CN110678243B - 原油烃流体反乳化系统 - Google Patents

Abstract

一种细长的水平的管包括周向壁。所述管在所述周向壁内使包括第一流体和第二流体的工艺流体流过，所述第一流体和第二流体互不相溶并被界面层隔开。加热线圈布置在管内。每个加热线圈在距离所述管的底部的相应高度处穿过所述管的在周向壁之间的内部区域。加热线圈产生热。控制器连接到加热线圈。控制器触发加热线圈中的最靠近界面层的在所述内部区域内的位置的至少一个加热线圈，以将热施加到所述界面层。该热足以至少部分地使界面层反乳化。

Description

原油烃流体反乳化系统

优先权要求

本申请要求于2017年5月22日提交的美国专利申请No.15/601,491的优先权，该申请的全部内容通过引用合并入本文。

技术领域

本公开涉及多相流体的反乳化，多相流体例如是流过烃处理设施中的流送管线的流体。

背景技术

当在烃生产期间处理原油流体时，烃液体和水在彼此内乳化。将两种液体分离以满足精炼和管线规格。可以使用重力分离和保留时间、反乳化化学制剂或其它方法进行分离。流送管线用于将原油流体从精炼或生产工厂内的一个处理阶段输送到另一个处理阶段。一旦原油流体被精炼和处理，它就可以通过将产品或生产设施连接到单独设施的管线输送。

发明内容

本公开描述了与原油反乳化系统有关的技术。

本公开中描述的主题的示例性实施方式是具有以下特征的流送管线流体反乳化系统。一种细长的水平管包括周向壁。所述管使包括第一流体和第二流体的工艺流体在所述周向壁内流过，所述第二流体与所述第一流体互不相溶。第一流体和第二流体被界面层隔开。加热线圈布置在管内。每个加热线圈在距离所述管的底部的相应高度处穿过管的在周向壁之间的内部区域。加热线圈产生热。控制器连接到加热线圈。控制器触发加热线圈中的最靠近内部区域内的界面层的位置的至少一个加热线圈以向界面层施加热。所述热足以至少部分地使界面层反乳化。

可以单独地或组合地与示例性实施方式组合的示例性实施方式的方面包括以下内容。加热线圈沿着管的整个轴向长度在不同高度处穿过管的在周向壁之间的内部区域。

可以单独地或组合地与示例性实施方式组合的示例性实施方式的方面包括以下内容。加热线圈可以包括电加热线圈和电源。

可以单独地或组合地与示例性实施方式组合的示例性实施方式的方面包括以下内容。加热线圈可以包括：第一加热线圈，所述第一加热线圈在距离所述管的底部的第一高度处穿过内部区域，所述第一高度基本上是管的直径的三分之一；第二加热线圈，所述第二加热线圈在距离所述管的底部的第二高度处穿过内部区域，所述第二高度基本上是所述管的直径的三分之二，例如如图2C和2D所示。

可以单独地或组合地与示例性实施方式组合的示例性实施方式的方面包括以下内容。加热线圈中的每个可以被包封在导热护套中，所述导热护套被构造成保护加热线圈。

可以单独地或组合地与示例性实施方式组合的示例性实施方式的方面包括以下内容。工艺流体可以包括水和烃液体。由加热线圈产生的热足以使水和烃液体至少部分地反乳化。

可以单独地或组合地与示例性实施方式组合的示例性实施方式的方面包括以下内容。具有分离器入口的分离器以流体连通的方式联接到管的出口。分离器在分离器入口处接收流体，所述流体带有被加热的界面层。

可以单独地或组合地与示例性实施方式组合的示例性实施方式的方面包括以下内容。反乳化剂可以至少部分地使界面层反乳化。反乳化剂入口可以接收反乳化剂。

可以单独地或组合地与示例性实施方式组合的示例性实施方式的方面包括以下内容。反乳化剂入口可以定位在管上。

本公开中描述的主题的示例性实施方式是具有以下特征的方法。将包括第一流体和第二流体的工艺流体接收在流送管线中，所述第二流体与所述第一流体互不相溶。第一流体和第二流体被界面乳化层隔开。流送管线包括加热线圈。每个加热线圈在距离所述管的底部的相应高度处穿过管的在周向壁之间的内部区域。加热线圈产生热。基于所述界面层距离所述管的底部的高度，选择性地触发预加热器内的多个加热线圈中的至少一个加热线圈，以加热所述界面层。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。工艺流体可以包括水和烃。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。响应于向工艺流体的界面高度施加热，工艺流体至少部分地被反乳化。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。加热线圈中的每一个加热线圈可以定位于预加热器内的不同高度处。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。加热线圈可以包括电加热线圈。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。加热线圈包括两个加热线圈。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。工艺流体从预加热器输送到分离器。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。工艺流体可以在分离器内被进一步反乳化。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。使用反乳化化学制剂、静电电网、超声波或喷砂，在分离器内将工艺流体反乳化。

