本實(shí)用新型主要屬于油氣田開發(fā)領(lǐng)域,具體涉及污水及鍋爐煙氣處理零排放輔助蒸汽熱采的裝置。
背景技術(shù):
國(guó)內(nèi)的稠油開采主要以熱采為主,所使用的蒸汽發(fā)生器,在生產(chǎn)高干度蒸汽的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生無(wú)法利用的煙道氣。一方面,煙道氣中含有二氧化碳、氮?dú)?、硫化物等?duì)環(huán)境造成極大污染的有害氣體;另一方面,排放的煙道氣溫度大約在170℃-220℃,含有大量的可再利用的熱源,回收利用后,可以節(jié)約大量的能源。
蒸汽鍋爐產(chǎn)生的煙道氣中含有10%-15%的二氧化碳和80%-85%的氮?dú)?,同時(shí)是注汽采油所需的兩種關(guān)鍵組分。煙道氣輔助熱力采油是改善稠油油田開發(fā)效果、提高采收率的有效途徑。二氧化碳是一種在水和油中溶解度都很高的氣體,當(dāng)它大量溶解于原油中時(shí),可以使原油體積膨脹,粘度下降。同時(shí)CO2還可以與原油混相,抽提原油中的輕質(zhì)成分使其氣化,從而降低界面張力,實(shí)現(xiàn)混相驅(qū);二氧化碳還有改善流度比,抽提、萃取和氣化原油中的輕烴、利用分子擴(kuò)散作用提高油藏滲透率等突出作用。氮?dú)庥捎趬嚎s系數(shù)和體積系數(shù)都比其他氣體大,在水中溶解度小,粘度和甲烷接近,還因?yàn)槭嵌栊詺怏w,不燃燒,無(wú)毒無(wú)腐蝕性,與大多數(shù)流體混合時(shí)呈泡沫狀態(tài),能對(duì)流體起一定的舉升作用,所以可利用它進(jìn)行非混相驅(qū)、混相驅(qū)、重力驅(qū)、復(fù)合驅(qū)、水氣交替驅(qū)等多種驅(qū)油方式,提高油氣采收率。如何將蒸汽鍋爐產(chǎn)生的煙道氣中含有的10%-15%的二氧化碳和80%-85%的氮?dú)饫闷饋?lái)進(jìn)行注汽采油是一個(gè)研究方向。
同時(shí),我國(guó)大部分油田己進(jìn)入石油開采的中后期階段,主要采用注水開發(fā)方式,注采不平衡的開發(fā)矛盾導(dǎo)致絕大部分油井采出液含水為70-80%,有的油田甚至高達(dá)90%以上。同時(shí)隨著油田的不斷開發(fā),油井采出液含水量將會(huì)不斷的增加,導(dǎo)致國(guó)內(nèi)油田產(chǎn)生非常巨大的污水量,不但處理難度大,產(chǎn)生的處理費(fèi)用也很高。產(chǎn)生的污水主要的處理方式是在集油站分離后再進(jìn)行回灌,這些污水是重要的工業(yè)污染源之一,其中所含的大量的油類、懸浮物、重金屬等物質(zhì)對(duì)土壤、水生生物、人體健康和農(nóng)作物生長(zhǎng)危害很大。如果把如此大量的采出水直接外排,將造成非常嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題,同時(shí)又浪費(fèi)了寶貴的水資源。而熱采井注汽需要大量經(jīng)過(guò)處理的清水,一臺(tái)鍋爐每口井注汽量在1500-2500噸,需要清水1800-3000 噸。在水資源日益緊缺的今天,如此大的用水量的來(lái)源是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。因此,油田污水的處理對(duì)環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要,同時(shí)也關(guān)系到油田企業(yè)未來(lái)的生存與發(fā)展,是油田實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)和提高油田經(jīng)濟(jì)效益節(jié)約成本的一個(gè)重要途徑。