一种用于油田CO₂驱伴生气回注的新型脱水工艺的制作方法

一种用于油田CO₂驱伴生气回注的新型脱水工艺的制作方法
【专利摘要】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。
【专利说明】-种用于油田C〇2驱伴生气回注的新型脱水工艺 所属技术领域
[0001] 本发明设及油气集输领域，特别设及一种油田C〇2驱伴生气回注过程中的脱水技 术。
【背景技术】
[0002] 0)2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Ξ采 方式，0)2驱具有W下驱油机理及应用价值。0)2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;③C〇2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。0)2驱在提高油气采 收率的同时，还能够实现C〇2的地质封存，对减缓溫室气体效应产生积极影响。
[0003] 油田注入的C〇2-般来自邻近的天然C〇2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C〇2运输到油田，储存于液态C〇2储罐中，并利用C〇2增压累 对液态C〇2进行增压，增压过程中会有一部分液态C〇2气化并回流到储罐中，增压后C〇2的溫 度一般在-25°c至-15°c，为防止低溫液态C〇2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C〇2加热到15°C;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C〇2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C〇2运输到井口注入。
[0004] 随着C〇2的持续注入，注入的C〇2逐渐在生产井突破，导致伴生气中C〇2含量急剧增 加。当伴生气中C〇2含量低于40mo 1 %时，由于伴生气中邸4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C〇2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C〇2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 C〇2渗和后回注至油田驱替原油。
[0005] 但C〇2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C〇2 驱伴生气中如果有液态水的存在，则会引起W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C〇2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W，控制伴生气中水分含量是C〇2驱油田伴生气回注中的一个重要工艺流程。
[0006] 目前，油田常用的气体脱水方式包括吸收法、吸附法和低溫分离法等。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、硅胶和活性氧化侣等。对于高压气体，可采用节流低溫分离法，通过节流膨胀降溫， 降低气体中的含水量;对于低压气体，需要低溫设备，达到低溫脱水的目的。
[0007] 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;吸附法对进料气体溫 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 溫分离法仅适用于对高压气体的脱水。对于油田C〇2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C〇2的携液特性并未引起足够的重视。鉴于W 上情况，本发明针对低溫液态C〇2注入情形，在压缩机级间脱水工艺的基础上，充分利用液 态C〇2的低溫特性，提出一种新颖的、更加节能的油田C〇2驱伴生气回注的脱水工艺。

