用於分離包括水、油以及氣體的流體的分離罐、該分離罐的應用以及用於分離包括水、油...的製作方法

2023-07-14 04:58:01

專利名稱：用於分離包括水、油以及氣體的流體的分離罐、該分離罐的應用以及用於分離包括水、油 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於分離包括水、油以及氣體的流體的分離罐。
技術背景在石油工業中，原油的開釆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 備好排放以輸出之前去除附加的水和氣體。在初始分離之後，原油和氣體可在排放以精煉等之前進一步提純。 在進一步提純之後，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。當使油氣田熟化時，通常會發現，伴隨著油和氣體的水量變得大 得多，因此，必須在井口生產設備處對產生的更大量水進行處理，以 便維持能被接受的採油速度。此外， 一般會關注由在海洋採油造成的汙染問題，尤其是在被認 為是環境易遭毀壞的區域比如北極區或漁區中釆油時。在石油工業中， 存在一種擔心，即，如果必須依賴目前使用的設備的話，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採油變得不經濟。因此， 工業界和官方當局已經付出了很大努力來尋找以可承受的價格在採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，對安裝設備的可用空間有非常嚴格的限制。如果考慮在海床層面 進行開採和分離，對空間的限制甚至更為嚴格。現有技術中已知多種油氣水分離器。US4424068描述了 一種用於 分離比如可自油井接收的油、氣體以及水的混合物的分離器和方法。 該分離器採取容器的形式，該容器被分為多個分離腔室並設有多個擋板和引入的混合物在其中若干次變化方向的動態分離器。儘管這種分 離器事實上已多年為人所知，但似乎尚未被廣泛使用。此外，由於分 離器包括幾個腔室和多個部件，維護工作將會耗時，這會導致成本大 的採油停止。WO99/20873描述了一種分沙器，其可位於油井上，以便在進一 步處理原油之前移除較重的顆粒比如沙子。該裝置具有面向罐的較窄 部的口，空間連接器面向罐的較寬部，沙子和重顆粒在該處沉澱。GB2000054A披露了一種分離器，其中原油在具有切向安置的進 給口的容器中分離成液體和氣體，於是就形成向下流動的液體螺旋和 向上流動的氣體螺旋。該容器具有上氣體出口，其包括自頂部向下伸 入容器中的管子。圓錐形的容器下端設有擋板以讓液體螺旋減速，並 通往用於仍存在於液體中的氣體的分離腔；氣體在堰壩處排出而液體 在堰壩上方排放。儘管存在一些已知的油氣水分離器，仍需要一種改進的相分離處 理能力的油氣水分離器，其僅需要極小的空間，能連續運行而維護要 求低，其可按適中價格製造和運行。發明內容本發明的目的在於提供一種與體積相比具有高處理能力的分離器。因此，本發明涉及一種分離罐，包括一個基本上為圓筒狀的豎直 罐、切向布置在罐上部中的入口、位於罐上部中的至少一個第一出口、 位於罐下部中的至少一個第二出口、用於在第二出口周圍形成靜流的器件、以及位於切向布置的入口下方和第二出口上方的渦流區，其中 所述渦流區包括向下突伸的截頭圓錐形壁和螺旋形運動葉片，所述向 下突伸的截頭圓錐形壁將罐分成所述上部和所述下部，並且，所述向 下突伸的截頭圓錐形壁的下端具有一開口以容許罐的上、下部之間流 通，所述螺旋形運動葉片安置並固定至所述截頭圓錐形壁的向上指向 的部分。優選的是，第一出口用於油氣，而第二出口用於水。本發明的分離罐提供了用於包括水、油以及氣體的流體的高效分離器。包括突伸的截頭圓錐形壁的及螺旋形運動葉片的渦流區與切向 布置的入口配合工作的獨特設計促進了渦流在分離罐中的形成，這就 能從水相中良好地分離出油氣相。油氣相上升得更快且更具選擇性地 朝向罐頂部上升，水相也會以相似的方式流動得更快且更具選擇性地 朝向罐底部流動。罐上部的第一出口可布置成具有噴射效應。這一噴射效應是由罐上部氣體的壓力增大(pressure build-up)實現的。