JP2022532690A - 分離ユニットの制御のための電力ユニットの位相角 - Google Patents

Abstract

本明細書で説明される実施形態は、液体混合を分離する方法を提供し、方法は、分離器に液体混合を提供することと、分離器の内部で液体混合に電力回路を電気的に結合することと、電力回路に時間変化電圧を印加することと、電力回路において位相角を検出することと、時間変化電圧の特性を調節することによって、位相角を制御することと、を含む。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本明細書は、その全体で参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１８年１１月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／７７０，３４６号に基づいており、米国仮特許出願第６２／７７０，３４６号への優先権を主張する。

本出願は概して、石油及びガス採掘と関連付けられた処理に関連する。特に、本出願は、分離可能液体に対する電気分離器に関連する。

石油及びガス採掘における一般的な問題は、炭化水素貯留層から生成された水の廃棄である。水は、炭化水素と共に抽出されることが頻繁にある。炭化水素を輸送することができず、または水により精製することができず、よって、炭化水素は水から分離される。水は、自然に沈降するのに時間を要するエマルションを形成するよう、油相において微細に分散されることが多い。よって、分離を高速化するために、測定が典型的には採用される。

油及び水の分離を高速化するために、電界が典型的には採用される。水は典型的には、油に対する電界のその導電性及び電界の効果へのその反応を増大させる、ある程度の量の塩分を有する。電極が油水混合に浸漬され、相の分離を増進するために、電力が電極に印加される。典型的には、静電分離器は、炭化水素貯留層を生成すること、及び分離器に負荷がかけることから生じた物質の流れ、ならびに分離器から生じた分離された油及び水の流れにより、連続して動作する。炭化水素貯留層を生成することから生じた流れは、変化することが多く、予測不可であり、よって、分離器に負荷がかけられた物質の特性及び組成物における規定外変動に起因した、油内の水または水内の油の破過を回避するよう分離器を制御することが望ましい。静電分離器を制御する改善された方法に対する必要性が存在する。

本明細書で説明される実施形態は、液体混合を分離する方法を提供し、方法は、分離器に液体混合を提供することと、分離器の内部で液体混合に電力回路を電気的に結合することと、電力回路に時間変化電圧を印加することと、電力回路において位相角を検出することと、時間変化電圧の特性を調節することによって、位相角を制御することと、を含む。

本明細書で説明される他の実施形態は、液体混合を分離する方法を提供し、方法は、分離器に液体混合を提供することと、分離器の内部で液体混合に、電力供給された電極を含む電力回路を電気的に結合することと、電力供給された電極に時間変化電圧を印加することと、導電体を使用して、液体混合に基準電位を結合することと、導電体において位相角を検出することと、時間変化電圧の特性を調節することによって、位相角を最小にすることと、第１の時間変化電力の特性を標準と比較することと、比較に基づいて、分離工程の様相を調節することと、を含む。

本明細書で説明される他の実施形態は、分離工程を実行する方法を提供し、方法は、分離プラントに複数の供給流を提供することであって、各々の供給流は、少なくとも２つの分離可能液相を含み、分離プラントは、複数の分離トレーンを含み、各々の分離トレーンは、そのうちの少なくとも１つが時間変化電圧によって電力供給される、少なくとも２つの電気分離器を含む、提供することと、それぞれの分離トレーンを通じて供給流を流すと共に、各々の分離トレーンの少なくとも１つの分離器に時間変化電圧を印加することと、時間変化電圧を受信する各々の分離器の電力回路において位相角を検出または判定することと、その分離器の位相角に基づいて、その分離器についての時間変化電圧の特性を調節するために、分離器ごとにコントローラを使用することと、データ取得及び分析システムに、分離器の動作パラメータを提供することと、データ取得及び分析システムにおける分離器の動作パラメータを比較することと、比較に基づいて、各々のコントローラの目標を調節することと、を含む。

本開示の上記記載された特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡易に要約された開示の更なる特定の説明は、その一部が添付図面において示される、実施形態を参照することによって行われてもよい。しかしながら、添付図面は、例示的な実施形態を示しているにすぎず、したがって、その範囲を限定することとは見なされず、他の等しく効果的な実施形態を認定してもよいことに留意されよう。

１つの実施形態に従った、分離装置の概略側面図である。 別の実施形態に従った、方法を要約したフローチャートである。 別の実施形態に従った、分離システムの概略処理図である。 別の実施形態に従った、分離システムの構成図である。 別の実施形態に従った、方法を要約したフローチャートである。

理解を促進するために、場合によっては、図に共通する同一の要素を指定するために、同一参照番号が使用されている。１つの実施形態の要素及び特徴は、更なる記載なしに他の実施形態に有利に組み込まれてもよいことが企図される。

