KR20180097634A - 공간 및 중량에 있어서의 감소를 위한 탑사이드 오일 생산 설비 시스템 - Google Patents

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마르커스 디. 스프렌켈
개리 더블유. 샘스
에스. 파반쿠마르 비. 만데왈카르
루이스 에두아르도 카이레스 페르난데즈
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카메론 솔루션스, 인크.
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Abstract

부유식 원유 생산 저장 설비 시설에서 원유를 탈수시키기 위한 시스템 및 방법은 유입되는 생산된 물 스트림(15)을 수용하는 분리기 베셀(20), 이어서 플래시 베셀(30), 처리 블록, 원유 저장 탱크(60), 및 정전 처리기(70)를 포함한다. 처리 블록은 저압 가스 제거기(40)에 이어서 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50) 또는 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)에 이어서 저압 가스 제거기(40)를 포함한다. 플래시 베셀(30) 및/또는 저압 가스 제거기(40)는 유입구 사이클론성 분배기 및 서리제거 사이클론을 사용할 수 있는 반면, 정전 처리기는 DUAL FREQUENCY® 기술을 사용할 수 있다. 분리기 베셀(20)은 단일 수평 2-상 분리기/가스 제거기 또는 유입되는 생산된 물 스트림의 대략 50 퍼센트를 각각 수용하는 병렬적으로 작동하는 2개의 수직 2-상 분리기/가스 제거기일 수 있다. 최종 유출구 스트림은 바람직하게는 0.5 이하의 BS&W 및 리터당 285 밀리그램의 염을 함유한다.

Description

공간 및 중량에 있어서의 감소를 위한 탑사이드 오일 생산 설비 시스템
본 발명은 부유식 원유 생산 저장 설비("FPSO") 시설의 원유 저장 탱크 속에 저장하기 위한 원유를 탈수시키는데 사용된 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 압축식 정전 분리기를 포함하는 공정 트레인(process train)에 관한 것이다.
FPSO 시설에서 종래의 탑사이드 오일 분리 트레인은 오일, 물, 및 가스를 분리시키는 다중 3-상분리기를 사용한다. 이들 3-상분리기는 전형적으로 크고, 무거우며, 요구된 분리를 달성하기 위한 상당한 체류 용적을 필요로 한다. 또한, 3-상분리기는 공정 트레인 내에 수평으로 배치되어야 하므로 상당한 공간을 필요로 한다.
FPSO 시설은 이용가능한 공간의 양 및 이들이 지탱할 수 있는 중량의 양에 있어 제한된다. 그 결과, 처리 공정의 유효성 및 효율과 타협하지 않고 공정 트레인에 요구된 설비의 공간 및 중량을 감소시키는 시스템이 필요하다.
본 발명의 목적은 처리 성능의 타협 없이 선행 기술 FPSO 공정의 크기 및 중량 요건을 감소시키는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 포함한다.
FPSO 시설에서 원유를 탈수시키기 위한 시스템은 도입되는 생산된 물 스트림을 수용하기 위한 분리기 베셀(vessel), 이어서 플래시 베셀, 처리 블록, 원유 저장 탱크, 및 정전 처리기를 포함한다. 처리 블록은 저압 가스 제거기에 이어서 압축식 정전 분리기 예비-처리기 또는 압축식 정전 분리기 예비-처리기에 이어서 저압 가스 제거기를 포함한다. 플래시 베셀 및/또는 저압 가스 제거기는 유입구 사이클론성 분배기 및 김 제거 사이클론을 사용할 수 있는 반면, 정전 처리기는 DUAL FREQUENCY® 기술을 사용할 수 있다. 분리기 베셀은 단일 2-상 분리기/가스 제거기 또는 도입되는 생산된 물 스트림의 대략 50 퍼센트를 각각 수용하는 병렬적으로 작동하는 2개의 2-상 분리기/가스 제거기일 수 있다.
FPSO 시설에서 원유를 탈수시키는 방법은 도입되는 생산된 물 스트림의 분리기 베셀로의 라우팅, 분리기 베셀로부터의 유출구 스트림의 플래시 베셀로의 라우팅, 플래시 베셀로부터 처리 블록으로의 유출구 스트림, 처리 블록으로부터의 유출구 스트림의 원유 저장 탱크로의 라우팅 및 원유 저장 탱크로부터 유출구 스트림의 정전 처리기로의 라우팅을 포함한다. 처리 블록 내에서, 플래시 베셀로부터의 유출구 스트림은 저압 가스 제거기 및 압축식 정전 분리기 예비-처리기 또는 압축식 정전 분리기 예비-처리기 및 저압 가스 제거기로 라우팅된다. 분리기 베셀은 단일 2-상 분리기/가스 제거기 또는 병렬적으로 작동하는 2개의 2-상 분리기/가스 제거기일 수 있다. 최종 유출구 스트림은 바람직하게는 0.5 이하의 BS&W 및 리터당 285 밀리그램의 염을 함유한다.
