阅读说明：本技术 一种油气水分离装置 (Oil-gas-water separation device ) 是由 耿黎东 张映红 谷磊 庞伟 于 2018-07-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种油气水分离装置,包括对采出液进行油气水初级分离的初级分离组件、对初级分离的含油污水进行破乳及分离的二次除油组件、对初级分离的含水原油进行破乳及分离的二次除水组件,以及将初级分离的气体排出的排气组件,所述初级分离组件包括旋流腔体及设于旋流腔体内的旋流分离器,所述二次除油组件位于所述二次除水组件的下方,并均与所述旋流腔体连通；所述排气组件与所述旋流腔体的顶端连通。本发明具有油气水分离速度快、分离精度高,且占地空间小等优点。(The invention provides an oil-gas-water separation device, which comprises a primary separation component for performing primary separation of oil, gas and water on produced liquid, a secondary oil removal component for performing emulsion breaking and separation on primary separated oily sewage, a secondary water removal component for performing emulsion breaking and separation on primary separated oily crude oil, and an exhaust component for exhausting primary separated gas, wherein the primary separation component comprises a cyclone cavity and a cyclone separator arranged in the cyclone cavity, and the secondary oil removal component is positioned below the secondary water removal component and is communicated with the cyclone cavity; the exhaust assembly is communicated with the top end of the rotational flow cavity. The invention has the advantages of high oil-gas-water separation speed, high separation precision, small occupied space and the like.)

一种油气水分离装置

技术领域

本发明涉及石油化工领域，尤其涉及一种油气水分离装置。

背景技术

油田开发生产过程中，油气水三相分离装置是重要的生产设备之一。目前陆上大部分油田已进入开发中后期，呈现高含水、高采出程度的“双高”特征(尤其中国中东部老油田的含水率平均高达90％以上)。石油开发过程中会产生大量含油污水，不仅造成开采成本增加，而且会污染环境。尤其对于海上油田开发，因生产面积受到海上平台限制，常规的陆上污水处理装置因存在设备庞大、成本高、占地面积大、处理速度慢等缺陷而不再适用。

现有的油气水分离装置所采用的原理主要包括重力、旋流、气浮、静电等。其中，重力分离是利用油气水三相的密度差，依靠重力分异作用将油、气、水进行分离，该工艺结构简单、操作容易、可靠性强，但缺点是分离速度慢、处理液量少，且占地面积大。旋流分离是一种利用离心沉降原理将非均相混合物中不同密度的相进行分离的技术，该工艺结构紧凑、成本低、安装灵活，但其适用的油滴粒径范围一般超过20μm，且存在易打碎乳化液滴(油滴或水滴)导致恶化分离、通用性差等缺点。气浮法是一种以气泡作为分离介质来富集和分离表面活性物质的分离技术，其工艺效率高、占地面积小，但存在建造成本高、对高密度体积大的杂质去除效果差等缺陷。静电分离是根据粒子导电率不同，通过电场产生不同大小的静电力，将粒子进行分离的方法，其适用于低速粒子，存在原油脱水率低、能耗大等缺点。可见，现有的油气水分离存在分离速度慢、占地面积大、分离精度低等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种油气水分离速度快、分离精度高，且占地空间小的油气水分离装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种油气水分离装置，包括对采出液进行油气水初级分离的初级分离组件、对初级分离的含油污水进行破乳及分离的二次除油组件、对初级分离的含水原油进行破乳及分离的二次除水组件，以及将初级分离的气体排出的排气组件，所述初级分离组件包括旋流腔体及设于旋流腔体内的旋流分离器，所述二次除油组件位于所述二次除水组件的下方，并均与所述旋流腔体连通；所述排气组件与所述旋流腔体的顶端连通。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述二次除油组件及二次除水组件均包括仿生超浸润膜部件，所述仿生超浸润膜部件包括滚筒及具有不同分离特性的超浸润膜，所述超浸润膜包括覆盖于所述滚筒表面的浸润膜本体，以及多个沿浸润膜本体周向布置的弧形叶片；所述滚筒上设有供超浸润膜处理后的液体流入滚筒内部的贯通部，以及供滚筒内部的液体流出并产生旋流的倾斜出水孔。