図１は、１つの実施形態に従った、分離装置１００の概略断面図である。分離装置１００は、入口１２、重成分出口１４、及び軽成分出口１６を有する容器１０を含む。重成分出口１４は通常、容器１０の下部にあり、容器１０の底部にあってもよい。軽成分出口１６は、容器１０の上部にあり、容器１０の最上部にあってもよい。ある程度のガスも含む場合がある重液及び軽液の混合は、入口１２に提供され、混合の重成分及び軽成分の２相分離を増進するために、電気的手段が装置１００に採用される。液体混合は典型的には、分配器を使用して容器１０に負荷がかけられ、分配器は、容器１０内のいずれかの便利な位置に位置付けられてもよい。

液相の分離を増進するために使用される電気的手段は、容器１０の内部で液体混合に印加される電界である。電極は、電界を印加するために液体混合に浸漬され、よって、液体混合において電圧を生じさせ、電圧は、液相の異なる電気特性に基づいて液相が分離する速度を増進する。１つの電極は、液体混合に電圧を印加するよう電力供給されてもよい。代わりに、図１に示されるように、複数の電極が使用されてもよい。図１に示されるように、複数の電極は、１つ以上の対に配列されてもよい。よって、所与の電極対に対し、１つの電極が電力供給されてもよいと共に、もう一方の電極が基準電位に結合される。図１に示されるように、ここで、複数の電力供給された電極２８は、複数のそれぞれの基準電極３０と対にされ、各々の対では、電力供給された電極２８Ａ／Ｂ／Ｃは、電源に結合され、それぞれの基準電極３０Ａ／Ｂ／Ｃは、基準電位に結合され、基準電位は、各々のケースにおいて同一または異なってもよい。単一の電極のケースでは、電極が液体混合に浸漬され、容器１０に結合され、または電源のうちの１つ以上に結合されるかのいずれかのように、基準電位は、液体混合に電気的に結合された導体を使用して、容器１０において液体混合に結合されてもよい。

１つ以上の電力ユニット１０６は、電圧を生じさせるよう、液体混合に電力を印加する。ここで、３つの電力ユニット１０６Ａ、１０６Ｂ、及び１０６Ｃが示され、電力ユニットの各々は、電極対のそれぞれの電力供給された電極２８に結合される。本開示では、「１０６Ａ」などのアルファベットの接尾辞を有する参照番号を使用することを指す項目は、「１０６」などのいずれのアルファベットの接尾辞も有さない参照番号を使用することを集約して指す。よって、参照番号１０６の使用は、本開示では、１０６の全ての個々の使用が行われる、１０６Ａ、１０６Ｂなどのアルファベットの接尾辞と共にそのような個々の使用を指す。参照番号１０６の使用も、実施形態が項目の１つの例のみを有する、項目の単一例を指してもよい。よって、参照番号１０６が使用され、１つの項目１０６のみが存在することをコンテキストが示す場合、項目１０６の単一の例に言及される。参照番号１０６が使用され、複数の項目１０６Ａ、１０６Ｂなどが存在することをコンテキストが示す場合、項目１０６への言及は、集合的に、または個々の要素として項目１０６の全ての例を指す。実施形態が項目、例えば、項目１０６の単一の例または複数の例を有することがある場合、「１０６」への言及は、単一の項目及び複数の項目も指すことができる。

単一の電力ユニット１０６が使用されるケースでは、電力ユニットは、液体混合に浸漬された単一の電極または複数の電極に結合されてもよい。ここで電力ユニット１０６の各々は、液体混合に定義された電圧を提供する変圧器１０４、それぞれの変圧器１０４Ａ、１０４Ｂ、及び１０４Ｃを含む。変圧器１０４は、電源（図示せず）に接続された一次回路１０８（ここで、１０８Ａ、Ｂ、及びＣ）、ならびにそれぞれの電極２８に接続された二次回路１１０（ここで、１１０Ａ、Ｂ、及びＣ）を有する。二次回路１１０は、各々のケースでは、電力供給された電極２８、このケースでは、それぞれの電極２８Ａ、２８Ｂ、及び２８Ｃに電気的に結合される。電力供給された電極２８は、二次回路１１０から電位を取得し、液体混合において電界を励磁する。このケースでは、各々の電力供給された電極２８Ａ、２８Ｂ、及び２８Ｃは、それぞれの基準電極３０Ａ、３０Ｂ、及び３０Ｃに隣接する。上述したように、液体混合に浸漬された基準電極３０は、任意選択である。また、上述したように、１つよりも多い電極２８を使用すること、または１つよりも多い電極対２８／３０を使用することは、任意選択である。ここで水平方位にある電極２８及び３０も示されるが、垂直及び傾斜を含むいずれかの方位にあってもよい。

