專利名稱：用于分離包括水、油以及氣體的流體的分離罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分離包括水、油以及氣體的流體的分離罐， 分離罐包括基本上為圓筒狀的具有上部和下部的豎直罐、切向布置在 罐上部的流體入口、內(nèi)環(huán)形壁、位于罐上部的至少一個第一出口、位 于罐下部的至少一個第二出口以及用于靜穩(wěn)第二出口周圍的流體流的器件；所述內(nèi)環(huán)形壁在其上端具有第一開口以容許罐的上部與下部之 間流通。
背景技術(shù)：
申請人的WO2005/079946中描述并示出了此類分離罐，其中，內(nèi) 環(huán)形壁是圓筒形的，且用于靜穩(wěn)第二出口周圍流體流的器件是圓盤形 的板，該板在距第二出口上方一定距離處在第二出口對面延伸。該圓 盤形板通過中斷流過板以便到達第二出口的流體中的渦流而靜穩(wěn)出口 處的流體流。在石油工業(yè)中，原油的開采涉及來自地下儲藏的油、氣體以及水 的混合物。在井口通常要進行一級或多級的初始分離，以便在原油準(zhǔn) 備好排放以輸出之前去除附加的水和氣體。在初始分離之后，原油和 氣體可在排放以精煉等之前進一步提純。在進一步提純之后，水和沙 子通常視需要被排放到適用的儲器如海中或被排放到儲藏所中。當(dāng)使油氣田熟化時，通常會發(fā)現(xiàn)，伴隨著油和氣體的水量變得大 得多，因此，必須在井口生產(chǎn)設(shè)備處對產(chǎn)生的更大量水進行處理，以 便維持能被接受的釆油速度。此外， 一般會關(guān)注由在海洋采油造成的污染問題，尤其是在被認(rèn) 為是環(huán)境易遭毀壞的區(qū)域比如北極區(qū)或漁區(qū)中釆油時。在石油工業(yè)中， 存在一種擔(dān)心，即，如果必須依賴目前使用的設(shè)備的話，對油的顯著 更低的出口限制的要求會讓從多個已知儲藏所采油變得不經(jīng)濟。因此，4工業(yè)界和官方當(dāng)局已經(jīng)付出了很大努力來尋找以可承受的價格在采油 過程中減小油出口的方式。在開釆油氣時，通常會用到用以在離岸有限空間運行的平臺。因 此，對安裝設(shè)備的可用空間有非常嚴(yán)格的限制。如果考慮在海床層面 進行開采和分離，對空間的限制甚至更為嚴(yán)格。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種油氣水分離器，其分離處理能力提高 卻不會占用更多空間。鑒于此，本發(fā)明分離罐的特征在于，包括一個在罐的中心豎直地延伸的桿形渦眼破除器(breaker),桿形渦眼破除 器為長條狀且可沿著罐的豎直中心線延伸。渦眼破除器用于通過作用 于其中心處的渦流以便減少形成渦眼的傾向而增大罐處理能力。桿形 渦眼破除器由此容許渦流具有較高的角速度(更強有力的漩渦)而不 會在渦流的中心形成渦眼。渦眼破除器起到穩(wěn)定并加強渦流的作用。在一實施例中，渦眼破除器自罐下部延伸并向上延伸過內(nèi)環(huán)形壁 的下緣。當(dāng)內(nèi)壁下緣的直徑大于罐內(nèi)徑的40%時，該實施例尤為有利。 當(dāng)內(nèi)壁下緣的直徑大時，罐下部的渦流可一直延伸到內(nèi)壁內(nèi)部并且由 于內(nèi)壁內(nèi)的渦眼破除器的存在而受益。盡管渦眼破除器可按照通過第一開口向上延伸的方式構(gòu)造，但優(yōu) 選渦眼破除器的上端在內(nèi)環(huán)形壁的第一開口下方相距一定距離，以便 流體不受渦眼破除器過多阻礙地流經(jīng)第一開口。在一優(yōu)選實施例中，桿形渦眼破除器與罐同軸。由渦眼破除器的 此種定位獲得的對稱進一步起到加強渦流的作用。優(yōu)選的是，桿形渦眼破除器的長度為罐高度的1/2-5/6。例如，在 內(nèi)壁向下伸入罐的下半部或罐的下三分之一部中的某些設(shè)計中，渦眼 破除器的長度可比罐高度的一半還短，但長一些的渦眼破除器實現(xiàn)的 效果最好。在桿渦眼破除器連接至用于靜穩(wěn)笫二出口周圍流體流的器件 時，設(shè)計尤為簡單和有效。