RU2570867C2 - Устройство для коалесцентной сепарации смеси, содержащей две текучие фазы, по меньшей мере частично несмешиваемые друг с другом и имеющие различную удельную плотность - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройству для коалесцентной сепарации смеси. Устройство для коалесцентной сепарации смеси включает: цилиндрический корпус (2), закрытый с двух противоположных концов, один из которых в устройстве с рабочей конфигурацией расположен выше относительно другого. По меньшей мере одно впускное отверстие (5) для сепарируемой смеси расположено на указанной боковой поверхности указанного цилиндрического корпуса (2). По меньшей мере одно выпускное отверстие (6) для сепарации из указанной смеси органической текучей фазы с низкой удельной плотностью расположено близко к концу более низкой части цилиндрического корпуса. По меньшей мере одно выпускное отверстие (7) для сепарации из указанной смеси водной текучей фазы с более высокой удельной плотностью расположено близко к концу более высокой части указанного цилиндрического корпуса. Ряд коалесцентных пластин (8) установлен внутри указанного цилиндрического корпуса (2), где каждая коалесцентная пластина (8) имеет пластину (9) для прохождения потока, которая расположена под углом относительно ортогональной плоскости к продольной оси (A) указанного цилиндрического корпуса (2) и которая имеет нижний край (92), расположенный лицевой поверхностью к концу указанного цилиндрического корпуса (2) в более низкой части, и сообщается по текучей среде с распределительным каналом (11) для сепарируемой смеси, находящимся внутри указанного цилиндрического корпуса (2) и сообщающимся по текучей среде с впускным отверстием (5), и верхний край (93), расположенный лицевой поверхностью к концу цилиндрического корпуса (2) в более высокой части, и сообщается по текучей среде со сбросным каналом (12) для по меньшей мере одной текучей фазы с более высокой удельной плотностью, который находится в указанном цилиндрическом корпусе (2) и сообщается по текучей среде по меньшей мере с одним указанным выпускным отверстием (7) для указанной текучей фазы с более высокой удельной плотностью, и где коалесцентные пластины (8) расположены параллельно друг над другом на определенном взаимном расстоянии, пары коалесцентных пластин (8), расположенные рядом друг с другом образуют соответствующий канал (10) для прохождения потока и сепарации смеси. Изобретение позволяет эффективно сепарировать раствор на жидкую и масляную жидкую фазы. 11 з.п. ф-лы,9 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству для коалесцентной сепарации смеси, содержащей две текучие фазы, по меньшей мере частично не смешиваемые друг с другом, и с различной удельной плотностью или относительной плотностью.

В частности, настоящее изобретение относится к устройству для коалесцентной сепарации смеси, содержащей по меньшей мере одну водную жидкую фазу и органическую жидкую фазу, последняя содержит нефть (углеводороды) или олеофильные соединения.

Настоящее изобретение может быть применено, в частности, но не исключительно при заканчивании и освоении нефтяных скважин для сепарации добываемой текучей среды, которая, как правило, состоит из смеси воды и нефти, как при надводном заканчивании скважины, так и придонном заканчивании скважины.

Также настоящее изобретение может быть применено на промышленных или бытовых очистных сооружениях и, как правило, во всех сепарационных установках для смесей, содержащих двухфазные текучие среды, по меньшей мере частично не смешиваемые друг с другом, и с различной удельной плотностью или относительной плотностью.

В течение длительного времени значительной проблемой, как с точки зрения окружающей среды, так и с экономической точки зрения, являлось разделение смесей, являющихся собственно дисперсиями или эмульсиями из воды и нефти или другой органической текучей фазы, в различных областях промышленности, таких как, например, добыча нефти, переработка и очистка нефти на береговых или шельфовых установках, в области химической промышленности или обработки промышленных или бытовых сточных вод.

Необходимость соблюдения значительно более жестких требований в отношении примесей в отходах привела к поиску и оптимизации более эффективных технологий сепарации, гарантирующих достижение пределов, установленных нормативами.

В частности, в отношении нефтяной промышленности известно, что получение сырой нефти часто сопровождается выходом подземных вод, присутствующих в геологической формации. Следовательно, добываемая текучая среда из нефтяной скважины содержит смесь воды и нефти. Следовательно, необходима эффективная сепарация добываемой текучей среды на два компонента, нефть и воду с получением, таким образом, сепарированной нефти, по существу свободной от воды, и сепарированной воды, по существу свободной от нефти.

Сепарация добываемой текучей среды может происходить как в надводном заканчивании скважины, так и в придонном заканчивании скважины (внутрискважинная сепарация вода- нефть),

Надводная сепарация означает сепарацию добываемой текучей среды после ее подъема на поверхность.

Внутрискважинная сепарация добываемой текучей среды означает сепарацию добываемой текучей среды вблизи продуктивной геологической формации с получением, таким образом, органической текучей фазы, обогащенной нефтью, и водной текучей фазы, обогащенной водой. Как только органическая жидкая фаза поднята на поверхность, возможно проведение дальнейшей сепарационной обработки, предусмотренной на устье скважины перед удалением с промысла. В то же самое время водную жидкую фазу закачивают обратно в ту же самую формацию. Обратное закачивание водной текучей фазы в продуктивный пласт требует, чтобы она имела высокую степень очистки, чтобы не повредить формацию.

На поверхности применяются различные технологии сепарации, в частности, технология, основанная на применении коалесцентных сепараторов, которые способствуют соединению капель нефти (дисперсная фаза), диспергированных в воде (непрерывная фаза), в более крупные капли, которые сепарируются в слой, который флотирует на водном слое.

Коалесцентный сепаратор, как правило, включает ряд коалесцентных пластин, которые расположены параллельно друг другу на определенном расстоянии, таким образом, что пары соседних коалесцентных пластин образуют сепарационную систему, через которую проходит сепарируемая смесь.

