JPH02502266A - 多相液体の相を分離するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 多相液体の相を分離するための方法及び装置この発明は、多相液体の相を分離す る方法及びそのための装置に関する。

詳しく言うと、本発明は、油井ヘッドからの産出液のような油水混合物から水成 分を分離することに関連するが、それだけに限定されるわけではない、特質上、 そのような液体は混合物中に油成分と共にかなりの量のガス及び水を含有してお り、そして生産プロセスの第一段階として、油が少なくとも優勢を占め且つ少な （とも水成分が相対的に少ない量に低下させられている産出液体が得られるよう に、かなりの量のガス及び水を取除くことを目的とする分離プロセスを行うのが 普通である。

通常は、上記の分離は水成分がその底部に沈降する沈降タンクで果され、そして それはそこからたやすく抜き出すことができる。しかしながら、そのようなタン クは、空間及び重量の束縛が重要な因子である例えば沖合の石油プラットホーム のような情況においては特に、かさばり、重く且つ一般に使用するのが不便であ る。

油及び水の混合物からこれらの成分を分離するためにサイクロン分離器を用いる ことが提案されており、そしてそのような分離器は、それらがかなりの効率を具 備することができ且つ、それらを使って一般的により小さくてより軽い分離設備 を建設することができるために、ますます使用されるようた最初の分離プロセス から更に別にされた分離プロセスに限られている。それに関しては、最初の分離 プロセスにより一度除去された水成分はい（らかの、典型的には数パーセントの 、残留油を含有しており、そして上記のサイクロン分離器がこれまでのところ主 要な用途を見いだしていたのがこの残留油の分離である。

サイクロン分離器が産出液から最初に水を分離するのに、そのような使用法から 得られる利点にもかかわらず、これまで広（用いられるようにならなかったのは 、産出液で効果的に運転することのできるサイクロン分離器を設計することが可 能であるとは分らなかったからである。これは、部分的には、高濃度の油を取扱 うための効果的な分離器（「脱水」分離器）を設計することが高濃度の水を取扱 うための分離器（「脱油」分離器）を設計するよりも一般的に難しいように思わ れるからである。そしてまた部分的には、脱油分離器が通常効果を現す液体の組 成変動が比較的少ないのに比べ、産出流の液体の組成変動がより大きいために上 記の問題が生じるように思われる。脱油分離器は典型的に、多くが水であって数 パーセントが油である液で効果を発揮し、そしてそれらは油の含有量を数十ｐｐ ｍに減少させるのに有効である。これに反して、脱水分離器は、水の含有量が２ ０％と７０％との間で変動する油／水混合物を分離するために使うことが恐らく 必要とされるであろう、設計を脱油用途のために適したものに少なくとも適合さ せることは、最後に述べた範囲の下端の水含有量の混合物については果すことが できるけれども、これらは多分、この範囲の上端の水含有量を取扱うためにはい つも効果的であるとは限るまい。

本発明の目的は、サイクロン分離器を利用し、そして前述の課題を少なくとも部 分的に改善するのを可能にする、分離装置及び分離方法を提供することである。

一つの側面において、本発明は、液体混合物にある量の少なくとも一つの構成成 分を加えてそれにより分離の効率を向上させる工程を含んでいる、サイクロン分 離器を使用して液体混合物から構成成分を分離する方法を提供する。

もう一つの側面において、本発明は、液体混合物から構成成分のうちの少なくと も第一のものを分離する効率を測定し、そしてこの効率が予め定められた効率か ら外れたという決定に基づき、その効率を上記の予め定められた値に戻させるの に役立つある量の上記構成成分のうちの一つをサイクロン分離器に入ってくる液 体混合物に加えることを含んでいる、サイクロン分離器を使用して液体混合物か ら構成成分を分離する方法を含む。

