CN101330955B - 用于分离包括水、油以及气体的流体的分离罐、该分离罐的应用以及用于分离包括水、油以及气体的流体的方法 - Google Patents

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

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B04CAPPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
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    • B04C5/08Vortex chamber constructions
    • B04C5/103Bodies or members, e.g. bulkheads, guides, in the vortex chamber

Abstract

本发明公开了一种分离罐(1),其包括一个基本上为圆筒状的竖直罐、切向布置在罐上部(9)中的入口(3)、位于罐上部中的用于油气的至少一个第一出口(4)、以及位于罐下部中的至少一个用于水的第二出口(5)。涡流区(7)包括向下突伸的截头圆锥形壁(8),其下端具有一开口(11)以容许罐的上、下部之间流通。螺旋形运动叶片安置在所述截头圆锥形壁的向上指向的部分上。

Description

用于分离包括水、油以及气体的流体的分离罐、该分离罐的 应用以及用于分离包括水、油以及气体的流体的方法技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于分离包括水、油以及气体的流体的分离罐。 背景技术
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] W099/20873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。
[0009] 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。
[0010] 尽管存在一些已知的油气水分离器,仍需要一种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
[0011] 本发明的目的在于提供一种与体积相比具有高处理能力的分离器。
[0012] 因此,本发明涉及一种分离罐,包括一个基本上为圆筒状的竖直罐、切向布置在罐 上部中的入口、位于罐上部中的至少一个第一出口、位于罐下部中的至少一个第二出口、用 于在第二出口周围形成静流的器件、以及位于切向布置的入口下方和第二出口上方的涡流 区,其中所述涡流区包括向下突伸的截头圆锥形壁和螺旋形运动叶片,所述向下突伸的截 头圆锥形壁将罐分成所述上部和所述下部,并且,所述向下突伸的截头圆锥形壁的下端具 有一开口以容许罐的上、下部之间流通,所述螺旋形运动叶片安置并固定至所述截头圆锥 形壁的向上指向的部分。优选的是,第一出口用于油气,而第二出口用于水。
[0013] 本发明的分离罐提供了用于包括水、油以及气体的流体的高效分离器。包括突伸 的截头圆锥形壁的及螺旋形运动叶片的涡流区与切向布置的入口配合工作的独特设计促 进了涡流在分离罐中的形成,这就能从水相中良好地分离出油气相。油气相上升得更快且 更具选择性地朝向罐顶部上升,水相也会以相似的方式流动得更快且更具选择性地朝向罐 底部流动。
[0014] 罐上部的第一出口可布置成具有喷射效应。这一喷射效应是由罐上部气体的压力 增大(pressure build-up)实现的。特别是在油气出口向着出口开口向下伸入罐中一定距 离(例如,5-30cm范围的距离)时,来自包括水、油以及气体的混合物的气体可在由罐的顶 部和通向第一出口的出口开口的位置之间限定的罐上部内的空间中聚集。在这样的配置 中,通过聚集气体而发生压力增大,直到气体已使罐内混合物的液体部分移到刚好位于通 向第一出口的出口开口下方的水平。此时,油气将通过第一出口喷射并离开罐。液体混合 物的水平上升到通向第一出口的开口上方,并且新的压力增大将会发生。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。
[0015] 为了达到改善分离器中流动的目的,优选竖直罐的壁与突伸的截头圆锥形壁之间 的角度处于15度至45度的范围内,更优选处于25度至35度的范围内,最优选为30度。通 过采用这些优选的角度,能在分离罐中提供非常有效的相分离流,因为涡流的形状可达到最佳。
[0016] 根据本发明,优选分离罐还包括气体喷射器件。气体可经由罐上部和/或下部所 设的一个或多个喷嘴喷射到罐内的流体中。喷射的气体形成小气泡,这便通过气泡上升流 的形成促进了油/气相与水相的分离。
[0017] 在分离罐的替代优选实施例中,气体喷射器件设于切向布置的入口处,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Im3流体0.02-0. 2¾. m3。每Im3 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Im3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°C和 101. 325kPa压力下的干气体积)。
[0018] 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,分离罐下游侧的系统必须处理因加入气体引起的附加流。