Традиционный коалесцентный сепаратор описан в документе GB 2116060 и включает последовательно зону гравитационной сепарации, зону коалесцентной сепарации и зону конечной фильтрации.

Также коалесцентные сепараторы такого типа, включающие танк, расположенный горизонтально или вертикально, в котором расположен один или более ряд коалесцентных установок, известны из WO 88/06478, US 4,722,800, US 6,907,997, US 6,605,244 и US 5,928,524.

Коалесцентные пластины могут быть плоскими или гофрированными, как описано, например, в WO 88/06478, US 6,907,997, US 4,722,800 или US 5,928,524; в качестве альтернативы для улучшения эффективности сепарации коалесцентные пластины могут иметь плоскую верхнюю поверхность и гофрированную нижнюю поверхность, таким образом, чтобы вызвать одновременно сепарацию фаз и способствовать нисходящему потоку из твердых частиц, возможно присутствующих в смеси для сепарации.

Известные коалесцентные сепараторы при всей своей компактности в любом случае имеют недостаток, который состоит в том, что они могут быть установлены только на поверхности или под землей.

Следовательно, применение коалесцентных сепараторов известного типа ограничено теми местами, где достаточно пространства, которого, например, не хватает при некоторых применениях на поверхности, таких как морские нефтедобывающие платформы. Известные коалесцентные сепараторы не могут быть даже использованы непосредственно внутри скважины.

Технологии сепарации, используемые внутри скважины, фактически базируются на применении гравитационных сепараторов или в качестве альтернативы гидроциклонических сепараторов.

Гравитационные сепараторы состоят из сепарационной камеры, в которой добываемая текучая среда движется при достаточно низкой скорости, приводя, таким образом, к разделению двух фаз за счет силы тяжести. Однако низкая скорость, требуемая для гравитационной сепарации, ограничивает количество добываемой текучей среды, которое может быть обработано.

Гидроциклонические сепараторы с одной или более стадией сепарации, соединенные друг с другом в серии или параллельно, как правило, состоят из подходящего корпуса в форме трубы, в который добываемую текучую среду подают, таким образом, чтобы она вращалась на большой скорости. Центробежная сила, возникающая в результате вращения, оказывает воздействие на добываемую текучую среду совместно с цилиндрическим корпусом, индуцируя сепарацию водной текучей фазы, которая, поскольку тяжелее, как правило, идет по направлению к внешней части гидроциклона от органической текучей фазы (нефть), которая, поскольку легче, собирается во внутренней части гидроциклона.

Типичные примеры гидроциклонных сепараторов, используемых внутри скважины, описаны в US 5,730,871, US 6,080,312, US 6,138,578, US 2006/0186038 или WO 01/65065.

Однако ввиду высоких перепадов давления, которые происходят в гидроциклоне, сепарируемая смесь должна подаваться насосом, что вызывает образование очень тонких капель нефтяной фазы, диспергированной в водной фазе, делая ее сепарацию даже еще сложнее.

Следовательно, продолжает существовать необходимость в сепарационном устройстве, позволяющем эффективно сепарировать добываемую текучую среду на водную жидкую фазу и нефтяную жидкую фазу, которое может быть легко применено в случаях применения на поверхности, в частности, во всех применениях на поверхности, где есть ограниченное пространство, такое как, например, применение на морских нефтедобывающих платформах и также внутри скважин.

Объект настоящего изобретения преодолевает указанные выше недостатки предшествующего уровня техники, обеспечивая устройство для коалесцентной сепарации смеси, содержащей две текучие фазы, по меньшей мере частично не смешиваемые друг с другом, и с различной удельной плотностью, которое преодолевает указанные выше недостатки и имеет простую и легко приспособляемую структуру, позволяющую устанавливать его как в установках, расположенных на поверхности, в частности в условиях ограниченного пространства, так и внутри скважин.

Другой объект настоящего изобретения обеспечивает устройство для коалесцентной сепарации смеси, содержащей две текучие фазы, по меньшей мере частично не смешиваемые друг с другом, и с различной удельной плотностью, которое имеет более низкие расходы на производство, установку и управление и которое гарантирует эффективную сепарацию смеси на две текучие фазы.

Эти и другие объекты настоящего изобретения достигаются обеспечением устройства для коалесцентной сепарации смеси, содержащей две текучие фазы, по меньшей мере частично не смешиваемые друг с другом, и с различной удельной плотностью, как указано в независимых пунктах формулы изобретения.

Дополнительные характеристики устройства для коалесцентной сепарации смеси, содержащей две текучие фазы, по меньшей мере частично не смешиваемые друг с другом, и с различной удельной плотностью, указаны в зависимых пунктах формулы.

Характеристики и преимущества устройства для коалесцентной сепарации смеси, содержащей две текучие фазы, по меньшей мере частично не смешиваемые друг с другом, и с различной удельной плотностью по настоящему изобретению будут более ясны из следующего иллюстрирующего и неограничивающего описания со ссылкой на приложенные фигуры, на которых:

Фигура 1 - схематический вид с боку устройства для коалесцентной сепарации по настоящему изобретению в конфигурации для применения на поверхности;

Фигура 2 - схематический продольный вид в разрезе устройства Фигуры 1;

Фигура 3 - схематический продольный вид возможного варианта воплощения ряда коалесцентных пластин плоского типа по настоящему изобретению;

Фигуры 4a-4c - схематический аксонометрический вид, на виде сверху и на виде в поперечном сечении, соответственно, показана коалесцентная пластина, имеющая форму усеченного конуса по предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения;

Фигура 5 - схематический вид в разрезе по плоскости V-V Фигуры 2;

Фигура 6 - схематический аксонометрический вид и вид в поперечном сечении части устройства Фигуры 1;

Фигура 7 - схематический вид в продольном сечении устройства для коалесцентной сепарации по варианту воплощения настоящего изобретения при возможном применении внутри скважины.

Со ссылкой на прилагаемые Фигуры устройство для коалесцентной сепарации смеси, содержащей две текучие фазы, по меньшей мере частично не смешиваемые друг с другом, и с различной удельной плотностью или относительной плотностью в целом указано, как 1.

