CN101330953A - 用于分离包括水、油以及气体的流体的井产流体分离罐、该分离罐的应用以及用于分离包括水、油以及气体的井产流体的方法 - Google Patents

用于分离包括水、油以及气体的流体的井产流体分离罐、该分离罐的应用以及用于分离包括水、油以及气体的井产流体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种井产流体分离罐，其包括一个具有由向上突伸的截头圆锥形壁(5)分开的上部(6)和下部(7)并基本上为圆筒状的竖直罐(1)、切向布置在罐上部中的流体入口(2)、位于罐上部的至少一个第一出口(4)、位于罐下部的至少一个第二出口(3)以及用于静稳第二出口周围的流体流的器件(12)。向上突伸的截头圆锥形壁(5)在其上端具有第一开口(8)，以容许罐的上部与下部之间流通。该截头圆锥形壁(5)固定在罐壁上低于入口开口位置的位置且具有倾斜度(9)以便使得罐壁与截头圆锥形壁的上侧之间的角度在15°－70°的范围内。

Description

用于分离包括水、油以及气体的流体的井产流体分离罐、该分离罐的应用以及用于分离包括水、油以及气体的井产流体的方法
技术领域
本发明涉及用于分离包括水、油以及气体的流体的井产流体分离罐。
背景技术
在石油工业中，原油的开采涉及来自地下储藏的油、气体以及水的混合物。在井口通常要进行一级或多级的初始分离，以便在原油准备好排放以输出之前去除附加的水和气体。在初始分离之后，原油和气体可在排放以精炼等之前进一步提纯。在进一步提纯之后，水和沙子通常视需要被排放到适用的储器如海中或被排放到储藏所中。
当使油气田熟化时，通常会发现，伴随着油和气体的水量变得大得多，因此，必须在井口生产设备处对产生的更大量水进行处理，以便维持能被接受的采油速度。
此外，一般会关注由在海洋采油造成的污染问题，尤其是在被认为是环境易遭毁坏的区域比如北极区或渔区中采油时。在石油工业中，存在一种担心，即，如果必须依赖目前使用的设备的话，对油的显著更低的出口限制的要求会让从多个已知储藏所采油变得不经济。因此，工业界和官方当局已经付出了很大努力来寻找以可承受的价格在采油过程中减小油出口的方式。
在开采油气时，通常会用到用以在离岸有限空间运行的平台。因此，对安装设备的可用空间有非常严格的限制。如果考虑在海床层面进行开采和分离，对空间的限制甚至更为严格。
现有技术中已知多种油气水分离器。US4424068描述了一种用于分离比如可自油井接收的油、气体以及水的混合物的分离器和方法。该分离器采取容器的形式，该容器被分为多个分离腔室并设有多个挡板和引入的混合物在其中若干次变化方向的动态分离器。尽管这种分离器事实上已多年为人所知，但似乎尚未被广泛使用。此外，由于分离器包括几个腔室和多个部件，维护工作将会耗时，这会导致成本大的采油停止。
WO99/20873描述了一种分沙器，其可位于油井上，以便在进一步处理原油之前移除较重的颗粒比如沙子。该装置具有面向罐的较窄部的口，空间连接器面向罐的较宽部，沙子和重颗粒在该处沉淀。
GB2000054A披露了一种分离器，其中原油在具有切向安置的进给口的容器中分离成液体和气体，于是就形成向下流动的液体螺旋和向上流动的气体螺旋。该容器具有上气体出口，其包括自顶部向下伸入容器中的管子。圆锥形的容器下端设有挡板以让液体螺旋减速，并通往用于仍存在于液体中的气体的分离腔；气体在堰坝处排出而液体在堰坝上方排放。