도 1은 선행 기술 탑사이드 공정 트레인의 블록 흐름도이다.
도 2는 공정 트레인에서 고압 분리기, 중간 플래시 베셀, 저압 가스 제거기, 압축식 정전 분리기 예비-처리기, 원유 저장 탱크, 및 정전 처리기를 나타내는, 본 발명의 시스템 및 방법을 실시하는 탑사이드 공정 트레인의 바람직한 구현예의 블록 흐름도이다.
도 3은 공정 트레인에서 고압 분리기, 중간 압력 플래시 베셀, 압축식 정전 분리기 예비-처리기, 저압 가스 제거기, 원유 저장 탱크, 및 정전 처리기를 나타내는 본 발명의 시스템 및 방법을 실시하는 탑사이드 공정 트레인의 바람직한 구현예의 블록 흐름도이다.
도 4는 공정 트레인에서 고압 분리기/가스 제거기, 중간 압력 플래시 베셀, 저압 가스 제거기, 압축식 정전 분리기 예비-처리기, 원유 저장 탱크 및 정전 처리기를 나타내는, 본 발명의 시스템 및 방법을 실시하는 탑사이드 공정 트레인의 바람직한 구현예의 블록 흐름도이다.
도 5는 공정 트레인에서 고압 분리기/가스 제거기, 중간 압력 플래시 베셀, 압축식 정전 분리기 예비-처리기, 저압 가스 제거기, 원유 저장 탱크, 및 정전 처리기를 나타내는 본 발명의 시스템 및 방법을 실시하는 탑사이드 공정 트레인의 바람직한 구현예의 블록 흐름도이다.
도 6은 공정 트레인에서 병렬식의 2개의 고압 분리기/가스 제거기, 중간 압력 플래시 베셀, 저압 가스 제거기, 압축식 정전 분리기 예비-처리기, 원유 저장 탱크, 및 정전 처리기를 나타내는, 본 발명의 시스템 및 방법을 실시하는 탑사이드 공정 트레인의 바람직한 구현예의 블록 흐름도이다.
도 7은 공정 트레인에서 병렬식의 2개의 고압 분리기/가스 제거기, 중간 압력 플래시 베셀, 압축식 정전 분리기 예비-처리기, 저압 가스 제거기, 원유 저장 탱크 및 정전 처리기를 나타내는, 본 발명의 시스템 및 방법을 실시하는 탑사이드 공정 트레인의 바람직한 구현예의 블록 흐름도이다.
공정 트레인에서 압축식 정전 분리기를 사용하는 것은 분리의 모든 초기 단계가 3-상 보다는 2-상이 되도록 한다. 이는 요구되는 설비의 상이한 유형을 최소화시키고, 공정 트레인의 개별 구성요소를 더 작게 하며 공정 베셀을 공정 트레인 내에서 수직으로 배치되도록 함으로써, 그것의 전반적인 풋프린트 및 중량을 감소시킨다.
바람직한 구현예에 대한 비교 목적을 위하여, 도 1의 선행기술 탑사이드 공정 트레인이 사용된다. 당해 선행기술 트레인은 고압 분리기, 중간 압력 플래시 베셀(예비-처리기 위에 실장됨), 예비-처리기, 저압 가스 제거기(정전 처리기 위에 실장됨) 및 정전 처리기를 포함한다(참고: 표 1). 트레인은 또한 정전 처리기의 다운스트림에 위치한 원유 저장 탱크를 포함한다.
표 1: 선행기술 공정 트레인
Figure pct00001
트레인은 24,000㎥/일(150,000bpd)의 최대 총 액체 유량, 24,000㎥/일(150,000bpd)의 최대 오일 유량, 19,100㎥/일(120,000bpd)의 최대 생산된 물 유량 및 6,000,000㎥/일의 최대 가스 유량을 달성하도록 설계된다. 유입되는 원유 특성은 27 API; 30℃, 40℃ 및 50℃ 각각에서 점도 47.1, 30.3 및 19.9 cSt; 40℃ 제1 이벤트(event) 및 20℃ 제2 이벤트의 초기 파라핀 침착 온도; 12℃의 유동점; 및 중증 발포화이다. 트레인에 도달시 오일 온도는 20℃(최대 오일 사례) 내지 40℃(최대 물 사례)의 범위이다.
선행기술 트레인의 크기 및 중량 요건은 표 2에 나타나있다. 원유 저장 탱크를 포함하지 않는 트레인은, 275㎡의 플롯 구역과, 353.4톤의 건조 중량 및 1047.4톤의 작동 중량을 필요로 한다. 각각의 연속적인 처리 단계에서 유중수 감소량과, 고압 분리기의 유출구 스트림내 25% 수분 함량 내지 저압 가스 제거기로의 유입 스트림 속의 1% 수분 함량에 주목한다.
