專利名稱：用于分離液體/液體/氣體/固體混合物的分離器的制作方法
用于分離液體/液體/氣體/固體混合物的分離器本發明涉及一種分離器，特別但并非唯一涉及， 一種用于從碳氬化合物生產井流 體中分離或部分分離油，水，氣體和固體的分離器。
背景技術：
對于石油公司和一些石油生產國的經濟來說，碳氬化合物產品的生產是非常重要 的，尤其是來自海面上的遙遠或偏遠的油氣田。目前，較大的石油開發是少數，并且很 多這些較大的石油開發開始遇到或已經遇到由于高產水率而導致的生產瓶頸。為了延長 這些較大油田的經濟壽命和發展較小的可開采油田，需要新一代緊湊型分離器，尤其是 在深水區，或遠離任何其它設施的地區。為了以經濟和環保的方式繼續產生這類油氣田或使這類油氣田投入生產，分離大 量的采出水是有益的，尤其當油氣田進入水連續相時，或是在海床上或表面上的分離工 藝的前端。從油井中獲得的不想要的大部分副產品需要處理，如采出水和固體，或是在 滿足排放的規定時排入外界，或是通過回注至開采井附近的回灌或壓力保持區域，在某 些情況下，固體可能需要運到岸邊用于處理和處置。所有這些完成的同時，需要處理斷 續產生的氣體，固體，石油和水，即工業上所熟知的"段塞流"。對于這些段塞流過去 的處理方法是，使用大型的壓力容器保持三分鐘或更長的維持或保持時間，或采用段塞 流抑止法平滑的排出段塞流。發明內容本發明提供了一種分離器，用于將流體分離成第一流體、比第一流體密度大的第二流體和固體，所述分離器包括容器，包含于該容器內的旋流器，穿過所述容器壁并進入所述旋流器內的入口通道， 所述入口通道具有使流體在所述旋流器內旋轉的設置；第一出口通道，用于第一流體，所述通道從旋流器內基本沿著所述旋流器的中心軸 伸出；第二出口通道，用于第二流體，所述通道從所述容器基座處伸出；和 第三出口通道，用于固體，從旋流器的底端延伸出來。 所述旋流器的上端開口通向所述容器，使用時，第二流體會溢出所述旋流器并進入 所述容器內。所述容器關于其中心垂直軸對稱。 所述容器為圓柱形。使流體在所述旋流器內旋轉的設置包括設置入口通道的形狀或位置，以導引入口 流體/人旋流器的中心軸處流出。 所述容器上部設有氣體出口 。第三出口通道可以包括置于所述旋流器內的流化單元。 第四通道，用于向流化單元輸送水。渦流座或中心探測器，位于所述旋流器內流化單元之上。第一出口通道可以包括通向所述旋流器的狹槽，當第一流體被分離出時，會積聚在 該狹槽處。在所述旋流器和所述容器之間可設過濾器。 所述容器基座上可設置氣體入口和分配裝置。 第二出口通道可以由渦流閥水平控制裝置進行控制。 在所述旋流器的開口端設有中心護罩。根據本發明的另一目的，提供一種系統，其中，所述分離器的第一出口與管道連接， 在管道中設有泵，用于提高流體流過第一出口時的壓力，和感應器或噴射泵，設于泵的下游管道中，感應器或噴射泵與所述分離器的氣體出口 相連接。連接至下游設備的管道內的壓力高于連接至所述分離器的管道內的壓力。本發明的優點是提供了一種可靠的方法，至少可清除來自井流的80%的采出水。還 提供了 一種固體的處理方法，從而通往提升管或經現有分離程序的液體體積流率減少， 因此，可以用現有的設備鉆更多的井或是開采更多的井。在許多情況下，可以提高現有 海上采油設備和新一代海上設備及海上偏遠油田的開采經濟和可采量。作為本發明的積極效果，本系統可以在無擾亂程序情況下處理固液段塞流，因此分 離器能夠做到，對于待分離的每相都有一個高的調整范圍。


為了更好的理解本發明，并且更清楚的顯示其是如何實現的，將會結合附圖通過示 例做出相關的說明。圖1為根據本發明的分離器的實施例一的橫截面圖； 圖2為4艮據本發明的分離器的實施例二的橫截面圖；和圖3為包含有如圖1或圖2所示的分離器的流程布置示意圖，包括一個泵裝置，用 于提高分離器的富油流出口的壓力，以輸送至感應器或噴射泵，從而以高于分離器內的 壓力吸取來自分離器的氣體至管道或下游設備。
具體實施方式
