CN108885647A - 多相分离器的分析和优化过程，特别是关于不混溶液体分散体的模拟重力分离 - Google Patents

多相分离器的分析和优化过程，特别是关于不混溶液体分散体的模拟重力分离 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于针对两相(液‑液)或三相(气‑液‑液)系统评估重力分离处理系统的性能、对所述重力分离处理系统进行过程控制、优化和设计的系统和方法，所述重力分离处理系统用于分离不混溶液体分散体(例如，油包水、水包油混合物)和乳液。根据一个方面，使用计算流体动力学(CFD)软件来对此类系统进行设计、模拟和控制，所述计算流体动力学软件被配置用于基于真实几何结构和多维流场并且针对液滴尺寸的分布来确定分离器的分离效率，并且考虑到乳液浓度对所述水包油或油包水分散体的流变性的影响。所述CFD模拟的结果可用于调整所述分离器的输入参数以最大化所述分离器的分离效率，使得所述分离器输出包含最少量的不混溶液体分散体的液体流。

Description

多相分离器的分析和优化过程，特别是关于不混溶液体分散 体的模拟重力分离
技术领域
本发明涉及用于分离不混溶液体分散体的系统和过程。更具体地，本发明涉及用于油包水或水包油分散体和乳液的重力分离的重力分离器过程系统的设计、监测和/或控制。
背景技术
原油及其馏分用作用于生产有价值化学品的原料。油田中的原油通常与水形成乳液。
乳液是正常不混溶的两种或更多种液体的混合物，其中一个相不连续地分散在另一个(“连续”)相中。存在若干种类型的油/水乳液，包括油包水(w/o)乳液[水是分散相，油是连续相]和水包油(o/w)乳液[油是分散相，水是连续相]，以及更复杂的乳液，诸如水包油包水(w/o/w)乳液和油包水包油(o/w/o)乳液。通常，在油田中产生的乳液是w/o乳液。
烃类气体和液体以及水的分离通常在垂直或水平重力分离器中进行，在所述分离器中两个相或三个相进入分离器并分离成烃类气体、烃类或较轻密度的液体和水或较重密度的液相的单独流。离开分离器的液体流的质量受分离器效率的影响。由于低于理想效率或完全分离，一些重液相用较轻液相进行(油包水)并且一些较轻相用重相进行(水包油)。在从生产井到分离器的运输过程中，流体混合并分散到彼此中，从而在从储层起的管线运输期间形成难以分离的复杂分散体或乳液。气相在液体中形成气泡，并且使液相、烃相(较轻液相)和水相(较重液相)混合，从而在另一个相中形成一个相的液滴的乳液或分散体。
虽然大多数气体非常容易分离，但乳液通常是“紧密”或稳定且难以分离的。重力分离器根据以下工作原理进行操作：向相对安静的水平流或垂直流中的不混溶相提供足够的沉降时间。乳液进入分离器并且基于分离容器的容量提供的时间量，这些相分离到不同程度，其中可以在出水流中找到油并且在出油流中找到水。油滴上升到油-水界面并且水滴沉降到所述界面。在相之间形成的乳液层延迟分离。油的不均匀性和水中的杂质使油和水的分散变得复杂。添加破乳剂以改进油-水分离，并且瓶测试、间歇重力分离定性地用于评估破乳剂有效性以加速油-水分离。
用于重力分离器的设计和定尺寸及控制的现有系统和方法使用基于分离器中的流体保留时间的技术。这些经典的设计指南导致成本高昂的尺寸过大的设计，或者对乳液稳定性的变换没有响应，或者尺寸过小且缺乏必要的效率。例如，保留时间设计标准没有考虑到入口条件、乳液稳定性、液滴尺寸分布、内部构件或水界面水平。作为另一个实例，基于单个液滴的传输或待分离相的平均保留时间的分离器的设计通常没有考虑到分离器中的多维流场并且容易使分离器体积过大。
需要一种用于设计和控制多相分离器的系统和方法，所述系统和方法允许基于真实几何结构和多维流场确定分离效率以及在乳液浓度对水包油或油包水分散体流变性的影响下的液滴尺寸分布，由此使得具有分离器的设施的设计者、工程师和操作者能够确定分离器中的相分布、实际停留时间或保留时间并针对主要操作条件优化分离器。
发明内容
本发明涉及一种计算机实现的方法，其用于评估用于分离多液体和多相不混溶液体分散体的重力分离器系统的性能，以便监测此类系统并控制此类系统。
在一个方面中，所述方法包括以下步骤：在控制器计算装置的处理器处提供操作输入参数，所述控制器计算装置的硬件处理器通过执行存储在非暂态存储介质中的呈一个或多个模块形式的代码来配置。所述操作输入参数包括：所述不混溶液体分散体的流体特性数据(包括密度、粘度和表面张力中的一者或多者)、所述不混溶液体分散体的静态或动态沉降数据、以及所述分离器的内部体积的几何结构，其中包括一个或多个内部几何部件。所述方法还包括以下步骤：利用所述处理器来生成所述分离器系统的计算流体动力学(CFD)模型。特别地，生成所述CFD模型包括以下步骤：利用所述处理器基于所述几何结构来限定所述分离器的所述内部体积和其中的所述内部部件的三维几何模型；利用所述处理器基于所述三维模型来限定所述分离器的所述内部体积的计算网格；利用所述处理器来确定所述不混溶液体分散体的初始液滴尺寸分布；使用欧拉多相模型来表示所述分离器的所述内部体积内的连续气相、较重液相和较轻液相和气相中的每一者的体积；针对一定体积的分散液相，用群体平衡模型来表示液滴尺寸分布，其中通过根据多变量方法求解群体平衡方程来对所述分布建模；利用所述处理器来应用聚结内核和破裂内核以根据液滴尺寸和所述流体特性数据对所述群体中的液滴尺寸演变建模；并且对每个连续液相与所述分散液相之间的相间作用建模，其中所述相间作用的所述模型是所述分散液相体积内的稀释、半稀释和浓缩状态之间的分散相分数浓度的函数，并且是分散相液滴直径分布、分散体粘度以及油和水属性的函数。此外，所述方法还包括以下步骤：利用所述处理器基于所述CFD模型来调整所述操作输入参数中的一个或多个以最大化分离效率并且从所述分离器输出具有相应规定组成的一种或多种已处理液体流。
在另一个方面，所述方法包括以下步骤：提供多相分离器，所述多相分离器具有用于接收包括气相、油相和水相的多液体和多相不混溶液体分散体的入口。在另一个方面，所述方法包括：使所述不混溶液体分散体传递到所述分离器中；调整所述操作参数以最大化所述液-液分离效率；并且从所述分离器输出从所述不混溶液体分散体中分离出并且包含最少量的所述不混溶液体分散体的一种或多种已处理液体流。
附图说明
图1A至图1B示出描绘根据一个或多个公开实施方案的具有堰(1A)和靴(1B)的示例性三相气-油-水分离器的示意图；
图2是展示间歇静态重力分离器中的两相液-液分离原理的高级图；
