CN101330954A - 重力分离器和用于分离含有水、油以及气体的混合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重力分离器，其包括一容器，含有水、油以及气体的混合物能在该容器内在重力作用下分离以形成沿竖直方向离散的油层和水层以及气相。引入管与含有水、油以及气体的混合物的容器入口相通。重力分离器的引入管包括喷射器件，喷射器件按照每1m3混合物0.01－1.9Sm3气态介质体积将气态介质喷入含有水、油以及气体的混合物中。

Description

重力分离器和用于分离含有水、油以及气体的混合物的方法
技术领域
本发明涉及一种重力分离器，主要是如下类型的重力分离器，在这种重力分离器中，流自油井的含有水、油以及气体的混合物在分离器容器中被分离成离散的沿竖直方向隔开的水、油以及气体层，以便随后分别通过水出口、油出口以及气体出口自容器中抽取。
背景技术
重力分离器已为人所知数十年且已按各种实施例用在油工业中，在这些实施例中，一些实施例相当复杂，包括多个静态混合器和旋风分离器。已知类型的重力分离器的实例可例如在GB1327991和WO99/25454中获悉。美国专利No.5080802披露了一种空气浮选分离器，其具有将气体抽到引入的流体中的喷射器。喷射器使在容器最顶部收集的气体再循环到引入的流体。分离器设有与容器的轴基本轴向对准的聚结剂提升管，为了最佳地聚结大量气体，使用的气体与水所成的比例如约为30％。美国专利No.5516434公开了另一种气体浮选分离器，该分离器也设有带过滤介质的聚结剂提升管。EP0793987公开了另一种从水乳化液中的油移除散布的油的分离器，其中，气体溶解在流入的水中以形成充气的溶液。该溶液在由亲油材料制成的间隔紧密的网格板的组件中被导入分离器容器。使用具有过滤器的聚结剂提升管或使用网格板使得分离器复杂，并存在堵塞的风险而造成容量损失。这些现有技术的设计还需要高度维护工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重力分离器，其运作有效、结构相对简单、具有适当的低气体消耗。
因此，本发明涉及一种重力分离器，其包括一个容器，含有水、油以及气体的混合物可在该容器内在重力作用下分离以形成沿竖直方向离散的油层和水层以及气相，该容器具有与用于含有水、油以及气体的混合物的容器入口相通的引入管；水出口；油出口；气体出口，其中重力分离器的引入管包括喷射器件，该喷射器件按照每1m3混合物0.01-1.9Sm3气态介质体积将气态介质喷入含有水、油以及气体的混合物中。
出乎意料地发现：对于通过在容器内于重力作用下分离而获得理想的净化水相，在引入管中将如此小体积的气态介质喷射到含有水、油、气体的混合物中能获得相当令人满意的效果。此外，通过采用如此小体积的气态介质，分离器中既不用设置具有过滤器的聚结剂提升管也不用设置网格板。由此实现了分离器高度可靠的简单设计、持续高的容量以及低的维护成本。离开分离器的水相的杂质含量可小到40ppm。
在一优选实施例中，将气态介质供给到喷射器件的导管使气体自重力分离器向喷射器件再循环。气体的再循环减少了来自外源的气态介质的任何消耗。
再循环导管可从位于分离器气态介质出口下游的气体处理装置收集气体。不过，在一优选实施例中，因其简单性，将气态介质供给到喷射器件的导管在重力分离器上部与重力分离器的内部连接。
在另一实施例中，将再循环的气体供给到喷射器件的导管是将喷射气体供给到喷射器件的唯一供给源。这就带来了几个优点。通过喷射器件喷射的气态介质自动地从在容器中与混合物分离的气体体积抽取，于是分离器就与气态介质的外部供给源无关。在用于离岸油/气生产设备中的分离器方面，省掉气体的外部供给源是非常有利的。除了免除维护成本和免除设置外部气源外，还节省了空间，因为一并省掉了供外部气源用的存储罐、管路等。
根据重力分离器的一适当实施例，引入管中的喷射器件与容器入口隔开0.05-2.00m的间距。喷射器件和入口的这种分隔得以让气态介质与含有水、油以及气体的混合物很好地混合。
为了进一步改善混合，重力分离器可在喷射器件与容器入口之间在引入管中设置混合器，优选是静态混合器。
在重力分离器的一实施例中，适宜的是，当仅有较小空间可用时，引入管自上向下穿过容器延伸到混合物流出至容器中的容器入口。此外，混合器可位于引入管在容器内延伸的一部分中，于是设计就非常紧凑。
本发明还涉及一种分离含有水、油以及气体的混合物的方法，该方法包括以下步骤：经由引入管和容器入口将要分离的混合物导入容器中，使容器中的混合物在重力作用下分成水相、油相以及气相；经由水出口取出水相、经由油出口取出油相以及经由气体出口取出气相；其中，按照每1m3混合物0.01-1.9Sm3气态介质体积将气态介质喷入通过引入管流到容器入口的混合物中。
