專利名稱：用于將油和氣體與水分離的分離罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將油和氣體與水分離的分離罐，并且所述分離罐包括具有分離罐單元的基本上圓筒形垂直罐，其中所述分離罐單元具有上部和下部；用于切向流入到分離罐單元中的流體的入口 ；內(nèi)環(huán)形壁，所述內(nèi)環(huán)形壁用于在分離罐操作期間將內(nèi)環(huán)形壁外部的渦流與內(nèi)環(huán)形壁內(nèi)部的流分離；在分離罐單元的上部中的至少一個第一出口 ；和在分離罐單元的下部中的至少一個第二出口。所述內(nèi)環(huán)形壁具有在所述內(nèi)環(huán)形壁的上端處的第一開口，所述第一開口允許分離罐單元的上部與下部之間的連通。
背景技術(shù)：
從WO 02/41965已知這種分離罐，其中單個分離罐單元中的內(nèi)環(huán)形壁是由入口導流葉片包圍的圓柱形主體。WO 2007/049246描述了也作為這類的分離罐，其中單個分離罐單元中的內(nèi)環(huán)形壁為錐形主體，并且說明了多個分離罐的串聯(lián)或并聯(lián)連接。WO 2007/049245也描述了一種分離罐，其中中心旋渦破壞器存在于單個分離罐單元中，并且說明了多個分離罐的串聯(lián)或并聯(lián)連接。分離罐用于從由水形成的主流移除少量油。由水形成的主流典型地為在油與來自井口裝置的液體流初始分離之后的原油的開采的結(jié)果?？梢栽谝粋€或多個階段進行初始分離，并且與油分離的水流包含少量油和氣體，例如，每升水IOOmg油(IOOppm油)或甚至更少的油，例如，每升水50mg油(50ppm油)。雖然這些量的油看起來很小，但是出于環(huán)境原因，有利的是在水被排放到諸如海洋的適當?shù)慕邮芴幓虮慌欧诺絻又兄斑M一步減少所述油。除了在排放水之前對所述水進行凈化之外，分離罐提供可以使用回收油的不同優(yōu)點。 在這方面，如果水將被重新注入到油田地層中，高度凈化也是有利的。為了在排出水中獲得期望低水平的油和氣體，則需要在兩個或更多個隨后的凈化步驟中對水進行處理，并且為此需要多個分離罐。與產(chǎn)出油的量有關(guān)的分離后的水的量隨著油田使用年限而變大，同時由于較低的量石油開采值減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是簡化用于清潔來自石油開采的水的設備，并且尤其增加用于清潔水的分離罐的安裝效率。根據(jù)此，根據(jù)本發(fā)明，上述分離罐的特征在于分離罐包括兩個或更多個分離罐單元，所述分離罐單元布置在彼此的頂部上，入口管與至少兩個分離罐單元中的第一分離罐單元中的用于流體的入口連接，第一分離罐單元中的第二出口與至少兩個分離罐單元中的第二分離罐單元中的用于流體的入口連接，并且分離罐包括至少一個壓力控制裝置，所述壓力控制裝置用于控制用于油和氣體的第一出口下游的壓力，使得在分離罐的操作期間， 第一出口處的壓力低于第二出口處的壓力。分離罐單元在罐壁的內(nèi)殼內(nèi)布置在彼此的頂部上具有多個優(yōu)點。內(nèi)殼的壁可以作為單個部分用作布置在內(nèi)殼內(nèi)的中心區(qū)域中的各個分離罐單元的外壁。第一分離罐單元的第二出口直接與位于第一分離罐單元的緊鄰范圍中的第二分離罐單元中用于流體的入口的連接提供最短的可能連接，并因此提供分離罐的最低壓降。根據(jù)本發(fā)明的單個分離罐的安裝比現(xiàn)有技術(shù)的多個罐的安裝簡單，這是因為在工廠執(zhí)行將兩個或更多個分離罐單元安裝在一起的工作，并且分離罐作為單個單元被輸送到安裝地點。這種簡單安裝在安裝工作成本較高和工作受到天氣條件的影響的海上油田尤其重要。另一個重要的安裝方面是與現(xiàn)有技術(shù)的多個分離罐的安裝相比較需要小的區(qū)域。進入管與至少兩個分離罐單元中的第一分離罐單元中的用于流體的入口連接。因此，分離罐內(nèi)的分離罐單元串聯(lián)連接，從而允許從水有效地清除油和氣體。如果大容量分離罐是更加重要的，則分離罐內(nèi)的兩個或更多個分離罐單元可以通過并聯(lián)流動路徑連接到分離罐上的入口并通過其它并聯(lián)流動路徑連接到分離罐上的水出口。在分離罐的用于油和氣體的出口的下游具有至少一個壓力控制裝置，所述壓力控制裝置用于控制下游壓力，使得分離罐的用于油和氣體的出口處的壓力低于分離罐上的水出口處的壓力。當分離罐操作時，各個分離罐單元內(nèi)的液位在用于油和氣體的第一出口周圍以脈動方式上升和下降，并且當分離罐的用于油和氣體的出口處的壓力低于水出口處的壓力時，并且優(yōu)選至少低0. 