CN108431178A - 用于减少空间和重量的上部采油设备系统 - Google Patents

用于减少空间和重量的上部采油设备系统 Download PDF

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Abstract

一种用于在浮式生产储油卸油装置上使原油脱水的系统和方法，所述系统包括用于接收引入的采出水物流(15)的分离器容器(20)，随后是闪蒸容器(30)、处理块、原油储罐(60)以及静电处理器(70)。所述处理块包括低压脱气器(40)，随后是紧凑型静电分离器预处理器(50)，或者包括紧凑型静电分离器预处理器(50)，随后是低压脱气器(40)。所述闪蒸容器(30)和/或所述低压脱气器(40)可以采用入口旋流分配器和除雾旋流器，而静电处理器可以采用DUAL 技术。所述分离器容器(20)可以是单个水平的两相分离器/脱气器或并行操作的两个垂直的两相分离器/脱气器，其中各自接收大约百分之50的所述引入的采出水物流。最终的出口物流优选地含有不超过百分之0.5的BS&W和285毫克每升的盐。

Description

用于减少空间和重量的上部采油设备系统
背景技术
本发明涉及用于使原油脱水以储存在浮式生产储油卸油(“FPSO”)装置的原油储罐中的系统、设备和方法。更具体地，本发明涉及包括紧凑型静电分离器的工艺序列。
FPSO装置上的常规的上部油分离序列采用将油、水和气分离的多个三相分离器。这些三相分离器通常较大、较重，并且需要相当大的驻留体积以实现所需分离。此外，三相分离器需要相当大的空间，因为必须将它们水平放置在工艺序列内。
FPSO装置在可用空间量以及它们能够支承的重量方面具有局限性。因此，存在对用于减少工艺序列所需的设备的空间和重量而不损害处理过程的效果和效率的系统的需要。
发明内容
一种用于在FPSO装置上使原油脱水的系统包括用于接收引入的采出水物流的分离器容器，随后是闪蒸容器、处理块、原油储罐以及静电处理器。所述处理块包括低压脱气器，随后是紧凑型静电分离器预处理器，或者包括紧凑型静电分离器预处理器，随后是低压脱气器。所述闪蒸容器和/或所述低压脱气器可以采用入口旋流分配器和除雾旋流器，而静电处理器可以采用技术。所述分离器容器可以是单个两相分离器/脱气器或并行操作的两个两相分离器/脱气器，其中各自接收大约百分之50的所述引入的采出水物流。
一种用于在FPSO装置上使原油脱水的方法包括将引入的采出水物流引导到分离器容器，将来自分离器容器的出口物流引导到闪蒸容器，将来自闪蒸容器的出口物流引导到处理块，将来自处理块的出口物流引导到原油储罐，并且将来自原油储罐的出口物流引导到静电处理器。在处理块内，将来自闪蒸容器的出口物流引导到低压脱气器和紧凑型静电分离器预处理器或者引导到紧凑型静电分离器预处理器和低压脱气器。分离器容器可以是单个两相分离器/脱气器或并行操作的两个两相分离器/脱气器。最终的出口物流优选地含有不超过百分之0.5的BS&W和285毫克每升的盐。
本发明的目的包括提供减少现有技术FPSO工艺序列的尺寸和重量要求而不损害处理性能的系统和方法。
附图说明
图1是现有技术上部工艺序列的流程框图。
图2是实践本发明的系统和方法的上部工艺序列的优选实施方案的流程框图，其示出工艺序列中的高压分离器、中间闪蒸容器、低压脱气器、紧凑型静电分离器预处理器、原油储罐以及静电处理器。
图3是实践本发明的系统和方法的上部工艺序列的优选实施方案的流程框图，其示出工艺序列中的高压分离器、中压闪蒸容器、紧凑型静电分离器预处理器、低压脱气器、原油储罐以及静电处理器。
图4是实践本发明的系统和方法的上部工艺序列的优选实施方案的流程框图，其示出工艺序列中的高压分离器/脱气器、中压闪蒸容器、低压脱气器、紧凑型静电分离器预处理器、原油储罐以及静电处理器。
图5是实践本发明的系统和方法的上部工艺序列的优选实施方案的流程框图，其示出工艺序列中的高压分离器/脱气器、中压闪蒸容器、紧凑型静电分离器预处理器、低压脱气器、原油储罐以及静电处理器。
图6是实践本发明的系统和方法的上部工艺序列的优选实施方案的流程框图，其示出工艺序列中的并行的两个高压分离器/脱气器、中压闪蒸容器、低压脱气器、紧凑型静电分离器预处理器、原油储罐以及静电处理器。
