CN103813842B - 用于油-气分离装置的动态破乳系统 - Google Patents

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Abstract

用于油-气分离装置（GOSP）的促进从油中除水的动态破乳系统，该GOSP具有与脱盐器容器流体连通的脱水器容器（151），该脱盐器容器进而与水/油分离器容器流体连通，该系统包括下列系统组件：在脱水器容器（151）、脱盐器容器和/或水/油分离容器各自的一个或多个的上游的在线微波处理子系统（146），所述各个容器接收水-油乳液；用于实时监测和传送表示在各（一个或多个）容器中和/或在与传感器相关的各（一个或多个）容器下游的水-油乳液的一种或多种性质的数据的传感器（111、112、113、114、115）；和接收来自传感器（111、112、113、114、115）的数据并基于乳液的性质将一个或多个信号传送至在线微波处理子系统（146）以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体的处理器/控制器（110）。

Description

用于油-气分离装置的动态破乳系统
相关申请
本申请要求2011年7月26日提交的美国临时申请号61/511,650的权益，其公开内容经此引用并入本文。
发明背景
技术领域
本发明涉及全原油加工方面的改进，特别是涉及用于油-气分离装置中全原油的破乳的改进方法。
现有技术说明
基于各种公知的因素，原油通常含有不同量的气体、水和固体。注水法——其中将水注入油藏以提高压力和刺激生产，特别是在成熟油田——提高了生产的原油中的含水率或水的百分比。油可以作为游离油、乳液和/或不同比例的溶解状态存在于水中。“游离油”通常是指150微米或更大的油滴，此类油滴因其大尺寸和相对快速的上升速度将立即浮到表面。乳液是油在水中的稳定分散液，并因油滴的相对小直径形成。
油气分离装置（GOSP）是公知的，并用于分离气体、水和油以制造干燥原油作为最终产物。来自油藏的含水石油的较高含水率和紧密乳液增加了在GOSP中分离的难度和必要时间。当含水率提高时，在分离设备内的保留时间增加以应对过量的水，结果，石油生产速率降低，GOSP成为石油生产中的瓶颈。
油滴尺寸分布是影响油水分离器设计的重要因素。与处理、操作和处置这种水相关的成本随时间而提高，因为分离效率低。沉降速度（Vt），其度量油与水的粗分离，取决于两种不混溶液体的密度差值的量级。根据斯托克斯定律的沉降速率函数是：
V t = g D 2 ( d o - d w ) 18 μ
其中，g=重力加速度（米/秒2）；
D=小球的直径（米）；
dw=水的密度（千克/米3）；
do=小球的密度（千克/米3）；和
μ=绝对粘度（千克/米·秒）。
相同的关系支配轻质液滴在较重质液体中的上升，其中Vt是负值。
小油滴更难以分离。根据斯托克斯定律，降低的液体尺寸导致降低的上升速度。高效分离的先决条件因此是油滴合并，即变得更大并更快速地上升。
水排放法规已经变得更严格，以经济和有效的方式遵守法规向行业提出了持续的挑战。虽然对于从水中除去油而言存在数种广泛接受的技术，仍然存在局限性，包括油去除效率，即在处理过的水中的最终油浓度，以及油滴尺寸，为此对所选技术进行优化。通常采用两种至三种类型的油水分离技术以处理生产的水至所需的较低烃浓度。在成熟油田中，例如生产含水率大于30%的油的油田，油井的经济性显著变化。因此，应改变自由水分离器（FWKO）的设计特性，否则FWKO因流入原油中的过量水而成为瓶颈。
通常设计和构造GOSP以处理来自位于一个或多个油藏（集合用于加工的原油油源）的一口或多口油井的石油生产。GOSP的主要目的是增加流动性和制造干燥原油作为最终产物，例如用于装载到游轮中或经管道输送至炼油厂。
通常，GOSP是连续分离方法，其通常包括两级或三级油气分离设施。单元操作包括脱水器单元、脱盐单元、水/油分离容器（WOSEP）、稳定塔、高压生产阱（productiontrap）（HPPT）和低压生产阱（LPPT）。此外，该GOSP可以包括锅炉、冷凝器、分离泵、热交换器、用于添加破乳化学品的混合阀、用于稳定该乳液的撇乳器（skimmers）、循环泵、水平阀、继动阀和控制系统组件，如一个或多个操作性地耦联到计算机化控制器或操作者通知系统上的传感器。
参照图1的示意图，现有技术的典型单列GOSP系统10包括HPPT单元31、LPPT单元41、湿原油储罐49、脱水器单元51、脱盐器单元61、水/油分离器容器71、废水容器72、稳定塔81、再沸器82和干燥原油容器91。
来自井池的湿原油或紧密乳液原油流30进入该HPPT单元31，在其中原油分离为气体排放流32、排放以便收集至水/油分离器容器71的水排放流33，以及湿原油流34。将来自HPPT单元31的湿原油流34送至LPPT单元41，在其中内容物分离为气体排放流42、排放以便收集至水/油分离器容器71的水排放流43，以及送至湿原油储罐49的湿原油流44。