2巴，適當?shù)氐痛蠹s0. 4巴時，則脈動液位變化的幅度較小，因此減少與油一起流出的水的量。當例如通過控制下游廢品罐中的壓力在分離罐的下游側(cè)控制壓力時，在分離罐的用于油和氣體的出口處總體上控制分離罐的壓力，并且各個分離罐單元在其第一出口處受到相同的壓力水平。當在用于油和氣體的第一出口中的每一個處都具有一個壓力控制裝置時，則可以對分離罐單元中的每一個單獨設定壓力。優(yōu)選地，第一氣體返回路徑連接分離罐處的用于氣體的出口與至少兩個分離罐單元中的至少一個中的用于流體的入口中的氣體注入裝置。分離罐在相當?shù)偷膲毫?例如， 小于7個表壓(barg)或甚至小于4個表壓(barg)的壓力)操作，并且由于該壓力典型地比水被回收的油田地層中的壓力低得多，并且低于先前分離步驟中的壓力，溶解的氣體從水釋放，并且在分離罐中浮選?？傊?，從水移除油的效率可以通過進一步將氣體增加到水中而增加，并且在分離罐中釋放的氣體被回收到用于流體的入口時，則氣體流無須從外源供應?？梢酝ㄟ^單個普通流量控制閥操作分離罐，或者允許流量不受控制地改變，但是為了優(yōu)化分離罐的性能并且為了在第一出口的流出中獲得相對較高量的油，優(yōu)選的是各個分離罐單元具有用于控制來自分離罐單元的第一出口的流的流量控制閥。流量的單獨設置允許單獨調(diào)整通過第一出口的流中的油與氣體之間的比值。過高的流量可以使太多的氣體流出并且因此使與流出物中的氣體有關(guān)的太少量的油流出。太低的流量可以使分離罐單元中的液位下降，并且因此導致失效通流和分離罐單元的性能的下降。在一個實施例中，從分離罐上的水出口的水出口導管具有壓力控制閥，該壓力控制閥用于將分離罐上的水出口處的壓力控制為高于壓力控制閥下游的水出口導管中的壓力。這樣的作用在于在分離罐內(nèi)保持總體適當?shù)膲毫Γ⑶以诜蛛x罐單元內(nèi)更精確地保持總體適當?shù)膲毫ΑＴ搶嵤├膬?yōu)點在于僅需要單個壓力控制閥，從而同樣地控制分離罐中的所有分離罐單元的壓降。當分離罐中的分離罐單元并聯(lián)連接時，這尤其有利，但是當分離罐單元串聯(lián)連接時，也可以使用此方法。在一個實施例中，各個分離罐單元具有壓力控制閥，所述壓力控制閥用于將罐單元的第二出口處的壓力控制為高于壓力控制閥下游的壓力。由于對各個分離罐單元的壓降的控制更加精確，因此分離罐單元的單獨控制允許對分離罐操作的更加精確的控制，并因此能夠控制流入流體的速度。當分離罐中的分離罐單元串聯(lián)連接時，這尤其有利，這是因為允許設置分離罐單元的相互不同的壓降。在一個實施例中，各個分離罐單元具有用于將分離罐單元的第一出口下游的壓力控制為低于分離罐單元的第二出口處的壓力，并且該實施例允許單獨設置第一出口處的壓力。當分離罐單元串聯(lián)連接時，在第一分離罐單元中的要被清除的油的量大于在最后一個分離罐單元中的要被清除的油的量，因此，第一出口處的壓力可以被設定為在最后一個分離罐單元處最低。在一個實施例中，各個分離罐單元具有從分離罐單元的上部中的第一出口延伸到分離罐單元的下部中的第二出口的中心管，中心管通過在第一出口與第二出口之間的流動屏障阻塞，并且中心管具有從分離罐單元延伸出來的上延長部和從分離罐單元延伸出來的下延長部。中心管因此被用于油和氣體通過第一出口流入和用于水通過第二出口流入，并且所述設計因此由于僅僅很少的分離部件而非常緊湊。另外，中心管還用作在分離罐單元的中心處的旋渦破壞器和用于使第二出口周圍的流動平穩(wěn)的裝置的支撐件，并且還可以用作用于分離罐單元中的內(nèi)環(huán)形壁的支撐件。該實施例的進一步發(fā)展的特征在于在分離罐中的最下面的分離罐單元中，中心管的下延長部向下延伸通過分離罐的底端，并且在分離罐中的最上面的分離罐單元中，中心管的上延長部向上延伸通過分離罐的頂端，而中心管的剩余延長部在徑向方向上從分離罐單元通過彎曲部分延伸出。該實施例減小了分離罐的流動阻力。在一個優(yōu)選的實施例，至少兩個分離罐單元中的第一分離罐單元位于分離罐的環(huán)形殼內(nèi)的最上面，而至少兩個分離罐單元中的第二分離罐單元被定位成與第一分離罐單元相鄰并位于所述第一分離罐單元下方。該設計最小化了分離罐內(nèi)的流動路徑的長度。


在下文中參照說明性示意圖更詳細地說明本發(fā)明的實施例的示例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的分離罐和相關(guān)聯(lián)的廢品罐的說明；圖2是通過圖1中的分離罐的第一實施例的縱向剖面圖；圖3是圖1中的分離罐的第二實施例的說明；圖4是圖1中的分離罐的第三實施例的說明；以及圖fe和恥是圖2中所述的第一實施例中的分離罐單元的葉片的側(cè)視圖和從葉片上面看到的視圖的說明。