電力ユニット１０６は、電極２８に電圧を印加する。電圧は、実質的に一定であってもよく、または時間変化してもよい。時間変化電圧が変圧器１０４の一次回路１０８に印加されるとき、対応する二次回路１１０は、時間変化する電圧を取得し、時間変化電圧は、接続された電極２８によって、容器１０において液体混合に印加される。よって、各々の電力ユニット１０６は、液体混合に時間変化電圧を印加してもよい。時間変化電圧は、振幅、周波数、変調、電圧利得、電圧利得変調、及び波形を含むいずれかの特性に従って変化してもよい。複数の電力ユニットが複数の電極に結合されるケースでは、各々の電極は、異なる時間変化電圧または同一の時間変化電圧を受信してもよい。

いくつかのケースでは、分離装置１００は、多周波数分離器であってもよい。そのような分離器は、電力ユニットに結合された１つの電極を有してもよく、電力ユニットは、電極に複数の周波数成分を有する時間変化電圧を印加する。代わりに、分離器は、各々が異なる電力ユニットに結合された２つの電極を有してもよく、異なる電力ユニットは、電極に時間変化電圧を印加し、２つの電力ユニットは、異なる周波数を有する時間変化電圧を印加する。１つ以上の多周波数電力ユニットは、容器１０において時間変化電圧を生じさせるよう、容器１０の内部に配置された１つ以上の電極に結合されてもよい。時間変化電圧を生じさせるために、振幅、周波数、及び波形のいずれかの便利な変形及び／または変調と共に、正弦波、方形波、鋸歯状波、台形波、三角形波、指数関数波、対数波、半円形状波、逆半円形状波、または他の対称形状波もしくは非対称形状波が使用されることができる。異なる波形、異なる周波数、異なる振幅、及び／または異なる変調を有する時間変化電圧を使用して、２つの電極が電力供給されることができる。他の実施形態では、変調されたＤＣ電圧を得るために、変圧器１０６のうちの１つ以上が修正されることができる。

異なる電気特性を有する液相を有する分離可能液体混合に電極が浸漬される、図１に示されるタイプの電気分離器は、特有の、レジスタンス、キャパシタンス、及びインピーダンスを有するＲＣ回路としてモデル化することができる振る舞いを示す。特に、時間変化電圧が容器において１つ以上の電極に印加されるとき、システムは、インピーダンスを示し、分離器の電力回路、基準回路、及び／または接地回路を通じて流れる電流は、同一の位置において時間変化電圧に対する位相シフトを示す。位相シフトは、角度として表現されることができ、印加された電圧パターン及び容器内の液体混合の応答の相互作用によって判定される。位相角は、間隔での位置における電圧及び電流を測定し、波のピーク及びトラフのタイムスタンプを判定し、電圧測定値及び電流測定値における対応する波のピークとトラフとの間の時間シフトを判定することによって測定されることができ、それは、位相角を得るための単純な計算につながる。図１の分離器などの分離器が水から油を分離するために使用されるとき、油及び水の相対量は、液体の電気的性質に影響し、よって、位相角は、所与の電気刺激が液体に印加されるときを示している。位相角は、いくつかのケースでは線形的に、分散された水の容積と共に直接的に変化し、よって、印加される電圧の特性を変化させることによって、分離器性能を調節することができる。発明者は、位相角を最小にすることは典型的には、印加される電圧の特性を変化させることによって達成することができる、最良の分離性能を結果としてもたらすことを発見した。

分離装置１００は、電力回路、液体混合、もしあれば基準電極、及び／または図１の容器１０もしくは電力ユニット１０６のうちの１つ以上に電気的に取り付けられた基準導体もしくは接地導体に電気的に結合された１つ以上の位相角センサ６２を含む。１つ以上の電極２８から容器１０において液体混合を通じて伝播する電気信号を検知するよう、容器壁において容器１０に結合されたセンサ６２が示される。電極２８から電極３０に伝播する電気信号を検知するよう、ここでは接地されて示される基準電極３０に取り付けられた導体３４に結合されたセンサ６２も示される。それぞれの電極２８に変圧器１０４のそれぞれの二次リード線を結合する導体３２に結合されたセンサ６２も示される。それぞれの変圧器１０４の一次リード線１０８に結合されたセンサ６２も示される。最後に、電力ユニット１０６の接地リード線に結合されたセンサ６２が示される。分離装置１００などの分離装置は、図１に示されるセンサ６２のうちの１つ以上を有してもよい。分離器１００が動作しているときに全てのそれらの導体が電気的に結合されることを理由に、分離工程を監視及び制御するために、上述した位置のいずれかにおいて位相角を判定することができる。各々のセンサ６２は、位相角または電圧を直接測定する位相角センサ、及び電流センサであってもよい。各々のセンサ６２は、センサ６２の位置におけるシステムの検出された電気特性を表す信号をコントローラ６０に送信するよう、コントローラ６０に動作可能に結合される。コントローラ６０は、センサ６２から検出された位相角を表す信号を受信し、またはコントローラ６０は、センサ６２から検出された電圧及び電流を表す信号を受信し、信号から位相角を判定する。