尽管存在一些已知的油气水分离器，仍需要一种具有改进的相分离处理能力的油气水分离器，其仅需要极小的空间，能连续运行而维护要求低，其可按适中价格制造和运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有改进分离处理能力的油气水分离器。因此，本发明涉及一种用于分离包括水、油以及气体的流体的井产流体分离罐，包括一个具有由向上突伸的截头圆锥形壁分开的上部和下部并基本上为圆筒状的竖直罐、切向布置在罐上部的流体入口、位于罐上部的至少一个第一出口、位于罐下部的至少一个第二出口以及用于静稳第二出口周围的流体流的器件；所述向上突伸的截头圆锥形壁在其上端具有第一开口以容许罐的上部与下部之间流通，该截头圆锥形壁固定在罐壁上低于入口开口位置的位置且在入口的水平上具有第二开口，该截头圆锥形壁具有倾斜度以便使得罐壁与截头圆锥形壁的上侧之间的角度在15°-70°的范围内。
事实表明，本发明的分离罐在尺寸与处理能力之间有着有利的关系，这推测起来是由于“双涡流”在分离器内的形成引起的。分离器内部的独特设计被用于产生促进“双涡流”形成的流动，而这又会促进分离器内的浮选和相分离，由此使得分离非常有效。
截头圆锥形壁与切向布置的入口结合促进含有水、油以及气体混合物的引入流体在分离罐的上部形成涡流。
此外，截头圆锥形壁在顶部敞开以容许罐的上部与下部之间流通。开口确保了涡流也在分离罐的下部形成。另外，开口容许油气在罐的上部聚集，而水相向下流入罐的下部。
在本发明的上下文中，术语“井产流体”应在宽泛的意义上被理解成一个泛称，表示流体存在于与来自井口的井产液气流的处理相关联的处理系统中。井产流体一方面包括井口的井产主液气流，另一方面还包括从该井产液气流分离的水流。该井产流体分离器在净化水流以便使得水可在净化状态下释放到环境中方面尤为有效。
截头圆锥形壁内的第二开口用于促进并加强分离器下部内涡流的形成。为了实现最佳效果，第二开口优选位于入口的水平上。
为了进一步改进，第二开口优选在入口附近位于截头圆锥形壁内，更优选采取使来自入口的引入流不直接进入第二开口的方式。因此，优选第二开口刚好位于入口区前，以便使得引入流体在它进入第二开口和分离器的下部之前绕着截头圆锥形壁至少几乎循环一次(几乎绕一整圈)。第二开口可按如下的方式位于截头圆锥形壁中，即，使得自入口进入分离罐中的流体在通过第二开口之前会在罐上部做至少300°的环形运动。该配置有助于确保在罐的上部发生正确的涡流形成，这又能对引入流体中要分离的不同部分进行良好的分离。少量的引入混合物不可避免地会或多或少直接地进入第二开口中。不过，这不会对涡流形成造成显著的影响，只要绝大部分的引入混合物在进入第二开口之前被促动着围绕罐上部内的截头圆锥形壁就行了。
尽管第二开口可具有任何理想形状如圆形或椭圆形，但优选第二开口大体为矩形且第二开口的高度和宽度具有为入口内径1至2倍的尺寸。
罐上部内的至少一个第一出口(用于油气，或用于气体)可被布置成具有喷射效应。该喷射效应是由罐上部中的气体通过压力增大(pressure build-up)实现的。尤其是在第一出口向下伸入罐中一定距离(例如5-30cm)时，来自包括水、油以及气体的混合物中的气体可在罐上部内由罐顶部和通向第一出口的出口开口的位置限定的空间中聚集。在这样的配置中，通过聚集气体而发生压力增大，直到气体使罐内混合物的液体部分移动到刚好位于通向第一出口的出口开口的下方的水平。此时，油气将通过第一出口喷射并离开罐。液体混合物的水平会上升到油气出口上方并将发生新的压力增大。按此方式，油自罐内水的顶部自动撇取。根据通往第一出口的出口开口的位置，压力增大和退回会在小于1秒的时间内进行。
用于静稳第二出口(用于水或用于油)周围流体流的器件可实现为一个具有圆形圆周的圆盘，视需要水平地刚好置于第二出口的上方。作为替代，用于静稳第二出口周围流体流的器件可以是圆锥形或半球形。在任何情况下，该器件可在用于水的出口周围形成静流，这就提高了罐的效率。