特別是在油氣出 口向著出口開口向下伸入罐中一定距離(例如，5-30cm範圍的距離) 時，來自包括水、油以及氣體的混合物的氣體可在由罐的頂部和通向 第一出口的出口開口的位置之間限定的罐上部內的空間中聚集。在這 樣的配置中，通過聚集氣體而發生壓力增大，直到氣體已使罐內混合 物的液體部分移到剛好位於通向第一出口的出口開口下方的水平。此 時，油氣將通過第一出口噴射並離開罐。液體混合物的水平上升到通 向第一出口的開口上方，並且新的壓力增大將會發生。按此方式，油 自罐內水的頂部自動撇取。根據通往第一出口的出口開口的位置，壓 力增大和退回會在小於1秒的時間內進行。為了達到改善分離器中流動的目的，優選豎直罐的壁與突伸的截 頭圓錐形壁之間的角度處於15度至45度的範圍內，更優選處於25 度至35度的範圍內，最優選為30度。通過採用這些優選的角度，能 在分離罐中提供非常有效的相分離流，因為渦流的形狀可達到最佳。根據本發明，優選分離罐還包括氣體噴射器件。氣體可經由罐上 部和/或下部所設的一個或多個噴嘴噴射到罐內的流體中。噴射的氣體 形成小氣泡，這便通過氣泡上升流的形成促進了油/氣相與水相的分 離。在分離罐的替代優選實施例中，氣體噴射器件設於切向布置的入 口處，由此氣體被噴射到罐內的引入流體中。隨後，氣體在流體中形 成促進分離的小氣泡。用於氣體噴射的氣體可以是任何適用於在流體 內形成氣泡的氣體，例如C02、氮氣或烴基氣體，優選氣體是來自水/ 油/氣分離的循環氣體。加入的氣體量一般是每lm3流體0.02-0.2St.m3。每lm"充體0.05-0.18St.m3的值是優選的，但加入的氣體量也可採用 較高的值，比如達到每lm"充體0.3St.mS的量。St.n^是氣體介質的標 準立方米。St.m3在離岸領域內標準化(15.6。C和101.325kPa壓力下 的幹氣體積)。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，分離罐下遊側的系統必須處理因加入氣體引起的附加流。在一優選實施例中，氣體噴射器件的氣體源是分離罐上部的氣體 區。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，就節省了外部氣體供給源。在更為優選的實施例中，分離罐 上部的氣體區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，由此分離罐系統的設計更為簡單。在另一實施例中，來自罐上部氣體區的導管與該罐的入口中的噴 射器連接。噴射器的優點在於，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，來自罐上部氣體區的導管與該 罐的入口中的噴射器保持通暢的直接流通連接。因此，所述導管中沒 有泵。可在導管中設置流量指示器，但並不妨礙通暢的直接流通連接。 按此方式實現的氣體噴射器件完全是自立式的且高度可靠地自動操 作。在本發明分離罐的一優選實施例中，螺旋形運動葉片旋繞至少兩 個完整360度，以確保令人滿意地形成渦流並由此改善分離。此外，為了達到提高分離處理能力的目的，螺旋形運動葉片優選 具有5-15cm的寬度。為了在分離罐中獲得最好的可能分離效果，優選罐具有至少一個 用於油氣的第三出口，該第三出口優選位於罐壁內，位於突伸的截頭 圓錐形壁的突出部下方，該突出部位於截頭圓錐形壁接觸罐壁的位置。 在此位置上，截頭圓錐形壁的直徑最大且比如通過焊接固定在罐壁上。油氣可通過第一出口在罐上部取出，並且還通過第三出口在罐下部取 出，從而使得分離非常有效。油氣用的第三出口優選剛好位於突伸的 截頭圓錐形壁的上端的下方，這是要分離的流體可達到的罐下部內的 最高位置。在一優選實施例中，第三出口與罐上部連接。在該實施例 中，在罐下部與水分離的油氣隨後被導向罐上部，並經由罐上部內的 油氣用的第一出口離開罐。為了進一步改善分離罐下部內的分離，理想的是在罐下部形成第 二渦流。因此，罐裝有如下的器件，這種器件在罐下部內提供上升渦 流以便使上升渦流優選圍繞突伸的截頭圓錐形壁的向下指向的壁部。 在罐上部內的分離步驟之後，罐下部內的第二渦流有效地分離了可能 留在水相中的殘留油氣。