Следует отметить, что используемый в описании настоящей патентной заявки термин «смесь» также относится к дисперсии или нестабильной эмульсии, в которой одна из двух фаз диспергирована в форме капель в другой непрерывной фазе, и используемый в описании настоящей патентной заявки термин «текучие фазы, по меньшей мере частично не смешиваемые друг с другом » относится к двум текучим фазам, в частности жидким, которые по меньшей мере в определенных соотношениях не образуют растворы друг в друге.

Кроме того, для целей настоящего изобретения не исключается, что каждая из двух текучих фаз, по меньшей мере частично не смешиваемых друг с другом, может содержать дополнительные компоненты, такие как, например, твердые частицы.

Для простоты далее в описании настоящей патентной заявки будет сделана ссылка на водную жидкую фазу или воду, как текучую среду с более высокой удельной плотностью и на органическую жидкую среду или нефть, как текучую фазу с более низкой удельной плотностью, следует понимать, что настоящее изобретение может быть применено для сепарации любой из двух текучих фаз, по меньшей мере частично не смешиваемых друг с другом и имеющих различную удельную плотность.

Устройство 1 включает цилиндрический корпус 2 с продольной осью A, которая в условиях применения располагается вертикально, как показано на приложенных Фигурах, или наклонена по отношению к вертикали, как например, в случае, когда устройство 1 устанавливают внутри скважины, где скважина имеет по меньшей мере секцию, которая проходит с наклоном по отношению к вертикали. В любом случае, в условиях использования один из двух противоположных концов цилиндрического корпуса 2 расположен выше по высоте относительно другого.

Оба противоположных конца цилиндрического корпуса 2 закрыты; в частности, расположенный выше конец закрыт крышкой 3, а тот, который ниже по высоте, закрыт дном 4.

В вариантах воплощения, представленных на приложенных Фигурах, цилиндрический корпус 2 представляет цилиндр с круглым поперечным сечением; однако не исключено, что цилиндрический корпус 2 может иметь отличающуюся форму в поперечном сечении.

Цилиндрический корпус 2 включает по меньшей мере одно впускное отверстие 5 для сепарируемой смеси (нефть и вода), которое расположено на его боковой поверхности. В частности, множество впускных отверстий 5 расположены вдоль по кругу по выпуклой части цилиндрического корпуса 2, и каждое представляет сквозное отверстие.

Ближе к концу более высокой части цилиндрического корпуса 2 расположено по меньшей мере одно выпускное отверстие 6 для сепарации органической текучей фазы из смеси, тогда как близко к концу более низкой части цилиндрического корпуса 2 расположено по меньшей мере одно выпускное отверстие 7 для водной текучей фазы, сепарируемой из смеси.

По меньшей мере один ряд коалесцентных пластин 8 установлен в объеме внутри цилиндрического корпуса 2, которые расположены параллельно друг другу и одна над другой, образуя блок. Следует отметить, что используемый в описании настоящей патентной заявки термин «коалесцентная пластина» является жаргонным выражением, известным в области техники, к которой относится настоящее изобретение, и его не следует интерпретировать ограничивающе только в отношении тел «пластиообразной» формы.

Каждая коалесцентная пластина 8 имеет пластину 9 для прохождения потока смеси, которая расположена под углом α, с углом поворота в пределах от 30° до 60° относительно ортогональной плоскости к продольной оси A, где термин «пластина» относится к форме в виде листа, что будет видно яснее далее, не следует понимать, что она будет исключительно плоской и прямоугольной, но также в форме, соответствующей боковой поверхности вращательного движения твердого тела.

Пластина для прохождения потока 9 имеет верхнюю часть 90, которая расположена лицевой поверхностью к крышке 3, и нижнюю сторону 91, которая расположена лицевой поверхностью к дну 4. Между нижней стороной 91 коалесцентной пластины 8 и верхней стороной 90 коалесцентной пластины 8 непосредственно после нее канал 10 для прохождения потока сепарируемой смеси, вдоль которого смесь проходит, разделяясь на два компонента, которые разделяются на слои друг над другом: нижний слой состоит из водной текучей фазы, а верхний слой состоит из органической текучей фазы, последний находится в форме капель, которые за счет слипания соединяются с образованием более крупных капель.

Каждая пластина 9 заканчивается нижним краем 92, расположенным лицевой поверхностью к концу цилиндрического корпуса 2 в более низкой части, и в противоположность верхний край 93 расположен лицевой поверхностью к концу более высокой части цилиндрического корпуса 2.

Нижний край 92 сообщается по текучей среде с распределительным каналом 11 для сепарируемой смеси, находящимся внутри цилиндрического корпуса 2, он расположен в направлении, по существу параллельном его продольной оси A, и сообщается по текучей среде по меньшей мере с одним впускным отверстием 5 для сепарируемой смеси.

Верхний край 93 в то же самое время сообщается по текучей среде со сбросным каналом 12 для водной текучей фазы, который находится в цилиндрическом корпусе 2, он расположен в направлении, по существу параллельном его продольной оси A, и сообщается по текучей среде с выпускным отверстием 7 для водной текучей фазы.

Согласно конкретным признакам настоящего изобретения коалесцентные пластины 8, какой бы формы они ни были, расположены друг над другом на взаимном расстоянии в пределах от 2 мм до 5 мм. Такое уменьшенное расстояние между двумя соседними коалесцентными пластинами 8 вносит вклад в общее уменьшение габаритов устройства 1 по настоящему изобретению без изменения эффективности сепарации.

Согласно другому конкретному признаку настоящего изобретения верхний край 93 каждой коалесцентной пластины 8 переходит в кромку 94, расположенную под углом к пластине 9, образуя, таким образом, канавку 95 с вогнутым участком, расположенным лицевой поверхностью к концу более низкой части цилиндрического корпуса 2.