将湿原油流48从湿原油储罐49中泵送并输送至脱水器单元51用于进一步的水/油分离。将水流53排出以便在水/油分离器容器71中收集，并将原油流52输送至脱盐器单元61。湿原油在脱盐器单元61中用含水层水（未显示）洗涤，将处理过的湿原油流62送至稳定塔81，并将水流63排出以便在水/油分离器容器71中收集。
该稳定塔81具有许多塔盘（例如多至十六个），由此原油向下流经各塔盘，直到它们到达抽出塔盘。再沸器82加热来自抽出塔盘的干燥原油，并使其返回到稳定塔81中。原油中的轻质组分汽化并上升通过稳定器塔盘。硫化氢和轻质烃作为气体流84移除，并且将干燥原油流92排出并收集在干燥原油容器91中。
水/油分离器容器71收集来自流33、43、53和63的水，并使用例如离心泵从收集的水中分离油。将废水排放到废水容器72中，将提取的油输送至湿原油储罐49。
通常，该HPPT单元31在大约100磅力/平方英寸表压（PSIG）至大约200PSIG的压力和大约50℃至大约80℃的温度下运行。LPPT单元41在大约30PSIG至大约70PSIG的压力和大约35℃至大约80℃的温度下运行。
GOSP通常设计为通过重力分离处理大约30%至大约40%的含水率。GOSP的最终目标是将污染物含量降低至合适的水平，例如少于0.2%的油脚、沉淀物和水（BS&W），以及更低浓度的溶解的硫化氢以满足原油规格。
油在水中（或水在油中）的紧密乳液在将原油从油井输送至GOSP的过程中和在GOSP内自然生成。湿原油中的乳液水平因搅拌和混合而提高，特别是当通过注入的水来提高来自油井的产量时。此外，过量水提高了脱水与脱盐单元中的负荷、用于重力分离的时间以及化学添加剂的必要量。
紧密乳液可以通过机械混合和/或化学作用而形成。化学产生的乳液通常是由于在储油层中添加了稳定剂。机械产生的乳液是通过泵送、穿过扼流圈的大的压降、控制阀和其它混合操作造成的。这些机械力还影响液滴尺寸。例如，使流体穿过阻塞阀（由高压区至低压区）会导致液滴尺寸减小。机械剪切力会产生高比例的10微米或更小的分散油滴。
紧密乳液变得越来越难以去除，尤其是当它们在原油中含有大约1%-4%的水时。对于非常紧密的乳液而言，脱水和脱盐器单元需要附加的化学品并增加循环/泵送以便从该乳液中除去水。但是，由于低保留时间和低效的混合，化学添加剂的并入可能是低效的。
因此，本发明解决的长期存在的问题是如何在GOSP中改善全原油加工以提高原油流动性，特别是如何改善GOSP中全原油的破乳。
发明概述
根据本发明的实施方案，将一个或多个在线（in-line）微波处理子系统并入GOSP中以便在诸如以下的位置处破坏紧密的油-水乳液：脱水器容器的上游、脱盐器容器的上游、水/油分离容器的上游、脱水器容器的上游与脱盐器容器的上游两者、脱水器容器的上游与水/油分离容器的上游两者、脱盐器容器的上游与水/油分离容器的上游两者、或脱水器容器、脱盐器容器与水/油分离容器各自的上游。对各子系统或组合的操作施以动态监测和控制系统，由此根据经由一个或多个在线数据采集元件，例如传感器和本领域已知的其它仪器传送至控制计算机的信息信号改变由该（一个或多个）在线微波处理子系统发射的电磁能量的特性。
为方便起见，术语“传感器”用于指任何各种用于测量和/或表征该GOSP中处理的原油流性质的设备。
根据一个实施方案，用于GOSP的动态破乳系统包括以下：
在用于接收水-油乳液的脱水器容器上游的在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在脱水器容器中或在脱水器容器的下游与脱盐器容器的上游的水-油乳液的一种或多种性质的数据的传感器；和
接收来自传感器的数据并基于乳液的性质将一个或多个信号传送至在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体的处理器/控制器。
根据另一实施方案，用于GOSP的动态破乳系统包括以下：
在用于接收水-油乳液的脱盐器容器上游的在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在脱盐器容器中或在脱盐器容器的下游与水/油分离器容器的上游的水-油乳液的一种或多种性质的数据的传感器；和
接收来自传感器的数据并基于乳液的性质将一个或多个信号传送至在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体的处理器/控制器。
根据另一实施方案，用于GOSP的动态破乳系统包括以下：
在用于接收水-油乳液的水/油分离器容器上游的在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在水/油分离器容器中或在水/油分离器容器的下游的水-油乳液的一种或多种性质的数据的传感器；和