所述二次除油组件的仿生超浸润膜部件为四组，四组所述仿生超浸润膜部件的超浸润膜分别为沿含油污水输送方向依次布置的破乳膜、第一亲水疏油膜、除重金属膜及除盐膜，且所述超浸润膜的目数沿含油污水的输送方向依次增高；所述二次除水组件的仿生超浸润膜部件为两组，两组所述仿生超浸润膜部件的超浸润膜分别为沿含水原油输送方向依次设置的破乳膜及第一亲油疏水膜，所述第一亲油疏水膜的目数高于所述破乳膜的目数。

还包括将二次除油组件分离的油排出的排油组件、将二次除水组件分离的水排出的排水组件，以及对超浸润膜去除的杂质进行收集的废渣收集器，其中，所述排油组件包括排油管道及第二亲油疏水膜，所述排油管道设于二次除油组件上，并位于设置破乳膜、第一亲水疏油膜的仿生超浸润膜部件的上方，所述第二亲油疏水膜设于所述排油管道内；所述排水组件包括排水管道及第二亲水疏油膜，所述排水管道设于二次除水组件上，并位于两组仿生超浸润膜部件的下方，所述第二亲水疏油膜设于所述排水管道内；所述废渣收集器设于各所述仿生超浸润膜部件的下方。

所述二次除油组件及二次除水组件还包括依次连通的进液通道、分离通道及出液通道，所述进液通道的直径小于所述分离通道的直径，所述进液通道通过锥形旋流段与所述分离通道连通；所述仿生超浸润膜部件设于所述分离通道内。

所述二次除油组件还包括用于保证水质达到排放标准的水质检测部件，所述水质检测部件包括水质检测仪、回流管道、三通阀及单向阀，所述水质检测仪设于所述二次除油组件的出液通道上；所述回流管道的一端位于水质检测仪的下游，另一端位于仿生超浸润膜部件的上游；所述三通阀设于所述回流管道与出液通道的连通位置；所述单向阀设于所述回流管道内。

还包括控制器、检测旋流腔体内液面高度的液面检测件、设于排气组件上的气体调节阀、设于二次除油组件进液端的出水调节阀，以及设于二次除水组件进液端的出油调节阀；所述控制器的输入端与液面检测件连接，所述控制器的输出端与气体调节阀、出水调节阀及出油调节阀连接；所述控制器根据所述液面检测件的液面检测值控制所述气体调节阀、出水调节阀及出油调节阀的开度。

所述二次除油组件及二次除水组件的进液端均设有检测输入压力的压力传感器；所述旋流腔体的底端连通有旁通管，所述旁通管上设有旁通阀门；所述控制器的输入端与压力传感器连接，所述控制器的输出端与旁通阀门连接；当所述压力传感器检测到压力快速升高时，所述控制器控制所述旁通阀门打开，并控制所述出水调节阀及出油调节阀关闭。

所述旋流分离器为叶片式旋流器，所述叶片式旋流器的叶片呈螺旋状布置，且所述叶片螺旋线的切向与叶片轴的夹角为15°～75°。

所述初级分离组件的底部设有向旋流腔体输入采出液的U形输入管、去除采出液固相杂质的杂质去除组件、以及对采出液进行初步油水分离的破乳孔板，其中，所述U形输入管与初级分离组件的底部连通；所述杂质去除组件包括沿所述U形输入管进液至出液方向依次设置的二氧化碳加料口、废渣收集件及过滤网；所述破乳孔板设于U形输入管的输出端与旋流腔体之间。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的油气水分离装置包括初级分离组件、二次除油组件、二次除水组件及排气组件，其中，初级分离组件包括旋流腔体及旋流分离器，旋流分离器在旋流腔体内并通过旋流作用对采出液进行油气水初级分离，之后采用二次除油组件对初级分离的含油污水进行破乳及分离，采用二次除水组件对初级分离的含水原油进行破乳及分离，采用排气组件将初级分离的气体排出，其实现了油水混合物的二次精细分离，使得油气水分离速度快、分离精度高。同时，本发明根据油气水的密度差，将二次除油组件设置于二次除水组件的下方，将排气组件设于旋流腔体的顶端，其保证了油气水的过滤效果，且布局结构简单紧凑、占地空间小。

