專利名稱：多級(jí)兩相渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及兩相渦輪機(jī)，具體涉及改進(jìn)的多級(jí)單轉(zhuǎn)子渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)由輸入的氣體和液體混合物驅(qū)動(dòng)，能夠產(chǎn)生軸功率，并可以同時(shí)以一級(jí)或多級(jí)膨脹方式分離氣相組分和液相組分，還可以增加分離的液相組分的壓力。
因此需要一種具有上述多級(jí)特性的改進(jìn)的兩相渦輪機(jī)。需要一種應(yīng)用這種渦輪機(jī)的改進(jìn)方法。
本發(fā)明的主要目的是提供一種滿足上述需要的改進(jìn)的渦輪機(jī)裝置和應(yīng)用這種渦輪機(jī)的方法。改進(jìn)的多級(jí)兩相渦輪機(jī)基本上具有一個(gè)或多個(gè)接收流體的級(jí)，每個(gè)級(jí)具有入口和出口，該渦輪機(jī)包括a).在每級(jí)入口上的噴嘴，用于加速由氣體和液體混合物組成的流體，由此形成兩相射流；b).轉(zhuǎn)動(dòng)分離器裝置，用于接收在每一級(jí)中的兩相射流，并將其分開成氣流和液流；c).具有轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸的渦輪機(jī)以及將液流動(dòng)能轉(zhuǎn)變成軸動(dòng)力的裝置；d).一種裝置，該裝置從至少一級(jí)中除去分離的液體并將其傳送到下一級(jí)的噴嘴上；e).一種裝置，該裝置從最后一級(jí)中除去分離的流體并將其輸送到初級(jí)入口裝置上；f).一種裝置，該裝置從每一級(jí)中除去分離的氣體并將其輸送到次級(jí)出口裝置或其它裝置；g).一種裝置，該裝置除去從每一級(jí)分離出氣體并將其傳送到下一級(jí)噴嘴。
本發(fā)明的另一目的是提供這樣一種渦輪機(jī)并在至少一級(jí)中包括將氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變成軸動(dòng)力的裝置。在至少一級(jí)中應(yīng)用一種恢復(fù)分離液流動(dòng)能使其轉(zhuǎn)變成壓力的裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種與至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分離器結(jié)合的渦輪機(jī)軸向氣流葉片，從而將氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變成軸動(dòng)力。
再一目的是提供分離各個(gè)級(jí)的裝置，其中噴嘴是該裝置的整體部分。
又一目的是提供一種裝置，該裝置用于分離至少一級(jí)中已分離液流中的兩種組分并從該級(jí)中除去各個(gè)液體組分。對(duì)此可以配置一種擴(kuò)散器，用于從至少一級(jí)中除去兩種液體組分中較重的組分，或者采用液流接收噴嘴從至少一級(jí)中除去兩種組分中較重的組分?？梢孕纬梢环N裝置使分散的液體組分在至少一級(jí)的轉(zhuǎn)動(dòng)分離器裝置中聚合成連續(xù)的相。從地?zé)峋袊姵龅恼魵夂望u水混合物需要進(jìn)行一級(jí)或多級(jí)連續(xù)減壓操作，改進(jìn)的渦輪機(jī)可以用在這種作業(yè)中。上述渦輪機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，同時(shí)分離蒸氣，使該蒸氣可以降低壓力，用在常規(guī)氣輪機(jī)中。并使分離的鹵水壓力增加，從而可以不同泵將其再注入到地層。
該渦輪機(jī)還可用在混合的液體和氣體流需要若次連續(xù)減壓并在各個(gè)壓力水平使液體和氣體分開的作業(yè)中。一個(gè)例子是從高壓井中生產(chǎn)油和氣。兩相流體在若干壓力下進(jìn)行閃蒸，各個(gè)壓力低于前一級(jí)壓力。在每次快速蒸發(fā)時(shí)，氣體從液體中分離出來，因而可以被再壓縮。分離的液體隨后再被閃蒸到較低的壓力，然后再分出析出的氣體。
該渦輪機(jī)還可用于在將原動(dòng)機(jī)的廢熱轉(zhuǎn)變成有用動(dòng)力時(shí)需要多級(jí)兩相閃蒸的作業(yè)中。在這一方面，如果液體被加熱并閃蒸若干次，產(chǎn)生若干壓力水平的蒸氣并用這些蒸氣驅(qū)動(dòng)多級(jí)壓力蒸氣輪機(jī)，則可以將廢熱更有效地轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力。