图3是展示根据一个或多个公开实施方案的用于模拟不混溶液体分散体的重力分离的方法的流程图；
图4是展示根据一个或多个公开实施方案的用于模拟不混溶液体分散体的重力分离的方法的输入参数的流程图；
图5是展示根据一个或多个公开实施方案的在从0到1的水分数范围内绘制的阿拉伯轻原油和盐水的乳液的相对粘度的图；
图6展示根据一个或多个公开实施方案的在半稀释和浓缩状态下取决于局部液滴尺寸使用不可变形球形液滴来对乳液粘度建模的示例性图形输出；
图7是展示根据一个或多个公开实施方案的用于模拟不混溶液体分散体的重力分离的方法的流程图；
图8是展示根据一个或多个公开实施方案的用于评估分离器CFD模型的分离器性能的方法的流程图；
图9A至图9B示出展示根据一个或多个公开实施方案的针对水分数使用经修改的Bullard模型(9A)和超声技术(9B)的随时间推移的高度分数的图；以及
图10是展示根据一个或多个公开实施方案的用于分离不混溶液体分散体的示例性系统的高级图，所述示例性系统包括适合于实现方法的硬件部件。
具体实施方式
本发明涉及用于评估重力分离过程系统的性能、执行对重力分离过程系统的过程控制、优化和设计的系统和方法，所述重力分离过程系统用于分离不混溶液体分散体(例如，油包水、水包油混合物)和两相(液-液)或三相(气-液-液)系统的乳液。
根据一个方面，使用计算流体动力学(CFD)软件来执行对此类系统的设计、模拟和控制，所述计算流体动力学(CFD)软件被配置用于基于真实几何结构和多维流场确定分离器的分离效率，并且用于在乳液浓度对所述水包油或油包水分散体流变性的影响下的液滴尺寸分布。本系统和方法利用通过计算流体动力学的严格建模来确保适当的资本支出和操作效率。
本文进一步描述的示例性系统和方法使得现有分离器的设计者、工程师和操作者能够确定分离器中的相分布和实际停留时间或保留时间，并基于主要操作条件优化新分离器的设计和现有分离器的操作。本文描述的系统和方法还可以用作工程师和操作者的用于将虚拟分离器操作可视化的训练工具。此外，本系统和方法可以用于评估和设计新型分离器内部构件，以便改进水平、垂直和两相或三相分离器中的分离。最终，系统和方法提供了更好的分离效率预测，以评估多相分离器的操作、执行操作故障检查、执行过程优化并且设计新的分离器单元。
A.多相油和水分散体的重力分离
从过程和产品质量的角度来看，呈乳液形式的水和原油的共存是非常不具吸引力的。图1A至图1B展示三相分离器100的实施方案，其示出其中的示例性相分离区域，包括气层105、油层110、水层115、以及油层与水层之间的乳液层120。在图1A的实施方案中，还示出用于较轻液相(油)溢出的堰125。图1B示出包括被设计用于重相去除的靴126的替代性实施方案。液相出口上的控制阀(包括出水阀130、出油阀135)用于控制液位140和界面水平145(即，水位层与乳液层120之间的界面水平)。还示出用于使混合物进入分离器的入口阀155。气体出口150上的控制阀用于控制容器压力。虽然大多数气体非常容易分离，但乳液通常是“紧密”或稳定且难以分离的。
一般而言，重力分离器根据以下工作原理进行操作：向相对安静的水平流或垂直流中的不混溶相提供足够的沉降时间。乳液进入分离器并且基于分离容器的容量提供的时间量，这些相分离到不同程度，其中可以在出水流中找到油并且在出油流中找到水。油滴上升到油-水界面并且水滴沉降到所述界面。在相之间形成的乳液层延迟分离。油的不均匀性和水中的杂质使油和水的分散变得复杂。
提供图2以描述间歇静态重力分离器中的两相液-液分离原理。图2示出从油包水分散体中分离的水相分数的瞬时演变的示意图。在对应于瓶测试的该简单实例中，将轻相(油)、重相(水)和处理化学品一起添加并摇晃或机械搅拌以形成乳液。随着时间的推移，脱水油存在于沉积界面上方，并且水同相出现在聚结界面下方。可以通过目视观察、或通过超声技术、或通过伽马密度测定法、或通过核磁共振、或用于测量相的分离和分散相的浓度梯度来监测乳液的去稳定化作用。在相分离期间，如果液滴界面上方的液滴沉积比聚结更快，则液滴积聚在致密堆积区(DPZ)中。随着聚结速率减慢，液滴群在致密堆积区中沉降成致密乳液。液滴相体积分数增大从而接近同相，并且液滴尺寸由于与致密堆积区中的相邻液滴的聚结而增加。
油-水分离速率和通过量决定了容器的体积、长度和直径。富油入口流的分离效率基于出油口流中的水分数。富水入口流的分离效率基于出水口流中的油分数。分离过程必须最大限度地提高分离效率并最小化油包水或水包油的残留以满足下游业务、生产注水和原油运输线的技术和商业条件。
用于重力分离器的设计和定尺寸的现有系统和方法通常使用基于分离器中的流体保留时间的已建立技术来完成。例如，API 12J标准提供了保留时间的准则。与容器体积、生产速率、流体密度和流体粘度有关的保留时间决定油与水分离的时间量。基于分离器类型(两相或三相分离器)以及油的API比重(油的密度和粘度)选择保留时间。与可用于从气相中分离液滴的保留时间类似地处理气-液分离。
根据用于确定气体和液体表面流速的可用截面积来确定用于气-液和液-液分离的容器保留时间。根据API标准，保留时间用作液-液分离中的主要定尺寸参数。基于特定油比重的指定保留时间选择液体容量。除此方法之外，斯托克斯定律用于确定截止液滴尺寸或最小液滴尺寸以供分离。推测所有较大的液滴被分离，而小于截止直径的所有液滴残留在产品流中。液滴截止通常为100至500微米。
根据斯托克斯定律，基于静态稀释流体中的单个球体的终端下落速度，根据使截止液滴沉降所需的时间来确定分离器容器尺寸。保留时间设计标准没有考虑到入口条件、乳液稳定性、液滴尺寸分布、内部构件或水界面水平。这些经典的设计指南导致成本高昂的尺寸过大的设计，或者对乳液稳定性的变换没有响应，或者尺寸过小且缺乏必要的效率。
已经进行了许多尝试以使用计算流体动力学(CFD)来对液-液分离和水平重力分离器性能建模。先前研究显示CFD预测有助于阐明宏观参数，如流动模式和相停留时间，然而CFD无法准确预测液相分离性能。
根据一个或多个公开实施方案，本文进一步描述的系统和方法通过更准确的油水乳液建模方法并且在此类模型中包括分散相液滴尺寸分布和乳液流变性来对现有CFD建模技术进行改进。