在一优选实施例中，井产流体分离罐包括长条涡流破坏器，其位于罐的下部且在罐的中心竖直地延伸。涡流破坏器用于通过作用于罐下部其中心处的涡流以便减少形成涡眼的倾向而增大罐处理能力。在一实施例中，涡流破坏器是与罐同轴的杆，优选杆在罐高度的1/2到5/6范围内延伸。杆用于防止在分离器的中央部形成涡眼(也即没有水和油的区域)。这种区域的形成将减小分离器的处理能力。
在另一实施例中，涡流破坏器与用于静稳流体流的器件相组合。组合例如可按照以下方式实现，即，将杆固定在位于罐下部中第二出口上方的水平位置的圆盘上，杆自圆盘向上伸入罐中。
在罐的一实施例中，向上突伸的截头圆锥形壁的上端的第一开口的直径为罐壁内径的15％-40％。更大或更小的值都是可行的，但所述范围能在罐上部的涡流与罐下部的涡流之间提供合适的相互作用。优选所述直径为罐壁内径的20％-30％，比如直径约为罐壁内径的25％。在第一开口的直径为所述的罐壁内径的25％的情况下，其直径大于通往第一出口的出口开口的直径。这带来的优点在于，通往第一出口的出口开口区域中的液位变化不会抑制流体通过第一开口的向上流动。
优选的是，第二出口距向上突伸的截头圆锥形壁的距离大于截头圆锥形壁与第一出口之间的距离。因此，罐下部的体积大于罐上部的体积。该实施例尤其适用于处理具有高含水量的井产流体流。
为了提高处理能力，井产流体分离罐优选具有与第一开口同轴的第一出口。第一出口可位于罐顶部的侧面，但第一出口与第一开口同轴时获得的中央定位和竖直延伸方式使得罐上部的涡流更规则，在某种程度上也使罐下部的涡流更规则，因为两个涡流彼此影响。
当罐实现为带有作为杆形成的涡流破坏器时，通过将杆定位成与第一开口同轴，在罐下部的涡流的规则性可从根本上提高，罐上部的规则性在一定程度上也有所提高。
优选的是，第一开口、第一出口以及第二出口是同轴的。两出口与第一开口的同轴定位与圆筒罐壁一同作用以便在罐内产生非常有效的涡流。
在另一实施例中，井产流体分离罐还包括设于切向布置的入口处的气体喷射器件，由此气体被喷射到罐内的引入流体中。随后，气体在流体中形成促进分离的小气泡。用于气体喷射的气体可以是任何适用于在流体内形成气泡的气体，例如CO2、氮气或烃基气体，优选气体是来自水/油/气分离的循环气体。加入的气体量一般是每1m3流体0.02-0.2St.m3。每1m3流体0.05-0.18St.m3的值是优选的，但加入的气体量也可采用较高的值，比如达到每1m3流体0.3St.m3的量。St.m3是气体介质的标准立方米。St.m3在离岸领域内标准化(15.6℃和101.325kPa压力下的干气体积)。
使用来自外源的气体具有几个缺陷。气体的供给必须予以维持，且气体消耗一定程度因此必须不时地获得新气体的供给。此外，井产流体分离罐下游侧的系统必须处理因加入气体引起的附加流。
在一优选实施例中，气体喷射器件的气体源是井产流体分离罐上部的气体区。因此，自入口流体分离出的气体用作加至入口流体的气体源，按此方式，就节省了外部气体供给源。在更为优选的实施例中，井产流体分离罐上部的气体区是气体喷射器件的唯一气体源。这就可以完全不用安装外部气体供给源，由此分离罐系统的设计更为简单。
在另一实施例中，来自罐上部气体区的导管与该罐的入口中的喷射器连接。喷射器的优点在于，没有移动部件，由此可靠性高。因此，较之使用外部气体供给源的实施例，且因为流体比如生成的水自动地提供了气体的供给，这样的井产流体分离罐可靠性提高。
在又一实施例中，在罐操作期间，来自罐上部气体区的导管与该罐的入口中的喷射器保持通畅的直接流通连接。因此，所述导管中没有泵。可在导管中设置流量指示器，但并不妨碍通畅的直接流通连接。按此方式实现的气体喷射器件完全是自立式的且高度可靠地自动操作。
在另一方面，本发明涉及一种分离包括水、油以及气体的井产流体的方法，至少包括以下步骤：
