一种卧式游离水脱除装置及脱除方法与流程

本发明涉及油田地面工程油气水分离处理技术领域，特别是涉及一种卧式游离水脱除装置及脱除方法。

背景技术：

油田上油井群产出的液相为特高含水原油的气液混合物。目前，主要采用卧式游离水脱除器将油井群产出的特高含水原油分离处理成低含水原油和含油污水。然而该卧式游离水脱除器主要存在以下问题：

(1)处理效率不高、设备体积庞大、造价高

油田常用卧式游离水脱除器的最大规格为Ф4×20m(直径4m、长度20m)，其总容积为200m³，造价为140万元左右，在聚合物驱油条件下的最大设计处理液量为 10000m³/d。尽管在容器内部设置了多个聚结填料堆，但当采出液中泥砂含量较大时，填料堆将失去原来的润湿特性，并产生泥沙淤塞，导致其处理效率降低，且维修操作困难、费用高、不利安全环保。

(2)结构及分离机制不合理

现有的卧式游离水脱除器采用单罐结构，采取笼统处理机制，即特高含水原油的油水混合物进入分离器后进行油水分离，且现有的脱除器坚持从原油中脱除水分的传统脱水理念，利用此传统脱水理念的分离器对水相占液相总量90％以上的采出液进行油水分离，脱除器结构、分离机制等都不能满足被处理的介质的要求，使得分离效率低、造价高、易造成泥沙淤塞、油水分离效率大幅度下降。

(3)公开号为CN 103752042A的专利申请中公开了一种对开式翼型板及其组合体油水泥分离构件和油水泥分离方法，其中的对开式翼形板的适用条件较窄

1)该对开式翼形板及其组合体油水泥分离构件的板面倾角较小，长期使用后，板面上仍有泥砂及原油中的石蜡附着，使板间距减小，尽管没有发生淤塞，但其横截面的流通面积减少，被处理介质的流速降低、处理量降低。

2)该对开式翼形板及其组合体油水泥分离构件体的板层布设密度较大，只能能采用厚度1-1.5mm的板材制作，为了防腐和长寿命，不得不使用不锈钢薄板制作，成本较高。

3)由于该对开式翼形板必须使用不锈钢薄板制作，为降低成本并使设备在价格上拥有优势，就必须减少翼形板体的用量，即减少设备的尺寸，从而使得设备的处理量较小，目前适用的三相分离器的设备规格仅为Ф1.4×15m，处理液量为4000-6000t/d，而常规三相分离器的规格为Ф4×20m或Ф4×24m，处理液量8000-10000t/d。

因此，本领域急需一种处理量更大、单位处理液量成本更低的高效游离水脱除的游离水脱除装置。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，第一方面，提供一种分离效率高、造价低的翼形板卧式游离水脱除装置，包括了预分离管(1)和脱水容器(2)两部分，所述预分离管(1)用于油水分离，水平设置，与脱水容器(2)同轴线，前端为液进口(5)，接收来自上一工序得到的油水混合物，预分离管(1)的末端与脱水容器(2)的前端相连通；所述脱水容器(2)内设置大倾角对开式翼形板体(3)。

所述脱水容器(2)水平放置。

所述脱水容器(2)内部沿长度方向间隔设置有N组大倾角对开式翼形板体(3)，大倾角对开式翼形板体(3)在各个方向上均与脱水容器(2)的内壁有间距，大倾角对开式翼形板体(3)之间也有间距。

所述大倾角对开式翼形板体(3)的前端、后端与脱水容器(2)的间距，以及大倾角对开式翼形板体(3)之间的间距将脱水容器(2)分成N+1个清泥操作空间(4)， N为正整数；所述清泥操作空间(4)是为人工清泥提供操作的空间。

N为2。

所述脱水容器(2)末端的清泥操作空间(4)底部设有水出口(7)用以将分离出的水相排出。

所述脱水容器(2)末端的清泥操作空间(4)顶部设有油出口(6)用以将分离出的油相排出。

所述大倾角对开式翼形板体(3)由多层两翼对开式翼形板(13)以一定间距上、下平行叠设而成，每一个两翼对开式翼形板(13)都是由两个单侧板组成的一个横截面近似“V”形、下部开口的板子，每个单侧板是由翼尾折板(81)、侧翼板(82)和导泥板(83)以一定角度连接构成有三个板面的折面板，侧翼板与水平面的夹角为 25-45°。