接收来自传感器的数据并基于乳液的性质将一个或多个信号传送至在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体的处理器/控制器。
根据另一实施方案，用于GOSP的动态破乳系统包括以下：
在用于接收水-油乳液的脱水器容器上游的第一在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在脱水器容器中或在脱水器容器的下游与脱盐器容器的上游的水-油乳液的一种或多种性质的数据的第一传感器；
在用于接收水-油乳液的脱盐器容器上游的第二在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在脱盐器容器中或在脱盐器容器的下游与水/油分离器容器的上游的水-油乳液的一种或多种性质的数据的第二传感器；和
处理器/控制器，其
接收来自第一传感器的数据并基于第一传感器测定的乳液的性质将一个或多个信号传送至第一在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体，和
接收来自第二传感器的数据并基于第二传感器测定的乳液的性质将一个或多个信号传送至第二在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体。
根据另一实施方案，用于GOSP的动态破乳系统包括以下：
在用于接收水-油乳液的脱水器容器上游的第一在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在脱水器容器中或在脱水器容器的下游与脱盐器容器的上游的水-油乳液的一种或多种性质的数据的第一传感器；
在用于接收水-油乳液的水/油分离器容器上游的第二在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在水/油分离器容器中或在水/油分离器容器的下游的水-油乳液的一种或多种性质的数据的第二传感器；和
处理器/控制器，其
接收来自第一传感器的数据并基于第一传感器测定的乳液的性质将一个或多个信号传送至第一在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体，和
接收来自第二传感器的数据并基于第二传感器测定的乳液的性质将一个或多个信号传送至第二在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体。
根据另一实施方案，用于GOSP的动态破乳系统包括以下：
在用于接收水-油乳液的脱盐器容器上游的第一在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在脱盐器容器中或在脱盐器容器的下游与水/油分离器容器的上游的水-油乳液的一种或多种性质的数据的第一传感器；
在用于接收水-油乳液的水/油分离器容器上游的第二在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在水/油分离器容器中或在水/油分离器容器的下游的水-油乳液的一种或多种性质的数据的第二传感器；和
处理器/控制器，其
接收来自第一传感器的数据并基于第一传感器测定的乳液的性质将一个或多个信号传送至第一在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体，和
接收来自第二传感器的数据并基于第二传感器测定的乳液的性质将一个或多个信号传送至第二在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体。
根据另一实施方案，用于GOSP的动态破乳系统包括以下：
在用于接收水-油乳液的脱水器容器上游的第一在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在脱水器容器中或在脱水器容器的下游与脱盐器容器的上游的水-油乳液的一种或多种性质的数据的第一传感器；
在用于接收水-油乳液的脱盐器容器上游的第二在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在脱盐器容器中或在脱盐器容器的下游与水/油分离器容器的上游的水-油乳液的一种或多种性质的数据的第二传感器；
在用于接收水-油乳液的水/油分离器容器上游的第三在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在水/油分离器容器中或在水/油分离器容器的下游的水-油乳液的一种或多种性质的数据的第三传感器；和
处理器/控制器，其
