以 倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。轴流式、贯流式和斜流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。定桨式的转轮叶片 是固定的；转桨式的转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动，以适应水头和负荷的变化。各种类型的反击式水轮机都设有进水装置，大、中型立轴反击式水轮机的进水装置一般 由蜗壳、固定导叶和活动导叶组成。蜗壳的作用是把水流均匀分布到转轮周围。在反击式水轮机中，水流充满整个转轮流道，全部叶片同时受到水流的作用，所以在同样的水头下，转轮直径小于冲击式水轮机。它们的最高效率也高于冲击式水轮机，但当负荷 变化时，水轮机的效率受到不同程度的影响。反击式水轮机都设有尾水管，其作用是回收转轮出口处水流的动能；把水流排向下游; 当转轮的安装位置高于下游水位时，将此位能转化为压力能予以回收。对于低水头大流量的 水轮机，转轮的出口动能相对较大，尾水管的回收性能对水轮机的效率有显著影响。轴流式水轮机适用于较低水头的电站。在相同水头下，其比转数较混流式水轮机为高。 轴流定桨式水轮机的叶片固定在转轮体上，叶片安放角不能在运行中改变，效率曲线较陡， 适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化的电站。轴流转桨式水轮机是奥地利工程师卡普兰在1920年发明的，故又称卡普兰水轮机。其转 轮叶片一般由装在转轮体内的油压接力器操作，可按水头和负荷变化作相应转动，以保持活 动导叶转角和叶片转角间的最优配合，从而提高平均效率，这类水轮机的最高效率有的已超 过94%。贯流式水轮机的导叶和转轮间的水流基本上无变向流动，加上采用直锥形尾水管，排流 不必在尾水管中转弯，所以效率高，过流能力大，比转数高，特别适用于水头为3 20米的 低水头电站。这种水轮机装在潮汐电站内还可以实现双向发电。这种水轮机有多种结构，使 用最多的是灯泡式水轮机。灯泡式机组的发电机装在水密的灯泡体内。其转轮既可以设计成定桨式，也可以设计成 转桨式。世界上最大的灯泡式水轮机(转桨式)装在美国的罗克岛第二电站，水头12.1米，转 速为85.7转/分，转轮直径为7.4米，单机功率为54兆瓦，于1978年投入运行。混流式水轮机是世界上使用最广泛的一种水轮机，由美国工程师弗朗西斯于1849年发 明，故又称弗朗西斯水轮机。与轴流转桨式相比，其结构较简单，最高效率也比轴流式的高， 但在水头和负荷变化大时，平均效率比轴流转桨式的低，这类水轮机的最高效率有的己超过 95%。混流式水轮机适用的水头范围很宽，为5 700米，但采用最多的是40 300米。混流式的转轮一般用低碳钢或低合金钢铸件，或者采用铸焊结构。为提高抗汽蚀和抗泥 沙磨损性能，可在易气蚀部位堆焊不锈钢，或采用不锈钢叶片，有时也可整个转轮采用不锈 钢。采用铸焊结构能降低成本，并使流道尺寸更精确，流道表面更光滑，有利于提高水轮机 的效率，还可以分别用不同材料制造叶片、上冠和下环。斜流式水轮机是瑞士工程师德里亚于1956年发明，故又称德里亚水轮机。其叶片倾斜的 装在转轮体上，随着水头和负荷的变化，转轮体内的油压接力器操作叶片绕其轴线相应转动。 它的最高效率稍低于混流式水轮机，但平均效率大大高于混流式水轮机；与轴流转桨水轮机相比，抗气蚀性能较好，飞逸转速较低，适用于40 120米水头。人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造 农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是 始于20世纪中叶。地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类，而对于不同温度的地热 流体可能利用的范围如下1、 200 40(TC直接发电及综合利用；2、 150 20(TC双循环发电，制冷，工业干燥，工业热加工；3、 100 15CrC双循环发电，供暖，制冷，工业干燥，脱水加工，回收盐类，罐头食品；4、 50 10(TC供暖，温室，家庭用热水，工业干燥；5、 20 5(TC沐浴，水产养殖，词养牲畜，土壤加温，脱水加工； 现在许多国家为了提高地热利用率，而采用梯级开发和综合利用的办法，如热电联产联供，热电冷三联产，先供暖后养殖等。近年来，国外对地热能的非电力利用，也就是直接利用，十分重视。因为进行地热发电， 热效率低，温度要求高。所谓热效率低。就是说，由于地热类型的不同，所采用的汽轮机类 型的不同，热效率一般只有6.4 1S. 6%，大部分的热量白白地消耗掉。