具體實施例方式在圖1整體由附圖標記1表示的分離罐是包括布置在彼此的頂部上的兩個或更多個分離罐單元2、2'的多級分離罐。在以下所述的各種實施例中，相同的附圖標記用于相同的細節(jié)。兩個分離罐單元串聯(lián)連接，即，在分離罐單元2中用于水的第二出口 9與分離罐單元2'中用于流體的入口 7連接。依此方式，在分離罐單元2中被清潔的水在分離罐單元 2'中被更進一步清潔。分離罐可以安裝在與實際油井分離的開采設備處，例如，安裝在處理水被優(yōu)先凈化的位置處，典型地在諸如平臺或鉆機上的水面上方的位置處，或者在海岸位置處。當在石油開采位置處使用時，分離罐被因此安裝在位于井口的防噴器(BOP)的下游。如圖2中所示，具有環(huán)形殼4的分離罐包括由鋼板形成的圓筒形壁和端部底部，由此能夠被批準為合格的壓力容器。環(huán)形外殼4內(nèi)的中心區(qū)域保持分離罐單元，并且流動路徑布置在環(huán)形殼4的外表面外，用于將流體輸送到分離罐單元2、2'中和將流體輸送出分離罐單元2、2'。中間底部6分離上側(cè)第一分離罐單元2與下側(cè)第二分離罐單元2 ‘。分離罐單元在分離罐內(nèi)優(yōu)選地被類似設計，然而也可以在同一分離罐內(nèi)具有不同設計的分離罐單元。 分離罐單元的內(nèi)部具有上部和下部，所述上部和所述下部也可以被稱作上部分和下部分， 根據(jù)本發(fā)明，分離罐單元的上部和下部被認為表示在分離罐單元的上側(cè)區(qū)域中和在分離罐單元的下部區(qū)域中。分離罐單元具有用于流體的入口 7并且在分離罐單元的上部分離罐單元具有第一出口 8，而在分離罐單元的下部分離罐單元具有第二出口 9和用于使第二出口周圍的流平穩(wěn)的裝置10。此外，分離罐單元具有內(nèi)環(huán)形壁11，所述內(nèi)環(huán)形壁將分離罐單元的上部中的流分成發(fā)生在內(nèi)環(huán)形壁外部的外渦流和在內(nèi)環(huán)形壁內(nèi)部的中心區(qū)域中的內(nèi)流。內(nèi)環(huán)形壁的上端具有第一開口 12，而內(nèi)環(huán)形壁的下端具有第二開口 13，并且該第一開口 12和第二開口 13允許分離罐單元2、2'的上部與下部之間的流體流連通。外渦流發(fā)生在內(nèi)環(huán)形壁與環(huán)形殼4之間的環(huán)形空間中，并且在內(nèi)環(huán)形壁附近，水流除了旋轉(zhuǎn)運動之外還向下移動。在內(nèi)環(huán)形壁的下緣處，流的最內(nèi)側(cè)部分可以繞著所述下緣流動并通過第二開口 13向上流動，并且該向上流可能會包括氣泡。在圖1的第一分離罐單元2中用于流體的入口 7被切向指向，使得所述入口沿著環(huán)形殼的內(nèi)部在水平方向上噴射入口流，且具有所述入口流作用以使分離罐單元內(nèi)的流體以渦流旋轉(zhuǎn)的作用。旋轉(zhuǎn)運動使諸如油滴和氣泡的較輕成分被迫朝向罐的中心運動。由于旋轉(zhuǎn)和重力效應，流體中的油和氣體趨向于聚集在流體流的徑向內(nèi)部，在所述徑向內(nèi)部，不同于水的向下運動，油和氣體具有沿向上方向移動的趨勢。內(nèi)環(huán)形壁以多種方式有助于油和氣體的向上運動。當流體流遇到內(nèi)環(huán)形壁時，油和氣體氣泡將聚合并變大，因此由于低于周圍水的密度而獲得增加的上升趨勢。如上所述，內(nèi)環(huán)形壁的下緣允許尤其小氣泡和油繞著該下緣流動并在已經(jīng)被水流向下拖動之后在中心部中上升。油和氣體聚集在流體流的上表面處和所述上表面上方?？梢砸远喾N不同的方式獲得切向入口流。一種可能的方式是安裝入口管，使得所述入口管在到分離罐單元中的入口處沿切向方向延伸。另一種可能的方式是將擋板放置在入口處，使得入口流被指向切向方向，而不管入口管如何在入口開口附近延伸。入口管可以例如在徑向方向上延伸到分離罐單元中，并具有安裝在開口的前面的擋板。在圖2的第一實施例中，入口管14在徑向方向上延伸通過環(huán)形殼4，使得用于流體的入口 7朝向切向方向，從而提供罐1中的水的旋轉(zhuǎn)運動。圖1的分離罐單元中的第一出口 8通過出口管16連接到廢品罐15。每一個第一出口 8都與流量控制閥17相連。如果該閥在操作期間閉合，則相關(guān)聯(lián)的分離罐單元將放空水自身并填充氣體。如果閥17在操作期間完全打開，則通過第一出口的流量將較大，并且流中的含水量將會太高。閥17優(yōu)選地對于分離罐單元被獨立設定，并優(yōu)選地使得與第一分離罐單元2相連接的閥17比與第二分離罐單元2'相連接的閥17被開口得更大。