接收来自第一传感器的数据并基于第一传感器测定的乳液的性质将一个或多个信号传送至第一在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体，
接收来自第二传感器的数据并基于第二传感器测定的乳液的性质将一个或多个信号传送至第二在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体，和
接收来自第三传感器的数据并基于第三传感器测定的乳液的性质将一个或多个信号传送至第三在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体。
下面详细讨论再其它方面、实施方案以及这些示例性方面与实施方案的优点。此外，要理解的是，前面的描述和下面的详细描述仅仅是各个方面和实施方案的说明性实施例，意在提供理解所要求保护的方面与实施方案的性质与特性的概述或框架。包括附图以提供各个方面和实施方案的图解和进一步理解。该附图与说明书的剩余部分一起用于解释所描述和要求保护的方面与实施方案的原理与操作。
附图概述
当结合附图阅读时将最好地理解前面的概述以及下面的详述。为了图解本发明，在附图中显示了本发明优选的实施方案。但是要理解的是，本发明不限于显示的精确配置与设备。在附图中，相同的标号用于指相同或相似的要素，其中：
图1是现有技术的典型单列GOSP的示意图；
图2是改进的全原油脱硫系统的一个实施方案的一部分的示意图；
图3是改进的全原油脱硫系统的另一实施方案的一部分的示意图；
图4是改进的全原油脱硫系统的再一实施方案的一部分的示意图；
图5是适于在本发明的实践中使用的计算机系统的示例性框图；
图6是显示微波处理之前和之后紧密乳液原油粘度降低的图；
图7是显示不同处理时期后紧密乳液原油粘度降低的图。
发明详述
用于在GOSP中改进全原油加工的动态破乳系统包括改进的破乳方法，其中在破乳系统中在高压阱（HPPT）和低压生产阱（LPPT）的处理阶段后在GOSP中集成在线微波处理子系统。微波能量促进粒子间接触，并产生更易分离的较大液滴。微波处理还使得通过提高可溶性硫化氢的脱气从而更容易地去除溶解在湿原油中的硫化氢。此外，在系统中并入多个原位传感器以改善工艺效率、安全性，并提供用于控制施加至流体流的电磁能的信号。
图2-4是合并本发明的动态破乳系统的实施方案的GOSP部分的示意图，强调了在GOSP中一个或多个位置处用于破坏紧密油-水乳液的在线微波处理子系统。向湿原油施加电磁能量以破坏该乳液，并使水与油分离并将油输送至脱水器容器、脱盐器容器或水/油分离容器的一个或多个中。将来自微波源的电磁能量直接施加到湿原油上，结果，提高了温度，引起粘度的降低并因此根据斯托克斯定律提高了沉降速度。此外，电磁能量引起油滴与水滴之间相互作用的变化，有益于油合并成更大的液滴，由此根据斯托克斯定律进一步提高沉降速度。
在各种布置中，在图2-4中标识的一个或多个位置处，基于与该湿原油所需的破乳程度有关的数据动态调节施加的能量的功率特性。这些特性包括但不限于硬乳液性质、含水率和流速。电磁能量与水分子相互作用以便将湿原油的流加热至大约100℃至120℃的温度大约1分钟至大约15分钟，由此提高水与原油的分离。
除了处理紧密乳液之外，施加电磁能量还用于减少存在于原油中的溶解的H2S的量。该H2S浓度可以通过位于稳定塔上游的H2S传感器测得。最终产品，即干燥原油，在某些实施方案中含有少于10ppm的H2S。
参照图2的示意图，改进的全原油脱硫系统的一部分100的一个实施方案包括自动化控制系统110、喷射设备145、在线微波子系统146、混合阀147、脱水器容器151、水水平和继动阀155和水/油分离器阀157。
在线微波子系统146位于用于连续和/或动态流动处理含水石油（例如来自储罐的含水石油流120）的脱水器容器151的上游。该在线微波子系统146可以是单个单元或多个单元以处理流120和允许将微波处理过的湿原油流121送至脱水器容器151，任选地通过混合阀147以任选经由喷射设备145并入化学添加剂，如图1中虚线所示。含水石油流152从脱水器容器151中排出并输送至脱盐器容器（未显示）。下游的脱盐器容器和相关设备可以是常规子系统，或在某些实施方案中可以是关于图3所显示和描述的脱盐器单元261，其中含水石油经过另一个微波处理系统。水流153经水水平和继动阀155与水/油分离器阀157排放至水/油分离器容器（未显示）。阀155和/或157可用于控制在脱水器容器151中的停留时间，该时间可以基于对应于从传感器接收的处理流的特性的信号通过自动化控制系统110来控制。
可以在图2中所示的整个GOSP部分的各个位置包括传感器，包括以下的一个或多个：在在线微波子系统146上游的传感器111；在在线微波子系统146下游的传感器112；在混合阀147下游的传感器113；在从脱水器容器151中排出的