用于靜穩(wěn)流體流的器件于是支承渦眼破除 器的下端以便可免除單獨的安裝器件。桿例如可自一圓盤向上伸入罐中，該圓盤位于罐下部內(nèi)第二出口上方的水平位置。在一實施例中，內(nèi)環(huán)形壁是圓筒形的，在該實施例中，桿形渦眼 破除器與內(nèi)環(huán)形壁平行地延伸，優(yōu)選與之同軸。環(huán)形壁和渦眼破除器 由此以相互支承的方式相互作用在外部和其中心的中央渦流上。在一替代實施例中，內(nèi)環(huán)形壁是截頭圓錐形壁，具有該形狀的內(nèi) 壁可有利地用于分開罐上部和罐下部。在該實施例中， 一個渦流可在 罐上部出現(xiàn)，而另一個渦流在罐下部出現(xiàn)。正如上述說明中已經(jīng)闡述 的，渦眼破除器的長度優(yōu)選小于罐的全高，并且，當(dāng)渦眼破除器自罐 的底端區(qū)域延伸時，它主要影響罐下部的渦流。桿用于防止在分離器的中央部形成渦眼(也即沒有水和油的區(qū) 域)。這種區(qū)域的形成將減小分離器的處理能力。本發(fā)明的分離罐在 尺寸與處理能力之間有著有利的關(guān)系，這大概是由于"雙渦流"在分離 器內(nèi)的形成引起的。分離器內(nèi)部的獨特設(shè)計被用于產(chǎn)生促進"雙渦流" 形成的流動，而這又會促進分離器內(nèi)的浮選和相分離，由此使得分離 非常有效。例如是截頭圓錐形的環(huán)形壁與切向布置的入口結(jié)合促進含有水、 油以及氣體混合物的引入流體在分離罐的上部形成渦流。此外，環(huán)形壁在頂部敞開，以容許罐的上部與下部之間流通。開 口確保渦流也在分離罐的下部形成。此外，開口容許油氣在罐的上部 聚集并容許水相向下流入罐的下部。罐上部內(nèi)的至少一個第一出口 (用于油氣，或用于氣體)可被布 置成具有噴射效應(yīng)。該噴射效應(yīng)是由罐上部氣體通過壓力增大(pressure build-up)實現(xiàn)的。尤其是在第一出口向下伸入罐中一定 距離(例如5-30cm)時，來自包括水、油以及氣體的混合物中的氣體 可在罐上部內(nèi)由罐頂部和通向第一出口的出口開口的位置限定的空間 中聚集。在這樣的配置中，通過聚集氣體而發(fā)生壓力增大，直到氣體 使罐內(nèi)混合物的液體部分移動到剛好位于通向第一出口的出口開口的 下方的水平。此時，油氣將通過第一出口噴射并離開罐。液體混合物 的水平會上升到油氣出口上方并將發(fā)生新的壓力增大。按此方式，油自罐內(nèi)水的頂部自動撇取。根據(jù)通往第一出口的出口開口的位置，壓 力增大和退回會在小于1秒的時間內(nèi)進行。用于靜穩(wěn)第二出口(用于水或用于油)周圍流體流的器件可實現(xiàn) 為一個具有圓形圓周的圓盤，視需要水平地置于第二出口的正上方。 作為替代，用于靜穩(wěn)第二出口周圍流體流的器件可以是圓錐形或半球 形。在任何情況下，該器件可在用于水的出口周圍形成靜流，這就提 高了罐的效率。在罐的一實施例中，環(huán)形壁上端的第一開口的直徑為罐壁內(nèi)徑的15%-40%。更大或更小的值都是可行的，但所述范圍適用于環(huán)形壁是 截頭圓錐形壁的時候并且所述范圍能在罐上部的渦流與罐下部的渦流 之間提供合適的相互作用。在該實施例的另一改進中，優(yōu)選所述直徑 為罐壁內(nèi)徑的20%-30%，比如直徑約為罐壁內(nèi)徑的25%。在第一開 口的直徑為所述的罐壁內(nèi)徑的25%的情況下，其直徑大于通往第一出 口的出口開口的直徑。這帶來的優(yōu)點在于，通往第一出口的出口開口 區(qū)域中的液位變化不會通過第 一開口抑制流體的向上流動。優(yōu)選的是，第二出口距環(huán)形壁的距離大于環(huán)形壁與第一出口之間 的距離。因此，罐下部的體積大于罐上部的體積。該實施例尤其適用 于處理具有高含水量的井產(chǎn)流體流。為了提高處理能力，分離罐優(yōu)選具有與第一開口同軸的第一出口。 第一出口可位于罐頂部的側(cè)面，但第一出口與第一開口同軸時獲得的中央定位和豎直延伸方式使得罐上部的渦流更規(guī)則，在某種程度上也 使罐下部的渦流更規(guī)則，因為兩個渦流彼此影響。