本发明的二次除油组件及二次除水组件进一步包括仿生超浸润膜部件，仿生超浸润膜部件包括滚筒及具有不同分离特性的超浸润膜，超浸润膜的破乳、亲水疏油、亲油疏水等特性，进一步实现了油水混合物的二次精细分离。超浸润膜包括浸润膜本体及多个弧形叶片，浸润膜本体覆盖于滚筒的表面，多个弧形叶片沿浸润膜本体的周向布置，弧形叶片的设置大大增加了超浸润膜与来液的接触面积，进一步提高了过滤效果，且来液与超浸润膜接触后将带动滚筒转动，实现了来液对滞留在超浸润膜上的固相颗粒杂质形成侧向冲洗，保证了超浸润膜52的通畅性，延长了超浸润膜52的寿命，且避免了固相颗粒物的反冲洗工艺，其操作简单、效率高。同时，滚筒上设有贯通部及倾斜出水孔，贯通部供超浸润膜处理后的液体流入滚筒的内部，倾斜出水孔供滚筒内部的液体流出并产生旋流，以滚筒和超浸润膜旋转，保证后续含油污水、含水原油的分离效果。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是本发明油气水分离装置的结构示意图。

图2是本发明仿生超浸润膜部件的立体结构示意图。

图3是本发明仿生超浸润膜部件的另一立体结构示意图。

图4是本发明滚筒的立体结构示意图。

图中各标号表示：

1、初级分离组件；11、旋流腔体；12、旋流分离器；13、液面检测件；14、旁通管；15、旁通阀门；16、U形输入管；17、杂质去除组件；171、二氧化碳加料口；172、废渣收集件；173、过滤网；18、破乳孔板；2、二次除油组件；21、水质检测部件；211、水质检测仪；212、回流管道；213、三通阀；214、单向阀；22、出水调节阀；3、二次除水组件；31、出油调节阀；4、排气组件；41、气体调节阀；42、顶部排气管；43、气体压力检测件；5、仿生超浸润膜部件；51、滚筒；511、贯通部；512、倾斜出水孔；52、超浸润膜；521、浸润膜本体；522、弧形叶片；523、破乳膜；524、第一亲水疏油膜；525、除重金属膜；526、除盐膜；527、第一亲油疏水膜；53、轴承；6、排油组件；61、排油管道；62、第二亲油疏水膜；7、排水组件；71、排水管道；72、第二亲水疏油膜；8、废渣收集器；9、油水过滤通道；91、进液通道；92、分离通道；93、出液通道；94、锥形旋流段；10、液体压力检测件；101、第一压力传感器；102、第二压力传感器。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1示出了本发明油气水分离装置的实施例，其适用于陆上油田和海上油田使用。油气水分离装置包括初级分离组件1、二次除油组件2、二次除水组件3及排气组件4。其中，初级分离组件1包括旋流腔体11及旋流分离器12，旋流分离器12设于旋流腔体11内，并通过旋流作用对采出液进行油气水初级分离；二次除油组件2用于对初级分离的含油污水进行破乳及分离，二次除水组件3对初级分离的含水原油进行破乳及分离，二次除油组件2及二次除水组件3均与旋流腔体11连通，且二次除油组件2位于二次除水组件3的下方；排气组件4与旋流腔体11的顶端连通，以将初级分离的气体排出。

本发明的油气水分离装置采用旋流分离器12产生的旋流对采出液进行油气水初级分离，之后采用二次除油组件2对初级分离的含油污水进行破乳及分离，采用二次除水组件3对初级分离的含水原油进行破乳及分离，采用排气组件4将初级分离的气体排出，其实现了油水混合物的二次精细分离，使得油气水分离速度快、分离精度高。同时，本发明根据油气水的密度差，将二次除油组件2设于二次除水组件3的下方，排气组件4设于旋流腔体11的顶端，其保证了油气水的过滤效果，且布局结构简单紧凑、占地空间小。