표 2: 선행기술 공정 트레인의 크기 및 중량 요건
Figure pct00002
도 2를 참조하면, 탑사이드 공정 트레인(10)의 바람직한 구현예는 고압 분리기(20), 고압 분리기(20)의 다운스트림으로 배열된 중간 압력 플래시 베셀(30), 중간 압력 플래시 베셀(30)의 다운스트림으로 배열된 저압 가스 제거기(40), 저압 가스 제거기(40)의 다운스트림으로 배열된 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50), 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)의 다운스트림으로 배열된 원유 저장 탱크("카고 탱크")(60) 및 마지막으로, 카고 탱크(60)의 다운스트림으로 배열된 정전 처리기(70)를 포함한다.
도 1의 선행기술 트레인과 비교하여, 도 2의 공정 트레인은, 카고 탱크를 제외하고, 177㎡의 플롯 구역을 가짐으로써, 공간 요건을 103㎡(37% 감소)까지 감소시키고, 178.8톤의 건조 중량을 가짐으로써, 총 건조 중량을 176.2톤(50% 감소, 작동 중량을 513.3 톤 또는 49%까지 감소시킴)까지 감소시킨다.
표 3: 공정 트레인의 바람직한 구현예
Figure pct00003
Figure pct00004
도 2를 참조하면, 당해 구현예를 위한 고압 분리기(20)는 도 1에 나타낸 선행기술 공정 트레인에서 고압 분리기와 동일한 특징, 요건 및 성능을 갖는다. 고압 분리기(20)는 20% 내지 80% 물 및 80% 내지 20% 오일을 함유할 수 있는 혼합된 공정 스트림(15)을 수용한다.
고압 분리기(20)로부터의 유출구 스트림(25)은 중간 압력 플래시 베셀(30)로 라우팅되며, 이는 다음을 가질 수 있다: CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기(Cameron Solution, Inc., 텍사스주 휴스톤 소재) 및 서리제거 사이클론. 단지 30초의 액체 출력유지 시간을 가지는 CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기를 사용하는 것은 중간 압력 플래시 베셀(30)이 공정 트레인(10)의 공간 및 중량에 있어서 상당한 감소와 함께, 공정 트레인(10) 내에 수직으로 위치되도록 한다.
중간 압력 플래시 베셀(30)로부터의 유출구 스트림(35)을 이후 저압 가스 제거기(40)로 라우팅하며, 이는 또한 CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기 및 서리제거 사이클론을 가질 수 있다. CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기를 사용하는 것은 공정 트레인(10)의 공간 및 중량에 있어서의 상당한 감소와 함께, 저압 가스 제거기(40)가 공정 트레인(10) 내에 수직으로 위치하도록 한다.
저압 가스 제거기(40)로부터의 유출구 스트림(45)은 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)로 라우팅된다. 예비-처리기(50)는 경사면에서 배향되어 서로 연결된 적어도 2종의 신장된 분리기 베셀을 포함함으로써 상향으로 유동하는 오일-우세한 유체가 제1 분리기 베셀로부터 제2 분리기 베셀로 통과하도록 하며, 여기서 오일-우세한 유체로부터 물의 추가의 정전 분리가 발생한다. 각각의 베셀은 그것의 상단에서 상이한 전압 공급원에 바람직하게 연결된 전극을 갖는다. 각각의 베셀에 대한 유입구는 전극에 대해 위치하여 상향 유동 또는 하향 유동 배쎌을 제공한다. 추가로, 제1 베셀은 제2 베셀보다 상이한 상승으로 존재할 수 있다. 추가의 베셀은 추가의 베셀, 제2 베셀, 또는 둘 모두를 우회하는 제1 베셀로부터의 출력과 함께 포함될 수 있다. 배플은 각각의 베셀의 물 수집 부분내에 첨가되어 난류 및 고정 거리를 감소시킬 수 있다. 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)는 미국 특허 제9,095,790(B2)호에 추가로 기재되고, 이들의 내용은 본 명세서에 참고로 편입된다.
압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)는 20.8% 내지 28% 유중수의 유입구 물 커트를 취할 수 있으며 이를 3% 내지 10% 유중수로 감소시킬 수 있다. 당해 예비-처리기(50)는 또한 수직 유닛이며, 이는 도 1의 선행기술 공정 트레인과 비교하여 공정 트레인(10)의 공간 및 중량을 추가로 감소시킨다.
압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)로부터의 유출구 스트림(55)은 카고 탱크(60)로 라우팅되며, 여기서 이는 3% 내지 10% 유중수 내지 1% 유중수로 탈수된다. 카고 탱크(60)는 당해 기술에 공지되어 있는 임의의 크기 및 유형일 수 있다.
