CN108404455A - 气-液分离的装置及方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种多相分离装置，该多相分离装置在具有多个环的流成型管线中使流成型，该多个环具有递减直径。离心力驱使两相流中的较重、较稠液体到流成型管线的外壁，而允许较轻、较稀蒸汽或气体占据流成型管线的内壁。借助位于流成型管线的内壁上的气体，内壁上的离开端口将允许大部分气体连同少量液体被送到常规分离器。剩余的液体随后被引入可调节分相器以将不同液体组分彼此分离开。

Description

气-液分离的装置及方法

本申请是申请号为201480027075.7(PCT/US2014/024367)，申请日为2014年03月12日，发明名称为“气-液分离的装置及方法”的发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明总的涉及多相流体流中的组分分离。更具体地说，其涉及通过流成型装置的重建流态，使得流体股中的大多数特定流体组分位于流体流体流的某一区域中，这允许各种流体组分有效分离。

发明背景

气-液两相流体流包括具有不同相的不同流体的混合物，诸如空气和水，蒸汽和水或石油和天然气。此外，流体流的液相还可包括诸如油和水的不同液体组分。气-液两相流采用很多不同的形式并且可分类成液体内的不同类型的气体分布。这些分类通常被称为流态或流型并在图1A-1E中示出。如图1A所示的气泡流通常是具有气泡在液体中的完全均匀分散的液体的连续分布。如图1B所示的活塞流或栓塞流是从气泡流的过渡，其中，气泡已经合并成具有接近管径的大小的较大气泡。如图1C所示的搅动流是其中活塞流气泡已经彼此连接的模型。在如图1D所示的环状流中，液体作为薄膜在管壁上流动而气体沿管的中心流动。最后，在如图1E所示的纤细环状流中，随着增大液体流量，气体核心中的液滴浓度增大，从而导致液体大块或大条纹形成。

通常要求将流体的气体组分和液体组分彼此分离以使诸如某些类型的液泵的系统能够正确运行。常规的立式气-液分离器或卧式气-液分离器可用于将气体与液体分离。常规分离器通常采用机械结构，其中，进入流体撞击启动气体组分和液体组分之间的初级分离的导流挡板。网孔垫或除雾垫接着用于进一步去除悬浮液体。分离器的大小设置以及分离器的具体性质依赖于很多因素，因素包括液体流量、液体密度、蒸汽密度、蒸汽速度和入口压力。当蒸汽/液体比高或者总流量低时，选择立式分离器。卧式分离器通常优选地用于低蒸汽/液体比或者用于大总流体量。

这些类型的分离器的一个应用是在石油和天然气钻井作业中。具体地说，当在钻井作业过程中经历井涌时，使用泥浆-气体分离器。井涌是在钻井作业过程中进入井眼的流体地层流。如果井涌不能被快速控制，则其可能导致井喷。作为控制井涌的过程的部分，防喷装置被触发以关闭井眼并且井眼流体缓慢地循环离开井眼同时较重的钻井液被泵入井眼。泥浆气体分离器用于当井眼流体循环离开井眼时将天然气与钻井液分离开。经常地，然而，现有技术的分离器具有处理具有诸如井眼的那些特性的高容量和/高流量的流体流的有限能力。

当然，分离器还用于石油和天然气的生产中以将天然气与正在生产的石油分离。此外，有很多需要使用气-液分离器的其它应用。例如，当被称为船舶加油的给船舶提供燃料时，空气通常夹带在燃料中，从而导致所转移的燃料测量不准确。类似地，在石油生产中或者其它液体的生产中，转移或输送液体可导致在该过程期间液体获取所夹带的气体。在这方面，所夹带的气体可阻碍液体产物的准确测量，不管其是在船舶加油过程中的所转移的燃料还是管道中流动的液体。

发明内容

本发明的一方面涉及在流体组分与流路分离之前使用以多个环或圈形成的曲线流管的成型多相混合流。使多相流成形进入曲线路径将允许离心力更容易迫使较重的、较稠的液体到曲线路径中的流成型管线的外侧壁或外径壁并允许较轻的、较稀的蒸汽或气体沿流成型管线的内侧壁或内径壁流动。在某些实施例中，一旦流态已经在流管内重建，邻近管线的特定壁的所聚集的流组分就可被移除。例如，在以较大的液体成分为特征的流体流中，液-气流体流的气体组分将沿曲线流成型管线的内径壁聚集，其中，气体可被吸入或被驱动进入位于内壁上的离开端口，从而允许若非全部气体，则大部分气体连同少量液体被送到常规气-液分离器。分离后的流体会具有比流管中的初级流体流相对较高的气液比，但会以比流成型管线内的总流量低得多的流量进入常规气体分离器。这允许气体与液体通过使用比全流体流和/或较高流量所需的更小、更经济的常规气-液分离器有效分离。