图7是实践本发明的系统和方法的上部工艺序列的优选实施方案的流程框图，其示出工艺序列中的并行的两个高压分离器/脱气器、中压闪蒸容器、紧凑型静电分离器预处理器、低压脱气器、原油储罐以及静电处理器。
具体实施方式
在工艺序列中采用紧凑型静电分离器允许所有早期阶段的分离是两相而非三相。这使所需要的不同类型的设备最小化，使工艺序列的各个部件更小，并允许工艺容器垂直定位在工艺序列内，从而减小其整体占有面积和重量。
出于与优选实施方案进行比较的目的，使用图1的现有技术上部工艺序列。这种现有技术序列包括高压分离器、中压闪蒸容器(安装在预处理器上)、预处理器、低压脱气器(安装在静电处理器上)、以及静电处理器(参见表1)。所述序列还包括位于静电处理器下游的原油储罐。
表1.现有技术工艺序列
序列被设计成实现24,000 m3/天(150,000 bpd)的最大总液体流率、24,000 m3/天(150,000 bpd)的最大油流率、19,100 m3/天(120,000 bpd)的最大采出水流率、以及6,000,000 m3/天的最大气流率。引入的原油性质为27 API；在30℃、40℃和50℃时粘度分别为47.1、30.3和19.9cSt；初始石蜡沉积温度为40℃第一事件和20℃第二事件；倾点为12℃；以及严重的起泡。到达序列的油温在20℃(油最多情况下)至40℃(水最多情况下)的范围内。
表2中示出现有技术序列的尺寸和重量要求。不包括原油储罐的序列需要275 m2的占用面积，其中干重为353.4公吨并且操作重量为1047.4公吨。需注意，油包水的量在每个连续处理步骤中减少，其中高压分离器的出口物流中的25％含水量减少到进入低压脱气器的入口物流中的1％含水量。
表2.现有技术工艺序列的尺寸和重量要求
现在参考图2，上部工艺序列10的优选实施方案包括高压分离器20、布置在高压分离器20下游的中压闪蒸容器30、布置在中压闪蒸容器30下游的低压脱气器40、布置在低压脱气器40下游的紧凑型静电分离器预处理器50、布置在紧凑型静电分离器预处理器50下游的原油储罐(“货舱”)60、以及最后，布置在货舱60下游的静电处理器70。
相较于图1的现有技术序列，不包括货舱的图2的工艺序列具有177 m2的占用面积，从而将空间要求减少了103 m2(减少37％)，并且具有178.8公吨的干重，从而将总干重减少了176.2公吨(减少50％，其中操作重量减少了513.3公吨或49％)。
表3.工艺序列的优选实施方案。
参考图2，用于此实施方案的高压分离器20具有与图1所示的现有技术工艺序列中的高压分离器相同的特性、要求和性能。高压分离器20接收混合工艺物流15，其可含有20％至80％的水和80％至20％的油。
将来自高压分离器20的出口物流25引导到中压闪蒸容器30，所述中压闪蒸容器30可具有入口旋流分配器(Cameron Solutions，Inc.，Houston，TX)和除雾旋流器。使用具有仅三十秒液体滞留时间的入口旋流分配器可允许中压闪蒸容器30垂直地位于工艺序列10内，同时显著减少工艺序列10的空间和重量。
然后将来自中压闪蒸容器30的出口物流35引导到低压脱气器40，所述低压脱气器40也可以具有入口旋流分配器和除雾旋流器。使用入口旋流分配器可允许低压脱气器40垂直地位于工艺序列10内，同时显著减少工艺序列10的空间和重量。
将来自低压脱气器40的出口物流45引导到紧凑型静电分离器预处理器50。预处理器50包括至少两个细长的分离器容器，所述分离器容器以一定斜度取向并且彼此连接，使得向上流动的油为主流体从第一分离器容器传送到第二分离器容器，在所述第二分离器容器中发生水自油为主流体的进一步静电分离。每个容器在其上端处具有电极，所述电极优选地连接到不同的电压源。每个容器的入口相对于电极定位以提供上流或下流容器。此外，第一容器可以处于与第二容器不同的高度。另外的容器可以被包括在来自绕过另外的容器的第一容器、第二容器或两者的输出中。可以在每个容器的集水部分中添加导流板以减少湍流和沉降距离。美国专利号9,095,790 B2中进一步描述了紧凑型静电分离器预处理器50，其内容以引用方式并入本文。