本公开中描述的主题的示例性实施方式是具有以下特征的方法。由预加热器接收工艺流体。从一组加热线圈中选择出一个或多个加热线圈用于通电。通过所选择的加热线圈将热施加到工艺流体的界面。响应于向工艺流体的界面高度施加热，工艺流体至少部分地被反乳化。工艺流体被从预加热器输送到分离器。工艺流体在分离器内被进一步反乳化。

本说明书中描述的主题的一种或多种实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书、附图和权利要求书，本主题的其它特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是具有入口预加热器的分离器的侧视横截面示意图。

图2A-2B示出了入口预加热器的详细横截面图。

图2C-2D示出了入口预加热器的详细横截面图。

图2E-2F示出了入口预加热器的详细横截面图。

图2G-2H示出了入口预加热器的详细横截面图。

图2I-2J示出了入口预加热器的详细横截面图。

图3是示出用于至少部分地使流体反乳化的示例性方法的流程图。

在各个附图中，相同的附图标记和名称指示相同的元件。

具体实施方式

当生产和加工烃(例如原油)时，水经常在原油中乳化，在通过管线输送到单独的设施之前，水应当与原油分离。即，必须将原油干燥或脱水。原油中的低水分含量对于原油运输(尤其是在管线中运输)是必要的，以防止水合物形成。许多管线公司具有限制原油内允许的水的量的规格，以防止在管线内生成这种水合物。干燥的原油的腐蚀性也可以比湿原油的腐蚀性更小，并且可以更容易在精炼操作中加工。例如，原油流体可以在海上平台上生产。即，从完整的生产井中生产原油流体。在海上平台上生产的原油流体中的原油可以被运输到陆上炼油厂之前，必须对原油进行充分的脱水。在脱水原油进入管线之前，可以在海上平台上进行适当的分离、反乳化和脱水。在冬季，当环境温度较低时，使原油反乳化会变得更加困难。由于增加了将水与油分离所必需的保留时间，较低的环境温度可能导致加工厂中的瓶颈问题。

有若干种方法来分离已经在油中乳化的水，例如重力分离、反乳化化学制剂、静电电网和许多其它方法。所有这些方法都涉及在大型分离器或压力容器内进行的较大体积的分离。如此大量的流体可能需要大量的时间和能量来完全反乳化和分离。

本公开描述了使在流体进入分离器之前已经乳化到油中的水部分反乳化和分离。通过用预加热器将热施加到分离器上游的流送管线内的水和油之间的界面层，以启动和加速反乳化和分离过程来实现分离。与传统的反乳化和分离方法相比，靶向加热更有效并且需要更少的能量。例如，直列式分离器可消耗分离器所使用的功率的20％。

图1示出了能够使水和原油或水和如冷凝物的其它烃液体分离和反乳化的流送管线流体反乳化和分离系统100。分离系统100可以位于处理原油流体的任何生产或精炼设施中。在一些实施方式中，原油流体可以来自钻井孔、上游分离器或上游设施。分离系统100包括工艺流体102流过的流送管线122。工艺流体102可以包括原油流体，原油流体包括水和原油。在本公开的上下文中，诸如流送管线122的流送管线在单个设施的不同部分之间输送流体，同时管线在不同设施之间输送流体。流送管线122是具有周向壁130的细长的、基本上水平的管。流送管线122可以足够水平以允许在流送管线122内形成一致的乳化层。工艺流体102在周向壁内流动，工艺流体102包括第一流体和第二流体，第二流体与第一流体互不相溶。这种流体可包括水和烃液体，烃液体例如是原油。在一些实施方式中，工艺流体102也可以包括气体。第一流体和第二流体由界面层132隔开。流送管线122可以具有足够的长度，以允许在流送管线122内发生较大体积的分离。也就是说，流送管线122的上部主要填充有原油，流送管线122的下部主要填充有水，在这两部分之间具有乳化层。

