倾斜管式H型水下原油在线分离方法技术

本发明专利技术提供了一种倾斜管式H型水下原油在线分离方法，应用于水下原油在线分离。该分离系统将原油立式和卧式在线分离与高压电场快速脱水工艺及其控制系统有机结合，并依据两级串联、倾斜管式构造和H型布局，实现水下原油两级快速分离；第一级管式分离器实施第一级倾斜管式油气水预分离处理，分离出湿气和大部分水；第二级管式电脱水器采用阵列式高压裸电极和倾斜分体式厚壁管体，实施第二级阵列式高压电场原油深度脱水处理，分离出剩余的水；气液分离器依据两级滤液作用脱除湿气中的凝析油小油滴，混流器采用混流轮充分搅拌含水原油和化学药剂而形成原油乳化液，水下在线控制系统实现远程自动控制各级水下在线分离作业并保障其流动安全。

【技术实现步骤摘要】
倾斜管式H型水下原油在线分离方法
本专利技术涉及一种海洋工程领域水下生产系统原油在线分离方法，特别是涉及一种倾斜管式H型水下原油在线分离方法及其工艺流程。
技术介绍
目前，国内外海上平台和陆上油气田的典型多级原油分离工艺流程通常包含“一级加热器→三相分离器→二级加热器→热化学分离器→电脱增压泵→电脱加热器→电脱水器”。三相分离器和热化学分离器主要利用化学药剂和水颗粒的重力沉降实施油气水三相分离，电脱水器则利用电场对原油进行破乳，继续对油中水颗粒实施分离沉降，整个处理流程体积庞大且分离效率较低；而且原油经过长距离管道输送和各级分离系统脱水脱气后，电能和热能额外损耗严重，不仅增加了电站的电负荷，还需要配备专门的热站系统为各级加热器供热。为适应海上平台深水油气田的开发，国外研究人员提出将重力沉降和水颗粒聚结长大两过程分解开来的分离方案，即紧凑型原油脱水技术，其代表性产品包括美国FMCTechnologies公司的内联电聚结器(InLineElectroCoalescer)、挪威KvaernerProcessSystems公司的紧凑型电聚结器(CompactElectrostaticCoalescer)等，该脱水技术仅适用于海上平台和陆上油气田，其缺陷是电聚结器采用卧式，电场中聚结变大的水颗粒会因剪切作用而再次破裂，从而影响后续的重力沉降等处理过程和分离效果。此外，国内极少数科研院所近几年才开始关注高效紧凑型油水分离技术，其中对海上平台紧凑型电脱水技术的研究尚处于试验研究阶段；同时，针对水下生产系统原油在线分离方法的研究，国内外均还处于起步和试验的阶段。由此，通过开发新型的水下原油在线分离工艺及方法，将现有的海上平台和陆上油气田的油气集输系统由常规的三级原油分离简化为两级水下油气水在线分离。该水下在线分离技术将常规各级分离器的大罐体变为管式构造，有效解决常规处理系统及其相关设施占地面积和重量大的弊端；同时，将三级加热器和分离器简化为两级管式分离器，且原油在水下直接在线分离，极大简化了整个原油集输流程，并使得整个流程的运行耗能显著下降；此外，该水下在线分离技术的相关设施均采用倾斜式布置，有效克服了立式分离技术中油水界面覆盖面积小以及卧式分离技术中油水界面和水出口距离短，分离时间不充分等缺点，最终实现水下系统油气水高效分离，提升深水油气田的开发效益。
技术实现思路