所谓温度要求高， 就是说，利用地热能发电，对地下热水或蒸汽的温度要求， 一般都要在15(TC以上；否则， 将严重地影响其经济性。而地热能的直接利用，不但能量的损耗要小得多，并且对地下热水 的温度要求也低得多，从15 18(TC这样宽的温度范围均可利用。在全部地热资源中，这类 中、低温地热资源是十分丰富的，远比高温地热资源大得多。但是，地热能的直接利用也有 其局限性，由于受载热介质一热水输送距离的制约， 一般来说，热源不宜离用热的城镇或居 民点过远；不然，投资多，损耗大，经济性差，是划不来的。目前地热能的直接利用发展十分迅速，已广泛地应用于工业加工、民用采暖和空调、洗 浴、医疗、农业温室、农田灌溉、土壤加温、水产养殖、畜禽饲养等各个方面，收到了良好 的经济技术效益，节约了能源。地热能的直接利用，技术要求较低，所需设备也较为简易。 在直接利用地热的系统中，尽管有时因地热流中的盐和泥沙的含量很低而可以对地热加以直 接利用，但通常都是用泵将地热流抽上来，通过热交换器变成热气和热液后再使用。这些系 统都是最简单的，使用的是常规的现成部件。地热能直接利用中所用的热源温度大部分都在4(TC以上。如果利用热泵技术，温度为20 。C或低于2(TC的热液源也可以被当作一种热源来使用(例如美国、加拿大、法国、瑞典及其 他国家的做法)。热泵的工作原理与家用电冰箱相同，只不过电冰箱实际上是单向输热泵，而地热热泵则可双向输热。冬季，它从地球提取热量，然后提供给住宅或大楼(供热模式)； 夏季，它从住宅或大楼提取热量，然后又提供给地球蓄存起来(空调模式)。不管是哪一种 循环，水都是加热并蓄存起来，发挥了一个独立热水加热器的全部的或部分的功能。由于电 流只能用来传热，不能用来产生热，因此地热泵将可以提供比自身消耗的能量高3 4倍的能 量。它可以在很宽的地球温度范围内使用。在美国，地热泵系统每年以20%的增长速度发展， 而且未来还将以两位数的良好增长势头继续发展。据美国能源信息管理局预测，到2030年地 热泵将为供暖、散热和水加热提供高达68Mt油当量的能量。对于地热发电来说，如果地热资源的温度足够高，利用它的好方式就是发电。发出的电 既可供给公共电网，也可为当地的工业加工提供动力。正常情况下，它被用于基本负荷发电， 只在特殊情况下，才用于峰值负荷发电。其理由， 一是对峰值负荷的控制比较困难，再就是 容器的结垢和腐蚀问题， 一旦容器和涡轮机内的液体不满和让空气进入，就会出现结垢和腐 蚀问题。地热能利用在以下四方面起重要作用。 1.地热发电地热发电是地热利用的最重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。地热发电和火力 发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。 所不同的是，地热发电不象火力发电那样要备有庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的 能源就是地热能。地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转 变为电能的过程。要利用地下热能，首先需要有"载热体"把地下的热能带到地面上来。目 前能够被地热电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。按照载热体类型、温度、 压力和其它特性的不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大 类。(1) 蒸汽型地热发电蒸汽型地热发电是把蒸汽田中的干蒸汽直接引人汽轮发电机组发电，但在引人发电机组前 应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单，但干蒸汽地热资源十分有 限，且多存于较深的地层，开采技术难度大，故发展受到限制(参考《资源》栏目有关文章)。 主要有背压式和凝汽式两种发电系统。(2) 热水型地热发电热水型地热发电是地热发电的主要方式。目前热水型地热电站有两种循环系统a、闪蒸系统。闪蒸系统如图1所示。当高压热水从热水井中抽至地面，于压力降低部分热水会沸腾并 "闪蒸"成蒸汽，蒸汽送至汽轮机做功；而分离后的热水可继续利用后排出，当然最好是再 回注人地层。b、双循环系统。双循环系统的流程如图2所示。地热水首先流经热交换器， 将地热能传给另一种低沸点的工作流体，使之沸腾而产生蒸汽。蒸汽进人汽轮机做功后进人 凝汽器，再通过热交换器而完成发电循环。地热水则从热交换器回注人地层。这种系统特别 适合于含盐量大、腐蚀性强和不凝结气体含量高的地热资源。