本発明はまた、更に別の側面において、分離すべき液体のための入口手段と上記 混合物の密度を異にするそれぞれの構成成分の出口のための少なくとも二つの出 口とを有するサイクロン分離器を含んでなり、ある量の上記構成成分のうちの一 つを供給するための供給手段、及びこの供給手段からのある量の上記一つの構成 成分を当該分離器へ入る前に上記混合物へ選択的に混ぜ合わせるための手段を更 に包含している分離装置をも提供する。この装置には、上記一つの構成成分の混 合物への混合を、該混合物を構成している構成成分のうちの少なくとも第一のも のの分離効率を一定に維持するのに役立つように果すのに適合した制御手段を含 めてもよい。

この装置には、上記第一の分離された構成成分の流れにさらされる位置にある、 その純度を検知するための検出手段、及びこの検出手段に応答して、混合される 上記一つの構成成分の量を変える制御手段を含めてもよい。

本発明の方法及び装置はまた、二つ以上の構成成分のうちの選ばれた一つの添加 を果し又は種々の構成成分の添加を果すのに適合させてもよい、同じように、上 記の制御手段は第一の上記分離された構成成分より多くの純度を検知するように 配置されている純度検出器に応答して差支えない。

本発明を更に、−例のみとしてである。が、添付の単一の図面に関して説明する 。この図は、本発明に従って組み立てられた分離装置を図式的に表現したもので ある。

この図に示された分離装置１０は、分離すべき多成分液体の流入のための入口１ ４と、入口液体の軽い方の成分の流出のための溢流出口１６と、入口液体の重い 方の成分の流出のための下流出口１８とを有するサイクロン分離器１２を含んで なる。この場合には、入口液体は油井（図示せず）からの産出液２２を含んでな るように示されている。この液体は、二つの混合弁２４　、２６のある輸送管２ ０を経由して分離器人口１４へ輸送される。

必要ならば、圧力及び入口液体の体積流量を分離器１２の操作に適した値にする ため輸送管２０にポンプを含ませてもよい。

分離器は、例えば、米国特許第４２３７００６号及び同第４５７６７２４号明細 書並びに国際特許出願ＰＣＴ／ＡＬＩ８５１０００１０号に記載された脱油分離 器と同様の方針に沿って設計して差支えないが、これらの分離器が一般に最適化 されるよりもいくらか高い油濃度ををする入口液体で運転するように分離器を最 適化することが望ましいかもしれないという事実を考慮に入れる目的で、い（ら かの改変を行うのが多分望ましかろう。特に、溢流出口１６は、その断面積が関 係を有する限りはかなり大きくすることを必要とするかもしれない。

分離器１２は通常のように運転する。すなわち、液２２は、密度がより高い水成 分２８を軸線方向に配置された下流出口１８へ向けて出し且つ密度がより低い油 成分３０を軸線方向に配置された溢流出口１６へ向けて出すように細長いテーパ ー付きの分１８は分離室の相対する端部にあって、出口１８は分離室の小さい方 の直径の端部にあり、そして出口１６は大きい方の直径の端部にあり、入口１４ もまたこの端部の方へ配置されている。

分離された分離器１２からの水は、更に処理するように装置１０から輸送管３２ によって導かれる０分離された分離器からの油は、同じように更に処理するため に装置１０から輸送管３４によって導かれる。実際には、ガス及びより軽い他の 成分が油との混合物でもって出口１６から輸送管３４へ恐らく同じように進むで あろう。これらの他の成分のうちの少なくとも一部は、輸送管３４に別の分離器 又は他の機器を挿入することにより分離されるかもしれないが、そのような別の 分離器又は他の機器が含まれているかどうかは、本発明の目的上重要ではない。

輸送管３２　、３４には、それぞれ汚染物質検出器３８　、４０が含まれている 。検出器３８は輸送管３２中を流れる水の油による汚染の相対的な程度を測定す る働きをし、それに対し、検出器４゜は輸送管３４中を流れる油の水による汚染 の相対的な程度を測定する働きをする。適当な検出器は、輸送管３２　、３４中 を流れている時又は適当な側流（ｄ　１ｖｅｒ　ｔｅｒ）管を通って流れている 時に液体の光学濃度を測定することにより汚染を測定するように作用することが できる。

