CN102574028A - 用于将油和气体与水分离的分离罐 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于将油和气体与水分离的分离罐(1)，所述分离罐包括具有多个分离罐单元(2)的基本上圆筒形垂直罐壳体(3)。分离罐单元(2，2′，2″)在内环形壳(4)中的中心区域内布置在彼此的顶部上，其中所述内环形壳将分离罐分成环形外区域(5)和中心区域。到分离罐单元(2)中的入口(7)和来自分离罐单元中的至少一个第二出口(9)的流体的流动路径至少布置在环形外区域中。

Description

用于将油和气体与水分离的分离罐

技术领域

本发明涉及一种用于将油和气体与水分离的分离罐，并且所述分离罐包括具有分离罐单元的基本上圆筒形垂直罐壳体，其中所述分离罐单元具有上部和下部、用于流体的入口、内环形壁、在分离罐单元的上部中的至少一个第一出口、和在分离罐单元的下部中的至少一个第二出口。所述内环形壁具有在所述内环形壁的上端处的第一开口，所述第一开口允许分离罐单元的上部与下部之间的连通。

背景技术

从WO 02/41965已知这种分离罐，其中单个分离罐单元中的内环形壁是由入口导流叶片包围的圆柱形主体。WO 2007/049246描述了也作为这类的分离罐，其中单个分离罐单元中的内环形壁为锥形主体，并且说明了多个分离罐的串联或并联连接。WO 2007/049245也描述了一种分离罐，其中中心旋涡破坏器存在于单个分离罐单元中，并且说明了多个分离罐的串联或并联连接。

分离罐用于从由水形成的主流移除少量油。由水形成的主流典型地为在油与来自井口装置的液体流初始分离之后的原油的开采的结果。可以在一个或多个阶段进行初始分离，并且与油分离的水流包含少量油和气体，例如，每升水100mg油(100ppm油)或甚至更少的油，例如，每升水50mg油(50ppm油)。虽然这些量的油看起来很小，但是出于环境原因，有利的是在水被排放到诸如海洋的适当的接受处或被排放到储层中之前进一步减少所述油。除了在排放水之前对所述水进行净化之外，分离罐提供可以使用回收油的不同优点。在这方面，如果水将被重新注入到油田地层中，高度净化也是有利的。

为了在排出水中获得期望低水平的油和气体，则需要在两个或更多个随后的净化步骤中对水进行处理，并且为此需要多个分离罐。与产出油的量有关的分离后的水的量随着油田使用年限而变大，同时由于较低的量石油开采值减少。

发明内容

本发明的目的是简化用于清洁来自石油开采的水的设备，并且尤其增加与设备所需的面积有关的分离罐的效率。

根据此，根据本发明，上述分离罐的特征在于分离罐包括将分离罐分成环形外区域和中心区域的内环形壳，两个或更多个分离罐单元在由中间底部分离的中心区域中布置在彼此的顶部上，并且到分离罐单元中的入口和来自分离罐单元中的至少一个第二出口的流体的流动路径至少布置在环形外区域中。

分离罐单元在内壳内布置在彼此的顶部上具有多个优点。内壳的壁可以作为单个部分用作布置在内壳内的中心区域中的各个分离罐单元的外壁。分离罐内的环形外区域和在该环形区域中的各个分离罐单元之间的流动路径的布置产生所需的多个壁穿孔在内壳而不是在分离罐的壳体中这种简化。分离罐的壳体是压力测试容器，并且这对焊接需要较高的要求，需要较大规格的材料和结构试验。由于分离罐单元位于彼此的顶部上，因此与现有技术的多个单独分离罐的布置相比，流动路径最小，并且节省了许多管道。短流动路径还减小流动阻力，尤其是对于水流减小流动阻力。

根据本发明的单个分离罐的安装比现有技术的多个罐的安装简单，这是因为在工厂执行在分离罐内建造两个或更多个分离罐单元的工作，并且分离罐作为单个单元被输送到安装地点。这种简单安装在安装工作成本较高和工作受到天气条件的影响的海上油田尤其重要。另一个重要的安装方面是与现有技术的多个分离罐的安装相比较需要较小的区域。

在分离罐的一个实施例中，第一入口流动路径连接所述分离罐上的入口与所述至少两个分离罐单元中的第一分离罐单元中的用于流体的入口；第二入口流动路径连接所述第一分离罐单元中的第二出口与所述至少两个分离罐单元中的第二分离罐单元中的用于流体的入口；以及当所述分离罐具有两个分离罐单元时，第一出口流动路径连接所述分离罐上的水出口与所述第二分离罐单元的第二出口，或者当所述分离罐具有多于两个的分离罐单元时，所述第一出口流动路径连接所述分离罐上的水出口与最后一个分离罐单元的第二出口。要注意的是术语“第一入口流动路径”和“第二入口流动路径”是表示用于入口流的第一路径和第二路径的术语，术语“第一出口流动路径”和“第二出口流动路径”是表示用于出口流的第一路径和第二路径的术语。因此，分离罐内的分离罐单元串联连接，从而允许从水有效地清除油和气体。如果大容量分离罐是更加重要的，则分离罐内的两个或更多个分离罐单元可以通过并联流动路径连接到分离罐上的入口并通过其它并联流动路径连接到分离罐上的水出口。

