CO2驱油埋存过程采出气自循环捕集回注撬装装置及方法

本发明属于气驱采油，尤其涉及co2驱油埋存过程采出气自循环捕集回注撬装装置及方法。

背景技术：

1、注co2是一种高效的气驱采油方法，co2将会成为未来各大油田的主要气源。co2-eor主要有两个机制，一、co2对原油具有良好的溶胀能力，在与原油充分接触后能够以小气泡的形式分散在油相中，使原油膨胀，从而提高原油的弹性能、提高采收率。二、当co2压力大于7.39mpa且温度大于31.3℃后，co2进入超临界状态，气相密度大幅度提高，具有一定的液相特征，对原油中的轻质组分具有较强的萃取能力，能够极大地降低两相界面张力，进而大幅提高原油采收率。

2、co2驱油封存是当前备受关注的研究方向，但在我国的矿场应用仍未广泛普及，主要原因是co2捕集运输和co2伴生气处理的成本较高。由于采出井伴生气的成分复杂且不同采出轮次的组分差异较大，导致co2伴生气的处理难度较大，对设备要求也相对高，若不进行集中回收处理，油井伴生气中的ch4将会对环境造成破坏，加剧全球温室效应。

3、有专家学者提出将co2的产出气回注，多次循环后达到驱油-碳封存-经济三位一体的效果，然而从现场施工来看co2产生气回注效果并不好，主要由于co2伴生气中ch4含量过多，影响了超临界co2的液态性能，抑制了油气间作用效果，削弱了co2驱油、封存效率，造成了多方面不利影响，所以为提高伴生气驱油、封存效率并实现资源化利用，需要根据驱替周期和伴生气组分进行新的设备、工艺设计。

4、针对上述问题，逐渐形成了伴生气膜分离技术，如中国专利文献cn217431329u提出的一种用于ccus油田伴生气co2和轻烃回收装置，该装置包括气液分离模块及增压分离模块，采用多级增压多级模块进行分离，提高了co2的回收效率，回收了产出气中的轻烃组分，有效解决了co2驱注入过程中co2随伴生气采出而集中处理难的问题。但是由于膜分离技术需要高通量，需要较大的膜面积或多级模块才能达到回注工艺的需求，并且在分离工程中，气体中的c2~c6轻质组分、固相颗粒、油脂均会附着在膜表面造成膜污染，使得膜分离效率降低，需要定期进行清洗更换，增加了作业成本。其次，膜分离后的ch4难以进行有效利用，收集、建设管道成本较高，现场作业通常直接排放或点燃后排放，会对环境造成污染，加剧温室效益，当前，温室气体的合理回收利用及零排放是后续技术发展、产业升级的主要路线。

5、中国专利文献cn106761659a提出了一种用于油田co2驱产出气回注的提纯液化工艺，其特点是利用多级压缩机增压与五级换热降温的方法，在实现产出气分离的同时，使co2液化。提纯液化后的产物若能达到作业要求则直接回注，若无法达到要求则需与高纯co2掺和回注。通过向采出气中掺入纯co2进行提纯，当co2的纯度达到注入浓度要求时，即可直接压缩注入，但掺和回注不仅需要源源不断的纯co2气源，还需要根据注入轮次调整掺和比例。当前的现场操作工艺较为繁琐，且设备难以实现精准、定量掺和，也未能从根本解决油气两相偶极矩差异的问题。

6、中国专利文献cn104481472a提出了一种co2驱产出气分离和回注一体化方法。该方法采用水合物驱油，将产出气中的重组分和ch4分离，将剩余的c2-c5和co2注入促进液中，控制其温度和压力可生成一种具有较高起泡能力的表面活性剂，从而兼具流度调控和洗油的作用。加入表面活性剂改善了油气两相的极性，极大地强化了两相作用效果，但其在原油中的溶解度较低，往往需要大量的助溶剂辅助溶解，这无疑增大了作业成本，并且现场试验也出现了一些问题，以混相溶剂法为主的注入方式只能在近井地带发挥效果，远井地带仍难以混相，需要以气溶胶的形式注入，在减少成本的同时，还能将药剂带入远井地带，但当前的加料设备相对简单，只能进行段塞式加料、注气，一次接触形成的气溶胶稳定性较差，难用于连续注co2开发领域。

7、目前，国内对于co2驱伴生气的处理措施主要有三种：分离提纯、掺和纯co2回注以及加入化学剂调节。然而，这些单一的处理方法都存在一些限制，无法根据采出轮次产出气进行选择性处理，并且这些方法都需要使用大量的设备，修整困难，投资回报率低，无法满足资源利用和提高采收率的需求，也无法从根本上改善油气两相之间的极性差异。因此，亟需一种co2驱油埋存过程采出气自循环捕集回注撬装装置及方法，在能够实现资源利用的同时，还能选择性处理采出井伴生气，改善非纯co2对驱替效果的不利影响，持续强化油气两相的作用效果，实现温室气体零排放。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种co2驱油埋存过程采出气自循环捕集回注撬装装置及方法，在实现资源化利用的同时，还能根据co2含量进行自动化处理，进一步强化co2驱油-封存-经济三位一体的效果，且适用于高山、沙漠、海上作业等复杂工况平台的连续生产。

