專利名稱：向烴類儲(chǔ)層中注水的氣/液分離器的制作方法
背景技術(shù)：
當(dāng)從地下烴類儲(chǔ)層(其也位于海洋的下方)中開采烴類時(shí)，壓力和開采率趨于不斷下降，除非將水等流體注入到油氣儲(chǔ)層中。在從海底儲(chǔ)層中開采烴類的情況中，海水也許是最為常用的注入流體-盡管與烴類一起被從儲(chǔ)層中采出的水也可能被重新注入。海水一般含有約10ppm(百萬分之十)的溶解氧。一旦水被泵加壓到高壓以便于被注入到儲(chǔ)層中時(shí)，水中的氧氣可能會(huì)對系統(tǒng)構(gòu)造中通常所用的許多鋼材造成快速的腐蝕。氧氣還為儲(chǔ)層帶來不利的生物活性。結(jié)果就是，在加壓及注入之前，通常要降低氧氣的含量。
去除氧氣的一種方式是降低水的壓力，以使得溶解的氣體出來，然后，在填充有填料的垂直塔中，在正常重力的分離作業(yè)條件下將兩相物質(zhì)分離開。該設(shè)備的體積相當(dāng)?shù)卮?。在海上石油工業(yè)中，空間和重量的提供成本都很高，對于該行業(yè)而言，能減小必要設(shè)備總體尺寸和重量的裝置和方法將是有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式，申請人提供了一種用于從液體中分離氣體的裝置和方法，且該裝置和方法用于減少將被注入到烴類儲(chǔ)層中的水中的氧氣。由水和溶解氣體組合成的流體流流入到主導(dǎo)管中，在該主導(dǎo)管中，壓力被降低，以使得溶解的氣體從溶液中出來。所形成的水和氣混合物被執(zhí)行離心處理，以使氣體移到導(dǎo)管的中心，而水移到外周。在靠近離心機(jī)下游的位置處，在水導(dǎo)管的中心處設(shè)置了氣體管道的進(jìn)口，以將氣體從流體中除去，并使氣體流經(jīng)氣體管道和真空泵而排到大氣中。
通過在執(zhí)行離心分離之前將氮?dú)庾⑷氲搅黧w流中，使得氮?dú)馊芙獾剿校脫Q了包括氧氣在內(nèi)的一些其它氣體，則能進(jìn)一步降低待注水中氧氣的含量。當(dāng)水的壓力被降低時(shí)，更多的氣體出來，從而能進(jìn)一步降低氧氣含量。
后附的權(quán)利要求具體地列出了本發(fā)明新穎的特征。如結(jié)合附圖閱讀下文的描述，能最為清楚地理解本發(fā)明。


圖1中的示意圖表示了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的氣體/水分離系統(tǒng)；以及圖2中的示意圖表示了根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方式的氣體/水分離系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
圖1表示了一種系統(tǒng)10，其具有一主導(dǎo)管或水導(dǎo)管12，流體16從該導(dǎo)管的進(jìn)口14進(jìn)入，該流體是水，其已經(jīng)經(jīng)過了過濾，并具有溶解氣體。在下文將要描述的實(shí)例中，水是海水(其中溶解有鹽的水)，其中溶解的氣體主要是由空氣(21％的氧氣、78％的氮?dú)狻?％氬氣、以及微量的其它氣體)組成的。正是要被從海水中去除的氧氣會(huì)腐蝕注水系統(tǒng)中所用的鋼材，且這將導(dǎo)致烴類儲(chǔ)層中產(chǎn)生不利的生物活性。在流體主要是由水組成的情況下，文中常將其簡稱為“水”。
