一种液体注入设备的制作方法

本实用新型涉及一种油田注水技术，尤其涉及一种液体注入设备。

背景技术：

在油田注水开发过程中，由于外来液体与储层岩石矿物和储层流体等不配伍，水中悬浮物质、微生物及代谢产物的存在，以及原油中石蜡、沥青胶质等析出，常引起地层堵塞，使注水井吸水能力下降，影响原油生产。为了将水注入地层，现有的方法是对注水井实施物理或化学增注措施，疏通地层堵塞。但这类解堵增注措施的有效期短、有效性低。因此只能不断提高注水井口注入压力，保证水井注够水。

目前，国内油田采用柱塞泵和离心式注水泵等提压设备提高注水井口注入压力，国外油田多采用容积式泵、垂直涡轮泵和潜油电泵等提压设备。但无论采用哪种提压设备，长期高压注水可能导致注水管线破裂，高压水冲出会对周围的工作人员及设备造成伤害，存在一定的安全风险，同时长期高压注水也会导致储层颗粒运移，随着注水压力的不断上升，最终可能导致地层压裂，进而导致油井见水。

随着油田开采进入开发后期，原油综合含水率一般都为70％～80％。有些油田甚至高达90％。油田采出水的成分十分复杂，一般含有一定量的油、硫化物、有机酚、氰、细菌、固体颗粒物以及所投加的破乳剂、絮凝剂和杀菌剂等化学药剂，不能直接排放或回注，需要对其进行处理，特别是进行精细过滤处理。

常用的金属膜精细过滤处理设备拥有较高的机械强度、良好的热传导性能和易于加工焊接等优点，但也存在着化学性能不稳定，容易被腐蚀结垢、在线清洗难以恢复、滤膜容易穿孔导致水质下降等问题。目前，油田采出水精细过滤处理设备的污染和清洗问题已经成为制约精细过滤设备在油田含油污水处理方面应用的关键因素。

技术实现要素：

针对现有技术缺陷，本实用新型提供了一种液体注入设备，所述液体注入设备包括进水单元和注水单元，所述进水单元包括第一进水泵、第一计量单元、压力式过滤单元、第一储水罐、第二进水泵、第二计量单元、除油单元、第二储水罐，所述第一进水泵与第一计量单元相连，所述第一计量单元与压力式过滤单元相连，所述压力式过滤单元与第一储水罐相连。所述第二进水泵与第二计量单元相连，所述第二计量单元与除油单元相连，所述除油单元与第二储水罐相连，所述注水单元包括输水泵单元、分水器和加压泵，所述输水泵单元包括第一输水泵和第二输水泵，其中第一输水泵一端通过输水管道和第一储水罐相连，另一端通过输水管道与分水器相连，其中第二输水泵一端通过输水管道与第二储水罐相连，另一端通过输水管道与分水器相连，所述分水器通过输水管道与加压泵相连，所述加压泵通过输水管道与注水井相连。

根据一个优选的实施方式，所述除油单元包括转水泵、溢流沉降罐、除油罐、调节水罐、第一核桃过滤器、第二核桃过滤器、第一纤维球过滤器、第二纤维球过滤器、中压反渗透单元、高压反渗透单元、净化水罐、加药单元、污泥池和蒸发结晶单元，其中所述转水泵与溢流沉降罐相连，用以实现将第二计量单元中的待注水输送至所述溢流沉降罐，所述溢流沉降罐还与加药单元、污泥池和除油罐分别相连，所述加药单元向溢流沉降罐中的待注水加入絮凝剂、助凝剂等药品，用于实现对待注水进行初步除杂处理，同时，经加药沉淀后的待注水将沉淀物排入污泥池。

根据一个优选的实施方式，溢流沉降罐将经过初步处理的待注水送至除油罐中进行除油处理。所述除油罐与调节水罐相连。所述调节水罐用于将完成除油处理的待注水进行均质，防止高浓度有毒物质进入下一级处理系统。

