CN107106934A - 连续通流沉降容器以及对来自天然气和/或石油勘探的混合物进行适应性分离的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于对来自天然气和/或石油勘探或生产的混合物进行适应性分离的连续通流沉降容器，所述混合物包括液相和气相的不同混合物，其中，所述容器设有：用于混合物的入口，以及气体出口、水出口和油出口，所述出口远离所述入口设置，并且所述油出口处于所述水出口的下游；处于所述水出口的下游和所述油出口的上游的堰，所述堰当作对包括水相和油相的液相的在所述容器中的自由通流的屏障，这些相通过沉降彼此分离，所述堰具有低于所述气体出口的高度；并且其中，所述容器附加地设有：‑排油装置，其能够在所述堰的上游从所述容器可控地排出油相，所述装置被设置在低于所述堰的高度并高于在所述容器的操作期间存在的水相的水平处。对来自天然气和/或石油勘探或生产的混合物进行适应性分离的方法，所述混合物包括液相和气相的不同混合物，其中，所述混合物被引入到连续通流沉降容器中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对来自天然气和/或石油勘探或生产的混合物进行适应性分离的连续通流沉降容器，所述混合物包括液相和气相的不同混合物，其中，所述容器设有：
用于混合物的入口，以及气体出口、水出口和油出口，所述出口远离所述入口设置，并且所述油出口处于所述水出口的下游，
处于所述水出口的下游和所述油出口的上游的堰，所述堰当作对包括水相和油相的液相的屏障，这些相通过沉降彼此分离，所述堰具有低于所述气体出口的高度，其中，所述水出口位于所述堰的上游，并且所述油出口位于所述堰的下游。
本发明还涉及一种对来自天然气和/或石油勘探或生产的混合物进行适应性分离的方法，所述混合物包括液相和气相的不同混合物，
其中，所述混合物被引入到连续通流沉降容器中，所述容器设有：
用于所述混合物的入口，以及气体出口、水出口和油出口，所述出口远离所述入口设置，并且所述油出口处于所述水出口的下游，
处于所述水出口的下游和所述油出口的上游的堰，所述堰当作对包括水相和油相的液相的屏障，这些相通过沉降彼此分离，所述堰具有低于所述气体出口的高度，其中，所述水出口位于所述堰的上游，并且所述油出口位于所述堰的下游，
并且其中，正常的分离方法包括连续控制通过所述容器的入口和出口的流速，使得所述容器中的液相的液位在操作期间被维持在所述堰的高度和所述气体出口的高度之间的阈值处或以下。
背景技术
在本技术领域中公知将连续通流沉降容器用于对来自天然气和/或石油勘探的混合物进行分离。该容器首先实现将混合物粗分离成三相，即气、油和水。在容器内，远离入口定位的堰形成对相对大体积的液体的屏障，所述液体积聚在堰的上游。在连续通流期间，该积聚的液体沉降，使得水和油以不同的相彼此分离。存在于堰的上游的位置较低的水相经由水出口从容器排出。允许液体的上部越过堰的顶部。该液体主要由油组成，所述油经由油出口从容器排出。在油和水的分离期间，经由容器上部中的气体出口从容器引出混合物中存在的气相。
这种类型的容器在本领域中也称为三相分离器。
正常的分离方法依赖于将容器中液相的液位维持在堰的高度和气体出口的高度之间的阈值处或以下。该阈值在本领域中也称为“高液位”（HLL）。当超过阈值时，可能必须关闭操作，以防止任何液体偶然地进入气体出口。
在正常操作中，可以针对混合物的不同组成来遵守该阈值，就油、水和气体的比率而言，这些组成随时间有规律地变化。
然而，在容器的操作期间，所谓的段塞流可能进入容器一段时间。这种段塞流是主要由液体组成的混合物中的不均匀性。在管线内，段塞流具有类似于活塞流（plug flow）的动力特性。由于液体在管线中的随机积聚而可能会发生段塞流，这种随机积聚最终堵塞了管线，使得形成活塞流。当所谓的清管器（pig）被引入管线内时，形成另一种类型的段塞流。这些清管器是紧密地配合在管线的直径内的插塞，并有规律地被迫使穿过管线，以便从管线清除所有残留物。在行话中，这个程序被称为清管（pigging）。