카고 탱크(60)로부터의 유출구 스트림(65)은 정전 처리기(70)로 라우팅된다. 정전 처리기는 DUAL FREQUENCY® 기술(Cameron Solutions, Inc., 텍사스주 휴스톤 소재)을 사용하며, 이는 미국 특허 제6,860,979(B2)호 및 미국 특허 제7,351,320(B2)호에 기재되어 있고, 이들의 내용은 본원에 참고로 편입된다. 당해 기술은 오일-물 에멀젼을 처리 베셀 내로 통과시키고, 적어도 하나의 이중 빈도 전기장을 베셀 내에 확립하며, 전기장을 제2 빈도에서의 강도로 조절된 제1 빈도에서 선택적으로 변화시킴을 포함하고, 여기서 상기 제1 빈도는 초보다 더 크다. 바람직하게는, 정전 처리기(70)에서 배출되는 스트림(75)의 BS&W 함량은 0.5% BS&W 및 285mg/l 염보다 더 크지 않다.
도 3을 참고하면, 탑사이드 공정 트레인(80)의 또 다른 바람직한 구현예는 20% 내지 80% 물 및 80% 내지 20% 오일을 함유하는 혼합된 스트림(15)을 수령하는 고압 분리기(20), 고압 분리기(20)로부터 유출구 스트림(25)을 수령하는 고압 분리기(20)의 다운스트림으로 배열된 중간 압력 플래시 베셀(30), 중간 압력 플래시 베셀(30)로부터의 유출구 스트림(35)을 수령하는 중간 압력 플래시 베셀(30)의 다운스트림으로 배열된 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50), 예비-처리기(50)로부터 유출구 스트림(85)을 수령하는 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)의 다운스트림으로 배열된 저압 가스 제거기(40), 저압 가스 제거기(40)로부터의 유출구 스트림(90)을 수령하는 저압 가스 제거기(40)의 다운스트림으로 배열된 원유 저장 탱크("카고 탱크")(60) 및 마지막으로, 카고 탱크(60)로부터 유출구 스트림(95)을 수령하는 카고 탱크(60)의 다운스트림으로 배열된 정전 처리기(70)를 포함한다.
도 3의 공정 트레인의 각각의 성분에 대한 설비는 도2 및 표 3에 기재된 공정 트레인에 대한 설비와 동일하며, 감소된 공간 및 중량에 있어서 동일한 이점을 가지고, 저압 가스 제거기(40)의 크기는 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)의 상대적인 위치에 의해 영향을 받지 않는다. 바람직하게는, 스트림(100)의 BS&W 함량은 이것이 공정 트레인(80)에서 배출되면서 0.5% BS&W 및 285 mg/l 염보다 더 크지 않다.
도 4를 참조하면, 탑사이드 공정 트레인(110)의 바람직한 구현예는 고압 분리기/가스 제거기(120), 고압 분리기/가스 제거기(120)의 다운스트림으로 배열된 중간 압력 플래시 베셀(30), 중간 압력 플래시 베셀(30)의 다운스트림으로 배열된 저압 가스 제거기(40), 저압 가스 제거기(40)의 다운스트림으로 배열된 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50), 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)의 다운스트림으로 배열된 원유 저장 탱크("카고 탱크")(60) 및 마지막으로, 카고 탱크(60)의 다운스트림으로 배열된 정전 처리기(70)를 포함한다.
도 1의 선행기술 트레인과 비교하여, 도 4의 공정 트레인은, 카고 탱크를 제외하고, 137㎡의 플롯 구역을 가짐으로써, 공간 요건을 138㎡(50% 감소)까지 감소시키고, 101.3톤의 건조 중량을 가짐으로써, 총 건조 중량을 253.7톤(72% 감소, 작동 중량은 765.8톤 또는 73%까지 감소됨)까지 감소시킨다.
표 4: 공정 트레인의 바람직한 구현예
Figure pct00005
Figure pct00006
도 4를 참조하면, 당해 구현예를 위한 고압 분리기/가스 제거기(120)는 2-상 서비스 상태이고 다음을 사용한다: CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기(Cameron Solutions, Inc., 텍사스주 휴스턴 소재) 및 단지 30초 액체 유지하는 압축식 베셀 속에 스트림(15)의 탈가스를 허용하는 서리제거 사이클론. 고압 분리기/가스 제거기(120)는 공정 트레인(110) 내에 수평 위치로 남아있지만, 고압 분리기/가스 제거기(120)의 크기 및 중량 둘 다는 표 4에서 나타낸 바와 같이 감소된다.