在某些实施例中，不管是单个环还是多个环的形式的曲线流管都可与控制可调节阀的传感器结合使用。在多个环的各种情况下，流管中的环允许通过系统的流体流的停留时间延长。沿流路设置的传感器用于估测流量12的性质，诸如例如流体流的一个或多个组分的百分比或“馏分(cut)”。可调节阀完全位于下游，使得阀可根据来自传感器的测量结果及时调节。例如，测量馏分的传感器馏分可用于调节流体流中的堰板位置，由此增大或减小与流体流分离开的流体量。虽然如本文所述的传感器将主要被描述为测量馏分，但也可使用其它类型的传感器。类似地，馏分传感器的类型不限于特定类型，但可包括界面计的非限制性实例；光学传感器或电容传感器。一旦馏分被确定，多环系统中的流体流的延长停留时间允许阀门被调节，由此一旦流体流已经根据本发明重建，增强流体组分的分离。可调节阀可以是例如可以用于抽出或分离流体流的一个组分的堰板、箔或类似结构。还可以使用其它类型的可调节阀。

在多环系统的某些实施例中，一般沿轴线设置的一个或多个环或圈的主径可沿轴线的长度变化以控制通过系统的流量。在某些实施例中，流管将包括沿轴线形成的多个环，其中，每个连续环具有比前面环小的主径，使得流管内的流体流的速度沿轴线增大同时保持流态分离。类似地，在某些实施例中，流管将包括沿轴线形成的多个环，其中，每个具有比前面环大的主径，使得流管内的流体流的速度沿轴线减小。

在多环系统的某些实施例中，两组环或圈可沿流路使用。第一组环将用于分离诸如气体的组分，如上所述。第二组环用于处理留在流体流中的任何气体。在某些实施例中，在流体流引入第二组环之前，流体流可被搅动以由此增强如上所述的流态重塑。

此外，流体引导面可放置在离开端口处的流成型管线的内壁上以进一步帮助引导气体流至常规气体分离器。

此外，来自常规气-液分离器的液体回流可布置成在下游紧密接近在流成型管线的内壁上的离开端口。液体回流和离开端口的紧密接近允许使用位于邻近在离开端口的正下游的流成型管线中的液体回流的文丘里管、喷嘴或其它限流装置。当液体流经离开端口时，文丘里管、喷嘴或其它限流装置加快流成型管线中的液体的速度。这种液体加速有助于将液体从常规气-液分离器中拉出。此外，流成型管线内的液体加速有助于防止可能存在于气-液流中的任何固体进入出口，并且其有助于降低进入出口并因此进入常规分离器的液体量。

在某些实施例中，加热器可在流态重塑之前沿流体流设置以引起流体流内的至少部分流体相变。例如，流体流中的某些液烃在所施加的热量下可转化成气体以增强如上所述的烃从流体流分离。这种加热器可与具有任一单环和多环的曲线流管一起使用。

类似地，在某些实施例中，具有任一单环和多环的曲线流管可与液-液分相器结合使用。液-液分相器优选地部署在离开端口的下游并且布置成将不同密度的液体彼此分离。在某些实施例中，液-液分相器可调节并与传感器结合使用。传感器沿在气体出口的下游的流路布置并且用于估测留在流体流中的各种液体的百分比或“馏分”。分相器可以根据馏分调节。分相器可包括例如可调节堰板、可调节箔、可调节阀或类似的可调节机构。在一个实施例中，分相器可包括呈具有两个从中穿过的流道的可旋转球的形式的可调节阀。球的旋转调节流道相对于液-液流体流的位置，从而将或多或少的特定通道暴露于流体流。还可以使用其它类型的可调节阀。

在特别适于具有高含气量的流体流、即“湿气”的本发明的另一实施例中，流动通路沿曲线流管的内径壁的至少部分形成，如本文所述。湿气内的液体将聚集在流动通路中并且可以从主流体流中排出。