紧凑型静电分离器预处理器50可具有20.8％至28％的油包水入口含水量并将其减少到3％与10％之间的油包水。此预处理器50还是垂直单元，相较于图1中的现有技术工艺序列，预处理器50进一步减少工艺序列10的空间和重量。
将来自紧凑型静电分离器预处理器50的出口物流55引导到货舱60，在所述货舱60中将出口物流55从3％至10％的油包水脱水至1％的油包水。货舱60可以是本领域已知的任何尺寸和类型的货舱。
将来自货舱60的出口物流65引导到静电处理器70。静电处理器采用如美国专利号6,860,979 B2和美国专利号7,351,320 B2中所描述的技术(Cameron Solutions，Inc.，Houston，TX)，其内容以引用方式并入本文。此技术包括将油水乳状液传送到处理容器中，在容器内建立至少一个双频电场，并且在以第二频率下的强度调制的第一频率下有选择地改变电场，其中第一频率大于第二频率。优选地，离开静电处理器70的物流75的BS&W含量不大于0.5％的BS&W和285 mg/l的盐。
现在参考图3，上部工艺序列80的另一个优选实施方案包括接收含有20％至80％水和80％至20％油的混合物流15的高压分离器20、布置在高压分离器20下游的接收来自高压分离器20的出口物流25的中压闪蒸容器30、布置在中压闪蒸容器30下游的接收来自中压闪蒸容器30的出口物流35的紧凑型静电分离器预处理器50、布置在紧凑型静电分离器预处理器50下游的接收来自预处理器50的出口物流85的低压脱气器40、布置在低压脱气器40下游的接收来自低压脱气器40的出口物流90的原油储罐(“货舱”)60、以及最后，布置在货舱60下游的接收来自货舱60的出口物流95的静电处理器70。
图3中的工艺序列的每个部件的设备与图2和表3中所描述的工艺序列的设备相同，在减少空间和重量方面具有相同的优点，并且低压脱气器40的尺寸不受紧凑型静电分离器预处理器50的相对位置影响。优选地，物流100在其离开工艺序列80时的BS&W含量不大于0.5％的BS&W和285 mg/l的盐。
现在参考图4，上部工艺序列110的优选实施方案包括高压分离器/脱气器120、布置在高压分离器/脱气器120下游的中压闪蒸容器30、布置在中压闪蒸容器30下游的低压脱气器40、布置在低压脱气器40下游的紧凑型静电分离器预处理器50、布置在紧凑型静电分离器预处理器50下游的原油储罐(“货舱”)60、以及最后，布置在货舱60下游的静电处理器70。
相较于图1的现有技术序列，不包括货舱的图4的工艺序列具有137 m2的占用面积，从而将空间要求减少了138 m2(减少50％)，并且具有101.3公吨的干重，从而将总干重减少了253.7公吨(减少72％，其中操作重量减少了765.8公吨或73％)。
表4.工艺序列的优选实施方案。
参考图4，用于此实施方案的高压分离器/脱气器120处于两相服务并且采用入口旋流分配器(Cameron Solutions，Inc.，Houston，TX)和除雾旋流器，所述高压分离器/脱气器120允许对具有仅三十秒液体保留的紧凑型容器中的物流15进行脱气。虽然高压分离器/脱气器120在工艺序列110内保持在水平位置，但高压分离器/脱气器120的尺寸和重量两者均减少，如表4所示。
将来自高压分离器/脱气器120的出口物流125引导到中压闪蒸容器30，所述中压闪蒸容器30可具有入口旋流分配器(Cameron Solutions，Inc.，Houston，TX)和除雾旋流器。使用具有仅三十秒液体滞留时间的入口旋流分配器可允许中压闪蒸容器30垂直地位于工艺序列110内，同时显著减少工艺序列110的空间和重量。
然后将来自中压闪蒸容器30的出口物流130引导到低压脱气器40，所述低压脱气器40也可以具有入口旋流分配器和除雾旋流器。使用入口旋流分配器可允许低压脱气器40垂直地位于工艺序列110内，同时显著减少工艺序列110的空间和重量。