2、本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种用于co2驱全自动回收回注撬装装置，包括气液固分离模块、一级压缩模块、成分识别模块、掺和回注模块、气溶胶回注模块和二级压缩模块；

3、所述气液固分离模块用于对输入流体进行气液固分离并对分离出的气体进行干燥，得到分离好的液体和干燥的气体；

4、所述成分识别模块包括气体检测仓和设置在气体检测仓上的压力传感器、co2传感器和ch4传感器；

5、所述掺和回注模块包括燃烧仓，所述燃烧仓设置有供氧管道和点火装置；

6、所述气溶胶回注模块包括加料混合仓和用于向加料混合仓进行加料的雾化加料装置，所述加料混合仓上设置有压力传感器和药剂浓度传感器；

7、所述气液固分离模块设置有流体注入口、液体排出口和气体排出口，所述气体排出口与一级压缩模块、气体检测仓依次相连；

8、所述气体检测仓分别与燃烧仓、加料混合仓、二级压缩模块的入口相连，所述燃烧仓的出口通过管道与气液固分离系统相连，所述加料混合仓通过管道分别与二级压缩模块的进口和出口相连，所述二级压缩模块出口与加注管道的入口相连；

9、所述气体检测仓与燃烧仓、加料混合仓、二级压缩模块的入口之间的管道上以及所述二级压缩模块出口与加注管道、加料混合仓之间的管道上均设置有控制阀。

10、上述结构中，加料混合仓通过管道分别与二级压缩模块的进口和出口相连，而气体检测仓与二级压缩模块的入口相连，在一级压缩模块的作用下通过气体检测仓能够向二级压缩模块补入气体，在二级压缩模块的作用下，能够实现对加料混合仓循环加压，同时利用雾化加料装置向加料混合仓送入药剂，形成循环加料即加料循环。

11、而气液固分离模块的气体排出口与一级压缩模块、气体检测仓依次相连，气体检测仓与燃烧仓的入口相连，燃烧仓又通过管道与气液固分离系统相连，因此在一级压缩模块的作用下，可对气液固分离模块分离出的气体进行掺氧点火除杂，形成燃烧处理循环即除杂循环。

12、根据本发明优选的，所述气液固分离模块包括自下往上依次连通设置的过滤装置、冷凝装置和干燥装置；

13、所述流体注入口设置在过滤装置上端，所述液体排出口设置在过滤装置下端。采出井流体进入气液固分离模块，流体注入口位于过滤装置上端，由于重力分异作用，液相和固相向下运动，经过过滤装置，固相颗粒被过滤，油水穿过滤装置从液体排出口流出，气相向上运动，其中的凝析气体组分经过冷凝装置析出在重力作用下从液体排出口排出，凝析气体组分主要包含c5及以上的有机物和部分水蒸气，随后剩余的非凝析气体继续上升通过干燥装置进一步除水排出。

14、根据本发明优选的，所述气液固分离模块还包括分离仓，所述流体注入口、液体排出口和气体排出口均设置在分离仓上，所述气体排出口位于分离仓上端；

15、所述过滤装置包括设置在分离仓内部的多级筛网；

16、所述冷凝装置包括设置在分离仓内部的冷凝管；

17、所述干燥装置设置在气体排出口处。通过设置分离仓，将过滤装置、冷凝装置和干燥装置通过分离仓集合在一起，使本发明的装置结构更加紧凑。

18、根据本发明优选的，所述掺和回注模块还包括设置在燃烧仓外侧的冷水腔，所述冷水腔设置有进水管道和出水管道。通过在燃烧仓外侧设置冷水腔，并在冷水腔上设置进水管道和出水管道，能够实现对燃烧仓内的热量进行回收利用。

19、根据本发明优选的，所述加料混合仓、加注管道和二级压缩模块出口通过三通阀相互连接。利用三通阀将加料混合仓、加注管道与二级压缩模块的出口相互连接，简化了管道连接，使整个装置的结构更加简单，有助于节约部件成本。

20、根据本发明优选的，所述雾化加料装置包括与加料混合仓相连的存储装置和与存储装置相连的喷淋装置，所述喷淋装置设置在加料混合仓内部，喷淋装置自带喷淋加压泵。通过设置喷淋装置将药剂雾化喷入加料混合仓。

