试采石油时回收混合轻烃的装置.pdf

本发明涉及一种石油开采的附属装备，确切地说，涉及一种用于高压油气井在试采作业过程中回收混合轻烃的装置。
    在油田的钻探和试采过程中，通常是以取得地质油层资料和开发数据为目的的，对随着试采而喷发出来的高压油气，目前至多只回收其中的原油而已，而对其中蕴含着丰富石油化工原料-轻烃的高压气体，由于气体处理装置非常复杂，尤其在高压条件下，设备的工作条件非常苛刻，其制造精度和要求都很高，建造一个高压的气体处理工厂的投资是十分可观的。因此，在试采过程中一般不可能建立正规的气体处理装置，对轻烃是不加回收的。这样，大量的宝贵资源-混合轻烃就白白浪费了，而且，这种浪费还对自然环境造成污染等不良影响。

    本发明的目的是提供一种在现场试采作业条件下，利用现场可以得到的器材，再辅以机电一体化的控制装置，在对高压油气井进行试采作业以取得合乎工程地质质量需求地数据资料的同时，能够回收混合轻烃的装置。

    本发明的结构组成参见图1，它包括有三个组成部分：1是装有PCS工业过程控制工作站的可移动式控制车，该车上还装有计算机的其他外围必要设备：打印机、通信接口装置等;2是由标准工业控制介面箱21和装在三相分离器组3相应部位的多个压力、温度、流量传感器<图中分别示为P1、P2、P3，T1、T2……T6，L1、L2、L3>与其插在介面箱里的适配模块组成的现场敏感采集装置，介面箱21通过电缆与控制车1相连通;3是用两种以上不同直径的石油专用管材组成的三相分离器组;该三相分离器组分为两级，第一级（3-1）是用两段相互连通的10″～14″石油钢套管构成的高压原油分离器，其进口接来自井口的高压油气混合物，其位于套管下侧的出口排出原油与水（经由阀V1），位于套管上侧的出口则经过一个受控阀组（由阀门V5、V6、V7、V8及V9组成）接入分离器的第二级（3-2）-用两组8″～12″及5″～8″两种不同直径的钢套管分别同轴嵌套，并且同一直径套管相互分别连通构成的高压换热分离器，两套管组（3-2）中都装有保持同轴的隔架，其中位于外围的粗直径套管（3-2A）为换热器热边，位于其下侧的出口分别排出水和轻油（经由阀V2）与混合轻烃（经由阀V4）;位于中心的细直径套管（3-2B）为换热器冷边，其出口处排出已净化的天然气（经由阀V3）。三相分离器组的工作状态，通过安装在其各个不同相应部位的压力、温度、流量等敏感器采集检测后，再经介面箱21中适配模块的转换，被送入控制车1中的PCS工业过程控制工作站<也可以使用性能类似的其他过程控制设备或工业控制计算机>。由于PCS机中装有可以实时处理过程控制的专家系统软件包（PARAGON    500），只要把分离器组各个部位的实时敏感数据送入其中，主管试采作业的采油总工程师就可以十分方便地将该过程的控制策略编制得尽可能完善，以便获得足以令人满意的试采工程数据和取得较高的混合轻烃回收率。这些都是利用当代高科技的计算机及微电子硬件资源和精心设计的软件包，对试采作业的高压油气混合物的工程热物理状态进行最佳流程的实时测控而获得的，而分离器组所使用的器材又都是试采现场可以就地取材获得的，并用之替代高压气体处理工厂的昂贵装置。总之，本发明是利用试采石油现场的石油专用管材和标准化的机电一体化过程控制设备及随机动态监控技术，现场临时组成的一套用于在高压油气井现场试采并回收资源的机电一体化装置。在试采之后，或许本发明装置要被正式的气体处理工厂所取代，届时石油专用管材可以回收重复利用，而可移动式控制车及介面箱等外围设备又极其通用性，所以，本发明的装备投资可以大大节省。

    下面结合附图2进一步阐述本发明的工作机理：3-1是用于分离出在井口直接获得的高压油气混合物中的液相介质（原油、水和凝析经质油）的大口径钢套管，可在现场用10″～14″套管组成。3-2是用于冷凝和分离混合轻烃的复合套管组，其中3-2A是用现场的8″～12″套管组成的外围管组，用于分离、回收轻烃。3-2B是用现场的5″～8″管组成的中心管组，用作工质膨胀致冷后的中压气体和原始高压气体的换热器。来自高压油井的三相（油、气、水）混合流进入3-1的10″～14″套管后就进行重力分离，对于通常的油、气井，用10米长度的套管就可以将三相混合流的原始状态逐渐分离并使原油，水等液相物积聚在套管下部，经阀V1排出装置。分离后的气流由该套管的顶部排入3-2A的8″～12″套管中降温，在降温过程中，轻烃和水根据其各自的冷凝点温度不同而先后冷凝，并靠重力法在两层套管的环开形空间中被分离出来，积聚在环形空间下部经阀V2、V4排出装置。最终分离出来的高压气体（10MPa～25MPa）经数控节流阀V9节流膨胀，压力、温度都下降，根据约翰-汤姆逊效应，膨胀后的气流进入5″～8″套管（3-2B），该套管与上述3-2A管形成一个同轴双筒体结构的换热器，中心部位形成换热器的冷边，环形空间部位形成换热器的热边。高压气体在环形空间被逐渐冷却到2℃左右，此时，其中蕴含的轻烃大部分被液化而冷聚到环形空间的底侧，经阀V2、V4流出装置回收。被冷却轻烃的高压气体从热边上侧出口流出后，经数控节流阀V9节流致冷，流入5″～8″的冷边套管，成为换热器的致冷工作介质，给本装置提供液化轻烃所需的冷量。通常在选定分离器的套管规格后，再根据实际处理能力，按照斯托克两相分离沉降基本公式和工程热物理的热力学公式来计算换热量。并以此求得油、气在套管中所需停留时间和换热面积，和确定所选用的套管长度。可以由单根套管连接起来达到设计总长度，也可以将换热器作成两排，以便使装置结构紧凑，流程能够相应集中和易于操作管理。

    为防止换热器冷边外壁被冻堵，通过V5、V8和V6、V7四个阀门的交替切换来将热边出口和进口的位置定期交换，这样可以把冷边进口的冻堵层溶化掉。而所有这些阀门都由装在控制车内的工业过程控制计算机根据PARACON    500软件包规定的控制程序自动执行操作指令，使整个装置能进入最佳工况运行，而不必由传统的复杂机械设备去执行。总之，本发明的控制装置同时还可用于试采的数据采集和处理，本发明只是又赋予其进行气体换热处理以便回收其中混合轻烃的新功能。就控制装置而言，它不仅是机电一体化设备，还是工程上的试采石油和气体处理的控制一体化装置。本发明的油、气、水三相分离器组才是回收混合轻烃的专用机械装置。