液-液分散体中的分散相的尺寸分布影响分离动力学。在预测沉降行为时考虑分散相尺寸分布可以改进分离模型。现有的液-液分散体分离模型基于在所谓的瓶测试中进行的静态实验，在瓶测试中通过均化来制备油和水的混合物。所得乳液可以由以下组成：分散在油中的水滴或分散在水中的油滴，或两者的某种组合，包括复合乳液，这取决于含水率(水与总液体体积相比的比率)。紧接在搅拌之后，分散体随时间推移在高细长的圆柱形玻璃容器中分离。瓶测试是能源工业中用于确定原油乳液稳定性的常用测试，并且是工业规模重力分离装置的代理。简单地说，瓶测试包括在样品的初始物理搅拌之后随时间推移观察油-水相分离。存在用于瓶测试的不同方法和规程，并且通常用作通过评估破乳剂减少从油中分离水所需的时间的程度来筛选反乳化化学品的主要方法。
用于设计分离器的现有方法基于单个液滴的传输或待分离相的平均保留时间。通常，该方法没有考虑到分离器中的多维流场并且容易使分离器体积过大。本文进一步描述的系统和方法允许基于真实几何结构和多维流场确定分离效率以及在乳液浓度对水包油或油包水分散体流变性的影响下的液滴尺寸分布。
本发明的具体特征：
根据一个突出方面，本文进一步描述的系统和方法改进现有方法，用于部分基于间歇或连续重力分离器中的气-油-水和油-水分离的更全面且准确的模拟来设计重力分离器以预测液相的分离并确定分离效率。在一些实现方式中，使用计算流体动力学(CFD)软件模拟来执行这种建模。具体地，示例性系统和方法包括：欧拉多相建模方法或类似方法，以解决分离相并表征模拟中每个相之间的相对或滑动速度；以及群体平衡模型或类似方法以：表征模拟中的分散相液滴直径的分布，表征由于液滴-液滴聚结引起的演变液滴尺寸分布和在轻相分散体与重相分散体之间形成的较高粘度的致密乳液层。
根据一个或多个实施方案，用于模拟不混溶液体分散体的重力分离的一般方法遵循图3所示的过程。该方法可以作为计算流体动力学(CFD)模拟来执行以预测相的分离。例程300开始于步骤305，其中获得并分析用于模拟的输入参数。然后在步骤310处，构造并设置分离器CFD模型。然后在步骤315处，执行模拟(使用与群体平衡建模相结合的多相CFD方法)。在步骤320处，执行模拟输出的后处理以描述分离器性能(包括相分离随时间推移的速率、以及两相或三相分离器中的分离效率)。在一个或多个实施方案中，在模拟输出的处理之后，可以根据模拟的结果调整现有分离器的输入参数以便针对特定的不混溶液体分散体组合物优化分离器的液-液分离效率。这些调整允许现有分离器从不混溶液体分散体组合物中分离和输出一种或多种经处理液体流，其中经处理液体流包含最小量的不混溶液体分散体。在至少一个实施方案中，模拟输出还可以用于设计针对主要操作条件进行优化的新分离器。
如图4所示，其是描绘在步骤305处获得并分析以及用作用于生成CFD模型的输入的示例性参数的框图，所述示例性参数可以包括：
1.过程和操作条件，包括流速(用于连续分离器)、温度和压力
2.流体特性数据，包括密度、粘度、表面张力和处理化学品浓度
3.静态或动态沉降数据
4.初始液滴尺寸分布，因为水包油和/或油包水的初始分散体将具有分散液滴分布
5.分离器几何结构
6.分离器计算网格。
用于限定输入参数和用于生成分离器CFD模型的各种步骤(例如，在例程300的步骤305和310)在本文中进一步描述并且在图7的示例性过程流程图中示出。
大体上，图7描绘可以用于多相分离器系统的设计、模拟和控制的过程700。所述过程利用计算流体动力学(CFD)软件，所述计算流体动力学(CFD)软件被配置成基于真实分离器几何结构和多维流场确定分离器的分离效率以及在乳液浓度对水包油或油包水分散体流变性的影响下的液滴尺寸分布。
具体地，过程700涉及用于对三相重力分离系统建模的各种输入和计算步骤，并且可以理解的是，本文描述的和附图中描绘的各种步骤可能以多种不同的顺序或组合来执行。在步骤715处，在三维CFD模拟中表示重力分离器容器，并且在步骤720处限定分离器网格。使用欧拉多相建模方法或类似方法来表示分离器中的气体、轻液体和重液体体积中的每一者。在步骤710处，限定初始液滴尺寸分布，并且在步骤740处，通过群体平衡建模(PBM)在CFD模拟中表示分散液相液滴尺寸分布。具体地，在步骤740处，通过使用多变量方法(例如，非齐次离散方法或矩的直接求积法)求解群体平衡方程来对该分布建模。
此外，基于静态或动态沉降数据，分别在步骤730和735处确定聚结内核和破裂内核，包括使用核磁共振、光学显微镜、聚焦光束反射测量或其他方法的动态液滴尺寸确定。在步骤740处，将聚结内核和破裂内核作为输入应用于群体平衡模型，以限定群体中的液滴尺寸演变。液滴尺寸演变可以是液滴尺寸和附加物理属性(例如，在步骤745处确定的密度、粘度、表面张力)、动量或速度、湍流能量耗散率、湍流动能、破乳剂或表面活性剂浓度、以及其他变量或变量梯度的结果。
在步骤755处，对连续相与分散相之间(即，油滴与水滴之间)的相间作用建模。这包括考虑稀释至半稀释与浓缩状态之间的分散相分数浓度，以及分散相液滴尺寸。此外，根据在步骤750处确定的乳液或分散体粘度来确定相间相互作用，所述粘度作为液滴直径因数的函数计算。
下面进一步描述用于限定各种参数和CFD模型的例程700的各个步骤。
静态或动态沉降数据
如图7所示，在步骤705处，获得静态或动态沉降数据。静态或动态沉降数据可以包括相分数分布和沉降及聚结曲线的时变垂直特征曲线。该数据可以从使用瓶测试或分离器容器或容器测试获得的静态或动态沉降数据中获得。因此，可以从视觉观察、超声测量、伽马密度测定测量、核磁共振NMR测量、电子断层扫描、或用于确定分离器或瓶或容器中沉降或上升相的时变垂直分布的其他方法获得特征曲线。例如，在一些实现方式中，可以在设计分离器之前获得沉降数据特征曲线。此外，在操作期间，可以实时监测此类信息，以便调整控制参数，从而优化操作和生产。例如，在操作期间，时变垂直分布可以由具有硬件处理器的控制器计算装置确定，所述硬件处理器通过执行存储在非暂态存储介质中的呈一个或多个模块形式的代码来配置。更具体地，时变垂直分布可以由处理器使用可操作地连接到分离器的传感器装置来确定。可替代地，例如，在操作压力和温度下、或在环境压力下、或在指定压力下，传感器装置可以可操作地连接到进出分离器(如采样端口)的入口流或出口流。传感器被配置来进行对液体分散体的超声测量、伽马密度测定测量、核磁共振NMR测量、电子断层扫描测量、以及光学和可视化测量中的一者或多者。
初始液滴尺寸分布
此外，在步骤710处，根据间歇分离数据(分散相分数分布)，随时间的变化提取恒定分散相分数的轮廓线。分析了分散相分数对时间的这些等值曲线。根据沉降特征曲线的梯度计算平均沉降液滴尺寸，所述梯度是平均分散相浓度随时间推移的等值曲线的高度变化率，或沉降速度：
其中H是在指定时间t内沉降的高度。
此外，可以将沉降速度与以下进行比较以确定平均沉降液滴直径的尺寸范围；