多层所述两翼对开式翼形板(13)叠设成组合体，位于下层的翼尾折板向上延伸的尾端超过位于上层的翼尾折板的折弯点，并与该折弯点保持一定间隙；位于上层的导泥板向下延伸的尾端超过下层导泥板的折弯点，并与该折弯点保持一定间隙。

第二方面，本发明提供一种利用上述翼形板卧式游离水脱除装置进行的油田产出液游离水脱除方法，包括以下步骤：

一、来自上游工艺的油水混合物经液进口(5)进入预分离管(1)，经整流形成油相、水相分层流动型态；

二、经步骤一预分离管(1)初步分出的油相进入脱水容器(2)后,浮升到脱水容器(2)的上部空间，在大倾角对开式翼形板体(3)的作用下加快水滴在油相中的沉降分离，而后通过油出口(6)排出；

三、经步骤一预分离管(1)初步分出的水相进入脱水容器(2)的下部，在大倾角对开式翼形板体(3)的作用下加快油滴在水相中的浮升分离，而后通过水出口(7) 排出；

四、在步骤二和步骤三进行的同时，从脱水容器(2)的油相和水相中分出的泥砂沉落在大倾角对开式翼形板体(3)的上板面并经大倾角对开式翼形板体(3)的中间通道集中滑脱到脱水容器(2)的清泥操作空间底部，定期清理出脱水容器(2)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的游离水脱除装置针对特高含水原油采出液中水相含量高的特点，以从水相中脱除油分为分离理念，研发出即可加快油水分离、又可防止泥砂淤塞的高效、低造价的卧式游离水脱除装置，有效克服了现行聚结填料等分离构件造价高、易被泥砂堵塞、长期运行效率低、维修更换操作困难且费用高的问题。

采用本发明的翼形板卧式游离水脱除装置和脱除方法，可取得如下效果：

(1)在与常规游离水脱除器同样处理量的条件下，含水90-95％的三元复合驱特高含水原油采出液经该本发明的翼形板卧式游离水脱除装置处理后，出油含水率不超过5％、出水含油量不超过300mg/L，处理能力和效率比常规游离水脱除器提高1倍左右，处理效果远好于常规游离水脱除器。

(2)本发明的翼形板卧式游离水脱除装置比同样规格的常规游离水脱除器的造价可降低20％以上。

(3)本发明的翼形板卧式游离水脱除装置中的翼形板体无泥沙淤积，由于其大可长期高效使用。

(4)与公开号为CN 103752042A的专利申请中的对开式翼形板及其组合体油水泥分离构件比较可知，本发明的效果为：

1)本发明将翼形板的板面倾角由原来的10-15°增加到了25-45°，增加了板面上泥砂的滑脱动力，提高了板面的自清理防淤积效果，使泥砂在板面上的存留量趋近于0，彻底解决了因泥砂存留导致翼形板体间距缩小、流通量降低的问题。

2)本发明采用2-3mm较厚钢板板制作翼形板，即降低了成本，也延长了其腐蚀失效时间和使用寿命，解决了采用不锈钢板材导致成本较高的问题。

3)本发明采用较厚钢板制作的成本较低的翼形板体，并以较大的体量布设在较大尺寸的游离水脱除设备之中，大幅度提高了单台设备的处理液量、减少了设备布设数量、降低了单台设备造价和单位处理量成本。