コントローラ６０は、ターゲット値からの検出または判定された位相角の偏差に基づいて、第１の電極２８に印加された時間変化電圧の様相のいずれかへの調節を判定及び制御するように構成されることができる。多くのケースでは、ターゲット値はゼロであり、それは、コントローラ６０が分離装置１００の最適な動作のために位相角を最小にすることを意味するが、いくつかのケースでは、ターゲット値は、ゼロでなくてもよい。例えば、電気分離器、または複数の電気分離器を含む分離プラントは、コントローラ６０のうちの１つ以上に非ゼロ位相角ターゲットを適用することによって、必要に応じて、過渡状態を通じて循環されることができる。いずれかのイベントでは、周波数、振幅、及びその変調の形状を含む、周波数、振幅、波形、及び／または利得など、時間変化電圧の１つ以上の様相は、ターゲット値に向かって位相角を調節する標準的なフィードバック制御技術に従って調節されることができる。

図２は、１つの実施形態に従った、方法２００を示すフローチャートである。以下で更に説明されるように、方法２００は、分離装置１００または他のタイプの分離装置を使用して実施されることができる。

２０２において、油／水混合などの分離可能液体混合は、電気分離装置に提供される。電気分離装置は、液体混合を保持し、容器の内部に少なくとも１つの電極を有する容器である。電気が電極に印加されるとき、電極は、電界に液体混合を露呈するよう、液体混合に浸漬される。電界は、変調されていないＡＣ電圧または変調されたＡＣ電圧、例えば、周波数変調及び／または振幅変調による時間変化電圧などの時間変化電圧を有することができる。時間変化電界の様相は、分離可能液相を分離するための時間を最小または最適にするために選択される。

２０４において、時間変化電圧は、液体混合に浸漬された電極によって、液体混合に電気的に結合された電力回路に印加される。複数の電極が液体混合に浸漬される場合、時間変化電圧は、複数の電極に印加されてもよく、全ての電極に対して同一であってもよく、または異なってもよい。例えば、時間変化電圧は、液体混合に浸漬された電極対の第１の電極に印加されてもよい。液体混合に浸漬された電子対の第２の電極は、電流リターンパスまたは二次コンジットを介して、基準電位に結合されることができる。複数のそのような電極対が使用されることができる。代わりに、時間変化電圧は、液体混合に浸漬された単一の電極に印加されることができる。単一の電極は、液体混合において時間変化電界を確立するよう、容器壁または他の導体を介して基準電位に電気的に結合する。複数の電極対が使用される場合、液体混合に浸漬された各々の電極対の第２の電極は、二次電力回路を介して基準電位に結合されることができる。装置１００では、導体３４は各々、二次コンジットである。液体混合に浸漬された１つ以上の電極に時間変化電圧を印加することによって液体混合において確立された時間変化電界は、容器における分離可能液相の分離を増進し、時間変化電界を使用して分離された分離可能液相は、分離出口を通じて容器から取り除かれる。電力回路は典型的には、電力ユニットを含み、電力ユニットは、変圧器を含んでもよい。電力ユニットは、導体によって電極に結合される。電極は、液体混合に時間変化電界を印加するよう、液体混合に浸漬される。電力回路は、電気分離器から電力ユニットのアースまたは基準電位への接地リターンパスを含む。接地リターンパスは典型的には、液体混合に浸漬された第２の電極または容器壁など、いずれかの便利な位置において電気分離器に結合された導体を含む。

２０６において、位相角は、システムにおいて検出される。位相角は、容器壁において、単一の電力供給された電極において、単一の電力供給された電極に電源を接続する導体において、電極対のいずれかの電極において、基準電位に電極を接続するコンジットにおいて、電力ユニットに結合された変圧器のいずれかの回路（一次もしくは二次）のいずれかにおいて、電力ユニットの接地リード線において、または１つよりも多いそのような位置においてなど、全体的な電気的に結合されたシステムのいずれかの位置において測定されることができる。１つの態様では、位相角は、位相角プローブを使用して直接測定される。別の態様では、電位及び電流は、二次コンジットにおいて測定され、位相角は、既知の方法に従って、測定された電位及び電流から計算される。