为了克服现有海上平台立式和卧式原油分离技术存在的缺陷和不足，并改善水下原油在线分离技术尚处于试验阶段的研究现状，本专利技术的目的是提供一种适合油井产液水下直接处理用的倾斜管式H型在线分离方法及其相关工艺流程。该水下原油在线分离系统将原油立式和卧式在线分离与高压电场快速脱水工艺及其控制系统有机结合，并依据两级串联、倾斜管式构造和H型布局的特殊模式，具备水下原油两级快速分离、简化油气集输流程、在线脱水效果好、在线湿气含水率低、远程自动控制等特点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种倾斜管式H型水下原油在线分离方法，主要由第一级管式分离器、第二级管式电脱水器、气液分离器、混流器和水下在线控制系统组成，实施水下原油两级在线快速分离的作业流程。较之海上平台常规立式和卧式原油处理流程，该水下原油在线分离系统包含第一级管式分离器和第二级管式电脱水器，且两级分离器均采用两级管式串联的形式，实现原油的快速深度分离；而且，两级分离器均采用倾斜管式构造，将原油立式和卧式在线分离技术有机结合，解决了常规分离器油水界面覆盖面积小、分离时间不充分等缺点；同时，两级管式分离器分别上下布置，且其中部通过混流器保持联通，由此使得整个分离系统整体呈现H型布局的模式。第一级管式分离器采用倾斜式厚壁管体，油井产液经水下管汇而汇集至第一级管式分离器，实施第一级倾斜管式油气水预分离处理，将湿气和大部分的水从海底各油井所产的原油中分离出来。第一级管式分离器的水下原油在线分离处理流程为，油井产液在第一级进油管内进行初步的气液分离，并在第一级管式分离器的上部管腔完成二次气液分离，从原油中分离出的含油湿气经排气管进入气液分离器，而分离出湿气后的油水两相原油则进入第一级管式分离器中部的管腔进行重力沉降，水颗粒聚结增大而从原油中分离出来，并在重力作用下沉降至管壁，而后沿倾斜管壁顺流至第一级管式分离器下部的管腔，从而完成油水的第一级分离，从原油中分离出的第一级污水经第一级污水管排出，而分离出大部分水的含水原油则由第一级排油管进入混流器。气液分离器位于第一级管式分离器的上部并采用沿垂直方向布置的厚壁管体，依据两级滤液作用脱除湿气中的凝析油小油滴。气液分离器的水下气液分离处理流程为，从油井产液中分离出的含油湿气经排气管进入气液分离器的管腔并进行缓冲稳压，而后在气液分离器内凝析油小油滴不断聚结增大并经两级滤液作用后汇集成凝析油流，并最终回流至气液分离器下部的管腔内且由凝析油管汇和单点的液滑环输送至浮式生产储油船的油舱内，而两次滤液后的湿气则通过湿气管汇和单点的气滑环输送至浮式生产储油船上的燃料气处理系统。混流器位于第一级管式分离器和第二级管式电脱水器的中部，并采用沿垂直方向布置的厚壁管体和混流轮，充分搅拌含水原油和化学药剂并使之混合均匀而形成原油乳化液。混流器的水下作业流程为，第一级油水分离后的含水原油经混流器的混流轮调整为稳定流，同时化学药剂经化学药剂管汇进入混流器的管腔，并通过混流轮与含水原油充分搅拌混合而形成原油乳化液，混流器管腔的出口段内原油乳化液经由混流轮再次调整为稳定流。第二级管式电脱水器采用阵列式高压裸电极和倾斜分体式厚壁管体，原油乳化液经第二级进油管进入第二级管式电脱水器，实施第二级阵列式高压电场原油深度脱水处理，将剩余的水从原油中分离出来。第二级管式电脱水器的水下原油在线分离处理流程为，原油乳化液经第二级进油管进入第二级管式电脱水器上部的管腔，并在阵列式高压电场中原油乳化液的水颗粒迅速聚结长大并沉降至中部的管腔，而后继续增大并在重力作用下沉降至管壁，再沿倾斜管壁顺流至下部的管腔，而原油乳化液中的油相则反向上升至第二级管式电脱水器管腔的顶部，从而完成油水的第二级分离，电脱水处理后的合格原油经第二级输油管汇和单点的液滑环进入浮式生产储油船的各原油沉降舱内，而从原油乳化液中分离出的第二级污水则由第二级污水管排出。水下在线控制系统实现远程自动控制各级水下在线分离作业并保障其流动安全，同时通过水下压力控制阀、水下液位控制阀、压力气动控制阀、压力三通电磁阀、液位气动控制阀、液位三通电磁阀和限位开关等调控油井产液和原油乳化液的供给以及湿气、凝析油和合格原油的排量和流压。