在环形外区域内的流体的流动路径可以由安装在环形外区域中的内壁限定。然而，在优选的实施例中，入口流动路径由环形外区域中的管限定。管的优点在于所述管在不对流动横截面进行任何改变的情况下可以执行弯曲，并且这确保了恒定流量和由流入水输送的砂或其它颗粒的沉积的最低可能风险。例外，所述管可以安装到内环形壳的壁上，因此避免当内壁用于限定流动路径时所需的到分离罐壳体的内部的安装的大多数。

在一个实施例中，第二出口流动路径连接分离罐上用于油和气体的出口与分离罐单元中的至少一个上的第一出口。因此，油和气体被直接从分离罐单元(一个或多个)输送和从油和气体可以向下游流动到例如废品罐的分离罐输送出来。

在另一个实施例中，第二出口流动路径连接分离罐中的环形外区域与分离罐单元中的至少一个上的第一出口。环形外区域因此被用作用于暂时保持油和气体的罐，并且这允许气体占据环形外区域的上区域，并且允许油朝向环形外区域的下区域而去。该实施例的一个优点在于从分离罐的第一出口到环形外区域的非常短的流动路径，这是因为所述路径仅需要通过内环形壳的壁延伸出来。另一个优点在于可以使用聚集在上区域中的气体作为注入分离罐单元中的一个或多个的用于流体的入口中的再循环浮选气体。

优选地，第一气体返回路径连接分离罐处的用于气体的出口与至少两个分离罐单元中的至少一个中的用于流体的入口中的气体注入装置。分离罐在相当低的压力(例如，小于7个表压(barg)或甚至小于4个表压(barg)的压力)操作，并且由于该压力典型地比水被回收的油田地层中的压力低得多，并且低于先前分离步骤中的压力，溶解的气体从水释放，并且在分离罐中浮选。总之，从水移除油的效率可以通过进一步将气体增加到水中而增加，并且在分离罐中释放的气体被回收到用于流体的入口时，则气体流无须从外源供应。

可以通过单个普通流量控制阀操作分离罐，或者允许流量不受控制地改变，但是为了优化分离罐的性能并且为了在第一出口的流出中获得相对较高量的油，优选的是各个分离罐单元具有用于控制来自分离罐单元的第一出口的流的流量控制阀。流量的单独设置允许单独调整通过第一出口的流中的油与气体之间的比值。过高的流量可以使太多的气体流出，并且还可以使水和与流出物中的气体有关的随后的太少量的油流出。太低的流量可以使分离罐单元中的液位下降，并且导致随后的失效通流和分离罐单元的性能的下降。

在一个实施例中，从分离罐上的水出口的水出口导管具有压力控制阀，该压力控制阀用于将分离罐上的水出口处的压力控制为高于压力控制阀下游的水出口导管中的压力。这样的作用在于在分离罐内保持总体适当的压力，并且在分离罐单元内更精确地保持总体适当的压力。该实施例的优点在于仅需要单个压力控制阀，从而同样地控制分离罐中的所有分离罐单元的压降。当分离罐中的分离罐单元并联连接时，这尤其有利，但是当分离罐单元串联连接时，也可以使用此方法。

在一个实施例中，各个分离罐单元具有压力控制阀，所述压力控制阀用于将罐单元的第二出口处的压力控制为高于压力控制阀下游的压力。由于对各个分离罐单元的压降的控制更加精确，因此分离罐单元的单独控制允许对分离罐操作的更加精确的控制，并因此能够更好地控制流入流体的速度。当分离罐中的分离罐单元串联连接时，这尤其有利，这是因为允许设置分离罐单元的相互不同的压降。

优选的实施例在分离罐的用于油和气体的出口的下游具有压力控制装置，所述压力控制装置用于控制下游压力，优选地使得分离罐的用于油和气体的出口处的压力低于分离罐上的水出口处的压力。当分离罐操作时，各个分离罐单元内的液位在用于油和气体的第一出口周围以脉动方式上升和下降，并且当分离罐的用于油和气体的出口处的压力低于水出口处的压力时，并且优选至少低0.2巴，适当地低大约0.4巴时，则脉动液位变化的幅度较小，因此减少与油一起流出的水的量。当例如通过控制下游废品罐中的压力在分离罐的下游侧控制压力时，控制分离罐的压力因此控制分离罐的用于油和气体的出口处的压力，并且各个分离罐单元在其第一出口处受到相同的压力水平。

在另一个实施例中，各个分离罐单元具有压力控制装置，所述压力控制装置用于控制分离罐单元的第一出口下游的压力，优选地使得该压力低于分离罐单元的第二出口处的压力，并且该实施例允许单独设置第一出口处的压力。当分离罐单元串联连接时，在第一分离罐单元中的要被清除的油的量大于在最后一个分离罐单元中的要被清除的油的量，因此，第一出口处的压力可以被设定为在最后一个分离罐单元处最低。

在一个实施例中，各个分离罐单元具有从分离罐单元的上部中的第一出口延伸到分离罐单元的下部中的第二出口的中心管，中心管通过在第一出口与第二出口之间的流动屏障阻塞，并且中心管具有从分离罐单元延伸出来的上延长部和从分离罐单元延伸出来的下延长部。中心管因此被用于油和气体通过第一出口流入和用于水通过第二出口流入，并且所述设计因此由于仅仅很少的分离部件而非常紧凑。另外，中心管还用作在分离罐单元的中心处的旋涡破坏器和用于使第二出口周围的流动平稳的装置的支撑件，并且还可以用作用于分离罐单元中的内环形壁的支撑件。

