本發(fā)明涉及化石能源開(kāi)采裝置和設(shè)備，特別是一種海底石油天然氣開(kāi)采的裝置和設(shè)備，以及涉及一種開(kāi)采石油天然氣和雜質(zhì)泥沙的分離處理工藝裝置，應(yīng)用于海底油氣田開(kāi)采技術(shù)和裝置。

背景技術(shù)：

1、石油開(kāi)采除了在陸地油氣田，還有大量的海上油氣田。隨著勘探技術(shù)的不斷提高，油氣田也逐漸從淺海往深海發(fā)展。從地層深處產(chǎn)出的油氣需要從海底井口通過(guò)長(zhǎng)輸管道運(yùn)送至生產(chǎn)平臺(tái)或陸地終端。由于油氣從地層中流出時(shí)，一般會(huì)攜帶有一定量的泥沙，這部分泥沙在長(zhǎng)距離輸送時(shí)由于重力的作用可能會(huì)沉積在海底輸送管線中，從而導(dǎo)致如下問(wèn)題：

2、1.氣體高速流動(dòng)時(shí)可能對(duì)管線造成磨損損壞，形成潛在的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，造成生產(chǎn)安全隱患；

3、2.在管線中形成沉積，堵塞管線或造成阻力降升高，影響生產(chǎn)產(chǎn)能；

4、3.油氣田一旦出砂嚴(yán)重,并隨流體進(jìn)入海管，如果泥沙長(zhǎng)期在海管中積累，則會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)流體運(yùn)行速率遠(yuǎn)小于出砂條件下的沖蝕速率，導(dǎo)致海管輸送能力下降；

5、4.一旦砂沉積不均勻，出現(xiàn)局部砂層較厚則會(huì)導(dǎo)致注入的藥劑無(wú)法到達(dá)海管下游段，起不到藥劑應(yīng)有的防腐作用。

6、開(kāi)采天然氣是靠氣井地層壓力自噴開(kāi)采的，在氣井生產(chǎn)過(guò)程中，井底和井口會(huì)出現(xiàn)一定的壓力差，當(dāng)這種壓力差過(guò)大就會(huì)造成井底巖層松動(dòng)出砂，或使儲(chǔ)層改造殘留壓裂砂隨著氣流攜帶出來(lái)，堵塞管線，或者攜砂高速氣流沖刷設(shè)備管線引發(fā)設(shè)備管線刺漏等故障,不僅影響生產(chǎn)，而且天然氣泄漏會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的安全問(wèn)題。公開(kāi)號(hào)為cn115075798a的專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種用于天然氣井口的過(guò)濾式除砂器，包括分離罐，所述分離罐的底部設(shè)置有排砂管，所述排砂管上下部設(shè)置有第一平板閘閥，所述排砂管的左側(cè)中部設(shè)置有清掏管，所述分離罐的頂部設(shè)置有蓋板，所述蓋板的頂部設(shè)置有轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸的底端設(shè)置有螺紋桿，所述螺紋桿的底部設(shè)置有螺紋套管，所述螺紋套管的底部設(shè)置有濾筒，對(duì)天然氣進(jìn)行過(guò)濾，將天然氣中的砂石過(guò)濾的更加干凈，使天然氣不會(huì)對(duì)下游的設(shè)備造成損壞。本技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)開(kāi)采天然氣的氣固分離排沙，沒(méi)有設(shè)置洗沙步驟和裝置，不能進(jìn)行油水分離，無(wú)法完成石油和砂的分離操作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在海底從石油天然氣中分離和排放砂，可能因此二次污染海水。

7、公開(kāi)號(hào)為cn110735624a的專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了全通徑管道式除砂器。包括入口三通管、全通徑清管閥、螺旋除砂段、流向調(diào)整出口、旁通接管、全通徑球閥和儲(chǔ)砂室，螺旋除砂段內(nèi)筒與流向調(diào)整內(nèi)筒連通，螺旋除砂段外筒與流向調(diào)整外筒連通，旋流除砂段外筒底部于螺旋葉片下方設(shè)置一排排砂口，排砂口作為固液雜質(zhì)進(jìn)入儲(chǔ)砂室的開(kāi)口。使用本技術(shù)可在高效分離出油氣中固體雜質(zhì)的同時(shí)，清理砂過(guò)程中不影管道的正常輸送。但該技術(shù)主要用于石油管道除砂，未公開(kāi)對(duì)排沙之前如何進(jìn)行洗沙和油水分離，因此，也不能實(shí)現(xiàn)在海底從石油天然氣中分離和排放砂，無(wú)法解決排沙污染海水的問(wèn)題。

