CN104540566A - 带有共用废料容器的直列式气液分离系统 - Google Patents

带有共用废料容器的直列式气液分离系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种气液分离系统以及一种操作该气液分离系统的方法。

Description

带有共用废料容器的直列式气液分离系统
技术领域
本发明涉及一种用于气液分离的系统，其中，脱气器和去液器单元的废料流结合于共用废料容器中。
背景技术
气液分离设备及系统具有包含油气工业在内的广泛的工业应用性。考虑到所使用的设备的重量和尺寸，包括深水海下分离作业的海下分离作业极具挑战。
重量和尺寸限制包括紧凑分离系统的难题，该系统必须是紧凑且具有低重量的。此外，该系统应该稳健，即，需要较少的维护。然而，该系统必须可调节。
分离工艺设计应该稳健，使得该分离工艺可以参照技术规格安全可靠地进行操作，并且气体和液体出口质量也应该依据规格交付。简单且稳健的工艺设计也使得常规且稳健的工艺控制构造成为可能。
如果气体和液体出口不满足一定的质量规格，下游设备，诸如泵和压缩器可能会被损坏。
进料流可能不确定，并且在量和成分上变化，并且因此必要的是，该系统有必要具有良好且简便的调节和启动能力以及灵活的操作范围。
在深水中操作，优点是可以根据管代码(pipe code)而非压力容器对该系统进行分类和审核。
多相分离系统的示例可见于，例如WO 00/40834A1、GB 2394737A及US 6,197,095B1。
WO 00/40834 A1涉及一种用于在井口节流器下游的井口处从天然气流中去除可凝结物的方法。其提供有一种用于在井口处从天然气流中去除可凝结物的方法，该方法包含如下步骤：
(A)将超音速天然气流引导通过超音速惯性分离器的导管，由此将流体冷却到如下温度，该温度低于该可凝结物开始发生凝结时的温度/压强，从而形成分离的微滴和/或微粒；
(B)将微滴和/或微粒从气体中分离；并且
(C)收集已经去除可凝结物的气体，其中，超音速惯性分离器是井口节流器下游的井口组件的一部分。该发明还提供了一种用来从所述的天然气中去除所述可凝结物的装置，该装置是节流器下游的井口组件的一部分。
GB 2394737 A公开了一种流体分离系统，用于从井中分离多相流体，该系统包含至少一个第一重力分离器和至少一个第二重力分离器及阀，该阀允许根据流体特性和处理条件，将该第一重力分离器和第二重力分离器设置为并联或串联形式。阀可以选择性开启或关闭，以允许该第一分离器以并联形式操作，其后通过亦以并联形式操作的第二分离器进行二级再分离处理。
在US6,197,095 B1中，公开了一种海下多相流体分离系统及方法，其中该系统为模块化结构，其中，模块固定在单个框架中，以作为整体降至海床。该系统使用可靠的旋转性操作。该处理步骤序列设计为使得该系统相较于表面分离系统更为有效，并且由此提供了对于海下操作所期望的更为紧凑的尺寸。该操作方法包含多达5个基本处理步骤，其初始步骤为一个包含有将固体进行旋转分离的实施例。第二步直接在旋风分离器或绞龙分离器中，将大量气体从流体中旋转去除。通过分离和/或聚结水连续流中的油滴和/或油连续流中的水滴，用于第三步的液-液液力旋流器起作用以预分离该流体。由于较早进行的分离处理以及其后在去油液-液液力旋流器中的油水分离，针对流通过量，第四步的重力分离器相较于表面分离器明显小。
发明内容
本发明在权利要求书中限定。
附图说明
图1示出了根据本发明的系统的实施例。来自井内流的进料流1，在例如紧凑或常规的分相器、批量(bulk)分离器中分离，进入气体连续管线和液体连续管线中。优选地在直列去液器2中将气体连续流净化，即，将其去液，并且纯净气体通过气体出口排出，并且废料流进入废料容器4，相似地，优选地在直列脱气器3中将液体连续流脱气，并且纯净液体通过液体出口排出，并且废料流进入废料容器4。
其后，废料容器4用于净化剩余的气体和液体，将气体与去液器2的气体出口结合，且将液体与脱气器3的液体管线结合。
图2示出了带有多个并联的脱气器3和去液器2的本发明的实施例，并且其中，废料流进入共用废料容器4。
具体实施方式
本发明在海下应用中具有显著优点。尽管此处经由参考这种海下应用的示例描述本发明，但应当理解的是，本发明不限于这种海下应用，而也可应用于海上平台的水上应用以及陆地上应用。
由于进料流的动量促进了促使分离的向心加速度(或重力)，直列分离器会固有地受到低调节能力限制。
可以通过具有并联的2个或更多个去液器以及2个或更多个脱气器进行调节操作。如此，可以隔离，即断绝一个或更多个单元以进行调节操作。
针对调节至较低流量，即25％～0％的额定设计流量，根据本发明的该系统构造通过关闭出口阀5和6对此进行操作，使得所有到直列分离器(脱气器和去液器)的进料流被引导至共用废料容器。之后，流量对于共用废料容器和第一级散料分离器是足够低的，以分离并生产纯净气体和液体流，而不使用直列分离器。
在本发明中，直列分离器在低流量期间的降低性能能够通过如下方式克服：使用多个并联的脱气器和去液器，并且在非常低流量期间关闭出口阀5和6。当5和6完全关闭时，所有流被引导至共用废料容器。
该系统装备有控制阀，该控制阀用于调节不同流的流量。虽然应当依据进料流1的流量和成分对这些阀进行调节，但是这些阀也可以彼此独立地调节。
该系统可以利用本领域通常已知的装置和方法进行控制和调节。
