重力分離器和用于分離含有水、油以及氣體的混合物的方法

專利名稱：重力分離器和用于分離含有水、油以及氣體的混合物的方法
技術領域：
本發明涉及一種重力分離器，主要是如下類型的重力分離器，在 這種重力分離器中，流自油井的含有水、油以及氣體的混合物在分離 器容器中被分離成離散的沿豎直方向隔開的水、油以及氣體層，以便 隨后分別通過水出口、油出口以及氣體出口自容器中抽取。
背景技術：
重力分離器已為人所知數十年且已按各種實施例用在油工業中， 在這些實施例中， 一些實施例相當復雜，包括多個靜態混合器和旋風分離器。已知類型的重力分離器的實例可例如在GB1327991和 W099/25454中獲悉。美國專利No,5080802披露了 一種空氣浮選分離 器，其具有將氣體抽到引入的流體中的噴射器。噴射器使在容器最頂 部收集的氣體再循環到引入的流體。分離器設有與容器的軸基本軸向 對準的聚結劑提升管，為了最佳地聚結大量氣體，使用的氣體與水所 成的比例如約為30%。美國專利No.5516434公開了另一種氣體浮選 分離器，該分離器也設有帶過濾介質的聚結劑提升管。EP0793987公 開了另一種從水乳化液中的油移除散布的油的分離器，其中，氣體溶 解在流入的水中以形成充氣的溶液。該溶液在由親油材料制成的間隔 緊密的網格板的組件中被導入分離器容器。使用具有過濾器的聚結劑 提升管或使用網格板使得分離器復雜，并存在堵塞的風險而造成容量 損失。這些現有技術的設計還需要高度維護工作。 發明內容本發明的目的在于提供一種重力分離器，其運作有效、結構相對 簡單、具有適當的低氣體消耗。因此，本發明涉及一種重力分離器，其包括一個容器，含有水、 油以及氣體的混合物可在該容器內在重力作用下分離以形成沿豎直方4向離散的油層和水層以及氣相，該容器具有與用于含有水、油以及氣體的混合物的容器入口相通的引入管；水出口；油出口；氣體出口， 其中重力分離器的引入管包括噴射器件，該噴射器件按照每lm"昆合 物0.01-1.9SmS氣態介質體積將氣態介質噴入含有水、油以及氣體的混 合物中。出乎意料地發現對于通過在容器內于重力作用下分離而獲得理 想的凈化水相，在引入管中將如此小體積的氣態介質噴射到含有水、 油、氣體的混合物中能獲得相當令人滿意的效果。此外，通過采用如 此小體積的氣態介質，分離器中既不用設置具有過濾器的聚結劑提升 管也不用設置網格板。由此實現了分離器高度可靠的簡單設計、持續 高的容量以及低的維護成本。離開分離器的水相的雜質含量可小到 40ppm。在一優選實施例中，將氣態介質供給到噴射器件的導管使氣體自 重力分離器向噴射器件再循環。氣體的再循環減少了來自外源的氣態 介質的任何消耗。再循環導管可從位于分離器氣態介質出口下游的氣體處理裝置收 集氣體。不過，在一優選實施例中，因其簡單性，將氣態介質供給到 噴射器件的導管在重力分離器上部與重力分離器的內部連接。在另一實施例中，將再循環的氣體供給到噴射器件的導管是將噴 射氣體供給到噴射器件的唯一供給源。這就帶來了幾個優點。通過噴 射器件噴射的氣態介質自動地從在容器中與混合物分離的氣體體積抽 取，于是分離器就與氣態介質的外部供給源無關。在用于離岸油/氣生 產設備中的分離器方面，省掉氣體的外部供給源是非常有利的。除了 免除維護成本和免除設置外部氣源外，還節省了空間，因為一并省掉 了供外部氣源用的存儲罐、管路等。根據重力分離器的一適當實施例，引入管中的噴射器件與容器入 口隔開0.05-2.00m的間距。噴射器件和入口的這種分隔得以讓氣態介 質與含有水、油以及氣體的混合物;f艮好地混合。