该实施例的进一步发展的特征在于在分离罐中的最下面的分离罐单元中，中心管的下延长部向下延伸通过分离罐的底端，并且在分离罐中的最上面的分离罐单元中，中心管的上延长部向上延伸通过分离罐的顶端，而中心管的剩余延长部在径向方向上从分离罐单元通过弯曲部分延伸出。该实施例减小了分离罐的流动阻力。

在一个优选的实施例，至少两个分离罐单元中的第一分离罐单元位于分离罐的内环形壳内的最上面，而至少两个分离罐单元中的第二分离罐单元被定位成与第一分离罐单元相邻并位于所述第一分离罐单元下方。该设计最小化了分离罐内的流动路径的长度。

附图说明

在下文中参照说明性示意图更详细地说明本发明的实施例的示例，其中：

图1是根据本发明的分离罐和相关联的废品罐的说明；

图2是通过图1中的分离罐的第一实施例的纵向剖面图；

图3是通过图1中的分离罐的第二实施例的纵向剖面图；

图4是图1中的分离罐的第三实施例的说明；

图5是图1中的分离罐的第四实施例的说明；以及

图6a和6b是图2中所述的第一实施例中的分离罐单元的叶片的侧视图和从叶片上面看到的视图的说明。

具体实施方式

在图1整体由附图标记1表示的分离罐是包括布置在彼此的顶部上的两个或更多个分离罐单元2、2′的多级分离罐。在以下所述的各种实施例中，相同的附图标记用于相同的细节。两个分离罐单元串联连接，即，在分离罐单元2中用于水的第二出口9与分离罐单元2′中用于流体的入口7连接。依此方式，在分离罐单元2中被清洁的水在分离罐单元2′中被更进一步清洁。分离罐可以安装在与实际油井分离的开采设备处，例如，安装在处理水被优先净化的位置处，典型地在诸如平台或钻机上的水面上方的位置处，或者在海岸位置处。当在石油开采位置处使用时，分离罐被因此安装在位于井口的防喷器(BOP)的下游。

如图2中所示，分离罐单元2、2′位于垂直圆筒形罐壳体3中，所述圆筒形罐壳体的尺寸形成为能够满足与罐内的操作压力有关的压力测试级的压力容器。壳体的内部被内环形壳4分成两部分，所述内环形壳是由壁厚小于壳体3的钢板形成的圆筒形壁。内环形外壳4内的中心区域保持分离罐单元，并且内环形壳4的外表面与壳体3的内表面之间的环形外区域5保持用于将流体输送到分离罐单元2、2′中和将流体输送出分离罐单元2、2′的流动路径。

中间底部6分离上侧第一分离罐单元2与下侧第二分离罐单元2′。分离罐单元在分离罐内优选地被类似设计，然而也可以在同一分离罐内具有不同设计的分离罐单元。分离罐单元的内部具有上部和下部，所述上部和所述下部也可以被称作上部分和下部分，根据本发明，分离罐单元的上部和下部被认为表示在分离罐单元的上侧区域中和在分离罐单元的下部区域中。分离罐单元的上部具有用于流体的入口7和第一出口8，而分离罐单元的下部具有第二出口9和用于使第二出口周围的流平稳的装置10。此外，分离罐单元具有内环形壁11，所述内环形壁将分离罐单元的上部中的流分成发生在内环形壁外部的外涡流和在内环形壁内部的中心区域中的内流。

内环形壁的上端具有第一开口12，而内环形壁的下端具有第二开口13，并且该第一开口12和第二开口13允许分离罐单元2、2′的上部与下部之间的流体流连通，所述下部被定位成从第二开口13向下。外涡流发生在内环形壁与内环形壳4之间的环形空间中，并且在内环形壁附近，水流除了旋转运动之外还向下移动。在内环形壁的下缘处，流的最内侧部分可以绕着所述下缘流动并通过第二开口13向上流动。该向上流可能会包括气泡。

在图1的第一分离罐单元2中用于流体的入口7被切向指向，使得所述入口沿着内环形壳的内部在水平方向上喷射入口流，且具有所述入口流作用以使分离罐单元内的流体以涡流旋转的作用。旋转运动使诸如油滴和气泡的较轻成分被迫朝向罐的中心运动。由于旋转和重力效应，流体中的油和气体趋向于聚集在流体流的径向内部，在所述径向内部，不同于水的向下运动，油和气体具有沿向上方向移动的趋势。内环形壁以多种方式有助于油和气体的向上运动。当流体流遇到内环形壁时，油和气体气泡将聚合并变大，因此由于低于周围水的密度而获得增加的上升趋势。如上所述，内环形壁的下缘允许尤其小气泡和油绕着该下缘流动并在已经被水流向下拖动之后在中心部中上升。油和气体聚集在流体流的上表面处和所述上表面上方。