a)通过切向布置的入口将要处理的井产流体馈送到第一井产流体分离罐的上部，由此使得流体在向上突伸的截头圆锥形壁上方的所述上部内产生涡流，在向上突伸的截头圆锥形壁下方的第一罐下部内产生涡流，以及通过向上突伸的截头圆锥形壁的上端中央的第一开口产生被向上导引的油气流；
b)自第一罐顶部的至少一个第一出口获取油气流，并在第二井产流体分离罐中对所述油气流进行进一步的分离，以通过第二罐下部的至少一个第二出口获得油流，而通过第二罐上部的至少一个第一出口获得第一气流；
c)通过第一罐底部的至少一个第二出口取出第一水流，并通过切向布置的入口将所述水流馈送到第三井产流体分离罐的上部，由此在向上突伸的截头圆锥形壁上方的所述第三罐的上部内产生涡流、在向上突伸的截头圆锥形壁下方的第三罐下部内产生涡流、以及通过向上突伸的截头圆锥形壁的上端中央的第一开口产生被向上导引的气流；
d)通过第三罐下部的至少一个第二出口取出净化水流。
该方法使得可以从包括水、油以及气体的井产流体的其它成分分离出净化水流，并且净化水流纯度很高。油相和气相可排出使用或作进一步处理，且净化水流可返回到例如是海洋或储藏所的环境中。本发明方法的优点有几个方面。该方法中使用的井产流体分离罐没有移动部件，且它们很坚固耐用地处理具有各种组分的井产流体。此外，当井产流体包含大比例的水时，该方法在清洁水时很有效。因此，该方法非常适于延长来自井口的流体流中含水量高的熟化油气田的使用寿命，含水量高一般是因为在已采油的同时水多年来一直被喷射到储藏所中。
在该方法的一优选实施例中，第一罐和/或第二罐和/或第三罐的流体或液体已在通往罐的入口开口的上游受到气体喷射。因此，气体喷射可仅施加在一个分离罐中、施加在两个分离罐中或所有的分离罐中。喷射气体利于将水从气体中分离的浮选过程。由于当气体作为微小气泡分散在流体中时得以实现最佳效果，优选气体经由距入口开口仅很短距离的喷嘴装置喷射到入口管内流体中，以避免微小气泡合并形成不具有相同效率的较大气泡。气体喷射优选是在罐入口内进行的，更优选的是，气体喷射器件靠近入口开口位于入口管中，例如距入口开口5到50cm。喷射用的喷嘴或多个喷嘴在此情况下可以是环形的型式。要喷射的气体视需要可以是来自分离过程的循环气，比如天然气。不过，气体也可以是氮气、二氧化碳或气体混合物。
在另一方面，本发明还涉及上述类型的井产流体分离罐的应用，其中，两个或多个分离罐串联和/或并联使用，以便获得较佳的相分离。另一可行方案是使用既有串联又有并联的分离罐。分离罐应如何连接的方式取决于特定场合。在任何情况下，这将可由本领域的技术人员按常规加以实施。本发明的一个或多个井产流体分离罐用于在油气生产中分离源自井口的流体，一般地，馈送到井产流体分离罐的井产流体是与由井口传送的井产液气流分开的富含水的废流。分成油/气相和水相的这样的初始分离可在一个或多个分离步骤中进行。一个或多个井产流体分离罐可例如用于含少量油气的水流的中间净化步骤中，或例如用于这种水流的最终净化步骤中，或将井产流体分离罐用在来自井口的主干流上，优选该主干流的绝大部分是水的时候，或用在其分流上，并且可用在来自另一分离器的分流上。在任何情况下，水、油以及气体源自一井口，因而存在于当前上下文考虑的井产流体中，不论分离器实际在生产设备中用来分离流体流的位置如何。
应用还包括一实施例，其中，油/气相在附加的分离步骤中分成油相和气相。
附图说明
以下参照高度示意的附图进一步详细描述本发明实施例例证性但非限制性的实例，其中：
图1示意性地示出了本发明井产流体分离罐的一实施例；
图2示出了自横断面虚线II-II上方观察的图1的分离罐；
图3示出了本发明的另一实施例；
图4示出了本发明的三个分离罐用于分离包括油、气体以及水的流体的配置；
图5示出了本发明的分离罐串联使用的配置；
图6示出了本发明的分离罐并联使用的配置。