為了進一步改善混合，重力分離器可在噴射器件與容器入口之間在引入管中設置混合器，優選是靜態混合器。在重力分離器的一實施例中，適宜的是，當僅有較小空間可用時， 引入管自上向下穿過容器延伸到混合物流出至容器中的容器入口 。此 外，混合器可位于引入管在容器內延伸的一部分中，于是設計就非常 緊湊。本發明還涉及一種分離含有水、油以及氣體的混合物的方法，該方法包括以下步驟經由引入管和容器入口將要分離的混合物導入容 器中，使容器中的混合物在重力作用下分成水相、油相以及氣相；經 由水出口取出水相、經由油出口取出油相以及經由氣體出口取出氣相； 其中，按照每lm"昆合物0.01-1.9Sn^氣態介質體積將氣態介質噴入通 過引入管流到容器入口的混合物中。事實證明，所噴氣態介質的有限體積使容器中在重力作用下的分 離過程得以維持并降低了氣體供給成本，不會減少分離器的容量。自 容器中取出的水可在返回到容器之前視需要進一步凈化。油和氣體可 在運送之前視需要作進一步處理。就本發明而言，量綱SmS用作所噴氣態介質相對于混合物體積的 體積單位。Sn^是氣態介質的標準立方米。SmS在離岸領域內標準化 (15.6。C和101.325kPa壓力下的干氣體積)。在本發明的范圍內，可將每lm3混合物0.04-1.6Sm3的氣態介質噴 入引入管內的混合物中，但更優選的是，將噴入引入管內的混合物中 的氣態介質體積限定在每lm"昆合物0.05-0.40Sm3的氣態介質體積。 該體積可自分離器中抽取并再循環以噴入引入管內的混合物中，不用 任何氣態介質的外部供給。在噴射器件上游側流至分離器的混合物具 有足夠的氣體含量，以給分離器提供必要的氣態介質體積。由于混合 物中存在噴射的氣態介質體積和自然量的氣相，噴射器件與容器入口 之間的混合物流自然具有增大量的氣相。在一優選方法中，在引入管 中將每lm"昆合物0.05-0.15Sm3的氣態介質體積噴入混合物中，而在 最優選的方法中，在引入管中將每11113混合物0.08-1.2Sm3的氣態介質 噴入混合物中。盡管操作當中的容器壓力可在約O.latm以上的寬范圍內改變，但 通常優選容器壓力為0.5-200atm,有利的是1.0-100atm。將壓力調節 到最佳值可改善氣相的形成以及氣體與水和油的分離。為了進一步改善分離過程，在一實施例中，為含有水、油以及氣 體的混合物噴射一種或多種分離助劑。此類分離助劑通常采取液體的 形式并包括凝聚劑、乳化劑等。在本發明方法的一優選實施例中，氣態介質視需要在自氣相中再 提取之后再循環。如果來自油井的天然氣用作氣態介質，通常無需對 之再提取，因為一部分收集的天然氣可被取出并用作氣態介質噴入含 有水、油以及氣體的混合物中。該實施例提供了節省成本的方法，資 源浪費極小。


以下參照高度示意的附圖進一步詳細描述本發明實施例的實例， 其中圖l示出了本發明重力分離器的笫一實施例； 圖2示出了適用于圖l重力分離器的噴嘴系統； 圖3示出了本發明分離器的一個替代實施例。
具體實施方式
參見圖1，圖中示出了重力分離器1，重力分離器l具有帶引入管 3的容器2，引入管3具有位于容器2內的容器入口 4。通過入口 4的 流體混合物的流入物自身自由地散布到容器中，在該容器中，重力作 用于混合物內成分上。容器2還配備有水出口 5、油出口 6以及氣體 出口7。在容器2內設有堰板8，其用于將水相9與油相IO分離。在 水相9和油相IO上方空間中的位置收集氣相11。在容器2的引入管3中，安裝有形式為噴嘴裝置的用于噴射氣體 的噴射器件12。經由管路13向噴嘴裝置進給氣態介質。按此方式， 在含有水、油以及氣體的混合物經由容器入口 4進入容器2之前，在引入管3中將氣態介質噴入混合物中。