圖1所示的系統(tǒng)在進(jìn)口14處向水施加一定的真空?？衫靡粋€(gè)位于導(dǎo)管上游的閥18來實(shí)現(xiàn)該效果?？蓪﹂y所產(chǎn)生的限流作用進(jìn)行調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)閥下游的水壓。水壓的降低使得水中的氣體出來，并形成氣泡。圖1所示的系統(tǒng)包括一離心裝置20，該裝置是由固定的葉片構(gòu)成的，這些葉片對進(jìn)入的氣體-液體混合物進(jìn)行引流，使其在繼續(xù)流動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在緊鄰離心裝置的下游位置，旋轉(zhuǎn)的流體分離成處于導(dǎo)管中心的氣體和處于導(dǎo)管外部或圓周部分的液體。氣體去除管道30的氣體管道進(jìn)口部分32位于離心機(jī)的下游，以便于從混合物中去除氣體。氣體管道進(jìn)口部分32位于離心葉片的下游，并略微離開一定距離，以允許旋轉(zhuǎn)的流體發(fā)生分離。流體混合物34中的其余部分已被處理為去掉了大部分的氣體，這部分流體混合物沿導(dǎo)管部分36向下游流動(dòng)。
在很多情況下，被處理后的流體或水34流經(jīng)出口葉片裝置40，其消除了流體的旋轉(zhuǎn)。按照能量守恒原理，消除旋轉(zhuǎn)將恢復(fù)一定的壓力，從而在裝置40的上游存在較高的真空度。已被處理以脫去氧氣后的水通常要流經(jīng)下游的泵46，該泵將其注入到海底的烴類儲(chǔ)層中，以維持烴類儲(chǔ)層中的壓力。該泵位于導(dǎo)管的下方，從而，導(dǎo)管向下部分42中的垂直水柱將在泵處形成一定的水頭或壓力，以滿足泵所需的最小抽吸條件。該垂直高度通常為4-8米，具體數(shù)值取決于泵的設(shè)計(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，申請人在氣體管道30上應(yīng)用了一個(gè)氣體抽吸機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)例如是真空泵50。可在氣體管道的上游端35上設(shè)置一個(gè)單一的孔洞，以吸取氣體。但是，申請人傾向于使用多孔的氣體進(jìn)口部分32，其在水管中沿一定距離抽吸氣體，該距離大于氣體管道上游端處的直徑。盡管水管中心處含氣體區(qū)域的直徑可能要大于氣體進(jìn)口32的直徑，但由于氣體管道中存在真空，且氣體管道進(jìn)口部分的側(cè)面上是多孔的，所以含氣體區(qū)域中的所有氣體都能容易地流入到氣體管道中?？筛淖冇烧婵毡?0施加的真空度的水平(壓力低于大氣壓，或者低于水管中、氣體管道進(jìn)口上游處的壓力)，以去除所含氣體中的大部分氣體，同時(shí)只去除最少量的液體。
被吸入到氣體管道進(jìn)口中的一些流體中包含水滴。在流體到達(dá)真空泵50之前，應(yīng)當(dāng)將水去掉。圖1表示了一種分離器52，其沿著氣體管道30進(jìn)行布置。分離器包括腔室60，其接納流入到氣體管道中的流體。該流體主要是氣體，優(yōu)選地是，其被引導(dǎo)著向下進(jìn)入到腔室60中，從而可將導(dǎo)管中的真空度提高一定量，該提高量等于管道30中流體的靜壓頭。在腔室60中，氣體和液體在重力下發(fā)生分離。腔室中的氣體被從腔室的上部56排出，以防止在腔室中形成壓力。圖1表示出了泵66和閥68，液體通過該泵和閥排出。液位傳感器70檢測液體的液位何時(shí)下降到一定高度之下，且檢測信號(hào)被發(fā)送到控制器中，以使液位保持恒定?？刂破骺烧{(diào)節(jié)排水管線上水泵的工作轉(zhuǎn)速或調(diào)節(jié)閥68的開啟度，以防止從液體排出管將氣體排出。被排出的水沿流路74流動(dòng)，該流路可通向大氣中的排放地點(diǎn)，該地點(diǎn)可以是排水系統(tǒng)或外海中，或者這部分水可被作其它處理。