具体实施方式
图1所示的本发明井产流体分离罐1的实施例是一个基本为圆筒状的罐，具有一个切向布置的流体入口2，流体比如是包括水、油以及气体的混合物。入口2延伸至罐壁内的入口开口。罐1还包括位于罐顶部的第一出口4和位于罐底部的第二出口3。第一出口一般供密度小于经第二出口取出的流体密度的流体用。第二出口3例如可用于水，而第一出口4例如可用于油/气。水、油以及气体的井产流体混合物可源自井口的流体流、或源自流体流的支流、或源自从任何这样的流体流分出的流体流。
刚好在入口2所在水平的下方，联接有截头圆锥形壁5，其向上突伸且将罐分成上部6和下部7。向上突伸的截头圆锥形壁5在上端具有第一开口8以容许在罐1的上部6与下部7之间连通。以弯曲箭头9表示的罐1竖直侧壁与截头圆锥形壁5的上侧之间的角度在15°-70°的范围内，优选在20°-50°之间。该角度表示了截头圆锥形壁5的倾斜度。
除了第一开口8之外，截头圆锥形壁5还在入口2的水平装备有第二开口10。如图所示，第二开口10以如下方式位于截头圆锥形壁5中，即，自入口2进入分离罐1中的液体将在通过第二开口10进入罐下部7之前在罐上部6中绕着截头圆锥形壁5的上部转动300°。
切向入口2与罐1的圆筒壁相组合在罐上部和罐下部形成涡流。不过，涡流可能会在罐中心形成没有液体混合物的涡眼。因为减小了处理能力，涡眼的形成是不合需要的。事实表明，通过在罐1的中心放置一个长条元件，比如竖直延伸的杆11，可避免涡眼的形成。杆11自罐的底部区域大致延伸罐三分之二的高度到罐中，从上方观察时，杆连接至覆盖第二出口3的圆锥形元件12，且因此是静稳第二出口周围流体流的器件。圆锥形元件12例如可使用两个或多个扁条连接至罐1的壁。此外，杆11可通过几个扁条或其它支承或支撑元件比如圆形金属连接至罐壁或截头圆锥形壁5。
如图1所示，第二出口3装备有阀13。通过调节该阀13，可调节由自罐中的混合物释放的气体引起的压力增大。自混合物中释放的气体在罐上部6中收集。收集的气体越多，压力就越高。随着气体压力的增大，气体使罐1中的液体混合物移动。当收集的气体使液体混合物移动到低于通向第一出口4的出口开口14的水平时，油和气因气体压力作用而经由出口4喷射出分离罐。如图1所示，第一出口4是向下伸入罐上部至出口开口14的管子，出口开口14在罐顶部的下方相距一距离A。
截头圆锥形壁5的第一开口8向上通往罐上部，该罐上部向下由截头圆锥形壁5的上侧界定。第一开口8位于罐1的中心线C处且优选与之同轴。罐1的圆筒壁与中心线C平行地在罐的弯曲端底部之间延伸。杆11也与中心线C同轴，第一出口与中心线C同轴地延伸。第一开口8因此与出口开口14相对置，且其直径大于出口开口14的直径。
图2示出了沿着图1线II-II的罐1的横断面。引入的井产流体进料经由切向布置的入口2进入罐1中，基本上所有的进料都在可经开口10进入之前环绕在壁5的顶部具有第一开口8的截头圆锥形壁5。角度15优选为20-30°，更优选为25°。限定开口10水平延伸方向的角度16优选为30-40°，更优选为35°。气体可喷射到流经入口2的流体中。在一个实施例(未示出)中，气体比如氮气或燃气自外源供给到入口2。在图3所示的一个优选实施例中，气体自分离罐上部6中的气体区101取出。气体通过导管102自气体区101流入装在罐1入口2中的喷射器103。喷射器实现为一个导管部，其长度短且横截面积小于形成入口2的相邻导管部的横截面积。因为面积减小，流经喷射器的流体速度高于入口的相邻部的流体速度，因此，喷射器中的流体压力相对较小，于是气体就自导管102被吸入流经喷射器的流体中。
导管102设有流量指示器104或流量传感器，其在分离罐操作时不妨碍喷射器与气体区101通畅的直接流通连接。气体区101还与设有压缩器106的气体输出线路105相通，以增大输出气体内的压力。在图3所示的实施例中，用于将气体注入分离罐入口的器件是完全自立式的且自动操作。