根据一个优选的实施方式，所述调节水罐还与第一核桃过滤器、第二核桃过滤器和第一纤维球过滤器分别相连。

根据一个优选的实施方式，所述第一核桃过滤器与第一纤维球过滤器相连；所述第二核桃过滤器与第一纤维球过滤器相连。

根据一个优选的实施方式，所述第一纤维球过滤器与第二纤维球过滤器相连；所述第一纤维球过滤器与中压反渗透单元相连。

根据一个优选的实施方式，所述第二纤维球过滤器与中压反渗透单元相连。

根据一个优选的实施方式，所述中压反渗透单元与高压反渗透单元相连。所述中压反渗透单元与净化水罐相连。

根据一个优选的实施方式，所述高压反渗透单元分别与净化水罐和蒸发结晶单元相连。

根据一个优选的实施方式，所述第一计量单元和所述第二计量单元为LSH涡流流量计、磁电流量计和智能稳流控制器中的一种；

所述压力式过滤单元为锰砂过滤器和/或石英砂滤罐，所述锰砂过滤器后还设置有一级石英砂滤罐。

本实用新型的有益技术效果：通过采用本实用的注水设备，实现了对含油污水的处理和回注，一方面可作为油田注水稳定的供水水源，节约清水；另一方面可以减少外排造成的环境污染。

附图说明

图1为本实用新型的液体注入设备结构示意图；和

图2为本实用新型的除油单元结构示意图。

附图标记列表

100：进水单元 101：第一进水泵 102：第一计量单元

103：压力式过滤单元 104：第一储水罐 105：第二进水泵

106：第二计量单元 107：除油单元 108：第二储水罐

200：注水单元 201：输水泵单元 202：分水器

203：加压泵 107a：转水泵 107b：溢流沉降罐

107c：除油罐 107d：调节水罐 107e：第一核桃过滤器

107f：第二核桃过滤器 107g：第一纤维球过滤器

107h：第二纤维球过滤器 107i：中压反渗透单元

107j：高压反渗透单元 107k：净化水罐

107l：加药单元 107m：污泥池

107n：蒸发结晶单元

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型进行进一步详细说明。油田注水流程包括从水源井或采油回用水单元提取水源，经供水站将待注入水输送至注水站。水源经注水站后经配水间送入注水井中。所述注水站的主要作用为将来水升压，以满足注水井对注入压力的要求。所述配水间是用来调节、控制和计量注水井注水量的操作间，主要设施为分水器、正常注水和旁通备用管汇；压力表和流量计。配水间一般分为单井配水间和多井配水间两种。多井配水间流程也分为带洗井旁通与不带旁通两种。带洗井旁通的设置大一级口径洗井计量水表。所述注水井是注入水从地面进入地层的通道，它的主要作用是悬挂井内管柱；密封油、套环形空间；控制注水和洗井方式，如正注、反注、合注、正洗、反洗和进行井下作业。除井口装置外，注水井内还根据注水要求(分注、合注、洗井)下有相应的注水管柱。

工艺流程包括：来水进站、计量、水质处理、储水罐、进泵加压、输出高压水。水源来水经过低压水表计量后进入储水大罐。一般每座注水站应设置不少于两座储水大罐，其总容量应按最大用水量时的4-6小时设计。

如图1所示，本实用新型提供了一种液体注入设备结构示意图。所述液体注入设备包括进水单元100和注水单元200。所述进水单元包括第一进水泵101、第一计量单元102、压力式过滤单元103、第一储水罐104、第二进水泵105、第二计量单元106、除油单元107、第二储水罐108。

所述进水单元100采集的注水水源包括地面水源、地下水源和含油污水。所述第一进水泵101用于采集地面水源和/或地下水源。所述第二进水泵105用于采集含油污水。随着油田开发时间的推移和各油田高含水期的到来，油田注水的含油污水已成为各油田的主要注水水源。含油污水回注既可防止污染、保护环境，又可充分利用油、水资源。

所述第一计量单元102和所述第二计量单元106通过LSH涡流流量计、磁电流量计和智能稳流控制器中的一种完成流量统计。

所述压力式过滤单元103为锰砂过滤器和/或石英砂滤罐，通过在锰砂过滤器后增加一级石英砂滤罐完成过滤。地下浅层水，经水文地质勘探，井队钻探而成，比较经济。地下水经过地下砂层的多级过滤，比较干净，各项水质指标都基本达到要求。地下水中铁的主要成份是：二价铁，通常以Fe(HCO₃)₂形态存在，水解后生成Fe(OH)₂，氧化后生成Fe(OH)₃，容易产生沉淀堵塞地层。因此，一般在除铁的锰砂过滤器后加一级石英砂过滤器，以进一步除掉水中的悬浮物固体，这样便于达到清水注水的水质标准，无论是锰砂还是石英砂滤罐都是压力式滤罐。