无阻碍沉降-斯托克斯定律：
受阻沉降：
根据以下关系计算水滴沉降速度，例如，(Henscke，Schlieper，&Pfennig，2002)：
其中：
针对给定的液滴索特直径dd和相分数o计算沉降速度v。
可替代地，也可以评估Richardson-Zaki相关性以用于比较：
vs＝v斯托克斯(1-φd)n其中n在5-6.5之间。
平均液滴直径用于选择乳液粘度模型，并通过统计分析或拟合优度来拟合群体平衡模型中的聚结参数。可以在沉降期间以垂直间隔测量液滴尺寸分布，以允许更直接地调整和优化聚结率经验参数。
分离器入口液滴尺寸分布从经验相关性或实验测量获得，并给出每个仓的初始液滴直径分布和相分数的CFD模拟，或者由液滴的概率分布根据体积分数除以液滴直径来限定的概率分布函数。
分离器几何结构和网格
两相或三相水平或垂直分离器的几何信息可以从现有或提出的分离器设计的设计规范中获得。在步骤715处，此类信息用于构建分离器CFD模型的二维或三维CAD几何结构。
此外，在步骤720处，根据详细分离器几何结构来计算网格或栅格(例如，多边形网格)，所述详细分离器几何结构可以包括内部几何部件、内部构件、诸如入口装置、穿孔板、挡板、涡流破碎器、堰、聚结器填料、或阻碍或部分阻碍气体和液体流动的任何其他物理装置。
如图7所示，静态或动态沉降数据向分别在步骤730和735处限定的聚结内核和破裂内核提供输入，以用于描述分散相液滴的聚结和破裂的群体平衡方程闭合项。
可以使用多相建模方法来设置分离器CFD模型。欧拉多相建模方法可以适用于描述存在于连续和间歇分离器中的油-水乳液中的复杂相流变、相分离和转化，因为每个相具有独特的速度或动量场。在多流体欧拉多相方法中，相被视为其中相体积分数在域中的任何单元中总和为1的互穿连续体。可以针对每个相求解一组单独的动量方程和连续方程。相间耦合可以通过压力和动量交换系数来建模。欧拉模型可以应用于分散到密集的多相流，其中通过本构模型来实现适当的闭合。守恒方程是通过对每个相的局部瞬时平衡进行系综平均导出的。相j的连续方程是
其中αj、ρj和是相体积分数、密度和速度，并且是相之间转移的质量。j的动量平衡是
其中p是压力，μ是粘度，I是单位张量，并且Kij(＝Kji)是平均相间动量交换系数并且可以用一般形式写成：
项f和τj分别是阻力函数和颗粒弛豫时间，被表示为
以及，
其中dj是将动量方程与群体平衡方程耦合的索特平均直径。
对于沉降或上升的液滴，阻力起源于粘性表面剪切和压力分布或来自液滴周围的阻力。对于稀释的分散体，液滴可以沉降或上升而不与相邻液滴相互作用。对于粘性状态下的小液滴，斯托克斯定律确定在稀释或无阻碍条件下的沉降末速。球形假设使得阻力公式化的选择更加简单明了。非变形假设也是乳液流变学模型和用于聚结的液滴碰撞机制的基础。在油-水间歇和连续重力沉降中发现的致密分散体中，阻力函数优选地包括相邻液滴的影响。
相邻液滴的影响阻碍沉降。处理用于液-液分离的受阻沉降的方法有很多。在多流体多相建模中采用的示例性方法是通过修改单个颗粒阻力系数来解决受阻沉降。阻力函数取决于无量纲阻力系数、相属性和液滴直径。以下基于乳液粘度μm使用混合物或乳液雷诺数Rem，针对致密悬浮液修改阻力系数CD的席勒-瑙曼相关性：
下标c和d分别指代连续相和分散相。阻力是对所建模的相间相互作用的唯一贡献。可以添加其他力，包括虚拟质量力、横向升力或壁润滑力，但考虑到与原油分离相关的油包水分散体的为0.01的低液滴雷诺数，所述其他力通常并不重要。由于重力沉降中的致密相分数和低湍流，未考虑到湍流分散力有助于分散流中的扩散。用标准k-ε湍流模型对湍流衰减建模，所述标准k-ε湍流模型扩展到k和ε方程中有或没有湍流相互作用或源项的多相流。混合物或乳液粘度μm取决于分散相和连续相的粘度、分散相的浓度、剪切场、液滴尺寸分布、温度和乳液稳定性。界面稳定性可以取决于许多非流体动力学因素，包括原油重馏分、固体、温度、液滴尺寸和分布、pH、盐度和组成。破乳剂的存在抑制内部液滴循环，并且针对固体颗粒悬浮液导出的乳液粘度模型是可适用的。
随着连续相的粘度增加，碰撞频率减小，从而降低聚结并增加乳液中的液滴数量。分散相浓度增加液滴与连续流场之间以及液滴之间的相互作用，并且它是原油乳液粘度中的最重要因素。用于导出方程以预测高浓度下的乳液粘度的主要理论方法之一是差分有效介质理论(Bullard,Pauli,Garboczi,&Marys,2009)。Brinkman推导出针对硬球悬浮液的乳液粘度的以下方程(Brinkman,1952)：
Krieger和Dougherty通过包括最大堆积值的贡献来扩展Brinkman的相关性(Krieger&Dougherty,1959)：
其中是在达到六方密堆积结构的极限0.74的非平衡下，硬球的最大堆积值0.64。随着压力的增加，液滴可能变形并且最大堆积值接近1。Ishii和Zuber通过在指数中包括粘度因数来扩展Krieger-Dougherty相关性(Ishii&Zuber,1979)：
以下是球形液滴稀释乳液粘度的泰勒方程(Taylor,1932)：
Pal提出了，包括聚集和未变形液滴的堆积限制的以下方程(Pal,2011)：
其中基于自由单元模型，Mills导出在牛顿流体中的硬球浓缩悬浮液的表观剪切粘度的以下方程(Mills,1985)：
其中是0.64。根据乳液相关性(方程8-14)，在图5中绘制从0到1的水分数范围内的阿拉伯轻原油和盐水(50g/L NaCl)的乳液在45℃下的相对粘度。沙特阿拉伯松散且紧密的乳液被示出作为参考。转化点是水分数为0.6。
鉴于前述内容，在步骤750处，示例性系统可以应用以下关系对乳液粘度建模，其中在半稀释和浓缩状态的不可变形的球形液滴取决于局部液滴尺寸(绘制在图6中)：
其中
根据一个突出的方面，直径因数d*的添加是对用于计算乳液粘度的现有系统和方法的改进。
在步骤740处，用群体平衡方程对颗粒、气泡或液滴群体特有的分布建模。群体平衡方程与湍流多相动量方程相结合并且方便地描述液滴尺寸分布(Rarnkrishna,2000)。常规群体平衡方程被写为液滴数密度函数的连续性陈述：
颗粒的空间位置是颗粒状态向量中的“外部坐标”，而液滴体积V是群体分布的“内部坐标”。由于出生(B)率和死亡(D)率导致的破裂b和聚结c的源项S(V，t)进一步扩展为：
S(V，t)＝Bb(V，t)-Db(V，t)+Bc(V，t)-Dc(V，t) (16)
方程(15)的闭合需要推导出上面的方程(16)中的源项。