海水中通常含有50ppm(百萬分之50)的空氣，這些空氣中可含有10ppm的氧氣。該水對氣體的溶解度接近于飽和，從而，降低壓力可導(dǎo)致氣體的排出，并形成氣泡。大氣環(huán)境中的空氣是由21％的氧氣、78％的氮?dú)狻?％的氬氣、以及微量的其它氣體組成的。氮?dú)馔ǔ２慌c烴類或鋼材發(fā)生反應(yīng)，氬氣屬于惰性氣體，所以，它們不會(huì)影響油氣儲(chǔ)層。從而，降低儲(chǔ)層注入流體中的氧氣含量是本發(fā)明系統(tǒng)的主要目的。圖2表示了本發(fā)明的系統(tǒng)100，其能進(jìn)一步降低注入流體中的氧氣量。
在圖2所示的系統(tǒng)中，氮?dú)獗粡臍庠?02經(jīng)管道104注入到處于水管中或進(jìn)入到水管中的水-氣體流體中。氮?dú)獗换烊氲剿涂諝獾幕旌衔?6中，且某些氮?dú)馊芙獾剿小Ｈ芙獾剿械牡獨(dú)馐顾械臍怏w達(dá)到飽和，當(dāng)降低水壓時(shí)，這將使得更多的氣體從溶液中出來。與水脫離溶解的另外一些氣體是額外的氧氣。在將氣泡從氣體管道進(jìn)口32中排出之后，水管12內(nèi)流體混合物112所含氣體中單位立方米內(nèi)的氧氣量變小一盡管水中總的氣體量未變甚至增大?？赏ㄟ^以中等成本對空氣執(zhí)行液化來獲得氮?dú)?，且通常能制得?8％氮?dú)獾臍怏w。供應(yīng)氮?dú)獾钠渌緩桨ㄟ\(yùn)送到使用地點(diǎn)的壓力瓶、以及反滲透工藝。
可以在將大量空氣排出之后再將氮?dú)庾⑷氲搅黧w中，而非在流體即將進(jìn)入到水導(dǎo)管中的起始時(shí)刻將氮?dú)庾⑷搿Ｔ趫D2中，申請人用虛線表明也可使用第二離心機(jī)120和第二氣體管道122，而不是采用旋流器，其中，第二氣體管道的第二氣體管道進(jìn)口部分124與第二泵126進(jìn)行連接。第二離心機(jī)對水流來講是一個(gè)屏障，這將導(dǎo)致在第二離心機(jī)中、以及第二離心機(jī)的下游產(chǎn)生真空?？芍辉谖挥诘谝粴怏w管道進(jìn)口32下游的位置130處利用注入管132注入氮?dú)?。在氮?dú)獾淖⑷胛恢?30處，相當(dāng)大比例的空氣已經(jīng)被去除，從而高百分比的注入氮?dú)鈱⑷芙獾剿?，作為兩階段處理的結(jié)果，可將很高比例的氧氣從水中去掉。但是，這樣的方案需要在兩個(gè)位置(110和131)處形成真空度。
因而，本發(fā)明提供了一種用于將氣體從氣體/液體混合物中分離出來的系統(tǒng)和方法，且本發(fā)明尤其被用在將氧氣從要被注入到烴類儲(chǔ)層中的水中除去。其中帶有空氣的水流經(jīng)水管，并流經(jīng)水壓降低的導(dǎo)管區(qū)域，以使得氣體出來，且在所述導(dǎo)管區(qū)域內(nèi)，水流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，以使氣泡移動(dòng)到導(dǎo)管的中心處，且被從此處排出。根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力以及具體的幾何參數(shù)將氣體的體積分量變動(dòng)到一個(gè)最優(yōu)的數(shù)值，可調(diào)節(jié)排出氣體的機(jī)械分離效率。通過在對水執(zhí)行離心處理之前將氮?dú)庾⑷氲剿苤小⒉⑹沟獨(dú)馀c空氣進(jìn)行混合，可提高排出氣體的效率。氮?dú)庠龃罅怂械臍怏w含量，從而使更多的氣體在水壓降低的條件下從水中出來。還可以首先去除掉很多空氣，然后再將氮?dú)庾⑷胍栽龃笏械臍怏w溶解量，之后再次去除氣體。為了在位置42處將水中剩余氧氣的大部分去掉，可在位置43處向水中注入去氧劑化學(xué)制品。這樣的化學(xué)制品通過與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可將氧氣含量接近于零，這種方式類似于普通的塔式除氧系統(tǒng)中的方式。