在本发明的另一实施例中，气-液分离器包括保持容器的液位控制并且建立整个系统的恒定流动压力的可变位置气体控制阀。

本发明因此允许多相流体通过使用比以前能够采用的分离器更小的常规分离器有效分离。本发明实现这一目的而没有使用额外复杂机械装置并且因此将有效且可靠地运行。

附图说明

本发明及其优点的更全面理解可以通过参照结合附图的下列描述获得，其中：

图1A-1E示出了两相气-液流的各种流态的剖视图。

图2示出了具有流态改变环/圈和液-液分相器的分离装置的实施例的剖视图。

图3示出了具有多个递减横截面直径的流态改变环/圈的分离装置的实施例的正视图。

图4示出了具有多个递减直径的流态改变环/圈和液-液分相器的分离装置的实施例的正视图。

图5示出了具有多个基本相同直径的流态改变环/圈和液-液分相器的分离装置的实施例的正视图。

图6a示出了具有两组图4的流态改变环/圈的分离装置的实施例的正视图。

图6b示出了具有两组图5的流态改变环/圈的分离装置的实施例的正视图。

图7是使用串联布置的两组图4的环/圈的多相流分离装置的正视图。

图8示出了用于湿气处理的流态改变环/圈的剖视图。

图9示出了具有可调节阀的液-液分相器的另一实施例的剖视图。

图10示出了气体分离罐中的气体控制阀的剖视图。

图11示出了部署在石油和天然气钻井作业中的分离装置的另一实施例的正视图。

图12示出了部署在船舶加油作业中的分离装置的另一实施例的正视图。

具体实施方式

在本发明的详细描述中，相同附图标记始终用于标示相同部件。诸如管、阀、泵、固定件、配件等的各种设备项可被省略以简化描述。然而，本领域技术人员会认识到，可以按需使用这种常规设备。

图2示出了分离装置10的实施例的剖视图。在示例性实施例中，分离装置10与主流管15流体连通，多相流12可在主流管15中行进。多相流12可以是任何类型的多相气-液流态或流型，诸如气泡流、活塞或栓塞流、搅动流、环状流或纤细环状流。此外，多相流可包括单相内的两者组分，诸如液相内的水和油。主管线15内的多相流12被引入流成型管线17中的曲线流路16。在某些实施例中，诸如图2所示的，曲线流路16基本上呈具有圆形形状的环的形式，但曲线流路可具有其它曲线形状。在任何情况下，流成型管线17的曲线流路16产生沿流成型管线17的内壁24的诸如气体的第一相22的增强分布。沿流成型管线17的内壁24的该第一相22的增强分布部分地是由流12的诸如液体的相对较重和较稠的第二相18由于曲线流路16的离心力而被迫到流成型管线17的外壁20引起的，而较轻第一相22被驱使到内壁24。流成型管线17可设置在任何方向上，包括基本上在垂直平面或水平平面上。在具有垂直或部分垂直方向的流成型管线17的实施例中，重力作用也可有助于增强第一相22在流成型管线17的内壁24上分布。

随着多相流12继续行进通过流成型管线17的曲线流路16，多相流12形成显现沿流成型管线17的内壁24的高浓度气体22的流路。在图2所示的实施例中，在其绕成型管线17约315度(或离垂直方向45度)的位置26处，气体22与液体18的分离已经达到气体22主要占据邻近流成型管线17的内壁24的空间的程度。图3是在位置26处的流成型管线17和多相流12的横截面3-3，如图3所示，气体22主要占据流成型管线17的圆形流路16的内壁24，而液体18主要沿外壁20行进。

随着气-液流12形成多分层流态，或者至少靠近流成型管线17的内壁24的气体分布或气体容积已经在位置26的点处增加，气体可有效地在沿流成型管线17的内壁24定位的、优选地沿流成型管线17的曲线部分定位的出口端口28处从气-液流12排出。在这方面，虽然出口端口28可沿流路16定位在任何位置，但优选地被选择成在气体与液体的基本分离已经发生的点处。因此，在一个优选实施例中，出口端口28在位置26的下游。在位置26附近，其是约在离垂直轴线74约45度或相反绕圆形流路约315度的角度，已经发现，气体22的浓度、气体22与液体18的分离或分层处于这一个程度，即相比液体18气体22占据了更大的毗邻主管线15的内壁24的空间容积。在其它实施例中，出口端口28可位于离垂直方向大致45度和与垂直方向大致0度之间。虽然位置26示出在绕流成型管线17约315度处并已经发现是大量气体被驱使到内壁24的点，但位置26仅用于说明性目的。在这方面，在具有由流成型管线17形成的多个环的构型中，出口端口28可以沿包括第一环、最后环或中间环的环中的任何一个的内壁设置。

在示例性实施例中，流体引导面30位于出口端口28处。在某些实施例中，流体引导面30a可位于在出口端口28的上游的流成型管线17的内壁24的内径32上。流体引导面30包括下游端36，下游端36绕位于出口端口28和流成型管线17的接合处的拐角37弯曲。气体22遵循流体引导面30a的轮廓，而气体22将遵循下游端36的曲率进入出口端口28。在另一实施例中，流体引导面30b可包括设置成将气体22引入出口端口28的堰板、箔或类似分离机构。流体引导面30b用于将气体22引入出口端口28。在某些实施例中，流体引导面30b可调节以调节流体引导面30b的位置，并且因此第一相馏分从流体流12移除。传感器34可设置成与可调节流体引导面30b结合操作并基于馏分所测量出的流体流12的性质(诸如馏分)控制可调节流体引导面30b。虽然传感器34可沿主管线15或流成型管线17定位在任何位置，但已经发现，传感器34优选地与出口端口28间隔开足够距离，以允许一旦流12的馏分被确定可调节流体引导面30b的位置就被调节。类似地，在某些实施例中，传感器34沿流成型管线17设置在基本相分离已经发生的点处，诸如在26处，由此提高传感器34的准确性。