取决于段塞流的具体体积，容器可能会液体过载，使得在正常操作下超过HLL。这样的过载或溢出会导致自动关机，是要避免的。
为了避免容器操作的这种自动关闭，已经提出了大幅增加容器的容积，以便产生缓解大型段塞流的体积峰值的缓冲容积。不过，容器容积的这种额外增加需要大量的空间和材料投入。
发明内容
本发明的一个目的在于开发一种对来自天然气和/或石油勘探或生产的混合物的分离的新方法，该方法适于处理来自段塞流的混合物中的峰值体积。所述方法应优选地避免与为容器提供增加的容积的解决方案相关的缺点。此外，本发明的一个目的在于开发一种能够执行这样的新方法的连续通流沉降容器。
因此，本发明在其第一方面涉及：
一种用于对来自天然气和/或石油勘探或生产的混合物进行适应性分离的连续通流沉降容器，所述混合物包括液相和气相的不同混合物，其中，所述容器设有：
用于混合物的入口，以及气体出口、水出口和油出口，所述出口远离所述入口设置，并且所述油出口处于所述水出口的下游，
处于所述水出口的下游和所述油出口的上游的堰，所述堰当作对包括水相和油相的液相的在所述容器中的自由通流的屏障，这些相通过沉降彼此分离，所述堰具有低于所述气体出口的高度，
并且其中，所述容器附加地设有：
- 排油装置，其能够在所述堰的上游从所述容器可控地排出油相，所述装置被设置在低于所述堰的高度并高于在所述容器的操作期间存在的水相的水平处。
因此，本发明实现了堰上游的油相和水相的液位可以通过附加的排油装置来可控地排出。可控意味着排油装置的状态可以在活动状态和非活动状态之间变化。可选地，排出量可以在活动状态下调适。在用户能够借助于程序、传感器或其他方式来确定正在接近容器的管线中的段塞流的情况下，可以通过允许从堰上游的容器排出大量液体，在容器中的液体上方产生更大的自由容积，以接收即将到来的段塞流。当排放完成时，液体的液位下降至排油装置与容器流体连通的高度。因此，产生其中可以接收段塞流的附加的自由容积。该自由容积适于接收大的段塞流，例如从清管所产生的段塞流可以预期的。因此，这样的容器适合于适应性地分离来自石油和天然气勘探或生产的混合物，而无需增加容器的容积，以便防止来自段塞流的大量液体溢出。
该容器的常见设计是细长的封闭圆筒。在操作中，在圆筒的主轴线水平定向的情况下定位容器。
在根据本发明的连续通流沉降容器中优选的是，所述排油装置包括具有可控阀的至少一个管道，所述至少一个管道与所述堰的上游侧流体连通，并且优选地还与所述堰的下游侧流体连通。
为了能够产生足够的附加自由容积，优选的是，所述管道的入口侧被设置在所述容器中所述堰的高度的0.10至0.75之间、优选为所述堰的高度的0.20至0.60之间的高度处。一般而言，管道的入口侧应当尽可能低，同时仍然满足油相和水相的分离需求。
在根据本发明的沉降容器的一个特定实施例中，优选的是，所述管道延伸穿过所述堰，并且与所述堰的上游侧和下游侧流体连通。
这样的管道可以被方便地设置在堰中，而无需对容器进行许多修改。随后，经由堰上游的容器隔室和后续的油出口来实现液相的排出。
在根据本发明的沉降容器的另一个实施例中，优选的是，管道是从堰上游的容器的辅助液体出口，其可选地与容器外部的油出口合并，或者可选地与堰下游的容器流体连通。
这样的辅助液体出口可以是对如上所述的穿过堰的管道的替代，或者可以与之结合。取决于上述两个可选实施例，液相从容器的排出是直接实现的并与油出口合并，或者经由堰下游的容器隔室并且随后经由油出口来实现。
根据本发明的连续通流沉降容器还包括的是，排油装置通过具有适应性高度的堰来提供，使得堰的高度可以在正常操作下降低到原始高度以下，该原始高度在本说明书中也称为“堰高度”。于是，较低的适应性高度允许从堰上游的容器隔室排出油。堰高度例如可以通过为堰提供顶部部分来调适，该顶部部分可以向下旋转，以便降低整体高度。替代性地，作为一个整体的堰可以被设置为可竖直移动的结构，这种结构允许堰在容器内向下移动。