附图说明

图1所示为本发明翼形板卧式游离水脱除装置中大斜角板面对开式翼形板的结构纵剖面图；

图2所示为本发明翼形板卧式游离水脱除装置中大斜角板面对开式翼形板分离泥砂的工作原理图；

图3所示为本发明翼形板卧式游离水脱除装置的结构主视图。

具体实施方式

本发明提供的翼形板卧式游离水脱除装置，及利用该脱除装置实现的游离水脱除方法，其设计初衷和工作原理如下：

(1)大斜角板面对开式翼形板高效油水分离构件

由于油田常用卧式游离水脱除器的直径大都在3-4m，其截面积大、介质流速低，油井采出液中的泥砂极易在容器内部淤积，在其内部设置的各类聚结填料无一不被泥砂淤塞后而失效。为了克服这一问题，本发明中的大斜角对开式翼形板板面倾角在 25-45°之间，如图1所示，使从油水介质中沉落下来的泥砂沿倾斜的板面向下滑落，不在板面上堆积。由多个大斜角对开式翼形板叠摞构成的翼形板体留有足够的板间距，为板面沉落的泥砂创造下滑通道和空间，避免淤塞，保持其长期有效性，图2示出了泥砂滑落的堆积形态。翼形板体采用浅池分离机理，可有效加快油水分离的速度，改变翼形板体的尺寸和叠摞间距，即可改变浅池分离空间的尺度，从而改变油水分离的效率。

(2)二级分离机制及整体结构

整个装置主要由油水预分离管和脱水容器构成，其中，预分离管用于油水两相流动形态整定和油水初步分离，位于脱水容器之外；脱水容器中设置了高效油水分离构件——大倾角对开式翼形板体，用于提高油水分离效率，以取代常规聚结填料。该装置具有处理效率高、造价低的特点。

(3)内置大斜角对开式翼形板的大直径卧式容器高效油水泥分离

脱水容器主要由多层两翼对开式翼形板构成，将多层两翼对开式翼形板置于脱水容器内，从预分离管输来的油相介质和水相介质经多层该翼形板“浅池”处理后，依靠油滴的浮升作用，进一步除去水相中的油滴；依靠重力沉降作用，进一步除去油相中的水滴，使水中的泥砂沉落在各层翼形板的倾斜表面，而后滑脱至容器底面。

脱水容器的主要功能是：

1)对来自预分离管的含油污水进行油水分离、泥水分离，保障出水含油量合格 (≤3000mg/L)。

2)对来自预分离管的含水原油进行沉降脱水，降低油中含水率，保障出油含水率合格(≤30％)。

以下结合具体实施例，更具体地说明本发明的内容，并对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明进行限制。

本发明提供的翼形板卧式游离水脱除装置，如图3所示，包括用于油水预分离的预分离管1和脱水容器2两部分。

预分离管1对进入其中的油水混合物进行分层流动型态整流、初步进行油水分离。

脱水容器2对来自预分离管的油相、水相进行油水分离。

具体的，预分离管1的一端与脱水容器2的一端相连，预分离管1的另一端与液进口5连接，使来自上游的油水混合物进入该装置内部(以液进口5的一端为前端，远离液进口5的一端为末端)。

脱水容器2中设置高效油水分离构件——大倾角对开式翼形板体3，用于提高油水分离效率，以取代常规聚结填料。

如图1中的b幅所示，大倾角对开式翼形板体3是由多层两翼对开式翼形板13 以一定间距上、下平行叠设而成。两翼对开式翼形板13由两个单侧板组成，见图1 中的a幅，每个单侧板由翼尾折板81、侧翼板82和导泥板83以一定角度依次连接构成一个有三个板面的折面板，将两个折面板以一定角度对称连接，就形成了横截面近似“V”形、但下部开口而不对接的两翼对开式翼形板13；侧翼板82与水平面的夹角为25-45°。

将多层两翼对开式翼形板13叠设成大倾角对开式翼形板体3时，位于下层的两翼对开式翼形板13的翼尾折板81的长度需延伸到超过位于上层的翼尾折板81的折弯点处，并与该折弯点保持一定间隙；而位于上层的两翼对开式翼形板13的导泥板83则向下延伸到超过下层导泥板83的折弯点处，并与该折弯点保持一定间隙。这样设计的目的是，当特高含水原油采出液流过大倾角对开式翼形板体3时，既可以使密度较小的油相介质通过上、下层翼尾折板81的夹缝向上浮升，也可以使密度较大的水相和泥砂介质通过上层导泥板83向下流动。大倾角对开式翼形板体3可加快油相中的水滴沉降速度、水相中的油滴浮升速度、油相和水相中泥砂的沉降速度。