廢品罐15中的油、氣和水再一次允許被分離，然而這里含油量高，尤其是在閥17 被精確設定以最小化含水量并且操作條件穩(wěn)定的情況下。油通過具有形式上為壓力控制閥 19的壓力控制裝置的油管18被回收，所述壓力控制閥用于控制廢品罐中的壓力，并因此也用于控制第一出口 8處的壓力?？蛇x地，壓力控制裝置可以是出口管16中的壓力控制閥， 并且這種單個閥可以存在于出口管16的公共支路中，或者可選地，出口管16的各個支路可以具有用于單獨控制每一個分離罐單元的第一出口處的壓力的壓力控制閥。具有泵21的氣體管線20可以使氣體從廢品罐重新循環(huán)到入口管14。泵21將氣體壓力增加到高于入口管中的壓力。具有用于增加水中的壓力的泵M和調(diào)節(jié)閥23的水管線22可以連接廢品罐上的水出口與入口管14，或者作為選擇水管線22可以與排放裝置連接。第一分離罐單元2中的第二出口 9通過中間管25與第二分離罐單元2’中的用于流體的入口 7連接。氣體分支管線20'可以將氣體供應到中間管中的水。第二分離罐單元 2'中的第二出口 9連接到具有壓力控制閥27的水出口導管沈。壓力控制閥控制分離罐的壓降。在圖1中所示的示例中，壓降較大。入口管14中的壓力為3.0個表壓，并且閥27被設定為使得從入口管14到出口導管沈的壓降為大約1.6巴，并且第一分離罐單元2中的壓力被認為大約為2. 2個表壓，而第二分離罐單元中的壓力為大約1. 4個表壓。壓力控制閥19被設定為使得廢品罐中的壓力大約為1.0個表壓。然而，在典型的情況下，從入口管 14到出口導管沈的壓降大于為上述值的一半，即，大約0. 8巴，入口管14中的供給壓力大約為1.8個表壓，第一分離罐單元2中的壓力大約為1.3個表壓，而第二分離罐單元中的壓力為0.9個表壓。壓力控制閥19則被設定為使得廢品罐中的壓力大約為0.5個表壓。優(yōu)點在于盡可能地使用低壓力，這是因為當壓力較低時，水中的氣體將蒸發(fā)到較大程度。這一方面提供在分離罐中使用的氣泡，而另一方面水被清除掉氣體成分并因此被更好地凈化。分離罐1和廢品罐15 —起形成清潔系統(tǒng)，其中在入口管14處供應形式上為具有至少96%的水含量和總共最多4%的油和氣體含量的流體混合物的污水進入流。在水出口導管26處，輸送幾乎清潔水，例如具有小于0. 001 %的油和氣體含量的水。在油管18處，回收油在適于添加到石油開采管線的狀態(tài)下被輸送。在下文中進一步詳細說明用于分離罐單元的實際實施例的各種示例。自然地可以在所附專利權(quán)利要求的內(nèi)容內(nèi)修改所述實施例，并且不同實施例的細節(jié)也可以合并成在專利權(quán)利要求的內(nèi)容內(nèi)的其它實施例。在圖2的第一實施例中，螺旋形葉片觀位于用于流體的入口處，使得葉片正好位于入口開口的下方，并且在進入流體的流動方向上在環(huán)形殼4的內(nèi)側(cè)向上延伸，使得進入流體被迫以稍微向上指向的旋渦流體運動流動。在旋渦旋轉(zhuǎn)的方向上觀察，螺旋形葉片被定位成使其長度的一部分在用于流體的入口之前或在用于流體的入口的上游延伸。換句話說，螺旋形導向葉片延伸到用于流體的入口的兩側(cè)。螺旋形葉片的長度為從上游端四到下游端30。位于入口之前的長度的部分優(yōu)選地在螺旋形葉片的總長度的25%到50%的范圍內(nèi)，并且適當?shù)厥锹菪稳~片的總長度的大約30%到35%。螺旋形葉片的這部分用作捕捉一些向下水流并且將所述水流向上引導，使得所述水在罐中獲得更長的停留時間，且提高使氣體和油上升到所述流的上表面的可能性。在圖如和恥中更加詳細地示出了螺旋形葉片28。螺旋形葉片可以繞環(huán)形殼4的內(nèi)側(cè)圓周在從180°到450°的范圍內(nèi)延伸。優(yōu)選地，螺旋形葉片繞內(nèi)側(cè)圓周在諸如從 290°到320°的范圍內(nèi)延伸小于360°。在所示的實施例中，螺旋形葉片延伸306°。這在端部四與30之間留下例如的角形扇形或角形部分的開口扇形或開口部分31，并且在該開口扇形或開口部分中，水自由地向下流動。葉片在下游方向上以螺旋形方式向上延伸，使得下游端30位于高于上游端四的水平處，并且在圖fe中示出了該高度差h，并且所述高度差例如可以具有在內(nèi)環(huán)形壁11的內(nèi)徑的20-50%的范圍內(nèi)的值，優(yōu)選地具有內(nèi)環(huán)形壁11的內(nèi)徑的30-40%的范圍內(nèi)的值，并且適當?shù)鼐哂袃?nèi)環(huán)形壁11的內(nèi)徑的大約35%的值。