Указанная канавка 95 выступает в роли аккумулирующей зоны для органической текучей фазы перед сепарированием и восходящим движением по направлению к соответствующему выпускному отверстию 6.

В частности, канавка 95 способствует аккумулированию капель органической текучей фазы, которая при прохождении через нижележащий канал 10 отделяется от водной текучей фазы, и их слипание в капли приводит к образованию капель большего размера, которые собираются в ней без стекания по направлению к сбросному каналу 12 для водной текучей фазы.

Таким образом, органическая жидкая фаза сепарируется с предотвращением стекания в сбросный канал 12, где она будет подниматься по направлению к крышке цилиндрического корпуса 2, протекая в противотоке через сепарируемую водную жидкую фазу.

Та же канавка 95 вместе с соответствующей кромкой 94 также способствует сбросу водной текучей фазы по направлению к сбросному каналу 12.

В частности, угол β, образованный кромкой 94 и пластиной 9, или точнее ее нижней стороной 91, предпочтительно равен 90°.

Согласно другому признаку настоящего изобретения, кроме того, вблизи верхнего края 93 каждой коалесцентной пластины 8 или точнее в переходной зоне между кромкой 94 и пластиной 9, расположено по меньшей мере одно сквозное отводное отверстие 96 96 для органической текучей фазы, которая аккумулируется в соответствующей канавке 95, и которая проходит через отверстия 96, протекая по направлению к вышележащему каналу 10 до тех пор, пока не достигнет цилиндрического корпуса 2, где она аккумулируется для последующего выхода наружу.

В частности, вблизи верхнего края 93 каждой коалесцентной пластины 8 или точнее с соответствующей переходной зоне между кромкой 94 и соответствующей пластиной 9 имеется множество отверстий 96, которые расположены в ряд вдоль направления, по существу параллельного профилю верхнего края 93; вдоль линии, в случае коалесцентных пластин плоского типа (Фигура 3), или в виде кольцеобразной короны в случае коалесцентных пластин типа усеченного конуса (Фигуры 4a-4c).

Следует отметить, что такая конфигурация аккумулирует органическую жидкую фазу, и она собирается в канавке 95 каждой коалесцентной пластины 8, из которой она затем отводится, проходя через отверстия 96 до тех пор, пока она не поднимется, проходя через вышележащие каналы 10, к крышке цилиндрического корпуса 2, где аккумулируется перед выходом наружу. Водная жидкая фаза в то же самое время течет по направлению к сбросному каналу 12, сопровождаемому кромкой 94 по нисходящей по направлению к соответствующему выпускному отверстию 7.

Коалесцентные пластины 8 могут быть плоского типа, как приведено на Фигуре 3.

Один или более ряд коалесцентных пластин 8 плоского типа может быть расположен внутри цилиндрического корпуса 2, взаимно накладываясь друг на друга в единый блок.

В случае, когда распределительный канал 11 расположен между частью боковой поверхности цилиндрического корпуса 2, противолежа нижним краям 92 коалесцентных пластин 8, и теми же нижними краями 92. Сбросный канал 12 в то же самое время расположен между частью боковой поверхности цилиндрического корпуса 2, противолежа верхним краям 93 коалесцентных пластин 8, тем же верхним краем 93 и дном 4 в более низкой части.

В качестве альтернативы, два ряда или два блока коалесцентных пластин 8 плоского типа могут быть расположены, соседствуя друг с другом верхним краем 93, расположенным лицевой поверхностью к центру цилиндрического корпуса 2, и нижним краем 92, находящемся на расстоянии от внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса 2.

В случае, когда присутствуют два распределительных канала 11, каждый из которых определяется пространством, ограниченным внутренней боковой поверхностью цилиндрического корпуса 2 и нижними краями 92 коалесцентных пластин 8 каждого из двух рядов. Сбросный канал 12 в то же самое время определен в центре цилиндрического корпуса 2 и ограничен верхними краями 93 коалесцентных пластин 8 двух рядов, взаимно расположенных лицевой поверхностью, и частями внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса 2, проходя между ними.

Согласно дополнительному конкретному признаку настоящего изобретения каждая коалесцентная пластина 8 имеет форму усеченного конуса.

В частности, как приведено на Фигурах 4a-4c, каждая коалесцентная пластина 8 имеет форму усеченного конуса полого внутри с открытым большим основанием и меньшим основанием, пластина 9, таким образом, определена боковой поверхностью усеченного конуса.

Коалесцентные пластины 8 установлены параллельно друг другу, образуя блок.

Ряд коалесцентных пластин 8 расположен в цилиндрическом корпусе 2 коаксильно с ним по большому основанию или по меньшему основанию коалесцентной пластины 8, соответственно, располагаясь лицевой поверхностью к концу цилиндрического корпуса 2 в более низкой части и концу цилиндрического корпуса 2 в более высокой части.

Нижний край 92 и верхний край 93 каждой коалесцентной пластины 8, следовательно, соответственно определен большим основанием и меньшим основанием усеченного конуса и имеет круговой профиль.

Верхний край 93 граничит с кромкой 94, наклоненной внутрь усеченного конуса, таким образом, что канавка 95 образуется между пластиной 9 и кромкой 94.

Вдоль переходной зоны между пластиной 9 и соответствующей кромкой 94, состоящей из плоской кольцеобразной поверхности, расположены сквозные отверстия 96 в виде короны.

По меньшей мере один выступ 97, выступающий из нижней поверхности 91 каждой коалесцентной пластины 8 в форме усеченного конуса, предназначен для опоры верхней поверхности 90 каждой коалесцентной пластины 8 непосредственно под ней, действуя, таким образом, как разделитель.

В иллюстрируемом варианте воплощения настоящего изобретения выступ 97 имеет форму ребра, которое проходит вдоль образующей линии конуса.