視需要與罐下部的水相分離的油氣可經由上 述油氣用的第三出口取出。水相經由位於罐底部的第二出口離開罐。 水相可包括存在於要分離的流體中的固體和顆粒物質。這些固體和顆 粒物質通常隨水相離開分離罐。不過，在可選實施例中，分離罐裝有 固體用的單獨出口。當流體包括較大量的固體和顆粒物質時，該可選實施例是有利的。儘管提供上升渦流的器件可包括各種將流體導入某一方向的器 件，但優選該器件是至少一個擋板或導向葉片。在另一方面，本發明還涉及一種用於分離包括水、油以及氣體的流體的方法，該方法包括以下步驟a) 將要處理的包含水、油以及氣體的流體饋送到上述類型的第一 分離罐的切向布置的入口 ，由此使流體經由具有螺旋形運動葉片的向下突伸的截頭圓錐形壁流入罐下部；b) 自第一罐的至少一個第一出口取出油氣流，並在上述類型的第 二分離罐中對所述油氣流進行進一步的分離，以通過第二罐的至少一 個第二出口獲得油流，並通過第二罐的至少一個第一出口獲得第一氣流;c) 自第一罐的至少一個第二出口取出第一水流，並通過切向布置 的入口將所述水流饋送到上述類型的第三罐，由此使流體經由具有螺旋形運動葉片的向下突伸的截頭圓錐形壁流入罐的下部；以及d)通過第三罐的至少一個第二出口取出淨化水流。淨化水流包含 少於20ppm的雜質，可包含少於15ppm的雜質，或甚至小於10ppm 的雜質。該方法使得可以從包括水、油以及氣體的流體的其它成分分離出 淨化水流，並可按需要將流體分成所有這些成分，即分成水相、油相 以及氣相。此外，分離出的各相純度很高。油相和氣相可排出使用或 作進一步處理，且淨化水相流可返回到例如是海洋或儲藏所的環境中。 水相可包括一些類似沙子和其它顆粒的固體物質，它們按需要可容易 地用過濾器或通過沉澱作用去除。本發明方法的優點有幾個方面。該方法中使用的分離罐沒有移動 部件，且它們很堅固耐用地處理具有各種組分的流體比如井產流體。 此外，當流體包含大比例的水時，該方法在清潔水時很有效。因此， 該方法非常適於延長來自井口的流體流中含水量高的熟化油氣田的使 用壽命，含水量高一般是因為在已釆油的同時水多年來一直被噴射到 儲藏所中。在該方法的一優選實施例中，對第一罐和/或第二罐和/或第三罐 的流體或液體噴射氣體。因此，氣體噴射可僅應用在分離罐之一中、 應用在兩個分離罐中或所有的分離罐中。因此，氣體噴射可按任何理 想的方式應用以利於分離。氣體噴射優選在罐入口內進行，更優選的是，氣體噴射器件位於 入口管內入口的附近。噴射用的噴嘴在此情況下可以是環形的型式。 要噴射的氣體視需要可以是來自分離過程的循環氣體。噴射氣體利於 將水從氣體中分離的浮選過程。由於當氣體作為微小氣泡分散在流體 中時得以實現最佳效果，優選氣體經由距入口開口僅很短距離的噴嘴 裝置噴射到入口管內流體中，以避免微小氣泡合併形成不具有相同效 率的較大氣泡。在另一方面，本發明還涉及分離罐的應用，該分離罐包括一個基 本上為圓筒狀的豎直罐、切向布置的入口、位於罐上部中的用於油氣的至少一個第一出口、位於罐下部中的用於水的至少一個第二出口、 用於在第二出口周圍形成靜流的器件、以及位於切向布置的入口下方 和第二出口上方的渦流區，其中所述渦流區包括向下突伸的截頭圓錐 形壁和螺旋形運動葉片，所述向下突伸的截頭圓錐形壁將罐分成上部 和下部，所述向下突伸的截頭圓錐形壁的下端具有一開口以容許罐的 上、下部之間流通，所述螺旋形運動葉片安置在所述截頭圓錐形壁的 向上指向的部分處並固定在其上，以分離包括水、油以及氣體的流體， 優選將其分成這些成分。分離罐可例如用在來自井口的主幹流的流體上，或用在自該主幹 流分支或分離的分流上，或用於含少量油氣的水流的中間淨化步驟中， 或例如用於這種水流的最終淨化步驟中，或者可將分離罐用在其分流 上，且可用在來自另一個分離器的分流上。在任何情況下，水、油以 及氣體源自一井口，因而存在於當前上下文考慮的井產流體中，不論 分離器實際在生產設備中用來分離流體流的位置如何。可優選使用兩個或多個分離罐，以獲得更佳的相分離。兩個或多 個分離罐可串聯或並聯使用。另 一可行方案是使用既有串聯又有並聯 的分離罐。分離罐應如何連接的方式取決於特定場合。在任何情況下， 這將可由本領域的技術人員按常規加以實施。