可以以多种不同的方式获得切向入口流。一种可能的方式是安装入口管，使得所述入口管在到分离罐单元中的入口处沿切向方向延伸。另一种可能的方式是将挡板放置在入口处，使得入口流被指向切向方向，而不管入口管如何在入口开口附近延伸。入口管可以例如在径向方向上延伸到分离罐单元中，并具有安装在开口的前面的挡板。在图2的第一实施例中，入口管14在径向方向上延伸通过壳体3并在穿过内环形壳的弯曲部分终止，使得用于流体的入口7朝向切向方向，从而提供罐1中的水的旋转运动。

图1的分离罐单元中的第一出口8通过出口管16连接到废品罐15。每一个出口8都与流量控制阀17相连。如果该阀在操作期间闭合，则相关联的分离罐单元将放空水自身并填充气体。如果阀17在操作期间完全打开，则通过第一出口的流量将较大，并且流中的含水量将会太高。阀17优选地对于分离罐单元被独立设定，并优选地使得与第一分离罐单元2相连接的阀17比与第二分离罐单元2′相连接的阀17被开口得更大。

废品罐15中的油、气和水再一次允许被分离，然而这里含油量高，尤其是在阀17被精确设定以最小化含水量并且操作条件稳定的情况下。油通过具有形式上为压力控制阀19的压力控制装置的油管18被回收，所述压力控制阀用于控制废品罐中的压力，并因此也用于控制第一出口8处的压力。可选地，压力控制装置可以是出口管16中的压力控制阀，并且这种单个阀可以存在于出口管16的公共支路中，或者可选地，出口管16的各个支路可以具有压力控制阀。具有泵21的气体管线20可以使气体从废品罐重新循环到入口管14。泵21将气体压力增加到高于入口管中的压力。具有用于增加水中的压力的泵24和调节阀23的水管线22可以连接废品罐上的水出口与入口管14，或者水管线可以简单地连接到排放装置。

第一分离罐单元2中的第二出口9通过中间管25与第二分离罐单元2′中的用于流体的入口7连接。气体分支管线20′可以将气体供应到中间管中的水。第二分离罐单元2′中的第二出口9连接到具有压力控制阀27的水出口导管26。压力控制阀控制分离罐的压降。在图1中所示的示例中，压降较大。入口管14中的压力为3.0个表压，并且阀27被设定为使得从入口管14到出口导管26的压降为1.6巴，并且第一分离罐单元2中的压力被认为大约为2.2个表压，而第二分离罐单元中的压力为1.4个表压。罐单元的第二出口处的压力大约与罐单元中的压力相同。压力控制阀19被设定为使得废品罐中的压力大约为1.0个表压。在典型的情况下，从入口管14到出口导管26的压降大于为上述值的一半，即，大约0.8巴，入口管14中的供给压力大约为1.8个表压，第一分离罐单元2中的压力大约为1.3个表压，而第二分离罐单元中的压力大约为0.9个表压。压力控制阀19则被设定为使得废品罐中的压力大约为0.5个表压。优点在于尽可能地使用低压力，这是因为当压力较低时，水中的气体将蒸发到较大程度。这一方面提供在分离罐中使用的气泡，而另一方面水被清除掉气体成分并因此被更好地净化。

分离罐1和废品罐15一起形成清洁系统，其中在入口管14处供应形式上为具有至少96％的水含量和总共最多4％的油和气体含量的流体混合物的污水进入流。在水出口导管26处，输送几乎清洁水，优选地具有小于0.001％的油和气体含量的水。在油管18处，回收油在适于添加到石油开采管线的状态下被输送。

在下文中进一步详细说明用于分离罐单元的实际实施例的各种示例。自然地可以在所附专利权利要求的内容内修改所述实施例，并且不同实施例的细节也可以合并成在专利权利要求的内容内的其它实施例。

在图2的第一实施例中，螺旋形叶片28位于用于流体的入口处，使得叶片正好位于入口开口的下方，并且在进入流体的流动方向上在内环形壳4的内侧向上延伸，使得进入流体被迫以稍微向上指向的旋涡流体运动流动。在旋涡旋转的方向上观察，螺旋形叶片被定位成使其长度的一部分在用于流体的入口之前或在用于流体的入口的上游延伸。换句话说，螺旋形导向叶片延伸到用于流体的入口的两侧。螺旋形叶片的长度为从上游端29到下游端30。位于入口之前的长度的部分优选地在总长度25％到50％的范围内，并且适当地是螺旋形叶片的总长度的大约30％到35％。螺旋形叶片的这部分用作捕捉一些向下水流并且将所述水流向上引导，使得所述水在罐中获得更长的停留时间，且提高使气体和油上升到所述流的上表面的可能性。

在图6a和6b中更加详细地示出了螺旋形叶片28。螺旋形叶片可以绕内环形壳4的内侧圆周在从180°到450°的范围内延伸。优选地，螺旋形叶片绕内侧圆周在诸如从290°到320°的范围内延伸小于360°。在所示的实施例中，螺旋形叶片延伸306°。这在端部29与30之间留下例如54°的角形扇形或角形部分的开口扇形或开口部分31，并且在该开口扇形或开口部分中，水自由地向下流动。叶片在下游方向上以螺旋形方式向上延伸，使得下游端30位于高于上游端29的水平处，并且在图6a中示出了该高度差h，并且所述高度差例如可以具有在内环形壁11的内径的20-50％的范围内的值，优选地具有内环形壁11的内径的30-40％的范围内的值，并且适当地具有内环形壁11的内径的大约35％的值。当水的稍微向上旋转流通过下游端30时，所述流不再被螺旋形叶片向上引导，并且在向下方向上转入开口扇形或开口部分中。然而，所述流的旋转移动持续，并且当所述流向下转向时，所述流也在朝向上游端29的方向移动，在上游端，所述流的一部分将被迫在螺旋形叶片的上侧流动，并因此在分离罐单元中再次向上移动。