脱水容器2的结构具体为：脱水容器2的轴线与预分离管1的轴线是同一轴线，脱水容器2水平放置，按介质流动方向，脱水容器2的前端与预分离管1的末端相接，预分离管1的末端即是脱水容器2的前端，预分离管1的前端与液进口5相连。在脱水容器2内部设置有两组大倾角对开式翼形板体3，大倾角对开式翼形板体3占据容器横截面的大部分，其在各个方向上均与脱水容器2的内壁有间距，沿长度方向设在脱水容器2内部，并将脱水容器2分成前、中、后三个清泥操作空间4，为人工清泥提供操作空间。大倾角对开式翼形板体3的一端均与脱水容器2的端头留有一定间距，分别形成前清泥操作空间4和后清泥操作空间4；两组大倾角对开式翼形板体3之间也留有一定间距，形成中清泥操作空间4。即单个大倾角对开式翼形板体3的最前端与脱水容器2的前端留有一定间距，形成前清泥操作空间4；单个大倾角对开式翼形板体3的最末端与脱水容器2的末端也留有一定间距，形成后清泥操作空间4。

经预分离管1预分离的特高含水原油采出液以油水分层流动型态被引入至脱水容器2前端的清泥操作空间4(即前清泥操作空间)的中间部位(径向上的中间部位)，而后依次进入大倾角对开式翼形板体3，油相和水相在脱水容器2的大倾角对开式翼形板体3的作用下进行油水分离。水相聚集在脱水容器2大部分空间中，在脱水容器 2末端的底部设有水出口7，将经脱水容器2处理后的含油污水引出容器；脱水容器2 末端顶部设有油出口6，将低含水原油引出容器。

基于上述翼形板卧式游离水脱除装置，本发明又提供了一种翼形板卧式游离水脱除方法，包括以下步骤：

(1)、来自上游的油水混合物经液进口5进入预分离管1，经整流形成油相、水相分层流动型态；

(2)、经预分离管1初步分出的油相进入脱水容器2中，并漂流浮升在脱水容器 2的上部空间，然后沿水平方向穿过大倾角对开式翼形板体3，并在其浅池分离效应作用下加快油相中的水滴沉降速度，而后经油出口6排出；

(3)、经预分离管1初步分出的水相进入脱水容器2中，并沉落至脱水容器2的下部空间，然后沿水平方向穿过两组大倾角对开式翼形板体3，并在其浅池分离效应作用下加快水相中的油滴浮升分离速度，而后经水出口7排出；

(4)、在步骤(2)和(3)进行的同时，从脱水容器2的油相和水相中分出的泥砂沉落在大倾角对开式翼形板体3的上板面并沿大倾角对开式翼形板体3的板面滑脱到其中间通道，而后被导流到脱水容器2的清泥操作空间4底部，见图2，定期清理出脱水容器2。

按照本发明内容确定的技术方案，设计制造了2台规格为φ4×20m的翼形板卧式游离水脱除装置，并开展了工业化试验，取得了如下效果：

在大庆油田某联合站对1台规格为φ4×20m的翼形板卧式游离水脱除装置的试验结果表明，在聚合物驱油条件下，特高含水采出液处理量为10565t/d、含聚合物浓度为261mg/L、不加破乳剂，沉降时间为29.3min的条件下，该装置可使出油含水率平均值小于1％，出水含油量平均值达到207mg/L以下，好于常规设备的处理指标。相对于相同规格的常规填料式游离水脱除器对聚驱采出液10000t/d的最大设计处理量，该设备的处理效率和能力提高了1倍以上(因对于同样规格的常规设备，在其最大处理量10000t/d下的出油含水率为30％，出水含油量为3000mg/L，故根据长期的生产实际经验，对于在处理量为10565t/d且不加破乳剂的工况下出油含水率达到小于1％、出水含油量达到小于207mg/L的本发明游离水脱除装置，当加破乳剂后，其出油含水率达到30％，出水含油量达到3000mg/L时，其处理量将可达到20000t/d以上)，单台设备造价降低31.6％，单位处理量节省投资64.4％。

设备运行145天之后，开罐检查，发现大倾角对开式翼形板体无泥沙淤积，并具有自行滑落排砂功能，能够长期高效使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。