第一级管式分离器的水下在线控制系统中，水下管汇中设有电磁流量计，并经流量变送器将测量到的油井产液流量信号传送至浮式生产储油船中控室的累积流量显示仪表上，从而对水下油井产液精确计量。同时，水下管汇和第一级污水管上分别设置水下紧急关断阀，在出现高高压差信号或各级分离设备发生故障时，水下紧急关断阀会自动关闭并停止油井产液的供给和第一级污水的输送，保障第一级管式分离器的流动安全。此外，第一级管式分离器上部的管壁上设有水下压力泄放阀，用于第一级管式分离器内出现超压工况时自动释放出多余的泄放气并调整管腔内的压力。第一级管式分离器的水下在线控制系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倾斜管式H型水下原油在线分离方法，主要由第一级管式分离器、第二级管式电脱水器、气液分离器、混流器和水下在线控制系统组成，实施水下原油两级在线快速分离的作业流程，第一级管式分离器和第二级管式电脱水器采用两级管式串联的形式，实现原油的快速深度分离，并采用倾斜管式构造将原油立式和卧式在线分离技术有机结合，同时两级分离器上下布置且其中部通过混流器保持联通，整体呈现H型布局的模式，其特征在于：一第一级管式分离器；所述第一级管式分离器采用倾斜式厚壁管体，油井产液经水下管汇而汇集至第一级管式分离器，实施第一级倾斜管式油气水预分离处理，将湿气和大部分的水从海底各油井所产的原油中分离出来；第一级管式分离器内油井产液完成两次气液分离，含油湿气经排气管进入气液分离器，同时油水两相原油进行重力沉降并完成油水的第一级分离，第一级污水经第一级污水管排出，而含水原油则由第一级排油管进入混流器；一气液分离器；所述气液分离器采用沿垂直方向布置的厚壁管体，依据两级滤液作用脱除湿气中的凝析油小油滴；气液分离器中含油湿气经两级滤液作用后，凝析油最终回流至气液分离器下部的管腔内并由凝析油管汇进行输送，而湿气则通过湿气管汇进行输送；一混流器；所述混流器采用沿垂直方向布置的厚壁管体和混流轮，充分搅拌含水原油和化学药剂并使之混合均匀而形成原油乳化液；一第二级管式电脱水器；所述第二级管式电脱水器采用阵列式高压裸电极和倾斜分体式厚壁管体，实施第二级阵列式高压电场原油深度脱水处理，将剩余的水从原油中分离出来；原油乳化液经第二级进油管进入第二级管式电脱水器，并在阵列式高压电场中完成油水的第二级分离，合格原油经第二级输油管汇进行输送，而第二级污水则由第二级污水管排出；一水下在线控制系统；所述水下在线控制系统实现远程自动控制各级水下在线分离作业并保障其流动安全，同时通过水下压力控制阀、水下液位控制阀、压力气动控制阀、压力三通电磁阀、液位气动控制阀、液位三通电磁阀和限位开关等调控油井产液和原油乳化液的供给以及湿气、凝析油和合格原油的排量和流压，并通过水下紧急关断阀自动关闭并停止油井产液、含水原油和原油乳化液的供给以及第一级污水和第二级污水的输送，且通过水下压力泄放阀自动释放出多余的泄放气并调整第一级管式分离器、气液分离器和第二级管式电脱水器管腔内的压力；水下管汇中设有电磁流量计对水下油井产液精确计量，气液分离器中的涡轮流量计选用智能气体涡轮流量计，通过微处理单元对由流量传感器通道采集的信号按照气态方程进行温度与压力补偿，自动修正压缩因子；第二级输油管汇中的涡轮流量计选用智能液体涡轮流量计，其涡轮流量传感器采用先进的超低功耗单片微机技术，且其智能仪表采用显示与积算一体化设计；湿气管汇中的孔板流量计选用智能型气体孔板流量计，采用先进的微机与微功耗技术，集流量、温度和压力检测功能于一体，并自动进行温度和压力补偿。...