Как приведено на Фигурах 1, 2 и 6, один или более ряд коалесцентных пластин 8 в форме усеченного конуса расположен в цилиндрическом корпусе 2, таким образом, что кольцеобразное внутренне пространство, которое образует распределительный канал 11, расположенный между нижними краями 92 коалесцентных пластин 8 и внутренней боковой поверхностью цилиндрического корпуса 2.

Сбросный канал 12 в то же самое время образован в центре коалесцентных пластин 8 и ограничен верхними краями 93 (малое основание) коалесцентных пластин 8 в форме усеченного конуса и отводным каналом 24, расположенным коаксиально относительно цилиндрического корпуса 2, открыт с противоположных концов 24a и 24b, из которых один конец 24a расположен лицевой поверхностью к концу цилиндрического корпуса 2 в более высокой части, а другой конец 24b расположен лицевой поверхностью к концу цилиндрического корпуса 2 в более низкой части.

Конец 24a отводного канала 24, который расположен лицевой поверхностью к концу цилиндрического корпуса 2 в более высокой части, выступает из верхней части 3 последнего, определяя выпускное отверстие 6.

Конец 24b отводного канала 24, который расположен лицевой поверхностью к цилиндрическому корпусу 2 в более низкой части, выступает из дна 4, определяя выпускное отверстие 7.

Кромка 94′ коалесцентной пластины 8 в форме усеченного корпуса в верхней части ряда закрывает сверху отводной канал 12 и ограничивает во взаимодействии с верхней частью 3 цилиндрического корпуса 2 отделение 23 для накопления сепарированной органической текучей фазы.

Вблизи конца 24a отводного канала 24, расположенного лицевой поверхностью к цилиндрическому корпусу 2 в более высокой части, имеется по меньшей мере одно верхнее отверстие, в частности корона из верхних отверстий 25, через которое сепарированная органическая жидкая фаза собирается в отделение для накопления 23, вытекает в отводной канал 24 и последовательно в выпускное отверстие 6.

Аналогично, вблизи конца 24b отводного канала 24, расположенного лицевой поверхностью к цилиндрическому корпусу 2 в более низкой части, имеется по меньшей мере одно нижнее отверстие 26, в частности корона из нижних отверстий 26, через которое сепарированная водная жидкая фаза вытекает из сбросного канала 12 в отводной канал 24 и из него в выпускное отверстие 7.

Следует отметить, коалесцентные пластины 8 в форме усеченного конуса, благодаря радиальной симметрии, гарантируют хорошее функционирование сепаратора, даже когда он находится в положении под наклоном к вертикали, без необходимости проведения операций направления во время установки.

Дополнительно, коалесцентные пластины 8 в форме усеченного корпуса имеют преимущества с точки зрения производства за счет литья по сравнению с коалесцентными пластинами плоского типа, принцип которых наоборот заключен в обработке пластин.

Хотя на приложенных Фигурах приведен только один ряд коалесцентных пластин 8, расположенных внутри цилиндрического корпуса 2, во всех возможных вариантах воплощения устройства 1 по настоящему изобретению внутри цилиндрического корпуса 2 может быть размещено два или более ряда коалесцентных пластин 8, соединенных в серии друг с другом и, следовательно, гидравлически соединенных параллельно. Таким образом, структура устройства 1 является модульной, что делает ее легко адаптируемой к применениям при различных требованиях.

В основной конфигурации устройство 1 по настоящему изобретению включает цилиндрический корпус 2, внутри которого расположен один или более ряд коалесцентных пластин 8, как указано выше.

Такая базовая конфигурация также может быть применена в установках внутрискважинной сепарации, как приведено, например, на Фигуре 7.

Для применений на поверхности в то же самое время устройство 1 завершается танком - резервуаром для хранения 13 с одним или более цилиндрическим корпусом 2.

Танк 13 также имеет цилиндрическую форму и предпочтительно круглое поперечное сечение и закрыт с противоположных концов, из которых один конец находится в более низкой части по отношению к другому.

Ссылаясь на приложенные Фигуры, на которых устройство 1 представлено в традиционной вертикальной конфигурации, нижний конец танка 13 закрыт донной поверхностью 14, а верхний конец закрыт поверхностью верхней части 15.

Внутри танка 13 расположена камера, в которой помещен по меньшей мере один цилиндрический корпус 2, дно которого 4 располагается на донной поверхности 14 танка 13 и верхняя часть которого 3 располагается на расстоянии от поверхности верхней части 15 танка 13.

Таким образом, кольцеобразное промежуточное пространство 16 расположено между танком 13 и цилиндрическим корпусом 2, выше которого расположено отделение 17 с круглым поперечным сечением, в которое выходит выпускное отверстие 6 цилиндрического корпуса 2.

Кроме того, танк 13 снабжен по меньшей мере одним входным отверстием 18 для сепарируемой смеси.

В частности, входное отверстие 18 расположено в более низкой части по отношению к выпускному отверстию 6 для выхода органической текучей фазы из цилиндрического корпуса 2 и подает сепарируемую смесь в кольцеобразное внутреннее пространство 16.

По меньшей мере первое выходное отверстие 19 в свою очередь расположено на донной поверхности 14 танка 13, которое сообщается по текучей среде с выпускным отверстием 7 для водной текучей фазы из цилиндрического корпуса 2. В частности, первое выходное отверстие 19 напрямую соединено с выпускным отверстием 7 цилиндрического корпуса 2 и может состоять из выступающего конца 24b отводного канала 24, который размещен, таким образом, что проходит через дно 4 цилиндрического корпуса 2 и донную поверхность 14 танка 13, таким образом, выпускное отверстие 7 совпадает с первым выходным отверстием 19 (Фигура 2).

Наконец, танк 13 снабжен по меньшей мере вторым спускным отверстием 20 для органической текучей фазы, которое сообщается по текучей среде с камерой внутри танка 13 выше входного отверстия 18 и выше зоны раздела I между смесью, подаваемой в кольцеобразное внутреннее пространство 16 и органической текучей фазой фракции, которую сепарируют из смеси, присутствующей в кольцеобразном внутреннем пространстве 16 и от фракции, отсепарированной внутри цилиндрического корпуса 2 и выходящей из выпускного отверстия 6 его же.