破裂率内核是破裂频率g(V′)和液滴从体积V′破裂到V的概率密度函数β(V|V′)的乘积。由于破裂引起的体积V的液滴的出生率是
其中每单位时间内体积V′的g(V′′)n(V′′)dV’液滴破裂，从而产生p子液滴，分数β(V|V′)dV的p g(V′′)n(V′′)液滴表示体积V的液滴(ANSYS Inc.，2012)。破裂PDFβ(V|V′)也称为子尺寸分布函数，其中碎片或子液滴质量必须等于原始液滴质量。液滴的死亡率是
Db＝g(V)n(V) (18)
存在用于确定破裂频率和破裂PDF以计算液滴破裂率的的几种不同模型。聚结内核α(V-V′，V′)是体积V和V′的液体之间的碰撞频率h(V-V′，V′)和聚结效率λ(V-V′，V′)的乘积。聚结效率是体积V的液滴将与体积V′的液滴聚结的概率。由于聚结而引起的液滴的出生率是
由于聚结而引起的液滴的死亡率是
液滴破裂内核和聚结内核描述了相分离期间液滴尺寸分布的演变。液滴破裂内核和聚结内核取决于系统并且可以基于系统要求进行选择。
有几种用于求解群体平衡方程的方法。在剪切场中的重力分离中，液滴相平流被液滴尺寸强烈地驱动。液滴尺寸和体积分数分布建立了液滴沉降速度场。群体中的所有液滴不能共享相同的速度场。在连续相与一个或多个分散相的分离中，不同尺寸的液滴将以不同的速度上升或沉降。液滴尺寸分布的范围可以在两到三个数量级，并且分布可以是单模态或多模态。需要合并几种速度等级的多变量方法以便对液滴尺寸分布与二次相速度分布之间的紧密耦合建模，例如，矩的直接求积法(Marchisio&Fox,2005)和非齐次离散方法(Frank,Zwart,Shi,Krepper,Lucas,&Rohde,2005；Sanyal,Ozarkar,&Liu,2013)。速度组和子仓的数量表示分散相液滴直径分布。分布的真正离散化将需要非常大量的速度组。与狭窄的单模态分布相比，多模态或宽液滴尺寸分布将需要更多的速度组。通过增加速度组的数量，轴向水分数特征曲线的分辨率得到改进。随着速度组数量的增加，每个速度组的沉降速率的差异更小。使用非齐次离散方法，分辨油-水乳液的分离特征曲线通常需要六个以上的速度组。与IDM(速度组＞6)相比，DQMOM不捕获分离特征曲线的范围，因为在不引入过多数值误差的情况下仅可能有三个求积点。初始液滴尺寸分布用于群体平衡模型以限定分散液滴相的初始分布。
初始液滴尺寸分布还用于指定连续分离器入口处的每个仓或求积点的二次相分数的初始分布，以及用于间歇分离以指定二次相分数的初始分布。
流体特性数据与静态/动态沉降数据用于确定通过多相模型中的相间相互作用实现的乳液粘度模型。
将所有上述信息和数据输入到分离器CFD模型，从所述分离器CFD模型中可以分析虚拟分离器结果并且可以评估间歇或连续分离器的分离性能。
图8描述用于评估分离器CFD模型的分离器性能的过程流程图。在步骤805处，使用分离器CFD模型来执行模拟。在步骤810处，生成并评估模拟结果以确定分离器中所有相的分布，以及每个相的相速度、粘度、液滴尺寸分布和保留时间的变化。根据出口流中的模拟相组成，可以例如根据以下方程来确定模型分离器的分离效率：
水分离效率＝(入口处的进水流速-出水口处的出水流速)/入口处的进水流速。
CFD模拟数据包括整个分离器中的速度、相浓度、湍流、粘度、液滴直径和其他变量的分布。可以使用向量图、轮廓图、流线图和/或二维或三维特征曲线图来将该数据可视化并且使用相关联显示器来输出该数据。此外，可以使用计算装置来进一步分析模拟数据。例如，模拟数据允许整个容器中的不同相的流量和速度分布的比较、以及内部构件在分离器的入口区域或分离区域或出口区域中的相互作用和影响。模拟还用于确定由分离器的特定内部几何结构决定的气相、油相、水相和乳液的停留时间或保留时间。模拟数据可以用于确定不同内部部件的有益性能并且确定用于优化油和水以及气体和液体分离的内部构件的最佳布置和设计。模拟还可以显示乳液带的发展和乳液带厚度对油-水分离性能的影响。
在一个或多个实施方案中，本申请的CFD模型被示出为定性地再现物理(超声测量)实验/观察。这通过图9A-B举例说明，图9A-B示出展示根据一个或多个公开实施方案的针对水分数使用经修改的Bullard模型(9A)和超声技术(9B)的随时间推移的高度分数的图。更具体地，图9A是图9B所示的实验观察的CFD解决方案。
如上所述，本申请还涉及用于分离不混溶液体分散体的系统。在图10中示出用于分离不混溶液体分散体的系统的示例性实施方案，包括硬件部件。具体地，系统1000包括具有处理器1010的至少一个控制器计算装置1005，以及一个或多个分离器1015。上面讨论的方法可以使用系统1000整体或部分地完成，如下面进一步详细描述的。
如本领域技术人员将理解的，控制器计算装置1005可以包括专门设计以有助于执行操作任务(包括向一个或多个分离器1015提供某些输入参数)的功能硬件部件。控制器计算装置1005还可以包括电子电路，所述电子电路包括存储器和/或计算机可读存储介质，所述存储器和/或计算机可读存储介质被配置来存储与控制器计算装置1005和/或分离器1015的操作有关的信息，诸如配置设置和一个或多个控制程序。
更具体地，控制器计算装置1005可以被布置有用于实现系统操作的各种硬件和软件部件，包括处理器1010、存储器1020、传感器1040、通信接口1050和计算机可读存储介质1090。处理器1010用于执行可以加载到存储器1020中的软件指令。取决于特定实现方式，处理器1010可以是多个处理器、多处理器核心、或某种其他类型的处理器。在一个或多个实施方案中，一个或多个分离器1015还可以包括各种硬件和软件部件(例如，处理器、存储器、通信接口)。
优选地，存储器1020和/或存储装置1090可以由处理器1010访问，由此使得处理器1010能够接收并执行存储在存储器1020和/或存储装置1090上的指令。例如，存储器1020可以是随机存取存储器(RAM)或任何其他合适的易失性或非易失性计算机可读存储介质。此外，存储器1020可以是固定的或可移动的。存储器1090可以采取各种形式，这取决于具体实现方式。例如，存储器1090可以包含一个或多个部件或装置，诸如硬盘驱动器、闪存、可重写光盘、可重写磁带或上述的某种组合。存储装置1090也可以是固定的或可移动的或远程的，诸如基于云的数据存储系统。