事实证明，所喷气态介质的有限体积使容器中在重力作用下的分离过程得以维持并降低了气体供给成本，不会减少分离器的容量。自容器中取出的水可在返回到容器之前视需要进一步净化。油和气体可在运送之前视需要作进一步处理。
就本发明而言，量纲Sm3用作所喷气态介质相对于混合物体积的体积单位。Sm3是气态介质的标准立方米。Sm3在离岸领域内标准化(15.6℃和101.325kPa压力下的干气体积)。
在本发明的范围内，可将每1m3混合物0.04-1.6Sm3的气态介质喷入引入管内的混合物中，但更优选的是，将喷入引入管内的混合物中的气态介质体积限定在每1m3混合物0.05-0.40Sm3的气态介质体积。该体积可自分离器中抽取并再循环以喷入引入管内的混合物中，不用任何气态介质的外部供给。在喷射器件上游侧流至分离器的混合物具有足够的气体含量，以给分离器提供必要的气态介质体积。由于混合物中存在喷射的气态介质体积和自然量的气相，喷射器件与容器入口之间的混合物流自然具有增大量的气相。在一优选方法中，在引入管中将每1m3混合物0.05-0.15Sm3的气态介质体积喷入混合物中，而在最优选的方法中，在引入管中将每1m3混合物0.08-1.2Sm3的气态介质喷入混合物中。
尽管操作当中的容器压力可在约0.1atm以上的宽范围内改变，但通常优选容器压力为0.5-200atm，有利的是1.0-100atm。将压力调节到最佳值可改善气相的形成以及气体与水和油的分离。
为了进一步改善分离过程，在一实施例中，为含有水、油以及气体的混合物喷射一种或多种分离助剂。此类分离助剂通常采取液体的形式并包括凝聚剂、乳化剂等。
在本发明方法的一优选实施例中，气态介质视需要在自气相中再提取之后再循环。如果来自油井的天然气用作气态介质，通常无需对之再提取，因为一部分收集的天然气可被取出并用作气态介质喷入含有水、油以及气体的混合物中。该实施例提供了节省成本的方法，资源浪费极小。
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的实例，其中：
图1示出了本发明重力分离器的第一实施例；
图2示出了适用于图1重力分离器的喷嘴系统；
图3示出了本发明分离器的一个替代实施例。
具体实施方式
参见图1，图中示出了重力分离器1，重力分离器1具有带引入管3的容器2，引入管3具有位于容器2内的容器入口4。通过入口4的流体混合物的流入物自身自由地散布到容器中，在该容器中，重力作用于混合物内成分上。容器2还配备有水出口5、油出口6以及气体出口7。在容器2内设有堰板8，其用于将水相9与油相10分离。在水相9和油相10上方空间中的位置收集气相11。
在容器2的引入管3中，安装有形式为喷嘴装置的用于喷射气体的喷射器件12。经由管路13向喷嘴装置进给气态介质。按此方式，在含有水、油以及气体的混合物经由容器入口4进入容器2之前，在引入管3中将气态介质喷入混合物中。
容器2优选是水平的、大体圆柱状的容器，两端封闭，优选具有弯曲或凸起的封闭口。容器2和附接的设备可由适当的金属合金制成，优选不锈钢合金。容器2优选通过焊接组装而成。
含有水、油以及气体的混合物具有液体外观，其可能根据水油之间的比例或多或少地具有粘性。气体通常作为微小气泡分散在混合物中。含有水、油以及气体的混合物还可能包含其它成分，例如来自油井的杂质。混合物还可能包含固体。混合物中可能存在的固体通常会随水相离开分离器。
在一实施例中，喷射器件是一个或多个喷嘴。喷嘴可以是适于将气态介质喷入包括水、油以及气体的混合物中的任何喷嘴。有利的是，喷嘴能在5-250atm的压力下操作。
尽管重力分离器可具有任何理想的尺寸，但容器优选具有1-200m3的内体积，比如3-100m3，以便优化输入/输出比。
在一实施例中，重力分离器包括将水相与油相分离的器件。该器件主要是像堰板等那样的物理器件，其可位于容器底部，防止水相进入容器的特定区域，但允许油流入该区域，视需要可将油出口置于该区域中。
容器2的内部还可配备有一个或多个挡板和/或导向叶片，以在容器中获得理想的流动或流态，这可提高重力分离器的分离容量。
重力分离器还可包括用于喷射分离助剂的器件。分离助剂主要采取液体的形式，例如是凝聚剂、乳化剂等。此类分离助剂的喷射还可改善重力作用下的分离。分离助剂可喷射在引入管或容器中，或喷射在两者之中。
气态介质可以是任何适用于促进混合物中的水、油以及气体的分离的气体。不过，在本发明的一实例中，气态介质选自氮气、氢气、天然气、二氧化碳及其混合物。天然气通常是可自油井提取的气体。当将天然气选作最优选的气态介质部分时，自油井提取的天然气可作为气态介质再循环。按此方式，气态介质就可用简单而费用低廉的方式获得。