首先，參看圖1，為實施例一的分離器IO。該分離器包括一個壓力容器或罐12和 一個位于壓力容器12內的旋流器14,其與壓力容器壁16有一定的間隔。壓力容器12 端部為半球形的圓柱體，并且具有中心垂直軸24。旋流器14與壓力容器12同軸。入口 通道18穿過壓力容器12的壁16、壓力容器和旋流器之間的環形空間20進入旋流器14。 入口通道18切向進入旋流器14,并且其形狀能夠使由通道18進入旋流器14的流體旋 轉，從而在旋流器14內引起旋流或渦流。旋流器14也是一個圓柱體，具有封閉的底端26及開口的上端28。中心探測器30， 可以為所熟知的渦流座，位于旋流器的基座上，與旋流器的底端26有一定的間隔，可 以堆放分離出的固體。第一出口通道22，用于富油相，所述通道沿軸24穿過壓力容器壁的上端、旋流器 的開口上端28，止于中心探測器30的正上方，并與其保持一定的間隔，這里可以形成 油墊或渦核。第二出口通道32,用于連續水相，所述通道i殳于壓力容器12的基座上，并與一個 渦流閥水平控制裝置34相連接。另外，出口通道32與液位控制或水中油含量的質量控 制裝置相連接。第一管31，從渦流閥水平控制裝置34的一側伸出，位于旋流器14和壓力容器壁 16之間，并且止于開口端33。開口端33位于旋流器的開口上端的上方。第二管35,從 渦流閥水平控制裝置34的另一側伸出，并且止于開口端37,開口端37基本上與容器內 的旋流器基座水平。渦流閥水平控制裝置34控制來自分離器的連續水相的流動。
為進一步減少產所釆出水中的油分，出口 32通過閥裝置可以借助噴射泵直接進入 注水/回灌井或區，或進入任何類型的水處理單元，如一種液體/液體除油水力旋流器， 水中去油過濾裝置，浮選裝置，或板分離器(未示出)。在排入大海或回注之前，水還 可能需要進一步除氣。第三出口通道36，用于固體，所述通道穿過壓力容器壁16,止于一個向下的開口 端38，位于中心探測器之下(如圖所示)。出口通道36是流化單元40的一部分，該單 元還包括一個進水口 42，當注入的流體的壓力大于容器內的流體壓力時，會使盲端旋 流器14基座上的固體流化，并且將其導入出口通道36用于回灌或進一步處理。第四出口通道44,主要用于氣體，其位于壓力容器12的上端。出口通道44也可 用于容器12內的壓力控制，以除掉壓力容器內的油，并在一定的環境下輸入高壓氣體。聚結板或過濾介質50位于圓環空間20內。為利于進一步的三次處理，聚結材料設 計成可以聚結被分離的水中任何大小的油滴。聚結或過濾材料可以防止油滴落在壓力容 器的基座上，因此會產生一個油墊，油墊會被按時的清除。釋放的油上升至分離器的上 部并進入旋流器的富油核，并且根據斯托克期定律通過出口 22排出。氣體入口 46和分配器48置于壓力容器12的基座上，在旋流器14之下(如圖所示)， 為了在旋流器和壓力器壁之間的圓環空間內產生上升的細泡層，可以通過此通道導入氣 體，這樣有助于油滴和所分離采出水的分離。這種氣體也可以為液體冷凝物的形式，其 具有提取的效果，通過大面積傳輸，當氣體蒸發穿過環狀空間20并且通向第一和第四 出口 22, 44時，油從水相中分離出來。入口 46和分配器48可以根據需要注入破乳的 化學物質。使用時，來自一個開采井或多個井的流體通過入口通道18進入分離器12,并且在 旋流器14內形成旋流或渦流。中心探測器30可以捕捉和反映在旋流器14內流體的旋 轉運動所產生的渦核。釋放的氣體向上運動，并集聚在壓力容器12的球形上端部，并 且在氣體出口 44的壓力控制下流出分離器10。在不同的壓力控制下，連續的富油相進 入出口通道22。連續水相溢出旋流器14的開口端，并且通過渦流閥水平控制裝置34及出口 32流 出分離器10。水最初經過第二管35并流入閥34內，在此形成渦流。進入出口通道32 的流體是極少的。當流出旋流器的水增加，容器內的水位提高直到溢出第一管31。管 31和35相對地切向進入閥34，因此，當水穿過這兩個管流動時，就會破壞渦流，并 且水以最大的流量排出通道32。