CN86104684A - 船用不同比重流体分离器 - Google Patents

Abstract

一种接受不同比重的流体混合物的，水平伸展的圆筒形容器(1)。分离器系统受到海水运动影响时，流体分离过程受到海水运动的最少量的扰动。混合物中的分离液体，由分离器下部中隔室(10)隔离海水运动。分离器有止逆阀(11，12)使隔室保持充满流体。有一个平台(7)在隔室上面形成，作液体稳定结构，从而可以把液体分别从分离器中抽取。

Description

本发明有关不同比重流体在海水运动环境中的分离。具体有关在海水运动下的油井中油和天然气流体的分离。

由于对烃类和水的混合物的探索和开采的深度越来越增加，在海底的锚定的钻井台和采油台已经达到了实际的限度。在深海中，不得不使用安装在经受全部六种海水运动的浮动结构上的平台。

井流组成成分的分离，必须在安装在浮动结构上的船舶中进行，因此要经受海水的破坏力。对于所有的用于分离这些井流流体的传统船舶都作了调查，以求在这种海洋环境中作改进。

虽然对本发明的范围，减缩为有关油、气井的操作，但也考虑了有各种不同比重的流体的其他混合物的较广泛的方面。应记住的是烃类流体，在本技艺领域中的全部不同比重流体混合物中，是有代表性的。

井台和船上安装的加工设备，必须能在各种程度的海水运动中准确运转。海上的最猛烈的风暴，只能延续30分钟，但是能造成相当大的生产秩序的混乱（例如，把油溢出输油管），于是需把整个设备停止运转。重新起动一套复杂设备可能需要八小时，在生产上和收入上是一笔相当大的损失。由于海上钻井的重量和空间的问题，加工船舶必须很小，而且由于海水常发生风暴，所以必须能在风暴中运转。解决这一系列困难因素的答案，是用船中的设计良好的内部设备。

1978年2月14日颁发给罗利（Neely    E.Lowrie）的第4073，734号美国专利，揭示了一种分离海底油井中油，水和气体的有效方法。虽然该1978年专利中的结构能有效分离两态，但在海水运动下分离三态，便需要附加的结构。为了明了差别所在，1978年的专利中的说明，在本文中将予以引述。

从基本上讲，1978年专利中提出了一种水平平台或挡板，其长度基本上与船舶的水平长度相同。水平平台或挡板的高度，大约即为分离器中预计油层和水层交接面的高度。水和一部分油从在中点位置上的腔室，进入水平台下面的两个隔室，每半个分离器中有一个隔室。水通过腔壁上的通入每一个隔室的孔，进入两个隔室。进入两个隔室的油，通过从挡板中穿过的垂直管，流回到水平挡板上方的存油中。水通过分离器每一端附近的两个出口，从船中排出。油在分离器进口运端的水平挡板上面的一个垂直堤堰上流过后，从船中排出。

自从1978年专利颁发以来，对该专利的揭示作进一步研究、并且积累了其他的事实和经验以后，说明还可以作相当多的改进。液体在水平平台中心孔中涌进涌出，拢乱了油和水的重力分离过程。可以用附加结构，保持水平平台下的充满流体的隔室的良好隔绝。在本发明中，在分离器中利用了另一种结构装置，消除1978年专利中的问题和缺陷。1978年专利中没有适当考虑一个重要的因素，就是泡沫的降低和衰减这样一个重要问题。

本发明考虑的是，把进行分离的液体，限制或盛放在安装在海上平台上的水平分离器容器的下部空间中，保持两种液体之间的一个稳定交接面。

本发明还考虑到的，是在水平分离器容器的充满液体的隔室中有一个油和水的交接面，以降低液体流动的速度和体积，在海水运动中，使重力分离的效率达到最大。

本发明的其他目的，优点和特点，普通技术人员，在考虑了说明书，后附的权利要求和附图后，便可明确了解。

附图内容简介如下：

图1是实施本发明的安装在一个海上结构上的水平分离器容器剖视图;

图2是图1中分离器向一极端倾斜的前视示意图;

图3与图2相似的分离器，图示向另一极端倾斜;