流152流152中的传感器114；在从脱水器容器151中排出的水流153中并在水水平和继动阀155的上游的传感器115；在水水平和继动阀155的下游和在水/油分离器阀157的上游的传感器116；以及在水/油分离器阀157下游的传感器117。该传感器与自动化控制系统110连通以实施适当的工艺改进，从而提供动态破乳系统。在一个实施方案中，控制器110可以是任何合适地编程的或专用的计算机系统、可编程逻辑控制器（PLC）或分布式控制系统，其一个实例显示在图5中。在例如如图3和/或4中所示的其中在脱盐器单元和/或水/油分离单元处提供附加微波处理子系统的实施方案中，发挥控制器110功能的控制器可以是这些其它单元共用的，或单独的并与其它控制器连通以提供适当的（一个或多个）反馈和/或前馈作用。
该混合物的乳液性质（在传感器111、112、113和114的一个或多个的情况下）或水包油含量（在传感器115、116或117的一个或多个的情况下）连通至控制器110。通过自动化程序，如分布式控制系统来收集数据，并进行反馈和/或前馈作用以调节由在线微波子系统146发射的电磁能量的特性。此外，关于任选经喷射设备145引入的化学添加剂的类型和/或量，或脱水器容器151中含水石油的操作条件的一者或多者（例如温度、压力、停留时间），可以进行反馈和/或前馈作用。由适当编程的微处理器/控制器数据控制系统响应与这些参数对应的信号来控制脱水器容器151的温度和压力。脱水器容器151还可以是蒸汽夹套的。流入物的温度可以通过在线热交换器改变。
参照图3的示意图，改进的全原油脱硫系统的一部分200的另一种实施方案包括自动化控制系统210、喷射设备245、在线微波子系统246、第一混合阀247、脱盐器单元261、继动阀255、第二混合阀256和一组离心泵257。
在线微波子系统246位于用于连续和/或动态流动处理含水石油，例如来自脱水器容器（未显示）的含水石油流222的脱盐器单元261的上游。上游脱水器容器和相关设备可以是常规子系统，或者在某些实施方案中可以是参照图2显示并描述的脱水器单元151。该在线微波子系统246可以是单个单元或多个单元以处理流222并允许微波处理过的湿原油流223通过，如图2中虚线所示，任选地通过第一混合阀247以经由喷射设备245任选并入化学添加剂。将含水石油流252排出并输送至稳定塔（未显示），并将水流253通过继动阀255和一组离心泵257排出至水/油分离器容器（未显示）。下游的水/油分离器容器和相关设备可以是常规子系统，或在某些实施方案中可以是参照图4显示和描述的水/油分离器容器371，其中含水石油经过另一微波处理系统。水流253还可以再循环回到在线微波子系统246以便进一步分离水和油。
可以在图3中所示的整个GOSP部分的各个位置包括传感器，包括以下的一个或多个：在线微波子系统246上游的传感器211；在线微波子系统246下游的传感器212；第一混合阀247下游的传感器213；在从脱盐器单元261排放的含水石油流252中的传感器214；在从脱盐器单元261排放的水流253中并在继动阀255上游的传感器215；在继动阀255下游和在一组离心泵257上游的传感器216；和在一组离心泵257下游的传感器217。该传感器与自动化控制系统210连通以实施适当的工艺改进，从而提供动态破乳系统。在一个实施方案中，控制器210可以是任何合适地编程的或专用的计算机系统、PLC或分布式控制系统，其一个实例显示在图5中。在例如如图2和/或4中所示的其中在脱水器单元和/或水/油分离单元处提供附加微波处理子系统的实施方案中，发挥控制器210功能的控制器可以是这些其它单元共用的，或单独的并与其它控制器连通以提供适当的（一个或多个）反馈和/或前馈作用。
该混合物的乳液性质（在传感器211、212、213和214的一个或多个的情况下）或水包油含量（在传感器215、216或217的一个或多个的情况下）连通至控制器210。通过自动化程序，如分布式控制系统来收集数据，并进行反馈和/或前馈作用以调节由在线微波子系统246发射的电磁能量的特性。此外，关于任选经喷射设备245引入的化学添加剂的类型和/或量，或脱盐器单元261中含水石油的操作条件的一者或多者（例如温度、压力、停留时间），可以进行反馈和/或前馈作用。通过数据控制系统来控制脱盐器单元261的温度和压力。脱盐器单元261还可以是蒸汽夹套的容器以实施温度控制。流入物的温度通过在线热交换器改变。
参照图4，提供改进的全原油脱硫系统的一部分300的另一种实施方案的示意图。该部分300包括自动化控制系统310、在线微波子系统346、水/油分离器容器371和两个离心泵373与374。