所述LSH涡流流量计系列水表最小流量至不包括分界流量低区的误差范围为±5％；分界流量至包括最大流量高区的误差范围为±2％。因此LSH系列水表自身存在着较大的误差点，其误差线性修正空间小，当注水工况发生变化时也将造成一定的误差变化，特别是如果运行在分界流量以下时将会造成很大的计量误差，但其优点是结构简单、价格低廉。

所述磁电流量计由磁电流量传感器和流量计算仪两大部分组成。流体流入流量计时，流体在内部产生周期性、内旋的、相互交错的涡流。涡流经由永久磁铁和信号电极组成的磁场系统时，对磁力线进行周期性切割，并在信号电极上不断地产生交变的电动势，通过信号电极检测电动势的交变频率而得到流体的流量。该信号经过放大、滤波、整形后转换成脉冲数字信号再由流量计算仪进行运算处理，并直接在液晶屏显示流量和体积总量。仪表显示范围：累积流量0～99999999m³，瞬时流量0～19999m³/h，流量单位m³，时间单位h等可供用户选择。流量计精度：磁电流量传感器与流量积算仪配套使用准确度为±0.5％；±1.O％；±1.5％。

所述智能稳流控制器在来水从进口进入控制器后，通过调节调节阀的开度，让流量达到要求配注水量，然后进入控制滑阀，由滑阀的活塞与调节弹簧组成的力平衡机构，使通过调节阀的水流量Q保持稳定。

所述第一进水泵101与第一计量单元102相连。所述第一计量单元102与压力式过滤单元103相连。所述压力式过滤单元103与第一储水罐104相连。所述第二进水泵105与第二计量单元106相连。所述第二计量单元106与除油单元107相连。所述除油单元107与第二储水罐108相连。

所述注水单元200包括输水泵单元201、分水器202和加压泵203。所述输水泵单元201包括第一输水泵和第二输水泵。其中第一输水泵一端通过输水管道和第一储水罐104相连，另一端通过输水管道与分水器202相连。其中第二输水泵一端通过输水管道与第二储水罐108相连，另一端通过输水管道与分水器202相连。所述分水器202通过输水管道与加压泵203相连。所述加压泵203通过输水管道与注水井相连。

所述进水单元100采集的注水水源包括地面水源、地下水源和含油污水。所述第一进水泵101用于采集地面水源和/或地下水源。所述第二进水泵105用于采集含油污水。所述地面水源是指江河水、湖泊水、水库水等。它的特点是地面水源水量充足、矿化度低。但水量随着季节变化较大、含氧量高，同时携带大量的多种微生物、悬浮物和泥沙杂质等。所述地下水源是指地下浅层水，一般产于河流和洪水冲击层中，水量丰富，经水文勘探井队钻探而成。所述含油污水是我国各油田所用的主要注水水源，它是由层中采出的含水原油经过脱水后得到的。对含油污水进行处理和回注，一方面可作为油田注水稳定的供水水源，节约清水；另一方面可以减少外排造成的环境污染。

注水水源除要求水量充足、取水方便和经济合理外，还必须符合以下基本要求：水质稳定，与油层水相混不产生沉淀；水注入油层后不使粘土产生水化膨胀或产生悬浊；不得携带大量悬浮物，以防堵塞注水井渗滤通道；对注水设施腐蚀性小；当一种水源量不足，需要第二种水源时，应首先进行室内试验，证实两种水的配伍性好，对油层无伤害才可注入。所述注水水源需符合1995年中国石油天然气总公司颁布的SY/T5329-94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》，规定了对碎屑岩油藏注水水质的基本要求。