고압 분리기/가스 제거기(120)로부터의 유출구 스트림(125)은 중간 압력 플래시 베셀(30)로 라우팅되며, 이는 CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기(Cameron Solutions, Inc., 텍사스주 휴스톤 소재) 및 서리제거 사이클론을 가질 수 있다. 단지 30초의 액체 출력유지 시간을 갖는 CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기를 사용하는 것은 중간 압력 플래시 베셀(30)이 공정 트레인(110)의 공간 및 중량에 있어서 상당한 감소와 함께, 공정 트레인(110)내에 수직으로 위치하도록 한다.
중간 압력 플래시 베셀(30)로부터의 유출구 스트림(130)은 이후 저압 가스 제거기(40)로 라우팅되며, 이는 또한, CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기 및 서리제거 사이클론을 가질 수 있다. CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기를 사용하는 것은 공정 트레인(110)의 공간 및 중량에 있어서의 상당한 감소와 함께, 저압 가스 제거기(40)가 공정 트레인(110) 내에 수직으로 위치하도록 한다.
저압 가스 제거기(40)으로부터의 유출구 스트림(135)은 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)로 라우팅된다. 예비-처리기(50)는 경사면에서 배향되어 서로 연결된 적어도 2종의 신장된 분리기 베셀을 포함함으로써 상향으로 유동하는 오일-우세한 유체가 제1 분리기 베셀로부터 제2 분리기 베셀로 통과하도록 하며, 여기서 오일-우세한 유체로부터 물의 추가의 정전 분리가 발생한다. 각각의 베셀은 그것의 상단에서 상이한 전압 공급원에 바람직하게 연결된 전극을 갖는다. 각각의 베셀에 대한 유입구는 전극에 대해 위치하여 상향 유동 또는 하향 유동 배쎌을 제공한다. 추가로, 제1 베셀은 제2 베셀보다 상이한 상승으로 존재할 수 있다. 추가의 베셀은 추가의 베셀, 제2 베셀, 또는 둘 모두를 우회하는 제1 베셀로부터의 출력과 함께 포함될 수 있다. 배플은 각각의 베셀의 물 수집 부분내에 첨가되어 난류 및 고정 거리를 감소시킬 수 있다. 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)는 미국 특허 제9,095,790(B2)호에 추가로 기재되고, 이들의 내용은 본 명세서에 참고로 편입된다.
압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)는 20% 내지 80% 유중수의 유입구 물 커트를 취할 수 있으며 이를 3% 내지 10% 유중수로 감소시킬 수 있다. 당해 예비-처리기(50)는 또한 수직 유닛을 가지며, 이는 도 1의 선행기술 공정 트레인과 비교하여 공정 트레인(110)의 공간 및 중량을 추가로 감소시킨다.
압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)로부터의 유출구 스트림(140)은 카고 탱크(60)로 라우팅되며, 여기서 이는 3% 내지 10% 유중수 내지 1% 유중수로 탈수된다. 카고 탱크(60)는 당해 기술에 공지되어 있는 임의의 크기 및 유형일 수 있다.
카고 탱크(60)로부터의 유출구 스트림(145)은 정전 처리기(70)로 라우팅된다. 정전 처리기(70)는 다음을 사용한다: DUAL FREQUENCY® 기술(Cameron Solutions, Inc., 텍사스주 휴스톤 소재), 이는 다음에 기재되어 있고: 미국 특허 제6,860,979(B2)호 및 미국 특허 제7,351,320(B2)호, 이들의 내용은 본원에 참고로 편입된다. 당해 기술은 오일-물 에멀젼을 처리 베셀 내로 통과시키고, 적어도 하나의 이중 빈도 전기장을 베셀 내에 확립하며, 전기장을 제2 빈도에서의 강도로 조절된 제1 빈도에서 선택적으로 변화시킴을 포함하며, 여기서 상기 제1 빈도는 제2 빈도보다 더 크다. 바람직하게는, 스트림(150)의 BS&W 함량은 이것이 정전 처리기(70)에서 배출되면서 0.5% BS&W 및 285mg/l 염보다 크지 않다.
다음을 참조로: 도 5, 탑사이드 공정 트레인(160)의 또 다른 바람직한 구현예는 20% 내지 80% 물 및 80% 내지 20% 오일을 함유하는 혼합된 스트림(15)을 수용하는 고압 분리기/가스 제거기(120), 고압 분리기/가스 제거기(120)로부터의 유출구 스트림(125)을 수용하는 고압 분리기/가스 제거기(120)의 다운스트림으로 배열된 중간 압력 플래시 베셀(30), 중간 압력 플래시 베셀(30)로부터의 유출구 스트림(130)을 수용하는 중간 압력 플래시 베셀(30)의 다운스트림으로 배열된 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50), 예비-처리기(50)로부터의 유출구 스트림(165)을 수용하는 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)의 다운스트림으로 배열된 저압 가스 제거기(40), 저압 가스 제거기(40)로부터의 유출구 스트림(170)을 수용하는 저압 가스 제거기(40)의 다운스트림으로 배열된 원유 저장 탱크("카고 탱크")(60) 및 마지막으로, 카고 탱크(60)로부터 유출구 스트림(175)을 수용하는 카고 탱크(60)의 다운스트림으로 배열된 정전 처리기(70)를 포함한다.