来自气-液流12的一定量液体18'也被携带进入出口端口28，因此形成新的气-液流40，新的气-液流40包括与气-液流12中的液体18相比低得多的百分比的液体18’。来自出口端口28的新的气-液流40接着被引入如图2所示的常规气-液分离器38来进行气体和液体的进一步分离。出口端口28通过分离器入口管线33连接到常规气-液分离器。气-液分离器38包括气体出口39以允许与流体流12分离开的气体22移除。气-液分离器38还包括液体出口41。在某些实施例中，液体出口41通过管线44与流成型管线17或设置在流成型管线17的端部的后续流管43流体连通。本领域技术人员应当理解，分离装置10示出为与气液分离器38形成一体，但可以是完全独立的结构。

在示例性实施例中，液体入口端口42在紧接着出口端口28的下游，其中，文丘里管或类似限流装置46沿液体18流的流路形成在其之间。当液体18流经液体入口端口42时，限流装置46加快液体18的速度。这种液体18加速将主流路中的液体18流的压力降到低于管线44中的液体18’的压力，由此将液体18’从常规气-液分离器38抽出。此外，液体18的加速有助于气体与液体在流成型管线17内分离开，使存在于气-液流12中的任何固体会进入出口端口28的可能性降到最小，并且使进入出口端口28的液体18量降到最少。

在某些优选实施例中，文丘里管46可调节，从而允许从中通过的流速以及因此经过文丘里管46的压降被调节以控制从常规气-液分离器38抽出的液体18’量。这又允许气-液分离器38内的气体压力以及其中的液体和气体的比例量被控制。当气体与液体的空隙分数是较高的百分数时，这是特别理想的。为了消除可能经过抽取点28的气体旁路。

如上所述，气体22与液体18的分离中的有效第一步骤显著地减少了进入常规气-液分离器38的液体18量。这允许使用比以前可能用于给定流量和/或流量的常规气-液分离器小得多的尺寸的常规气-液分离器。

虽然圆形流路16示出为位于垂直平面上，但在另一实施例中，圆形流路16可以在水平平面上(参见图12)或在具有水平和垂直方向之间的倾斜度的平面上。

在某些实施例中，如图2进一步所示，分相器50与流成型管线17流体连通以从其接收液体18流。分相器50可与流成型管线17直接流体连通或可与设置在分相器50和流成型管线17之间的流管43连通。在这方面，流管43可用于通过稳定流体的流动来将液体18内的多种液体组分分层。例如，流管43可以水平设置成，使得诸如油的具有第一密度的液体18a与诸如水的具有第二密度的液体18b通过作用在其上的重力效应来分离。或者，流成型管线17中的另外环可用于将液体组分18a、18b分层。

分相器50包括具有接收液体18的液体入口52以及第一液体出口54和第二液体出口56的壳体。堰板、箔或类似分离机构58设置在分相器50内以将液体18的一部分引入第一出口54并允许液体18的一部分进入第二出口56。例如，堰板58可设置成将大部分液体组分18b引入第一出口54，同时允许液体组分18a越过堰板58进入第二出口56。以这样的方式，在气体和多种流体组成流体流12的情况下，分离装置10不仅可用于将气体与液体分离，而且用于将液体与液体分离。

在某些实施例中，分离机构58可调节以调节分离机构58的位置，并由此调节从液体18移除的液体的馏分。可调节分离机构58的非限制实例包括可调节阀、可调节堰板或可调节箔。传感器60可以设置成与可调节分离机构58结合工作并且基于测量到的液体18的性质(诸如馏分)控制可调节分离机构58。虽然传感器60可沿主管线15或流成型管线17或管线13定位在任何位置，但已经发现，传感器60优选地与分离机构58隔开足够距离，以允许一旦流12的性质被确定分离机构58的位置就被调节。类似地，在某些实施例中，传感器60沿流成型管线17或流管43设置在基本相分离已经发生的点处，由此提高传感器60的准确性。在某些实施例中，传感器34和传感器60可以是用于诸如识别流12中的气体的馏分、第一液体和第二液体的多个功能的单一传感器。