8、上述問(wèn)題特別體現(xiàn)在天然氣的開(kāi)采生產(chǎn)過(guò)程中。近年來(lái)隨著海洋石油開(kāi)發(fā)向遠(yuǎn)海和深海發(fā)展，長(zhǎng)輸海底管道數(shù)量不斷增加，因此，只有采取更加積極有效的預(yù)防措施，才能保證長(zhǎng)輸海底管道在役期間的安全運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種在海底從石油天然氣中分離和排放砂的裝置，在海底將油氣管線中的固體顆粒實(shí)現(xiàn)分離，并進(jìn)行分離收集后，將生產(chǎn)的油氣回收處理，還可對(duì)分離砂進(jìn)行清洗后潔凈度達(dá)標(biāo)后直接排放入海，再將干凈的油氣送入下游管線進(jìn)行輸送和處理。本發(fā)明將除砂設(shè)備安裝在靠近海底井口，有效地避免下游設(shè)備遭堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，從而有效地保證了管線的輸送能力和下游設(shè)備的生產(chǎn)產(chǎn)能。

2、為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種在海底從石油天然氣中分離和排放砂的裝置，包括除砂處理系統(tǒng)、油水分離系統(tǒng)、排放砂系統(tǒng)及其輸送管路和泵，所述除砂處理系統(tǒng)設(shè)置在靠近海底油氣井口位置處，所述除砂處理系統(tǒng)包括除砂器、洗沙器和集砂器及其管路，所述油水分離系統(tǒng)包括油水分離器及其管路，所述排放砂系統(tǒng)包括與集砂器的排沙出口連接的排放管路及其控制閥，設(shè)置循環(huán)水泵，油水分離器通過(guò)第十二開(kāi)關(guān)閥與循環(huán)水泵一端管口連接，循環(huán)水泵的另一端管口通過(guò)第七開(kāi)關(guān)閥與集砂器的進(jìn)水口進(jìn)行連接；

4、從海底油井的井口流出的油氣經(jīng)過(guò)第一開(kāi)關(guān)閥所在的進(jìn)口油氣管路進(jìn)入到除砂器內(nèi)，在除砂器里由除砂器內(nèi)件實(shí)現(xiàn)固體分離，進(jìn)行除沙操作；經(jīng)過(guò)固液分離出來(lái)的固體落入集砂罐中進(jìn)行收集和暫時(shí)存放；經(jīng)過(guò)固液分離出來(lái)的干凈的初次分離油氣經(jīng)第十四開(kāi)關(guān)閥所在的輸送管路排入下游輸送管路；當(dāng)集砂罐中收集的固體砂累積達(dá)到設(shè)定量時(shí)，將集砂罐中收集的固體砂進(jìn)行固體砂排空和洗沙操作；在排砂操作開(kāi)始前，先關(guān)閉除砂器和集砂罐之間的第四開(kāi)關(guān)閥，并啟動(dòng)循環(huán)水泵將集砂罐中的砂經(jīng)集砂器內(nèi)件控制輸送的砂量，使砂通過(guò)設(shè)置第八開(kāi)關(guān)閥的輸送管路進(jìn)入洗沙器中；在洗沙器中，在循環(huán)水泵作用下，固體砂不斷的經(jīng)過(guò)洗沙器的清洗，固體砂表面的油漬被清洗到液體水中，由此產(chǎn)生的含油水則在洗沙器內(nèi)件的作用下與固體砂實(shí)現(xiàn)分離；在洗沙器中洗沙操作產(chǎn)生的含油水流入油水分離器中，而洗沙操作產(chǎn)生的固體砂則經(jīng)第五開(kāi)關(guān)閥所在的輸送管路流入集砂罐，形成砂的循環(huán)直到清洗完成，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的砂被集砂罐收集后，通過(guò)設(shè)置第九開(kāi)關(guān)閥所在的排沙輸送管路排放入海；在洗沙操作過(guò)程中，從固體砂表面清洗出來(lái)的油漬不斷的進(jìn)入液相后，在油水分離器中的第二油水分離器內(nèi)件作用下不斷地將自由油顆粒從含油水中分離出來(lái)，經(jīng)過(guò)油水分離出來(lái)的二次分離油氣經(jīng)第三開(kāi)關(guān)閥所在的輸送管路排入下游輸送管路。

5、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，第一開(kāi)關(guān)閥和第十四開(kāi)關(guān)閥始終保持長(zhǎng)開(kāi)狀態(tài)，維持生產(chǎn)的正常穩(wěn)定進(jìn)行。