将来自低压脱气器40的出口物流135引导到紧凑型静电分离器预处理器50。预处理器50包括至少两个细长的分离器容器，所述分离器容器以一定斜度取向并且彼此连接，使得向上流动的油为主流体从第一分离器容器传送到第二分离器容器，在所述第二分离器容器中发生水自油为主流体的进一步静电分离。每个容器在其上端处具有电极，所述电极优选地连接到不同的电压源。每个容器的入口相对于电极定位以提供上流或下流容器。此外，第一容器可以处于与第二容器不同的高度。另外的容器可以被包括在来自绕过另外的容器的第一容器、第二容器或两者的输出中。可以在每个容器的集水部分中添加导流板以减少湍流和沉降距离。美国专利号9,095,790 B2中进一步描述了紧凑型静电分离器预处理器50，其内容以引用方式并入本文。
紧凑型静电分离器预处理器50可具有20％至80％的油包水入口含水量并将其减少到3％与10％之间的油包水。此预处理器50还是垂直单元，相较于图1中的现有技术工艺序列，预处理器50进一步减少工艺序列110的空间和重量。
将来自紧凑型静电分离器预处理器50的出口物流140引导到货舱60，在所述货舱60中将出口物流55从3％至10％的油包水脱水至1％的油包水。货舱60可以是本领域已知的任何尺寸和类型的货舱。
将来自货舱60的出口物流145引导到静电处理器70。静电处理器70采用如美国专利号6,860,979 B2和美国专利号7,351,320 B2中所描述的技术(Cameron Solutions，Inc.，Houston，TX)，其内容以引用方式并入本文。此技术包括将油水乳状液传送到处理容器中，在容器内建立至少一个双频电场，并且在以第二频率下的强度调制的第一频率下有选择地改变电场，其中第一频率大于第二频率。优选地，物流150在其离开静电处理器70时的BS&W含量不大于0.5％的BS&W和285 mg/l的盐。
现在参考图5，上部工艺序列160的另一个优选实施方案包括接收含有20％至80％水和80％至20％油的混合物流15的高压分离器/脱气器120、布置在高压分离器/脱气器120下游的接收来自高压分离器/脱气器120的出口物流125的中压闪蒸容器30、布置在中压闪蒸容器30下游的接收来自中压闪蒸容器30的出口物流130的紧凑型静电分离器预处理器50、布置在紧凑型静电分离器预处理器50下游的接收来自预处理器50的出口物流165的低压脱气器40、布置在低压脱气器40下游的接收来自低压脱气器40的出口物流170的原油储罐(“货舱”)60、以及最后，布置在货舱60下游的接收来自货舱60的出口物流175的静电处理器70。
图5中的工艺序列的每个部件的设备与图4和表4中所描述的工艺序列的设备相同，在减少空间和重量方面具有相同的优点，并且低压脱气器40的尺寸不受紧凑型静电分离器预处理器50的相对位置影响。优选地，物流180在其离开工艺序列160时的BS&W含量不大于0.5％的BS&W和285 mg/l的盐。
现在参考图6，上部工艺序列190的优选实施方案包括两个高压分离器/脱气器200、布置在高压分离器/脱气器200下游的中压闪蒸容器30、布置在中压闪蒸容器30下游的低压脱气器40、布置在低压脱气器40下游的紧凑型静电分离器预处理器50、布置在紧凑型静电分离器预处理器50下游的原油储罐(“货舱”)60、以及最后，布置在货舱60下游的静电处理器70。
相较于图1的现有技术序列，不包括货舱的图6的工艺序列具有102 m2的占用面积，从而将空间要求减少了173 m2(减少63％)，并且具有107.3公吨的干重，从而将总干重减少了247.7公吨(减少70％，其中操作重量减少了759.8公吨或73％)。
表5.工艺序列的优选实施方案。
参考图6，用于此实施方案的两个高压分离器/脱气器200并行操作，其中每个分离器/脱气器200接收大约百分之五十的物流15。每个高压分离器/脱气器200处于两相服务并且采用入口旋流分配器(Cameron Solutions，Inc.，Houston，TX)和除雾旋流器，所述高压分离器/脱气器200允许对具有仅三十秒液体保留的紧凑型容器中的物流15进行脱气。将两个分离器/脱气器200之间的物流划分可允许分离器/脱气器200垂直而不是水平地安装，从而减少工艺序列190的空间要求和重量，如表5所示。