如图2至图4所示，本实施例的二次除油组件2及二次除水组件3均包括仿生超浸润膜部件5，仿生超浸润膜部件5包括滚筒51及超浸润膜52。其中，超浸润膜52具有不同的分离特性，如破乳、亲水疏油、亲油疏水等特性，即本发明利用超浸润膜52具有的破乳、亲油疏水、亲水疏油等特性对实现了含油污水和含水原油的二次精细分离，其分离精度及可靠性高。本发明中使用的超浸润膜52是针对油水复杂成分和使用环境的需要，从相应的生物体系中获得启示，通过理解生物界面微观精细结构与超浸润特性的构效关系而制得的多级微孔结构膜材料，同时借助了化学修饰、纳米原位复合等方法来提高油水/材料界面的作用关系和行为，提高超浸润膜52的热稳定性和化学稳定性(抗酸碱、耐腐蚀)。超浸润膜52通过构筑仿生微纳多级结构，精确调控膜表面自由能和多尺度结构，将具有不同超浸润特性和不同结构特性的超浸润材料进行耦合，实现破乳、超疏水、超疏油、重金属离子吸附等功能。

本实施例中，超浸润膜52包括浸润膜本体521及多个弧形叶片522。其中，浸润膜本体521覆盖于滚筒51的表面；多个弧形叶片522沿浸润膜本体521的周向布置，弧形叶片522的设置大大增加了超浸润膜52与来液的接触面积，进一步提高了过滤效果。同时，来液与超浸润膜52接触后将带动滚筒51转动，实现了来液对滞留在超浸润膜52上的固相颗粒杂质形成侧向冲洗，保证了超浸润膜52的通畅性，延长了超浸润膜52的寿命，且避免了固相颗粒物的反冲洗工艺，其操作简单、效率高。本实施例中，弧形叶片522的弯曲程度根据来液速度和来液量进行设置。

同时，滚筒51上设有贯通部511及倾斜出水孔512，滚筒51通过轴承53安装于油水过滤通道9内，且滚筒51可在旋流作用下转动。其中，贯通部511用于供超浸润膜52处理后的液体流入滚筒51的内部，贯通部511为贯通孔或贯通槽，贯通孔或贯通槽的尺寸和密度根据来液量进行设置。倾斜出水孔512用于供滚筒51内部的液体流出并产生旋流，以使得来液以旋流方式作用于后续的仿生超浸润膜部件5的超浸润膜52表面，带动滚筒51和超浸润膜52旋转，以保证后续含油污水、含水原油的分离效果。本实施例中，倾斜出水孔512与滚筒51中心轴向的夹角为30°～60°，倾斜出水孔512的截面积根据来液量进行设置。

如图1所示，二次除油组件2的仿生超浸润膜部件5为四组。四组仿生超浸润膜部件5的超浸润膜52分别为破乳膜523、第一亲水疏油膜524、除重金属膜525及除盐膜526，破乳膜523、第一亲水疏油膜524、除重金属膜525及除盐膜526沿含油污水的输送方向依次布置。破乳后的含油污水利用第一亲水疏油膜524允许水流过、将油阻隔在流入端，利用除重金属膜525及除盐膜526去除水中的重金属和盐。即本发明二次除油组件2采用破乳、亲水疏油、重金属离子吸附、除盐特性的超浸润膜52使得二次处理的污水达到含油率低于10ppm的标准进行外排，且不含重金属和盐，可直接注入农田，从而降低下游管道系统的运输能耗和处理负担，减少了环境污染。

进一步的，破乳膜523、第一亲水疏油膜524、除重金属膜525及除盐膜526的目数依次增高，其使得二次除油组件2从入口端到出口端过滤的分子/离子直径越来越小，避免了液体在仿生超浸润膜部件5发生滞留的现象。在相应超浸润膜52目数固定的情况下，通过控制超浸润膜52的弧形叶片522面积可控制液体流量，同时，不同类型的超浸润膜52的目数和弧形叶片522的面积均根据来液量进行设置。本实施例中，通过控制超浸润膜52的网眼目数可实现不同大小颗粒或离子的无滞留过滤。