В вариантах воплощения настоящего изобретения, приведенных на Фигурах 1 и 2, только один цилиндрический корпус 2 присутствует внутри танка 13, однако может быть установлено два или более цилиндрических корпуса 2 рядом друг с другом и параллельно внутри того же самого танка 13. Следовательно, каждый цилиндрический корпус 2 может состоять из одного или более модуля и может быть установлен как таковой или в комбинации с аналогичными модулями внутри того же самого танка 13, позволяя получить легко приспособляемое и состоящее из модулей устройство 1 по настоящему изобретению.

Насосные средства известного типа не показаны, поскольку они не являются частью настоящего изобретения, они соединены со выходными отверстиями 19, 20.

Следует отметить, что расположение насосных средств ниже по по потоку сепарационного устройства 1, а не наоборот выше его же, предотвращает дополнительное образование эмульсий органической текучей фазы в водной текучей фазе, способствуя, таким образом, сепарации.

Со ссылкой на Фигуры 1 и 2, которые иллюстрируют устройство 1 для применения на поверхности, устройство 1 функционирует следующим образом.

Смесь или по существу дисперсию органической текучей фазы (дисперсная фаза) в водной текучей фазе (непрерывная фаза) подают через входное отверстие 18 в кольцеообразное внутреннее пространство 16.

Первая сепарация и стратификация происходит в кольцеообразном внутреннем пространстве 16, из которого органическая жидкая фаза, имеющая самую низкую удельную плотность, поднимается на поверхность смеси, стратифицируясь выше нее.

Жидкая водная фаза все еще содержит нефть, присутствующую в кольцеообразном внутреннем пространстве 16, проходит через впускное отверстие 5, распределяясь по боковой поверхности цилиндрического корпуса 2, поступая в распределительный канал 11, находящийся внутри цилиндрического корпуса 2 (стрелки F).

Отсюда смесь течет по каналам 10, расположенным между парами соседних коалесцентных пластин 8 с ламинарным движением, таким образом, время пребывания внутри канала 10 достаточно для сепарирования смеси.

Во время прохождения смеси по каналам 10 от нижних краев 92 к верхним краям 93 коалесцентных пластин 8, обе, органическая жидкая и водная жидкая фазы, сепарируются: органическая жидкая фаза в форме капель поднимается через смесь к нижней стороне 91 коалесцентной пластины 8, которая ограничивает единственный канал 10 сверху, где следуя его профилю, они соединяется путем слипания капель в капли большего размера, водная жидкая фаза в то же время сепарируется в нижний слой, который течет по верхней стороне 90 коалесцентной пластины 8, которая ограничивает канал 10 снизу.

Органическая жидкая фаза аккумулируется соответствующе канавкой 95 95 каждой коалесцентной пластины 8, агрегируя с органической текучей фазой, поднимающейся с нижележащих каналов 10 через отверстия 96 соответствующих коалесцентных пластин 8.

Отсюда органическая жидкая фаза сепарируется из потока, находящегося в канале 10, проходя через отверстия 96 в вышележащий канал 10.

Органическая жидкая фаза, сепарируемая из потока, присутствующего в канале 10, поднимается через отверстия 96 коалесцентной пластины 8, которая ограничивает указанный канал 10 сверху, по направлению непосредственно к вышележащему каналу 10, сталкиваясь с водной текучей фазой, сепарируемой в последнем канале 10, однако, не улавливаясь ею, благодаря пониженной скорости течения потока.

Следовательно, органическая жидкая фаза поднимается через отверстия 96 всех коалесцентных пластин 8 ряда и аккумулируется в отделении для накопления 23 в верхней части цилиндрического корпуса 2.

Органическая жидкая фаза, собираемая в танке для накопления 23, выходит через отводной канал 24 через верхние отверстия 25 и поднимается по направлению к выпускному отверстию 6, определенному концом 24a того же самого отводного канала.

Как только органическая жидкая фаза выходит из выпускного отверстия 6, она аккумулируется в верхней части танка 13, стратифицируясь выше смеси, подаваемой в него (зона раздела I). Затем органическая жидкая фаза выходит через второе спускное отверстие 20.

Поток органической текучей фазы указан стрелками с непрерывной линией.

Водная органическая фаза, сепарируемая по каналам 10, достигает кромки 94, сопровождаемая последней течет в спускной канал 12, где спускается на дно 4 цилиндрического корпуса 2.

Сепарируемая водная фаза собирается на дне спускного канала 12, проходя из него в отводной канал 24 через нижние отверстия 26 и затем в выпускное отверстие 7 (выходное отверстие 19), определенное концом 24b того же самого отводного канала.

Поток водной текучей фазы указан стрелочкой с пунктирной линией.

Как указано выше, устройство 1 по настоящему изобретению в его базовой конфигурации включает цилиндрический корпус 2, внутри которого установлен один или более ряд коалесцентных пластин 8, может быть по существу применено в сепарационных установках внутри скважин.

Возможный вариант воплощения этой установки 100 схематически представлен на Фигуре 7.

Установка 100 включает закрытую камеру 101, которая расположена между верхним выпускным отверстием 102a для текучей фазы с низкой удельной плотностью (органическая жидкая фаза), сепарируемой из смеси, расположенным на первом верхнем уровне, и нижним выпускным отверстием 102b для текучей фазы с более высокой удельной плотностью (водная жидкая фаза), сепарируемой от смеси, расположенным на втором нижнем уровне относительно первого верхнего уровня.

Впускное отверстие 103 для сепарируемой смеси, по существу состоящей из добываемой текучей среды, расположено между верхним и нижним выпускными отверстиями 102a, 102b. Нижнее выпускное отверстие 102b сообщается по текучей среде с зоной обратного ввода 108, в которую подают попутную воду с надлежащим образом удаленной нефтью.