发展双循环系统的关键技术是 开发高效的热交换器。2. 地热供暖将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。因为这种利用 方式简单、经济性好，倍受各国重视，特别是位于高寒地区的西方国家，其中冰岛开发利用 得最好。该国早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统，现今这一 供热系统已发展得非常完善，每小时可从地下抽取7740t8(TC的热水，供全市11万居民使用。 由于没有高耸的烟囱，冰岛首都已被誉为"世界上最清洁无烟的城市"。此外利用地热给工 厂供热，如用作干燥谷物和食品的热源，用作硅藻土生产、木材、造纸、制革、纺织、酿酒、 制糖等生产过程的热源也是大有前途的。目前世界上最大两家地热应用工厂就是冰岛的硅藻 土厂和新西兰的纸桨加工厂。我国利用地热供暖和供热水发展也非常迅速，在京津地区已成 为地热利用中最普遍的方式。3. 地热务农地热在农业中的应用范围十分广阔。如利用温度适宜的地热水灌溉农田，可使农作物早熟 增产；利用地热水养鱼，在28'C水温下可加速鱼的育肥，提高鱼的出产率；利用地热建造温 室，育秧、种菜和养花；利用地热给沼气池加温，提高沼气的产量等。将地热能直接用于 农业在我国日益广泛，北京、天津、西藏和云南等地都建有面积大小不等的地热温室。各地 还利用地热大力发展养殖业，如培养菌种、养殖非洲鲫鱼、鳗鱼、罗非鱼、罗氏沼虾等。4. 地热行医地热在医疗领域的应用有诱人的前景，目前热矿水就被视为一种宝贵的资源，世界各国 都很珍惜。由于地热水从很深的地下提取到地面，除温度较高外，常含有一些特殊的化学元 素，从而使它具有一定的医疗效果。如合碳酸的矿泉水供饮用，可调节胃酸、平衡人体酸碱 度；含铁矿泉水饮用后，可治疗缺铁贫血症；氢泉、硫水氢泉洗浴可治疗神经衰弱和关节炎、 皮肤病等。由于温泉的医疗作用及伴随温泉出现的特殊的地质、地貌条件，使温泉常常成 为旅游胜地，吸弓怕批疗养者和旅游者。在日本就有1500多个温泉疗养院，每年吸引l亿人到这些疗养院休养。我国利用地热治疗疾病历史悠久，含有各种矿物元素的温泉众多，因此 充分发挥地热的行医作用，发展温泉疗养行业是大有可为的。未来随着与地热利用相关的高新技术的发展，将使人们能更精确地查明更多的地热资源； 钻更深的钻并将地热从地层深处取出，因此地热利用也必将进人一个飞速发展的阶段。地热电站按发电方式分为蒸汽型和热水型两种。前者直接利用地热井喷出的具一定压力 的过热蒸汽送入汽轮机驱动发电机发电；后者则利用地热井涌出的具有一定压力和温度的汽 水混合物或热水，通过闪蒸系统或双回路系统发电。闪蒸地热e发电系统中热水首先进入减压扩容器，使热水变为压力较低的蒸汽和水，蒸 汽送至汽轮机做功。如果地热井口是湿蒸汽，则先进入汽水分离器，分离出来的汽送至汽轮 机做功，分离出来的水再进入减压扩容器。双循环式地热发电系统中，地热水进入蒸发器和预热器后就排掉。在蒸发器和预热器中 低沸点工质加温汽化，进入汽轮机做功，冷却凝结后由工质泵打回预热器，进入下一个循环 周期。举个例子，中国南海一个老石油生产平台，目前油田已经进入开发中后期，含水率不断 上升，为了保持稳产或延缓产量下降速度，采液量增加，它每天排海水量达到近6万立方米， 这些水具有的位能折合成水头有近70米，如果我们利用这些处理水的能量推动水轮发电机来 进行发电，发电机功率可达到近400Kvv，每天可以产生l万度电能，由于平台生产是长期连续 进行，不存在枯水期，只要正常生产，水头是固定不变的，而总的流量在一段时间内也不会 太大波动，而且水的流量只会因产液量增加而增加，几乎不会减少，那么每年将产生近300 万度电能，直接经济效益巨大，每年可以减少1000多吨化石燃料的燃烧，如果在全世界油田 推广，那么将大大减少温室气体的排放，直接有效地缓解温室效应和化石燃料的使用，保护 我们赖以生存的环境和缓解日益紧张的能源危机。发明内容本发明利用上述现有发电技术，针对分离器的能量浪费问题，提出的解决方案是提供一种利用油气水分离器处理后的水和气体的机械能、热能和压能推动水轮机和蒸汽透平机进行综合发电的方法及其装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种利用油气水分离器分离出的流体综合发电的方法，将地层产出的油气水三相混合物用油气水分离器先进行分离处理，分离处理后的流体进入发电单元，用流体的机械能、热能 或压能推动发电单元进行发电。所述的发电单元为水力发电机单元，经油气水分离器处理后的水由水出口管线排出后进 入水力发电机单元，该水力发电机单元将生产水的压能和机械能驱动发电机发电。