内环形壁11从大约螺旋形叶片的上游端29的水平延伸，并优选地具有大约螺旋形叶片的高度h的两倍范围的高度。内环形壁11是圆筒形的，并且该内环形壁的外径小于螺旋形叶片的内径Di，使得内环形壁11由环形自由空间32包围，其中水通过所述环形自由空间自由向下流。向下水流的速度影响浮选，因为为了位于单元的上部中的表面，气泡和油需要具有的相对于水向上的速度大于水的向下速度。因此，螺旋形叶片具有大于内环形壁11的外径Dw的内径Di，并且优选地Di在从1.2Dw到1.6Dw范围内，并且更优选地Di在从1.3Dw到1.45Dw的范围内。

内环形壳4具有内径De，并且De与螺旋形叶片28的内径Di之间的比值De/Di例如在从1.5到2的范围内，优选地在从1.60到1.90的范围内。最优选的比值大约为1.78。内环形壁11的外径Dw与内环形壳4的内径De之间的比值Dw/De在2.35与2.85之间，优选地从2.40到2.70，并且最优选地为大约2.66。

对于各个分离罐单元2的高度与直径之间的比值H/D具有相当宽的限制，例如比值H/D在从1到4的范围内，但是优选地该比值H/D至少为1.30，例如在从1.3到2.5的范围内，并且更优选地在从1.3到1.8的范围内。

与罐的环形壁和螺旋形叶片结合的切向入口用于在罐的上部形成涡流和在罐的下部形成涡流。优选的是涡流不会在罐的中心形成涡眼，其中所述涡眼没有液体混合物。涡眼的形成是不期望的，这是因为涡眼的形成会降低单元的性能。为了避免形成涡眼，杆形垂直延伸涡眼破坏器可以沿着分离罐单元的中心线安装。这是根据由WO 2007/049245已知的原理。根据本发明和图2以及图3中所示的实施例，通向第一出口8和第二出口9的管通过中心管33的长度相互连接。流动屏障34安装在管内，优选地安装在正好第一出口8下方的位置处，并且所述流动屏障将管的内部容积分离成两部分并防止液体流从一部分到另一部分，而且允许一部分处于不同于另一部分的另一压力下。出口被形成为在管的侧部中的开口，并且清洁后的水通过第二出口9流出，并且气体和油通过第一出口8流出。

第二出口9定位在分离罐单元的下部中，并且油出口定位在分离罐单元的上部中。在第二分离罐单元2′(图2的实施例中的最下面的单元)中，中心管33的下延长部35向下延伸通过分离罐1的底端36。在第一分离罐单元2中，中心管的上延长部37向上延伸通过分离罐的顶端40。在中间底部6处，第二分离罐单元2′中的中心管33具有90°弯曲部分并且在径向方向上从分离罐单元连续延伸到流量控制阀17。在中间底部6处，第一分离罐单元2中的中心管33也具有90°弯曲部分并在径向方向上从分离罐单元连续延伸到中间管25。中心管33还用作用于内环形壁11的支撑件，所述内环形壁通过三个径向延伸柱38或通过例如安装在内环形壁11的上端和下端处的两组三个柱安装到中心管。用于使第二出口9周围的流动平稳的装置10可以是锥形形状(中国帽)并焊接到中心管33上。单元2或2′内在锥形装置10上方的区域中的容积与锥形装置10下方的区域仅通过锥形装置10的外边缘与内环形壳4的内表面之间的环形空间39流动连接。向下水流因此必须通过该环形空间以流动到第二出口9。因此，在水通过第二出口9离开之前，使单元的下部中的涡流平稳，从而使涡流更加均匀，或者涡流被显著衰减。

罐内的压力Pt保持高于输送不合格油、气体并且如果不可避免还输送水的出口管16中的压力Po。优选地，压力差Pt-Po大约为0.4巴。罐内的压力Pt应该优选地高于压力控制阀27下游的水出口导管中的压力Pw，即，Pt＞Pw，并且适当地Pt被保持在高于Pw大约0.5巴的压力。如上所述，压差在一个实施例中可以由与分离罐相连的压力控制阀控制，但是控制所述压差的可以可选地是在分离罐的上游和下游在处理系统中的设定压力的装置。然而，这会使得分离罐的正确功能非常取决于其它系统。