图3实施例的额外优点在于，在经气体输出线路105取出的剩余气体对应于经入口2供给流入流体的气体与经第一出口4离开的气体之间的差的意义上，气体系统处于流量平衡。进入罐中的气体流量大于流出第一出口4和气体输出线路105的总气体流量，优选大得多，比如至少大50％或100％。
在另一实施例中，气体喷射是在罐入口中进行的，气体喷射器件紧邻入口位于入口管中。在此情况下，喷射用的喷嘴可以为环形。
本发明的分离罐通常是在主要由流体离开井口的压力确定的压力下操作的，不过该压力也可采用已知程序在进入分离罐之前增大或减小。分离罐可在与环境压力相当的压力和环境压力以上的压力下操作。
分离器的尺寸可根据要予以处理的流体量选择。在操作中，已经发现，要处理的流体在罐中的停留时间应在约20秒以上，优选停留时间在20-300秒的范围内，更优选在25-240秒的范围内。
对于本发明的分离罐，有效分离体积可计算为由罐和罐内液体高度界定的空间的体积。根据停留时间，可计算罐的处理能力，例如有效分离体积为1m3且液体停留时间为约30秒的罐具有每小时处理约100m3流体的处理能力。
罐的高度直径比可在宽范围内选择，优选在1∶1-4∶1的范围内，更优选为1∶1-2∶1，但罐也可具有大于直径4倍的高度。
本领域的技术人员有能力根据预期应用的实际条件(比如要处理的液体量、所述液体的组分、所选的压力、液体的温度以及可能腐蚀性的化学品在混合物任何相中的存在)选择用于构造罐的材料。
在操作中，经由各出口抽取(排出)所分离的相的速度确定了气体与油、或气体与水、油与水以及水和可能的固体之间的相界面位于罐中的位置。本领域的技术人员将会理解怎样调节经由各出口的抽取速度从而实现较佳的分离。
因为本发明的分离罐的构造方式使得除了导向叶片和涡流破坏器外所有表面都沿竖直方向或具有陡峭的倾斜度且在罐中无窄通道，所以分离器中没有易于堵塞或沉积固体物质的地方。因此，在井口处在井口生产设备对流体的分离可基本连续地执行，不需要或仅极少地需要对分离罐加以维护。
由于分离罐的精心设计，必要之时(尽管不常见)可容易地进行进一步的维护。
因此，本发明在井口处或井产液气流中对流体进行分离具有显著的稳定性，即，分离可长时间运行而不会中断，维护工作可能需要的少数停止运行时间可很短。
本发明的分离罐处理能力高、所需空间极小、稳固性高，使得其特别适用于离岸装置比如油气生产钻台。此外，它还良好地适用于海床上的油气生产，因为在这样的位置上，对空间的限制要比传统的油气生产钻台更为严格，且维护能力可能会更低。分离罐既非常适用于岸上和又非常适用于离岸的油气生产。
现通过不应被认为是限制了本发明的实例进一步阐述本发明。与上述标号相同的参考标号用于表示相同的细部，不过这些标号会加上撇号以便将罐彼此区分开。
实例
1、本发明的三个分离罐用作三相分离的分离器
参见图4，示意性地示出了分离包括油、气体以及水的井产液气流的分离罐的应用。
应用包括本发明的三个井产流体分离罐1、1′、1″。罐1的第一出口4用于油和气体，并与罐1′上的入口2′连接。同样，罐1的第二出口3用于水(带有极少量油气)并与罐1″上的入口2″连接。
自井口分离的井产流体经由入口2被导引至罐1。在罐1中，流体被分成油气相和水相。油气相经由第一出口4自罐1中取出并经由入口2′被导引至罐1′。水相(带有极少量油气)经由第二出口3自罐1中取出并经由入口2″被导引至罐1″。
在罐1′中，油气1相分成经由第一出口4′离开罐1′的气体和经由第二出口3′离开罐1′的油。
在罐1″中，水相分成水和油/气。油/气经由第一出口4″离开罐1″，净化水流经由第二出口3″离开罐1″。