【技术特征摘要】
1.一种倾斜管式H型水下原油在线分离方法，主要由第一级管式分离器、第二级管式电脱水器、气液分离器、混流器和水下在线控制系统组成，实施水下原油两级在线快速分离的作业流程，第一级管式分离器和第二级管式电脱水器采用两级管式串联的形式，实现原油的快速深度分离，并采用倾斜管式构造将原油立式和卧式在线分离技术有机结合，同时两级分离器上下布置且其中部通过混流器保持联通，整体呈现H型布局的模式，其特征在于：一第一级管式分离器；所述第一级管式分离器采用倾斜式厚壁管体，油井产液经水下管汇而汇集至第一级管式分离器，实施第一级倾斜管式油气水预分离处理，将湿气和大部分的水从海底各油井所产的原油中分离出来；第一级管式分离器内油井产液完成两次气液分离，含油湿气经排气管进入气液分离器，同时油水两相原油进行重力沉降并完成油水的第一级分离，第一级污水经第一级污水管排出，而含水原油则由第一级排油管进入混流器；一气液分离器；所述气液分离器采用沿垂直方向布置的厚壁管体，依据两级滤液作用脱除湿气中的凝析油小油滴；气液分离器中含油湿气经两级滤液作用后，凝析油最终回流至气液分离器下部的管腔内并由凝析油管汇进行输送，而湿气则通过湿气管汇进行输送；一混流器；所述混流器采用沿垂直方向布置的厚壁管体和混流轮，充分搅拌含水原油和化学药剂并使之混合均匀而形成原油乳化液；一第二级管式电脱水器；所述第二级管式电脱水器采用阵列式高压裸电极和倾斜分体式厚壁管体，实施第二级阵列式高压电场原油深度脱水处理，将剩余的水从原油中分离出来；原油乳化液经第二级进油管进入第二级管式电脱水器，并在阵列式高压电场中完成油水的第二级分离，合格原油经第二级输油管汇进行输送，而第二级污水则由第二级污水管排出；一水下在线控制系统；所述水下在线控制系统实现远程自动控制各级水下在线分离作业并保障其流动安全，同时通过水下压力控制阀、水下液位控制阀、压力气动控制阀、压力三通电磁阀、液位气动控制阀、液位三通电磁阀和限位开关等调控油井产液和原油乳化液的供给以及湿气、凝析油和合格原油的排量和流压，并通过水下紧急关断阀自动关闭并停止油井产液、含水原油和原油乳化液的供给以及第一级污水和第二级污水的输送，且通过水下压力泄放阀自动释放出多余的泄放气并调整第一级管式分离器、气液分离器和第二级管式电脱水器管腔内的压力；水下管汇中设有电磁流量计对水下油井产液精确计量，气液分离器中的涡轮流量计选用智能气体涡轮流量计，通过微处理单元对由流量传感器通道采集的信号按照气态方程进行温度与压力补偿，自动修正压缩因子；第二级输油管汇中的涡轮流量计选用智能液体涡轮流量计，其涡轮流量传感器采用先进的超低功耗单片微机技术，且其智能仪表采用显示与积算一体化设计；湿气管汇中的孔板流量计选用智能型气体孔板流量计，采用先进的微机与微功耗技术，集流量、温度和压力检测功能于一体，并自动进行温度和压力补偿。2.根据权利要求1所述的倾斜管式H型水下原油在线分离方法，其特征在于：所述第一级管式分离器的水下原油在线分离处理流程为，油井产液在第一级进油管内进行初步的气液分离，并在第一级管式分离器的上部管腔完成二次气液分离，从原油中分离出的含油湿气经排气管进入气液分离器，而分离出湿气后的油水两相原油则进入第一级管式分离器中部的管腔进行重力沉降，水颗粒聚结增大而从原油中分离出来，并在重力作用下沉降至管壁，而后沿倾斜管壁顺流至下部的管腔，从而完成油水的第一级分离，从原油中分离出的第一级污水经第一级污水管排出，而分离出大部分水的含水原油则由第一级排油管进入混流器。3.根据权利要求1所述的倾斜管式H型水下原油在线分离方法，其特征在于：所述气液分离器位于第一级管式分离器的上部，其水下气液分离处理流程为，从油井产液中分离出的含油湿气经排气管进入气液分离器的管腔并进行缓冲稳压，而后在气液分离器内凝析油小油滴不断聚结增大并经两级滤液作用后汇集成凝析油流，并最终回流至气液分离器下部的管腔内且由凝析油管汇和单点的液滑环输送至浮式生产储油船的油舱内，而两次滤液后的湿气则通过湿气管汇和单点的气滑环输送至浮式生产储油船上的燃料气处理系统。4.根据权利要求1所述的倾斜管式H型水下原油在线分离方法，其特征在于：所述混流器位于第一级管式分离器和第二级管式电脱水器的中部，其水下作业流程为，第一级油水分离后的含水原油经混流器的混流轮调整为稳定流，同时化学药剂经化学药剂管汇进入混流器的管腔，并通过混流轮与含水原油充分搅拌混合而形成原油乳化液，混流器管腔的出口段内原油乳化液经由混流轮再次调整为稳定流。5.根据权利要求1所述的倾斜管式H型水下原油在线分...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，谭继文，刘春花，张中慧，江京亮，石云，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37