图4是实施本发明的容纳流体混合物的水平分离器容器剖视图，混合物在容器的中心分离;

图5是图4中的分离器，向一端倾斜的前视示意图;

图6是与图5相似，向另一极端倾斜的分离器;

图7是实施本发明的水平分离器容器剖视图，待分离的流体被分流，从容器的相对两部进入;

图8是图7中分离器的前视示意图，图示向一极端倾斜;

图9与图8相似，图示分离器向另一极端倾斜。

在本发明的说明书中，“流体”一词所指包括液态和气态。油是一种流体;水是一种流体;更具体则称之为液体。泡沫可以被称为一种液体，虽然，更方准确地说，则可认为是气泡在油中的结合。

在使用“混合物”一词时，在本发明书中应理解为各种量的油，水，气体和泡沫的结合。油，水和气体，是利用本文所揭示属于发明的系统所分离的最终产品。

气泡水准作用（the    spirit    level），是利用重力保持交接面水平的方法。流体表面永远保持水平。在一个有标准的陆地上使用的内部设备容器中，气泡水平作用可以完全自由移动。但假如把这容器放在一艘船上，那么永恒的气泡水准作用，就会使容器中的全部流体来回摇动，典型周期为15秒钟。这样造成大量的紊流，降低分离的质量。并且，交接面之间的大量垂直移动，使交接界而有接近出口嘴的危险。

内部构造（例如多孔板）有足够的限制作用，足以减弱气泡水准作用，能产生高速，把正在分离的流体混合。减弱气泡水准作用的唯一方法，是把流体充满。意思是设置一个隔室，其中两种流体的一种，只有一个非常小的量，或者完全不存在。一个完全灌满水的瓶子，可以作任何量的振动或加速，而不产生水的涡流。加工容器的充满流体的隔室，必须能使流体连续流进和流出。本发明提出了一种高分辨率流体充注，和无限制的加工流径。

实施本发明的结构，安装在一个水平伸展的圆柱形容器内。混合物盛放在分离器容器内，由挡板控制，挡板中有一块基本平坦的水平伸展的板，可称为“平台”或挡板。隔室在平台下，和容器下部共同形成。有一个或两个“腔”，由从平台伸到容器底的垂直板形成。垂直板和容器壁形成腔。

图1，4和7都揭示水平伸展的圆柱形容器内，实施本发明的构造。每一个容器接受一股或多股含有各种比例的油，水，泡沫和天然气的井流，其中包括有用的产品：油和天然气。每一个容器安装在浮在海面上的钻台或船上。在钻台或船上造成的海水运动，传递到安装在钻台或船上的分离器上。现不对全部六种海水运动作分析。为作本说明书中的叙述，图2，3，5，6，8及9中仅认为俯仰运动是主要的运动。仅示出俯仰运动的影响，并深信藉此便能充分揭示本发明。

在每一个水平伸展的分离器容器中，有一个基本水平的平台，与容器的水平轴线平行安装。有一个隔室，在这平台下面，由容器的下壁，和在平台下侧及容器内表面之间伸展的一个或多个基本垂直的板形成。垂直板和分离器端部之间的空间，形成一个腔，通过安装在垂直板上的通孔中的一个或多个止逆阀，和隔室接通。隔室，单向阀即止逆阀，腔，体现本发明的主要元件。

对附图叙述如下：

图1揭示一个水平伸展的圆筒形容器1。把取得的油井产品通过进口3，引入端部2。把产品里的天然气，油和水分离，分别从容器1中取出。天然气通过出口4，从容器的中心离开容器，分离的油通过出口5离开容器，水通过出口6取出。