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)上述問(wèn)題,本實(shí)用新型提供了污水及鍋爐煙氣處理零排放輔助蒸汽熱采的裝置及方法將注汽鍋爐產(chǎn)生的煙氣回收,進(jìn)一步利用煙氣余熱,處理油田污水,加熱鍋爐用水,實(shí)現(xiàn)降低能耗的目的,不僅能大大的降低油田的采油成本,還有利于保護(hù)環(huán)境減少污染,同時(shí)將煙氣注入油藏,改善稠油注蒸汽開采的效果,提高原油采收率,減少溫室氣體的排放。
本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
污水及鍋爐煙氣處理零排放輔助蒸汽熱采的方法,其特征在于,所述方法為將注采污水排出系統(tǒng)排出的污水和蒸汽鍋爐排出的煙氣結(jié)合利用污水溶解煙氣中的二氧化硫處理去除二氧化硫后的煙氣得到干燥二氧化碳和氮?dú)饣旌蠚怏w,將所述干燥二氧化碳和氮?dú)饣旌蠚怏w作為輔助蒸汽熱采的氣源;同時(shí)煙氣和污水結(jié)合時(shí)煙氣和污水進(jìn)行熱交換得高溫污水,處理高溫污水得到符合鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)的清水和固態(tài)析出物,將清水作為蒸汽鍋爐注汽用清水,蒸汽鍋爐所得蒸汽作為蒸汽熱采的蒸汽源;達(dá)到污水及鍋爐煙氣處理零排放同時(shí)輔助蒸汽熱采。
進(jìn)一步地,將所述干燥二氧化碳和氮?dú)饣旌蠚怏w壓縮為高壓混合氣體作為輔助蒸汽熱采的氣源。
進(jìn)一步,處理高溫污水得到符合鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)的清水和固態(tài)析出物包括污水深度處理、高濃度鹽處理和蒸餾結(jié)晶處理;
所述污水深度處理包括過(guò)濾無(wú)機(jī)顆粒、除油、脫鹽、脫氧;
所述高濃度鹽處理包括用使用保安過(guò)濾器、精密過(guò)濾器除硬除鹽和利用高鹽水淡化反滲透裝置過(guò)濾;
所述蒸餾結(jié)晶處理包括真空除氧、除二氧化碳、經(jīng)NMVR蒸發(fā)系統(tǒng)和NMVR蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)行蒸發(fā)處理、經(jīng)強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器處理,得到所述符合鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)的清水和固態(tài)析出物;
所述固態(tài)析出物為成品鹽。
污水及煙氣處理零排放輔助蒸汽熱采的裝置,所述裝置分別于注采污水排出系統(tǒng)、蒸汽鍋爐和油管相連;所述蒸汽鍋爐包括清水入口、蒸汽出口和鍋爐煙氣出口;所述裝置包括煙氣凈化和污水處理裝置、熱交換裝置和液氣分離裝置;所述熱交換裝置包括污水入口、煙氣入口、污水出口和煙氣出口;所述污水入口與所述注采污水排出系統(tǒng)相連,所述煙氣出口與所述液氣分離裝置相連,所述污水出口和所述煙氣入口與所述煙氣凈化和污水處理裝置相連;所述煙氣凈化和污水處理裝置與所述清水入口和所述鍋爐煙氣出口連接;所述液氣分離裝置同時(shí)與所述清水入口和所述油管連接;所述蒸汽入口與所述油管相連接,所述煙氣凈化和污水處理裝置包括污水處理系統(tǒng)。