當水的稍微向上旋轉(zhuǎn)流通過下游端30時，所述流不再被螺旋形葉片向上引導，并且在向下方向上轉(zhuǎn)入開口扇形或開口部分中。然而，所述流的旋轉(zhuǎn)移動持續(xù)，并且當所述流向下轉(zhuǎn)向時，所述流也在朝向上游端四的方向移動，在上游端，所述流的一部分將被迫在螺旋形葉片的上側(cè)流動，并因此在分離罐單元中再次向上移動。內(nèi)環(huán)形壁11從大約螺旋形葉片的上游端四的水平延伸，并可以作為示例具有大約螺旋形葉片的高度h的兩倍范圍的高度。內(nèi)環(huán)形壁11是圓筒形的，并且該內(nèi)環(huán)形壁的外徑小于螺旋形葉片的內(nèi)徑Di，使得內(nèi)環(huán)形壁11由環(huán)形自由空間32包圍，其中水通過所述環(huán)形自由空間自由向下流。向下水流的速度影響浮選，因為為了位于單元的上部中的表面，氣泡和油需要具有的相對于水向上的速度大于水的向下速度。因此，螺旋形葉片具有大于內(nèi)環(huán)形壁11的外徑Dw的內(nèi)徑Di，并且優(yōu)選地Di在從1. 2Dw到1. 6Dw范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選地 Di在從1. 3Dw到1. 45Dw的范圍內(nèi)。環(huán)形殼4具有內(nèi)徑De，并且De與螺旋形葉片28的內(nèi)徑Di之間的比值De/Di例如在從1. 5到2的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在從1. 60到1. 90的范圍內(nèi)。最優(yōu)選的比值大約為1. 78。 內(nèi)環(huán)形壁11的外徑Dw與環(huán)形殼4的內(nèi)徑De之間的比值Dw/De在2. 35與2. 85之間，優(yōu)選地從2. 40到2. 70，并且最優(yōu)選地為大約2. 66。對于各個分離罐單元2的高度與直徑之間的比值H/D具有相當寬的限制，例如比值H/D在從1到4的范圍內(nèi)，但是優(yōu)選地該比值H/D至少為1. 30，例如在從1. 3到2. 5的范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選地在從1. 3到1. 8的范圍內(nèi)。與罐的環(huán)形壁和螺旋形葉片結(jié)合的切向入口用于在罐的上部形成渦流和在罐的下部形成渦流。優(yōu)選的是渦流不會在罐的中心形成渦眼，其中所述渦眼沒有液體混合物。渦眼的形成是不期望的，這是因為渦眼的形成趨向于降低單元的性能。為了避免形成渦眼，桿形垂直延伸渦眼破壞器可以沿著分離罐單元的中心線安裝。這是根據(jù)由WO 2007/049245 已知的原理。根據(jù)本發(fā)明和圖2中所示的實施例，通向第一出口 8和第二出口 9的管通過中心管33的長度相互連接。流動屏障34安裝在管內(nèi)，優(yōu)選地安裝在正好第一出口 8下方的位置處，并且所述流動屏障將管的內(nèi)部容積分離成兩部分并防止液體流從一部分到另一部分，而且允許一部分處于不同于另一部分的另一壓力下。出口被形成為在管的側(cè)部中的開口，并且清潔后的水通過第二出口 9流出，并且氣體和油通過第一出口 8流出。第二出口 9定位在分離罐單元的下部中，并且油出口定位在分離罐單元的上部中。在第二分離罐單元2'(圖2的實施例中的最下面的單元)中，中心管33的下延長部 35向下延伸通過分離罐1的底端36。在第一分離罐單元2中，中心管的上延長部37向上延伸通過分離罐的頂端40。在中間底部6處，第二分離罐單元2'中的中心管33具有90° 彎曲部分并且在徑向方向上從分離罐單元連續(xù)延伸到流量控制閥17。在中間底部6處，第一分離罐單元2中的中心管33也具有90°彎曲部分并在徑向方向上從分離罐單元連續(xù)延伸到中間管25。中心管33還用作用于內(nèi)環(huán)形壁11的支撐件，所述內(nèi)環(huán)形壁通過三個徑向延伸柱38或通過例如安裝在內(nèi)環(huán)形壁11的上端和下端處的兩組三個柱安裝到中心管。用于使第二出口 9周圍的流動平穩(wěn)的裝置10可以是錐形形狀(中國帽)并焊接到中心管33 上。單元2或2'內(nèi)在錐形裝置10上方的區(qū)域中的容積與錐形裝置10下方的區(qū)域僅通過錐形裝置10的外邊緣與環(huán)形殼4的內(nèi)表面之間的環(huán)形空間39流動連接。