将来自高压分离器/脱气器200的出口物流205合并，并引导到中压闪蒸容器30，所述中压闪蒸容器30可具有入口旋流分配器(Cameron Solutions，Inc.，Houston，TX)和除雾旋流器。使用具有仅三十秒液体滞留时间的入口旋流分配器可允许中压闪蒸容器30垂直地位于工艺序列190内，同时显著减少工艺序列190的空间和重量。
然后将来自中压闪蒸容器30的出口物流210引导到低压脱气器40，所述低压脱气器40也可以具有入口旋流分配器和除雾旋流器。使用入口旋流分配器可允许低压脱气器40垂直地位于工艺序列190内，同时显著减少工艺序列190的空间和重量。
将来自低压脱气器40的出口物流220引导到紧凑型静电分离器预处理器50。预处理器50包括至少两个细长的分离器容器，所述分离器容器以一定斜度取向并且彼此连接，使得向上流动的油为主流体从第一分离器容器传送到第二分离器容器，在所述第二分离器容器中发生水自油为主流体的进一步静电分离。每个容器在其上端处具有电极，所述电极优选地连接到不同的电压源。每个容器的入口相对于电极定位以提供上流或下流容器。此外，第一容器可以处于与第二容器不同的高度。另外的容器可以被包括在来自绕过另外的容器的第一容器、第二容器或两者的输出中。可以在每个容器的集水部分中添加导流板以减少湍流和沉降距离。美国专利号9,095,790 B2中进一步描述了紧凑型静电分离器预处理器50，其内容以引用方式并入本文。
紧凑型静电分离器预处理器50可具有20.8％至28％的油包水入口含水量并将其减少到3％与10％之间的油包水。此预处理器50还是垂直单元，相较于图1中的现有技术工艺序列，预处理器50进一步减少工艺序列190的空间和重量。
将来自紧凑型静电分离器预处理器50的出口物流230引导到货舱60，在所述货舱60中将出口物流从3％至10％的油包水脱水至1％的油包水。货舱60可以是本领域已知的任何尺寸和类型的货舱。将来自货舱60的出口物流240引导到静电处理器70。静电处理器采用如美国专利号6,860,979 B2和美国专利号7,351,320 B2中所描述的技术(Cameron Solutions，Inc.，Houston，TX)，其内容以引用方式并入本文。此技术包括将油水乳状液传送到处理容器中，在容器内建立至少一个双频电场，并且在以第二频率下的强度调制的第一频率下有选择地改变电场，其中第一频率大于第二频率。优选地，物流250在其离开静电处理器70时的BS&W含量不大于0.5％的BS&W和285 mg/l的盐。
现在参考图7，上部工艺序列260的另一个优选实施方案包括并行操作的两个高压分离器/脱气器200，其中每个分离器/脱气器200接收大约一半的混合物流15，所述混合物流15含有20％至80％的水和80％至20％的油；布置在高压分离器/脱气器200下游的接收来自分离器/脱气器200的组合出口物流的中压闪蒸容器30；布置在中压闪蒸容器30下游的接收来自中压闪蒸容器30的出口物流210的紧凑型静电分离器预处理器50；布置在紧凑型静电分离器预处理器50下游的接收来自预处理器50的出口物流270的低压脱气器40；布置在低压脱气器40下游的接收来自低压脱气器40的出口物流280的原油储罐(“货舱”)60；以及最后，布置在货舱60下游的接收来自货舱60的出口物流290的静电处理器70。
图7中的工艺序列的每个部件的设备与图6和表5中所描述的工艺序列的设备相同，在减少尺寸和重量方面具有相同的优点。优选地，物流300在其离开工艺序列260时的BS&W含量不大于0.5％的BS&W和285 mg/l的盐。
虽然已经以一定程度的特殊性描述了本发明，但是可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对结构的细节、部件的布置、过程的步骤以及步骤的顺序进行许多改变。此外，多个系统可以并行操作。本发明并不限于本文为了举例说明的目的而阐述的实施方案，而是仅由所附权利要求书的范围来限定，包括其每个元素被赋予权利的等同物的全部范围。

Claims (12)

1.一种用于在浮式生产储油卸油装置上使原油脱水的系统，所述系统包括：
分离器容器(20)，所述分离器容器(20)接收引入的采出水物流(15)；