指标超标包括：悬浮物含量超标、含油量超标、溶解氧超标、硫化物超标、细菌总数超标和铁离子超标等。所述悬浮物含量是注入水结垢和地层堵塞的重要标志，如果注入水中悬浮物含量超标，就会堵塞油层孔隙通道，导致地层吸水能力下降。如果注入水中含油量超标，将会降低注水效率，它能在地层中形成“乳化段塞”，堵塞油层孔隙通道，导致地层吸水能力下降。且它还可以作为某些悬浮物很好的胶结剂，进一步增加堵塞效果。溶解氧对注入水的腐蚀性和堵塞都有明显的影响。如果注入鼠肿瘤化物含量超标，它不仅直接影响注入水对注水油套管等设备的腐蚀，而且当注入水存在溶解的铁离子时，氧气进入系统后，就会生成不溶性的铁氧化物沉淀，从而堵塞油层，因此，溶解氧是注入水产生腐蚀的一个重要因素。油田含油污水中的硫化物有的是自然存在于水中的，有的是由于硫酸盐还原菌产生的。如果注入水中硫化物超标，则注入水中的硫化氢就会加速注水金属设施的腐蚀，产生腐蚀产物硫化亚铁，造成地层堵塞。如果注入水中细菌总数超标，就会引起金属腐蚀。腐蚀物就会造成油层堵塞；油田含油污水中若大量存在细菌，就会加剧对金属设备的腐蚀，造成油层堵塞。油田污水中的Fe²⁺离子结构不太稳定，易与水中的溶解氧作用生成不溶于水的Fe(OH)₃沉淀；Fe²⁺离子还容易与水中的硫化氢发生化学反应，生成FeS沉淀，从而堵塞油层，导致吸水指数下降。

如图2所示，所述除油单元107包括转水泵107a、溢流沉降罐107b、除油罐107c、调节水罐107d、第一核桃过滤器107e、第二核桃过滤器107f、第一纤维球过滤器107g、第二纤维球过滤器107h、中压反渗透单元107i、高压反渗透单元107j、净化水罐107k、加药单元107l、污泥池107m和蒸发结晶单元107n。所述除油单元107的主要目的是去除污水中的油及大量悬浮物质，使之达到注水或外排的标准。

所述转水泵107a与溢流沉降罐107b相连，用以实现将第二计量单元106中的待注水输送至所述溢流沉降罐107b。所述溢流沉降罐107b还与加药单元1071、污泥池107m和除油罐107c分别相连。所述加药单元107l向溢流沉降罐107b中的待注水加入絮凝剂、助凝剂等药品，用于实现对待注水进行初步除杂处理。同时，经加药沉淀后的待注水将沉淀物排入污泥池107m。溢流沉降罐107b将经过初步处理的待注水送至除油罐107c中进行除油处理。所述除油罐107c与调节水罐107d相连。所述调节水罐107d用于将完成除油处理的待注水进行均质，防止高浓度有毒物质进入下一级处理系统。所述调节水罐107d还与第一核桃过滤器107e、第二核桃过滤器107f和第一纤维球过滤器107g分别相连。其中，第一核桃过滤器107e与第二核桃过滤器107f的并列连接有利有保证过滤系统的正常运行。同时，当调节水罐107d中的水质达到第一纤维球过滤器107g的进水指标时，待注水可以直接有调节水罐107d调入第一纤维球过滤器107g。

所述第一核桃过滤器107e与第一纤维球过滤器107g相连。所述第二核桃过滤器107f还与第一纤维球过滤器107g相连。所述第一纤维球过滤器107g与第二纤维球过滤器107h相连。所述第一纤维球过滤器107g与中压反渗透单元107i相连。所述第二纤维球过滤器107h与中压反渗透单元107i相连。所述中压反渗透单元107i与高压反渗透单元107j相连。所述中压反渗透单元107i与净化水罐107k相连。所述高压反渗透单元107j分别与净化水罐107k和蒸发结晶单元107n相连。

根据一个优选的实施方式，所述加药单元107l主要投加四种化学药剂：杀菌剂、阻垢剂、絮凝剂、助凝剂。其中阻垢剂投加浓度按本设备进液量的50-80mg/L加药泵连续加入。杀菌剂SW-60和SW-80交替使用，交替周期为15天，每天投加一次，投加方式采用冲击式；每天投加量在2-4小时内完成，浓度为全天产液量的80-120mg/L。絮凝剂和助凝剂采用连续投加方式，两种药剂不能混用，加药部位不能颠倒。絮凝剂在所述溢流沉降罐107b出口加入，药量按每天所述溢流沉降罐107b出水量的100mg/L计算，助凝剂在所述溢流沉降罐107b的进口加入，药量按沉降罐出水量的5mg/L计算。