21、根据本发明优选的，所述存储装置包括设置在加料混合仓外侧的环空腔体。通过在加料混合仓外侧设置环空腔体，用于保护加料混合仓，避免加料混合仓破裂，气相中的ch4浓度过高时遇到空气发生爆炸；并且不用单独设置储备药剂的仓体。

22、本发明还公开了一种采出气自循环捕集回注的方法，利用上述co2驱油埋存过程采出气自循环捕集回注撬装装置，该方法包括：

23、（1）采出流体经过气液固分离模块实现气液固分离，分离后的混合气体经过一级压缩模块送至成分识别模块；

24、（2）通过成分识别模块确定混合气体中co2和ch4的占比；

25、（3）根据成分识别模块中混合气体ch4和co2的占比，选择以下相应的处理措施；

26、第一种处理措施：当产出气中ch4的含量在b%以上时，气体检测仓中的气体则进入燃烧仓，进行掺氧点火除杂，有机气体燃烧生成的co2返回气液固分离模块进行气液分离后进一步掺和提纯；

27、第二种处理措施：当产出气中ch4的含量在a%~b%之间时，气体检测仓中的气体则通过气体检测仓和加料混合仓之间的控制阀进入加料混合仓，根据co2实际浓度进行加料制备气溶胶；

28、另外，利用二级压缩模块将气体检测仓中的气体补入加料混合仓进行加压，经过循环式加压、加料形成均匀、稳定的气溶胶后由加注管道进行回注；

29、第三种处理措施：当产出气中ch4的含量在a%以下时，产出气直接通过二级压缩模块加压回注，或通过第二种处理措施进一步加药剂改善开发效果；

30、上述a%、b%为预设值，a＜b。

31、上述ch4的含量a%、b%为预设值，第一种措施中，根据ch4的含量确定通入的氧气用量。

32、根据本发明优选的，当产出气中ch4的含量在b%以上时，经过第一种措施处理，当气体检测仓中ch4的含量达到a%~b%之间时，关闭气体检测仓与燃烧仓之间的控制阀，打开气体检测仓和加料混合仓之间的控制阀，待压力传感器的压力值稳定后，关闭气体检测仓和加料混合仓之间的控制阀并打开气体检测仓与燃烧仓之间的控制阀，然后利用第二种处理措施在加料混合仓内进行气溶胶的制备；同时继续在燃烧仓中对混合气进行掺氧点火除杂。

33、当加料混合仓中气溶胶制备完成后，气溶胶注入地层过程中，关闭气体检测仓和加料混合仓之间的控制阀，气溶胶加注完成后，关闭气体检测仓与燃烧仓之间的控制阀，打开气体检测仓和加料混合仓之间的控制阀，向加料混合仓补入气体，重复上述过程。

34、上述过程中，第一种处理措施对应的除杂循环和第二种处理措施对应的加料循环互不干涉，两循环同时作业，但加料循环的优先级大于除杂循环，待加料循环结束后，气溶胶注入地层，加料混合仓的压力快速下降，此时，关闭气体检测仓和二级压缩模块之间的控制阀并开启气体检测仓和加料混合仓之间的控制阀，向加料混合仓补入气体，直至两循环稳定运行。本发明基于产出气回收处理与回注提出了燃烧处理循环和循环加料循环，在现场作业中，两循环同时运行，互不干涉，回收回注过程可同时进行，避免了间断运行对设备的损耗以及对油藏储层的伤害。

35、根据本发明优选的，第二种措施中，气溶胶的制备方法具体为：

36、首先利用一级压缩模块将混合气加压送入加料混合仓，同时利用雾化加料装置向加料混合仓加料进行气溶胶的制备，制备过程中，利用药剂浓度传感器实时监测药剂浓度，当药剂浓度不变后，在一级压缩模块的压力下，药剂在气相中的溶解达到饱和，形成稳定的气溶胶；

37、然后停止雾化加料装置的作业，并开启加料混合仓与二级压缩模块出口之间的控制阀以及气体检测仓与二级压缩模块进口之间的控制阀，利用一级压缩模块和二级压缩模块向加料混合仓补入气体，加压后加料混合仓中药剂在气相中的溶解度增大，重新开启雾化加料装置进行加料，当压力传感器和药剂浓度传感器数值稳定不变后，关闭气体检测仓与二级压缩模块进口之间的控制阀，即在一级压缩模块和二级压缩模块共同的压力下，药剂在气相中的溶解达到饱和。通过一级压缩模块加压制备的气溶胶所含药剂浓度有限，为了保证注入的气溶胶更加稳定并且含有更多的药剂，实现更好的驱油效果，利用二级压缩模块进行加压循环，进一步提高气溶胶的药剂浓度，并且通过循环加压结合磁力机搅拌，能尽可能让药剂分子快速均匀分散，能够使加料混合仓内的气溶胶分布的更加均匀，避免后续注入过程中出现分层现象；并且二级压缩模块主要用于油井侧的注入，二级压缩模块的压力值更接近地层压力，能够保证气溶胶稳定注入。