當(dāng)罐實現(xiàn)為帶有作為桿形成的渦眼破除器時，通過將桿定位成與 第一開口同軸，在罐下部的渦流的規(guī)則性可從根本上提高，罐上部的規(guī)則性在一定程度上也有所提高。優(yōu)選的是，第一開口、第一出口以及第二出口是同軸的。兩出口 與第一開口的同軸定位與圓筒罐壁一同作用在罐內(nèi)產(chǎn)生非常有效的渦 流。在另一實施例中，分離罐還包括設(shè)于切向布置的入口處的氣體噴射器件，由此氣體被噴射到罐內(nèi)的引入流體中。隨后，氣體在流體中 形成促進分離的小氣泡。用于氣體噴射的氣體可以是任何適用于在流 體內(nèi)形成氣泡的氣體，例如C02、氮氣或烴基氣體，優(yōu)選氣體是來自水/油/氣分離的循環(huán)氣體。加入的氣體量一般是每lm3流體 0.02-0.2St.m3。每lm3流體0.05-0.18St.m3的值是優(yōu)選的，但加入的氣 體量也可釆用較高的值，比如達到每1加3流體0.3St.m3的量。St.m3 是氣體介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)立方米。St.m3在離岸領(lǐng)域內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化(15.6。C和 101.325kPa壓力下的干氣體積)。使用來自外源的氣體具有幾個缺陷。氣體的供給必須予以維持， 且氣體消耗一定程度因此必須不時地獲得新氣體的供給。此外，分離 罐下游側(cè)的系統(tǒng)必須處理因加入氣體引起的附加流。在一優(yōu)選實施例中，氣體噴射器件的氣體源是分離罐上部的氣體 區(qū)。因此，自入口流體分離出的氣體用作加至入口流體的氣體源，按 此方式，就節(jié)省了外部氣體供給源。在更為優(yōu)選的實施例中，分離罐 上部的氣體區(qū)是氣體噴射器件的唯一氣體源。這就可以完全不用安裝 外部氣體供給源，由此分離罐系統(tǒng)的設(shè)計更為簡單。在另一實施例中，來自罐上部氣體區(qū)的導(dǎo)管與該罐的入口中的噴 射器連接。噴射器的優(yōu)點在于，沒有移動部件，由此可靠性高。因此， 較之使用外部氣體供給源的實施例，且因為流體比如生成的水自動地 提供了氣體的供給，這樣的分離罐可靠性提高。在又一實施例中，在罐操作期間，來自罐上部氣體區(qū)的導(dǎo)管與該 罐的入口中的噴射器保持通暢的直接流通連接。因此，所述導(dǎo)管中沒 有泵。可在導(dǎo)管中設(shè)置流量指示器，但并不妨礙通暢的直接流通連接。 按此方式實現(xiàn)的氣體噴射器件完全是自立式的且高度可靠地自動操 作。本發(fā)明的分離罐使得可以自包括水、油以及氣體的井產(chǎn)流體的其 它成分中分離出凈化水流，且凈化水流的純度很高。油相和氣相可排 出使用或作進一步處理，且凈化水流可返回到例如是海洋或儲藏所的 環(huán)境中。分離罐沒有移動部件，它們很堅固耐用地處理各種組分的井產(chǎn)流體。此外，當(dāng)井產(chǎn)流體包含大比例的水時，該方法在清潔水時很 有效。因此，分離罐非常適于來自井口的流體流中含水量高的熟化油 氣田的生產(chǎn)壽命，含水量高一般是因為在已采油的同時水多年來一直 被噴射到儲藏所中。在分離罐的一優(yōu)選實施例中，第一罐和/或第二罐和/或第三罐的 流體或液體已在通往罐的入口開口的上游受到氣體噴射。因此，氣體 噴射可僅施加在一個分離罐中、施加在兩個分離罐中或所有的分離罐 中。噴射氣體利于將水從氣體中分離的浮選過程。由于當(dāng)氣體作為微 小氣泡分散在流體中時得以實現(xiàn)最佳效果，優(yōu)選氣體經(jīng)由距入口開口 僅很短距離的噴嘴裝置噴射到入口管內(nèi)流體中，以避免微小氣泡合并 形成不具有相同效率的較大氣泡。氣體噴射優(yōu)選是在罐入口內(nèi)進行的， 更優(yōu)選的是，氣體噴射器件位于靠近入口開口的入口管中，例如距入口開口 5到50cm。噴射用的噴嘴或多個噴嘴在此情況下可以是環(huán)形的 型式。