從下面的說明和附圖可以更完全地理解本發(fā)明的這些目的、其它目的和各種優(yōu)點(diǎn)，以及所示實(shí)施例的細(xì)節(jié)。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是系統(tǒng)方塊圖，示出用地?zé)崃黧w發(fā)電時(shí)應(yīng)用兩相渦輪機(jī)；圖2是系統(tǒng)方塊圖，示出通過四級(jí)減壓進(jìn)行的高產(chǎn)油/氣作業(yè)；圖3是廢熱末端循環(huán)的熱量轉(zhuǎn)移—溫度曲線；
圖4是系統(tǒng)方塊圖，示出多級(jí)兩相渦輪機(jī)與氣輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的連接；圖5是多級(jí)兩相渦輪機(jī)的軸向橫截面圖；圖6是多級(jí)兩相渦輪機(jī)的擴(kuò)散器和噴嘴裝置的橫截面圖；圖7是處理兩種分離液流組分的多級(jí)兩相渦流機(jī)的橫截面圖；圖7a是局部截面圖，示出轉(zhuǎn)子以及水?dāng)U散器的細(xì)節(jié)；圖7b是局部截面圖，示出轉(zhuǎn)子以及水噴嘴的細(xì)節(jié)；圖8是多級(jí)或單級(jí)兩相渦輪機(jī)裝在油氣井鉆孔中的部分軸向橫截面圖，其中分離的水可以注入油田的另一部分；圖9是多級(jí)或單級(jí)兩相渦輪機(jī)裝在油氣井鉆孔中的部分軸向橫截面圖，其中分離的水輸送到地面上；圖10是系統(tǒng)方塊圖，示出裝在海底的多級(jí)或單級(jí)兩相渦輪機(jī)，該機(jī)在油氣井中生產(chǎn)分離的燃?xì)?、油和水蒸氣，以及電力；圖11是系統(tǒng)方塊圖，示出裝在海底的多級(jí)或單級(jí)兩相渦輪機(jī)，該機(jī)在油氣井中生產(chǎn)出分離的燃?xì)?、油和水流，并?qū)動(dòng)壓縮機(jī)生產(chǎn)高壓燃?xì)狻?br> 實(shí)施本發(fā)明的模式及工業(yè)應(yīng)用先前已提出用氣體和液體混合物來發(fā)電的單轉(zhuǎn)子渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)在發(fā)電的同時(shí)還使氣體與液體分離并增加分離液相的壓力。該渦輪機(jī)用氣體和液體混合物的一次降壓來發(fā)電。
一個(gè)例子，如圖1所示，是利用從地?zé)峋畤姵龅恼魵夂望u水混合物的壓力降低來發(fā)電。所述渦輪機(jī)10驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)11發(fā)電，同時(shí)分離出蒸氣，使得在較低壓力的蒸氣可以用在常規(guī)汽輪機(jī)中。如圖所示，蒸氣經(jīng)管道12流到閃蒸桶13，并經(jīng)管道14流到汽輪機(jī)。分離的鹵水在15被增壓，使得可以不用泵便可以使其再注入到地下。地?zé)峋?7表示。
涉及氣體和液體混合流體的一些過程要求若干次的接連降壓并在每一個(gè)接連的壓力水平分離氣體和液體。如圖2所示的一個(gè)例子是用高壓井生產(chǎn)油和氣。管道20中的兩相流體在編號(hào)為21～24的若干壓力下閃蒸，每一個(gè)壓力低于前一級(jí)壓力。如圖所示，氣體經(jīng)連接于再壓縮站25～27的管道21a～24a排出，最后經(jīng)管道28排出。使分離的液順序閃蒸到較低的壓力，并再分離析出的氣體。如圖所示，液體流經(jīng)管道30～33。
需要多次兩相閃蒸的另一過程是將原動(dòng)機(jī)的廢熱轉(zhuǎn)變成有用的動(dòng)力。圖3示出熱量從廢氣流到蒸發(fā)流體的轉(zhuǎn)移(曲線A)。蒸發(fā)流體的恒溫區(qū)域意味著在每一點(diǎn)(例如Tr)的能量轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)低于在排氣溫度T進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換所獲得的轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于圖3所示的蒸氣末端循環(huán)，將熱量元dQ轉(zhuǎn)換成動(dòng)力的卡諾效率ηc為ηc＝1-T3/Tr對(duì)于工作在灼燒氣體溫T的循環(huán)，卡諾效率是ηc＝1-T3/T如果液體被加熱(曲線B)并閃蒸若干次，形成若干壓力的蒸氣并用該蒸氣操作多壓力汽輪機(jī)，則可以更有效地將廢熱轉(zhuǎn)換成動(dòng)力。
圖4示出按這一原理操作的發(fā)電操作過程。液體從管道113流到管道104時(shí)在熱交換器119中由管道99中從102流到103的排放蒸氣中的熱量加熱。該液體在多級(jí)兩相渦輪機(jī)(以下說明)中閃蒸至經(jīng)管道105的較低壓力蒸氣，該蒸氣流過過熱器并加熱到更溫度的蒸氣106。然后將該蒸氣引到氣輪機(jī)115的入口。