在开启和关闭以及其它降低流量的非正常操作情况期间，此系统设计方案将确保完整及重叠的操作范围(operational envelope)，并且确保良好的分离质量并符合技术规格，而不使用/需要复杂工艺控制、再循环或交叉连接工艺流，复杂工艺控制、再循环或交叉连接工艺流趋于降低这样的紧凑分离系统的稳健性和可靠性。
根据本发明的分离系统设计提供了紧凑的气液分离工艺。该解决方案作为深水海下应用非常具有吸引力，但其也可作为紧凑分离设计用于水上应用。
特别地，该系统设计结合直列设备使用。在本文中，直列设备应理解为如在OTC 23223中和SPE 135492中描述的设备，该OTC 23223是在2012年4月30日～5月3日在美国德克萨斯州休斯顿召开的Offshore Technology Conference(海洋油气技术会议)上发表的论文，该SPE 135492是在2012年9月19～22日在意大利佛罗伦萨举行的SPEAnnual Technical Conference and Exhibition(SPE技术年会暨展览会)上发表的论文。由于严格的系统动力学和对于流动变化的敏感性，这样的直列设备的使用受到限制。当将单一容器用于来自脱气器和去液器的废料流时，该系统的控制复杂度下降，并且能够利用较大总体废料流进行操作，因此提高了该系统的稳健性。
将该直列分离器的废料流结合到组合废料容器中，使得整个系统为半紧凑的，使用标准工艺控制方案，可以容许进料流和压力变化，并仍获得良好质量的出口流。
根据本发明的分离系统设计用于紧凑的气液分离工艺中。它可用于海下深水，甚至超深水(3000m以下)或作为高压水上应用。本发明提供了一种低重量系统，该低重量系统具有关于工艺控制的稳健设计，并且因此可以操纵分离工艺的开启和关闭。在本发明的某些实施例中，也可利用管代码分类来设计该系统。
气体和液体进料流进入1，其将该流分离为液体连续流和气体连续流。气体连续流流到去液器2，其中，使将流体旋转，并且向心加速度促使气液分离。纯净气体通过气体出口从2排出，同时，从气体提取的液体与该气体的一部分被一起提取在废料管线中并流入到4中。来自1的液体连续流流向脱气器3，其中，使流体旋转，并且向心加速度促使气液分离。纯净液体经由液体出口从3排出，同时，气体和一些液体被提取在废料管线中并流入到4中。来自废料2和3的混合液体和气体流利用重力在共用容器4中分离，其中，干燥气体与气体出口结合，且脱气液体与液体出口结合。
将废料结合到共用容器4中，使得此分离系统能够生产2种纯净物相，并且同时使得此系统相较于分别使用带有单独引导器以及洗涤器部分并且均需要单独的控制系统的去液器和脱气器，更灵活地适应于工艺扰动且易于控制。去液器2和脱气器3的目的是减少载入到共用废料容器4中的气体和液体，并由此能够超实现紧凑的尺寸和占地面积，且仍获得规定的气体和液体出口质量。
相较于用于直列设备的常用设计理念，使用共用废料容器4可稳健地操作去液器2和脱气器3，这意味着，比获得规定的分离效率所需的废料稍微多的废料应该被提取至废料管线且进入到共用废料容器4中。这将确保对进料流和压力扰动的良好容许。
在本发明的实施例中提供了一种气液分离系统，该气液分离系统包含分流器(splitter)，该分流器构造成将来自井内流的进料物分离成液相和气相，以促使气液分离，其中，纯净液体通过液体出口管线排出，并且气体与一些液体被提取在废料管线中并流入到废料容器中，并且该分流器具有用于气相的出口，该出口连接到气体连续管线，该气体连续管线连接至去液器，该去液器构造成促使液气分离，其中，纯净气体通过气体出口管线排出，并且液体与一些气体被提取在废料管线中并流入到废料容器中。
在本发明的其它实施例中，共用废料容器是常规的分离器或ID管段。
在本发明的优选实施例中，脱气器是直列脱气器，并且/或者去液器是直列去液器。
在本发明的实施例中，气体连续流流入到一个或更多个去液器中，并且液体连续流流入到一个或更多个脱气器中，并且所有废料流结合在共用废料容器中。其中，在系统中，分别存在2个或更多个去液器和/或脱气器，如图2中所示它们构造成并联的。
脱气器和去液器的数目彼此独立，例如，可以存在一个脱气器和2个或更多个并联的去液器，2个或更多个并联的脱气器和一个去液器，3个并联的脱气器和5个并联的去液器。
本发明的一个实施例中的共用废料容器构造成接收来自另外处理单元尤其是另外的海下处理单元例如其它海下分离器的废料或来自压缩器的液体沉淀物。在此实施例中，废料容器包含与来自另外处理单元的流的连接。
在本发明的实施例中，提供了一种系统，其中，来自废料容器的气体出口连接至来自去液器的气体出口。进一步提供了一种系统，其中，来自废料容器的液体出口连接至来自脱气器的液体出口。
根据本发明的系统包含控制阀(5、6)。通过该控制阀(5、6)的流量根据进料流1的流量和成分调节。进料流会在流量和成分，例如，气相和液相的比例上变化。
本发明也提供了一种操作气液分离系统的方法，包含：
将来自井内流的进料流运送至分流器，该分流器促使液相和气相的分离；
将液体连续流送入到脱气器中，其中，使流体旋转，且向心加速度促使气液分离，纯净液体通过液体出口排出，并且气体和一些液体被提取在废料管线中并流入到废料容器中；
将气体连续流送入到去液器中，其中，使流体旋转，且向心加速度促使液气分离，纯净气体通过气体出口排出，并且液体和一些气体被提取在废料管线中并流入到废料容器中；
来自废料管线的混合液体和气体利用重力在共用废料容器中分离；
脱气液体与该液体出口结合，且干燥气体与气体出口结合。
在该方法的实施例中，借助于阀控制流的流动。