要噴射的氣體視需要可以是來自分離過程的循環(huán)氣，比如天然 氣。不過，氣體也可以是氮氣、二氧化碳或氣體混合物。本發(fā)明的分離罐可用在兩個或多個分離罐串聯(lián)和/或并聯(lián)的結(jié)構(gòu) 中，以便獲得更佳的相分離。另一可行方案是使用既有串聯(lián)又有并聯(lián) 的分離罐。分離罐應(yīng)如何連接的方式取決于特定場合。在任何情況下， 這將可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員按常規(guī)加以實施。本發(fā)明的一個或多個分 離罐用于在油氣生產(chǎn)中分離源自井口的井產(chǎn)流體， 一般地，饋送到分離罐的井產(chǎn)流體是與由井口傳送的井產(chǎn)液氣流分開的富含水的廢流。 分成油/氣相和水相的這樣的初始分離可在一個或多個分離步驟中進 行。分離罐或多個分離罐可例如用于含少量油氣的水流的中間凈化步 驟中，或例如用于這種水流的最終凈化步驟中，或?qū)⒎蛛x罐用在來自 井口的主干流上，優(yōu)選該主干流的絕大部分是水的時候，或用在其分 流上，并且可用在來自另一分離器的分流上。在任何情況下，水、油 以及氣體源自一井口，因而存在于當(dāng)前上下文考慮的井產(chǎn)流體中，不 論分離器實際在生產(chǎn)設(shè)備中用來分離流體流的位置如何。應(yīng)用還包括一實施例，其中，油/氣相在附加的分離步驟中分成油相和氣相。


以下參照高度示意的附圖進一步詳細描述本發(fā)明實施例例證性但非限制性的實例，其中圖l示意性地示出了本發(fā)明分離罐的一實施例；圖2示出了自橫斷面虛線II-II上方觀察的圖l的分離罐；圖3示出了本發(fā)明的另一實施例；圖4示出了本發(fā)明的三個分離罐用于分離包括油、氣體以及水的 流體的配置；圖5示出了本發(fā)明的分離罐串聯(lián)使用的配置； 圖6示出了本發(fā)明的分離罐并聯(lián)使用的配置。
具體實施方式
圖1所示的本發(fā)明分離罐1的實施例是一個基本為圓筒狀的罐， 具有一個切向布置的流體入口 2，流體比如是包括水、油以及氣體的 混合物。入口 2延伸至罐壁內(nèi)的入口開口。罐l還包括位于罐頂部的 第一出口 4和位于罐底部的第二出口 3。第一出口一般供密度小于經(jīng) 第二出口取出的流體密度的流體用。第二出口3例如可用于水，而第 一出口 4例如可用于油/氣。分離罐1是井產(chǎn)流體分離罐，液體混合物 可源自井口的流體流、或源自流體流的支流、或源自從任何這樣的流 體流分出的流體流。剛好在入口 2所在水平的下方，截頭圓錐形的環(huán)形壁5的下邊緣 聯(lián)接至罐壁。截頭圓錐形壁自下邊緣向上向內(nèi)突伸且將罐分成上部6 和下部7。環(huán)形壁5在上端具有第一開口 8以容許在罐1的上部6與 下部7之間連通。以彎曲箭頭9表示的罐1豎直側(cè)壁與截頭圓錐形壁 的上側(cè)之間的角度在15。-70°的范圍內(nèi)，優(yōu)選在20°-50°之間。該角度 表示了截頭圓錐形壁5的傾斜度。除了第一開口8之外，截頭圓錐形的內(nèi)環(huán)形壁5還在入口 2的水 平上裝備有第二開口 10。如圖所示，第二開口 10以如下方式位于截 頭圓錐形壁5中，即，使得自入口 2進入分離罐1中的液體將在通過7之前在罐上部6中繞著截頭圓錐形壁5的上 部轉(zhuǎn)動約300。。截頭圓錐形壁的第二開口 IO用于促進并加強罐下部 內(nèi)渦流的形成。為了改善效果，第二開口優(yōu)選位于入口所在的位置。為了進一步改善，例如，第二開口可按如下方式在入口附近位于 截頭圓錐形壁內(nèi)，即，使得來自入口的引入流不直接進入第二開口中。 因此，優(yōu)選第二開口剛好位于入口區(qū)前，以便使得引入流體在它進入 第二開口和分離器的下部之前繞著截頭圓錐形壁至少幾乎循環(huán)一次(幾乎繞一整圏)。第二開口 IO可按如下的方式位于截頭圓錐形壁中， 即，使得自入口進入分離罐中的流體在通過第二開口之前會在罐上部 做至少300。的圓周運動。該配置有助于確保在罐的上部發(fā)生正確的渦 流形成，這又能對引入流體中要分離的不同部分進行良好的分離。