盡管上文已對本發(fā)明的特定實(shí)施方式進(jìn)行了描述和表示，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到本領(lǐng)域技術(shù)人員能容易地構(gòu)思出改型形式和變動(dòng)方式，因而，權(quán)利要求書應(yīng)當(dāng)涵蓋這些改型和變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.用在烴類開采中的裝置，其包括第一導(dǎo)管(12)，該導(dǎo)管具有第一進(jìn)口(14)，第一進(jìn)口接收水-氣體溶液流，其中，氣體包括氧氣，該裝置用于將大部分氧氣從水中分離出去，其包括離心機(jī)(20、120)，其位于第一導(dǎo)管中，該離心機(jī)使水-氣體溶液產(chǎn)生旋流，以促使氣體流向第一導(dǎo)管的中心，并促使水流向第一導(dǎo)管的外周；氣體管道(30、122)，其具有氣體進(jìn)口部分(32、124)，該氣體進(jìn)口部分位于第一導(dǎo)管的中心，并位于離心機(jī)的下游，其接收包括位于第一導(dǎo)管中心處的氣體的流體；以及用于使水壓在所述離心機(jī)處低于大氣壓的裝置(18、46)，以使得水-氣體溶液中的部分氣體從溶液中析出，并移動(dòng)到第一導(dǎo)管的中心，以便于經(jīng)所述氣體進(jìn)口部分中的一個(gè)排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于包括真空泵(50、126)，其與所述氣體管道相連，以增強(qiáng)從所述第一導(dǎo)管中抽吸氣體的作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于包括分離器(52)，其沿所述氣體管道布置，并位于所述真空泵的上游，其將水從所述氣體管道內(nèi)的流體中除去。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述氣體進(jìn)口部分包括多個(gè)孔洞，這些孔洞位于所述氣體管道的側(cè)壁上，并沿所述氣體管道的長度分布，所述長度至少等于所述氣體進(jìn)口部分的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于包括氮?dú)鈿庠?102)；氮?dú)廨斔凸?104、132)，其將氮?dú)鈴乃龅獨(dú)鈿庠摧斔偷剿鰧?dǎo)管中的一個(gè)位置處，該位置位于所述離心機(jī)的上游，在該位置處，水的壓力大于所述離心機(jī)處的壓力，以便于在使水中的氣體析出之前在水中溶解另外一些氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于包括第二離心裝置(120)，其位于所述第一導(dǎo)管中，并位于所述氣體進(jìn)口部分(32)的下游；氮?dú)鈿庠?102)；氮?dú)廨斔凸?132)，其從所述氣源延伸向所述導(dǎo)管中的一個(gè)位置，該位置位于所述氣體進(jìn)口部分與所述第二離心裝置之間，該輸送管在所述位置處注入氮?dú)猓坏诙怏w管道元件(122)，其具有第二氣體管道元件進(jìn)口部分(124)，該進(jìn)口部分緊鄰所述第二離心裝置的下游；用于形成低壓的所述裝置還在所述第二離心裝置處建立起低于大氣壓的壓力。