38、发明构思：为了克服co2伴生气中ch4对co2驱的不利影响，强化油气两相作用效果，本发明提出了一种用于co2驱全自动回收回注撬装装置，该装置包括气液固分离系统、多级压缩系统、气体识别系统和气体处理系统。

39、其中，所述气液固分离系统中的气液固分离模块用于将采出井的产出流体进行分离，通过多级筛网、蛇形冷凝管、干燥剂依次进行固液分离、气液分离，得到分离好的油水以及干燥的产出气。

40、所述多级压缩系统用于将干燥后的产出气进行加压，方便后续集中除杂、加料、回注，多级压缩系统包括一级压缩模块和二级压缩模块，分别对应除杂循环和加料循环。

41、所述气体识别系统中的成分识别模块用于将一级压缩后的产出气存储、识别，通过甲烷传感器、二氧化碳传感器实时监测产出气组分，并根据气体占比的不同确定最终的处理方案。

42、所述气体处理系统用于对识别后的气体进行处理，有三种处理方式，第一种处理方式是将产出气送至掺和回注模块的燃烧仓，通过自动控制氧气注入量进行循环点燃除杂，第二种处理方式是将产出气送至气溶胶回注模块的加料混合仓，通过自动控制喷头喷料、持续搅拌、循环压缩加料形成稳定的气溶胶，第三种处理方式是将产出气直接泵送至二级压缩模块进行加压回注。

43、其中，所述用于co2驱油埋存过程产出气全自动回收回注撬装装置还包括用于搅拌的电池组装置，控制加料循环的三通阀装置，连接各腔体的高压管线以及电控阀装置；通过电脑控制上述装置实现过程的自动化。

44、本发明第二方面提供一种采出气自循环捕集回注的方法，该方法包括：

45、（1）采出流体经过气液固分离模块实现气液固三相分离，其中，混合气体经过第一级加压泵送至气体检测仓。

46、（2）通过气体传感器确定气体检测仓中co2和ch4的占比，电脑根据气体组分自动反馈处理方式，电控阀门被选择性打开。

47、（3）第一种处理措施：产出气中含有较多ch4，则进入燃烧仓，通过多轮次掺氧点火除杂，有机气体燃烧生成的co2返回分离仓进一步掺和提纯，燃烧热则回收利用烧锅炉，实现资源化利用。

48、（4）第二种处理措施：产出气含有少量的ch4，则进入加料混合仓，根据co2实际浓度进行喷洒式加料，经过循环式加压、加料形成均匀、稳定的气溶胶后由电控阀自动回注。

49、（5）第三种处理措施：若co2含量能到达到驱替所需浓度，产出气则可直接通过二级压缩模块加压回注，也可利用第二种处理措施进一步加药剂改善开发效果。

50、其中，上述控制条件可在电脑终端更改，以适应不同油气藏作用需求。

51、与现有技术相比，本发明具有如下优势：

52、本发明通过气体传感器对不同采出阶段伴生气进行多功能选择性处理，根据ch4的含量选择分离回注、掺和回注或加药剂形成气溶胶不同的处理方案，结合上述三种处理措施不仅能消除非纯co2驱的不利影响，还能进一步强化油气作用效果，提高原油采收率，强化ccus一体化作业。

53、本发明使用co2传感器、ch4传感器、压力传感器、药剂浓度传感器对每一循环阶段的气相组分、压力进行实时计量，通过测量含量精准确定单次掺氧、加料的注入量，保证了燃烧充分、加料均匀，避免了笼统处理带来的掺杂污染和药剂浪费。

54、本发明应用范围广，适用于各类油气藏，可满足不同类型的生产作业。对于轻组分多的稀油油藏，可针对实际作业需求调整控制条件，实现经济性价比高的回收回注作业，对于重组分多的稠油油藏，可在注入初期对注入气进行稠化作业，通过两级压缩泵的多轮次循环加压、加料、搅拌，实现药剂的均匀分散、完全溶解，本发明设备不仅可用于驱油领域，还可用于co2压裂、co2钻井等领域。

55、本发明设计了根据伴生气组分自动回收回注一体化的撬装装置，在现场能够直接接入采出井、注入井进行生产作业，装置精巧，功能健全，操作简单，使用方便，避免了修整作业、调整处理方案所需投入的人力物力，全流程可结合传感器、控制阀实现自动化运作，可适用于高山、沙漠、海上作业等复杂工况平台。

56、本发明首次实现采出-注入过程中温室气体完全零排放，实现对温室气体甲烷、二氧化碳资源的完全利用，实现驱油-埋存一体化作业，不仅起到保护环境、可持续发展的作用，还可对回收过程中的燃烧热进行收集，为后续水气交注、厂区生活提供热源。