[0019] 在一优选实施例中,气体喷射器件的气体源是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,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。
[0020] 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,这样的分离罐可靠性提高。
[0021] 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。
[0022] 在本发明分离罐的一优选实施例中,螺旋形运动叶片旋绕至少两个完整360度, 以确保令人满意地形成涡流并由此改善分离。
[0023] 此外,为了达到提高分离处理能力的目的,螺旋形运动叶片优选具有5-15cm的宽度。
[0024] 为了在分离罐中获得最好的可能分离效果,优选罐具有至少一个用于油气的第三 出口,该第三出口优选位于罐壁内,位于突伸的截头圆锥形壁的突出部下方,该突出部位于 截头圆锥形壁接触罐壁的位置。在此位置上,截头圆锥形壁的直径最大且比如通过焊接固 定在罐壁上。油气可通过第一出口在罐上部取出,并且还通过第三出口在罐下部取出,从而 使得分离非常有效。油气用的第三出口优选刚好位于突伸的截头圆锥形壁的上端的下方, 这是要分离的流体可达到的罐下部内的最高位置。在一优选实施例中,第三出口与罐上部 连接。在该实施例中,在罐下部与水分离的油气随后被导向罐上部,并经由罐上部内的油气 用的第一出口离开罐。
[0025] 为了进一步改善分离罐下部内的分离,理想的是在罐下部形成第二涡流。因此,罐 装有如下的器件,这种器件在罐下部内提供上升涡流以便使上升涡流优选围绕突伸的截头 圆锥形壁的向下指向的壁部。在罐上部内的分离步骤之后,罐下部内的第二涡流有效地分 离了可能留在水相中的残留油气。视需要与罐下部的水相分离的油气可经由上述油气用的 第三出口取出。水相经由位于罐底部的第二出口离开罐。水相可包括存在于要分离的流体 中的固体和颗粒物质。这些固体和颗粒物质通常随水相离开分离罐。不过,在可选实施例 中,分离罐装有固体用的单独出口。当流体包括较大量的固体和颗粒物质时,该可选实施例 是有利的。
[0026] 尽管提供上升涡流的器件可包括各种将流体导入某一方向的器件,但优选该器件 是至少一个挡板或导向叶片。
[0027] 在另一方面,本发明还涉及一种用于分离包括水、油以及气体的流体的方法,该方 法包括以下步骤:
[0028] a)将要处理的包含水、油以及气体的流体馈送到上述类型的第一分离罐的切向布 置的入口,由此使流体经由具有螺旋形运动叶片的向下突伸的截头圆锥形壁流入罐下部;
[0029] b)自第一罐的至少一个第一出口取出油气流,并在上述类型的第二分离罐中对所述油气流进行进一步的分离,以通过第二罐的至少一个第二出口获得油流,并通过第二罐 的至少一个第一出口获得第一气流;
[0030] c)自第一罐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 流馈送到上述类型的第三罐,由此使流体经由具有螺旋形运动叶片的向下突伸的截头圆锥 形壁流入罐的下部;以及
[0031] d)通过第三罐的至少一个第二出口取出净化水流。净化水流包含少于20ppm的杂 质,可包含少于15ppm的杂质,或甚至小于IOppm的杂质。
[0032] 该方法使得可以从包括水、油以及气体的流体的其它成分分离出净化水流,并可 按需要将流体分成所有这些成分,即分成水相、油相以及气相。此外,分离出的各相纯度很 高。油相和气相可排出使用或作进一步处理,且净化水相流可返回到例如是海洋或储藏所 的环境中。水相可包括一些类似沙子和其它颗粒的固体物质,它们按需要可容易地用过滤 器或通过沉淀作用去除。
[0033] 本发明方法的优点有几个方面。该方法中使用的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流体比如井产流体。此外,当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。
[0034] 在该方法的一优选实施例中,对第一罐和/或第二罐和/或第三罐的流体或液体 喷射气体。因此,气体喷射可仅应用在分离罐之一中、应用在两个分离罐中或所有的分离罐 中。因此,气体喷射可按任何理想的方式应用以利于分离。
[0035] 气体喷射优选在罐入口内进行,更优选的是,气体喷射器件位于入口管内入口的 附近。喷射用的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 过程的循环气体。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。
[0036] 在另一方面,本发明还涉及分离罐的应用,该分离罐包括一个基本上为圆筒状的 竖直罐、切向布置的入口、位于罐上部中的用于油气的至少一个第一出口、位于罐下部中的 用于水的至少一个第二出口、用于在第二出口周围形成静流的器件、以及位于切向布置的 入口下方和第二出口上方的涡流区,其中所述涡流区包括向下突伸的截头圆锥形壁和螺旋 形运动叶片,所述向下突伸的截头圆锥形壁将罐分成上部和下部,所述向下突伸的截头圆 锥形壁的下端具有一开口以容许罐的上、下部之间流通,所述螺旋形运动叶片安置在所述 截头圆锥形壁的向上指向的部分处并固定在其上,以分离包括水、油以及气体的流体,优选 将其分成这些成分。