容器2優選是水平的、大體圓柱狀的容器，兩端封閉，優選具有彎曲或凸起的封閉口 。容器2和附接的設備可由適當的金屬合金制成， 優選不銹鋼合金。容器2優選通過焊接組裝而成。含有水、油以及氣體的混合物具有液體外觀，其可能根據水油之 間的比例或多或少地具有粘性。氣體通常作為微小氣泡分散在混合物 中。含有水、油以及氣體的混合物還可能包含其它成分，例如來自油 井的雜質。混合物還可能包含固體。混合物中可能存在的固體通常會 隨水相離開分離器。在一實施例中，噴射器件是一個或多個噴嘴。噴嘴可以是適于將 氣態介質噴入包括水、油以及氣體的混合物中的任何噴嘴。有利的是， 噴嘴能在5-250atm的壓力下操作。盡管重力分離器可具有任何理想的尺寸，但容器優選具有 l-200m3的內體積，比如3-100m3，以便優化輸入/輸出比。在一實施例中，重力分離器包括將水相與油相分離的器件。該器 件主要是像堰板等那樣的物理器件，其可位于容器底部，防止水相進 入容器的特定區域，但允許油流入該區域，視需要可將油出口置于該 區域中。容器2的內部還可配備有一個或多個擋板和/或導向葉片，以在容 器中獲得理想的流動或流態，這可提高重力分離器的分離容量。重力分離器還可包括用于噴射分離助劑的器件。分離助劑主要采 取液體的形式，例如是凝聚劑、乳化劑等。此類分離助劑的噴射還可 改善重力作用下的分離。分離助劑可噴射在引入管或容器中，或噴射 在兩者之中。氣態介質可以是任何適用于促進混合物中的水、油以及氣體的分 離的氣體。不過，在本發明的一實例中，氣態介質選自氮氣、氫氣、 天然氣、二氧化碳及其混合物。天然氣通常是可自油井提取的氣體。 當將天然氣選作最優選的氣態介質部分時，自油井提取的天然氣可作 為氣態介質再循環。按此方式，氣態介質就可用簡單而費用低廉的方 式獲得。在氣態介質已經噴入混合物中之后，隨后可對之再提取(主要自氣相中)和/或再循環到分離系統中。根據本發明，氣體噴射器件可安裝在現有重力分離罐的引入管中， 由此改進和提高現有分離罐的容量。因此，本發明的優點可應用在已 然安裝并使用的重力分離器上，例如應用在岸上或離岸的油開采設備 上。噴射器件可以是一個或多個合適的噴嘴，它們可有利地設置在環 形的裝置中。圖2a和2b示出了適用于本發明的噴嘴裝置20。噴嘴裝置基本上 由一個環形法蘭21構成。法蘭21的內周面22配備有多個孔23 (該 實施例示出為八個孔23)。孔23與法蘭21內的通道24相通(通道24 在圖2b中以虛線示出)。通道24還與氣態介質的供給管路25相通， 供給管路25緊固在法蘭21的外周面26上。噴嘴裝置20能使混合物 和氣態介質在引入管3中良好地混合(圖1)。圖3示出了本發明重力分離器的一替代實施例。正如在圖l所示 的重力分離器的實施例中那樣，替代重力分離器31包括容器32。分 離器31還配備有經由容器入口 34與容器32內部相通的引入管33、 水出口35、油出口 36以及氣體出口 37。噴嘴裝置38位于引入管33 中并經由管路39自容器32的內部進給氣體。在引入管33中，在噴嘴 裝置38之后和在容器入口 34的附近，布置有靜態混合器，以確保經 由容器入口 34進入容器32中的混合物良好地混合。在該實施例中， 氣態介質直接自在容器32中分離的氣體中提取，可免除氣態介質的外 部供給源。如上所述，附圖只是示意性的，為了筒潔起見，類似泵、閥、壓 力傳感器、油氣收集容器等的器件都沒有示出。本發明的重力分離器 和方法可在所附專利權利要求的范圍內改進。各個實施例的細部可在 專利權利要求的范圍內組合成新的實施例。例如可提供這樣獨立的分 離器，即，其具有兩個或多個油出口和/或兩個或多個水出口和/或兩個或多個氣態介質出口和/或兩個或多個引入管或入口開口。 一個或多 個出口可設有閥。入口內的噴射器件可與導管內的泵組合以便自容器9的上部抽氣。不過，這樣的實施例不太有利，因為它過于復雜且不是 與外部供給源無關且不具有移動部件的自動化的自調節系統。