为了进一步改善罐1″中的分离，可在入口2″将气体喷射到自第二出口3引入的井产流体流中。喷射气体可以是自第一出口4′回收气体的一部分，如虚线114所示。
两个罐1和1″分别设有使罐内气体区与入口2和入口2″内的喷射器连接的导管102。视需要还可给罐1′设有这样一个导管102。
通过所述配置，来自井口的包括油、气体以及水的流体非常有效地被分离成油相、气相以及水相，其中，经由第二出口3″离开罐1″的净化水流包含小于10ppm的杂质。
2、三个本发明的分离罐用作串联分离器
图5示意性地示出了三个串联连接的罐1、1′、1″，用以将来自井口的井产液气流204分离成油/气相205和水相206。井产液气流204例如可以是包括1000ppm杂质(气/油)的水。在罐1中处理过后，来自第二出口3的线路中的水流207包括100ppm的杂质。水流207被馈送到入口2′以在罐1′中处理，来自罐1′的第二出口3′的线路中的水流208包括10ppm的杂质。水流208最终被馈送到入口2″以在罐1″中处理，由此提供带有少于5ppm杂质的来自出口3″的水流206。
罐1、1′、1″分别设有将罐中的气体区与入口2、2′、2″中的喷射器连接的导管102。
该配置可视需要用于进一步处理来自图4所示的罐配置(实例1)中罐1″的第二出口3″的水流。油/气相可通过在如实例1中所述的另一个罐中处理而分成油和气体。视需要可在两个或多个串联的罐中分离油/气相。
3、本发明的分离器用作并联分离器
图6示意性地示出了并联使用两个罐1和1′的配置。来自井口部液气流303和304的井产流体在入口2和2′进入罐1和1′。油/气相在305取出，而水相在306取出。油/气相和水相可进一步如实例1和2所述的那样作处理。
罐1和1′分别设有将罐中的气体区与入口2和入口2′中的喷射器连接的导管102。
图1至6仅仅是示意性的，这些配置还可包括通常在油气生产中使用的设备，如阀、泵、压缩机、其它管线，为了简洁起见，没有将它们包括进来。不过，上述配置可容易地由本领域的技术人员适用于特定应用。
此外，显而易见，本发明的井产流体分离罐可以按任何理想的配置组合使用，例如串联和/或并联使用。本发明的井产流体分离罐、方法以及应用可在随附专利权利要求的范围内改进。各个实施例的细节可在专利权利要求的范围内组合成新的实施例。例如可提供具有两个或多个第一出口和/或两个或多个第二出口和/或两个或多个入口的单独的罐。第一出口可设有阀，且第一出口和第二出口都可设有阀。第一出口和/或第二出口可安装在不同于与罐的竖直中心线同轴比如与所述中心线平行的位置，而是与中心线隔开一定距离。入口中使用的喷射器可以替换为别的用于混合气体和流体的混合装置，或替换为入口中的混合装置与导管102中用于自气体区抽取气体的泵的组合。不过，这样的实施例不太有利，因为它较为复杂，且不像图3的实施例那样是一个自动化的自调节系统(独立于外部供给源且没有移动部件)。图3所示的自分离罐的上部9中的气体区101取出气体且将气体馈送到同一个罐的入口的系统还可与其它设计(图1和2示出且在权利要求1中要求得到保护的设计)的分离罐结合使用。

Claims (20)

1.一种用于分离包括水、油以及气体的流体的井产流体分离罐，包括一个具有由向上突伸的截头圆锥形壁分开的上部和下部并基本上为圆筒状的竖直罐、切向布置在罐上部的流体入口、位于罐上部的至少一个第一出口、位于罐下部的至少一个第二出口以及用于静稳第二出口周围的流体流的器件；所述向上突伸的截头圆锥形壁在其上端具有第一开口以容许罐的上部与下部之间流通，该截头圆锥形壁固定在罐壁上低于入口开口位置的位置且在入口的水平上具有第二开口，该截头圆锥形壁具有倾斜度以便使得罐壁与截头圆锥形壁的上侧之间的角度在15°-70°的范围内。