转到图4，示出了本发明的其它实施例。在某些实施例中，曲线流路16基本上呈多个环L₁...L_i的形式，每个环特征在于一起组成流成型管线17的直径D₁...D_i。环L沿轴线62设置。在某些实施例中，环L的直径D可沿轴线62的长度保持基本恒定，而在其它实施例中，环的直径可以或者随机或者连续增大或减小。在所示实施例中，连续环的直径沿流成型管线17的长度从流成型管线17的第一端64向第二端66减小。

多个环L可设置成引起气体22在流成型管线17的内壁24上的浓度增大。此外，多个环L可增加流12或液体18通过流成型管线17的停留时间。可能理想的是，例如，增加通过系统10的流12或液体18的停留时间以用诸如上述传感器34、60的传感器测量流或液体，并且在流12或液体18到达可调节机构之前基于测量结果对可调节结构30b、58作出调节。例如，分相器50可被调节以将液体18分成多相，或者箔30b可被调节以将气体22与流12分离开。

在这相同的脉络中，可能理想的是，改变通过系统10的流12或液体18的速率。这通过增大或减小环L的直径D来实现，从而可获得系统10的特定部署的特定流量。在一个实施例中，例如，环L的直径D减小，引起从第一端64到第二端66的流12的速度增加，这因此引起更大的离心力以及气体22在流成型管线17的内壁24上的浓度增加。

传感器34和60可按需沿系统10的流路设置在任何位置。类似地，沿内壁24的出口28可沿流成型管线17定位在任何位置，该位置基于流12的组分按需选择。因此，出口28可定位在第一环L1或后续环L中，如所示。类似地，液体入口端口42可与流成型管线17或管线43在任何点处流体连通以将液体18’从分离器38重新引回到主液体18流中。

图4还示出了与所示流成型管线17结合使用的可选分相器50。图4还示出了与所示流成型管线17结合使用的可选加热器68。当流12包括被气体利用系统10理想移除的某些液体组分时，加热器68是特别有用的。例如，诸如可在不同闪点或沸点下从液体变成气体的甲烷或煤气的某些液烃可存在于从井眼回收的流12中(参见图11)。除了回收作为液体的烃外，可要求使用加热器68将流12加热到烃转化成气体22的温度，在这之后，烃气22可通过出口端口28和分离器38移除。

图5示出了图4所示但具有近乎相同尺寸的所有环直径D的系统10。在图5的实施例中，停留时间可以保持，而分相器50中的可调节机构58可基于传感器34、60之一调节。

图6a示出了图4所示但具有两组环的多环系统10。在该实例中，示出了第一流成型管线17a和第二流成型管线17b。流成型管线17a、17b各自具有多个环L，这些环L可具有基本相同的直径D或连续增大或减小的直径D。流可被划分且并行处理使得流体流的各部分如上所述同时被处理，在这之后，来自每组环的液体可重新结合并引向出口72。就大流量来说，并行布置的多组环是特别有用的。

图6b的系统10是与图6a的系统相同，但环L具有基本相同的直径D。图6b的系统也可与如本文所述的加热器68、馏分传感器和可调节馏分机构30b结合使用。

参照图7，系统10包括串联布置的两组环。在该实例中，示出了第一流成型管线17a和第二流成型管线17b。流成型管线17c、17d各自具有多个环L，这些环L可具有基本相同的直径D或连续增大或减小的直径D。在所示实施例中，在每组环中，环L具有沿曲线流路16逐渐减小的直径。加热器68可设置成将部分流12转化成气相。至通向分离器38的管线33的出口端口28沿流成型管线17c定位在希望大量相分离在经过至少部分曲线流路176之后已经发生的点处。传感器34定位成测量流12的性质。传感器34沿流成型管线17c间隔开足够距离以允许流12在到达位于内壁24上的出口端口28之前具有在环中的停留时间，从而允许诸如图2所示的30b的可调节分离机构因此被调节。第一流成型管线17c旨在移除组成流体12的大部分气体22。此后，液体18经过管线43并进入第二流成型管线17d以移除可能在离开第一流成型管线17c的流内的剩余气体。再者，传感器34可与邻近第二流成型管线17d的出口端口28的可调节分离机构结合使用。

在图7所示的系统10的一个构型中，流成型管线17d如图2所述工作，使由基本第一和第二液体组分18a、18b构成的液体进入分相器50。传感器60可沿流成型管线17d设置以控制设置在分相器50内的调节机构58。