所述的发电单元为地热单元，地热单元连接在水力发电机单元的出口水管线上或分离器 出口管线，直接进行地热利用。所述的发电单元为透平机发电单元，经油气水分离器处理后的气体由天然气出口管线进 入透平机发电单元，油气水分离器处理后的气体驱动蒸汽透平机发电单元发电。所述的油气水分离器将地层产出的油气水三相混合物进行分离处理，分离器为重力式分 离器或旋流分离器，重力式分离器依靠它们之间的密度差，在重力分异作用下将它们分离成 油，水和天然气的容器，旋流分离器依靠旋转运动产生离心力。所述的油气水分离器能根据地层来液中含气量的大小，使用定压力液位控制或者使用变 压力液位控制。用于实现上述方法的装置，该装置包括油气水一级分离器和油水二级分离器，水出口控 制阀，水出口管线，天然气出口管线和天然气出口控制阀，其特征在于所述的水出口管线与 水力发电机单元相连或天然气出口管线与透平机发电单元相连或水出口管线与地热发电单元 相连，水出口控制阀可以依靠水力发电机单元载荷来调节出口水流量，出口天然气流量天然 气出口控制阀可以依靠透平机发电单元载荷来调节出口天然气流量。所述的发电机单元包括发电机引水管线，引水管线入口蝶阀，快速关断阀，发电机，压 力排泄管线，水管线压力安全阀，旁通排水管线,旁通管线控制阀，所述的引水管线连接着水出 口管线，所述的压力排泄管线是引水管线的分支管线，所述的旁通排水管线与发电机引水管 线并联。所述的油气水分离器能根据地层来液中含气量的大小，使用定压力液位控制或者使用变 压力液位控制。所述的油气水分离器的油水界面，可以使用油水界面控制器来操纵分离器水出口阀的开 度，油水界面控制器可以和发电机共同配合工作，使油水界面保持在规定的高度。所述的发电机单元包括水力发电机，所述的水力发电机能够根据油田长期生产的数据， 计算出来水管线的可能水量和水头大小，选择不同的发电机类型和结构型式，水力发电机可 以安装在任何适合的地点。所述的发电机单元的水力发电机连接在水出口的下游管线上，水流依靠自身的压能和机械能，进入发电机，驱动发动机叶轮转动，然后从发电机出口排出，发电机工作时可以部分 替代水出口压力控制阀的作用。所述的发电机单元还包括排水管线压力安全阀，所述的排水管线压力安全阀能在设定的 压力值条件下，自动被顶开，排泄掉排水管线的部分水流，使分离出的水及时排出。所述的发电机单元还包括排水旁通管线，所述的排水旁通管线阀门在接收到中控的指 令，能快速打开，将水通过旁通管线及时排出。所述的发电机单元包括发电机入口蝶阀，所述的发电机入口蝶阀能根据指令迅速关闭或 打开。所述的发电机单元包括引水管线，上述引水管线连接着水出口管线，引水管线也能够将 其他具有生产回流水汇入，发电机单元可以合并使用也可以单独对回流水进行利用，做到尽 可能的使用其他回流水的能量进行水力发电。所述的透平发电机单元包括透平机引气管线，入口蝶阀，快速关断阀，透平机，气体 排泄管线，压力安全阀,旁通管线阀，旁通排气管线,其特征在于所述的泄压管线是发电机引气 管线的分支管线，旁通管线和透平机引气管线并联。所述的透平机发电单元包括透平发电机，所述的透平机连接着引气管线，透平发电机取 代了常规的减压阀组，天然气依靠具有的压能和热能，进入透平机，驱动透平机膨胀做功， 将压力能转化为机械能，驱动发电机发电。所述的在透平发电机单元包括透平发电机，所述的透平机能根据油田长期的生产数据， 计算天然气出口的来气量和天然气的压力，选择不同的发电机型式，发电机可以安装在任何 合适的地点。所述的透平发电机单元包括压力排泄管线，排泄管线压力安全阀能在达到设定的压力值 条件下，自动被顶开，排泄掉气出口管线的部分气体。所述的排气旁通管线阀在接到中控的指令，能迅速的打开，将天然气通过旁通管线及时 排出。所述的气体进入透平机的入口蝶阀和快速关断阈能根据中控指令迅速关闭。 所述的发电机所产生的电力能够并入主网，能提供给整个油田生产生活使用。 所述的水力发电机出口或旁通管线连接有地热发电单元，地热发电单元将热水导入热交 换器，在热交换器内水的地热能传给另一种低沸点的工作流体，使工质沸腾汽化，低沸点的 工质蒸汽进入汽轮机做功后进入凝汽器，再通过热交换器而完成发电循环，蒸汽介质经过凝 汽器冷却，冷凝为液体，循环泵将工作介质泵入蒸汽发生器，重新进入下一个循环周期，生产水经过热交换器回注人地层或排海。本发明是这样实现的对于处于开发中后期的油田来说，地层产出物主要是油和水，我 们在油水分离器水出口下游先安装水轮发电机，利用生产水的压能和机械能，推动原动机叶 轮转动，发电机由原动机拖动直流励磁的同步发电机转子以转速n(rpm)旋转，根据电磁感应 原理，三相定子绕阻便感应产生交流电势。