関連する汚染の程度を指示する検出器３８　、４０の電気出力は、それぞれ線路 ４４　、４６に沿って制御装置４８へ進む。

分離装置は更に、それぞれ水２８ａ及び油３０ａの入った溜め５０　、５２を包 含する。これらの溜め５０　、５２は、それぞれ更に別の輸送管５４　、５６を 経由して混合弁２４　、２６に通じる。これらの輸送管には、そ゛れぞれポンプ ５８　、６０が含まれている。弁２４゜２６及びポンプ５８　、６０は、それぞ れの線路６２　、６４　、６６　、６８に沿って制御装置４８からそれらへ伝え られる信号に従って電気的に制御可能である。

運転時には、出口１６を経由して分離器１２を出てゆく油３ｏがあるいは出口１ ８を経由して出てゆく水２８のどちらか一方の汚染の増加を指示する信号を検出 器４０　、３８が制御装置４８へ供給するという条件の下で、制御装置４８はそ れぞれの溜め５２　、５０からポンプで液をそれぞれの混合弁を経由して送って 、分離器へやって来る液と輸送管２０において混ぜ合わせるために、ポンプ６０ と弁２４、あるいはポンプ５８と弁２６のどちらがを作動させるのに有効である 。

この制御は、任意の適当な制御方式に従って望みのままに果すことができる。例 えば、分離器から出てくる油の純度が主要な関心事であり、そして、出てゆく油 の純度が関係している限りにおいて分離効率の低下はやって来る液体中の油の量 が予め定められた水準より上に増加するためであることが分っている場合におい ては、制御装置４８は、検出器４ｏがらの出力に単純に応答して弁２６及びポン プ５８を作動させ、それによりやって来る液体中の水の割合を油の流出汚染レベ ルが低下するようになるまで増加させることができる。このような場合には、弁 ２４及びポンプ６ｏは省略して差支えなく、あるいは制御装置４８は弁２４及び ポンプ６ｏを必要とされる時に第二次的な制御手段としてのみ作動させてもよい 、しかしながら、そのような付加的な制御は、分離器１２の特性がやって来る液 体における水の濃度が低くなるにつれて分離効率が低下するような特性である場 合に必要とされることがある（又は用意するだけでもよい）、この場合にはまた 、やって来る液体における油／水比を指示する出力を提供するのに有効である適 当な検出器を輸送管２０に用意するのが望ましいがもしれず、その場合の制御装 置はその出力に応答して、運転を最適化するためには油の添加あるいは水の添加 のどちらが必要とされるかに関して制御装置による決定を容易にする。ほかのａ ｍでは、検出器３８及び４０が省略され、制御装置は輸送管２ｏにおいて検知さ れたやって来る液体における油／水比に従って作用して、やって来る液体に必要 とされるように水又は油を加えて油／水比を所望の範囲内に維持する。

上記の溜めは、図に示された注入管６６　、６８を経て外部の水源又は油源から 注入していっばいに満たし続けることができる。あるいはまた、図に示されたよ うに、それぞれに油輸送管３４及び水輸送管３２に通じる抜出し管７０　、７２ を用意してもよく、これらには輸送管３４　、３２から抜出し管７２　、７０を 経由してそれぞれの溜め５２　、５０へ油及び水を抜出すために制御装置４８に より必要な時に制御されるそれぞれの弁７４　、７６が含まれている。