도 5의 공정 트레인의 각각의 성분에 대한 설비는 도 4 및 표 4에 기재된 공정 트레인에 대한 설비와 동일하며, 감소된 공간 및 중량에 있어서 동일한 이점과 함께, 저압 가스 제거기(40)의 크기는 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)의 상대적인 위치에 의해 영향을 받지 않는다. 바람직하게는, 스트림(180)의 BS&W 함량은 이것이 공정 트레인(160)에서 배출되면서 0.5% BS&W 및 285mg/l 염보다 더 크지 않다.
도 6을 참고하면, 탑사이드 공정 트레인(190)의 바람직한 구현예는 2개의 고압 분리기/가스 제거기(200), 고압 분리기/가스 제거기(200)의 다운스트림으로 배열된 중간 압력 플래시 베셀(30), 중간 압력 플래시 베셀(30)의 다운스트림으로 배열된 저압 가스 제거기(40), 저압 가스 제거기(40)의 다운스트림으로 배열된 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50), 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)의 다운스트림으로 배열된 원유 저장 탱크("카고 탱크")(60) 및 마지막으로, 카고 탱크(60)의 다운스트림으로 배열된 정전 처리기(70)를 포함한다.
도 1의 선행기술 트레인과 비교하여, 도 6의 공정 트레인은, 카고 탱크를 제외하고, 102㎡의 플롯 구역을 가짐으로써, 공간 요건을 173㎡(63% 감소)까지 감소시키고, 107.3 톤의 건조 중량을 가짐으로써, 총 건조 중량을 247.7톤(70% 감소, 759.8톤 또는 73%까지 감소된 작동 중량과 함께) 감소시킨다.
표 5: 공정 트레인의 바람직한 구현예
Figure pct00007
Figure pct00008
도 6을 참조하면, 당해 구현예를 위한 2개의 고압 분리기/가스 제거기(200)를 스트림(15)의 대략 50 퍼센트를 수용하는 각각의 분리기/가스 제거기(200)와 함께 병렬적으로 작동한다. 각각의 고압 분리기/가스 제거기(200)는 2-상 서비스 상태이고 다음을 사용한다: CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기(Cameron Solutions, Inc., 텍사스주 휴스톤 소재) 및 단지 30초의 액체 유지로 압축식 베셀 속에서 스트림(15)의 탈가스를 허용하는 서리제거 사이클론. 2개의 분리기/가스 제거기(200) 사이에서 스트림을 분할하는 것은 분리기/가스 제거기(200)가 수평이 아니라 수직으로 실장되도록 함으로써, 표 5에 나타낸 바와 같이 공정 트레인(190)의 공간 요건 및 중량을 감소시킨다.
고압 분리기/가스 제거기(200)로부터의 유출구 스트림(205)을 조합하여 중간 압력 플래시 베셀(30)로 라우팅하며, 이는 다음을 가질 수 있다: CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기(Cameron Solutions, Inc., 텍사스주 휴스톤 소재) 및 서리제거 사이클론. 액체 출력유지 시간이 단지 30초인 CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기를 사용하는 것은 공정 트레인(190)의 공간 및 중량에 있어서의 상당한 감소와 함께, 중간 압력 플래시 베셀(30)이 공정 트레인(190)내에 수직으로 위치하도록 한다.
중간 압력 플래시 베셀(30)로부터의 유출구 스트림(210)을 이후에 저압 가스 제거기(40)로 라우팅하며, 이는 또한, CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기 및 서리제거 사이클론을 가질 수 있다. CONSEPT® 유입구 사이클론성 분배기를 사용하는 것은 공정 트레인(190)의 공간 및 중량에 있어서의 상당한 감소와 함께, 저압 가스 제거기(40)가 공정 트레인(190) 내에 수직으로 위치하도록 한다.