安装水轮发电机的位置最好选择在离海面最近的地方，这样能够使水流具有最大的水头， 将从而使发电量增加，因为发电机发电量与水头成正比例关系；从水力发电机出来的水具有很高的热能，将水导入蒸汽发生器，在蒸汽交换器内进行热 交换，将产出水的热能传递给其他低沸点的工作流体介质，介质吸热蒸发，大量的热交换产 生大量的蒸汽，蒸汽进入透平机，驱动透平机转动，从透平机出来的介质进入凝汽器，通过 外加冷却水或其他冷却剂，使低沸点工作冷凝成液态，经过循环泵，介质重新进入蒸汽发生 器，进入下一个循环周期。出口热水也可以采用闪蒸地热发电方法，首先将热水导入减压扩容器，使热水变为压力 较低的蒸汽和水，蒸汽送至汽轮机做功。如果地热井口是湿蒸汽，则先进入汽水分离器，分 离出来的汽送至汽轮机做功，分离出来的水再进入减压扩容器，进行再发电。对于大型天然气田，分离器中处理的主要是天然气和油，在天然气出口安装透平机，使 天然气通过透平膨胀机做功,将其压力能和热能转化为机械能，驱动发电机进行发电。本发明利用油气水分离器余能余压发电方法及其装置的有益效果是使用油气水分离器 处理后的水和气体，综合利用他们具有的压能、热能和重力势能，推动原动机叶轮转动，驱 动发电机发电的方法。安装在水出口或气出口的发电机能够部分替代出水调节阀和天然气出 口压力控制阀的作用，能使油水分离器在满足油田产量变化和不影响其正常工作的前提下，分离产生的水具有很高的热能，可以利用水的热能，驱动蒸汽透平机发电，也可以利用地热 供暖，实现地层产出物能量的综合高效利用，为油田提供清洁无污染的电力能源，从而减少 化石能源的消耗，实现节能减排。


下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 图1为油气水分离器结构示意图；图2为利用分离器分离出水进行发电的工艺流程示意图；图3为利用分离器分离的天然气迸行发电的工艺流程示意图；图4为地热发电流程图。
具体实施方式
参照图1至图4，本发明是这样实施的本发明利用油气水分离器出口余压余能余热发电方法组成部分包括油气水一级分离器 和油气水二级分离器，出水管线，出油管线，排气管线，油出口压力控制阀，水出口控制阀， 气出口控制阀，水力发电机，压力安全阀，旁通管线，地热发电单元包括蒸汽发生器，蒸 汽透平，凝汽器，循环泵，地热发电机。图2为本发明分离器出口水发电的工艺流程示意图。本发明方法实施的原理是地层产 出油气水混合物从分离器入口进入分离器，在入口折流挡板的作用下，使气体从混合物中脱 离出来，成为单独的气相，分布在容器的上方；油水混合物进入集液室，由于油和水互不相 溶，因此出现油水分层，原油开始向上聚集，水聚集在分离器下方，中间层是油水乳状液层， 我们通过添加破乳剂，利用破乳剂的化学作用将乳化状的油水混合液中油和水分离开来，使 之达到原油脱水的目的，使油和水分离更快更彻底，调节挡板的高度可以控制去油池的液量， 通过调节油出口控制阀可以调节油出口的流量从而控制油池的高度；底部的水流通过水出口 管线排出，我们在水出口阀的下游管线上安装水轮发电机(27 ),部分替代常规的减压阀(19 )， 使水流的部分压能传递给发电机，减小在水出口减压阀上的能量消耗；出口管线(7)内水利用具有的较大的压能，以及发电机安装位置低，出口水具有很高的水头，进入原动机，推动 原动机叶轮转动，原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能)，极性相间的励磁磁场随轴一 起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)，由于电枢绕组与 主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交 变电势。通过引出线，即可提供交流电，为油田提供生活或生产用电。当发电机需要维修或检修时，我们可以打开旁通管线阀，关闭引水管线入口阀和插板阀， 使水流全部从旁通管线排出，这时使用出口减压阀来调节水出口的流量，以控制分离器的液 面维持在稳定的位置。当发电机不能及时将水流排出，出口管线背压增大，这时压力安全阀将被打开进行排水， 压力安全阀的设定值可以比正常的管线压力高一到两个千帕，具体设定值可以根据情况而定， 便于及时将管线的水排出不影响分离器的正常工作。当发电机开始工作时，可以首先打开入口蝶阀和快速关断阀和插板阀，使部分水流迸入引水管线，驱动发电机转起来，这时可以慢慢加载，当发电机可以运转起来时，可以将旁通 管线阀门关闭，使水流全部从发电机流出，流入地热发电机单元进行水的热能利用。地热发电单元的工作原理是将水力发电机出口或旁通管线来的热水导入热交换器，经 分离器分离出的地层水温度一般能达到90摄氏度，含有大量的热能，在热交换器内将水的地 热能传给另一种低沸点的工作流体，如异丁垸或异戊烷，使之沸腾而产生蒸汽。