分離的在壓力下的液體在多級(jí)兩相渦輪機(jī)中閃蒸到較低的壓力107。在該壓力107分離出蒸氣并將其引到汽輪機(jī)115的引入口115a。分離出的流體在多級(jí)兩相渦輪機(jī)中再進(jìn)行閃蒸，到達(dá)更低壓力108。在壓力108下分離出蒸氣，然后將其引入到汽輪機(jī)的另一個(gè)引入口115b。
混合蒸氣流在汽輪機(jī)115中膨脹至出口壓力109。該蒸氣流在冷凝器116中凝聚，然后泵到混合器117。
在118分離的液體在內(nèi)部增壓并輸送到118，然后流到混合器117，在混合器中它與凝聚的蒸氣混合。然后將總的液體泵回到液體熱交換器119。
在一些應(yīng)用中，應(yīng)用液體熱交換器119來產(chǎn)生加熱的液體和蒸氣的混合物104，然后再將該蒸氣引入到多級(jí)兩相渦輪機(jī)114，并閃蒸到低壓105。
用在圖4發(fā)電操作過程中的多級(jí)兩相渦輪機(jī)示于圖5。氣體和液體混合物或閃蒸液體經(jīng)入口234通到噴嘴213。在噴嘴中壓力降低并加速氣體和液體混合物，形成高速的兩相射流201。該射流沖擊在多級(jí)轉(zhuǎn)子215的轉(zhuǎn)動(dòng)分離器部件214上，從而分離出液體，使其進(jìn)入液層203。
如果切向射流速度大于轉(zhuǎn)動(dòng)分離器部件214的圓周速度，則液體速度由于與該部件的摩擦結(jié)合而降低，因而將動(dòng)力傳輸給轉(zhuǎn)子。如果切向速度比較小，則液體速度由于與該部件的摩擦結(jié)合而增加，因而接收轉(zhuǎn)子的動(dòng)力。這種機(jī)構(gòu)提供了一種方法，該方法可以用一級(jí)轉(zhuǎn)子中的高速射流來產(chǎn)生動(dòng)力，然后用該動(dòng)力來增加射流速度比較低的另一級(jí)轉(zhuǎn)子中的液體速度。
分離的氣體經(jīng)氣體葉片221流到第一出口202。所示的軸向氣流葉片將氣體動(dòng)能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的動(dòng)力。
分離的液體從第一轉(zhuǎn)動(dòng)分離器流到收集器216，并經(jīng)管子204和在第一與第二級(jí)之間隔離件上的通道217流到噴嘴205。在該噴嘴中壓力降低到第二級(jí)的壓力。于是又形成高速兩相噴流218，沖擊在第二級(jí)分離器轉(zhuǎn)子219上。分離的液體形成液層220。分離的氣體流過氣體葉片206，將動(dòng)力傳送給轉(zhuǎn)子，隨后流出第二級(jí)出口207。
由第二轉(zhuǎn)子分離器分離的液體流入收集器222，并.通過管子208輸送到在第二和第三級(jí)之間隔離件上的通道。該通道將液體送入噴嘴224，在該噴嘴中被閃蒸到第三級(jí)的壓力，形成高速射流209。該兩相射流中擊在第三級(jí)分離器轉(zhuǎn)子225上。分離出液體，形成液層226。分離的氣流流過氣流葉片210，將動(dòng)力傳給轉(zhuǎn)子。該氣體然后經(jīng)第三級(jí)出口211流出。
分離的液體流入收集器227，該收集器被成形為可以將液體流速降低到低于進(jìn)入速度，從而實(shí)現(xiàn)壓力的增加。流體然后經(jīng)管子212流到液體出口218。
轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件215、軸233和分離器轉(zhuǎn)子214、219、225被固定在一起，所有這些部件以一個(gè)整體以相同速度轉(zhuǎn)動(dòng)。在各個(gè)端部提供封閉件229和230，用于防止氣體漏出。在各個(gè)隔離件上也提供密封件231和232，以防止氣體從高壓的一級(jí)漏到壓力較低的另一級(jí)。
圖6示出收集器或擴(kuò)散器裝置的細(xì)節(jié)。分離的液體層進(jìn)入收集器302。收集器裝置303具有發(fā)散面積的特色，在這種情況下，可以降低液體速度，降到低于在302的進(jìn)入速度。
液體經(jīng)通道304進(jìn)入，流到噴嘴305。該噴嘴連接于該通道。在該噴嘴口壓力降低，使液體閃蒸，形成兩相射流306。該射流沖擊在下一級(jí)上的轉(zhuǎn)動(dòng)分離器表面307上，形成液層308。分離的氣體流過氣體葉片309。
示于圖2的油和氣處理可以用示于圖7的單級(jí)兩相渦輪機(jī)代替，從而簡(jiǎn)化和大大減小了所需裝置的尺寸。
高壓油、氣和水的混合物經(jīng)入口(1)′引入裝置。該混合物經(jīng)通道(2)′流入兩相噴嘴(3)′。