本発明には、言及したように分離器１２の運転効率を最適化するのではなく、入 口の油／水濃度を変える応用もある。例えば、産出液の油成分及び水成分への分 離は、その液が小砂又は同じような粒子を含有している場合には効率がより低下 する。しかしながら、分離効率は、その場合には油を混ぜ合わせてやって来る液 の油濃度を上昇させることによって恐らく向上しよう、従って本発明は更に、別 の側面において、液体混合物中の小砂又は同様の粒子の存在を測定し、そしてこ の混合物に構成成分のうちの少なくとも一方をある量加える又はそのような存在 を測定する工程を含んでいる、サイクロン分離器を使って液体混合物から構成成 分を分離する方法を提供する０本発明はまた、この方法を実施するための装置も 提供する。

その上、本発明の教示は、分散相と連続相とがあって分離するために混合物に対 して添加されるのが分散相を構成する該混合物中の液体のうちの一つと同じであ り又は同類の液体である、液体混合物を分離するための分離技術に殊に応用可能 である０例えば、油が与分散相である油−水混合物については、油が加えられ、 それに対して水が分散相である油−水混合物については、水が加えられる。

もっと一般的には、本発明は、サイクロン分離器の入口及び出口条件の測定に応 答する例えば活面活性剤又は同様のもののような他の物質の添加も意図する。

ここに記載した構成は単に説明として提示されているものであって、これらに対 しては請求の範囲に明らかにされている本発明の精神及び範囲から逸脱すること なしに、多くの変更や改変がなされうる。

国際調査報告 ＡＮ！？ＥＸ　　Ｔｏ　ＴＨＥ　　ＴＮＴＥＲＮＡＴＴＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨ Ｒ［ＰＯＲＴ　　０ＮＴＮＴＩＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　Ａ、ＰＰＬＴＣＪＴＴＯＮ 　Ｎｏ、　ＰＣＴ／ＡＬＩ　　８８００４４３