在所述煙氣凈化和污水處理裝置中,蒸汽鍋爐產(chǎn)生的鍋爐煙氣和注采污水排出系統(tǒng)排出的污水相遇,污水將鍋爐煙氣中的二氧化硫溶解,去除二氧化硫的煙氣通過(guò)煙氣入口進(jìn)入熱交換裝置并于通過(guò)污水入口進(jìn)入的污水進(jìn)行熱交換,熱交換后的煙氣通過(guò)煙氣出口進(jìn)入液氣分離裝置,熱交換后的污水通過(guò)污水出口進(jìn)入煙氣凈化和污水處理裝置,液氣分離裝置將煙氣中的水分和氣體分離,水分通過(guò)清水入口進(jìn)入蒸汽鍋爐,氣體進(jìn)入油管,溶解有二氧化硫的污水被水處理系統(tǒng)處理為可用清水,通過(guò)清水入口進(jìn)入蒸汽鍋爐;所述氣體為二氧化碳和氮?dú)獾幕旌蠚怏w,混合氣體以輔助高溫蒸汽形式進(jìn)入油層,輔助開采。
污水和煙氣相互影響:一方面,從蒸汽鍋爐中排出的煙氣溫度大約在在170-200℃,而注采污水排出系統(tǒng)排出的污水溫度較低大約在5-25℃,在熱交換裝置中,低溫的污水和高溫的煙氣接觸相互熱量交換,將低溫污水變?yōu)楦邷匚鬯?0-35℃),高溫污水處理后得到鍋爐用水,溫度提高后再燃燒加熱可減少使用鍋爐燃料,提高燃燒生成蒸汽效率;另一方面,在煙氣凈化和污水處理裝置中,煙氣成分為二氧化硫、二氧化碳、氮?dú)夂退?,煙氣和污水接觸使煙氣中的二氧化硫溶解在污水中,去除煙氣中的二氧化硫。
進(jìn)一步地,所述污水處理系統(tǒng)包括污水深度處理系統(tǒng)、高濃度鹽水處理系統(tǒng)和蒸餾結(jié)晶處理系統(tǒng);污水經(jīng)所述污水深度處理系統(tǒng)后分離為達(dá)標(biāo)水和高濃度鹽水,所述高濃度鹽水經(jīng)所述高濃度鹽水處理系統(tǒng)后分離為達(dá)標(biāo)水和超高濃度鹽水,所述超高濃度鹽水經(jīng)所述蒸餾結(jié)晶處理系統(tǒng)分離為達(dá)標(biāo)水和成品鹽。
進(jìn)一步地,所述污水深度處理系統(tǒng)包括絮凝沉淀罐、一級(jí)機(jī)械過(guò)濾器、二級(jí)機(jī)械過(guò)濾器、超濾(碳化硅sic)過(guò)濾器、樹脂除油處理罐、脫鹽脫氧處理裝置;污水首先經(jīng)過(guò)絮凝沉淀罐,對(duì)無(wú)機(jī)顆粒進(jìn)行絮凝沉降,再經(jīng)過(guò)兩級(jí)過(guò)濾器(石英砂、陶?;蚝颂覛そ橘|(zhì))及超濾(碳化硅sic)過(guò)濾對(duì)細(xì)的無(wú)機(jī)顆粒實(shí)施過(guò)濾,再經(jīng)樹脂除油罐除油處理,最后經(jīng)過(guò)濾膜脫鹽、脫氧,過(guò)濾后達(dá)到鍋爐用水指標(biāo)(具體指標(biāo)見(jiàn)油田污水過(guò)濾系統(tǒng)中的鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn))后進(jìn)入鍋爐,此處達(dá)標(biāo)水大約占到整個(gè)來(lái)水的65%,對(duì)于不達(dá)標(biāo)的35%污水進(jìn)入高鹽水處理系統(tǒng)處理,所述高鹽水處理設(shè)備包括化學(xué)除硬罐、增壓泵、保安過(guò)濾器、精密過(guò)濾器、高鹽水淡化高壓泵、高鹽水淡化反滲透裝置。
高濃鹽水處理方法:
不達(dá)標(biāo)的35%污水首先實(shí)施化學(xué)除硬度,再經(jīng)高鹽水增壓泵泵送到保安過(guò)濾器、精密過(guò)濾器實(shí)施除硬除鹽后再經(jīng)高鹽水淡化高壓泵泵送通過(guò)高鹽水淡化反滲透裝置過(guò)濾后達(dá)到鍋爐用水指標(biāo)(具體指標(biāo)見(jiàn)[001]油田污水過(guò)濾系統(tǒng)中的鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn))后進(jìn)入鍋爐,此處達(dá)標(biāo)水大約占到整個(gè)來(lái)水的17.5%,對(duì)于不達(dá)標(biāo)的17.5%污水進(jìn)入蒸餾結(jié)晶處理系統(tǒng)處理。