權利要求
1.一種重力分離器，所述重力分離器包括容器，含有水、油以及氣體的混合物能在該容器內在重力作用下分離以形成沿豎直方向離散的油層和水層以及氣相，該容器具有與用于含有水、油以及氣體的混合物的容器入口相通的引入管；水出口；油出口；氣體出口，其中重力分離器的引入管包括噴射器件，該噴射器件按照每1m3混合物0.01-1.9Sm3氣態介質體積將氣態介質噴入含有水、油以及氣體的混合物中。
2. 如權利要求1所述的重力分離器，其中，將氣態介質供給到噴 射器件的導管使氣體自重力分離器向噴射器件再循環。
3. 如權利要求2所述的重力分離器，其中，將氣態介質供給到噴 射器件的導管在重力分離器上部與重力分離器的內部連接。
4. 如權利要求2或3所述的重力分離器，其中，將再循環的氣體 供給到噴射器件的導管是將噴射氣體供給到噴射器件的唯一供給源。
5. 如權利要求1-4中任一項所述的重力分離器，其中，引入管中 的噴射器件與容器入口隔開0.05-2.00m的間距。
6. 如權利要求1-5中任一項所述的重力分離器，其中，在噴射器 件與容器入口之間在引入管中設置混合器，優選是靜態混合器。
7. 如權利要求1-6中任一項所述的重力分離器，其中，引入管自 上而下通過容器延伸到容器入口 。
8. 如權利要求6和7所述的重力分離器，其中，混合器位于引入 管的在容器內延伸的一部分中。
9. 一種用于分離含有水、油以及氣體的混合物的方法，該方法包 括以下步驟經由引入管和容器入口將混合物導入容器中， 使容器中的混合物在重力作用下分成水相、油相以及氣相； 經由水出口取出7jc相、經由油出口取出油相以及經由氣體出口取出氣相；其中，按照每lm"昆合物0.01-1.9Sm3氣態介質體積將氣態介質噴 入通過引入管流到容器入口的混合物中。
10. 如權利要求9所述的方法，其中，將每lm3混合物0.04-1.6Sm3 的氣態介質噴入引入管內的混合物中。
11. 如權利要求9或10所述的方法，其中，將每lm"昆合物 0.05-0.40Sm3的氣態介質噴入引入管內的混合物中。
12. 如權利要求9或10所述的方法，其中，將每lm3混合物 0.05-0.15Sm3的氣態介質噴入引入管內的混合物中。
13. 如權利要求9或10所述的方法，其中，將每lm3混合物 0.08-0.12Sm3的氣態介質噴入引入管內的混合物中。
14. 如權利要求9-13中任一項所述的方法，其中，為含有水、油 以及氣體的混合物噴射一種或多種分離助劑。
15. 如權利要求9-14中任一項所述的方法，其中，氣態介質是自 容器中收集且在引入管內噴射的氣體。
全文摘要
本發明公開了一種重力分離器，其包括一容器，含有水、油以及氣體的混合物能在該容器內在重力作用下分離以形成沿豎直方向離散的油層和水層以及氣相。引入管與含有水、油以及氣體的混合物的容器入口相通。重力分離器的引入管包括噴射器件，噴射器件按照每1m³混合物0.01-1.9Sm³氣態介質體積將氣態介質噴入含有水、油以及氣體的混合物中。
文檔編號B01D17/035GK101330954SQ200680047483
公開日2008年12月24日 申請日期2006年10月27日 優先權日2005年10月28日
發明者J·福克旺 申請人:M-I愛普康股份公司