저압 가스 제거기(40)로부터의 유출구 스트림(220)을 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)로 라우팅한다. 예비-처리기(50)는 경사면에서 배향되어 서로 연결된 적어도 2종의 신장된 분리기 베셀을 포함함으로써 상향으로 유동하는 오일-우세한 유체가 제1 분리기 베셀로부터 제2 분리기 베셀로 통과하도록 하며, 여기서 오일-우세한 유체로부터 물의 추가의 정전 분리가 발생한다. 각각의 베셀은 그것의 상단에서 상이한 전압 공급원에 바람직하게 연결된 전극을 갖는다. 각각의 베셀에 대한 유입구는 전극에 대해 위치하여 상향 유동 또는 하향 유동 배쎌을 제공한다. 추가로, 제1 베셀은 제2 베셀보다 상이한 상승으로 존재할 수 있다. 추가의 베셀은 추가의 베셀, 제2 베셀, 또는 둘 모두를 우회하는 제1 베셀로부터의 출력과 함께 포함될 수 있다. 배플은 각각의 베셀의 물 수집 부분 내에 첨가되어 난류 및 고정 거리를 감소시킬 수 있다. 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)는 미국 특허 제9,095,790(B2)호에 추가로 기재되고, 이들의 내용은 본 명세서에 참고로 편입된다.
압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)는 20.8% 내지 28% 유중수의 유입구 물 커트를 취할 수 있으며 이를 3% 내지 10% 유중수로 감소시킬 수 있다. 당해 예비-처리기(50)는 또한 수직 유닛이며, 이는 도 1의 선행기술 공정 트레인과 비교하여 공정 트레인(190)의 공간 및 중량을 추가로 감소시킨다.
압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)로부터의 유출구 스트림(230)은 카고 탱크(60)로 라우팅되며, 여기서 이는 3% 내지 10% 유중수 내지 1% 유중수로 탈수된다. 카고 탱크(60)는 당해 기술에 공지되어 있는 임의의 크기 및 유형일 수 있다. 카고 탱크(60)로부터의 유출구 스트림(240)은 정전 처리기(70)로 라우팅된다. 정전 처리기는 다음을 사용하며: DUAL FREQUENCY® 기술(Cameron Solutions, Inc., 텍사스주 휴스톤 소재), 이는 미국 특허 제6,860,979(B2)호 및 미국 특허 제7,351,320(B2)호에 기재되어 있고, 이들의 내용은 본원에 참고로 편입된다. 당해 기술은 오일-물 에멀젼을 처리 베셀 내로 통과시키고, 적어도 하나의 이중 빈도 전기장을 베셀 내에 확립하며, 전기장을 제2 빈도에서의 강도로 조절된 제1 빈도에서 선택적으로 변화시킴을 포함하며, 여기서 상기 제1 빈도는 제2 빈도보다 더 크다. 바람직하게는, 스트림(250)의 BS&W 함량은 이것이 정전 처리기(70)에서 배출되면서 0.5% BS&W 및 285mg/l 염보다 더 크지 않다.
도 7을 참조하면, 탑사이드 공정 트레인(260)의 또 다른 바람직한 구현예는 20% 내지 80% 물 및 80% 내지 20% 오일을 함유하는 혼합된 스트림(15)의 대략 절반을 수용하는 각각의 분리기/가스 제거기(200)와 함께 병렬적으로 작동하는 2개의 고압 분리기/가스 제거기(200), 분리기/가스 제거기(200)로부터의 조합된 유출구 스트림을 수용하는 고압 분리기/가스 제거기(200)의 다운스트림으로 배열된 중간 압력 플래시 베셀(30), 중간 압력 플래시 베셀(30)로부터 유출구 스트림(210)을 수용하는 중간 압력 플래시 베셀(30)의 다운스트림으로 배열된 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50), 예비-처리기(50)로부터의 유출구 스트림(270)을 수용하는 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)의 다운스트림으로 배열된 저압 가스 제거기(40), 저압 가스 제거기(40)로부터의 유출구 스트림(280)을 수용하는 저압 가스 제거기(40)의 다운스트림으로 배열된 원유 저장 탱크("카고 탱크")(60) 및 마지막으로, 카고 탱크(60)로부터의 유출구 스트림(290)을 수용하는 카고 탱크(60)의 다운스트림으로 배열된 정전 처리기(70)를 포함한다.
도 7의 공정 트레인의 각각의 성분에 대한 설비는 도 6 및 표 5에 기재된 공정 트레인에 대한 설비와 동일하며, 감소된 크기 및 중량에 있어서 동일한 이점을 갖는다. 바람직하게는, 스트림(300)의 BS&W 함량은 이것이 공정 트레인(260)에서 배출되면서 0.5% BS&W 및 285mg/l 염보다 더 크지 않다.
본 발명이 특정 정도의 특수성과 함께 기재되었지만, 많은 변화가 본 개시내용의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 구성의 세부사항, 성분의 배열, 공정의 단계, 및 단계의 순서에서 이루어질 수 있다. 또한, 다계통은 병렬적으로 작동될 수 있다. 본 발명은 실례의 목적으로 본원에 제시된 구현예에 제한되지 않지만, 이의 각각의 요소는 자격을 갖는 전체 범위의 등가물을 포함하는, 첨부된 청구항들의 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (12)

  1. 다음을 포함하는 부유식 원유 생산 저장설비 시설에서 원유를 탈수시키기 위한 시스템.