在气态介质已经喷入混合物中之后，随后可对之再提取(主要自气相中)和/或再循环到分离系统中。
根据本发明，气体喷射器件可安装在现有重力分离罐的引入管中，由此改进和提高现有分离罐的容量。因此，本发明的优点可应用在已然安装并使用的重力分离器上，例如应用在岸上或离岸的油开采设备上。
喷射器件可以是一个或多个合适的喷嘴，它们可有利地设置在环形的装置中。
图2a和2b示出了适用于本发明的喷嘴装置20。喷嘴装置基本上由一个环形法兰21构成。法兰21的内周面22配备有多个孔23(该实施例示出为八个孔23)。孔23与法兰21内的通道24相通(通道24在图2b中以虚线示出)。通道24还与气态介质的供给管路25相通，供给管路25紧固在法兰21的外周面26上。喷嘴装置20能使混合物和气态介质在引入管3中良好地混合(图1)。
图3示出了本发明重力分离器的一替代实施例。正如在图1所示的重力分离器的实施例中那样，替代重力分离器31包括容器32。分离器31还配备有经由容器入口34与容器32内部相通的引入管33、水出口35、油出口36以及气体出口37。喷嘴装置38位于引入管33中并经由管路39自容器32的内部进给气体。在引入管33中，在喷嘴装置38之后和在容器入口34的附近，布置有静态混合器，以确保经由容器入口34进入容器32中的混合物良好地混合。在该实施例中，气态介质直接自在容器32中分离的气体中提取，可免除气态介质的外部供给源。
如上所述，附图只是示意性的，为了简洁起见，类似泵、阀、压力传感器、油气收集容器等的器件都没有示出。本发明的重力分离器和方法可在所附专利权利要求的范围内改进。各个实施例的细部可在专利权利要求的范围内组合成新的实施例。例如可提供这样独立的分离器，即，其具有两个或多个油出口和/或两个或多个水出口和/或两个或多个气态介质出口和/或两个或多个引入管或入口开口。一个或多个出口可设有阀。入口内的喷射器件可与导管内的泵组合以便自容器的上部抽气。不过，这样的实施例不太有利，因为它过于复杂且不是与外部供给源无关且不具有移动部件的自动化的自调节系统。

Claims (15)

1.一种重力分离器，所述重力分离器包括容器，含有水、油以及气体的混合物能在该容器内在重力作用下分离以形成沿竖直方向离散的油层和水层以及气相，该容器具有与用于含有水、油以及气体的混合物的容器入口相通的引入管；水出口；油出口；气体出口，其中重力分离器的引入管包括喷射器件，该喷射器件按照每1m3混合物0.01-1.9Sm3气态介质体积将气态介质喷入含有水、油以及气体的混合物中。
2.如权利要求1所述的重力分离器，其中，将气态介质供给到喷射器件的导管使气体自重力分离器向喷射器件再循环。
3.如权利要求2所述的重力分离器，其中，将气态介质供给到喷射器件的导管在重力分离器上部与重力分离器的内部连接。
4.如权利要求2或3所述的重力分离器，其中，将再循环的气体供给到喷射器件的导管是将喷射气体供给到喷射器件的唯一供给源。
5.如权利要求1-4中任一项所述的重力分离器，其中，引入管中的喷射器件与容器入口隔开0.05-2.00m的间距。
6.如权利要求1-5中任一项所述的重力分离器，其中，在喷射器件与容器入口之间在引入管中设置混合器，优选是静态混合器。
7.如权利要求1-6中任一项所述的重力分离器，其中，引入管自上而下通过容器延伸到容器入口。
8.如权利要求6和7所述的重力分离器，其中，混合器位于引入管的在容器内延伸的一部分中。
9.一种用于分离含有水、油以及气体的混合物的方法，该方法包括以下步骤：
经由引入管和容器入口将混合物导入容器中，
使容器中的混合物在重力作用下分成水相、油相以及气相；
经由水出口取出水相、经由油出口取出油相以及经由气体出口取出气相；
其中，按照每1m3混合物0.01-1.9Sm3气态介质体积将气态介质喷入通过引入管流到容器入口的混合物中。
10.如权利要求9所述的方法，其中，将每1m3混合物0.04-1.6Sm3的气态介质喷入引入管内的混合物中。
11.如权利要求9或10所述的方法，其中，将每1m3混合物0.05-0.40Sm3的气态介质喷入引入管内的混合物中。
12.如权利要求9或10所述的方法，其中，将每1m3混合物0.05-0.15Sm3的气态介质喷入引入管内的混合物中。
13.如权利要求9或10所述的方法，其中，将每1m3混合物0.08-0.12Sm3的气态介质喷入引入管内的混合物中。
14.如权利要求9-13中任一项所述的方法，其中，为含有水、油以及气体的混合物喷射一种或多种分离助剂。
15.如权利要求9-14中任一项所述的方法，其中，气态介质是自容器中收集且在引入管内喷射的气体。
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