２０８において、検出された位相角は、容器における分離工程が調節されるべきであるかどうかを判定するよう、ターゲット値と比較される。制御が必要であるかどうか、及びどの程度の制御が適用されるべきであるかを判定する際に、ターゲット値からの偏差のいずれかの態様が考慮されることができる。多くのケースでは、それによって目的が位相角を最小にすることである、位相角についてのターゲット値は、ゼロであってもよい。ほとんどのケースでは、目的は、位相角を最小にすることであるが、いくつかのケースでは、目的は、位相角の非ゼロ値を達成することである。

２１０において、分離工程の１つ以上の特性は、２０８の比較に基づいて調節される。周波数、振幅、及び／または形状、またはそのいずれかの変調の周波数、振幅、及び／または形状などの時間変化電圧の１つ以上の様相が調節されることができる。加えて、位相角が電気的に結合されたシステムにおける２つ以上の位置において検出される場合、時間変化電圧の１つよりも多い様相は、異なる位置において位相角を制御するよう調節されることができる。

調節の程度は、周波数などの制御パラメータでの変動を、定常状態にある検出位置における位相角での変動に相関付けることによって判定されることができる。そのような相関付けは、処理応答機能を定義するために使用されることができ、処理応答機能は、位相角及び制御パラメータに基づいて制御ループを同調するために使用されることができる。ターゲットからの規定外変動への制御ループ応答を定義するために、ＰＩＤ同調などのいずれかの制御技術が使用されることができる。

１つの態様では、自動変圧器など、可変利得変圧器を使用することによって、制御の追加の方策が許容されることができる。図１の分離装置１００では、変圧器１０４のいずれかまたは全ては、可変一次回路１０８及び／または可変二次回路１１０を有する可変利得変圧器であることができる。一次回路１０８及び二次回路１１０のいずれかの可変部分を励磁するために、１つ以上のスイッチが使用されることができる。コントローラ６０は、二次コンジットの位相角を制御する追加の方式として、可変変圧器の部分を励磁及び非励磁して、その電圧利得を調節するよう、スイッチを動作させることができる。位相角を制御するために時間変化電圧の様相として電圧利得を使用することに加えて、電圧利得の時間変動も使用されることができる。例えば、電圧利得は、所望の周波数において可変利得変圧器を駆動することによる周波数に従って変調されることができる。このようにして、周波数変調は、追加の制御機構として電圧利得に適用されることができる。加えて、周波数変調の代わりにまたは加えて、振幅変調が電圧利得に適用されることができる。よって、可変変圧器の使用は、時間変化電力によって駆動される電気分離器において少なくとも３つの追加の制御変数が位相角に適用されることを可能にする。

図３は、別の実施形態に従った、分離システム３００の概略処理図である。分離システム３００は、各々がデータ取得及び処理システム３０４に結合された複数の電気分離器３０２を特徴付ける。データ取得及び処理システム３０４は、少なくともデジタル処理システム３０６、及びデジタル処理システムと複数の電気分離器３０２との間の通信をもたらすネットワーク３０８を含む。ネットワーク３０８は、クローズドネットワークであってもよく、またはいくつかの機能のためのインターネットを利用してもよい。ネットワーク３０８は、記憶装置機構をも含んでもよい。

デジタル処理システム３０６は、ディスプレイ及びキーボードなどの任意選択の入力及び出力構成要素と共に、プロセッサ及び記憶装置などのそのようなシステムに対して標準的な構成要素を含む。デジタル処理システム３０６は、ネットワーク３０８を使用して電気分離器３０２に、及び電気分離器３０２から信号を通信するためのソフトウェアを含む。デジタル処理システム３０６は、ネットワーク３０８を介して分離器３０２のコントローラ６０と通信し、または任意選択で、ネットワーク３０８をバイパスしてコントローラ６０と直接通信し、もしくは任意選択で、分離器３０１のセンサ６２と直接通信する。

このケースでは、複数の電気分離器３０２の各々は、同一のタイプの電気分離器３０１である。ここで、電気分離器３０１は各々、電力供給された電極２８に電気的に結合された単一の電力ユニット３０３を有し、データ取得及び処理システム３０４は、各々の分離器３０１のコントローラ６０に結合され、または任意選択で、各々の分離器３０１のセンサ６２及び電力ユニット３０３に直接結合される。分離システム３００は、電気分離器３０１の間で入力液体混合を分割する。複数の分離器３０２からの軽い方の液相は、分離に続いて組み合わされることができ、複数の分離器３０２からの重い方の液相も同様に、分離に続いて組み合わされることができる。データ取得及び処理システム３０４は、各々の分離器３０１のセンサ６２またはコントローラ６０からの位相角を表す信号を受信し、各々の分離器３０２からの位相角測定値を定期的に、またはコマンドに応じて記録する。デジタル処理システム３０６は、統計的分析及び傾向を含む、位相角測定値の分析を実行することができる。このようにして、デジタル処理システム３０６は、分離器３０１のセンサ読み取りから分離システム３００によって処理される液体混合の様相を表す、処理メトリックを計算するように構成されることができる。デジタル処理システム３０６はまた、分離器３０１の電力ユニット３０３のセットポイント及び分離器３０１のコントローラ６０によって判定されたパラメータを比較し、セットポイント及びパラメータから、液体混合供給流の判定されたメトリックに基づいて、個々のコントローラ６０についてのセットポイント及び／または制御パラメータへの調節を判定するように構成されることができる。