蒸餾結(jié)晶處理設(shè)備:抽真空設(shè)備、NMVR蒸發(fā)器、NMVR蒸汽壓縮機(jī)、強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器。
蒸餾結(jié)晶處理方法:
對(duì)于經(jīng)高鹽水處理設(shè)備處理后的不達(dá)標(biāo)的17.5%污水先進(jìn)行真空除氧、除二氧化碳,再經(jīng)NMVR蒸發(fā)系統(tǒng)和NMVR蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)行蒸發(fā)處理,最后經(jīng)強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器處理后得到鍋爐達(dá)標(biāo)用水和成品鹽。
進(jìn)一步地,所述液氣分離裝置與所述油管間連接有氣壓機(jī),所述氣壓機(jī)將液氣分離裝置分離出的二氧化碳和氮?dú)獾幕旌蠚怏w壓縮成高壓混合氣體;
本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果:
(1) 本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)煙道氣的除塵凈化,去除了煙道氣中的有害成分和煙塵,得到的是可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的清潔氣體,保護(hù)了環(huán)境,減少了大氣的污染,減少溫室氣體的排放。
(2) 本實(shí)用新型將煙氣注入油藏,改善稠油注蒸汽開采的效果,提高原油采收率。
(3)本實(shí)用新型將油田污水處理成注汽鍋爐注汽用清水,同時(shí)利用注汽鍋爐產(chǎn)生170℃-220℃左右煙道氣的熱能不但使污水得到凈化,用于油田生產(chǎn),也對(duì)煙氣進(jìn)行除塵,使有害物質(zhì)結(jié)晶成析出物,進(jìn)行固態(tài)化處理。
附圖說(shuō)明
圖1、油田污水處理流程示意圖;
圖2、鍋爐煙氣污水處理流程示意圖;
圖3、鍋爐煙道氣輔助蒸汽吞吐機(jī)理示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本實(shí)用新型,并不用于限定本實(shí)用新型。
相反,本實(shí)用新型涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本實(shí)用新型的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步,為了使公眾對(duì)本實(shí)用新型有更好的了解,在下文對(duì)本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)描述中,詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本實(shí)用新型。
實(shí)施例1
污水及煙氣處理零排放輔助蒸汽熱采方法
如圖2所示,油田生產(chǎn)產(chǎn)生的低溫(5-25℃)污水經(jīng)過(guò)熱交換裝置與進(jìn)入熱交換裝置的煙氣換熱變成高溫污水(30-35℃);高溫污水進(jìn)入煙氣凈化、污水處理裝置,高溫污水從煙氣凈化、污水處理裝置上部噴淋而下(噴淋的水壓控制在0.2Mpa以內(nèi),流速不限),與進(jìn)入煙氣凈化、污水處理的煙氣接觸,將廢煙氣中的二氧化硫溶解在污水中,污水繼續(xù)通過(guò)污水處理裝置進(jìn)行深度處理至可用淡水(廢水再通過(guò)外排泵送往廢水處理裝置);脫除二氧化硫的廢煙氣通過(guò)熱交換裝置與流過(guò)該裝置的低溫污水通過(guò)熱擴(kuò)散原理?yè)Q熱后溫度降低,變成低溫水和二氧化碳加氮?dú)?;之后進(jìn)入液氣分離裝置,干燥后的二氧化碳和氮?dú)膺M(jìn)入氣壓機(jī),液氣分離裝置中分離出的蒸餾純凈水為蒸氣鍋爐提供鍋爐用水,鍋爐不足用水由油田污水處理流程處理后的純凈水補(bǔ)充。