低沸点的工 质蒸汽进入汽轮机做功后进入凝汽器，再通过热交换器而完成发电循环。蒸汽介质经过凝汽 器冷却，冷凝为液体，循环泵将工作介质泵入热交换器，重新进入下一个循环周期。地热水 则从热交换器回注人地层或排海。这种系统特别适合于含盐量大、腐蚀性强和不凝结气体含 量高的地热资源，因此，利用油藏地层水进行地热发电是可行的。出口热水也可以采用闪蒸地热发电的方法，首先将热水导入减压扩容器，使热水变为压 力较低的蒸汽和水，蒸汽送至汽轮机做功。如果地热井口是湿蒸汽，则先进入汽水分离器， 分离出来的汽送至汽轮机做功，分离出来的水再进入减压扩容器，进行再发电。本发明分离器出口水发电的工艺流程结构示意图包括分离器入口 (1),油气水一级分离器(13)，油水二级分离器(17)，发电机(27)， 一级分离器天然气出口压力控制阀(ll)， 一级分离器水出口控制阀(14)， 一级分离器油出口控制阀(15) ， 二级油水分离器气体压 力调节阀(16)，外接气罐(18) ， 二级油水分离器水出口控制阀(19) ， 二级油水分离器 油出口污油回收泵(20)，排水管线(7),旁通管线(9)，旁通管线阀(25)，入口蝶阀 (22)，插板(23)，压力排泄管线(8)，压力安全阀(24)。本发明利用地热进行发电的方法，地热工艺流程组成部分包括蒸汽发生器，蒸汽透平 机，凝汽器，循环泵，发电机。由于地层水可能发生在管道壁结垢，从而阻塞管道，因此需要在发电机入口注入防垢剂。 图3为本发明分离器天然气出口气体发电的工艺流程示意图。对于气田，地层产出大量 的高压高温天然气，地层油气水混合物进入分离器后，在入口挡板的作用下，油气开始分离， 气体往上走，液体流到分离器底部，通过出口阀(43)油水流到二级分离器做进一步处理， 气体通过捕雾器，除掉气体中的小液滴，从天然气出口排出，我们在天然气出口管线下游安 装透平机(35)，透平机替代原气体出口管线减压阀(44)的作用，因为天然气流经透平机 时，流量、压力可以经过透平静叶角度无级调节改变，可以随时控制天然气压力和流量在一 个很小的波动范围内，因此透平机可以来调节分离器内的压力和液位；出口气体同时依靠自 身的压能和热能，进入透平机，驱动透平机转动，使透平机进行发电，为油田提供生活或生 产用电。当透平机需要维修或出现故障时，可以通过控制器传输信号给旁通管线阀门，将旁通管 线阀门及时打开，然后将快速关断阀关闭，插板阀和入口蝶阀也将关闭，通过旁通管线将天 然气排出，这时可以使用天然气出口压力控制阀来调节气体出口的压力和流量，维持分离器 的液面在稳定位置。当透平机在工作，气体排出不及时，出口管线背压增大，这时压力安全阀可能根据设定 值被顶开，部分气体从泄压管线排出，使透平机不会影响分离器正常生产。当透平发电机开始工作时，可以首先打开入口蝶阀和快速关断阀，使部分天然气进入引 气管线，驱动发电机转起来，这时可以慢慢加载，当发电机可以运转起来时，再将旁通管线 阀门慢慢关闭，使天然气全部从发电机流出，使透平机取代减压阀组的作用。本发明分离器天然气出口气体发电方法流程结构示意图包括旁通管线阀(30)，气体 入口蝶阀(31)，插板(32)，气体泄压管线(33)，压力安全阀(34)，透平发电机(35)， 快速切断阀(36)，气体发电管路(37)，总排气管线(38)，除雾器(40) , 二级油水分 离器(42)， 一级分离器液体出口阀(43),旁通排气管线(44)，油气一级分离器(45)。首先说明如何实现利用油水分离器水出口的水和油气分离器气出口的高压气来进行综合 发电油田分离器每天处理的水和油达数万立方米，而目前很多油田的含水率达90%，因此每 天产生数万立方米的水，而这些水具有较大的压能，以及离海面还有很高的位差，这么多的 水以及水具有这么高的水头，类似于一个小水库，我们可以利用水的势能，在离海面最近的 地方安装水轮发电机，排海管线(7)内的水，将水的机械能转变为原动机(27)的动能，原 动机驱动转子旋转，从而实现给电机输入机械能，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的 运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，产生电流，实现将水的势能转 变定子的机械能再转变为电能，即最基本的水力发电机发电原理。水力发电机出口水进行地热发电的原理是将水力发电机出口或旁通管线来的热水导入 热交换器，由于生产水含有大量的热能，在热交换器内水的地热能传给另一种低沸点的工作 流体，如异丁烷或异戊垸，使工质沸腾汽化。低沸点的工质蒸汽进入汽轮机做功后进入凝汽 器，再通过热交换器而完成发电循环。