少 量的引入混合物不可避免地會或多或少直接地進入第二開口中。不過， 這不會對渦流形成造成顯著的影響，只要絕大部分的引入混合物在進 入第二開口之前被促動著圍繞罐上部內(nèi)的截頭圓錐形壁就行了。盡管第二開口可具有任何理想的形狀，例如圓形或橢圓形，但優(yōu) 選第二開口大體上為矩形，且第二開口的高度和寬度具有是入口內(nèi)徑 l到2倍的尺寸。切向入口 2與罐1的圓筒壁相組合在罐上部和罐下部形成渦流。 不過，渦流可能會在罐中心形成沒有液體混合物的渦眼。因為減小了 處理能力，渦眼的形成是不合需要的。事實表明，通過在罐l的中心 放置一個桿形渦眼破除器，比如豎直延伸的桿11，可避免渦眼的形成。 桿11自罐的底部區(qū)域大致延伸罐三分之二的高度到罐中，從上方觀察 時，桿連接至覆蓋第二出口 3的圓錐形元件12，且因此是靜穩(wěn)第二出 口周圍流體流的器件。圓錐形元件12例如可使用兩個或多個扁條連接 至罐1的壁。此外，桿11可通過幾個扁條或其它支承或支撐元件比如 圓形金屬連接至罐壁或內(nèi)環(huán)形壁5。如圖1所示，第二出口 3裝備有閥13。通過調(diào)節(jié)該閥13，可調(diào)節(jié) 由自罐中的混合物釋放的氣體引起的壓力增大。自混合物中釋放的氣 體在罐上部6中收集。收集的氣體越多，壓力就越高。隨著氣體壓力ii的增大，氣體使罐1中的液體混合物移動。當(dāng)收集的氣體使液體混合物移動到低于通向第一出口 4的出口開口 14的水平時，油和氣因氣體 壓力作用而經(jīng)由出口 4噴射出分離罐。如圖1所示，第一出口4是向 下伸入罐上部至出口開口 14的管子，出口開口 14在罐頂部的下方相 距一距離A。環(huán)形壁5的第一開口 8向上通往罐上部，該罐上部向下由截頭圓 錐形壁5的上側(cè)界定。第一開口 8位于罐1的中心線C處且優(yōu)選與之 同軸。罐l的圓筒壁與中心線C平行地在罐的彎曲端底部之間延伸。 桿11也與中心線C同軸，第一出口與中心線C同軸地延伸。第一開 口 8因此與出口開口 14相對置，且其直徑大于出口開口 14的直徑。圖2示出了沿著圖1線II-II的罐1的橫斷面。引入的井產(chǎn)流體進 料經(jīng)由切向布置的入口 2進入罐1中，基本上所有的進料都在可經(jīng)開 口 IO進入之前環(huán)繞在壁5的頂部具有第一開口 8的內(nèi)環(huán)形壁5。角度 15優(yōu)選為20-30°,更優(yōu)選為25°。限定開口 10水平延伸方向的角度 16優(yōu)選為30-40°,更優(yōu)選為35°.在另一實施例中，內(nèi)環(huán)形壁是申請人的WO2005/079946中描述并 示出的圓筒形，其說明書和附圖在此并入本申請中以供參考。氣體可噴射到流經(jīng)入口 2的流體中。在一個實施例(未示出)中， 氣體比如氮氣或燃氣自外源供給到入口 2。在圖3所示的一個優(yōu)選實 施例中，氣體自分離罐上部6中的氣體區(qū)101取出。氣體通過導(dǎo)管102 自氣體區(qū)101流入裝在罐1入口 2中的噴射器103。噴射器實現(xiàn)為一 個導(dǎo)管部，其長度短且橫截面積小于形成入口 2的相鄰導(dǎo)管部的橫截 面積。因為面積減小，流經(jīng)噴射器的流體速度高于入口的相鄰部的流 體速度，因此，噴射器中的流體壓力相對較小，于是氣體就自導(dǎo)管102 被吸入流經(jīng)噴射器的流體中。導(dǎo)管102設(shè)有流量指示器104或流量傳感器，其在分離罐操作時 不妨礙噴射器與氣體區(qū)101通暢的直接流通連接。氣體區(qū)101還與設(shè) 有壓縮器106的氣體輸出線路105相通，以增大輸出氣體內(nèi)的壓力。 在圖3所示的實施例中，用于將氣體注入分離罐入口的器件是完全自立式的且自動操作。圖3實施例的額外優(yōu)點在于，在經(jīng)氣體輸出線路105取出的剩余 氣體對應(yīng)于經(jīng)入口 2供給流入流體的氣體與經(jīng)第一出口 4離開的氣體 之間的差的意義上，氣體系統(tǒng)處于流量平衡。