本实施例中，二次除水组件3的仿生超浸润膜部件5为两组。两组仿生超浸润膜部件5的超浸润膜52分别为破乳膜523及第一亲油疏水膜527，破乳膜523及第一亲油疏水膜527沿含水原油输送方向依次设置。破乳后的含水原油流过第一亲油疏水膜527，利用分离膜材料的亲油疏水特性，仅允许油通过、将水阻隔在流入端，含水原油经过破乳膜523及第一亲油疏水膜527二次分离后，直接流入下游输油管线中，其操作方便，含水原油的过滤效果好。同时，第一亲油疏水膜523的目数高于破乳膜527的目数，即本发明在实现含水原油高精度分离的同时，避免了液体在仿生超浸润膜部件5发生滞留的现象。

如图1所示，油气水分离装置还包括排油组件6、排水组件7及废渣收集器8。其中，排油组件6包括排油管道61及第二亲油疏水膜62，由于油的密度小于水，排油管道61设于二次除油组件2上，排油管道61位于设置破乳膜523、第一亲水疏油膜524的仿生超浸润膜部件5的上方，以将二次除油组件2分离的油排出；第二亲油疏水膜62设于排油管道61内，其仅允许油通过、将水阻隔在二次除油组件2中。排水组件7包括排水管道71及第二亲水疏油膜72，由于水的密度大于油，排水管道71设于二次除水组件3的两组仿生超浸润膜部件5的下方，以将二次除水组件3分离的水排出；第二亲水疏油膜72设于排水管道71内，其仅允许水通过、将油阻隔在二次除水组件3中。废渣收集器8设于各仿生超浸润膜部件5的下方，以对超浸润膜52去除的颗粒杂质、重金属杂质和盐等进行收集。

进一步的，本实施例的二次除油组件2及二次除水组件3还包括油水过滤通道9，油水过滤通道9包括依次连通的进液通道91、分离通道92及出液通道93。其中，进液通道91的直径小于分离通道92的直径，进液通道91通过锥形旋流段94与分离通道92连通，仿生超浸润膜部件5设于分离通道92内。锥形旋流段94的设置使得含油污水、含水原油在进入二次除油组件2及二次除水组件3时产生旋流，来液以旋流方式作用于破乳膜523的表面，带动滚筒51和破乳膜523旋转，以保证后续含油污水、含水原油的分离效果。本实施例中，锥形旋流段94的锥度为30°～60°。

进一步的，二次除油组件2还包括用于保证水质达到排放标准的水质检测部件21，水质检测部件21包括水质检测仪211、回流管道212、三通阀213及单向阀214。其中，水质检测仪211设于二次除油组件2的出液通道93上；回流管道212的一端位于水质检测仪211的下游，并与出液通道93连通，回流管道212的另一端位于仿生超浸润膜部件5的上游；三通阀213设于回流管道212与出液通道93的连通位置；单向阀214设于回流管道212内。水质检测仪211监测二次处理后的水质，如果水质未达到排放标准，则通过自动控制系统控制三通阀213与回流管道212连通，并控制打开单向阀214，使未达标的水经回流管道212回流至二次除油组件2的进液端进行重新处理；如水质达到排放标准，则直接将水流入下游输水管线中。本发明经过二次除油组件2处理的水含油率低于10ppm，水可直接排入农田，其环境污染小，且水质检测方便、可靠性高。

如图1所示，本实施例的油气水分离装置还包括控制器、液面检测件13、气体调节阀41、出水调节阀22及出油调节阀31。其中，液面检测件13设于旋流腔体11内，以检测旋流腔体11内液面的高度；气体调节阀41设于排气组件4的顶部排气管42上；出水调节阀22设于二次除油组件2的进液通道91上；出油调节阀31设于二次除水组件3的进液通道91上；控制器的输入端与液面检测件13连接，控制器的输出端与气体调节阀41、出水调节阀22及出油调节阀31连接。控制器根据液面检测件13的液面检测值控制气体调节阀41、出水调节阀22及出油调节阀31的开度。其保证了油气水在二次分离效果及运行稳定性。