在該噴嘴中壓力降低，使混合物加速和使油中的另外較輕的組分蒸發(fā)。形成兩相射流(4)′。該射流沖擊在第一級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)分離器表面(5)′的轉(zhuǎn)動(dòng)表面上。如圖5所示，此時(shí)發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。
液體形成油和水層。較輕的油形成表面層，并經(jīng)通道(8)′流到支承盤(10)′的相反側(cè)。由浸在油層中的收集器(9)′收集油。
密度比油高的水被離心分離到轉(zhuǎn)動(dòng)分離器(11)′的外部分(7)′?？梢耘渲媚垩b置(12)′幫助水與油分開。由于離心力在高壓下的水經(jīng)液體噴嘴(13)′膨脹，經(jīng)通道(14)′流到環(huán)形件(15)′。該水從渦輪機(jī)經(jīng)出口(16)′流出。離開噴嘴(13)′的射流水的反作用力將動(dòng)力傳給轉(zhuǎn)子。
除去分離水的另一方法示于圖7a。擴(kuò)散器401整個(gè)地浸在水層402中。水以由入口尺寸和節(jié)流閥控制的速度流出管子403。這種方法可以用在任何級(jí)上。
回到圖7，分離的氣體流過氣體葉片(17)′，該氣體以如圖所示的方式徑向向內(nèi)流動(dòng)，或軸向流動(dòng)，然后經(jīng)出口(18)′離開渦輪機(jī)。因此氣體的動(dòng)能和壓力由氣體葉片轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的動(dòng)力。
第一級(jí)分離出的油從擴(kuò)散器(9)′流入通道(19)′，該通道將油流引到兩相噴嘴(20)′。該流體在該噴嘴中快速蒸發(fā)到第二級(jí)壓力，使油中其它較輕的組分蒸發(fā)，形成兩相射流(21)′。該射流沖擊在第二轉(zhuǎn)動(dòng)分離器裝置(23)′的表面(22)′上，形成油層。該油經(jīng)通道(24)′流到支承盤(25)′的相反側(cè)。該油進(jìn)入浸在油層中的擴(kuò)散器(26)′的入口，并流入通到噴嘴(28)′的通道(27)′。
仍?shī)A帶于油中的水被離心分離到第二級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)分離器的外部分(30)′。在高壓下的水經(jīng)液體噴嘴(31)′膨脹，并經(jīng)通道(32)′流到殼體(33)′。分離的水隨后經(jīng)第二級(jí)水出口(34)′流出渦輪機(jī)。而分離的氣體從渦輪機(jī)流過第二級(jí)氣體出口(35)′。
第二級(jí)中的油在第三級(jí)噴嘴(28)′中膨脹到第三級(jí)壓力。再閃蒸油中較輕的組分，形成兩相射流(29)′。
該射流沖擊在第三轉(zhuǎn)動(dòng)分離器裝置(37)′的表面(36)′上，形成油層。油經(jīng)通道(39)′流到支承盤(38)′的相反側(cè)，進(jìn)入浸入油層中的擴(kuò)散器(40)′的入口。該油擴(kuò)散器裝置(41)′中由于減緩入口速度而增壓。該增壓油通過油出口(42)′離開渦輪機(jī)。
仍?shī)A帶于油中的水被離心分離到第三級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)分離器的外部分(43)′。在高壓下的水經(jīng)液體噴嘴(44)′膨脹，經(jīng)通道(45)′流到殼體(46)′。該分離的水隨后通過第二級(jí)水出口(47)′流出渦輪機(jī)。而分離的氣體經(jīng)第三級(jí)氣體出口(54)′流出渦輪機(jī)。
油、氣和水的多級(jí)兩相渦輪機(jī)在軸(55)′的各個(gè)端部具有密封件(48)′和(49)′，用于防止氣體漏出外殼。該裝置在各級(jí)之間的間隔件(52)′和(53)′上具有密封件(50)′和(51)′，用于減小氣體從高壓級(jí)漏到低壓級(jí)。
在各個(gè)級(jí)當(dāng)兩相噴嘴射流(4)′、(21)′和(29)′的切向速度大于分離器表面(6)′、(22)′和(36)′的圓周速度時(shí)，動(dòng)力從液體轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)子，并且至少在第一級(jí)上分離的氣體的能量也轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)子上。如果任何一級(jí)的切向速度小于分離器表面的圓周速度，則動(dòng)力從轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)移到液體上。