在流送管线122的下游是预加热器104。预加热器104可包括加热线圈，例如产生热的加热线圈202(图2A-2D)；加热线圈可以布置在管内。加热线圈可以放置在大约等于界面层131的高度处，以便专门地加热乳化层并且至少部分地使工艺流体102反乳化。如果使用电加热线圈，它们可以由任何加热线圈材料制成，例如镍铬合金。为了调节预加热器104，控制器128可以连接到加热线圈。控制器128可以触发加热线圈中的在内部区域内最靠近界面层131的位置的至少一个加热线圈或触发预加热器104以向界面层131施加热。靶向施加的热足以至少部分地使被加热的界面层131反乳化。在一些实施方式中，反乳化剂(被设计成用于使工艺流体反乳化的化学制剂)，如图1中的流动箭头126所示，可以被注入到反乳化剂入口140处的预加热器104中或被注入到分离器108中。

图2A-2B分别示出了示例性预加热器104的侧剖视图和主视图。在一些实施方式中，预加热器104可以包括沿着预加热器104定位在设定高度处的加热线圈202。换句话说，加热线圈202在距离所述管的底部的相应高度处穿过所述管的在周向壁130之间的内部区域。该高度被设定为与预加热器104内的界面水平面的高度相匹配。在一些实施方式中，例如图2A和2B中所示的实施方式，加热线圈202能够沿着预加热器104的整个轴向长度穿过管的内部区域。加热线圈的长度可以取决于流送管线的直径。加热线圈202被包封在导热护套204中，该导热护套204保护加热线圈202免受工艺流体102的影响。护套204保护加热线圈202不受工艺流体102的影响。护套204可以由金属、陶瓷或适于保护流送管线中的加热线圈的任何其它材料制成。

图2C-2D分别示出了示例性预加热器104的侧剖视图和主视图。在一些实施方式中，预加热器104可以包括定位于不同高度处的多层加热线圈202。换句话说，每个加热线圈202在距离所述管的底部的相应高度处穿过所述管的在周向壁130之间的内部区域。变化的高度允许在工艺扰动或缓涌事件的情况下使用独立的线圈；这种事件会影响预加热器104内的界面水平面的高度。在一些实施方式中，在例如图2C和2D所示的实施方式中，加热线圈202可以沿着预加热器104的整个轴向长度穿过管的内部区域。在一些实施方式中，加热线圈202可以仅部分地沿着预加热器104的长度延伸。预加热器104可以包括两个加热线圈202：第一加热线圈202a和第二加热线圈202b。在一些实施方式中，可以使用多于两个的加热线圈。第一加热线圈202a在距离所述管的底部的第一高度处穿过内部区域，该第一高度基本上是管的直径的三分之一，并且第二加热线圈202b在距离所述管的底部的第二高度处穿过内部区域，该第二高度基本上是管的直径的三分之二，如图2C和2D所示。每个加热线圈202都被包封在导热护套204中，该导热护套204保护加热线圈202免受工艺流体102的影响。第一加热线圈202a被包封在第一护套204a中，同时第二加热线圈202b被包封在第二护套204b中。护套204保护加热线圈202免受工艺流体102的影响。护套204可以由金属、陶瓷或适于保护流送管线中的加热线圈的任何其它材料制成。

图2E-2F示出了示例性预加热器104的侧剖视图和正视图。在一些实施方式中，预加热器104可以包括加热线圈210。在一些实施方式中，在例如图2E和2F所示的实施方式中，加热线圈210可以穿过管的横向跨过预加热器104的内部区域。加热线圈210可以被包封在导热护套212中，该导热护套212保护加热线圈210免受工艺流体102的影响。套212可以由金属、陶瓷或适于保护流送管线中的加热线圈的任何其它材料制成。

图2G-2H示出了示例性预加热器104的侧剖视图和主视图。在一些实施方式中，预加热器104可以包括定位在不同高度处的多个加热线圈210。换句话说，每个加热线圈210在距离所述管的底部的相应高度处穿过管的在周向壁130之间的内部区域。变化的高度允许在工艺扰动或缓涌事件的情况下使用独立的线圈；这种事件会影响预加热器104内的界面水平面的高度。在一些实施方式中，在例如图2G和2H所示的实施方式中，加热线圈210可以穿过管的横向跨过预加热器104的内部区域。预加热器104可以包括多个加热线圈210：第一加热线圈210a和第二加热线圈210b。每个加热线圈210可以被包封在导热护套212中，该导热护套212保护加热线圈210免受工艺流体102的影响。第一加热线圈210a被包封在第一护套212a中，同时第二加热线圈210b被包封在第二护套212b中。护套212保护加热线圈210免受工艺流体102的影响。套212a和212b可以由金属、陶瓷或适于保护流送管线中的加热线圈的任何其它材料制成。