    유입되는 생산된 물 스트림(15)을 수용하는 분리기 베셀(20);
    상기 분리기 베셀(20)의 유출구 스트림(25)을 수용하는 상기 분리기 베셀(20)의 다운스트림으로 배열된 플래시 베셀(30);
    상기 플래시 베셀의 다운스트림으로 배열된 처리 블록으로서, 저압 가스 제거기(40) 및 상기 저압 가스 제거기(40)의 유출구 스트림(45)을 수용하는 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50) 또는 상기 플래시 베셀의 유출구 스트림(130)을 수용하는 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50) 및 압축식 정전 분리기 예비-처리기로부터의 유출구 스트림(85)을 수용하는 저압 가스 제거기(40)로 이루어지는, 상기 처리 블록;
    상기 처리 블록의 유출구 스트림(55/90)을 수용하는 상기 처리 블록의 다운스트림으로 배열된 원유 저장 탱크(60); 및
    원유 저장 탱크(60)의 유출구 스트림(65/95)을 수용하기 위한 원유 저장 탱크의 다운스트림으로 배열된 정전 처리기(70).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 플래시 베셀(30)이 유입구 사이클론성 분배기 및 서리제거 사이클론을 사용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 저압 가스 제거기(40)가 유입구 사이클론성 분배기 및 서리제거 사이클론을 사용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)가 대략 3 퍼센트 내지 10 퍼센트 유중수(water-in-oil)인 유출구 스트림을 생산하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 원유 탱크(60)가 대략 1 퍼센트 유중수인 유출구 스트림(175/195)을 생산하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 정전 처리기(70)가 DUAL FREQUENCY® 기술을 사용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 분리기 베셀이 유입구 사이클론성 분배기 및 서리제거 사이클론을 사용하는 2-상 분리기/가스 제거기(120)인 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 분리기 베셀이 대략 50 퍼센트의 유입되는 생산된 물 스트림을 수용하는 각각의 분리기/가스 제거기와 함께, 병렬적으로 작동하는 2개의 2-상 분리기/가스 제거기(120)인 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 각각의 2-상 분리기/가스 제거기(120)가 유입구 사이클론성 분배기 및 서리제거 사이클론을 사용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 다음의 단계를 포함하는 부유식 원유 생산 저장 설비 시설에서 원유를 탈수시키기 위한 방법.
    대략 20 퍼센트 내지 80 퍼센트 물 및 80 퍼센트 내지 20 퍼센트 오일을 함유하는 유입되는 생산된 물 스트림(15)를 분리기 베셀(20)로 라우팅하는 단계;
    상기 분리기 베셀(20)로부터의 유출구 스트림(25)을 플래시 베셀(30)로 라우팅하는 단계;
    상기 플래시 베셀(30)로부터의 유출구 스트림(35)을 처리 블록으로 라우팅하는 단계로서, 상기 처리 블록은 플래시 베셀(30)의 유출구 스트림(35)을 수용하는 저압 가스 제거기(40) 및 저압 가스 제거기(40)의 유출구 스트림(45)을 수용하는 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50) 또는 플래시 베셀(30)의 유출구 스트림(35)을 수용하는 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50) 및 압축식 정전 분리기 예비-처리기(50)로부터 유출구 스트림(85)을 수용하는 저압 가스 제거기(40)로 이루어지는, 상기 처리 블록으로 라우팅하는 단계;
    상기 처리 블록으로부터의 유출구 스트림을 카고 탱크(60)로 라우팅하는 단계로서, 상기 처리 블록으로부터의 상기 유출구 스트림(55)은 대략 3 퍼센트 내지 10 퍼센트의 유중수를 포함하고 상기 카고 탱크(60)로부터의 유출구 스트림(65)은 대략 1 퍼센트의 유중수를 포함하는, 상기 카고 탱크(60)로 라우팅하는 단계; 및
    상기 카고 탱크(60)로부터의 유출구 스트림(65)을 바람직하게는 대략 0.5 퍼센트 이하의 BS&W 및 리터당 285 밀리그램의 염을 함유하는 최종 유출구 스트림 (75)을 생산하는 정전 처리기(70)로 라우팅하는 단계.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 분리기 베셀(20)이 유입구 사이클론성 분배기 및 서리제거 사이클론을 사용하는 2-상 분리기/가스 제거기인 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 분리기 베셀(20)이 상기 유입되는 생산된 물 스트림(15)의 대략 50 퍼센트를 수용하는 각각의 분리기/가스 제거기와 함께, 병렬적으로 작동하는 2개의 2-상 분리기/가스 제거기인 것을 특징으로 하는 시스템.
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