一个或多个软件模块1030被编码在存储装置1090中和/或存储器1020中。软件模块1030可以包括一个或多个软件程序或应用程序，所述一个或多个软件程序或应用程序具有在处理器1010中执行的计算机程序代码或指令集。用于执行操作和实现本文公开的系统和方法的各方面的这种计算机程序代码或指令可以用一种或多种编程语言的任何组合来编写。程序代码可以作为独立的软件包完全在控制器计算装置1005上执行、部分地在控制器计算装置1005上执行并且部分地在远程计算机/装置上执行或者完全在此类远程计算机/装置上执行。在后一种情形中，远程计算机系统可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))来连接到控制器计算装置1005，或者可以通过外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)进行连接。
优选地，软件模块1030中包括数据库模块1070、输入参数模块1072、CFD模型生成器模块1074、调整模块1076和模拟模块1078，这些模块由处理器1010执行。在执行软件模块1030期间，处理器1010被配置来执行与控制器计算装置1005的配置有关的各种操作，如下面将更详细描述的。此外，应当注意的是，与本系统和方法的操作相关的其他信息和/或数据也可以存储在存储装置1090上，例如在控制器计算装置1005的配置中使用的各种控制程序1060。
数据库1080也可以存储在存储装置1090上。数据库1080可以包含和/或维护在系统1000的各种操作中利用的各种数据项和元素。优选地，数据库1080中的一些或所有存储信息可以是可操作数据，所述可操作数据呈某种形式或者可以转换成使得控制器计算装置1005能够根据实现任何给定应用程序的程序的需要进行动作的形式。数据库1080还可以包括装置特定的应用程序，所述应用程序在由处理器1010执行时将处理器配置成与一个或多个分离器1015通信。类似地，数据库可以存储特定于控制器计算装置1005和/或一个或多个分离器1015的其他操作参数。
应当注意的是，尽管数据库1080被描绘为在本地配置到控制器计算装置1005的存储装置，但是在某些实现方式中，数据库1080和/或存储在其中的各种数据元素可以远程定位(诸如在远程服务器上-未示出)并且以本领域普通技术人员已知的方式通过网络连接到控制器计算装置1005。
通信接口1050还可操作地连接到处理器1010，并且可以是能够在控制器计算装置1005与外部装置、机器和/或元件(诸如一个或多个分离器1015)之间进行通信的任何接口。优选地，通信接口1050包括但不限于：调制解调器、网络接口卡(NIC)、集成网络接口、射频发射器/接收器(例如，蓝牙、蜂窝、NFC)、卫星通信发射器/接收器、红外端口、USB连接和/或用于将控制器计算装置1005连接到其他计算装置和/或通信网络(诸如私用网络和互联网)的任何其他此类接口。此类连接可以包括有线连接或无线连接(例如，使用IEEE 802.11标准)，但应当理解的是，通信接口1050实际上可以是实现通向/来自控制器计算装置1005的通信的任何接口。
如上所述，本申请的方法可以使用系统1000(并且具体地控制器计算装置1005)来全部或部分地完成。
具体地，再次参考图7，在步骤705-710处，通过执行包括输入参数模块1072的一个或多个软件模块1030来配置的处理器1010接收并分析分离器1015的操作输入参数。在一个或多个实施方案中，操作输入参数可以包括不混溶液体分散体的流体特性数据(例如，密度、粘度和表面张力)、不混溶液体分散体的静态或动态沉降数据、以及其中包括一个或多个内部几何部件的分离器的内部体积的几何结构。在一个或多个实施方案中，处理器1010可以通过用户输入接收一个或多个操作输入参数，或者可替代地，处理器1010可以被配置来从数据库1080检索一个或多个操作输入参数(例如，通过执行数据库模块1070)。在至少一个实施方案中，处理器1010可以从分离器1015的处理器(例如，通过网络)接收一个或多个操作输入参数，其中输入参数(例如，流体特性数据)通过实时监测分离器1015中的不混溶液体分散体来确定。例如，可以向分离器1015提供多液体和多相不混溶液体分散体(例如，具有气相、油相和水相)，并且分离器1015的处理器可以被配置来分析不混溶液体分散体的流体特性并将所得数据传输到计算装置1005(例如，通过网络)。分离器1015的处理器还可以将关于分离器的几何结构(包括一个或多个内部几何部件)的数据传输到计算装置1005。然后，执行包括输入参数模块1072的一个或多个软件模块1030的处理器1010可以分析接收到的操作输入参数。
在步骤710-755处，通过执行软件模块1030中的一个或多个、包括模块数据库模块1070、输入参数模块1072和CFD模型生成器模块1074来配置的处理器1010基于输入参数生成包括不混溶液体分散体的分离器的计算流体动力学(CFD)模型。例如，在一个或多个实施方案中，生成CFD模型的步骤包括：基于几何输入参数限定分离器的内部体积及其内部部件的三维几何模型(步骤715)；基于三维模型限定分离器内部体积的计算网格(步骤720)；确定不混溶液体分散体的初始液滴尺寸分布(步骤710)；表示分离器的内部体积内的连续气相、较重液相和较轻液相中的每一者的体积(例如，使用欧拉多相模型)；针对一定体积的分散液相，用群体平衡模型表示液滴尺寸分布，使得通过根据多变量方法求解群体平衡方程来对分布建模(步骤740)；以及应用聚结内核和破裂内核来根据液滴尺寸和流体特性数据对群体中的液滴尺寸演变建模(步骤730、735、745)。最后，生成CFD模型的步骤以对每个连续液相与分散液相之间的相间作用建模而结束，其中相间作用的模型是分散液相体积内的稀释、半稀释和浓缩状态之间的分散相分数浓度的函数，并且是分散相液滴直径和分散体粘度的函数(步骤750和755)。
现在参考图8，在步骤805处，通过执行包括模拟模块1078的一个或多个软件模块1030来配置的处理器1010使用所生成的CFD模型来执行一个或多个模拟。在步骤810处，通过执行包括模拟模块1078的一个或多个软件模块1030配置的处理器1010生成并评估模拟结果以确定分离器中所有相的分布，以及每个相的相速度、粘度、液滴尺寸分布和保留时间的变化。根据出口流中的模拟相组成，可以确定模型分离器的分离效率。