图2I-2J示出了示例性预加热器104的侧剖视图和主视图。在一些实施方式中，预加热器104可以包括多个加热线圈210。在一些实施方式中，在例如图2I和2J中所示的实施方式中，加热线圈202可以穿过管的横向跨过预加热器104的内部区域。预加热器104可以包括多个加热线圈210：第一加热线圈210a、第二加热线圈210b和第三加热线圈210c。在该实施方式中，加热线圈210中的每一个都定位在沿着预加热器的长度的相同高度处。加热线圈210中的每一个都被包封在导热护套212中，该导热护套212保护加热线圈210免受工艺流体102的影响。第一加热线圈210a被包封在第一护套212a中，第二加热线圈210b被包封在护套212b中，并且第三加热线圈210c被包封在第三护套212c中。

在一些实施方式中，加热线圈，例如加热线圈202或加热线圈210，可以包括电加热线圈。在这种实施方式中，电源206提供电流以加热加热线圈202或加热线圈210中的至少一个。在一些实施方式中，可以基于工艺流体102的温度来激活不同数量的加热线圈210。在这样的实施方式中，传感器可以向控制器发送信号。然后，控制器基于期望的负载激活必需数量的线圈。在一些实施方式中，加热线圈202或210可以包括盘绕的管，热介质可以流动通过该盘绕的管以加热加热线圈202或210。在这种实施方式中，热介质泵使热介质流过加热线圈，并且温度调节器控制热介质流体的温度。

在一些实施方式中，分离器108可以定位在预加热器104的下游。分离器108具有以流体连通的方式联接到预加热器104的出口124的分离器入口124。在一些实施方式中，分离器入口124和预加热器出口124可以是相同的开口。分离器108接收工艺流体102，该工艺流体102在进入分离器108之前已经具有被预加热器104加热的界面层132。当工艺流体102进入分离器时，工艺流体102可撞击偏转板106。偏转板有助于从工艺流体中释放截留的气体，并将湍流的流体流限制到分离器的一端。在一些实施方式中，可以使用不同的入口。例如，可以使用涂布器入口。一旦进入分离器108，工艺流体102进一步分离成上层的油120和下层的水118。分离器108可以包含反乳化设备116，反乳化设备116可以进一步将工艺流体102分离和反乳化。这种反乳化设备可包括反乳化化学制剂、静电电网、超声波发射器、喷砂器、加热器或可进一步使工艺流体反乳化的任何其它设备。一旦工艺流体102已经被完全反乳化并分离成分离的水118相和油120相，则油相被引导到油桶110中并从油出口112出来以进一步精炼或引导到管线，同时水118相被引导到底部水出口114之外，在底部水出口114之外，水可以被清洁并释放到环境中。

图3是示出用于在工艺流体进入分离器之前使工艺流体部分反乳化的方法300的流程图。在302处，将包括第一流体和第二流体的工艺流体接收在流送管线中，第二流体与第一流体互不相溶。第一流体和第二流体被界面乳化层隔开。可以确定界面乳化层距离所述管的底部的高度，并且在304处，基于界面层131距离所述管的底部的高度，选择性地触发多个加热线圈中的至少一个加热线圈以加热界面层132。在一些应用中，加热线圈可以由操作者手动选择。多个加热线圈中的每一个加热线圈都可以定位在预加热器内的不同高度处。响应于向工艺流体的界面高度施加热，工艺流体至少部分地被反乳化。在通过预加热器之后，工艺流体被输送至分离器，在分离器中，工艺流体可进一步被反乳化。在分离器内使工艺流体反乳化可包括使用反乳化化学制剂、静电电网、超声波、喷砂或任何其它设备或方法来使工艺流体反乳化。

因此，已经描述了本主题的特定实施方式。其它实施方式在所附权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种流送管线流体反乳化系统，包括：