分离罐单元的上部中的第一出口8的位置距离分离罐单元的顶部一定距离。这允许气体在单元的最上面部分中累积。当气体已经填充第一出口8上方的容积并且气体水平面下降到达第一出口时，则气体流入到第一开口并通过出口管16流出。聚集在最上面部分的气体相对于存在于单元的下部中的液体/气体流体更加可压缩，并且聚集的气体因此可以用作吸收分离罐单元的入口和出口中的瞬间压力变化的缓冲装置。在正常操作期间需要一定体积的气体以实现这种效果，并因此优选的是出口开口在分离罐单元的上端之下内环形壳4的直径De的7％到20％的范围内，并且更优选地在该直径De的10％到15％的范围内。气体来自于通过入口管14流动到单元中的水、油和气体的混合物。在单元中的涡流内，气体作用以聚集油并通过聚结，气泡尺寸增加并能够使气泡获得大尺寸，使得所述起泡能够通过水流向上上升并在单元的最上面区域中浮选。由于分离罐单元内的整体条件，当气体的压力水平减少和增加时，单元中的液面具有上下波动的趋势。由于油聚集在液体的表面处，波动优选地较小，使得主要油通过第一出口8流出。

在普通操作时，通过聚积气体直到气体已经使罐中的混合物的液体部分移动到正好第一出口下方的水平为止而进行气体积累。此时，气体和油通过第二出口被喷出并离开分离罐单元。液体混合物的水平将上升到用于油和气体的出口上方，并且将发生新的连续的气体积累。依此方式，油从分离罐单元的水的顶部自动撇去。在普通操作中，通过用于流体的入口流动到单元中的大约0.2％-3％的流体通过第一出口流出。

在优选的实施例中，另外的气体被注入到在入口管14中流动的流体中。虽然水典型地具有来自储层的大量气体，但是有利的是供应可以与流体混合的另外的气体从而增加捕获流体混合物内的油颗粒的能力，其中水已经从所述储层被取出。用于气体注入的气体可以是适于在流体中形成气泡的任意气体，例如，CO₂、氮气或基于碳氢化合物的气体。优选地，从用于将油和气体与水分离的处理回收所述气体。可以通过设置从单元内的容积的最上面部分通向入口管14的气体回收导管41来从各个分离罐单元进行这种再循环或回收。如果所述装置为喷射器型，则所述装置本身能够从单元吸入气体，则在导管41中仅需要流量控制阀42。可选地，可以在导管41中使用用于增加气体压力的泵，则可以通过喷嘴开口将气体注入到入口管14中的流体流中。

添加的气体的量典型地在0.02每1m³流体0.02St.m³到0.2St.m³范围内。在每1m³流体0.05St.m³到0.18St.m³范围内的值是优选的，但是对于添加的气体的量还可以使用更高值，例如一直到每1m³流体0.3St.m³的量。St.m³是气态介质的标准立方米。St.m³在海上油田(在15.6℃并且在101.325kPa压力下的干气的体积)内被标准化。

典型地根据要处理的水的量选择分离罐单元的尺寸。在测试操作中已经发现可以将分离罐单元中的停留时间优选地选择为从5秒到60秒，优选地从5秒到40秒，并且更优选地从8秒到35秒。当停留时间被设定，并且期望容量已知时，可以计算所需的有效浮选容积，并且可以根据假设具有1m³有效浮选容积和对于液体来说具有30秒的停留时间的分离罐单元具有每小时120m³的容量来进行所述计算。如果停留时间降低，则容量按比例增加，或者容积按比例减小。如果容量增加并且停留时间保持，则容积必须按比例增加。

气体优选地例如通过距离入口开口仅仅短距离的喷嘴装置43被注入到入口管中的流体中而作为微小气泡分散在流体中，以避免微小气泡在进入到分离罐单元之前合并而形成更大的气泡。优选地在入口管14中距离流体的入口7不多于5cm到40cm执行气体注入。在这种情况下，用于注入的喷嘴可以位于环中，并且入口管可以具有在管内的流中引起湍流以提高气体与流体的混合的流动限制装置。

根据至少ANSI 150psi制造具有底端和顶端的罐壳体3，并且罐壳体3因此被允许在17-20巴之间的最大压力下操作，但是典型地操作压力仅在1-3个表压之间。

当分离罐单元串联连接时，如图2和图3中所示，第一分离罐单元2容纳水、油和气体的混合物，所述混合物具有油和气体形式的例如800ppm的杂质，并且来自第一单元2在出口9处，水已经被清洁成杂质含量为大约90ppm。第二分离罐单元然后可以进一步将从第一分离罐单元输送的水清洁成杂质含量为大约9ppm。这些值仅是示例，并且可以获得许多其它值，然而当水流以更多级被处理时，水流变得更加清洁。此外，具有安装在彼此之上的各个单元的多级分离罐是非常有效并且仅占据小区域的水净化方案。

图3的第二实施例的大多数细节类似于图2中的第一实施例，并且以下仅说明差别，对于所有其它细节参照以上说明。第二实施例中的分离罐的设计意图是，在罐的底部处进行与分离罐的大多数连接使得具有其周围细节的罐尽可能占据小的区域(相对于容量的非常小的覆盖区)。环形外区域5提供流动路径所需的空间，并且入口管14因此通过罐的底端36从下面进入环形外区域5，并且在环形外区域5内向上垂直延伸，并在与用于流体的入口平齐处执行弯曲，在所述入口处，入口管14通过内环形壳4并且以用于流体的入口7出现，用于流体的入口7在切向方向上引导进入流体。