Claims (13)

1.一种气液分离系统，包含：
分流器，所述分流器构造成将来自井内流的进料流分为液相和气相；
所述分流器具有用于所述液相的出口，所述出口连接至液体连续管线，所述液体连续管线连接至脱气器(3)，所述脱气器(3)构造成促使气体和液体的分离，其中，纯净液体通过液体出口管线排出，并且所述气体与一些液体被提取在废料管线中并流入到废料容器(4)中；
并且所述分流器具有用于所述气相的出口，所述出口连接至气体连续管线，所述气体连续管线连接至去液器(2)，所述去液器(2)构造成促使液体和气体的分离，其中，纯净气体通过气体出口管线排出，并且所述液体与一些气体被提取在废料管线中并流入到所述废料容器(4)中。
2.根据权利要求1所述的系统，包含2个或更多个并联的脱气器以及/或者2个或更多个并联的去液器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述废料容器为常规分离器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述废料容器为ID管段。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述脱气器为直列脱气器。
6.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述去液器为直列去液器。
7.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述废料容器包含与来自另一处理单元的流的至少一个连接。
8.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其中，来自所述废料容器的气体出口连接至来自所述去液器的气体出口。
9.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其中，来自所述废料容器的液体出口连接至来自所述脱气器的液体出口。
10.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统包含控制阀(5、6)。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，由控制阀(5、6)控制的出口流根据进料流(1)的流量和成分进行调节。
12.一种操作气液分离系统的方法，包含：
将来自井内流的进料流运送至分流器，所述分流器促进液相和气相的分离；
将液体连续流送入到脱气器中，其中，使流体旋转，且向心加速度促使气体和液体分离，纯净液体通过液体出口排出，并且气体和一些液体被提取在废料管线中并流入到废料容器中；
将气体连续流送入到去液器中，其中，使流体旋转，且向心加速度促使液体和气体分离，纯净气体通过气体出口排出，并且液体与一些气体被提取在废料管线中并流入到所述废料容器中；
借助于重力在共用废料容器中将来自所述废料管线的混合的液体和气体分离；
将脱气液体与所述液体出口结合，且将干燥气体与所述气体出口结合。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，借助于阀控制流的流动。
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