図４は、別の実施形態に従った、貯留層流体を処理する分離システム４００の構成図である。システム４００は、複数の位置４０３において炭化水素貯留層４０２に結合された処理セクション４０４を含む。貯留層４０２からの炭化水素は、コンジット４０５を通じて処理セクション４０４に経路指定され、コンジット４０５は、貯留層４０２から処理セクション４０４に物質を供給する。貯留層４０２からの物質は、液体及びガスを含み、いくつかの同伴固体を含んでもよい。ガス及び固体は、処理セクション４０４に流れる前に少なくとも部分的に取り除かれてもよい。

処理セクション４０４は、炭化水素から不要な水、塩分、酸、及び他の不要な物質を取り除く複数の電気分離器を含む。このケースでは、第１の分離を実行するために複数の第１の電気分離器４０７が設けられ、第２の分離を実行するために複数の第２の電気分離器４０９が設けられる。ここで、第１の分離器４０７の各々は、コントローラ６０及びセンサ６２を含む、図１の分離装置１００であり、第２の分離器４０９の各々は、図３の電気分離器３０１である。この分離器の構成は、分離器を制御するために位相角検出を集合的に使用して、電気分離器をどのように構成することができ、電気分離器をどのように動作させることができるかの実施例である。特定の処理の必要性に従って、位相角制御を使用して動作するよう、複数の電気分離器を使用した他の構成が構造化されることができる。ここで、複数の第１の分離器４０７は、炭化水素からの排水及び他の不要な物質を分離し、各々の分離器４０７は、炭化水素流４０６を生じさせる。第１の分離器４０７の各々は、このケースでは、時間変化電界を使用して炭化水素／水エマルションを分離する脱水器である。第１の分離器４０７の各々は、３つの電極対の基準電極における位相角を検出する１つ以上のセンサ６２を含む。

各々の炭化水素流４０６は、対応する第２の分離器４０９に経路指定される。第２の分離器４０９は、このケースでは、炭化水素流４０６に含有される水の中の残余塩分レベルを減少させる脱塩装置である。各々の第２の分離器４０９は、その電力ユニット３０３の変圧器１０４の一次回路及び二次回路に結合されたセンサ６２を有するが、単一のセンサが使用されてもよく、センサは、各々の第２の分離器４０９の全体的な電気的に結合されたシステムにおける１つ以上の位置のいずれかに結合されてもよい。ここで示されるように、単一の電極２８は、液体混合に浸漬され、容器１０の容器壁は接地される。流れ４０６に含有された分散された水の中の塩分を希釈するよう、流れ４０６と密接に接触して水が流れ４０６に加えられ、次いで、より低い塩分含有量を有する拡大された水相は、第２の分離器４０９において時間変化電界を使用して流れ４０６から分離される。第２の分離器４０９のセンサ６２は、変圧器１０４の一次回路及び二次回路において位相角を検知する。図４に示されるように、第２の分離器４０９は、単一の生成物の流れに組み合わせることができる、生成物の炭化水素流４０８を生成する。

処理セクション４０４は、図３に関連して説明されたシステム３０４などのデータ取得及び処理システムに動作可能に結合される。ここで、処理セクション４０４における個々の分離器のコントローラ６０は、ネットワーク３０８を介してデジタル処理システム３０６に結合される。ここでコントローラ６０は、デジタル処理システム３０６に分離器４０７及び４０９の処理データを通信し、デジタル処理システム３０６から制御信号を受信するように構成される。

ここで、デジタル処理システム３０６は、分離器がそれらの個々の位相角ターゲットを追求するにつれて、個々のコントローラ６０からの処理データを監視し、分離器４０７及び４０９の処理条件を比較するように構成されることができる。同一のタイプの分離器の中での差は、強調されることができ、及び／または他の処理条件と相関付けられることができる。変化率を退行させることによって傾向が比較されることができる。識別可能なイベントのタイミングは、比較されることができ、他の処理条件または貯留層条件に関連付けられることができる。異なるタイプの分離器の間の差も、処理イベント及び処理条件を識別するよう比較されることができる。デジタル処理システム３０６は、様々なコントローラ６０の目標を個々にまたは集合的に調節することによって、システム４００の動作を調節するための制御信号を、様々な分離器４０７及び４０９のコントローラ６０に送信するように構成されることができる。