在一優選實施例中，本發明的一個或多個分離罐用於在油氣生產 中分離源自井口的井產流體。 一般地，饋送到分離罐的井產流體是與 由井口傳送的井產液氣流分開的富含水的廢流。分成富油/氣相和富水 相的這樣的初始分離可在一個或多個分離步驟中進行。應用還包括一實施例，其中，流體初始分離成油/氣相和水相。應用還包括一實施例，其中，油/氣相在附加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地描述本發明實施例的示例性但非限制性的實例，其中圖l示意性地示出了本發明分離罐一實施例的斷面側視圖；圖2示出了圖l分離罐的斷面頂視圖；圖3示出了本發明分離罐另一實施例的類似圖1的視圖；圖4示出了本發明的又一實施例；圖5示出了本發明的三個分離罐用於分離包括油、氣體以及水的 流體的配置；圖6示出了本發明的分離罐串聯使用的配置； 圖7示出了本發明的分離罐並聯使用的配置。
具體實施方式
圖1所示的分離罐的實施例總體上表示為1，包括一個圓筒狀的 豎直罐2、用於流體(比如是井產流體或別的包括水、油以及氣體的 混合物)的切向布置的入口 3。入口 3延伸至罐的壁內的入口開口。 分離罐還包括位於罐的上部9的一般用於油和氣體的第一出口 4和位 於罐的下部IO的一般用於水的第二出口 5。渦流區7位於切向布置的入口 3的下方和第二出口 5的上方。渦 流區7包括向下突伸的截頭圓錐形壁8，其將罐分成上部9和下部10。 開口 11設於向下突伸的截頭圓錐形壁8的下端，以容許在罐l的上部 9與下部10之間流通。螺旋形運動葉片12安置並固定至所述截頭圓 錐形壁8的向上指向的部分。向下突伸的截頭圓錐形壁8在上端的直徑最大，而在下端在開口 11邊緣處的直徑最小。壁8上端的最大直徑對應於罐的圓筒形側壁的 內徑，且壁8在該最大直徑處安裝在罐的側壁上，比如通過焊接點或 其它安裝方式諸如螺栓連接至罐壁的凸緣。用於靜穩第二出口周圍的流體流的器件可為擋板6，該擋板6設 置成用於靜穩第二出口附近的液體運動，由此在第二出口 5的周圍形 成更平穩的流。擋板6例如可通過使用兩個或多個作為支腿向下延伸 到彎曲底部的扁條固定在罐壁上，或通過兩個或多個延伸到罐壁的豎 直部的加強件(支柱)固定，或通過從形成第二出口 5的管部區域向 上延伸的單個豎直支承件固定。用於靜穩第二出口 (用於水或油)周 圍流體流的器件可實現為 一個具有圓形圓周的盤，其視需要水平地置於第二出口的正上方。替代地，用於靜穩第二出口周圍流體流的器件 可以是圓錐形或半球形。水出口 5可裝備有閥器件(如圖3所示)。通過調節該閥器件，可 調節由從罐l中的混合物釋放的氣體引起的壓力增大。從混合物中釋 放的氣體在罐的上部9中收集。收集的氣體越多，壓力就越高。隨著 氣體壓力的增大，氣體使罐1中的液體混合物移動。當收集的氣體使 液體混合物移動到低於氣體和油用的出口 4的出口開口的水平時，氣 體和油在氣體壓力作用下經由出口 4噴射出罐。分離罐1是井產流體分離罐，並且液體混合物可源自井口的流體 流、或源自這種流體流的支流、或源自從任何這樣的流體流分出的流 體流。圖2示出了沿著圖1中虛線AA的分離罐1的斷面圖。採用與圖 l相同的參考標號，可看到切向布置的入口 3、向下突伸的截頭圓錐形 壁8、螺旋形運動葉片12以及開口 11。在圖3中，示出了分離罐1的另一個實施例。該分離罐l的實施 例包括圖1中示出的罐的所有特徵(以相同的參考標號表示)，還裝備 有引導板13"和油和氣體用的另加出口 14。引導板13"可以例如是圓 形板，其直徑大於開口 11並經由幾個豎直懸杆13或支柱安裝至截頭 圓錐形壁8的下側。引導板13〃距開口 一定距離地在開口 11對面延伸， 於是通過開口 11向下流出的流體撞擊引導板13"並沿徑向通過引導板 13"與開口 11邊緣之間的環形空間向外流動。引導板13〃的邊緣區域 13'可傾斜地向上向外延伸，於是流體流就被向上導向。引導板13"被 布置成在罐的下部IO提供自罐上部9進入下部10的流體的渦流，以 便提供進一步的分離，其中與水相分離的油和氣相可經由另加出口 14 自耀1中取出。另加出口 14可將油和氣體導引至與第一出口 4所連接的排出口相 同的排出口。