蒸氣鍋爐燃燒產(chǎn)生的的煙氣進(jìn)入煙氣凈化、污水處理裝置,循環(huán)進(jìn)行上述過(guò)程。蒸氣鍋爐燃燒產(chǎn)出的高溫飽和蒸氣由油管注入油層,通過(guò)氣壓機(jī)處理后的低溫干燥二氧化碳和氮?dú)鈴挠途凸芘c套管環(huán)空注入油層,以煙氣輔助高溫蒸汽形式進(jìn)入油層,輔助開采,提高采收率。
其中氣壓機(jī)是把0.1MPa的氣體增壓,為本工藝提供壓力為22Mpa,排氣量為5.7m3/min的氣源注氣設(shè)備。
油田采出污水指標(biāo)(以勝利油田為例):總硬度1925.34mg/l,總鐵0.2mg/l,含油300.2mg/l,懸浮物10mg/l,礦化度10090mg/l,PH6.18,二氧化硅68.6mg/l;通過(guò)本方法中的過(guò)濾裝置過(guò)濾處理后達(dá)到鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn):總硬度0mg/l,總鐵0mg/l,含油0mg/l,懸浮物0mg/l,礦化度≤50mg/l,PH7.5-8.3,二氧化硅≤30mg/l。
如圖1所示,污水處理方法和裝置:
油田污水進(jìn)入處理系統(tǒng)后,經(jīng)A污水深度處理系統(tǒng)處理后,得到65%達(dá)標(biāo)鍋爐用水,剩余的35%的污水經(jīng)B高濃鹽水處理系統(tǒng)處理后,得到17.5%達(dá)標(biāo)鍋爐用水,剩余的17.5%的污水經(jīng)C蒸餾結(jié)晶處理系統(tǒng)處理后,得到15%達(dá)標(biāo)鍋爐用水,剩余2.5%的為有害物質(zhì)結(jié)晶析出物進(jìn)行固態(tài)化處理。
污水深度處理系統(tǒng)的設(shè)備包括:絮凝沉淀罐、一級(jí)機(jī)械過(guò)濾器、二級(jí)機(jī)械過(guò)濾器、超濾(碳化硅sic)過(guò)濾器、樹脂除油處理罐、脫鹽脫氧處理裝置。
污水深度處理方法(化學(xué)法+物理法):
來(lái)水首先經(jīng)過(guò)絮凝沉淀罐,對(duì)無(wú)機(jī)顆粒進(jìn)行絮凝沉降,再經(jīng)過(guò)兩級(jí)過(guò)濾器(石英砂、陶?;蚝颂覛そ橘|(zhì))及超濾(碳化硅sic)過(guò)濾對(duì)細(xì)的無(wú)機(jī)顆粒實(shí)施過(guò)濾,再經(jīng)樹脂除油罐除油處理,最后經(jīng)過(guò)濾膜脫鹽、脫氧,過(guò)濾后達(dá)到鍋爐用水指標(biāo)(具體指標(biāo)見(jiàn)[001]油田污水過(guò)濾系統(tǒng)中的鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn))后進(jìn)入鍋爐,此處達(dá)標(biāo)水大約占到整個(gè)來(lái)水的65%,對(duì)于不達(dá)標(biāo)的35%污水進(jìn)入高鹽水處理系統(tǒng)處理。
高鹽水處理設(shè)備:化學(xué)除硬罐、增壓泵、保安過(guò)濾器、精密過(guò)濾器、高鹽水淡化高壓泵、高鹽水淡化反滲透裝置。
高濃鹽水處理方法:
不達(dá)標(biāo)的35%污水首先實(shí)施化學(xué)除硬度,再經(jīng)高鹽水增壓泵泵送到保安過(guò)濾器、精密過(guò)濾器實(shí)施除硬除鹽后再經(jīng)高鹽水淡化高壓泵泵送通過(guò)高鹽水淡化反滲透裝置過(guò)濾后達(dá)到鍋爐用水指標(biāo)(具體指標(biāo)見(jiàn)[001]油田污水過(guò)濾系統(tǒng)中的鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn))后進(jìn)入鍋爐,此處達(dá)標(biāo)水大約占到整個(gè)來(lái)水的17.5%,對(duì)于不達(dá)標(biāo)的17.5%污水進(jìn)入蒸餾結(jié)晶處理系統(tǒng)處理。
蒸餾結(jié)晶處理設(shè)備:抽真空設(shè)備、NMVR蒸發(fā)器、NMVR蒸汽壓縮機(jī)、強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器。
蒸餾結(jié)晶處理方法:
對(duì)于經(jīng)高鹽水處理設(shè)備處理后的不達(dá)標(biāo)的17.5%污水先進(jìn)行真空除氧、除二氧化碳,再經(jīng)NMVR蒸發(fā)系統(tǒng)和NMVR蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)行蒸發(fā)處理,最后經(jīng)強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器處理后得到鍋爐達(dá)標(biāo)用水和成品鹽。
鍋爐煙氣輔助蒸汽吞吐機(jī)理:
現(xiàn)有氣體輔助蒸汽提高油藏采收率技術(shù)中,單純的CO2輔助蒸汽技術(shù)最高能提高采收率大約在58.4%,CO2氣源來(lái)源主要通過(guò)氣源井產(chǎn)出或工廠對(duì)熱電廠的廢氣處理制備。單純的N2輔助蒸汽吞吐技術(shù)最高能提高采收率大約在47%,N2氣源來(lái)源主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)制氮車進(jìn)行過(guò)濾制備。兩種氣源的來(lái)源成本都較高。對(duì)比不同氣體在輔助開發(fā)過(guò)程中的效果,發(fā)現(xiàn)煙氣具有最高的采收率,最終采收率能達(dá)到73.8%要明顯高于CO2和N2兩種單一氣源輔助蒸汽開采效果。
如圖3所示,蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的煙氣經(jīng)鍋爐煙氣處理裝置(如圖2)處理后,有效的CO2和N2混合氣體與高干度濕蒸汽共同注入到目的井中,進(jìn)行5-8天的燜井。在燜井期間,由于近井地帶溫度的回升,CO2開始析出、膨脹,擴(kuò)大自身降粘范圍,CO2和蒸汽的滲流攪拌作用下,拆散稠油芳香片聚集體,達(dá)到理想的基質(zhì)降粘效果。同時(shí)由于CO2與原油及蒸汽的密度差異,在重力分異作用下,形成熱對(duì)流,提高了換熱效率,擴(kuò)大波及體積。超覆的CO2在油層頂部富集,形成了氣體隔熱帶,降低了蒸汽熱損失。氮?dú)庾陨砭哂泻艽蟮膹椥耘蛎浵禂?shù),以游離形態(tài)大幅度增加地層回采驅(qū)替壓力。在相同條件下,游離形態(tài)的氮?dú)馓峁┑膹椥阅芰繛槎趸細(xì)怏w的1.5~2倍。氮?dú)饪梢耘cCO2共同作用增加油藏的能量。氮?dú)饪梢燥@著增加稠油油藏吞吐過(guò)程中近井地帶的油藏壓差,延長(zhǎng)生產(chǎn)周期,增加周期產(chǎn)液量。同時(shí)氮?dú)狻案魺岜弧本奂谟蛯禹敳孔柚瓜蛏喜繋r石熱損失,降低油藏巖石導(dǎo)熱系數(shù),提高蒸汽熱量的利用率。通過(guò)室內(nèi)的相關(guān)物模實(shí)驗(yàn),確定了單井實(shí)施煙氣輔助熱采吞吐后,單井油汽比提高10%,注汽量減少10%,通過(guò)輔助蒸汽吞吐后最終實(shí)現(xiàn)提高稠油油藏的采收率。