向下水流因此必須通過該環(huán)形空間以流動到第二出口 9。因此，在水通過第二出口 9離開之前，使單元的下部中的渦流非常均勻，或者渦流被顯著衰減。罐內(nèi)的壓力Pt保持高于輸送不合格油、氣體并且如果不可避免還輸送水的第一出口管16中的壓力Po。優(yōu)選地，壓力差Pt-Po大約為0.4巴。罐內(nèi)的壓力Pt應該優(yōu)選地高于壓力控制閥27下游的水出口導管處的壓力Pw，S卩，Pt > Pw,并且適當?shù)豍t被保持在高于Pw大約0.5巴的壓力。如上所述，壓差在一個實施例中可以由與分離罐相連的壓力控制閥控制，但是控制所述壓差的可以可選地是在分離罐的上游和下游在處理系統(tǒng)中的設定壓力的裝置。然而，這會使得分離罐的正確功能非常取決于其它系統(tǒng)。分離罐單元的上部中的第一出口 8的位置距離分離罐單元的頂部一定距離。這允許氣體在單元的最上面部分中累積。當氣體已經(jīng)填充第一出口 8上方的容積并且氣體水平面下降到達第一出口時，則氣體流入到第一開口并通過出口管16流出。聚集在最上面部分的氣體相對于存在于單元的下部中的液體/氣體流體更加可壓縮，并且聚集的氣體因此可以用作吸收分離罐單元的入口和出口處的瞬間壓力變化的緩沖裝置。在正常操作期間需要一定體積的氣體以實現(xiàn)這種效果，并因此優(yōu)選的是出口開口在分離罐單元的上端之下環(huán)形殼4的直徑De的7 %到20 %的范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選地在該直徑De的10 %到15 %的范圍內(nèi)。 氣體來自于通過入口管14流動到單元中的水、油和氣體的混合物。在單元中的渦流內(nèi)，氣體作用以聚集油并通過聚結(jié)，氣泡尺寸增加并能夠使氣泡獲得大尺寸，使得所述起泡能夠通過水流向上上升并在單元的最上面區(qū)域中浮選。由于分離罐單元內(nèi)的整體條件，當氣體的壓力水平減少和增加時，單元中的液面具有上下波動的趨勢。由于油聚集在液體的表面處，波動優(yōu)選地較小，使得主要油通過第一出口 8流出。在普通操作時，通過聚積氣體直到氣體已經(jīng)使罐中的混合物的液體部分移動到正好第一出口下方的水平為止而進行氣體積累。此時，氣體和油通過第二出口被噴出并離開分離罐單元。液體混合物的水平將上升到用于油和氣體的出口上方，并且將發(fā)生新的連續(xù)的氣體積累。依此方式，油從分離罐單元的水的頂部自動撇去。在普通操作中，通過用于流體的入口流動到單元中的大約0. 2% -3%的流體通過第一出口流出。在優(yōu)選的實施例中，另外的氣體被注入到在入口管14中流動的流體中。雖然水典型地具有來自儲層的大量氣體，但是有利的是供應可以與流體混合的另外的氣體從而增加捕獲流體混合物內(nèi)的油顆粒的能力，其中水已經(jīng)從所述儲層被取出。用于氣體注入的氣體可以是適于在流體中形成氣泡的任意氣體，例如，CO2、氮氣或基于碳氫化合物的氣體。優(yōu)選地，從用于將油和氣體與水分離的處理回收所述氣體。可以通過設置從單元內(nèi)的容積的最上面部分通向入口管14的氣體回收導管41來從各個分離罐單元進行這種再循環(huán)或回收。 如果所述裝置為噴射器型，則所述裝置本身能夠從單元吸入氣體，則在導管41中僅需要流量控制閥42?？蛇x地，可以在導管41中使用用于增加氣體壓力的泵，則可以通過噴嘴開口將氣體注入到入口管14中的流體流中。添加的氣體的量典型地在0. 02每Im3流體0. 02St. m3到0. 2St. m3范圍內(nèi)。在每 Im3流體0. 05St. m3到0. 18St. m3范圍內(nèi)的值是優(yōu)選的，但是對于添加的氣體的量還可以使用更高值，例如一直到每Im3流體0. 3St. m3的量。St. m3是氣態(tài)介質(zhì)的標準立方米。St. m3 在海上油田(在15. 6°C并且在101. 3251tfa壓力下的干氣的體積)內(nèi)被標準化。典型地根據(jù)要處理的水的量選擇分離罐單元的尺寸。在測試操作中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以將分離罐單元中的停留時間優(yōu)選地選擇為從5秒到60秒，優(yōu)選地從5秒到40秒，并且更優(yōu)選地從8秒到35秒。當停留時間被設定，并且期望容量已知時，可以計算所需的有效浮選容積，并且可以根據(jù)假設具有Im3有效浮選容積和對于液體來說具有30秒的停留時間的分離罐單元具有每小時I2Om3的容量來進行所述計算。