2.如权利要求1所述的井产流体分离罐，其中，第二开口在入口附近位于截头圆锥形壁内，优选采取使来自入口的引入流不直接进入第二开口的方式。
3.如权利要求1或2所述的井产流体分离罐，其中，第二开口位于截头圆锥形壁内的方式使得自入口进入分离罐的液体在通过第二开口之前基本上在罐上部中至少作300°的环形运动。
4.如权利要求1至3中任一项所述的井产流体分离罐，其中，第二开口的高度和宽度具有相当于入口内径1到2倍的尺寸。
5.如前述权利要求中任一项所述的井产流体分离罐，其中，罐包括长条涡流破坏器，该涡流破坏器位于罐的下部且在罐的中心竖直地延伸。
6.如权利要求5所述的井产流体分离罐，其中，所述涡流破坏器是与罐同轴的杆，优选杆在罐高度的1/2到5/6范围内延伸。
7.如前述权利要求中任一项所述的井产流体分离罐，其中，第一开口的直径为罐壁内径的15％-40％，优选为罐壁内径的20％-30％，比如约为罐壁内径的25％。
8.如前述权利要求中任一项所述的井产流体分离罐，其中，第二出口距向上突伸的截头圆锥形壁的距离大于截头圆锥形壁与第一出口之间的距离。
9.如前述权利要求中任一项所述的井产流体分离罐，其中，第一出口与第一开口同轴。
10.如从属于权利要求6的前述权利要求中任一项所述的井产流体分离罐，其中，杆与第一开口同轴。
11.如前述权利要求中任一项所述的井产流体分离罐，其中，第一开口、第一出口以及第二出口同轴。
12.如前述权利要求中任一项所述的井产流体分离罐，其中，截头圆锥形壁中的第一开口向上通往罐的上部，该罐的上部向下由截头圆锥形壁的上侧界定。
13.如权利要求1至12中任一项所述的井产流体分离罐，其中，井产流体分离罐还包括气体喷射器件，该气体喷射器件优选设在切向布置的入口中。
14.如权利要求13所述的井产流体分离罐，其中，气体喷射器件的气源是分离罐上部的气体区。
15.如权利要求13或14所述的井产流体分离罐，其中，分离罐上部的气体区是气体喷射器件的唯一气源。
16.如权利要求14或15所述的井产流体分离罐，其中，来自罐上部气体区的导管与该罐入口中的喷射器连接。
17.如权利要求16所述的井产流体分离罐，其中，在罐操作期间，来自罐上部气体区的导管与该罐入口中的喷射器保持通畅的直接流通连接。
18.一种分离包括水、油以及气体的井产流体的方法，至少包括以下步骤：
a)通过切向布置的入口将要处理的井产流体馈送到如权利要求1-12中任一项所述的第一井产流体分离罐的上部，由此使得流体在向上突伸的截头圆锥形壁上方的所述上部内产生涡流，在向上突伸的截头圆锥形壁下方的第一罐下部内产生涡流，以及通过向上突伸的截头圆锥形壁的上端中央的第一开口产生被向上导引的油气流；
b)自第一罐顶部的至少一个第一出口获取油气流，并在如权利要求1-12中任一项所述的第二井产流体分离罐中对所述油气流进行进一步的分离，以通过第二罐下部的至少一个第二出口获得油流，而通过第二罐上部的至少一个第一出口获得第一气流；
c)通过第一罐底部的至少一个第二出口取出第一水流，并通过切向布置的入口将所述水流馈送到如权利要求1-12中任一项所述的第三井产流体分离罐的上部，由此在向上突伸的截头圆锥形壁上方的所述第三罐的上部内产生涡流、在向上突伸的截头圆锥形壁下方的第三罐下部内产生涡流、以及通过向上突伸的截头圆锥形壁的上端中央的第一开口产生被向上导引的气流；
d)通过第三罐下部的至少一个第二出口取出净化水流。
19.如权利要求18所述的方法，其中，第一罐和/或第二罐和/或第三罐内的液体在罐入口开口的上游受到气体喷射。
20.如权利要求1-17中任一项所述的分离罐用于分离包括水、油以及气体的流体的用途，其中，两个或多个分离罐串联和/或并联使用。
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