蒸汽介质经过凝汽器冷却，冷凝为液体，循环泵将工 作介质泵入热交换器，重新进入下一个循环周期，生产水经过热交换器回注人地层或排海。对于气田的油气分离器，地层产出的主要是高压气体和油，气体的压力可能高达几个兆 帕，因此，也可以安装透平发电机来取代常规的减压阀组，类似于高炉煤气余压透平发电装 置，高炉煤气余压透平发电装置是利用煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，驱动发电机发电或驱动其它装置的一种二次能量回收装置。我们可 以安装透平机取代减压阀，天然气流经透平时，其流量、压力是经过透平静叶角度无级调节 改变的，可以随时控制天然气压力在一个很小的波动范围内。因此我们可以在天然气出口安 装余压透平发电装置，安装透平机取代减压阀，利用天然气的余压余热，使天然气通过透平 膨胀机做功，将压力能转化为机械能，驱动发电机发电。其次说明如何实现利用水和气体的余压余能发电而不影响油气水分离器的正常工作分离器在各出口都安装有自动调节液位的油出口阀(15)、气出口阀(11， 16)、水出 口阀(14， 19)，使油水界面液位维持在一个稳定的状态，正常稳定生产时， 一段时期内地 层产液量不会很大波动，只要水阀的幵度和油阀的开度变化不大，分离器就能稳定生产，同 样也不会影响发电机发电。当有井关停时，水阀和油阀可以根据油水液面的设定值自动调节，使分离器内油水液面 维持在一定位置，不会影响油水的分离，由于生产水量减少，这时发电机的输出功率会降低；当有新井生产时，产液量增加，如果发电机产生的背压太高，当压力升高到一定程度时， 泄压管线的压力安全阀门(24)将被顶开，将多余的水从泄压管线(8)排出；当发电机发生 故障时，发电机自动发出一个信号，入口蝶阀(22)和快速关断阀(26)关闭，旁通管线阀 门(25)打开，从旁通管线(9)进行排水，由于发电机安装在二级分离器的下游，因此有足 够的反应时间可以传输信号给旁通管线阀门，将其打开，从而不会影响到一级分离器的正常 工作；水的地热能的利用基本不会影响到分离器以及水力发电机，这是因为我们将排海管线一 直联通入海面以下，因此，热交换器内将形成负压，水很快将被抽走，不会导致水流不畅。对于在天然气出口安装透平机(35),设置压力安全排泄管线(33)和旁通管线(44), 当透平机(35)产生背压太高时，压力安全阀(34)自动打开；当透平机发生故障或需要检 修时，可以将旁通阀门(30)打开，从旁通管线(44)排气，不影响分离器的正常生产。为了减少沿程的压力损失，将二级油水分离器从常规的常压容器改为带压容器，由于二 级分离器内气体量少，可以采用传统的定压力液位控制，使出口水能保持较高的压能，提高 发电机的效率，即将二级分离器改造成类似于一级分离器的控制系统。本发明的其他实施方式是，还可以在油出口安装发电机，部分替代油出口控制阀的减压 作用，利用原油的压能驱动发电机转子转动产生电能，这样能充分利用地层液体的余能余压， 进行能量回收；对于油气水三相含量都比较大的油田，可以在油气水出口都安装发电机，部 分替代出口控制阀的作用，减少在控制阀上的能量消耗。本发明的其他实施方式是对于利用分离器出口水发电效率不大的情况，可以直接利用 地热进行发电，只需要将出口水直接导入地热发电单元，进行地热利用。对于生产水温度特 别高的情况，可以进行地热的梯度利用，进行建筑取暖和空调制冷、地源热泵和医疗保健。本发明对于海上石油生产平台，由于生产集中，在利用生产水的余能余压进行发电的同 时，可以充分利用其他资源，可以将平台上其他设备的返流水引入水管线进行利用，减少直 接排海浪费资源，如柴油发电机冷却回流水，平台空调冷却回流水，这样可以增加水力发电 机发电量，最大限度利用平台的资源。本发明的分离器还可以是旋风分离器或水力旋流分离器，这类分离器同样可以采用同样 的水力利用方法，在下游安装水力发电机和进行地热发电，利用地层产液的余能余压。以上所述，仅是本发明一种利用油气水分离器分离出的流体综合发电的方法和装置的较 佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，凡是依据本发明的技术实质对上面实 施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术的范围内。
权利要求
1.一种利用油气水分离器分离出的流体综合发电的方法，其特征在于将地层产出的油气水三相混合物用油气水分离器先进行分离处理，分离处理后的流体进入发电单元，用流体的机械能、热能或压能推动发电单元进行发电。