来自第二分离罐单元2′中的第一出口8的出口管16在环形外区域5中具有90°向下弯曲并向下穿过中间底部6。中间底部6已经在水平方向上延伸而通过内环形壳4并被焊接到圆筒形罐壳体3的内部上，使得所述圆筒形罐壳体3内的容积并因此也使环形外区域5被分成对应于分离罐单元2、2’的在高度上的范围的分离部分。下环形外区域5′因此本身是容器或罐容积。来自第二分离罐单元2′的出口管16因此将油、气体和可能的水的流出物输送到下环形外区域5′的容积中，其中气体被允许存在相当长的时间以与油分离，这是因为油的流量较小。气体可以通过气体回收导管41再循环，并且油可以通过具有流量控制阀47的油废品管线44从下环形外区域5′被取出。自然地，还可以使上延长部37在罐壳体3内执行弯曲并通过内环形壳4离开而进入到环形外区域5中并且在那里或者出现到第一单元外的环形外区域中，或者执行进一步的弯曲，并向下延伸通过中间底部以出现到下环形外区域5′中。

分离罐单元还可以以在所附专利权利要求的范围内的其它方式被设计。图4中示出了这样的一个示例，其中分离罐通过三个分离步骤进行实施，即，第一分离罐单元2、第二分离罐单元2′和第三分离罐单元2″。各个分离罐单元的内部具有不同于相对于第一和第二实施例所述的设计的设计。对于导管、管、连接装置或连接、阀、中间底部、环形外区域、入口、出口、用于平稳流的装置、内环形壳等，参照第一和第二实施例及其功能的上述说明。然而，对于内环形壁，采用完全不同的设计，即，内环形壁是在下端处具有大开口而在上端处具有小开口的锥形形状的设计，如WO 2007/049246中所述。

此外，可选地，还可以将分离罐单元中的内环形壁设计成具有如WO2007/049247中所述的面向下的锥形，或者内环形壁可以被设计为图5中所示的具有锥形形状的双环形壁，其中两个锥体的凸缘区域45设有用于向下流的离开开口，并且下环形凸缘46在下锥体的凸缘区域中的离开开口的下方。

此外，内环形壳4无须通过罐壳体的端部在顶部和底部处封闭。代替方式是，板，类似于中间底部6可以设置在内环形壳的任一端部处，所述内环形壳则可以不需要罐壳体而终止，使得管或流动路径还可以延伸到内环形壳的端部与罐壳体之间的自由空间中。内环形壳则可以固定到罐壳体的圆筒形部分或由从罐壳体的底端立起的腿部或固定件支撑。

在图2和图3的实施例中，螺旋形叶片的上游端29位于比第二开口13高短距离的高度处。可选地，内环形壁11可以相对于上游端29进一步向下延伸，使得上游端29则位于比第二开口高相应增加的距离处，或者上游端可以位于比第二开口13低短距离的高度处。

作为管的可选方案，即对于用于流体的出口或入口到分离罐单元的流动路径的可选方案，板壁可以在内环形壳4的外部与罐壳体3的内部之间延伸并限定流动路径。因此，代替图2的实施例中的从壳体处的入口管14延伸到用于流体的入口7的管部分，连接分离罐上的入口与用于流体的入口7的第一入口流动路径可以由这种板壁限定；代替图2的实施例中的中间管25，连接第一罐单元2中的第二出口9与第二罐单元2′中的用于流体的入口7的第二入口流动路径可以由这种板壁限定；代替图2的实施例中的下延长管35，连接分离罐上的水出口与第二罐单元2′中的第二出口9的第一出口流动路径可以由这种板壁限定；以及代替图2的实施例中的上延长管37，连接第一出口8与分离罐上的油和气体出口的第二出口流动路径可以由这种板壁限定。当具有两个分离罐单元时该方式适用。如果分离罐具有例如三个罐单元，则所述第一出口流动路径连接水出口与最后一个(第三)罐单元的第二出口，并且类似于第二入口流动路径的流动路径连接第二罐单元的第二出口与最后一个罐单元中的用于流体的入口。

在进入到分离罐单元中之前，诸如絮凝剂的添加剂还可以被添加到水中以提高清洗效率。

分离罐单元的上部中的第一出口开口8无须是向上延伸的出口管中的下端开口，但是可以代替为在低水平面处向下延伸并从罐单元延伸出来的出口管中的上端开口，或者径向或侧向地从罐单元延伸出来的出口管中的开口。

以下说明一个实施例的示例。

示例：

在所述的实施例中，内环形壳具有De＝265mm的直径，螺旋形叶片具有Di＝157mm的内径，内环形壁11具有Dw＝114mm的直径。分离罐具有两个相同设计的具有这些尺寸并且各个高度为500mm的分离罐单元，并且分离罐单元安装在彼此上方，中间管25连接第一单元的第二出口与第二单元的用于流体的入口。用于流体的入口定位在分离罐单元的中间。内环形壁11的高度为205mm高，并且下开口13与螺旋形叶片上的上游端29平齐。在用于流体的入口处的水中的油浓度从大约1050mg/l到1150mg/l。在运行一些小时之后，在操作参数中获得相当稳定的值，且水出口导管26中的水的含油量为大约2mg/l。

可以在所附权利要求的范围内修改所述的实施例，并且所述实施例的细节可以合并成新实施例。尤其是内环形壁可以具有其它设计。

Claims (20)