在一个或多个实施方案中，基于CFD模型模拟结果，执行包括调整模块1076的一个或多个软件模块1030的处理器1010可以调整分离器1015的一个或多个操作输入参数以最大化液-液分离效率。例如，执行包括调整模块1076和输入参数模块1072的一个或多个软件模块1030的处理器1010可以将信号(例如，经由通信接口1050通过网络)发送到分离器1015(例如，在接收器处由分离器接收)，这致使分离器1015调整分离器1015的一个或多个操作输入参数。基于模拟结果的评估的对分离器1015的一个或多个操作输入参数的这种调整可以最大化分离器1015的液-液分离效率以用于提供给分离器的特定不混溶液体分散体(包括在CFD模型中的相同不混溶液体分散体)。
最后，在一个或多个实施方案中，执行一个或多个软件模块1030的处理器1010可以致使分离器1015使用针对提供给分离器的特定不混溶液体分散体已调整的输入参数来运行，这导致输出从不混溶的液体分散体中分离出并且包含最少量的不混溶液体分散体的一种或多种已处理液体流(即，最大化的液-液分离效率)。例如，执行一个或多个软件模块1030的处理器1010可以(例如，经由通信接口1050通过网络)向分离器1015发送信号，这致使分离器1015使用已调整的输入参数来运行。在替代性实施方案中，分离器1015可以被自动配置成在接收到信号时运行以调整输入参数。在一个或多个实施方案中，可以在分离器开始用特定不混溶液体分散体运行之前、期间和/或之后调整输入参数。
鉴于前述内容，可以理解的是，前述示例性实施方案提出了用于2相或3相分离器的CFD模拟的方法，其包括用于预测液-液分离效率的算法。具体地，所提出的系统和方法被配置来基于乳液粘度的评估对多相分离器建模并且通过间歇和连续液-液分离的多流体、多相CFD模拟的相间阻力来实现乳液粘度公式化。此外，所公开的实施方案被配置来识别用于间歇重力分离建模的耦合计算流体动力学-群体平衡方法(CFD-PBM)模拟的最小数量的速度组。这种建模可以适于提供用于分析所提出的分离器系统的设计的软件系统。类似地，示例性建模方法可以部署在控制系统中以用于在为了主动控制目的而进行的操作期间实时地主动监测和控制现有分离器系统的操作，以改进操作并提高效率。例如，在一个或多个实施方案中，可以基于CFD模拟的结果在分离器的实时操作之前、期间和/或之后调整分离器的一个或多个操作输入参数以便优化分离器的液-液分离效率。对输入参数的调整允许分离器从不混溶液体分散体中分离并输出一种或多种已处理流(例如，水液体流、油液体流)，其中已处理液体流中的不混溶液体分散体(例如，油包水、水包油、水包油包水或油包水包油乳液)的量被最小化。
另外地，基于代理或基于CFD模拟的降阶模型调整分离器中的有效水平和压力控制。另外，可以基于CFD模拟开发方案，以用于通过调整关于气体、油和水出口流的控制阀来最佳地定位液位/油位和油-水界面水平。此外，可以基于CFD模拟数据针对不同操作条件进行对内部装置(诸如多孔挡板或入口流量调节器)的动态调整。
在一个或多个实施方案中，CFD模拟数据可以存储在数据库中，所述数据库可以被搜索、询问和分析以便基于当前和预测的气体、油、水流速和温度的操作条件自动选择操作条件(液位和界面水平、破乳剂注入速率)以减小分离效率的可变性(例如，增大界面水平以增加水包油分离的保留时间，或调整破乳剂化学品注入，因为CFD模拟数据表明乳液带的厚度增大)。
上述主题仅作为说明提供并且不应当解释为限制的。本文所使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并且不意图为对实施方案的限制。如本文所用，除非上下文另外明确说明，否则单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”也意图包括复数形式。还应理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”在本说明书中使用时规定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的群组。
此外，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应被视为限制。使用“包括(including)”、“包括(comprising)”或“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”以及本文中的其变化形式意思是涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。
虽然上面已经使用若干具体实例和实施方案描述了本发明，但是存在对于本领域普通技术人员显而易见的修改和变化。因此，所描述的实施方案在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求表示，而不是由前面的描述表示。在权利要求的等效物的含义和范围内的所有变化都将涵盖在所述权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种计算机实现的方法，其用于评估用于分离多液体和多相不混溶液体分散体的多相分离器系统的性能，所述方法包括以下步骤：
在控制器计算装置的硬件处理器处提供操作输入参数，所述硬件处理器通过执行存储在非暂态存储介质中的呈一个或多个模块形式的代码来配置，所述操作输入参数包括：
所述不混溶液体分散体的流体特性数据，包括密度、粘度和表面张力中的一者或多者，
所述不混溶液体分散体的静态或动态沉降数据，以及
所述分离器的内部体积的几何结构，所述内部体积中包括一个或多个内部几何部件；
利用所述处理器来生成所述分离器系统的计算流体动力学(CFD)模型，其中生成所述CFD模型包括：
利用所述处理器基于所述几何结构来限定所述分离器的所述内部体积和其中的所述内部部件的三维几何模型，
利用所述处理器基于所述三维模型来限定所述分离器的所述内部体积的计算网格，
利用所述处理器来确定所述不混溶液体分散体的初始液滴尺寸分布，
使用欧拉多相模型来表示所述分离器的所述内部体积内的连续气相、较重液相和较轻液相以及气相中的每一者的体积，
针对一定体积的分散液相，通过群体平衡模型来表示液滴尺寸分布，其中所述分布通过根据多变量方法求解群体平衡方程来建模，
利用所述处理器来应用聚结核和破裂核以根据液滴尺寸和所述流体特性数据来对所述群体中的液滴尺寸演变建模，以及
对所述连续液相中的每一个与所述分散液相之间的相间作用建模，其中所述相间作用的模型是所述分散液相体积内的稀释、半稀释和浓缩状态之间的分散相分数浓度的函数，并且是分散相液滴直径和分散体粘度的函数；以及