实施本发明的结构接受到的油井产品，可能但也许不会含有相当量的泡沫。进入容器的产品的液体部分，沉降到一个基本平坦的水平平台或挡板7的上表面上。然后液体流入容器一端的一个腔8里。当然，在容器两端各设一个容纳液体的腔是可行的;在任一情况下，垂直线板9形成平台7下面的隔室10，并和容器壳形成腔8。腔和隔室，通过垂直板9的孔中的止逆阀11及12连接。出口6从容器壁中通过，排出隔室10里的水。油从隔室10通过出口5排出，天然气通过出口4，从容器的顶部排出。止逆阀11及12把腔8和隔室10接通。两个阀在垂直线上相对，高度是这样：假如在腔8中作两态分离的话，那么上阀12的高度，使油可以进入隔室10，阀11的高度使水可以进入隔室。两个阀都是上逆阀，因为它们只容许液体从腔8流进隔室10，而防止液体从隔室回流进腔。因此，隔室10永远充满液体。此外，复式阀可保持流入隔室10的液体的理想流动形式。

油和水形成交接面14，每种液体分别通过出口5和6排出。这些出口在隔室10里的位置，使容器的俯仰对隔室的交接面有最少的拢动。从隔室10中的液体中析出的任何气体，通过一根或两根导管15及16上升，以便从出口4中抽出。再谈一下通过进口3进入容器的井流，井流中可能有不同量的泡沫17，被带到天然气出口4。

如图1所示，油和水在平台7的上表面上流过。这样在平台7的平表面上流过，可预期泡沫有某种程度的衰减。把平台7放在油和泡沫的交接面处，控制该交接面的气泡水准作用。在平台下面的少量气体层，只产生最低量的流体运动，紊流，和交接面和垂直移动，平台上面的薄油水层的情况也相同。隔室10中的油层和水层，无法流到图2容器的右侧，或者流到图3中的容器的左侧。隔室10里的油层和水层不能把泡沫升高或排开。由于隔室10里的油和水隔离，因此泡沫和气体的交接面保持相对静止。流体在隔室中的运动，不能把流体送到隔室的外面。干泡沫在本身的重力作用下，相对于海水运动的典型15秒钟周期，作缓慢的流动。因此泡沫层17平静，并迅速衰减。

图2及3揭示容器俯仰运动的两个相对点。揭示了各种液体的液面，表示液体如何在俯仰状况下分离，和如何从容器中抽出。

图4，5及6对本发明作了揭示，在某种程度上重复了图1，2及3。容器20有一个中部进口21，接受要求分离的流体混合物。有一个平台或挡板22，在预期的相对于分离中的液体的交接面高度上水平伸展。在容器的两端各形成有腔23及24，液体从平台沉降到两个腔内。垂直挡板25及26有止逆阀27，28，29及30，因而两个腔中的液体都可以流入隔室31，而同时阻止液体从隔室回流入腔内，进口21把流体混合物向下引到平台22的上表面上，估计到从进口21附近伸到平台的垂直挡板32可以把液体平均分流，流入分别的腔内。挡板32不仅可以把进入的流体向平台平均分流，而且在分离器容器的俯仰运动中，起减缓流体在平台上流动的作用。混合物中析出的任何气体，通过出口33及34排出容器20。隔室31里的油和水的交接面35，在预期的俯仰运动中，也保持相对的稳定。至少交接面相当稳定，保证在俯仰运动中，出油口36永远从隔室中的上部存液中抽油，而出口37从下部存液中抽水。出油口和出水口都放在容器中部附近，以便从隔室中抽油和水。垂直挡板25及26上的止逆阀27，28，29及30，保证流动向着腔室内，而不向外进行。在这结构形式中，初始时流体在平台22的上表面上流动，有部分脱气作用发生，因此防止了气体和泡沫被液体携带，进入隔室31。

图5及6中示出了液面高度，表示隔室31如何接受液体，防止流回腔内。这种安排又一次说明，在海水运动中，本发明可以产生交接面的稳定性，结果有较高的分离纯度。

在图7中，容器40有两个进口41及42，接受待分离的流体混合物。在有的情况下，要求用两个进口，在容器两端各有一个。有一块平台或挡板43从两个进口接受混合物，腔44及45在容器两端，由垂直板46及47形成，完全如图4所示。液体混合物从每一个腔，通过垂直板，流入平台下面的一个隔室48。止回阀49，50，51及52，控制混合物从每一个腔单向流入隔室48。通过出口53及54的抽吸点，在容器长度的中点附近，如同图1及4的情况。