6、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，利用油水分離清潔模式定期或者不定期對(duì)油水分離器內(nèi)部進(jìn)行清潔處理，在油水分離器內(nèi)部還設(shè)有第三油水分離器內(nèi)件，第三油水分離器內(nèi)件的一端管口通過(guò)設(shè)有第十三開(kāi)關(guān)閥的輸送管路與洗沙器的管口連接，第三油水分離器內(nèi)件的另一端管口通過(guò)設(shè)有第十一開(kāi)關(guān)閥的輸送管路與循環(huán)水泵的一端管口連接，循環(huán)水泵的另一端管口還通過(guò)設(shè)有第十二開(kāi)關(guān)閥的輸送管路與油水分離器連接；運(yùn)行油水分離清潔模式的操作方法是：打開(kāi)循環(huán)水泵，打開(kāi)第五開(kāi)關(guān)閥、第十一開(kāi)關(guān)閥、第十二開(kāi)關(guān)閥和第十三開(kāi)關(guān)閥，使得運(yùn)行油水分離清潔產(chǎn)生的所有固體顆粒被排放至集砂罐中進(jìn)行收集，從而維持油水分離器的清潔狀態(tài)。

7、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，在循環(huán)水泵和油水分離器之間的輸送管路中設(shè)置第十開(kāi)關(guān)閥，當(dāng)含油水從洗沙器進(jìn)入油水分離器進(jìn)行油水分離時(shí)，第十開(kāi)關(guān)閥保持打開(kāi)，使得一部分循環(huán)水進(jìn)入油水分離器的第二油水分離器內(nèi)件，在含油水中的自由油顆粒在第二油水分離器內(nèi)件作用下，不斷聚集成大油顆粒，并最終浮出水面，實(shí)現(xiàn)油水分離；進(jìn)行油水分離時(shí)，控制循環(huán)水形成兩個(gè)回路：

8、第一回路：從油水分離器流出，經(jīng)過(guò)第十二開(kāi)關(guān)閥、循環(huán)水泵、第七開(kāi)關(guān)閥，再經(jīng)由集砂罐、第五開(kāi)關(guān)閥、洗沙器，回到油水分離器，形成油水分離主回路；

9、第二回路：從油水分離器流出，經(jīng)過(guò)第十二開(kāi)關(guān)閥、循環(huán)水泵、第十開(kāi)關(guān)閥進(jìn)入油水分離器，形成輔助油水分離回路；

10、經(jīng)過(guò)油水分離出來(lái)的二次分離油氣定期經(jīng)第三開(kāi)關(guān)閥所在輸送管路排入下游輸送管路。

11、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，在進(jìn)口氣體的驅(qū)動(dòng)下，從海底油井的井口流出的油氣中的氣體經(jīng)過(guò)第二開(kāi)關(guān)閥所在的輸送管道進(jìn)入油水分離器，油水分離器中的第一油水分離器內(nèi)件利用流入氣體的抽吸作用，抽吸浮油后，混合油氣再經(jīng)過(guò)第三開(kāi)關(guān)閥流入連通下游管區(qū)的輸送管道，實(shí)現(xiàn)油氣的回收。

12、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，經(jīng)過(guò)清洗后分離的砂表面的油漬被清洗到水相中之后，得到的干凈砂達(dá)到干凈并符合排放標(biāo)準(zhǔn)要求，啟動(dòng)排放砂操作，此時(shí)，打開(kāi)第十二開(kāi)關(guān)閥、第七開(kāi)關(guān)閥和第九開(kāi)關(guān)閥，使第十二開(kāi)關(guān)閥、循環(huán)水泵、第七開(kāi)關(guān)閥、集砂罐中設(shè)置的集砂罐內(nèi)件和第九開(kāi)關(guān)閥形成輸送管路，啟動(dòng)循環(huán)水泵，使干凈砂經(jīng)過(guò)集砂罐內(nèi)件作用，通過(guò)第九開(kāi)關(guān)閥所在的排出管道送去排沙區(qū)域。