管，所述管包括周向壁，所述周向壁限定管的内部区域，所述管是细长且水平的，并被构造成使工艺流体在内部区域内沿管的细长轴线流动，并且工艺流体包括第一流体和第二流体，所述第一流体与所述第二流体互不相溶并被界面层隔开；

多个加热线圈，所述多个加热线圈具有线圈结构并且被构造成生成热，所述多个加热线圈分别在距离所述管的底端的多个高度处穿过所述管的内部区域；和

控制器，所述控制器连接到所述多个加热线圈，所述控制器被配置成触发所述多个加热线圈中的最靠近所述界面层的位置的至少一个选择加热线圈，以将热施加到所述界面层，所述热足以至少部分地使所述界面层反乳化。

2.根据权利要求1所述的流送管线流体反乳化系统，其中，所述多个加热线圈沿着所述管的整个轴向长度在所述多个相应的高度处穿过所述管的在所述周向壁之间的所述内部区域。

3.根据权利要求1所述的流送管线流体反乳化系统，其中，所述多个加热线圈包括电加热线圈，并且其中所述系统还包括电源。

4.根据权利要求1所述的流送管线流体反乳化系统，其中，所述多个加热线圈包括：

第一加热线圈，所述第一加热线圈在距离所述管的底端的第一高度处穿过所述内部区域，所述第一高度基本上是所述管的直径的三分之一；以及

第二加热线圈，所述第二加热线圈在距离所述管的底端的第二高度处穿过所述内部区域，所述第二高度基本上是所述管的直径的三分之二。

5.根据权利要求1所述的流送管线流体反乳化系统，其中，所述多个加热线圈中的每一个加热线圈被包封在导热护套中，所述导热护套被构造成保护所述加热线圈。

6.根据权利要求1所述的流送管线流体反乳化系统，其中，所述第一流体包括水并且第二流体包括烃液体，并且其中，由所述至少一个选择加热线圈产生的热足以使所述水和烃液体至少部分地反乳化。

7.根据权利要求1所述的流送管线流体反乳化系统，还包括分离器，其中所述分离器包括分离器入口，所述分离器入口以流体连通的方式联接至所述管的出口，并且其中所述分离器被布置成在所述分离器入口处接收具有已经被热加热的界面层的所述工艺流体。

8.根据权利要求7所述的流送管线流体反乳化系统，还包括：

反乳化化学制剂，所述反乳化化学制剂被配置为至少部分地使所述界面层反乳化；和

反乳化剂入口，所述反乳化剂入口定位在管上并被配置成将反乳化化学制剂传输到所述分离器入口上游的工艺流体。

9.一种方法，包括：

在管中接收包括第一流体和第二流体的工艺流体，所述第一流体和所述第二流体互不相溶并被界面乳化层隔开，所述管包括预加热器，所述预加热器包括位于所述管的下游的多个加热线圈，每个加热线圈在距离所述管的底部相应高度处穿过所述管的在所述管的周向壁之间的内部区域，所述多个加热线圈被构造成产生热；和

基于界面层距离所述管的底部的高度，选择性地触发所述管内的所述多个加热线圈中的至少一个加热线圈，以加热所述界面层。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述工艺流体包括水和烃。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括：响应于向所述工艺流体的界面高度施加热而使所述工艺流体至少部分地反乳化。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多个加热线圈中的每一个加热线圈定位于所述管内的不同高度处。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多个加热线圈包括电加热线圈。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多个加热线圈包括两个加热线圈。

15.根据权利要求9所述的方法，还包括将所述工艺流体从所述预加热器输送到分离器。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：进一步使所述分离器内的所述工艺流体反乳化。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，使所述分离器内的所述工艺流体反乳化包括：使用反乳化化学制剂、静电电网、超声波或喷砂。

18.一种方法，包括：

通过预加热器接收包括第一流体和与所述第一流体互不相溶的第二流体的工艺流体，所述预加热器包括位于管的下游且在所述管内的多个加热线圈；

从位于所述管内的不同高度处的多个加热线圈中选择加热线圈以通电；

通过所选择的最接近所述工艺流体的将所述第一流体和所述第二流体分隔开的界面的位置的加热线圈向所述界面施加热；

响应于向所述工艺流体的所述界面施加热，至少部分地使所述工艺流体反乳化；

将所述工艺流体从预加热器输送到分离器；以及

进一步使所述分离器内的所述工艺流体反乳化。

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