進入罐中的氣體流量大 于流出第一出口 4和氣體輸出線路105的總氣體流量，優(yōu)選大得多， 比如至少大50%或100%.在另一實施例中，氣體噴射是在罐入口中進行的，氣體噴射器件 緊鄰入口位于入口管中。在此情況下，噴射用的噴嘴可以為環(huán)形。本發(fā)明的分離罐通常是在主要由流體離開井口的壓力確定的壓力 下操作的，不過該壓力也可釆用已知程序在進入分離罐之前增大或減 小。分離罐可在與環(huán)境壓力相當(dāng)?shù)膲毫铜h(huán)境壓力以上的壓力下操作。分離器的尺寸可根據(jù)要予以處理的流體量選擇。在操作中，已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)，要處理的流體在罐中的停留時間應(yīng)在約20秒以上，優(yōu)選停留時 間在20-300秒的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在25-240秒的范圍內(nèi)。對于本發(fā)明的分離罐，有效分離體積可計算為由罐和罐內(nèi)液體高 度界定的空間的體積。根據(jù)停留時間，可計算罐的處理能力，例如有 效分離體積為11113且液體停留時間為約30秒的罐具有每小時處理約 100m"虎體的處理能力。罐的高度直徑比可在寬范圍內(nèi)選擇，優(yōu)選在1:1-4:1的范圍內(nèi)，更 優(yōu)選為1:1-2:1，但罐也可具有大于直徑4倍的高度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員有能力根據(jù)預(yù)期應(yīng)用的實際條件(比如要處理 的液體量、所述液體的組分、所選的壓力、液體的溫度以及可能腐蝕 性的化學(xué)品在混合物任何相中的存在)選擇用于構(gòu)造罐的材料。在操作中，經(jīng)由各出口抽取(排出)所分離的相的速度確定了氣 體與油、或氣體與水、油與水以及水和可能的固體之間的相界面位于 罐中的位置。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解怎樣調(diào)節(jié)經(jīng)由各出口的抽取 速度從而實現(xiàn)較佳的分離。因為本發(fā)明的分離罐的構(gòu)造方式使得除了導(dǎo)向葉片和渦破除器外 所有表面都沿豎直方向或具有陡峭的傾斜度且在罐中無窄通道，所以分離器中沒有易于堵塞或沉積固體物質(zhì)的地方。因此，在井口處在井 口生產(chǎn)設(shè)備對流體的分離可基本連續(xù)地執(zhí)行，不需要或僅極少地需要 對分離罐加以維護。由于分離罐的精心設(shè)計，必要之時(盡管不常見)可容易地進行 進一步的維護。因此，本發(fā)明在井口處或井產(chǎn)液氣流中對流體進行分離具有顯著 的穩(wěn)定性，即，分離可長時間運行而不會中斷，維護工作可能需要的 少數(shù)停止運行時間可很短。本發(fā)明的分離罐處理能力高、所需空間極小、穩(wěn)固性高，使得其 特別適用于離岸裝置比如油氣生產(chǎn)鉆臺。此外，它還良好地適用于海 床上的油氣生產(chǎn)，因為在這樣的位置上，對空間的限制要比傳統(tǒng)的油 氣生產(chǎn)鉆臺更為嚴(yán)格，且維護能力可能會更低。分離罐既非常適用于 岸上和又非常適用于離岸的油氣生產(chǎn)。破除器現(xiàn)通過不應(yīng)被認(rèn)為是限制了本發(fā)明的實例進一步闡述本發(fā) 明。與上述標(biāo)號相同的參考標(biāo)號用于表示相同的細部，不過這些標(biāo)號 會加上撇號以便將罐區(qū)分開。實例1、本發(fā)明的三個分離罐用作三相分離的分離器參見圖4,示意性地示出了分離包括油、氣體以及水的井產(chǎn)液氣 流的分離罐的應(yīng)用。應(yīng)用包括本發(fā)明的三個分離罐1、 l'、 1"。罐1的第一出口 4用 于油和氣體，并與罐l'上的入口 2'連接。同樣，罐1的第二出口3用 于水(帶有極少量油氣)并與罐l"上的入口 2"連接。