1.一种用于将油和气体与水分离的分离罐，所述分离罐包括具有分离罐单元的基本上圆筒形垂直罐壳体，所述分离罐单元具有上部和下部、用于流体的入口、内环形壁、在所述分离罐单元的上部中的至少一个第一出口、和在所述分离罐单元的下部中的至少一个第二出口；所述内环形壁具有在所述内环形壁的上端处允许所述分离罐单元的上部与下部之间的连通的第一开口，其中所述分离罐包括将所述分离罐分成环形外区域和中心区域的内环形壳，和两个或更多个分离罐单元，所述两个或更多个分离罐单元在由中间底部分离的中心区域中布置在彼此的顶部上，并且其中到所述分离罐单元中的入口和来自所述分离罐单元中的至少一个第二出口的流体的流动路径至少布置在所述环形外区域中。

2.根据权利要求1所述的分离罐，其中，第一入口流动路径连接所述分离罐上的入口与所述至少两个分离罐单元中的第一分离罐单元中的用于流体的入口，其中第二入口流动路径连接所述第一分离罐单元中的第二出口与所述至少两个分离罐单元中的第二分离罐单元中的用于流体的入口，以及其中当所述分离罐具有两个分离罐单元时，第一出口流动路径连接所述分离罐上的水出口与所述第二分离罐单元的第二出口，或者当所述分离罐具有多于两个的分离罐单元时，所述第一出口流动路径连接所述分离罐上的水出口与最后一个分离罐单元的第二出口。

3.根据权利要求1或2所述的分离罐，其中，管在所述环形外区域中限定所述入口流动路径。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的分离罐，其中，第二出口流动路径连接所述分离罐上用于油和气体的出口与所述分离罐单元中的至少一个上的第一出口。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的分离罐，其中，第二出口流动路径连接所述分离罐中的环形外区域与所述分离罐单元中的至少一个上的第一出口。

6.根据权利要求5所述的分离罐，其中，所述分离罐上用于油和气体的出口与所述分离罐中的环形外区域流动连接。

7.根据权利要求5或6所述的分离罐，其中，第一气体返回路径连接所述分离罐处用于气体的出口与所述至少两个分离罐单元中的至少一个中的用于流体的入口中的气体注入装置。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的分离罐，其中，各个所述分离罐单元具有用于控制来自所述分离罐单元的第一出口的流的流量控制阀。

9.根据权利要求2-8中任一项所述的分离罐，其中，来自所述分离罐上的水出口的水出口导管具有压力控制阀，所述压力控制阀用于将所述分离罐上的水出口处的压力控制为高于所述压力控制阀下游的水出口导管中的压力。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的分离罐，其中，各个所述分离罐单元具有压力控制阀，所述压力控制阀用于将所述罐单元的第二出口处的压力控制为高于所述压力控制阀下游的压力。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的分离罐，其中，所述分离罐的用于油和气体的出口的下游具有压力控制装置，所述压力控制装置用于控制下游压力，优选地使得所述分离罐的用于油和气体的出口处的压力低于所述分离罐上的水出口处的压力。

12.根据权利要求1-10中任一项所述的分离罐，其中，各个所述分离罐单元具有压力控制装置，所述压力控制装置用于控制所述分离罐单元的第一出口下游的压力，优选地使得所述压力低于所述分离罐单元的第二出口处的压力。

13.根据权利要求3-12中任一项所述的分离罐，其中，各个所述分离罐单元具有从所述分离罐单元的上部中的第一出口延伸到所述分离罐单元的下部中的第二出口的中心管，所述中心管被在所述第一出口与所述第二出口之间的流动屏障阻塞，并且所述中心管具有从所述分离罐单元延伸出来的上延长部和从所述分离罐单元延伸出来的下延长部。

14.根据权利要求13所述的分离罐，其中，在所述分离罐中的最下面的分离罐单元中，所述中心管的下延长部通过所述分离罐的底端向下延伸，并且在所述分离罐中的最上面的分离罐单元中，所述中心管的上延长部通过所述分离罐的顶端向上延伸，所述中心管的剩余延长部通过弯曲部分在径向方向上从所述分离罐单元延伸出来。

15.根据权利要求2-14中任一项所述的分离罐，其中，所述至少两个分离罐单元中的第一分离罐单元位于所述分离罐的内环形壳内的最上面，而所述至少两个分离罐单元中的第二分离罐单元被定位成与所述第一分离罐单元相邻并位于所述第一分离罐单元下方。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的分离罐，其中，所述罐壳体的尺寸被形成为具有大于所述内环形壳的厚壁的壁厚的压力容器。

17.根据权利要求1-15中任一项所述的分离罐，其中，各个所述分离罐单元具有螺旋形叶片，所述螺旋形叶片沿着所述内环形壳的内部通过圆周扇形或圆周部分在从290°到320°的范围内延伸。

18.根据权利要求16所述的分离罐，其中，De/Di的比值在从1.5到2的范围内，De是所述内环形壳的内径，而Di是所述螺旋形叶片的内径。

19.根据权利要求1-18中任一项所述的分离罐，其中，各个所述分离罐单元具有在从2.35到2.85的范围内的Dw/De比值，Dw是内环形壁的外径，而De是所述内环形壳的内径。

20.根据权利要求1-19中任一项所述的分离罐，其中，所述分离罐安装在位于井口处的防喷器(BOP)的下游。

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