替代地，另加出口可經由止回閥和安裝在入口 3導管內 的噴射器與入口3連接，但優選導管100經由罐壁內的另加入口開口 使另加出口 14與罐的上部9連接。該實施例的優點在於設計簡單，因為自罐下部向罐上部輸送油氣只需短的導管100就行。氣體可注入流經入口 3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 3。在圖4所示的一個優選實 施例中，氣體自分離罐上部9中的氣體區101取出。氣體通過導管102 自氣體區101流入裝在罐1入口 3中的噴射器103。噴射器實現為一 個導管部，其長度短且橫截面積小於形成入口 3的相鄰導管部橫截面 積。因為面積減小，流經噴射器的流體速度高於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，於是氣體就自導管102 被吸入流經噴射器的流體中。導管102設有流量指示器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101通暢的直接流通連接。氣體區101還與設 有壓縮器106的氣體輸出線路105相通，以增大輸出氣體內的壓力。 在圖4所示的實施例中，用於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4實施例的額外優點在於，在經氣體輸出線路105取出的剩餘 氣體對應於經入口 3供給流入流體的氣體與經出口 4離開的氣體之間 的差的意義上，氣體系統處於流量平衡。進入罐中的氣體流量大於流 出第一出口 4和氣體輸出線路105的總氣體流量，優選大得多，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 緊鄰入口位於入口管中。在此情況下，噴射用的噴嘴可以為環形。本發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，不過該壓力也可採用已知程序在進入分離罐之前增大或減 小。分離罐可在與環境壓力相當的壓力和環境壓力以上的壓力下操作。分離器的尺寸可根據要予以處理的流體量選擇。在操作中，已經 發現，要處理的流體在罐中的停留時間應在約20秒以上，優選停留時 間在20-300秒的範圍內，更優選在25-240秒的範圍內。對於本發明的分離罐，有效分離體積可計算為由罐1和罐內液體 高度界定的空間的體積。根據停留時間，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1001113流體的處理能力。罐的高度直徑比可在寬範圍內選擇，優選在1:1-4:1的範圍內，更 優選為1:1-2:1。本領域的技術人員有能力根據預期應用的實際條件 (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品在混合物任何相中的存在)選擇用於構造罐 的材料。在操作中，經由各出口抽取所分離的相的速度確定了氣體與油、 油與水以及水與固體之間的相界面位於罐中的位置。本領域的技術人 員將會理解怎樣調節經由各出口的抽取速度從而實現較佳的分離。因為本發明的分離罐的構造方式使得除了導向葉片和渦中斷器外 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 分離器中沒有易於堵塞或沉積固體物質的地方。因此，在井口處對流 體的初始分離可基本連續地執行，不需要或僅極少地需要對分離罐加 以維護。由於分離罐的精心設計，必要之時(儘管不常見)可容易地進行 進一步的維護。因此，本發明在井口處或井產液氣流中對流體進行分離具有顯著 的穩定性，即，分離可長時間運行而不會中斷，維護工作可能需要的 少數停止運行時間可很短。本發明的分離罐處理能力高、所需空間極小、穩固性高，使得其 特別適用於離岸裝置比如油氣生產鑽臺。此外，它還良好地適用於海 床上的油氣生產，因為在這樣的位置上，對空間的限制要比傳統的油 氣生產鑽臺更為嚴格，且維護能力可能會更低。分離罐既非常適用於 岸上和又非常適用於離岸的油氣生產。現通過不應被認為是限制了本發明的實例進一步闡述本發明。實例1、本發明的三個分離罐用作三相分離的分離器參見圖5，示意性地示出了分離包括油、氣體以及水的井產液氣流的分離罐的應用。