进一步优选地，根据本发明的连续通流沉降容器包括控制装置，所述控制装置用于控制通过所述容器的入口和出口的流速，使得所述容器中的液相的液位被维持在所述堰的高度和所述气体出口的高度之间的阈值处或以下。
这样的容器允许在正常操作期间自动设定液相的液位。
优选地，在根据本发明的连续通流沉降容器中，所述控制装置能够适于允许所述堰上游的液位下降至低于所述阈值的适应性高度或以下。
这样的容器允许在段塞流进入容器之前的准备阶段期间自动设定液相的液位。
特别地，在根据本发明的连续通流沉降容器中，优选的是，所述控制装置允许使用所述水出口、所述油出口和/或所述排油装置来暂时地增加流出，以便使液位在所述堰的上游下降至所述适应性高度或以下。
特别有利的是当暂时将水流出的增加与经由排油装置的油流出的增加相结合。如此，总液位下降得更快。
在第二方面，本发明涉及一种对来自天然气和/或石油勘探或生产的混合物进行适应性分离的方法，所述混合物包括液相和气相的不同混合物，
其中，所述混合物被引入到连续通流沉降容器中，所述容器设有：
用于所述混合物的入口，以及气体出口、水出口和油出口，所述出口远离所述入口设置，并且所述油出口处于所述水出口的下游，
处于所述水出口的下游和所述油出口的上游的堰，所述堰当作对包括水相和油相的液相的在所述容器中的自由通流的屏障，这些相通过沉降彼此分离，所述堰具有低于所述气体出口的高度，
并且其中，正常的分离方法包括连续控制通过所述容器的入口和出口的流速，使得所述容器中的液相的液位在操作期间被维持在所述堰的高度和所述气体出口的高度之间的阈值处或以下，
并且其中，所述适应性分离包括以下步骤：
- 在混合物进入所述容器的入口之前，确定在管线中存在所述混合物的不均匀性，所述混合物主要为液体，也称为段塞流；
在所述段塞流进入所述容器之前的阶段A期间：
- 使所述容器中所述堰上游的液相的液位降低至低于所述阈值的适应性高度或以下；以及
在包括所述段塞流进入所述容器的后续的阶段B期间：
- 允许所述液位在所述容器中所述堰的上游上升到所述适应性高度之上，并且随后，将所述液位维持在所述阈值处或以下。
这样的方法实现了在液位上方产生附加的自由容积，在该附加的自由容积中可以接收段塞流。该自由容积适于接收大的段塞流，例如从清管所产生的段塞流可以预期的。因此，该方法避免了需要增加容器的容积，以防止来自段塞流的大量液体溢出。
对管线中的段塞流的确定例如通过管线内的传感器来执行，和/或通过计算来进行，该计算是基于混合物速度以及将清管器引入管线中的时刻和位置。
阶段B不一定必须包括段塞流离开入口并开始进入容器的最初时刻。阶段B可以在段塞流进入容器开始的第一时刻之后以小的延迟开始。
在根据本发明的方法中，优选的是，在阶段A期间，所述容器中所述堰上游的油相的体积减小。
特别地，在根据本发明的方法中，优选地包括使用排油装置，所述排油装置能够在所述堰的上游并且在所述堰的高度之下从所述容器排出液相。
这样的排油装置可具有如上面关于本发明的第一方面已描述的任何类型。
在根据本发明的方法中，优选的是，在阶段A期间，所述堰上游的水相的体积减小。
例如，这可以通过增加通过水出口的流出来实现。此外，水体积的减少还有助于液相体积的总体减少。
在根据本发明的方法中进一步优选的是，正常的分离方法附加地包括将所述容器中所述堰上游的水相的水位在操作期间维持在水阈值处或以下。
根据本发明的方法的另一优选变体包括，在阶段A期间，所述容器中所述堰上游的水相的水位被维持在低于所述水阈值的值处或以下。
因此，在具有上面已讨论的优点的情况下，整体液位进一步降低。
根据本发明的一种特别优选的方法涉及使用根据上面讨论的本发明的第一方面的连续通流沉降容器，其中，在阶段A中，所述排油装置处于用于排出的活动模式中，并且在阶段B中，这些装置不处于用于排出的活动模式中。
附图说明
参照附图来进一步解释本发明，附图中：