感應(yīng)發(fā)電機(jī)連接于軸(55)，例如發(fā)電機(jī)80。如果轉(zhuǎn)子從這些級(jí)獲得凈動(dòng)力，則會(huì)發(fā)出電力81。如果沒有獲得凈動(dòng)力，發(fā)電機(jī)要求動(dòng)力輸入82，則發(fā)電機(jī)可作馬達(dá)操作以保持要求的圓周速度。在83進(jìn)行動(dòng)力輸入的控制。
在圖8中，轉(zhuǎn)動(dòng)分離器渦輪機(jī)503裝在氣井或油井517的鉆孔中。兩相流體501由氣和油和/或水構(gòu)成，該流體經(jīng)入口502流入轉(zhuǎn)動(dòng)分離器渦輪機(jī)。該流體經(jīng)一級(jí)或多級(jí)膨脹和分離。
由兩級(jí)裝置分離的水和其它液體509和510在比進(jìn)入流體501壓力高的壓力下通過管道511和512排出。分離的水和液體可以用管子送入地層518的其它部分，并以高于進(jìn)入流體501壓力的壓力在519排出。兩部分地層可用密封件520分開。如果分離出油514和515，則可用管子送到地面513、512。分離的氣體505、506可用管子送到地面507。發(fā)出的電力可通過電纜516傳輸?shù)降孛?。利用密封?04使兩相流體501的壓力與井的低壓區(qū)521分開。
圖9示出另一種變型，分離的水508和509流出轉(zhuǎn)動(dòng)分離器渦輪機(jī)，用管子510′和511′引到地上或引到另一個(gè)地方進(jìn)行處理。
在圖10中，多級(jí)兩相渦輪機(jī)604裝在海底601，位于保護(hù)殼體620內(nèi)，由支承件619支承。氣和油和/或水和/或沙子的混合物603從井口602流入轉(zhuǎn)動(dòng)分離器渦輪機(jī)604。該流體經(jīng)一級(jí)或多級(jí)膨脹，如圖7所示。分離的氣體605、607和609(對(duì)于三級(jí)分離)流出多級(jí)兩相渦輪機(jī)并用管子606、608和610送到輸出站或壓縮機(jī)。分離的油621用管子622送到輸出站。
分離的水和/或固體611、613和615用管子612、614和616送出處理。多級(jí)兩相渦輪機(jī)裝置可以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)617。電力通過電纜618傳輸?shù)降孛嫔匣蚱渌诒Ｗo(hù)殼體620內(nèi)的其它部件上，或傳輸?shù)叫枰娏Φ钠渌胤健?br> 在類似于10的圖11中，多級(jí)兩相渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)氣體壓縮機(jī)623，而不是驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。氣流在內(nèi)部膨脹，達(dá)到各次降壓。離開最后一級(jí)的氣體609經(jīng)外部或內(nèi)部通道610流到氣體壓縮機(jī)623。該壓縮機(jī)提高氣壓，高壓出口氣體624經(jīng)管子625流到輸出站。
用本發(fā)明圖8實(shí)施例的轉(zhuǎn)動(dòng)分離器來處理地下井中多組分流體混合物的一般操作方法包括以下步驟a).將分離器裝在井下一定深度的位置，以便接收混合物；b).操作分離器，分離和加壓混合物中至少一種組分；c).使加壓和分離的組分沿井的縱向流出分離器。
該一種組分通常由下列組分中的一個(gè)組分構(gòu)成i) 氣體；ii) 液體；iii)水；iv) 碳?xì)浠衔餁怏w；v) 碳?xì)浠衔镆后w。
安裝步驟包括將分離器503放入井503中，放到一定操作深度，如圖所示；放下與分離器操作相關(guān)的管道或各種管子，并使分離的組分沿管向上流。這種管道可以包括一個(gè)或多個(gè)如圖所示的管子515、505、506、507和513。這些管子的向上外延部分可以看作為構(gòu)成一種形式的下放裝置。
方法還包括使加壓的流體流入井所在的地質(zhì)結(jié)構(gòu)層的步驟。
如上所述，在上述方法中所用的轉(zhuǎn)動(dòng)分離器包括用于加速流體形成兩相射流的噴嘴裝置，并且操作步驟包括回收由兩相射流產(chǎn)生的至少一相流體的步驟。
另外，操作步驟包括用離心法增壓由射流產(chǎn)生的另一相的步驟。在503中的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置最好由入口流體501驅(qū)動(dòng)。
上述美國(guó)專利申請(qǐng)的內(nèi)容已作參考包含在本文中。
權(quán)利要求