[0037] 分离罐可例如用在来自井口的主干流的流体上,或用在自该主干流分支或分离的 分流上,或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,或者可将分离罐用在其分流上,且可用在来自另一个分离器的分流上。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。
[0038] 可优选使用两个或多个分离罐,以获得更佳的相分离。两个或多个分离罐可串联 或并联使用。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。
[0039] 在一优选实施例中,本发明的一个或多个分离罐用于在油气生产中分离源自井口 的井产流体。一般地,馈送到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。分成富油/气相和富水相的这样的初始分离可在一个或多个分离步骤中进行。
[0040] 应用还包括一实施例,其中,流体初始分离成油/气相和水相。
[0041] 应用还包括一实施例,其中,油/气相在附加分离步骤中分成油相和气相。附图说明
[0042] 以下参照高度示意的附图进一步详细地描述本发明实施例的示例性但非限制性 的实例,其中:
[0043] 图1示意性地示出了本发明分离罐一实施例的断面侧视图;
[0044] 图2示出了图1分离罐的断面顶视图;
[0045] 图3示出了本发明分离罐另一实施例的类似图1的视图;
[0046] 图4示出了本发明的又一实施例;
[0047] 图5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;
[0048] 图6示出了本发明的分离罐串联使用的配置;
[0049] 图7示出了本发明的分离罐并联使用的配置。具体实施方式
[0050] 图1所示的分离罐的实施例总体上表示为1,包括一个圆筒状的竖直罐2、用于流 体(比如是井产流体或别的包括水、油以及气体的混合物)的切向布置的入口 3。入口 3延 伸至罐的壁内的入口开口。分离罐还包括位于罐的上部9的一般用于油和气体的第一出口 4和位于罐的下部10的一般用于水的第二出口 5。
[0051] 涡流区7位于切向布置的入口 3的下方和第二出口 5的上方。涡流区7包括向下 突伸的截头圆锥形壁8,其将罐分成上部9和下部10。开口 11设于向下突伸的截头圆锥形 壁8的下端,以容许在罐1的上部9与下部10之间流通。螺旋形运动叶片12安置并固定 至所述截头圆锥形壁8的向上指向的部分。
[0052] 向下突伸的截头圆锥形壁8在上端的直径最大,而在下端在开口 11边缘处的直径 最小。壁8上端的最大直径对应于罐的圆筒形侧壁的内径,且壁8在该最大直径处安装在 罐的侧壁上,比如通过焊接点或其它安装方式诸如螺栓连接至罐壁的凸缘。
[0053] 用于静稳第二出口周围的流体流的器件可为挡板6,该挡板6设置成用于静稳第 二出口附近的液体运动,由此在第二出口 5的周围形成更平稳的流。挡板6例如可通过使 用两个或多个作为支腿向下延伸到弯曲底部的扁条固定在罐壁上,或通过两个或多个延伸 到罐壁的竖直部的加强件(支柱)固定,或通过从形成第二出口 5的管部区域向上延伸的 单个竖直支承件固定。用于静稳第二出口(用于水或油)周围流体流的器件可实现为一个 具有圆形圆周的盘,其视需要水平地置于第二出口的正上方。替代地,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。
[0054] 水出口 5可装备有阀器件(如图3所示)。通过调节该阀器件,可调节由从罐1中 的混合物释放的气体引起的压力增大。从混合物中释放的气体在罐的上部9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气体和油用的出口 4的出口开口的水平时,气体和油在气 体压力作用下经由出口 4喷射出罐。
[0055] 分离罐1是井产流体分离罐,并且液体混合物可源自井口的流体流、或源自这种 流体流的支流、或源自从任何这样的流体流分出的流体流。
[0056] 图2示出了沿着图1中虚线AA的分离罐1的断面图。采用与图1相同的参考标 号,可看到切向布置的入口 3、向下突伸的截头圆锥形壁8、螺旋形运动叶片12以及开口 11。
[0057] 在图3中,示出了分离罐1的另一个实施例。该分离罐1的实施例包括图1中示 出的罐的所有特征(以相同的参考标号表示),还装备有引导板13"和油和气体用的另加 出口 14。引导板13"可以例如是圆形板,其直径大于开口 11并经由几个竖直悬杆13或支 柱安装至截头圆锥形壁8的下侧。引导板13"距开口一定距离地在开口 11对面延伸,于是 通过开口 11向下流出的流体撞击引导板13"并沿径向通过引导板13"与开口 11边缘之 间的环形空间向外流动。引导板13"的边缘区域13'可倾斜地向上向外延伸,于是流体流 就被向上导向。引导板13"被布置成在罐的下部10提供自罐上部9进入下部10的流体的 涡流,以便提供进一步的分离,其中与水相分离的油和气相可经由另加出口 14自罐1中取 出ο
[0058] 另加出口 14可将油和气体导引至与第一出口 4所连接的排出口相同的排出口。 替代地,另加出口可经由止回阀和安装在入口 3导管内的喷射器与入口 3连接,但优选导管 100经由罐壁内的另加入口开口使另加出口 14与罐的上部9连接。该实施例的优点在于设 计简单,因为自罐下部向罐上部输送油气只需短的导管100就行。