自井口分離的井產(chǎn)流體經(jīng)由入口 2被導(dǎo)引至罐1。在罐1中，流 體被分成油氣相和水相。油氣相經(jīng)由第一出口 4自罐l中取出并經(jīng)由 入口 2'被導(dǎo)引至罐1'。水相(帶有極少量油氣)經(jīng)由第二出口 3自罐 1中取出并經(jīng)由入口 2"被導(dǎo)引至罐1"。在罐1'中，油氣相分成經(jīng)由第一出口 4'離開罐l'的氣體和經(jīng)由第 二出口 3'離開罐l'的油。在罐l"中，水相分成水和油/氣。油/氣經(jīng)由第一出口 4"離開罐1〃， 凈化水流經(jīng)由第二出口 3"離開罐1"。為了進一步改善罐l"中的分離，可在入口 2"將氣體噴射到自第 二出口 3引入的井產(chǎn)流體流中。噴射氣體可以是自第一出口 4'回收氣 體的一部分，如虛線114所示。兩個罐1和l"分別設(shè)有使罐內(nèi)氣體區(qū)與入口 2和入口 2"內(nèi)的噴 射器連接的導(dǎo)管102。視需要還可給罐l'設(shè)有這樣一個導(dǎo)管102。通過所述配置，來自井口的包括油、氣體以及水的流體非常有效 地被分離成油相、氣相以及水相，其中，經(jīng)由第二出口 3"離開罐1〃 的凈化水流包含小于10ppm的雜質(zhì)。2、 三個本發(fā)明的分離罐用作串聯(lián)分離器圖5示意性地示出了三個串聯(lián)連接的罐1、 l'、 1"，用以將來自 井口的井產(chǎn)液氣流204分離成油/氣相205和水相206。井產(chǎn)液氣流204 例如可以是包括1000ppm雜質(zhì)(氣/油)的水。在罐1中處理過后， 來自第二出口 3的線路中的水流207包括100ppm的雜質(zhì)。水流207 被饋送到入口 2'以在罐l'中處理，來自罐l'的第二出口 3'的線路中的 水流208包括10ppm的雜質(zhì)。水流208最終被饋送到入口 2"以在罐1 〃 中處理，由此提供帶有少于5ppm的雜質(zhì)來自出口 3"的水流206。罐l、 l'、 l"分別設(shè)有將罐中的氣體區(qū)與入口 2、 2'、 2"中的噴射 器連接的導(dǎo)管102。該配置可視需要用于進一步處理來自圖4所示的罐配置(實例1) 中罐1〃的笫二出口 3"的水流。油/氣相可通過在如實例1中所述的另 一個罐中處理而分成油和氣體。視需要可在兩個或多個串聯(lián)的罐中分 離油/氣相。3、 本發(fā)明的分離器用作并聯(lián)分離器圖6示意性地示出了并聯(lián)使用兩個罐1和1'的配置。來自井口部 液氣流303和304的井產(chǎn)流體在入口 2和2'進入罐1和l'。油/氣相在 305取出，而水相在306取出。油/氣相和水相可進一步如實例1和2 所述的那樣作處理。罐l和l，分別設(shè)有將罐中的氣體區(qū)與入口 2和入口 2，中的噴射器 連接的導(dǎo)管102。圖1至6僅僅是示意性的，這些配置還可包括通常在油氣生產(chǎn)中 使用的設(shè)備，如閥、泵、壓縮機、其它管線，為了簡潔起見，沒有將 它們包括進來。不過，上述配置可容易地由本領(lǐng)域的技術(shù)人員適用于 特定應(yīng)用。此外，顯而易見，本發(fā)明的分離罐可以按任何理想的配置組合使 用，例如串聯(lián)和/或并聯(lián)使用。本發(fā)明的分離罐、方法以及應(yīng)用可在隨 附專利權(quán)利要求的范圍內(nèi)改進。各個實施例的細節(jié)可在專利權(quán)利要求 的范圍內(nèi)組合成新的實施例。例如可提供具有兩個或多個第一出口和/ 或兩個或多個第二出口和/或兩個或多個入口的單獨的罐。第一出口可 設(shè)有閥，且第一出口和第二出口都可設(shè)有閥。第一出口和/或第二出口 可安裝在不同于與罐的豎直中心線同軸比如與所述中心線平行的位 置，而是與中心線隔開一定距離。入口中使用的噴射器可以替換為別 的用于混合氣體和流體的混合裝置，或替換為入口中的混合裝置與導(dǎo) 管102中用于自氣體區(qū)抽取氣體的泵的組合。不過，這樣的實施例不 太有利，因為它較為復(fù)雜，且不像圖3的實施例那樣是一個自動化的 自調(diào)節(jié)系統(tǒng)(獨立于外部供給源且沒有移動部件)。圖3所示的自分離 罐的上部9中的氣體區(qū)101取出氣體且將氣體饋送到同一個罐的入口 的系統(tǒng)還可與其它設(shè)計(圖1和2示出且在權(quán)利要求1中要求得到保 護的設(shè)計)的分離罐結(jié)合使用。