7.一種用于對水-氣體組合物進(jìn)行處理的方法，其中的氣體包括氧氣，且被溶解到水中，該方法用于獲取氧氣含量很小的水，該方法包括步驟在第一導(dǎo)管中，維持離心機(jī)(20、120)處的真空度，其中的離心機(jī)位于第一導(dǎo)管中，并使組合物流經(jīng)離心機(jī)，與此同時(shí)，離心機(jī)對組合物進(jìn)行旋流，以促使氣體流向?qū)Ч艿闹行?，并促使液體流向?qū)Ч艿耐庵?；以及，在離心機(jī)下游的一個(gè)位置處，使包含氣體的流體從第一導(dǎo)管的中心流到氣體管道進(jìn)口部分(32、124)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于包括步驟在緊鄰所述氣體管道進(jìn)口部分的一個(gè)下游位置處，將所述氣體管道中的氣體壓力維持為小于大氣壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于去除氣體的所述步驟包括操作沿第一導(dǎo)管的一定長度去除氣體，所述長度至少等于所述氣體進(jìn)口部分的直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于包括步驟在所述離心機(jī)的上游位置處，將氮?dú)庾⑷氲剿龅谝粚?dǎo)管內(nèi)的流體中。
11.一種方法，其用于在將含溶解空氣的水注入到正在開采烴類的地下烴類儲(chǔ)層中之前對水進(jìn)行處理，以使注入水中的氧氣最少，該方法包括步驟通過在導(dǎo)管的減壓區(qū)域內(nèi)降低水的壓力，使得溶解的氣體被釋放出，然后再將氣體排出，由此完成了至少一個(gè)去除作業(yè)，以將氣體從水中去除，該方法包括在所述減壓區(qū)域的上游，向所述水中添加氮?dú)猓蕴峁┛扇芙獾剿械牡獨(dú)?，由此減少了所述去除作業(yè)之后殘留的氧氣量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述去除作業(yè)包括首先在所述減壓區(qū)域中在導(dǎo)管中使水快速地旋轉(zhuǎn)，同時(shí)使水沿導(dǎo)管連續(xù)地流向下游，并從所述導(dǎo)管的中心去除一些氣體；隨后使已被去除了一些氣體的水再次旋轉(zhuǎn)，并從導(dǎo)管的中心再次去除一些氣體；添加氮?dú)獾乃霾襟E包括在已去除一些氣體的位置的下游位置處，將氮?dú)庾⑷氲剿小?br> 13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于包括在執(zhí)行完用于從水中去除空氣的所述至少一個(gè)去除作業(yè)之后，執(zhí)行所述向剩余水中添加氮?dú)獾牟襟E，將氮?dú)饣旌系剿?，然后從水中去除氣體。
全文摘要
在將水注入到地下烴類儲(chǔ)層中之前，要對主要是水的流體流執(zhí)行處理，以去除氧氣。流經(jīng)一導(dǎo)管(12)的水的壓力被降低到一個(gè)低值上，以增大氧氣和溶解在水中的其它氣體的析出。利用離心作用對所形成的兩相混合物進(jìn)行分離，通過使水在導(dǎo)管中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生所述的離心作用。通過使水流經(jīng)固定的旋流葉片(20)而引發(fā)旋轉(zhuǎn)。氧氣和任何其它氣體從導(dǎo)管的中心經(jīng)一氣體管道(30)排出，并借助于一真空泵(50)最終從系統(tǒng)中流出而排到大氣中。作為一增強(qiáng)措施，可在離心機(jī)的上游引入氮?dú)?。氮?dú)獾淖⑷胧顾瓪怏w溶液達(dá)到飽和，從而促進(jìn)了氧氣從低壓水中的析出，而且，通過將固定旋流葉片(20)下游的氣體體積分量調(diào)節(jié)為總流量的最優(yōu)比例值，也能提高氣體－液體的分離效率。
文檔編號(hào)C02F1/20GK1890009SQ200480035882
公開日2007年1月3日 申請日期2004年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者J·D·S·喬因森, D·J·范德茲 申請人:信號(hào)系泊浮筒公司