[0059] 气体可注入流经入口 3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 3。在图4所示的一个优选实施例中,气体自分离罐上部9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 3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 3的相邻导管部横截面积。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。
[0060] 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4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。
[0061] 图4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 3供给流入流体的气体与经出口 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%。
[0062] 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。
[0063] 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。9[0064] 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。
[0065] 对于本发明的分离罐,有效分离体积可计算为由罐1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Im3且液体停留时间为 约30秒的罐具有每小时处理约IOOm3流体的处理能力。
[0066] 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。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。
[0067] 在操作中,经由各出口抽取所分离的相的速度确定了气体与油、油与水以及水与 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。
[0068] 因为本发明的分离罐的构造方式使得除了导向叶片和涡中断器外所有表面都沿 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,在井口处对流体的初始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。
[0069] 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。
[0070] 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,S卩,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。
[0071] 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。
[0072] 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。
[0073] 实例
[0074] 1、本发明的三个分离罐用作三相分离的分离器
[0075] 参见图5,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。
[0076] 应用包括本发明的三个分离罐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 3'连接。同样,罐1的第二出口 5用于水(带有极少量油气)并与罐1〃 上的入口 3〃连接。
[0077] 自井口分离的井产流体经由入口 3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 3'被导引至罐Γ。水相(带有 极少量油气)经由第二出口 5自罐1中取出并经由入口 3"被导引至罐1"。
[0078] 在罐1'中,油气相分成经由第一出口 4'离开罐1'的气体和经由第二出口 5' 离开罐1'的油。
[0079] 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",水经由出 口 5〃离开罐1〃。[0080] 为了进一步改善罐1"中的分离,可将气体喷射到自第二出口 5的引入流中。喷射 气体可以是自第一出口 4'回收的气体的一部分,如虚线114所示。
[0081] 两个罐1和1"分别设有使罐内气体区与入口 3和入口 3〃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。
[0082] 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成油相、气 相以及水相,其中经由线路5"离开罐1"的净化水流包含少于IOppm的杂质。
[0083] 2、三个本发明的分离罐用作串联分离器