在线微波子系统346位于用于连续和/或动态流动处理含水石油，例如来自脱盐器容器（未显示）的含水石油流324的水/油分离器容器371的上游。上游脱盐器容器和相关设备可以是常规子系统，或者在某些实施方案中可以是参照图3显示并描述的脱盐器单元261。该在线微波子系统346可以是单个单元或多个单元以处理流324并将微波处理过的湿原油流325输送至水/油分离器容器371。含水石油流352经离心泵374排出并输送至湿原油储罐（未显示），水流353经离心泵373排出至废水容器（未显示）。水流353还可以再循环回到在线微波子系统346以进一步分离水和油。
可以在图4中所示的整个GOSP部分的各位置处包括传感器，包括以下的一个或多个：在线微波子系统346上游的传感器311；在线微波子系统346下游的传感器312；在从水/油分离器容器371中排出的含水石油流352中并在离心泵374上游的传感器313；在从水/油分离器容器371中排出的水流353中并在离心泵373上游的传感器314；离心泵374下游和湿原油储罐（未显示）上游的传感器315；在离心泵374下游和在在线微波子系统346上游的传感器316；在离心泵373的下游和在在线微波子系统346上游的传感器317；和在离心泵373的下游和在废水容器（未显示）上游的传感器318。该传感器与自动化控制系统310连通以实施适当的工艺改进，由此提供动态破乳系统。在一个实施方案中，控制器310可以是任何合适地编程的或专用的计算机系统、PLC或分布式控制系统，其一个实例显示在图5中。在例如如图2和/或3中所示的其中在脱水器单元和/或脱盐器单元处提供附加的上游微波处理子系统的实施方案中，发挥控制器310功能的控制器可以是这些其它单元共用的，或单独的并与其它控制器连通以提供适当的（一个或多个）反馈和/或前馈作用。
该混合物的乳液性质（在传感器311、312、313、315和316的一个或多个的情况下）或水包油含量（在传感器314、317或318的一个或多个的情况下）连通至控制器310。通过自动化程序，如分布式控制系统来收集数据，并进行反馈和/或前馈作用以调节由在线微波子系统346发射的电磁能量的特性。此外，关于水/油分离器容器371中含水石油的操作条件的一者或多者（例如温度、压力、停留时间），可以进行反馈和/或前馈作用。通过数据控制系统来控制水/油分离器容器371的温度和压力。水/油分离器容器371还可以是蒸汽夹套容器以实施温度控制。流入物的温度通过在线热交换器改变。
本文中所述的动态破乳系统可以单独实施或与实时优化系统合作使用。此类优化可以通过使用微波能量进一步提高。涉及温度和压力的传感器在现有分布式控制系统（DCS）中是已知的。可以使用各种优化模型。例如，一般的实时优化（RTO）系统可用在常规设备中。该RTO可以包括下列组件：
a.数据验证：使用数据调谐和信号处理技术验证输入和输出的数据。
b.模型更新：将加工设施模型、油井/网络模型更新至最贴合可用输入与输出数据。
c.基于模型的优化：建立基于更新模型的优化问题并解决该问题以获得优化控制设置。
d.优化程序命令调节：执行优化后分析以检查计算的控制设置的有效性。
作为常规已知的实时优化是一种以给定频率测量或计算控制循环以便将系统的优化操作条件保持在该系统的时间常数限制内。集成或合作使用本文中所述的动态破乳系统进一步增强了实时优化。
通过连续收集和分析设备数据，建立优化控制设置。这些设置随后在DCS或其它控制器的指导下直接在设备中执行，或者将它们提供给操作人员。如果直接执行设置的话，该RTO称为闭环系统。为了实现优化或接近优化的操作，通过设备测量对设备模型进行连续更新以更好地贴合加工设施的实际输入-输出行为。
使用合适的软件以提高处理量，并且具有初始扰动的连续过程的控制可用于优化该GOSP单元。该软件包提供了对难以通过常规自动化技术进行控制的连续过程的自动化控制。在RTO系统中，在规律的基础上重新计算设定点的优化值，例如根据需要为每小时或每天。这些重复计算涉及解决限制性、稳态的优化问题。必要信息包括：（a）稳态过程模型；（b）经济信息（例如价格、成本）；和（c）待最大化（例如利润）或最小化（例如成本）的性能指标。注意，项目（b）和（c）有时称为经济模型，用于最大化油从水中的分离。
输入信号最低限度包括原料流和整个进料流中的水/油含量，而输出流将包括在施加的最小能量下优化的油分离。
尽管初始预加热，该油/水含量决定了该乳液是否“紧密”。一旦确定该乳液具有高油含量，其可以通过微波处理进一步加工。
适于与本发明的动态破乳系统一起使用并显示在图5中的计算机系统400的示例性框图可以与常规用于GOSP的类型的现有实时优化系统集成或分离，并包括处理器402，如中央处理单元，输入/输出界面404和支持电路406。在其中计算机400需要直接的人机界面的某些实施方案中，还提供显示器408和输入装置410如键盘、鼠标或指示器。该显示器408、输入装置410、处理器402和支持电路404显示连接到总线412，该总线412还连接到内存414上。内存414包括程序存储内存416和数据存储内存418。用于实施反馈和/或前馈控制的路径和子路径可以储存在程序存储内存416中；这些路径和子路径使用的数据可以存储在数据存储内存418中。注意的是，虽然计算机400被描绘为具有直接的人机界面组件显示器408和输入装置410，模块的编程和数据的导出可以替代地在界面404上实现，例如当计算机400连接到网络并且该编程和显示操作在另一台相联计算机上发生，或通过已知用于与界面可编程逻辑控制器一起使用的类型的可拆卸输入装置。