13、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述裝置的進(jìn)口油氣管路中無(wú)可利用的生產(chǎn)水產(chǎn)出時(shí)，利用海水進(jìn)行洗沙和排沙，設(shè)置由海水增壓泵、海水過(guò)濾器、第六開(kāi)關(guān)閥連接形成海水排沙輸送管路；當(dāng)所述裝置系統(tǒng)壓力比海水壓力高時(shí)，進(jìn)行海水排砂操作開(kāi)始前，先關(guān)閉除砂器和集砂罐之間的第四開(kāi)關(guān)閥，然后啟動(dòng)海水增壓泵，使海水進(jìn)入海水過(guò)濾器，并流過(guò)海水過(guò)濾器內(nèi)設(shè)置的海水過(guò)濾器內(nèi)件，除去海水中的固體物；海水經(jīng)過(guò)第六開(kāi)關(guān)閥進(jìn)入集砂罐，將集砂罐內(nèi)的分離砂經(jīng)過(guò)第八開(kāi)關(guān)閥導(dǎo)入洗沙器；洗沙后得到的固體砂經(jīng)過(guò)洗沙器內(nèi)件作用后，再經(jīng)第五開(kāi)關(guān)閥所在的輸送管路輸送后，落入集砂罐中，而洗沙器內(nèi)件作用后產(chǎn)生的含油水則流入油水分離器，直到油水分離器中的液位達(dá)到設(shè)定要求，則停止海水增壓泵工作。

14、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述裝置的進(jìn)口油氣管路中無(wú)可利用的生產(chǎn)水產(chǎn)出時(shí)，利用海水進(jìn)行洗沙和排沙，設(shè)置由放水開(kāi)關(guān)閥門(mén)、海水過(guò)濾器、第六開(kāi)關(guān)閥連接形成海水排沙輸送管路；當(dāng)所述裝置系統(tǒng)壓力比海水壓力低時(shí)，進(jìn)行海水排砂操作開(kāi)始前，先關(guān)閉除砂器和集砂罐之間的第四開(kāi)關(guān)閥，然后打開(kāi)放水開(kāi)關(guān)閥門(mén)，使海水進(jìn)入海水過(guò)濾器，并流過(guò)海水過(guò)濾器內(nèi)設(shè)置的海水過(guò)濾器內(nèi)件，除去海水中的固體物；海水經(jīng)過(guò)第六開(kāi)關(guān)閥進(jìn)入集砂罐，將集砂罐內(nèi)的分離砂經(jīng)過(guò)第八開(kāi)關(guān)閥導(dǎo)入洗沙器；洗沙后得到的固體砂經(jīng)過(guò)洗沙器內(nèi)件作用后，再經(jīng)第五開(kāi)關(guān)閥所在的輸送管路輸送后，落入集砂罐中，而洗沙器內(nèi)件作用后產(chǎn)生的含油水則流入油水分離器，直到油水分離器中的液位達(dá)到設(shè)定要求，則關(guān)閉放水開(kāi)關(guān)閥門(mén)。

15、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，在海水過(guò)濾器底部還設(shè)有第十五開(kāi)關(guān)閥，打開(kāi)第十五開(kāi)關(guān)閥用于排放海水過(guò)濾器中分離出來(lái)的固體物。

16、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，利用海水進(jìn)行洗沙和排沙時(shí)，在海水過(guò)濾器內(nèi)件中加入抑制生物在系統(tǒng)內(nèi)繁殖的化學(xué)藥劑。

17、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)：

18、1.本發(fā)明有效地在海底將油氣管道中的細(xì)微固體顆粒從油氣介質(zhì)中分離出來(lái)，并在不污染環(huán)境的前提下將細(xì)微固體顆粒清洗干凈，還對(duì)系統(tǒng)中循環(huán)的生產(chǎn)水進(jìn)行油水分離處理，使固體顆粒和生產(chǎn)水達(dá)到排放要求；所有生產(chǎn)的油氣全部回收至本發(fā)明裝置的下游系統(tǒng)；

19、2.本發(fā)明將除砂設(shè)備安裝在靠近海底井口，有效地避免了下游設(shè)備遭磨損腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)了下游設(shè)備和管道，延長(zhǎng)了各設(shè)備的使用壽命，減輕了設(shè)備維護(hù)要求；

20、3.本發(fā)明將除砂設(shè)備安裝在靠近海底井口，有效地避免了下游設(shè)備遭堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，從而有效地保證了管線的輸送能力和下游設(shè)備的生產(chǎn)產(chǎn)能；

21、4.本發(fā)明提高了油氣開(kāi)采出砂成效，油氣田一旦出砂嚴(yán)重，并隨流體進(jìn)入海管，如果長(zhǎng)期未開(kāi)展清管作業(yè),則會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)流體運(yùn)行速率遠(yuǎn)小于出砂條件下的沖蝕速率；一旦砂沉積不均勻,出現(xiàn)局部砂層較厚則會(huì)導(dǎo)致藥劑無(wú)法到達(dá)海管下游段起不到藥劑應(yīng)有的防腐作用。