這樣就控制了分離器內水位的高度。 堆放在中心4冢測器30下方的固體，可以通過流化裝置40去除。分離器10具有10 至60秒的保持(保留)時間。參考圖2，實施例二的分離器60。分離器60包括一個壓力器或罐62和一個位于 壓力容器62內的旋流器64,旋流器與壓力容器壁之間有一定的間隔。壓力容器62為 半球形端部的圓柱體，具有中心垂直軸74。旋流器64與壓力容器62同軸。入口通道 68穿過壓力容器62的壁66、壓力容器和旋流器之間的環形空間70,進入旋流器64。 入口通道68切向進入旋流器64,并且其形狀能夠使由通道68進入旋流器64的流體旋 轉，從而在旋流器64內形成旋流和渦流。旋流器64包括圓柱形上部72,開口上端78,錐形底部76和與出口通道82連通的 底端80及閥84,閥可以定期打開以清除堆積的固體。如上一個實施例，分離器60具有一個出口通道85,用于富油相，出口通道85沿軸 線74穿過壓力容器上端的壁，并且穿過旋流器64的開口上端78，止于旋流器64的錐 形底部76的大約一半的位置上，此處會產生一個油墊或渦核。若干狹槽或開口94可以 允許富油流進入出口通道84。狹槽94可以最少化富油流中的聚集的氣體。在旋流器64 的上開口端78處設有中心護罩86，其包括一些氣體上升道88，即管子，其伸向容器62 上半圓端部。中心護罩86的目的是提高旋流器64內軸向流對旋流(凝渦)的比率，以 加速富油渦核的形成，并且向氣體上升道88釋放自由氣體。氣室或氣頂90,堆積在分 離器液位92之上。出口通道85，可為熟知的一種浸入式管，可以在其外表面設置螺旋 鉆，有助于氣體進入氣體上升道88。出口通道96，用于7jc相，其位于容器62的半球形底端，出口通道98，用于氣相， 位于容器62的半球形上端。如在前述實施例中， 一個集結板或過濾介質100位于環形 空間70內。水流溢出旋流器64的開口上端78，通過集結板或過濾介質，經出口通道 96排出。如圖3所示為包含分離器10或60的一種系統。來自井或井眼的碳氫化合物流體通 過管道輸送至分離器的入口通道16， 68。泵104與富油出口 22, 85連接，泵可以提高 出口的壓力，從而供給感應器或噴射泵106足夠的動力，從分離器出口抽取氣體送至管 道108或下游設備110,其壓力比分離器內的壓力更高。下游設備IIO可以距離分離器 10、 60如20KM以外。該系統具有兩個優點。首先，下游設備IIO可以維持在一個適當的運行壓力下，以 維持如現有的氣體壓縮機112,而不用考慮通過分離器及管道108內的壓力損失。當改
變現有處理裝置上游的分離設備時，對于處理高含水期，這是非常重要的。第二，這種 系統可以減少井內流體靜壓頭的使用，從而提高來自井的流速，特別地，僅通過抽吸富 油流，富油流會因帶有少量的氣體而使其體積減少，與海上增壓相比，該系統具有更好 的成本效率、維修更簡單。此處所述的每一個分離器都是一種緊湊游離水分離器容器(從油、氣、水三相中去 除采出水)，采用嵌入式的盲端旋流器單元，其作為具有切向流體入口的旋流設備已清楚 的描述，通向分離器外部的富油流出口，和液體溢出出口或用于連續流體而在開口頂部 中的堰。還提供了用于清除間歇或批量的固體的另一出口。與旋流器中心軸相通的浸入 式管可以沿旋流器的軸上下垂直移動，以便設置在旋流器內一個適當的位置。在實踐中， 浸入式管或富油流出口的壓力比分離容器內的壓力低。在每一個分離器的入口通道18、 68內可以選擇地設置一個插件(未示出)，這樣可 以減小入口通道的橫截面積，從而提高入口流體的流速。這樣可以增加旋流器內的渦流和旋^Ji度，并且具有減少在分離器內的保持時間的效果。實施例一所述的盲端旋流器內還具有一個流化單元，用于將基座上所收集的固體以 漿液的形式清除出旋流器罐外或壓力容器外，用于下一步的處理或存儲之后的除氣階 段。由于旋流器的強離心力迫使水打在旋流器壁上，然后會慢慢向上漲直到溢出旋流器 外壁頂端。這是一個很重要的技術特征，這會使富油流出口不會保留固體和氣體。根據 需要，基于水質測量的超控設備，分離器可以通過差壓儀和或壓力液位儀進行控制。分離器通常可以在高于一個大氣壓時操作，但是也可以在低于一個大氣壓時操作， 或可以與大氣相通。優選地，此容器為一個密封的壓力容器，其可以在惡劣的環境下工 作，如在離岸石油生產設備或在海床上。