應用包括本發明的三個分離罐1、 1，、 1"。罐1的第一出口 4用 於油和氣體，並與罐l'上的入口 3'連接。同樣，罐1的第二出口5用 於水(帶有極少量油氣)並與罐l"上的入口 3"連接。自井口分離的井產流體經由入口 3被導引至罐1。在罐1中，流 體被分成油氣相和水相。油氣相經由第一出口 4自罐l中取出並經由 入口 3'被導引至罐1'。水相(帶有極少量油氣)經由第二出口 5自罐 1中取出並經由入口 3"被導引至罐1"。在罐1'中，油氣相分成經由第一出口 4'離開罐1'的氣體和經由第二出口 5'離開罐r的油。在罐l"中，水相分成水和油/氣。油/氣經由第一出口 4"離開罐1"，水經由出口 5〃離開罐r'。為了進一步改善罐l"中的分離，可將氣體噴射到自第二出口 5的 引入流中。噴射氣體可以是自第一出口 4'回收的氣體的一部分，如虛 線114所示。兩個罐i和r'分別設有使罐內氣體區與入口 3和入口 3〃內的噴射器連接的導管102。視需要還可給罐l，設有這樣一個導管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成油相、氣相以及水相，其中經由線路5"離開罐l"的淨化水流包含少於10ppm的雜質。2、三個本發明的分離罐用作串聯分離器圖6示意性地示出了三個串聯連接的罐1、 l'、 1"，用以將來自 井口的井產液氣流204分成油氣相205和水相206。井產液氣流204 例如可以是包括1000ppm雜質(氣/油)的水。在罐1中處理過後， 來自第二出口 5的線路中的水流207包括100ppm的雜質。水流207 被引到入口 3'以在罐l，中處理，來自罐l，的第二出口 5'的水流208包 括10ppm的雜質。水流208最終被饋送到入口 3"以在罐l"中處理， 由此提供帶有少於5ppm雜質的來自第二出口 5"的水流206。罐l、 l'、 l"分別設有將罐中的氣體區與入口 3、 3，、 3"中的噴射器連接的導管102。該配置可視需要用於進一步處理來自圖5所示的罐配置(實例1) 中罐l"的第二出口 5"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的罐中分 離油/氣相。3、本發明的分離罐用作並聯分離罐圖7示意性地示出了並聯使用兩個罐1和1'的配置。來自井口部 液氣流303和304的井產流體在入口 3和3'進入罐1和1'。油/氣相在 305取出，而水相在306取出。油/氣相和水相可如實例1和2所述的 那樣進一步處理。罐1和l'分別設有將罐中的氣體區與入口 3和入口 3'中的噴射器 連接的導管102。現在來看更為概括的說明，顯然，圖1至7僅僅是示意性的，這 些配置還可包括通常在油氣生產中使用的設備，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 容易地由本領域的技術人員適用於特定應用。此外，顯而易見，本發明的分離罐可以按任何理想的配置組合使 用，例如串聯和/或並聯使用。本發明的井產流體分離罐、方法以及應 用可在隨附專利權利要求的範圍內改進。各個實施例的細節可在專利 權利要求的範圍內組合成新的實施例。例如可提供具有兩個或多個笫 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。第一出口可設有閥，且第一出口和第二出口都可設有閥。第一出口和/ 或第二出口可安裝在不同於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 替換為別的用於混合氣體和流體的混合裝置，或替換為入口中的混合 裝置與導管102中用於自氣體區抽取氣體的泵的組合。不過，這樣的 實施例不太有利，因為它較為複雜，且不像圖4的實施例那樣是一個 自動化的自調節系統(獨立於外部供給源且沒有移動部件)。圖4所示 的自分離罐的上部9中的氣體區101取出氣體且將氣體饋送到同一個罐的入口的系統還可與其它設計(圖l-3示出且在權利要求l中要求 得到保護的設計)的分離罐結合使用。
權利要求