就大流量来说，多组环是特别有用的。流可被分离且并行处理使得流体流的各部分如上所述同时被处理，在这之后，来自每组环的液体可重新结合并引向出口72。

转到图8，示出了流成型管线17的另一实施例。在该实施例中，流成型管线17在剖视图中示出并包括沿至少部分曲线流路16的内壁24形成的通路74。通路74可用于具有曲线部分的、包括在单个环或多个环布置中形成的流成型管线的流成型管线17的任何构型中。已经发现，具有通路74的这种系统10在具有高气体液体比的多相流态中特别有效。换言之，流12主要由气体22组成，具有相对少量悬浮在其中的液体18。当流12遵循流成型管线17的曲线形状时，液体18将变成被困在通道74中并且可以通过沿通路74设置的出口端口28流出。此后，分离后的液体可被引入没有通路xx的第二曲线流成型管线17以允许如前面实施例和附图所述的气体与液体的分离。

图9示出了用于分相器50中的可调节机构58的一个实施例。可调节机构58是具有可旋转安装在支撑在分相器壳体82内的球座80中的球78的球阀76。球78包具有入口86和出口88的第一通道84以及具有入口92和出口94的第二通道90。通道84和90形成在球78中使得入口86、92彼此毗邻，而出口88、94彼此间隔开。在一个实施例中，通道84、90在入口86、92会聚，使得球78的限定通道84、90的一部分形成边缘96。如前面所述，分相器50包括液体入口52、第一出口54和第二出口56。球阀76设置在座80中使得入口86、92毗邻流体入口52，第一球出口88与第一出口54流体连通，而第二球出口94与出口56流体连通。在优选实施例中，边缘96定位成毗邻入口52。当液体流18流经边缘96时，球78的旋转由此调节边缘96在液体流18中的位置。以这样的方式，阀76可被调节以改变来自液体流18的馏分，使得液体的一部分18a流经第一通道84，而液体的一部分18b流经第二通道90。本领域普通技术人员会理解，通道84、90及其各自入口86、92可大小设置成使得阀76也可被调节成将流经入口52的全部液体18按需转入或者第一通道84或者第二通道90。

参照图10，可变位置气体控制阀98放置在两相分离容器38的气体出口39侧上。液体出口41不受管制并允许排放。当允许气体逸出时，容器中的液位上升，而当不允许气体逸出时，容器中的液位下降。来流40在分离器38中被控制并保持在特定液位以稳定其中的压力，使得液体全流旁路可被保持而没有流量峰值或波动。

如上所述，本发明的一个应用是通过在气体能够上升到钻机之前使在海床层的烃气循环来防止诸如在海底应用中的“井涌”。参照图11，在示例性实施例中，示出了位于海底152上的常规海底防喷器150。海洋立管154从防喷器150伸出并且钻杆156在立管内。分离装置110的一个实施例沿钻杆156定位，优选地毗邻防喷器150。在正常钻井作业中，钻井液158从钻机157向下泵送出钻杆156并通过形成在钻杆156和立管154之间的环面160返回钻机157。如果诸如通过本文所述的馏分或类似传感器探测到“井涌”，则入口环面阀162启动，从而将返回钻井液158从环面160转入流成型管线117。流成型管线可具有一组或多组圈。就单组圈来说，流成型管线优选地布置成使得连续环L沿管线117具有递减直径。就多组圈来说，流成型管线117可平行布置。来自“井涌”的钻井液158中所夹带的天然气接着通过如上所述的分离装置110与钻井液158分离开。具体地说，气体将离开流成型管线117进入分离器138。天然气接着在气体出口139处离开气-液分离器138并可向上流过立管166到钻机，在钻机，其可被安全处理，例如被送到钻机157的火炬臂，或被压缩并重新分配(同样未示出)。

在天然气与回收的钻井液158通过分离装置110分离之后，钻井液158在出口环面阀168处被重新引入环面160。与处理井涌的常用程序相比，本发明的实施例的使用允许钻井液全流或循环而不必抑制流动或操作防喷器阀。

在另一实施例中，入口环面阀162或出口环面阀168可被排除、旁路绕开或操作，使得向上流动的钻井液158持续流经分离装置110。与钻机上的常用程序相比，当有抑制钻井液流并能够仅将流的一部分发送到位于钻机上的泥浆-气体分离器的井涌时，本发明的实施例允许钻井液的全流通过分离装置110处理并且分离靠近海底安全进行。

在一个实施例中，流成型管线117可包括如上所述以及如图11所示的递减直径的多个环。在其它实施例中，流成型管线117可包括基本相同直径的、但与加热器68结合使用以将某些烃转化成气体的单个环或多个环，和/或与诸如箔、堰板或阀的可调节馏分机构30b(参见图2)结合使用的传感器34。