1.具有一級(jí)或多次接收流體的多級(jí)兩相渦輪機(jī)中，每一級(jí)具有入口和出口，系統(tǒng)包括a).每級(jí)入口上的噴嘴，用于加速上述由氣體和液體混合物構(gòu)成的流體，使其形成兩相射流；b).轉(zhuǎn)動(dòng)分離器裝置，用于在各級(jí)接收和分離該兩相射流，并分開成氣流和液流；c).具有轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸的渦輪機(jī)，還具有用于將液流動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S動(dòng)力的裝置；d).從至少一級(jí)除去分離液體并將其輸送到下一級(jí)噴嘴的裝置；e).從最后一級(jí)除去分離液體并將其輸送到初級(jí)出口部件的裝置；f).從至少一級(jí)除去分離氣體并將氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變成輸出軸動(dòng)力的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，在至少一級(jí)中包括一種裝置，該裝置用于將氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變成軸的動(dòng)力。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，在至少一級(jí)中包括一種裝置，該裝置作為壓力恢復(fù)分離液流的動(dòng)能。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括與至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分離器裝置連系的軸向流葉片，該葉片將氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變成軸的動(dòng)力。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括分開上述級(jí)的裝置，其特征在于，噴嘴是上述裝置的整體部分。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括一種裝置，該裝置用于從至少一級(jí)中的分離液流中分離兩種組分并從該級(jí)中分開地除去各個(gè)上述液體組分；
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括將上述渦輪機(jī)支承在海底面上的裝置。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括從至少一級(jí)除去分離氣體并將其傳輸?shù)较乱患?jí)噴嘴中的裝置。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，包括擴(kuò)散器，該擴(kuò)散器位于可從至少一級(jí)中除去兩個(gè)液體組分中較重組分的位置。
10.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，包括液流接收噴嘴，該噴嘴用于從至少一級(jí)中除去兩組液體組分中較重的組分。
11.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，包括一種裝置，該裝置用于在至少一級(jí)的轉(zhuǎn)動(dòng)分離器裝置中凝聚分散的液體組分，使其形成連續(xù)相。
12.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，包括a).熱交換器，用于將輔助灼熱氣流中的熱量傳輸?shù)接梢后w和/或液體和氣體混合物組成的流體中，上述交換器具有入口；b).將上述流體輸送到至少一個(gè)上述級(jí)的噴嘴的裝置；c).將分離的氣流輸送到汽輪機(jī)的裝置，該汽輪機(jī)具有不同壓力的入口；d).冷凝器；e).將流出上述汽輪機(jī)的蒸氣送到上述冷凝器的裝置，該冷凝器使蒸氣冷凝；f).泵；g).將上凝聚相從上述冷凝器輸送到上述泵的裝置，該泵輸出增壓液體；h).混合器裝置；i).將增壓液體從泵輸送到上述混合器裝置的裝置；j).將上述分離液流輸送到上述混合器裝置的裝置，該混合器操作產(chǎn)生混合的液流；k).將混全液流輸送到上述熱交換器的上述入口的裝置。
13.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，渦輪機(jī)裝在氣井或油井中。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，分離的水在內(nèi)部增壓，并注入不同于生產(chǎn)區(qū)的部分地質(zhì)結(jié)構(gòu)中。
15.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，渦輪機(jī)可裝在海、洋表面下；