根据一个优选的实施方式，所述除油罐204根据型式可分为：立式常压除油罐、卧式压力除油罐、密闭除油罐。除油罐型式的选用应根据采用的处理工艺流程、含油污水水质、污水中的油品性质、处理规模、处理后水质要求进行确定。进入所述除油罐204含油污水的含油量不得大于1000mg/L，粒径大于76μm的砂粒含量不得大于100mg/L。否则必须在进入除油罐前增设除砂装置。经除油处理后，污水含油量不大于50mg/L，悬浮固体含量不大于20mg/L。除油罐污水中加入混凝剂后，在管道内进行混合，再经进水管以切线方式进入反应筒内，旋流上升进行反应，污水再经上部配水管和喇叭口进入油水分离区。污水再分离区自上而下缓慢流动，靠油水重力差进行油水分离，分离出来的原油浮升至水面流入集油槽，槽内设可调式堰板，控制出水位和油层厚度，出水槽内还设带喇叭口的溢流管以防冒罐。在除油罐内也可加设斜板，以增加除油面积，加斜板的除油罐称立式斜板除油罐。

所述第一核桃壳过滤器205和第二核桃过滤器107f是一种以特殊的核桃壳为过滤介质的新型过滤器，是目前各大油田注水过滤的首选设备。该过滤器是利用过滤分离原理研制成功的分离设备，采用了耐油滤材-特殊核桃壳作为过滤介质，利用核桃壳比表面积大、吸附力强、截污量大的特性，去除水中的油和悬浮物。过滤时，水流自上而下，经布水器、滤料层、集水器，完成过滤。反洗时，搅拌器翻转滤料，水流自下而上，使滤料得到彻底清洗再生。核桃壳过滤器主要由过滤系统、清洗系统和控制系统组成。该设备操作方便，过滤精度高，处理量大，滤材清洗、再生方便、彻底。

所述第一纤维球过滤器107g和第二纤维球过滤器107h采用WXLG改性纤维球过滤器。该设备处理精度高，用于油田含油污水精细过滤未置级。该过滤器选用的纤维球滤料，是由经过新的化学配方合成的特种纤维丝做成，其主要特点是经过本质的改性处理将纤维滤料由亲油型改变为亲水型。该产品应用于油田含油污水的精细过滤，纤维球不易粘油，便于反洗再生、过滤精度高，而普通纤维球滤料被油污染，纤维球变成一个大油包，纤维球无法清洗干净。所述改性纤维球过滤器的特点包括：改性纤维球丝径细，比表面积大。对纤维丝进行了改性处理，使它具有了亲水疏油的特性，不管改性纤维丝粘上纯油还是含油污水，遇水时水分子都能渗透到改性纤维丝表面，形成一层水膜，将纤维丝和油隔开，反洗时能将粘附在其表面的原油清洗干净，反洗再生性能特别好。改性纤维球比普通纤维球比重大且不粘油，在过滤时在水力作用下能下沉到罐底，上松下紧滤层孔隙结构好；改性纤维球滤料运行时滤层孔隙率沿水流的方向逐渐变小，形成了比较理想的滤料上大下小的孔隙分布状态，拦截作用增强，过滤效果好。

所述中压反渗透单元107i膜进水压力为2.0MPa，平均脱盐率为96.3％，水回收率为80％。所述高压反渗透单元107j进膜压力控制为4.2MPa，平均脱盐率为97.43％，回收率为63.63％。

所述中压反渗透单元107i在稳定情况下运行，压力控制在2.0MPa，为了防止膜片的污堵，在每2h低压冲洗3min左右。高压反渗透在稳定情况下运行，压力在4.2MPa，由于高压反渗透进水含盐量高，因此运行压力上升较快，在50min～60min低压冲洗3min左右，各冲洗水来自反渗透产水。浓水可直接后续进入结晶蒸发单元214，完成蒸发结晶过程，避免了外排污水对环境的污染问题。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。