權(quán)利要求
1.一種用于分離包括水、油以及氣體的流體的分離罐，包括基本上為圓筒狀的具有上部和下部的豎直罐、切向布置在罐上部的流體入口、內(nèi)環(huán)形壁、位于罐上部的至少一個第一出口、位于罐下部的至少一個第二出口以及用于靜穩(wěn)第二出口周圍的流體流的器件；所述內(nèi)環(huán)形壁在其上端具有第一開口以容許罐的上部與下部之間流通，其特征在于，分離罐包括在罐的中心豎直地延伸的桿形渦眼破除器。
2. 如權(quán)利要求1所述的分離罐，其中，渦眼破除器自罐下部延伸 并向上延伸過內(nèi)環(huán)形壁的下緣。
3. 如權(quán)利要求2所述的分離罐，其中，渦眼破除器的上端在內(nèi)環(huán) 形壁的第一開口下方相距一定距離處。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的分離罐，其中，所述桿形渦 眼破除器與罐同軸。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項所述的分離罐，其中，桿形渦眼破除 器的長度為罐高度的1/2-5/6。
6. 如權(quán)利要求1-5中任一項所述的分離罐，其中，桿形渦眼破除 器連接至用于靜穩(wěn)第二出口周圍流體流的器件。
7. 如權(quán)利要求1-6中任一項所述的分離罐，其中，內(nèi)環(huán)形壁是圓 筒狀的。
8. 如權(quán)利要求1-6中任一項所述的分離罐，其中，內(nèi)環(huán)形壁是截 頭圓錐形壁。
9. 如權(quán)利要求1-8中任一項所述的分離罐，其中，第二出口距內(nèi) 環(huán)形壁的距離大于內(nèi)環(huán)形壁與第 一 出口之間的距離。
10. 如權(quán)利要求1-9中任一項所述的分離罐，其中，第一出口與 第一開口同軸。
11. 如權(quán)利要求1-10中任一項所述的分離罐，其中，桿形渦眼破 除器與第一開口同軸。
12. 如權(quán)利要求1-11中任一項所述的分離罐，其中，第一開口、第一出口以及第二出口同軸。
13. 如權(quán)利要求1至12中任一項所述的分離罐，其中，分離罐還 包括氣體噴射器件，該氣體噴射器件優(yōu)選設(shè)在切向布置的入口中。
14. 如權(quán)利要求13所述的分離罐，其中，氣體噴射器件的氣體源 是分離罐上部的氣體區(qū)。
15. 如權(quán)利要求13或14所述的分離罐，其中，分離罐上部的氣 體區(qū)是氣體噴射器件的唯一氣體源。
16. 如權(quán)利要求14或15所述的分離罐，其中，來自罐上部氣體 區(qū)的導(dǎo)管與該罐入口中的噴射器連接。
17. 如權(quán)利要求16所述的分離罐，其中，在罐操作期間，來自罐 上部氣體區(qū)的導(dǎo)管與該罐入口中的噴射器保持通暢的直接流通連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分離罐，包括一個基本上為圓筒狀的具有上部(6)和下部(7)的豎直罐(1)、切向布置在罐上部的流體入口(2)、位于罐上部的至少一個第一出口(4)、位于罐下部的至少一個第二出口(3)以及用于靜穩(wěn)第二出口周圍的流體流的器件(12)。內(nèi)環(huán)形壁(5)在其上端具有第一開口(8)以容許罐的上部與下部之間流通。分離罐包括在罐的中心豎直地延伸的桿形渦眼破除器(11)，以提高罐的處理能力。
文檔編號B01D17/038GK101330952SQ200680047320
公開日2008年12月24日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者J·?？送?申請人:M-I愛普康股份公司