Первое верхнее устройство 104 для грубой сепарации смеси и по меньшей мере второе нижнее устройство 105 для тонкой сепарации смеси, предварительно обработанной в первом верхнем устройстве 104, расположены в аксиальной последовательности между верхним выпускным отверстием 102a и нижним выпускным отверстием 102b, где первое верхнее устройство для грубой сепарации 104 включает гравитационную сепарационную камеру, а по меньшей мере второе нижнее устройство для тонкой сепарации 105 включает по меньшей мере одно устройство 1 по настоящему изобретению, как описано в одновременно рассматриваемой заявке того же заявителя.

Устройство для коалесцентной сепарации, а также ряд коалесцентных пластин, входящих в настоящее устройство, сохраняя высокую эффективность сепарации, обладают преимуществом, состоящим в меньших габаритах, позволяющих, таким образом, легко использовать, как при установке на поверхности, в частности установка на поверхности в местах с ограниченным пространством для размещения, например морские нефтедобывающие платформы, так и при внутрискважинной установке; в последнем случае не требуется каких-либо операций по расширению скважины.

В частности, уменьшенное пространство между соседними коалесцентными пластинами и множество каналов для прохождения между ними позволяют уменьшить общие габариты устройства для сепарации по настоящему изобретению, в тоже самое время сохраняют высокую эффективность сепарации.

Конфигурация одиночных коалесцентных пластин с загнутой кромкой, определяющей сбор и аккумуляцию канавкой текучей фазы с низкой удельной плотностью, с близко расположенными на ней отверстиями «высвобождения» вносят свой вклад в улучшение эффективности сепарации и позволяют избежать противотока потоков двух сепарируемых фаз.

Коалесцентные пластины в форме усеченного конуса благодаря радиальной симметрии гарантируют высокую степень сепарации, даже когда устройство находится в положении под наклоном к вертикальной оси, без необходимости проведения операций направления во время установки. Дополнительно, этот конкретный вариант воплощения настоящего изобретения позволяет лучше использовать внутренний объем цилиндрического корпуса и благодаря характеризующей его геометрии подходит для применения под давлением.

Наконец, этот конкретный вариант воплощения настоящего изобретения позволяет получать коалесцентные пластины литьем с вытекающими из этого преимуществами с точки зрения производства и также облегчает операции по сборке рядов коалесцентных пластин.

Устройство для коалесцентной сепарации по настоящему изобретению может быть применено на сепарационных установках для сепарации добываемой текучей среды непосредственно внутри нефтяной скважины, будучи компактной и гарантируя получение водной текучей фазы с пониженным содержанием органических компонентов (нефть), позволяя, таким образом, обратное закачивание в продуктивный пласт без нанесения вреда последнему.

По существу простая и модульная структура устройства для коалесцентной сепарации по настоящему изобретению также делает его легко устанавливаемым и приспособляемым.

Фактически можно, с одной стороны, за счет расположения в одном и том же цилиндрическом корпусе одного или более ряда (модулей) коалесцентных пластин, расположив одну над другой, образовать блок, отвечающую требованиям сепарации. Также можно, с одной стороны, расположить один или более цилиндрический корпус, внутри каждого из которых установлен один или более ряд коалесцентных пластин, внутри того же самого танка, отвечая требованиям сепарации.

Устройство для коалесцентной сепарации по настоящему изобретению может иметь множество модификаций и вариантов, не выходящих за рамки настоящего изобретения; дополнительно, все детали могут быть заменены технически эквивалентными элементами. При осуществлении на практике настоящего изобретения используемые материалы могут варьировать согласно техническим требованиям.

Claims (12)

1. Устройство (1) для коалесцентной сепарации смеси, содержащей две текучие фазы, по меньшей мере частично не смешиваемые друг с другом, и с различной удельной плотностью, характеризующееся тем, что оно включает:
- цилиндрический корпус (2), закрытый с двух противоположных концов, один из которых в устройстве с рабочей конфигурацией расположен выше относительно другого,
- по меньшей мере одно впускное отверстие (5) для сепарируемой смеси, которое расположено на боковой поверхности указанного цилиндрического корпуса (2), и каждое представляет собой сквозное отверстие, ближе к концу более высокой части указанного цилиндрического корпуса (2) расположено по меньшей мере одно выпускное отверстие (6) для сепарации из указанной смеси текучей фазы с низкой удельной плотностью, близко к концу более низкой части указанного цилиндрического корпуса (2) расположено по меньшей мере одно выпускное отверстие (7) для сепарации из указанной смеси текучей фазы с более высокой удельной плотностью
и
- по меньшей мере один ряд коалесцентных пластин (8), установленный внутри указанного цилиндрического корпуса (2),
- где каждая коалесцентная пластина (8) имеет пластину (9) для прохождения потока, которая расположена под углом α относительно ортогональной плоскости к продольной оси (А) указанного цилиндрического корпуса (2) и которая имеет нижний край (92), расположенный лицевой поверхностью к концу указанного цилиндрического корпуса (2) в более низкой части, и сообщается по текучей среде с распределительным каналом (11) для сепарируемой смеси, находящимся внутри указанного цилиндрического корпуса (2), и сообщается по текучей среде с указанным по меньшей мере одним впускным отверстием (5) и верхний край (93), расположенный лицевой поверхностью к концу указанного цилиндрического корпуса (2) в более высокой части, и сообщается по текучей среде со сбросным каналом (12) для текучей фазы с более высокой удельной плотностью, который находится в указанном цилиндрическом корпусе (2) и сообщается по текучей среде по меньшей мере с одним указанным выпускным отверстием (7) для указанной текучей фазы с более высокой удельной плотностью,
- указанный выше ряд коалесцентных пластин (8) определяется отделением (23) для накопления текучей фазы с более низкой удельной плотностью, сообщающимся по текучей среде с указанным соответствующим выпускным отверстием (6), и где
- указанные коалесцентные пластины (8) расположены параллельно друг над другом, пары коалесцентных пластин (8), расположенные рядом друг с другом, образуют соответствующий поток и канал (10) для сепарации указанной смеси
- верхний край (93) каждой из указанных коалесцентных пластин (8) переходит в кромку (94), расположенную под углом к указанной пластине (9) для прохождения потока, образуя, таким образом, канавку (95) с вогнутым участком, расположенным лицевой поверхностью к концу более низкой части указанного цилиндрического корпуса (2) для аккумуляции текучей фазы с более низкой удельной плотностью и для отвода указанной текучей фазы с более высокой плотностью.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что между указанной кромкой (94) и указанной пластиной (9) для прохождения потока образован угол β 90°.