- 图1是以剖面图表示的并且在正常操作期间的根据本发明的连续通流沉降容器的一个优选实施例的示意图；
- 图2A和图2B示出了处于不同操作阶段期间的与图1相同的容器；
- 图3A和图3B示出了根据本发明的附加管道的两个优选实施例；
- 图3C示出了根据本发明的附加管道的第三优选实施例。
具体实施方式
图1示出了连续通流沉降容器1，其由封闭的圆柱形壁2制成，具有用于混合物的入口3、气体出口5、水出口7以及油出口8。这些出口全都设有可控阀（未示出）。容器内的混合物的方向是从左到右。堰10被放置在容器内，该堰10的顶部在高液位14之下，该高液位14是容器内液体的上阈值。在堰10的上游，存在由油相16和水相20组成的一定体积的分离液体。界面18标记堰上游的水位。表面12标记容器内的液位，该液位在堰10的上游侧处和下游侧处相同。图1示出了正常操作期间的容器，其中，控制装置（未图示）借助相应的阀来协调通过出口5、7、8的退出流，以便实现稳定状态，其中，允许堰上游的大量液体沉降并分离成油和水部分。
图2A示出了处于段塞流（slug flow）进入容器之前的阶段A期间的相同的容器1，其中，处于容器中堰上游的液相的液位12降低至适应性高度（adapted height）22或以下，该适应性高度22低于阈值14。实现降低是通过增加经由水出口7和油出口8以及还经由附加管道的退出流，该附加管道与堰的上游侧流体连通。附加管道被设置在适应性高度22处，并且在图3A-C中以各种形式示出。在阶段A中，与图1所示的正常操作相比，水位18也降低。
图2B示出了跟随在阶段A之后的阶段B，其中，段塞流已完全进入容器。允许液位12在堰上游的容器中上升到适应性高度22之上，并且随后，被维持在阈值14处或以下。在此阶段B中，关闭附加管道。在所示状况下，还没有来自段塞流的液体溢流溢出堰10并到达堰下游的一侧。因此，与上游侧相比，处于堰的下游侧处的油体积30的液位较低。
图3A示出了对应于图2A的容器的容器1，该容器1设有第一类型的附加管道50，该第一类型的附加管道50是与堰10的上游侧和下游侧流体连通的处于容器外的旁路通道。该附加管道设有可控阀9。所有其他的出口5、7、8也设有阀9。液相的高度12与附加管道50的入口侧52的高度一致，该高度是根据本发明的适应性高度。
图3B示出了对应于图2A的容器的容器1，该容器1设有第二类型的附加管道60，该第二类型的附加管道60是与堰10的上游侧流体连通的容器的辅助出口。该辅助出口设有可控阀9。液相的高度12与附加管道60的入口侧62的高度一致，该高度是根据本发明的适应性高度。该辅助出口在阀9的下游与油出口8合并。
图3C示意性地示出了如图2A、B所示的容器的右手边，其设有第三类型的附加管道。堰10设有与堰的上游侧和下游侧流体连通的穿过堰的附加管道40，并且设有可控阀42。附加管道40被设置在适应性高度22处。
关闭阀42，使得实现堰上游液位的上升。
对于所有上述三种类型的附加管道40、50和60，可以通过相应地打开附加管道的相应的阀9或42，来实现堰上游液位的降低，这是在预期段塞流具有大得多的液体体积的情况下，本发明适应这样的情况。
Claims (15)
1.一种用于对来自天然气和/或石油勘探或生产的混合物进行适应性分离的连续通流沉降容器，所述混合物包括液相和气相的不同混合物，其中，所述容器设有：
用于混合物的入口，以及气体出口、水出口和油出口，所述出口远离所述入口设置，并且所述油出口处于所述水出口的下游，
处于所述水出口的下游和所述油出口的上游的堰，所述堰当作对包括水相和油相的液相的在所述容器中的自由通流的屏障，这些相通过沉降彼此分离，所述堰具有低于所述气体出口的高度，
并且其中，所述容器附加地设有：
- 排油装置，其能够在所述堰的上游从所述容器可控地排出油相，所述装置被设置在低于所述堰的高度并高于在所述容器的操作期间存在的水相的水平处。