図５は、別の実施形態に従った、方法５００を要約したフローチャートである。方法５００は、分離システム３００及び４００、または本明細書で説明されるような位相角制御を有する複数の分離器を伴ういずれかの分離システムと共に使用されることができる。方法５００は、その混合から分離可能液体を分離する分離システムにおいて分離器を制御するために有益である。方法５００は、分離器の電気状態が所望の処理のための所望の範囲または領域において維持されることを保証する。

５０２において、時間変化電圧によって駆動される複数の電気分離器の各々の電力回路において、位相角が検出または判定される。位相角は、電気的に結合されたシステムにおけるいずれかのポイント、例えば、電力ユニットにおけるいずれかのポイント、電力ユニットの変圧器の一次回路もしくは二次回路、または電力ユニットの接地リード線におけるいずれかのポイント、または容器壁におけるいずれかのポイント、または基準電位に接続された基準電極または導体におけるいずれかのポイントにおいて位相角を直接検知するセンサを使用して検出または判定される。代わりに、センサは、電圧及び電流を検出してもよく、プロセッサは、検出された電流及び電圧から位相角を判定することができる。

５０４において、各々の電気分離器の判定された位相角は、それぞれの電気分離器に印加される時間変化電圧の様相を変化させることによって、各々の電気分離器のそれぞれのコントローラによって制御される。各々のコントローラは、位相角についてのターゲット値を有し、周波数、振幅、変調、波形、利得、及び利得変調などの時間変化電圧の１つ以上の様相を調節する。各々のコントローラは、同一の制御ループ及び同調を有してもよく、または異なる制御ループ及び同調が使用されてもよい。例えば、異なるタイプの電気分離器では、異なる制御ループ及び／または同調が使用されてもよい。例えば、時間変化電力の様々な様相が調節されるとき、第１の構成の電気分離器は、第１の位相角応答を示してもよいと共に、時間変化電圧の同一の様相が調節されるとき、第１の構成とは異なる第２の構成の電気分離器は、第１の位相角応答とは異なる、第２の位相角応答を示してもよい。それらの応答に基づいて２つの電気分離器を制御するために、異なる制御ループ及び／または同調が使用されてもよい。

５０６において、電気分離器のコントローラは、データ取得及び分析システムに信号を送信する。各々のコントローラからの信号は、それぞれの電気分離器の電流動作を表すデータを含む。データは、時間変化電力の様々な様相のセットポイント及び実際の値に従った、電流位相角ターゲット及び実際の値を含んでもよい。温度、圧力、流量、レベル、インピーダンス、及び他の処理パラメータも信号に含まれてもよい。信号は、規則的もしくは複合的であってもよく、設定されたパターンに従って定期的に送信されてもよく、及び／または信号は、データ取得及び分析システムからの要求があると送信されてもよい。

５０８において、データ分析及び取得システムは、コントローラからの信号を比較し、差を判定する。比較のために特定の変数が規定されてもよい。例えば、同一のタイプの全ての分離器または同一の位置にある全ての分離器に対して比較が行われることができる。比較のためにいずれかのパラメータの集合が規定されることができる。比較によって判定された差は、分離器動作を変化させることによって管理することができる、既知の処理及び機器状態に関連付けられてもよい。複数の分離器からのデータを使用して、モデルが更新及び精製されることができる。

５１０において、データ分析及び取得システムは任意選択で、それぞれの分離器ごとの、及び／または全体システムについての１つ以上の処理性能メトリックを判定する。そのようなメトリックは、エネルギー効率及び分離効率を示すメトリックを含んでもよい。実施例は、総エネルギー使用率、特定のエネルギー使用率（単位質量ごとに使用されるエネルギー）、総分離効率及び／または時間、単位効率及び／または単位時間ごとの総エネルギー使用率及び／または特定のエネルギー使用率、ならびに炭化水素－水比率などの貯留層メトリックを含む。

５１２において、データ分析及び取得システムは、電気分離器の１つ以上のコントローラに対する調節を判定する。上記判定された差及び処理メトリックは、調節を判定するために、分離器の物理モデル、統計モデル、または発見的モデルに従って、個々にまたは集合的に使用されてもよい。各々の個々の調節は、複数のコントローラのいずれかまたは全てからのデータの分析に基づいてもよい。加えて、各々の個々の調節は、これからは非稼働中であってもよい、電気分離器からの履歴データの分析にも基づいてもよい。

５１４において、データ分析及び取得システムは、個々の電気分離器を制御するコントローラの目標を更新する。方法５００は、方法５００を実行するように構成された制御ループを使用して繰り返されることができる。