3. Устройство (1) по п. 1 или 2, характеризующееся тем, что по меньшей одно сквозное отверстие (96) расположено вблизи от переходной области между указанной кромкой (94) и указанной пластиной (9), между каждой из указанных коалесцентных пластин (8) и коалесцентной пластиной, расположенной непосредственно ниже нее, и проходящей в канал (10) для прохождения потока, образованный между указанной коалесцентной пластиной (8) и коалесцентной пластиной непосредственно выше нее.

4. Устройство (1) по п. 3, характеризующееся тем, что каждая указанная коалесцентная пластина (8) включает множество указанных сквозных отверстий (96) в направлении по существу параллельном указанному соответствующему верхнему краю (93).

5. Устройство (1) по по любому из пп. 1-4, характеризующееся тем, что каждая из указанных коалесцентных пластин (8) имеет форму усеченного конуса, полого внутри и, соответственно, с открытым большим основанием и меньшим основанием.

6. Устройство (1) по п. 5, характеризующееся тем, что каждая из указанных коалесцентных пластин (8) расположена внутри указанного цилиндрического корпуса (2) с большим основанием, расположенным лицевой поверхностью к концу более низкой части цилиндрического корпуса, и с меньшим основанием, расположенным лицевой поверхностью к концу более высокой части указанного цилиндрического корпуса, указанная пластина (9) для прохождения потока определяется боковой поверхностью указанного усеченного конуса и указанный верхний край (93) и нижний край (92) определяются краем указанного меньшего основания и краем указанного большего основания, соответственно.

7. Устройство (1) по п. 6, характеризующееся тем, что указанные коалесцентные пластины (8) расположены по существу коаксиально в отношении цилиндрического корпуса (2) с нижним краем (92) на расстоянии от внутренней боковой поверхности указанного цилиндрического корпуса (2), пространство, ограниченное верхним краем (93) указанных коалесцентных пластин (8), определяет указанный сбросный канал (12), и кольцеобразное пространство, определенное внутренней боковой поверхностью указанного цилиндрического корпуса (2), и нижний край (92) коалесцентных пластин (8) определяют указанный распределительный канал (11).

8. Устройство (1) по п. 6 или 7, характеризующееся тем, что оно включает отводной канал (24), расположенный внутри указанного сбросного канала (12) коаксиально относительно указанного цилиндрического корпуса (2), который открыт с противоположных концов, из которых один конец 24а расположен лицевой поверхностью к концу указанного цилиндрического корпуса (2) в более высокой части и сообщается по текучей среде с указанным выпускным отверстием (6) для текучей фазы с более низкой удельной плотностью, а другой конец (24b) расположен лицевой поверхностью к концу указанного цилиндрического корпуса (2) в более низкой части и сообщается по текучей среде с указанным выпускным отверстием (7) для текучей среды с более высокой удельной плотностью, где по меньшей мере одно верхнее отверстие (25) расположено близко к указанному концу (24а) отводного канала (24), располагающегося лицевой поверхностью к указанному цилиндрическому корпусу (2) в более высокой части, которая образует указанное отделение для накопления (23), по текучей среде сообщающееся с внутренней частью указанного отводного канала (24), и где по меньшей мере одно нижнее отверстие (26) расположено близко к указанному концу (24b) отводного канала (24), располагающегося лицевой поверхностью к указанному цилиндрическому корпусу (2) в более низкой части, которая образует указанный сбросный канал (12), по текучей среде сообщающийся с внутренней частью указанного отводного канала (24).

9. Устройство (1) по по любому из пп. 1 и 2, характеризующееся тем, что каждая из указанных коалесцентных пластин (8) имеет по существу плоскую форму.

10. Устройство (1) по любому из пп. 1 и 2, характеризующееся тем, что такой цилиндрический корпус (2) может устанавливаться в отверстие сепарационной установки внутри скважин или во внутреннюю камеру танка-резервуара (13) для применения на поверхности, где по меньшей мере одно впускное отверстие (5) указанного цилиндрического корпуса (2) сообщается по текучей среде с указанной камерой, и где указанный танк (13) включает по меньшей мере одно входное отверстие (18) в указанную камеру для сепарируемой смеси, в рабочих условиях расположенное на более низкой части относительно выпускного отверстия (6) указанного цилиндрического корпуса для текучей фазы с более низкой удельной плотностью, по меньшей мере первое спускное отверстие (19), которое сообщается по текучей среде с выпускным отверстием (7) указанного цилиндрического корпуса для текучей фазы с более высокой удельной плотностью, выделяемой из указанной смеси, и по меньшей мере второе спускное отверстие (20) для текучей фазы с более низкой удельной плотностью, которое сообщается по текучей среде с указанной камерой, и которое расположено в более высокой части относительно указанного входного отверстия (18), выпускное отверстие (6) указанного цилиндрического корпуса для указанной текучей фазы с более низкой удельной плотностью, собираемой в указанной камере.

11. Устройство (1) по п. 10, характеризующееся тем, что оно включает по меньшей мере два указанных цилиндрических корпуса (2), расположенных параллельно внутри камеры указанного танка (13).

12. Устройство (1) по п. 1, характеризующееся тем, что расстояние между двумя последовательными коалесцентными пластинами (8) составляет от 2 мм до 5 мм.

Images