2.根据权利要求1所述的连续通流沉降容器，其特征在于，所述排油装置包括具有可控阀的至少一个管道，所述至少一个管道与所述堰的上游侧流体连通，并且优选地还与所述堰的下游侧流体连通。
3.根据权利要求2所述的连续通流沉降容器，其特征在于，所述管道延伸穿过所述堰，并且与所述堰的上游侧和下游侧流体连通。
4.根据权利要求2或3所述的连续通流沉降容器，其特征在于，所述管道的入口侧被设置在所述容器中所述堰的高度的0.10至0.75之间、优选为所述堰的高度的0.20至0.60之间的高度处。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的连续通流沉降容器，其特征在于，所述管道在所述容器之外与所述油出口合并，或者替代地，与所述堰下游的容器流体连通。
6.根据上述权利要求中任一项所述的连续通流沉降容器，其包括控制装置，所述控制装置用于控制通过所述容器的入口和出口的流速，使得所述容器中的液相的液位被维持在所述堰的高度和所述气体出口的高度之间的阈值处或以下。
7.根据权利要求5所述的连续通流沉降容器，其特征在于，所述控制装置能够适于允许所述堰上游的液位下降至低于所述阈值的适应性高度或以下。
8.根据权利要求6所述的连续通流沉降容器，其特征在于，所述控制装置允许使用所述水出口、所述油出口和/或所述排油装置来暂时地增加流出，以便使液位在所述堰的上游下降至所述适应性高度或以下。
9.对来自天然气和/或石油勘探或生产的混合物进行适应性分离的方法，所述混合物包括液相和气相的不同混合物，
其中，所述混合物被引入到连续通流沉降容器中，所述容器设有：
用于所述混合物的入口，以及气体出口、水出口和油出口，所述出口远离所述入口设置，并且所述油出口处于所述水出口的下游，
处于所述水出口的下游和所述油出口的上游的堰，所述堰当作对包括水相和油相的液相的在所述容器中的自由通流的屏障，这些相通过沉降彼此分离，所述堰具有低于所述气体出口的高度，
并且其中，正常的分离方法包括连续控制通过所述容器的入口和出口的流速，使得所述容器中的液相的液位在操作期间被维持在所述堰的高度和所述气体出口的高度之间的阈值处或以下，
并且其中，所述适应性分离包括以下步骤：
- 在混合物进入所述容器的入口之前，确定在管线中存在所述混合物的不均匀性，所述混合物主要为液体，也称为段塞流；
在所述段塞流进入所述容器之前的阶段A期间：
- 使所述容器中所述堰上游的液相的液位降低至低于所述阈值的适应性高度或以下；以及
在包括所述段塞流进入所述容器的后续的阶段B期间：
- 允许所述液位在所述容器中所述堰的上游上升到所述适应性高度之上，并且随后，将所述液位维持在所述阈值处或以下。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在阶段A期间，所述容器中所述堰上游的油相的体积减小。
11.根据权利要求10所述的方法，包括使用排油装置，所述排油装置能够在所述堰的上游并且在所述堰的高度之下从所述容器排出液相。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于，在阶段A期间，所述堰上游的水相的体积减小。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，其特征在于，正常的分离方法附加地包括将所述容器中所述堰上游的水相的水位在操作期间维持在水阈值处或以下。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在阶段A期间，所述容器中所述堰上游的水相的水位被维持在低于所述水阈值的值处或以下。
15.根据权利要求9-14中任一项所述的方法，其特征在于，使用根据权利要求1-8中任一项所述的连续通流沉降容器，其中，在阶段A中，所述排油装置处于用于排出的活动模式中，并且在阶段B中，这些装置不处于用于排出的活动模式中。
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