在图11所示的另一实施例中，具有流成型管线211的分离装置210与钻井以及靠近地面或水面212的烃回收系统结合使用。来自井眼216的流体的流(诸如图2中的流体流12)被引入定位成毗邻钻机157的流成型管线211。在正常钻井作业中，钻井液158从钻机157向下泵送出钻杆156并通过形成在钻杆156和管154(诸如就海洋钻井作业来说立管或就陆地钻井作业来说套筒)之间的环面160返回钻机157。从环面160回收的钻井液158被引入流成型管线211。优选地，钻探泥浆和岩屑在引入流成型管线211之前首先使用工业上众所周知的各种系统215从流214移除。钻井液158中所夹带的天然气接着通过如上所述的分离装置210与钻井液158分离开。具体地说，气体将离开流成型管线211进入分离器238。天然气164在气体出口239处离开气-液分离器238。

在一个实施例中，流成型管线211可包括如上所述以及如图4所示的递减直径的多个环。在其它实施例中，流成型管线211可包括基本相同直径的、但与加热器68结合使用以将某些烃转化成气体的单个环或多个环，和/或与诸如箔、堰板或阀的可调节馏分机构30b结合使用的传感器34。此外，分离装置210可包括与管线211流体连通并设置成如上所述分离液体组分的分相器220。

在图12所示的另一实施例中，多相流分离装置310可用于给船舶提供燃料的船舶加油作业中。船用重油通常是指任何类型的船用燃料油。船用重油通过通常将船用重油保持在大油箱312中的燃料仓驳船输送给商用船。输送船用重油的业务通常被称为“船舶加油”，本质上燃料仓驳船也可以被称为船舶加油驳船。船用重油通常从驳船油箱312泵送到商用船上的油箱314。有时，船用重油可以在燃料仓驳船之间转移。在任何情况下，船舶加油作业中的燃料泵送，尤其是当容纳燃料的容器被弄空时，较大的空气量往往被吸入并且与燃料一起被泵送，致使泵送困难并导致燃料的测量不准确。因此，在某些实施例中，系统310设置在第一燃料储存容器31和燃料被泵到的容器、即第二燃料储存容器314之间的管线上。虽然系统310可具有如本文所述的很多不同构型，但在某些实施例中，系统310包括如图12所示的流成型管线317中的曲线流路316。流成型管线317包括多个基本相同直径的连续环L，每个环基本上水平布置，由此形成一“堆”环L。已经发现，就基本上水平设置的环L来说，环的直径、即圈大小不必从流成型管线317的第一端364向第二端366递减，这在环的垂直方向上是理想的。因此，燃料从第一容器312移除，经过系统310并接着被引到第二容器314。进入流成型管线317的第一端364的燃料可具有大比例的液体燃料所包含的空气。离开流成型管线317的第二端366的液体燃料已经基本上除掉所夹带的空气。

虽然已经示出并描述了本发明的说明性实施例，但上述披露中考虑了大范围的修改、改变和替代。在某些情况下，本发明的某些特征可以被使用而没有相应使用其它特征。因此，对所附权利要求书进行宽泛地解释成与本发明的范围一致是恰当的。

Claims (30)

1.一种船舶加油装置，所述装置包括：

第一燃料储存容器，所述第一燃料储存容器具有出口；

第二燃料储存容器，所述第二燃料储存容器具有入口；

管，所述管具有与所述第一燃料储存容器的所述出口流体连通的第一端以及与所述第二燃料储存容器的所述入口流体连通的第二端，所述管具有沿从第一轴线轴延伸到第二轴线端的基本垂直轴线彼此毗邻布置的多个曲线管环，每个管环的特征在于内壁和外壁；

环出口端口，所述环出口端口沿两端之间沿管设置；以及

气体分离器，所述气体分离器与所述环出口端口流体连通，

其中，每个管环的特征在于直径，并且所述多个毗邻管环的至少一部分的所述直径相同。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环的每个是基本上水平的。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括液体回流管，所述液体回流管流体地连接在气体分离器的液体出口和所述管之间，回流结合部在环出口端口和第二燃料储存容器的入口之间形成在流体回流管和管之间。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括在环出口端口和回流结合部之间的管中的限流装置。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一燃料储存容器和所述第二燃料储存容器中的至少一个包括船舶加油驳船。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括至少三个彼此毗邻的管环，所述管环具有相同的直径。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括至少四个彼此毗邻的、垂直堆叠布置的曲线管环。

8.一种船舶加油方法，包括：

将第一燃料储存箱中的船用重油输送到第二燃料储存箱；

将所述船用重油从所述第一燃料储存箱引导进入流成型管线的第一端，通过在所述流成型管线的一部分中限定的、沿从第一轴线端向第二轴线端延伸的大致垂直的轴线彼此毗邻设置的多个曲线管——并且经由与所述第二燃料储存箱流体连通的所述流成型管线的第二端离开所述流成型管线；