闪蒸容器(30)，所述闪蒸容器(30)布置在所述分离器容器(20)下游以接收所述分离器容器(20)的出口物流(25)；
布置在所述闪蒸容器下游的处理块，其中所述处理块由低压脱气器(40)和用于接收所述低压脱气器(40)的出口物流(45)的紧凑型静电分离器预处理器(50)组成，或者由用于接收所述闪蒸容器的出口物流(130)的紧凑型静电分离器预处理器(50)和用于接收来自所述紧凑型静电分离器预处理器的出口物流(85)的低压脱气器(40)组成；
原油储罐(60)，所述原油储罐(60)布置在所述处理块下游以接收所述处理块的出口物流(55/90)；以及
静电处理器(70)，所述静电处理器(70)布置在所述原油储罐下游以接收所述原油储罐(60)的出口物流(65/95)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述闪蒸容器(30)采用入口旋流分配器和除雾旋流器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述低压脱气器(40)采用入口旋流分配器和除雾旋流器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述紧凑型静电分离器预处理器(50)产生为大约百分之3至10油包水的出口物流。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述原油储罐(60)产生为大约百分之1油包水的出口物流(175/195)。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述静电处理器(70)采用DUAL技术。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述分离器容器是采用入口旋流分配器和除雾旋流器的两相分离器/脱气器(120)。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述分离器容器是并行操作的两个两相分离器/脱气器(120)，其中每个分离器/脱气器接收大约百分之50的所述引入的采出水物流。
9.根据权利要求8所述的系统，其中每个两相分离器/脱气器(120)采用入口旋流分配器和除雾旋流器。
10.一种用于在浮式生产储油卸油装置上使原油脱水的方法，所述方法包括以下步骤：
将含有大约百分之20至80的水和百分之80至20的油的引入的采出水物流(15)引导到分离器容器(20)；
将来自所述分离器容器(20)的出口物流(25)引导到闪蒸容器(30)；
将来自所述闪蒸容器(30)的出口物流(35)引导到处理块，其中所述处理块由用于接收所述闪蒸容器(30)的出口物流(35)的低压脱气器(40)和用于接收所述低压脱气器(40)的出口物流(45)的紧凑型静电分离器预处理器(50)组成，或者由用于接收所述闪蒸容器(30)的所述出口物流(35)的紧凑型静电分离器预处理器(50)和用于接收来自所述紧凑型静电分离器预处理器(50)的出口物流(85)的低压脱气器(40)组成；
将来自所述处理块的出口物流引导到货舱(60)，其中来自所述处理块的所述出口物流(55)包括大约百分之3至10的油包水，并且来自所述货舱(60)的出口物流(65)包括大约百分之1的油包水；以及
将来自所述货舱(60)的所述出口物流(65)引导到静电处理器(70)，所述静电处理器(70)产生最终的出口物流(75)，所述出口物流(75)优选地含有不超过大约百分之0.5的BS&W和285毫克每升的盐。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述分离器容器(20)是采用入口旋流分配器和除雾旋流器的两相分离器/脱气器。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述分离器容器(20)是并行操作的两个两相分离器/脱气器，其中每个分离器/脱气器接收大约百分之50的所述引入的采出水物流(15)。
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