本发明可以有利地用于处理超轻质原油中的紧密乳液、石蜡基紧密油乳液和重质原油原料。
用于该动态破乳系统的运行条件是大约900MHz至大约2,500MHz的微波辐射频率；大约100瓦、在某些实施方案中大约500瓦至大约5，000瓦的微波功率水平；大约0.1分钟至大约500分钟、在某些实施方案中大约0.2分钟至大约15分钟的暴露于微波辐射的时间。该GOSP系统装有安全探头以监测湿原油处理所需的微波能量水平。
在线实时分析传感器目前用于在GOSP设施表征流体。此类系统的一个实例是由英国的Jorin制造的视频成像粒子分析仪（ViPA）。JorinViPA是设计为提供关于粒子和/或液滴类型、尺寸与浓度的信息的在线图像分析系统。可以通过在不同样品点处分析过程的滑流来获得数据。该ViPA使用视频显微镜以周期性捕获过程流中粒子的图像，并且处理器分析该图像。在数据保存并捕获下一图像之前，对图像中的各个粒子记录关于形状、尺寸、光密度和其它物理特性的信息。每秒分析大约15个图像。该ViPA可以利用形状之间的差别区分固体粒子与油滴。该ViPA可以采用任意或所有参数区分单一液体流动图像中的多至八种粒子类型。
用于连续监测液体界面的传感器利用高频电磁能量发射器和接收器系统。具有数据发射器的该传感器容纳在浮力结构中，调节该浮力结构具有的密度以安置该单元，从而监测界面。适用于该应用的传感器由Boulder,Colorado的GEAnalyticalInstruments（geaige.com）以商品名ID-223FloatingSensor销售。该传感器基于以下原理运行：水吸收比烃更多的电磁能，并且水的吸收率的变化表明烃类的存在或累积。该传感器的连续监测特征允许实时动态收集数据以便传输到控制系统。该传感器能够可靠地检测烃，并且还能有效地指示烃层的厚度和油状乳液中水的百分比。此类传感器也可用于检测两种具有不同吸收率的可挥发（emissible）液体之间的界面。使用这类型传感器的监测系统可以基于有线或无线信号传输，并可以处理来自多个传感器的信号。
在标准工业外壳中的合适的模拟信号处理器与电力供应也由GEAnalyticalInstruments以商品名PS-220Controller出售。该控制器生成的信号与烃厚度成正比，所述烃厚度可以以柱形图显示。浮动式传感器产生的信号可以校准以识别紧密乳液或硬乳液，并且该信息可以再反馈或前馈电路中传输以控制施加到乳液上的微波能量的水平与持续时间。
传感器与监测系统优选包括一个或多个警报器，其可以被启动以识别超过预定最大可操作水平的乳液层厚度。该监测系统优选包括信号处理器继电器，其用于本地和远程控制，并用于启动警报器。当涉及高流速时，可以安装所谓静水井，使代表性样品进入该静水井中，以便通过位于该井中的浮动式传感器进行连续或周期性的监测。
来自水/油分离器的废水可以任选被进一步处理以尽量减少从该系统中排出的水的烃含量。为此目的的各种专有商业方法在本领域是已知的。一种此类方法可获自Montreal,Canada的ProsepInc.（前身为TORRCanadaInc.）并描述为整体油治理与回收（TORR）工艺技术。其基于多阶段过滤、合并和重力分离，其使用在聚合物骨架上具有亲油性和疏水性基团的聚氨酯基吸附剂材料。这种吸附剂材料放置在一系列容器中，油状水通过这一系列容器，并随后进入回收室，其中溶液气体和自由浮动并分散的油最终与水分离。该TORR工艺通过在各处理阶段并入吸附、合并、解吸和重力分离的物理效果进行多相分离。
同样适于在从系统中排放油状废水之前对其进一步处理的是Epcon紧凑型浮选单元（CFU），其由充当三相水/油/气体分离器的垂直容器组成。离心力和气体浮选有助于该分离过程。令油滴和液滴聚集和合并以产生较大的油滴。这最终会在浮选室的上部液面处产生连续的油层或乳液层。该室中的内部设备和通过从水中释放残余气体而同时引发的气体浮选效果促进了该分离过程。在某些情况下，可以通过引入外部气体和/或特定的絮凝化学品来实现工艺优化。所得油和气体沉积以连续方式经单独的出口管移除。
另一种油状废水处理称为CTour法，使用凝析油（gascondensate）从水中萃取烃。在制得水流引导通过现有水力旋流器系统之前向其中注入凝析物。该凝析物充当溶剂，将溶解的烃从水相中抽提出来并进入该凝析物。此外，该凝析物有助于合并分散的小油滴，其随后在水力旋流器中移除之前形成更大的油滴。据说，该过程也能够从制得的水中除去许多溶解的有机化合物。