[0084] 图6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分成油气相205和水相206。井产液气流204例如可以是包括IOOOppm杂质(气/ 油)的水。在罐1中处理过后,来自第二出口 5的线路中的水流207包括IOOppm的杂质。水 流207被引到入口 3'以在罐1'中处理,来自罐1'的第二出口 5'的水流208包括IOppm 的杂质。水流208最终被馈送到入口 3"以在罐1"中处理,由此提供带有少于5ppm杂质 的来自第二出口 5〃的水流206。
[0085] 罐1、1'、1〃分别设有将罐中的气体区与入口 3、3'、3〃中的喷射器连接的导管 102。
[0086] 该配置可视需要用于进一步处理来自图5所示的罐配置(实例1)中罐1"的第二 出口 5"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。
[0087] 3、本发明的分离罐用作并联分离罐
[0088] 图7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 3和3'进入罐1和1'。油/气相在305取出,而水相在306取出。 油/气相和水相可如实例1和2所述的那样进一步处理。
[0089] 罐1和1'分别设有将罐中的气体区与入口 3和入口 3'中的喷射器连接的导管 102。
[0090] 现在来看更为概括的说明,显然,图1至7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。
[0091] 此外,显而易见,本发明的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4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4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1-3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 (19)

1. 一种分离罐,包括圆筒状的竖直罐、切向布置在罐上部中的入口、位于罐上部中的至 少一个第一出口、位于罐下部中的至少一个第二出口、用于在第二出口周围形成静流的器 件、以及位于切向布置的入口下方和第二出口上方的涡流区,其中,所述涡流区包括向下突 伸的截头圆锥形壁和螺旋形运动叶片,所述向下突伸的截头圆锥形壁将罐分成所述上部和 所述下部,并且,所述向下突伸的截头圆锥形壁的下端具有一开口以容许罐的上部、下部之 间连通,所述螺旋形运动叶片安置并固定至所述截头圆锥形壁的向上指向的部分。
2.如权利要求1所述的分离罐,其中,竖直罐的壁与突伸的截头圆锥形壁之间的角度 处于15度至45度的范围内。
3.如权利要求1所述的分离罐,其中,分离罐还包括气体喷射器件。
4.如权利要求3所述的分离罐,其中,气体喷射器件设于切向布置的入口中。
5.如权利要求3所述的分离罐,其中,气体喷射器件的气体源是分离罐上部中的气体区。
6.如权利要求5所述的分离罐,其中,分离罐上部中的气体区是气体喷射器件的唯一 气体源。
7.如权利要求5所述的分离罐,其中,来自罐上部的气体区的导管与该罐的入口内的 喷射器连接。
8.如权利要求7所述的分离罐,其中,在罐操作期间,来自罐上部的气体区的导管与该 罐的入口中的喷射器保持通畅的直接流通连接。
9.如权利要求1-8中任一项所述的分离罐,其中,螺旋形运动叶片旋绕至少两个360度。
10.如权利要求1-8中任一项所述的分离罐,其中,螺旋形运动叶片的宽度为5-15cm。
11.如权利要求1-8中任一项所述的分离罐,其中,罐具有至少一个用于油气的第三出 口,该第三出口位于罐壁内,位于突伸的截头圆锥形壁的突出部下方。
12.如权利要求1-8中任一项所述的分离罐,其中,罐包括用于在罐下部中提供上升涡 流的器件。
13.如权利要求12所述的分离罐,其中,所述用于提供上升涡流的器件包括至少一个 挡板。
14.如权利要求12所述的分离罐,其中,所述上升涡流围绕突伸的截头圆锥形壁的向 下指向的壁部。
15.如权利要求1-8中任一项所述的分离罐,其中,位于罐上部中的所述至少一个第一 出口用于油和气。
16.如权利要求1-8中任一项所述的分离罐,其中,位于罐下部中的所述至少一个第二 出口用于水。
17. 一种分离包括水、油以及气体的流体的方法,包括以下步骤:a)将要处理的包含水、油以及气体的流体馈送到第一分离罐的切向布置的入口,其中 所述第一分离罐为如权利要求1-8中任一项所述的分离罐,由此使流体经由具有螺旋形运 动叶片的向下突伸的截头圆锥形壁流入所述第一分离罐下部;b)自第一分离罐的至少一个第一出口取出油气流,并在第二分离罐中对所述油气流进 行进一步的分离,其中所述第二分离罐为如权利要求1-8中任一项所述的分离罐,以通过第二分离罐的至少一个第二出口获得油流并通过第二分离罐的至少一个第一出口获得第 一气流;c)自第一分离罐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 流馈送到第三分离罐,其中所述第三分离罐为如权利要求1-8中任一项所述的分离罐,由 此使流体经由具有螺旋形运动叶片的向下突伸的截头圆锥形壁流入所述第三分离罐的下 部;以及d)通过第三分离罐的至少一个第二出口取出净化水流。
18.如权利要求17所述的方法,其中,对第一分离罐和/或第二分离罐和/或第三分离 罐内的液体喷射气体。
19.如权利要求18所述的方法,其中,气体喷射是在第一分离罐和/或第二分离罐和/ 或第三分离罐的入口开口的上游在第一分离罐和/或第二分离罐和/或第三分离罐的入口 内进行的。
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