【发明内容】

[0008] 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C〇2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。
[0009] 本发明拟在充分利用注入液态C〇2的低溫能量，对回注的伴生气进行低溫脱水，同 时将液态C〇2溫度提高至井口注入要求。
[0010] 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 低溫液态C〇2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。
[00川步骤1:
[0012]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、空气冷却器降溫，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。
[001引步骤2:
[0014]将经过压缩机二级增压、降溫、脱水后的伴生气，通过换热器与增压后的液态C〇2 充分换热，通过控制换热量与换热时间，使伴生气的溫度下降，随着溫度的降低，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C〇2的溫度升高，减少了液态注 入时，对液态C〇2加热的能量消耗。
[001引步骤3:
[0016] 经过深度脱水的伴生气，进入后续的压缩机不断压缩、空气冷却器降溫、分离器脱 水，直到达到计算的注入压力。
[0017] 本发明利用两种不同的机理来脱除油田C〇2驱伴生气中的水分：
[001引l、C02、此S等酸性气体，在一定的溫度压力范围内，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C02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。
[0019] 2、C02、此蹲酸性气体，在一定的溫度压力范围内，随着溫度的降低，气体饱和含水 量逐渐降低。
[0020]本发明所描述的脱水技术，充分利用注入液态C〇2的低溫能量对伴生气进行脱水， 与传统C〇2驱伴生气脱水方式相比，有W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C〇2驱不同阶 段的不同C〇2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C〇2进行加热，减小了后期加热液态C〇2的能量消耗。
【附图说明】
[0021]附图1为本发明【具体实施方式】的工作流程图
[0022 ]其中，1、液态C〇2储罐，2、喂液累，3、气化C〇2回流管线，4、气化C化回流管线，5、增压 累，6、溫度检测器，7、备用加热器，8、液态C〇2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、阀口，17、阀口，18、高效换热器，19、换热气液分离器，20、Ξ级压缩机，21、 Ξ级空气冷却器，22、Ξ级气液分离器，23、超临界C〇2注入管线 具体实施方案
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0024] (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、二级空气冷却器降溫（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。
[0025] (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，那么打开阀口 16,直接进行下一级的压缩。
[0026] (3)如果伴生气中的含水量无法达到一定的要求，则打开阀口 17,进入高效换热器 18,与液态C〇2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。
[0027] (4)伴生气达到额定的压力后，通过超临界C〇2注入管线23,输送到注入井。
[00%] (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累2、增压累5 的液态C0巧化，气化后的C〇2通过回流管线巧日4回流到液态C〇2储罐1中。
[0029] (6)通过高效换热器后的液态C〇2,经过溫度监测器6检测，如果溫度高于15°(：，贝。 直接通过液态C〇2输送管线8输送到井口，如果溫度未达到15°C，则需要通过备用加热器7加 热后，再输送到井口。
[0030] 对于C〇2驱油藏，随着气体的不断注入，C〇2逐渐在地层中突破，伴生气中C〇2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，溫度 30°C条件下，不同C〇2含量下混合气体的饱和含水量，表2为伴生气(0)2:80%，CH4: 20% )在 不同溫度压力下的饱和含水量，表3为不同C〇2含量的伴生气与低溫液态C〇2W不同质量比 (伴生气/液态C〇2)充分换热后的溫度。
[00川表1不同C0洽量下气体饱和含水量表(6MPa，30°C)
[0032]
[0033] 表2伴生气在不同溫度、压力下的含水量(C02:80% ,014:20%)
[0034]
[0035] 表3伴生气与液态C〇2换热溫度表(伴生气:溫度30°C，压力6MPa;液态C〇2:溫度-15 。(：，压力25MPa)
[0036]
[0037] 对于C〇2驱伴生气回注系统，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l〇°C即可达到管输和压缩回注 的要求。随着环境溫度的变化，可W考虑将不同比例的伴生气与液态C〇2充分换热，从而达 到管输和注入的含水量要求。但是当遇到W下情况时，该脱水系统无法满足回注的脱水要 求:①环境溫度过低，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溫脱水。现场经验及油藏数值模拟表明， 0)2-次注入的封存效率低于50%，即一半W上的C〇2将随油气产出，大量高含C〇2的伴生气 需要重新回注到油藏，运将导致站外输送的液态C〇2的需求较小。
[003引实施例
[0039] 压缩机二级出口的伴生气(0)2:80%，CH4:20% )，经过空气冷却器冷却、气液分离 器脱水，此时伴生气溫度为30°C，压力6MPa，气体含水量1300ppm，当伴生气与高压液态C〇2 W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，换热后伴生气的溫度 为8.9°C，此时气体含水量为42化pm，假设最终的压缩机出口压力为25MPa，溫度为50°C，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。
[0040] W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，而运都应 视为本发明技术方案的保护范围。
【主权项】
1. 一种c〇2驱油田伴生气脱水系统，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C02换热，气体温度降低，达到深度脱水的目的； (3) 液态C02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所述的伴生气脱水系统，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所述的伴生气脱水系统，其特征在于:气态C02与液态C02充分换热，在使 气体温度下降脱水的同时，也使得液态C0 2的温度上升。4. 如权利要求1所述的伴生气脱水系统，其特征在于:换热后液态C02的温度如果达到15 °C，则直接管输到进口，如果未达到15°C，则需用备用加热器加热升温至15°C。
【文档编号】B01D53/00GK105964102SQ201610579443
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】马鹏飞, 张亮, 崔国栋, 韩波, 任韶然
【申请人】中国石油大学(华东)