2. 根据权利要求1所述的利用油气水分离器分离出的流体综合发电的方法，其特征在 于所述的发电单元为水力发电机单元(28)，经油气水分离器处理后的水由水出口管线(7)排出后进入水力发电机单元(28)，该水力发电机单元(28)将生产水的压能和机械能驱动 发电机发电。
3. 根据权利要求1所述的利用油气水分离器分离出的流体综合发电的方法，其特征在于所述的发电单元为地热单元，地热单元连接在水力发电机单元的出口水管线上或分离器出口管线(7)，直接进行地热利用。
4. 根据权利要求1所述的利用油气水分离器分离出的流体综合发电的方法，其特征在于所述的发电单元为透平机发电单元，经油气水分离器处理后的气体由天然气出口管线(48)进入透平机发电单元(50),油气水分离器处理后的气体驱动蒸汽透平机发电单元发 电。
5. 根据权利要求1所述的利用油气水分离器分离出的流体综合发电的方法，其特征在 于所述的油气水分离器(13、 17)将地层产出的油气水三相混合物进行分离处理，分离器为 重力式分离器或旋流分离器，重力式分离器依靠它们之间的密度差，在重力分异作用下将它 们分离成油，水和天然气的容器，旋流分离器依靠旋转运动产生离心力使不同比重的物体分 离。
6. —种用于实现权利要求1所述方法的装置，该装置包括油气水一级分离器(13)和 油水二级分离器(17)，水出口控制阀(19)，水出口管线(7)，天然气出口管线(48)和 天然气出口控制阀(29)，其特征在于所述的水出口管线(7)与水力发电机单元(28)相连 或天然气出口管线(48)与透平机发电单元(50)相连或水出口管线(7)与地热发电单元 相连，可以依靠调节水出口控制阀(19)或者调节水力发电机单元(28)载荷来调节出口水 流量，可以依靠调节天然气出口控制阀(29)或者调节透平机发电单元(50)载荷来调节出 口天然气流量。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述的水力发电机单元包括发电机引水管 线，引水管线入口蝶阀(22)，快速关断阀(26)，水力发电机(27)，压力排泄管线(8)， 水管线压力安全阀(24),旁通排水管线(9),旁通管线控制阀(25)，引水管线连接着水出 口管线，压力排泄管线(8)是引水管线的分支管线，旁通排水管线(9)与发电机引水管线并联。
8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述的透平发电机单元(50)包括透平 机引气管线(37)，入口蝶阀(31)，快速关断阀(36)，透平机(35)，气体泄压管线(33), 压力安全阀(34),旁通管线阀(30)，旁通排气管线(44)，其特征在于所述的泄压管线(33) 是发电机引气管线(37)的分支管线，旁通管线(44)和透平机引气管线(37)并联，透平 发电机取代了常规的减压阀组(29)，天然气依靠具有的压能和热能，进入透平机，驱动透 平机膨胀做功，将压力能转化为机械能，驱动发电机发电，透平机能根据油田长期的生产数 据，计算天然气出口的来气量和天然气的压力，选择不同机型。
9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述的水力发电机单元还包括排水管线压 力安全阀(24)，所述的排水管线压力安全阀(24)能在设定的压力值条件下，自动被顶开， 排泄掉排水管线(7)的部分水流，使分离出口水及时排出。
10. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述的水力发电机出口或旁通管线连接有地热发电单元，地热发电单元将热水进行发电，还可以利用地热进行取暖，实现地热梯级 利用，实现能量利用的最优化，生产水可以回注人地层或经过处理后排放。
全文摘要
本发明涉及到利用油气水分离器分离出的高压高热能流体进行综合发电的方法及其装置。其方法是经油气水分离器处理后的水由水出口管线排出后进入水力发电机单元和/或进入地热水发电单元，该水力发电机单元利用生产水的压能和机械能驱动发电机发电，利用分离产生水具有的地热能驱动蒸汽透平机发电和利用地热供暖，实现地层产出物能量的综合高效梯级利用；经油气水分离器处理后的气体由天然气出口管线进入透平机发电单元，利用油气水分离器处理后的气体驱动蒸汽透平机发电。其有益效果是综合利用油气水分离器处理后的水和气体具有的压能、热能和重力势能，推动原动机叶轮转动，驱动发电机发电，实现利用生产排放水和生产气体的余能余压推动水轮机或气轮机进行发电，实现余能余压的利用，为油田提供清洁无污染的电力能源，从而减少化石能源的消耗，实现节能减排。
文档编号F03B15/00GK101265868SQ20081006586
公开日2008年9月17日 申请日期2008年3月20日 优先权日2008年3月20日
发明者文立刚 申请人:文立刚