当液面检测件13检测到液面过低时，说明旋流腔体11内的气体量过大，控制器控制气体调节阀41的开度增加，控制出水调节阀22及出油调节阀31的开度减小；当液面检测件13检测到液面过高时，说明旋流腔体11内的油、水量过大，控制器控制出水调节阀22及出油调节阀31的开度增大，控制气体调节阀41的开度减小。

进一步的，二次除油组件2及二次除水组件3的进液通道91上均设有液体压力检测件10。液体压力检测件10为第一压力传感器101，第一压力传感器101检测含油污水及含水原油的输入压力。旋流腔体11的底端连通有旁通管14，旁通管14上设有旁通阀门15。控制器的输入端与第一压力传感器101连接，控制器的输出端与旁通阀门15连接。

当第一压力传感器101检测到压力快速升高时，说明二次除油组件2或二次除水组件3内发生堵塞，控制器控制旁通阀门15打开，并控制出水调节阀22及出油调节阀31关闭，以将多余的来液通过旁通管14排出；第一压力传感器101检测到压力恢复正常时，控制器控制旁通阀门15关闭，并控制出水调节阀22及出油调节阀31打开，恢复正常工作。其提供了一种二次除油组件2或二次除水组件3堵塞时的排液措施，且操作方便、且安全可靠性高。

进一步的，二次除油组件2或二次除水组件3的出液通道93上设有第二压力传感器102。第二压力传感器102检测经过滤后的含油污水及含水原油的输出压力，将第二压力传感器102与第一压力传感器101的检测值进行比较，当第二压力传感器102的检测值明显小于第一压力传感器101的检测值时，表明仿生超浸润膜部件5堵塞，此时需更换仿生超浸润膜部件5的超浸润膜52。同时，排气组件4的顶部排气管42上设有气体压力检测件43，用于实时检测顶部排气管42的排气压力。

如图1所示，旋流分离器12为叶片式旋流器。叶片式旋流器的叶片呈螺旋状布置，以使油气水混合物经过叶片后形成旋流，保证后续二次分离的顺利进行。本实施例中，叶片螺旋线的切向与叶片轴的夹角为15°～75°，叶片的数量及角度等参数根据液体流量和液体性质进行设置。

本实施例中，初级分离组件1的底部设有U形输入管16、杂质去除组件17及破乳孔板18。其中，U形输入管16的一端与初级分离组件1的底部连通，以向旋流腔体11输入采出液。杂质去除组件17用于去除采出液的固相杂质，杂质去除组件17包括二氧化碳加料口171、废渣收集件172及过滤网173，其中，二氧化碳加料口171设于U形输入管16的进液端，通过二氧化碳加料口171向井口采出液中注入二氧化碳，使得碳酸根、碳酸氢根离子浓度增加，与液体中高浓度的钙离子、镁离子、钡离子发生反应形成沉淀，以减小采出液的矿化度；过滤网173设于U形输入管16的出液端，以将油水混合物中的固相杂质阻隔在砂网上，起到防砂和过滤固相小颗粒杂质的作用，实现二次固液分离；废渣收集件172设于二氧化碳加料口171与过滤网173之间，且废渣收集件172位于U形输入管16的底部，用于收集来液中的固相大颗粒杂质，实现初步的固/液-气分离。

本实施例中，破乳孔板18设于U形输入管16的输出端与旋流腔体11之间。U形输入管16输入的采出液通过破乳孔板18完成破乳，以对采出液进行初步油水分离。进一步的，U形输入管16通过垂直入口管与旋流腔体11的底部连通，旁通管14与垂直入口管连通。

本发明的油气水分离装置采用旋流和超浸润复合原理分离油气水。首先采用U形输入管16中的杂质去除组件17除去油水中的固相杂质；之后采用叶片式旋流器将油气水进行初步分离；再采用具有不同特性(破乳、亲油疏水、亲水疏油等)的超浸润膜52对初级分离得到的污水和油进行破乳和二次精细分离。采用旋流分离器12和仿生超浸润膜部件5组合的形式使得油气水分离速度快、分离精度高。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。