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，多級(jí)兩相渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)氣體壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)用于使分離氣體增壓。
17.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，渦輪機(jī)接收地?zé)峋械牧黧w。
18.在用于接收氣體、油和水混合物并將其分成不同流體的裝置中，系統(tǒng)包括a).上述裝置具有第一和第二分離級(jí)；b).具有一種裝置的第一級(jí)，該裝置包括將氣、油和水分成單獨(dú)流體的兩相噴嘴裝置和從該裝置中除去分離氣流和水流的裝置；c).具有一種裝置的第二級(jí)，該裝置包括兩相噴嘴裝置，該噴嘴裝置用于接收第一級(jí)分離的其中包含一定水量的油流，并將上述水量從油中分離出來，然后將分離的油送到次級(jí)油流中；d).上述這些級(jí)與將氣流、油流和水流的能量轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)動(dòng)裝置動(dòng)能的裝置相結(jié)合。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，包括e).具有第三級(jí)的上述裝置；f).具有一種裝置的第三級(jí)，該裝置包括兩相噴嘴裝置，該噴嘴裝置用于接收從第二級(jí)分離出的包含殘留水量的次級(jí)油流，并將上述殘留水從油中分離出來，然后再將分離的油回收到第三級(jí)油流中。
20.一種用轉(zhuǎn)動(dòng)分離器處理深井中多組分流體混合物的方法，方法的步驟包括a).將上述分離器定位在井中，其深度定位到可接收上述混合物；b).操作上述分離器，分離和加壓上述混合物中的至少一種組分；c).使上述加壓和分離的組分沿井的縱向流出分離器；
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，上述一種成分是下述成分中的一種成分i)氣體；ii)液體；iii)水；iv)碳?xì)浠衔餁怏w；v)碳?xì)浠衔镆后w。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，上述定位包括將上述分離器下放到井中，下放到上述深度。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，包括將管道下放到井下，該管道與上述分離器操作相關(guān)，并使上述分離的組分向上沿該管流動(dòng)。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，上述流動(dòng)步驟包括使上述組分在加壓條件下流入井所在的地質(zhì)結(jié)構(gòu)層中。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，上述轉(zhuǎn)動(dòng)分離器包括加速上述流體使其形成兩相射流的噴嘴裝置，上述操作步驟包括回收由上述兩相射流產(chǎn)生的至少一個(gè)相。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，上述操作步驟包括離心加壓由上述射流產(chǎn)生的另一相。
27.如權(quán)利要求20所述的方法，包括使上述流體混合物流入上述分離器，并利用其壓力來轉(zhuǎn)動(dòng)位于井中上述深度的上述分離器。
全文摘要
多級(jí)兩相渦輪機(jī)(10)具有接收流體的多個(gè)級(jí),具有入口和出口的各個(gè)級(jí)包括:在各個(gè)級(jí)入口上的噴嘴,該噴嘴用于加速由氣體和液體混合物構(gòu)成的流體,從而形成兩相射流;轉(zhuǎn)動(dòng)分離器裝置,用于在各級(jí)中接收兩相射流并將其分成氣體流(12)和液體流(15);渦輪機(jī),具有轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸,并且還具有裝置(11),該渦輪機(jī)將液體流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成輸出軸的動(dòng)力;以及從至少一個(gè)級(jí)中除去分離的液體并將其傳送到出口部件的裝置。
文檔編號(hào)F01K25/06GK1187235SQ9619464
公開日1998年7月8日 申請(qǐng)日期1996年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月7日
發(fā)明者蘭斯·G·海斯 申請(qǐng)人:雙向能量公司