利用所述流成型环沿所述流成型管线中限定的多个曲线管环的壁的一部分将气体从船用重油中分离；以及

将分离出的气体从所述流成型管线通过环出口端口转向气体分离器，所述环出口端口沿所述流成型管线设置在所述第一端的下游和所述第二端的上游。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括将所述船用重油从所述第一燃料储存箱通过所述流成型管线泵送到所述第二燃料储存箱。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，泵送所述船用重油包括当所述第一储存箱空时从所述第一储存箱抽空气，并且其中将气体从船用重油分离还包括将从第一燃料储存箱泵取的空气与船用重油分离。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括在所述流成型管线内测量船用重油的特性。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括将液体从气体分离器在环出口端口下游返回到流成型管线。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括对来自环出口端口和流成型管线的第二端之间的船用重油限流，由此加速来自气体分离器的液体。

14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，将船用重油引导通过多个曲线管环包括将流体沿大致垂直向下方向引导。

15.如权利要求8所述的方法，其特征在于，将船用重油引导通过多个曲线管环包括将船用重油引导通过至少一个管环，所述至少一个管环与至少另一相邻管环的直径大致相同。

16.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括将流成型管线连接在所述第一燃料储存箱和所述第二燃料储存箱之间，并且向船供给来自所述第二燃料储存箱的燃料。

17.一种用于将气-液流中的气体与液体分离开的装置，所述装置包括：

第一燃料储存容器，所述第一燃料储存容器具有出口；

第二燃料储存容器，所述第二燃料储存容器具有入口，

第一管，所述第一管具有第一端和第二端，所述管具有沿从第一轴线端延伸到第二轴线端的轴线彼此毗邻布置的多个曲线管环，所述多个曲线管环的至少一部分具有相同的直径，所述管环以垂直堆叠的布置彼此相邻，其中每个环是大致水平的；

所述管的第一端与所述第一燃料储存容器的出口流体联通，并且所述管的第二端与所述第二燃料储存容器的入口流体联通；

沿所述第一管在所述第一端的两端之间设置的出口端口，所述出口端口限定在所述第一管和分离器入口管线之间的结合部，并且所述分离器入口管线连接到所述出口端口；以及

所述装置还包括气体分离器，所述气体分离器通过所述分离器入口管线与所述出口端口连通，从而使流体能够通过所述分离器入口管线流入所述气体分离器。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，还包括至少四个彼此毗邻的、垂直堆叠布置的曲线管环。

19.如权利要求17所述的装置，其特征在于，每个环大致是水平的。

20.如权利要求17所述的装置，其特征在于，还包括液体回流管，所述液体回流管流体地连接在气体分离器的液体出口和所述管之间，回流结合部在环出口端口和第二燃料储存容器的入口之间形成在流体回流管和管之间。

21.如权利要求19所述的装置，其特征在于，还包括在环出口端口和回流结合部之间的管中的限流装置。

22.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第一燃料储存容器和所述第二燃料储存容器中的至少一个包括船舶加油驳船。

23.一种用于将气-液流中的气体与液体分离的方法，所述方法包括：

将第一燃料储存箱中的液体输送到第二燃料储存箱；

将所述液体从所述第一燃料储存箱引导进入流成型管线的第一端，通过在所述流成型管线的一部分中限定的、沿从第一轴线端向第二轴线端延伸的大致垂直的轴线彼此毗邻设置的多个曲线管——并且通过与所述第二燃料储存箱流体连通的所述流成型管线的第二端离开所述流成型管线；

利用所述流成型环沿所述流成型管线中限定的多个曲线管环的壁的一部分将气体从液体中分离；以及

将分离出的气体从所述流成型管线通过环出口端口转向气体分离器，所述环出口端口沿所述流成型管线设置在所述第一端的下游和所述第二端的上游。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括将所述船用重油从所述第一燃料储存箱通过所述流成型管线泵送到所述第二燃料储存箱。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，泵送所述液体包括当所述第一储存箱空时从所述第一储存箱抽空气，并且其中将气体从液体分离还包括将从第一燃料储存箱泵取的空气与液体分离。

26.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括在所述流成型管线内测量液体的特性。

27.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括将液体从气体分离器在环出口端口下游返回到流成型管线。

28.如权利要求23所述的方法，其特征在于，将液体引导通过多个曲线管环包括将液体沿大致垂直向下方向引导。

29.如权利要求23所述的方法，其特征在于，将液体引导通过多个曲线管环包括将船用重油引导通过至少一个管环，所述至少一个管环与至少另一相邻管环的直径大致相同。

30.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括将流成型管线连接在所述第一燃料储存箱和所述第二燃料储存箱之间，并且向船供给来自所述第二燃料储存箱的燃料。