權利要求
1. 一種分離器，用于將流體分離成第 一流體、比第 一流體密度大的第二流體和固體， 所述分離器包括容器，包含于該容器內的旋流器，穿過所述容器壁并進入所述旋流器內的入口通道， 所述入口通道具有使流體在所述旋流器內旋轉的設置；第一出口通道，用于第一流體，所述通道從旋流器內基本沿著所述旋流器的中心軸 伸出；第二出口通道，用于第二流體，所述通道從所述容器基座處伸出；和 第三出口通道，用于固體，從旋流器的底端延伸出來。
2. 根據權利要求1所述的分離器，其特征在于，所述旋流器的上端開口通向所述容 器，使用時，第二流體會溢出所述旋流器并進入所述容器內。
3. 根據權利要求1或2所述的分離器，其特征在于，所述容器關于其中心垂直軸對稱。
4. 根據權利要求1至3中任一權利要求所述的分離器，其特征在于，所述容器為圓 柱形。
5. 根據權利要求1至4中任一權利要求所述的分離器，其特征在于，使流體在所述 旋流器內旋轉的設置包括設置入口通道的形狀或位置，以導引入口流體從旋流器的中 心軸處流出。
6. 根據前述任一權利要求所述的分離器，其特征在于，所述容器上部設有氣體出口。
7. 根據前述任一權利要求所述的分離器，其特征在于，在所述旋流器和所述容器之 間的空間內設有過濾器。
8. 根據前述任一權利要求所述的分離器，其特征在于，第三出口管道包括置于所述 旋流器內的流化單元。
9. 根據權利要求8所述的分離器，其特征在于，包括第四通道，用于向流化單元輸 送水。
10. 根據權利要求8或9所述的分離器，其特征在于，在所述旋流器內所述流化單 元之上，設置有渦流座或中心探測器。
11. 根據權利要求8至10中任一權利要求所述的分離器，其特征在于，所述容器基 座上設有氣體入口和分配裝置。
12. 根據權利要求8至11中任一權利要求所述的分離器，其特征在于，第二出口通 道由渦流閥水平控制裝置進行控制。
13. 根據權利要求1至7中任一權利要求所述的分離器，其特征在于，第一出口通道具有通向所述旋流器的狹槽，當所述第一流體被分離出時，會積聚在該狹槽處。
14. 根據權利要求1至7或13中任一權利要求所述的分離器，其特征在于在所述 旋流器的開口端設有中心護罩。
15. —種包含權利要求1所述的分離器的系統，包括， 管道，所述管道與所述分離器的第一出口相連接，泵，設于管道中，用于提高流體穿過第一出口時的壓力，感應器或噴射泵，設于泵的下游管道中，所述感應器或噴射泵與所述分離器的氣體 出口相連接。
16. 根據權利要求15所述的系統，其特征在于，連接至下游設備的管道內的壓力高 于連接至所述分離器的管道內的壓力。
17. 此處所述的分離器，如附圖中圖l和圖2所示。
18. 此處所述的系統，如附圖中圖3所示。
全文摘要
一種分離器(10)，用于從碳氫化合物生產井流體中分離或部分分離油，水，氣體和固體，該分離器包括容器(12)和包含于容器內的旋流器(14)。入口通道(18)穿過所述容器(12)的壁進入所述旋流器(14)內，所述入口通道包括可以使流體在所述旋流器內旋轉的設置。用于油相的第一出口通道(22)從所述旋流器內伸出，基本沿著所述旋流器的中心軸(24)；用于水相的第二出口通道(32)從所述容器的基座處伸出；用于固體的第三出口通道(38)從所述旋流器的底端伸出。
文檔編號B01D21/26GK101146584SQ200680005884
公開日2008年3月19日 申請日期2006年2月22日 優先權日2005年2月23日
發明者大衛·約翰·帕金森 申請人:Dps布里斯托爾(控股)有限公司