如果停留時間降低，則容量按比例增加，或者容積按比例減小。如果容量增加并且停留時間保持，則容積必須按比例增加。氣體優(yōu)選地例如通過距離入口開口僅僅短距離的噴嘴裝置43被注入到入口管中的流體中而作為微小氣泡分散在流體中，以避免微小氣泡在進入到分離罐單元之前合并而形成更大的氣泡。優(yōu)選地在入口管14中距離流體的入口 7不多于5cm到40cm執(zhí)行氣體注入。在這種情況下，用于注入的噴嘴可以位于環(huán)中，并且入口管可以具有在管內(nèi)的流中引起湍流以提高氣體與流體的混合的流動限制裝置。根據(jù)至少ANSI 150psi制造具有底端和頂端的環(huán)形殼4，使得環(huán)形殼4被允許在 17-20巴之間的最大壓力下操作，但是典型地操作壓力僅在1-3個表壓之間。當分離罐單元串聯(lián)連接時，如圖2中所示，第一分離罐單元2容納水、油和氣體的混合物，所述混合物具有油和氣體形式的例如SOOppm的雜質(zhì)，并且來自第一單元2在出口 9處，水已經(jīng)被清潔成雜質(zhì)含量為大約90ppm。第二分離罐單元然后可以進一步將從第一分離罐單元輸送的水清潔成雜質(zhì)含量為大約9ppm。這些值僅是示例，并且可以獲得許多其它值，然而當水流以更多級被處理時，水流變得更加清潔。此外，具有安裝在彼此之上的各個單元的多級分離罐是非常有效并且僅占據(jù)小區(qū)域的水凈化方案。分離罐單元還可以以在所附專利權(quán)利要求的范圍內(nèi)的其它方式被設計。圖3中示出了這樣的一個示例，其中分離罐通過三個分離步驟進行實施，即，第一分離罐單元2、第二分離罐單元2'和第三分離罐單元2"。各個分離罐單元的內(nèi)部具有不同于相對于第一和第二實施例所述的設計的設計。對于導管、管、連接裝置或連接、閥、中間底部、入口、出口、 用于平穩(wěn)流的裝置等，參照第一和第二實施例及其功能的上述說明。然而，對于內(nèi)環(huán)形壁， 采用完全不同的設計，即，內(nèi)環(huán)形壁是在下端處具有大開口而在上端處具有小開口的錐形形狀的設計，如WO 2007/049246中所述。此外，可選地，還可以將分離罐單元中的內(nèi)環(huán)形壁設計成具有如W02007/049M7 中所述的面向下的錐形，或者內(nèi)環(huán)形壁可以被設計為圖4中所示的具有錐形形狀的雙環(huán)形壁，其中兩個錐體的凸緣區(qū)域45設有用于向下流的離開開口，并且下環(huán)形凸緣46在下錐體的凸緣區(qū)域中的離開開口的下方。在圖2的實施例中，螺旋形葉片的上游端四位于比第二開口 13高短距離的高度處?？蛇x地，內(nèi)環(huán)形壁11可以相對于上游端四進一步向下延伸，使得上游端四則位于比第二開口高相應增加的距離處，或者上游端可以位于比第二開口 13低短距離的高度處。分離罐單元的上部中的第一出口開口 8無須是向上延伸的出口管中的下端開口，但是可以代替為在低水平面處向下延伸并從罐單元延伸出來的出口管中的上端開口，或者徑向或側(cè)向地從罐單元延伸出來的出口管中的開口。在進入到分離罐單元中之前，諸如絮凝劑的添加劑還可以被添加到水中以提高清洗效率。以下說明一個實施例的示例。示例在所述的實施例中，環(huán)形殼具有De = 265mm的直徑，螺旋形葉片具有Di = 157mm 的內(nèi)徑，內(nèi)環(huán)形壁11具有Dw= 114mm的直徑。分離罐具有兩個相同設計的具有這些尺寸并且各個高度為500mm的分離罐單元，并且分離罐單元安裝在彼此上方，中間管25連接第一單元的第二出口與第二單元的用于流體的入口。用于流體的入口定位在分離罐單元的中間。內(nèi)環(huán)形壁11的高度為205mm高，并且下開口 13與螺旋形葉片上的上游端四平齊。在用于流體的入口處的水中的油濃度從大約1050mg/l到1150mg/l。在運行一些小時之后，在操作參數(shù)中獲得相當穩(wěn)定的值，且水出口導管26中的水的含油量為大約aiig/1?？梢栽谒綑?quán)利要求的范圍內(nèi)修改所述的實施例，并且所述實施例的細節(jié)可以合并成新實施例。尤其是內(nèi)環(huán)形壁可以具有其它設計。
權(quán)利要求