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. １．液体混合物にある量の少なくとも一つの構成成分を添加してそれにより分離 の効率を向上させる工程を含んでいる、サイクロン分離器を使用して液体混合物 から構成成分を分離する方法。
2. ２．前記混合物が油−水混合物であり、前記少なくとも一つの構成成分が油を含 んでなる、請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．前記混合物が油−水混合物であり、前記少なくとも一つの構成成分が水を含 んでなる、請求の範囲第１項記載の方法。
4. ４．油及び水がそれぞれ分散相及び連続相として前記油−水混合物に存在してい る、請求の範囲第２項記載の方法。
5. ５．油及び水がそれぞれ連続相及び分散相として前記油−水混合物に存在してい る、請求の範囲第３項記載の方法。
6. ６．前記混合物において水が優勢を占めている、請求の範囲第２項から第５項ま でのいずれか１項に記載の方法。
7. ７．前記少なくとも一つの構成成分が、前記添加のために、該混合物からその分 離後に回収される、請求の範囲第１項から第６項までのいずれかに記載の方法。
8. ８．液体混合物から構成成分のうちの少なくとも第一のものを分離する効率を測 定し、そしてこの効率が予め定められた効率から外れたという決定に基づき、上 記効率を上記予め定められた値に戻させるのに役立つある量の上記構成成分のう ちの一つをサイクロン分離器に入ってくる液体混合物に添加することを含んでい る、サイクロン分離器を使用して液体混合物から構成成分を分離する方法。
9. ９．前記混合物が油−水混合物であり、前記一つの構成成分が油を含んでなる、 請求の範囲第８項記載の方法。
10. １０．前記混合物が油−水混合物であり、前記一つの構成成分が水を含んでなる 、請求の範囲第８項記載の方法。
11. １１．油及び水がそれぞれ分散相及び連携相として前記油−水混合物に存在して いる、請求の範囲第９項記載の方法。
12. １２．油及び水がそれぞれ連続相及び分散相として前記油−水混合物に存在して いる、請求の範囲第１０項記載の方法。
13. １３．前記混合物において水が優性を占めている、請求の範囲第９項から第１２ 項までのいずれか１項に記載の方法。
14. １４．前記一つの構成成分が、前記添加のために、該混合物からその分離後に回 収される、請求の範囲第８項から第１３項までのいずれか１項に記載の方法。
15. １５．前記一つの構成成分が前記効率が前記予め定められた効率から一方に外れ た場合に加えられ、そして更に、前記効率が前記予め定められた効率から上記一 方と反対の向きに外れたという条件下において前記構成成分のうちのもう一つを 該サイクロン分離器に入って来る混合物に加えることを含んでいる、請求の範囲 第８項から第１４項までのいずれか１項に記載の方法。
16. １６．前記第一の構成成分が前記一つの構成成分を含んでなる、請求の範囲第８ 項から第１５項までのいずれか１項に記載の方法。
17. １７．前記第一の構成成分が該混合物のうちの前記一つの構成成分でない構成成 分のうちの一つを含んでなる、請求の範囲第８項から第１５項までのいずれか１ 項に記載の方法。
18. １８．前記混合物の構成成分のうちの第二のものの分離の効率を測定し、そして この第二の構成成分の分離の効率が更に別の予め定められた効率から外れたとい う決定に基づき、上記第二の構成成分の上記更に別の分離効率を上記更に別の予 め定められた値に戻させるのに役立つある量の、前記混合物のうちの前記一つの 構成成分でない構成成分のうちのもう一つを、該分離器に入ってくる混合物に加 えることを更に含んでいる、請求の範囲第８項から第１４項までのいずれか１項 に記載の方法。
19. １９．前記第一及び第二の構成成分がそれぞれ前記一つの構成成分及び前記もう 一つの構成成分を含んでなる、請求の範囲第１８項記載の方法。
20. ２０．前記第一及び第二の構成成分がそれぞれ前記一つの構成成分及び前記もう 一つの構成成分、それぞれ前記もう一つ及び前記一つの構成成分を含んでなる、 請求の範囲第１８項記載の方法。
21. ２１．分離すべき液体のための入口手段と該混合物の密度を異にするそれぞれの 構成成分の出口のための少なくとも二つの出口とを有するサイクロン分離器を含 んでなり、更に、ある量の上記構成成分のうちの一つを供給するための供給手段 と、この供給手段からのある量の上記一つの構成成分を当該分離器へ入る前に該 混合物へ選択的に混ぜ合わせるための手段とを包含している分離装置。
22. ２２．前記一つの構成成分の該混合物への混合を、該混合物を構成する構成成分 のうちの少なくとも第一のものの分離効率を一定に維持するのに役立つように果 すのに適合した制御手段を包含している、請求の範囲第２１項記載の装置。
23. ２３．前記第一の構成成分の分離された流れにさらされる位置にある、その純度 を検知するための検出手段、及びこの検出手段に応答して、混ぜ合わされる前記 一つの構成成分の量を変える制御手段を包含している、請求の範囲第２２項記載 の装置。
24. ２４．ある量の前記構成成分のうちのもう一つを供給するための更に別の供給手 段と、この更に別の供給手段からのある量の上記もう一つの構成成分を前記混合 物に該分離器へ入る前に選択的に混ぜ合わせるための手段とを包含している、請 求の範囲第２１項、第２２項又は第２３項記載の装置。
25. ２５．ある量の前記構成成分のうちのもう一つを供給するための更に別の供給手 段と、この更に別の供給手段からのある量の上記もう一つの構成成分を前記混合 物と該分離器へ入る前に選択的に混ぜ合わせるための手段とを包含しており、前 記制御手段が上記もう一つの構成成分と該混合物との混合を、該混合物を構成し ている構成成分のうちの前記第一のもの及び／又は第二のものの分離効率を維持 するのに役立つように果すのに適合している、請求の範囲第２１項又は第２２項 記載の装置。
26. ２６．前記第二の構成成分の純度を検知するための分離されたこの第二の構成成 分の流れにされられる位置にある更に別の検出手段と、この検出手段に応答して 、混合される前記もう一つの構成成分の量を変える更に別の制御手段とを包含し ている、請求の範囲第２５項記載の装置。