利用所述处理器基于所述CFD模型来输出所述操作输入参数中的一个或多个，以最大化所述分离器的分离效率。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述不混溶液体分散体包括选自由以下组成的组的乳液：水包油乳液；油包水乳液；水包油包水乳液；以及油包水包油乳液。
3.如权利要求1所述的方法，其中从所述分离器输出的已处理液体流包括水液体流和油液体流。
4.如权利要求1所述的方法，其中提供静态或动态沉降数据包括监测所述液体分散体以确定所述分离器中的沉降或上升相的时变垂直分布。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述时变垂直分布由所述处理器使用传感器装置来确定，所述传感器装置被配置来对所述液体分散体进行超声测量、伽马密度测定测量、核磁共振NMR测量以及电子断层扫描测量中的一者或多者。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述时变垂直分布是从所述分离器处理的一批实时测量的，或者是在先前一批或多批期间测量的。
7.如权利要求4所述的方法，其还包括：利用所述处理器基于所述静态或动态沉降数据来选择所述聚结核和所述破裂核。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述流体特性数据包括一个或多个变量的值或值的梯度，所述变量包括：密度、粘度、表面张力、动量、速度、湍流能量耗散率、湍流动能以及破乳剂或表面活性剂浓度。
9.如权利要求8所述的方法，其中液滴尺寸演变是根据液滴尺寸以及所述流体特性数据变量中的一个或多个来建模。
10.一种用于优化多相分离器系统中的液-液分离效率的方法，所述方法包括以下步骤：
提供多相分离器，所述多相分离器具有用于接收包含气相、油相和水相的多液体和多相不混溶液体分散体的入口；
将所述不混溶液体分散体传递到所述分离器中；
在控制器计算装置的硬件处理器处以电子方式从连接的电子装置提供操作输入参数，所述硬件处理器通过执行存储在非暂态存储介质中的呈一个或多个模块形式的代码来配置，所述操作输入参数包括：
所述不混溶液体分散体的流体特性数据，包括密度、粘度和表面张力中的一者或多者，
所述不混溶液体分散体的静态或动态沉降数据，以及
所述分离器的内部体积的几何结构，所述内部体积中包括一个或多个内部几何部件；
利用执行包括CFD模型生成器模块的代码的所述处理器来生成所述分离器系统的计算流体动力学(CFD)模型，其中生成所述CFD模型包括：
利用执行包括所述CFD模型生成器模块的代码的所述处理器基于所述几何结构来限定所述分离器的所述内部体积和其中的所述内部部件的三维几何模型，
利用执行包括所述CFD模型生成器模块的代码的所述处理器基于所述三维模型来限定所述分离器的所述内部体积的计算网格，
利用所述处理器利用执行包括输入参数模块和所述CFD模型生成器模块的代码的所述处理器来确定所述不混溶液体分散体的初始液滴尺寸分布，
利用所述处理器利用执行包括所述输入参数模块和所述CFD模型生成器模块的代码的所述处理器，使用欧拉多相模型来表示所述分离器的所述内部体积内的连续气相、较重液相和较轻液相中的每一者的体积，
利用所述处理器利用执行包括所述输入参数模块和所述CFD模型生成器模块的代码的所述处理器，针对一定体积的分散液相，通过群体平衡模型来表示液滴尺寸分布，其中所述分布通过根据多变量方法求解群体平衡方程来建模，
利用所述处理器利用执行包括所述输入参数模块和所述CFD模型生成器模块的代码的所述处理器，应用聚结核和破裂核来根据液滴尺寸和所述流体特性数据对所述群体中的液滴尺寸演变建模，以及
利用执行包括模拟模块和所述CFD模型生成器模块的代码的所述处理器来对连续液相中的每一个与所述分散液相之间的相间作用建模，其中所述相间作用的模型是所述分散液相体积内的稀释、半稀释和浓缩状态之间的分散相分数浓度的函数，并且是分散相液滴直径和分散体粘度的函数；以及
利用执行包括调整模块和CFD模型生成器模块的代码的所述处理器基于所述CFD模型来调整所述操作输入参数中的一个或多个以最大化所述液-液分离效率；以及
从所述分离器输出从所述不混溶液体分散体中分离出并且包含最少量的所述不混溶液体分散体的一个或多个已处理液体流。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述不混溶液体分散体包括选自由以下组成的组的乳液：水包油乳液；油包水乳液；水包油包水乳液；以及油包水包油乳液。
12.如权利要求10所述的方法，其中从所述分离器输出的所述已处理液体流包括水液体流和油液体流，并且其中所述输入参数被调整以最小化所述已处理液体流中的油包水乳液和水包油乳液的输出。
13.如权利要求10所述的方法，其中提供静态或动态沉降数据包括监测所述不混溶液体分散体以确定所述分离器中的沉降或上升相的时变垂直分布。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述时变垂直分布由所述处理器使用传感器装置来确定，所述传感器装置被配置对所述液体分散体进行超声测量、伽马密度测定测量、核磁共振NMR测量以及电子断层扫描测量中的一者或多者。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述时变垂直分布是从所述分离器处理的一批实时测量的，或者是在先前一批或多批期间测量的。
16.如权利要求13所述的方法，其还包括：利用所述处理器基于所述静态或动态沉降数据来选择所述聚结核和所述破裂核。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述流体特性数据包括一个或多个变量的值或值的梯度，所述变量包括：密度、粘度、表面张力、动量、速度、湍流能量耗散率、湍流动能以及破乳剂或表面活性剂浓度。
18.如权利要求17所述的方法，其中液滴尺寸演变是根据液滴尺寸以及所述流体特性数据变量中的一个或多个来建模。
19.如权利要求10所述的方法，其中所述初始液滴尺寸分布是从实验测量确定的，并且包括对应于每个概率分布函数的所述初始液滴直径分布和相分数，所述概率分布函数由液滴的概率分布根据所述体积分数除以所述液滴直径来限定。
20.如权利要求10所述的方法，其中所述内部几何部件包括以下中的一者或多者：入口装置、穿孔板、挡板、涡流破碎器、堰、聚结器填料、以及阻碍或部分阻碍所述分离器的所述内部体积内的气体和液体流动的装置。
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