本发明的方法通过监测乳液并响应从系统传感器收集的信息改变对该原料施加的在线微波处理，由此有利地改善了油与水从湿原油与紧密乳液中的可分离性。电磁能量直接施加到湿原油以提高其温度并由此降低其粘度，以便响应于变化的条件促进油滴的合并与分离的速率。进一步的益处是随着可溶性气体的提高的脱气减少了硫化氢含量。
实施例
实施例1：
MicroSynth微波反应器（由MilestoneSri,Sorisole(BG)Italy制造）用于处理从阿拉伯原油井口收集的原油的紧密乳液，该乳液具有大约11.3的低美国石油学会（API）比重。该微波反应器装有安全性/限制部件以控制施加到该紧密乳液原油上的电磁能量的量。施加大约500瓦的功率（微波反应器总能量容量的50%）4分钟。处理后的API比重为29.1，并且通过微波反应器进行的电磁辐射处理导致油从该超紧密乳液中分离。
实施例2：
来自阿拉伯油田井口的原油的紧密乳液的粘度在70℉下为265.2mm2/s。使用MicroSYNTH微波反应器对30克数量的这种紧密乳液施以微波处理。施加大约在500瓦特水平的功率5分钟。没有向体系中添加化学品或水。
该紧密乳液分离为油相和水相。处理过的油的粘度明显改善，因为处理过的油是可流动的。处理过的油的粘度减低至19.4mm2/s（在70℉下）。参照图6的图，将微波处理之前（点A）和之后（点B）的粘度结果绘图。微波处理之前和之后该紧密乳液原油的样品的目视检查证实，该微波处理在破坏乳液方面非常有效。
实施例3：
来自塔盘-油井口的原油的紧密乳液的粘度在122℉下为2327mm2/s。向三个单独的样品分别施加大约在1000瓦特水平的功率5分钟、10分钟和20分钟。各样品在微波处理之前（点A）和之后的粘度结果显示在图7的图上。在5分钟后（点B），处理过的油的粘度降低至7.8mm2/s（在122℉下）；在10分钟后（点C），处理过的油的第二样品的粘度为8.0mm2/s（在122℉下）；并且在20分钟后（点D），处理过的油的第三样品的粘度为7.2mm2/s（122℉）。要注意的是，粘度在微波处理5分钟后显著降低，并在微波处理10分钟和20分钟后保持几乎不变。
在上文中和在附图中已经描述了本发明的方法与系统，进一步的修改对本领域普通技术人员而言是显而易见的，本发明的保护范围由下面的权利要求限定。

Claims (1)

1.用于油-气分离装置(GOSP)以促进从油中除水的动态破乳系统，该GOSP至少包括与脱盐器容器流体连通的脱水器容器，该脱盐器容器进而与水/油分离器容器流体连通，该破乳系统包括：
在用于接收油包水乳液的脱水器容器上游的第一在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在脱水器容器中或在脱水器容器的下游与脱盐器容器的上游的油包水乳液的一种或多种性质的数据的第一传感器，其中第一传感器选自脱水器容器中的利用高频电磁能量发射器和/或接收器连续监测液体表面的浮力结构，和产生脱水器容器的下游以及脱盐器容器的上游的滑流的图像的成像系统；
在用于接收油包水乳液的脱盐器容器上游的第二在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在脱盐器容器中或在脱盐器容器的下游与水/油分离器容器的上游的油包水乳液的一种或多种性质的数据的第二传感器，其中第二传感器选自脱盐器容器中的利用高频电磁能量发射器和/或接收器连续监测液体表面的浮力结构，和产生脱盐器容器的下游以及水/油分离器容器的上游的滑流的图像的成像系统；
在用于接收油包水乳液的水/油分离器容器上游的第三在线微波处理子系统；
用于实时监测和传送表示在水/油分离器容器中或在水/油分离器容器的下游的油包水乳液的一种或多种性质的数据的第三传感器，其中第三传感器选自水/油分离器容器中的利用高频电磁能量发射器和/或接收器连续监测液体表面的浮力结构，和产生水/油分离器容器的下游的滑流的图像的成像系统；和
处理器/控制器，其
接收来自第一传感器的数据并基于第一传感器测定的乳液的性质将一个或多个信号传送至第一在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体，
接收来自第二传感器的数据并基于第二传感器测定的乳液的性质将一个或多个信号传送至第二在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体，和
接收来自第三传感器的数据并基于第三传感器测定的乳液的性质将一个或多个信号传送至第三在线微波处理子系统以产生并施加预定特性的微波能量至流动的流体。
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