1.一種用于將油和氣體與水分離的分離罐，所述分離罐包括具有分離罐單元的基本上圓筒形垂直罐，所述分離罐單元具有上部和下部；用于切向流動到所述分離罐單元中的流體的入口 ；內(nèi)環(huán)形壁，所述內(nèi)環(huán)形壁用于在所述分離罐的操作期間將內(nèi)環(huán)形壁外部的渦流與內(nèi)環(huán)形壁內(nèi)部的流分離；在所述分離罐單元的上部中的至少一個第一出口 ；和在所述分離罐單元的下部中的至少一個第二出口 ；所述內(nèi)環(huán)形壁具有在所述內(nèi)環(huán)形壁的上端處、 允許所述分離罐單元的上部與下部之間的連通的第一開口，其中所述分離罐包括布置在彼此頂部上的兩個或更多個分離罐單元，并且入口管與所述至少兩個分離罐單元中的第一分離罐單元中的用于流體的入口連接，并且所述第一分離罐單元中的第二出口與所述至少兩個分離罐單元中的第二分離罐單元中的用于流體的入口連接，以及其中所述分離罐包括至少一個壓力控制裝置，所述壓力控制裝置用于控制用于油和氣體的第一出口下游的壓力， 使得在所述分離罐的操作期間所述第一出口處的壓力低于所述第二出口處的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離罐，其中，第一氣體返回路徑連接所述分離罐處的用于氣體的出口與所述至少兩個分離罐單元中的至少一個中的用于流體的入口中的氣體注入裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分離罐，其中，各個所述分離罐單元具有用于控制來自所述分離罐單元的第一出口的流的流量控制閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的分離罐，其中，來自所述分離罐上的水出口的水出口導管具有壓力控制閥，所述壓力控制閥用于將所述分離罐上的水出口處的壓力控制為高于所述壓力控制閥下游的水出口導管中的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的分離罐，其中，各個所述分離罐單元具有壓力控制閥，所述壓力控制閥用于將所述罐單元的第二出口處的壓力控制為高于所述壓力控制閥下游的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的分離罐，其中，各個所述分離罐單元具有壓力控制裝置，所述壓力控制裝置用于將所述分離罐單元的第一出口下游的壓力控制為低于所述分離罐單元的第二出口處的壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的分離罐，其中，各個所述分離罐單元具有從所述分離罐單元的上部中的第一出口延伸到所述分離罐單元的下部中的第二出口的中心管，所述中心管被在所述第一出口與所述第二出口之間的流動屏障阻塞，并且所述中心管具有從所述分離罐單元延伸出來的上延長部和從所述分離罐單元延伸出來的下延長部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的分離罐，其中，在所述分離罐中的最下面的分離罐單元中，所述中心管的下延長部通過所述分離罐的底端向下延伸，并且其中在所述分離罐中的最上面的分離罐單元中，所述中心管的上延長部通過所述分離罐的頂端向上延伸，而所述中心管的剩余延長部通過彎曲部分在徑向方向上從所述分離罐單元延伸出來。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的分離罐，其中，所述至少兩個分離罐單元中的第一分離罐單元位于所述分離罐的環(huán)形殼內(nèi)的最上面，而所述至少兩個分離罐單元中的第二分離罐單元被定位成與所述第一分離罐單元相鄰并位于所述第一分離罐單元下方。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的分離罐，其中所述分離罐安裝在位于井口處的防噴器(BOP)的下游。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于將油和氣體與水分離的分離罐(1)，所述分離罐包括在環(huán)形殼(4)中彼此布置在頂部上的分離罐單元(2，2′，2″)。入口管(14)與至少兩個分離罐單元中的第一分離罐單元中的用于流體的入口連接。第一分離罐單元(2)中的第二出口(9)與至少兩個分離罐單元中的第二分離罐單元(2′)中的用于流體的入口(7)連接。壓力控制裝置控制用于油和氣體的第一出口(8)下游的壓力，使得第一出口(8)處的壓力低于分離罐上的水出口(26)處的壓力。
文檔編號B01D19/00GK102574029SQ201080036570
公開日2012年7月11日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者簡·梭爾·內(nèi)埃斯, 芬·貝克曼 申請人:斯倫貝謝挪威股份有限公司