1.一種分離罐，包括基本上為圓筒狀的豎直罐、切向布置在罐上部中的入口、位於罐上部中的優選用於油氣的至少一個第一出口、位於罐下部中的優選用於水的至少一個第二出口、用於在第二出口周圍形成靜流的器件、以及位於切向布置的入口下方和水出口上方的渦流區，其中，所述渦流區包括向下突伸的截頭圓錐形壁和螺旋形運動葉片，所述向下突伸的截頭圓錐形壁將罐分成所述上部和所述下部，並且，所述向下突伸的截頭圓錐形壁的下端具有一開口以容許罐的上、下部之間連通，所述螺旋形運動葉片安置並固定至所述截頭圓錐形壁的向上指向的部分。
2. 如權利要求1所述的分離罐，其中，豎直罐的壁與突伸的截頭 圓錐形壁之間的角度處於15度至45度的範圍內，更優選處於25度至 35度的範圍內，最優選為30度。
3. 如權利要求1或2所述的分離罐，其中，分離罐還包括氣體噴 射器件。
4. 如權利要求3所述的分離罐，其中，氣體噴射器件設於切向布 置的入口中。
5. 如權利要求3或4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。
6. 如權利要求5所述的分離罐，其中，分離罐上部的氣體區是氣 體噴射器件的唯一氣體源。
7. 如權利要求5或6所述的分離罐，其中，來自罐上部的氣體區 的導管與該罐的入口內的噴射器連接。
8. 如權利要求7所述的分離罐，其中，在罐操作期間，來自罐上 部的氣體區的導管與該罐的入口中的噴射器保持通暢的直接流通連 接。
9. 如權利要求1-8中任一項所述的分離罐，其中，螺旋形運動葉 片旋繞至少兩個360度。
10. 如權利要求1-9中任一項所述的分離罐，其中，螺旋形運動 葉片的寬度為5-15cm。
11. 如前述權利要求中任一項所述的分離罐，其中，罐具有至少 一個用於油氣的第三出口，該第三出口位於罐壁內，位於突伸的截頭 圓錐形壁的突出部下方，優選地，該第三出口與罐上部連接。
12. 如前述權利要求中任一項所述的分離罐，其中，罐包括用於 在罐下部中提供上升渦流的器件，所述上升渦流優選圍繞突伸的截頭 圓錐形壁的向下指向的壁部。
13. 如權利要求12所述的分離罐，其中，所述用於提供上升渦流 的器件包括至少一個擋板。
14. 一種分離包括水、油以及氣體的流體的方法，包括以下步驟a) 將要處理的包含水、油以及氣體的流體饋送到如權利要求1-13 中任一項所述的第一分離罐的切向布置的入口 ，由此使流體經由具有 螺旋形運動葉片的向下突伸的截頭圓錐形壁流入罐下部；b) 自第一罐的至少一個第一出口取出油氣流，並在如權利要求 1-13中任一項所述的第二分離罐中對所述油氣流進行進一步的分離， 以通過第二罐的至少一個第二出口獲得油流並通過第二罐的至少一個 第一出口獲得第一氣流；c) 自第一罐的至少一個第二出口取出第一水流，並通過切向布置 的入口將所述水流饋送到如權利要求1-13中任一項所述的第三罐，由 此使流體經由具有螺旋形運動葉片的向下突伸的截頭圓錐形壁流入罐 的下部；以及d) 通過第三罐的至少一個第二出口取出淨化水流。
15. 如權利要求14所述的方法，其中，對第一罐和/或第二罐和/ 或第三罐內的液體噴射氣體。
16. 如權利要求15所述的方法，其中，氣體噴射是在罐的入口開 口的上遊在罐的入口內進4亍的。
17. 如權利要求1-13中任何一項所述的分離罐用於分離包括水、 油以及氣體的流體並優選將其分離成這些成分的應用。
18. 如權利要求17所述的應用，其中，兩個或多個分離罐串聯或 並聯使用。
19. 如權利要求17-18中任一項所述的分離罐的應用，用於在油 氣生產中分離源自井口的井產流體。
全文摘要
本發明公開了一種分離罐(1)，其包括一個基本上為圓筒狀的豎直罐、切向布置在罐上部(9)中的入口(3)、位於罐上部中的用於油氣的至少一個第一出口(4)、以及位於罐下部中的至少一個用於水的第二出口(5)。渦流區(7)包括向下突伸的截頭圓錐形壁(8)，其下端具有一開口(11)以容許罐的上、下部之間流通。螺旋形運動葉片安置在所述截頭圓錐形壁的向上指向的部分上。
文檔編號B01D21/02GK101330955SQ200680047240
公開日2008年12月24日 申請日期2006年10月27日 優先權日2005年10月28日
發明者J·福克旺 申請人:M-I愛普康股份公司