上述したことは、本発明の実施形態に関するが、その基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてもよく、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (20)

1. 液体混合を分離する方法であって、
   分離器に液体混合を提供することと、
   前記分離器の内部で前記液体混合に電力回路を電気的に結合することと、
   前記電力回路に時間変化電圧を印加することと、
   前記電力回路において位相角を検出することと、
   前記時間変化電圧の特性を調節することによって、前記位相角を制御することと、
   を備えた、前記方法。
2. 前記時間変化電圧は、多周波数ＡＣ電圧である、請求項１に記載の方法。
3. 前記液体混合は、油／水混合である、請求項１に記載の方法。
4. 前記特性は、周波数、振幅、周波数変調、振幅変調、電圧利得、電圧利得変調、及び波形から構成されたグループから選択される、請求項１に記載の方法。
5. 液体混合を分離する方法であって、
   分離器に液体混合を提供することと、
   前記分離器の内部で前記液体混合に、電力供給された電極を含む電力回路を電気的に結合することと、
   前記電力供給された電極に時間変化電圧を印加することと、
   導電体を使用して、前記液体混合に基準電位を結合することと、
   前記導電体において位相角を検出することと、
   前記時間変化電圧の特性を調節することによって、前記位相角を最小にすることと、
   前記第１の時間変化電力の前記特性を標準と比較することと、
   前記比較に基づいて、前記分離工程の様相を調節することと、
   を備えた、前記方法。
6. 前記時間変化電圧は、多周波数ＡＣ電圧である、請求項５に記載の方法。
7. 前記時間変化電圧の前記特性は、周波数、振幅、変調、電圧利得、電圧利得変調、及び波形から構成されたグループから選択される、請求項５に記載の方法。
8. 前記電力回路において位相角を検出することを更に備えた、請求項５に記載の方法。
9. 前記電力回路の前記位相角を前記導電体の前記位相角と比較することを更に備えた、請求項８に記載の方法。
10. 前記電力回路の前記位相角に基づいて、前記時間変化電圧の異なる特性を調節することを更に備えた、請求項９に記載の方法。
11. 分離工程を実行する方法であって、
    分離プラントに複数の供給流を提供することであって、各々の供給流は、少なくとも２つの分離可能液相を含み、前記分離プラントは、複数の分離トレーンを含み、各々の分離トレーンは、少なくとも２つの電気分離器を含み、そのうちの少なくとも１つの電気分離器が時間変化電圧によって電力供給される、前記提供することと、
    前記分離プラントのそれぞれの分離トレーンを通じて前記供給流を流すと共に、各々の分離トレーンの少なくとも１つの分離器に時間変化電圧を印加することと、
    時間変化電圧を受信する各々の分離器の電力回路において前記位相角を検出または判定することと、
    各々の分離器のコントローラを使用して、その分離器の前記位相角に基づいて、その分離器についての前記時間変化電圧の特性を調節することと、
    データ取得及び分析システムに、前記分離器の動作パラメータを提供することと、
    前記データ取得及び分析システムにおける前記分離器の前記動作パラメータを比較することと、
    前記比較に基づいて、各々のコントローラの目標を調節することと、
    を備えた、前記方法。
12. 各々の分離トレーンの少なくとも１つの分離器は、電力供給された電極及び基準導体を含み、
    時間変化電圧は、各々の電力供給された電極に独立して提供される、請求項１１に記載の方法。
13. 各々の第１の時間変化電圧の前記特性は、各々のケースにおいて独立して、周波数、振幅、周波数変調、振幅変調、電圧利得、電圧利得変調、及び波形から構成されたグループから選択される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記データ取得及び分析システムはまた、前記分離器の前記動作パラメータを、履歴データ及び他の分離プラントからのデータと比較する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記データ取得及び分析システムはまた、前記履歴データとの前記比較に基づいて、各々の分離器の前記コントローラを調節する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記電気分離器のうちの１つ以上は、多周波数ＡＣ電圧を使用して動作する、請求項１１に記載の方法。
17. 前記供給流のうちの少なくとも１つは、油／水混合である、請求項１６に記載の方法。
18. 各々のコントローラは、各々の分離器において前記位相角を最小にするように構成されている、請求項１７に記載の方法。
19. 各々のコントローラは、各々の分離器の周波数、振幅、周波数変調、振幅変調、電圧利得、電圧利得変調、及び波形のうちの２つ以上を調節することによって、分離器ごとに１つよりも多い位相角を最小にするように構成されている、請求項１７に記載の方法。
20. 前記分離プラントの１つ以上の分離器の前記コントローラに非ゼロ位相角ターゲットを適用することによって、過渡相を通じて前記分離プラントを循環させることを更に備えた、請求項１１に記載の方法。

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