图8及图9的液面高度，表示隔室48怎样接受液体，和怎样防止向腔回流。这样，本发明便可在这结构中实施，实施结构与图1及4相符。

根据上文所述，可见本发明确能取得一切上文中阐述的目标和目的，并且这器械还具备明显而必然的其他优点。

可以理解到有某些特点和从属的组合方法是可行的，并且不需要涉及其他的特点和从属组合方法而使用。这些本发明中已考虑到并也属于本发明的范围。

由于本发明可以有许多可能的实施方案，不超出本发明的范围外，因此，应理解到在本文中的一切阐述，或附图中的一切所示，都应理解为一个举例，并无制约意义。

Claims (7)

1、一种在海水运动影响下，分离若干有不同比重的流体的分离的系统，系统包括下列各项：

一个水平伸展的圆筒形分离器容器(10)，有一进口接受若干有不同比重的流体，

一个基本平坦的水平平台/挡板(7)，在容器内的容器主长度上安装，与容器轴线平行，从容器进口接受流体，散布到腔(8)中，腔(8)在容器的一端，由基本垂直的板(9)形成，板(9)和平台密封，向下伸到容器的底部，

有一个穿过容器壁的出口(4)的平台的上方，排出比重较小的流体，

其特征如下：

有一个充满液体的隔室(10)，在平台的下侧，和基本垂直的板及容器下壁之间形成，

至少有一个止逆阀(11或12)，安装在腔和隔室之间的垂直板的通孔中，使至少一种流体，从腔单向流入隔室，

有一个通过平台的出口导管(15，16)，把隔室和平台上面的区域接通，把比重较小的流体，从隔室中排出，

隔室长度中部附近的隔室出口(5，6)，用以排出分离后的有较大比重的流体。

2、如权利要求第1项中之分离系统，其特征为有不同比重的流体是油，水，天然气泡沫。

3、一种在海水运动影响下，分离若干有不同比重的流体的分离系统，系统包括下列各项：

一个水平伸展的圆筒形分离器容器（20），有一个中部进口（21），接受若干有不同比重的流体，

一个基本平坦的水平平台/挡板（22），安装在容器的内部，伸展到离开容器两端的一个预定距离以内，和容器轴线平行，接受并散布从进口进入的流体，

至少有一个通过容器壁的出口在平台的上方，排出比重最小的流体，

其特征如下：

在容器的一端，有一个由一个基本垂直的板形成的腔（23，24），垂直板和平台密封，向下伸到容器的底部，

有一个隔室（31），在平台下侧，和基本垂直的部分（25，26），及容器下壁之间形成，

至少有一个止逆阀（27，28，29，30），安装在每一个腔和隔室之间的基本垂直板上的通孔中，使至少一种流体，从每一个腔单向流入隔室中，

在容器长度中部附近的隔室出口（36，37），分离比重较大的流体。

4、如权利要求第3项中之分离系统，其中有一个垂直挡板（32）从进口伸出，把通过进口流入的流体分流，在海水运动中起平台上的流体的减速作用。

5、如权利要求第3项中之分离系统，特征为有不同比重的流体是油，水，天然气和泡沫。

6、一种在海水运动影响下，分离若干有不同比重的流体的分离系统，系统包括下列各项：

一个水平伸展的圆筒形分离器容器，在每一端有一个进口（41，42），接受若干有不同比重的流体，

一个基本平坦的水平平台/挡板（43），安装在容器的内部，伸展到离开容器两端的一个预定距离以内，和容器轴线平行，接受并散布从进口进入的流体，

其特征如下：

在容器的一端，有一个由一个基本垂直的板形成的腔（44，45），垂直板和平台密封，向下伸到容器的底部，

有一个隔室（48），在平台下侧，和垂直板及容器下壁之间形成，

有一个止逆阀（49，50，51，52），安装在每一个腔和隔室之间的基本垂直板上的通孔中，使至少一种流体，从每一个腔单向流入隔室中。

7、如权利要求第6项中之分离系统，特征为有不同比重的流体为油，水，天然气和泡沫。

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