[发明专利]用于具有不同比密度的不可混合相的混合物的聚结分离器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于包括互相至少部分地不可混合且具有不同的比密度或比重的两个流体相的混合物的聚结分离的装置。

特别地，本发明涉及一种用于包括至少一个水性液体相和有机液体相的混合物的聚结分离的装置，有机液体相包括油（烃类）或亲油化合物。

特别地但不唯一地，本发明可应用于用于既在地面上也在井底上分离生产流体的油井的完成，生产流体典型地由水和油的混合物组成。

本发明还可应用于来自工业或民用设备的废水处理设备，通常地，应用于包括互相至少部分地不可混合且具有不同的比密度或比重的两个流体相的混合物的所有分离设备。

背景技术

在各种工业领域中，例如在化学工业中在陆上或海上设备中的油提取、处理和精炼，或来自工业或民用设备的废水处理，水和油或另一有机液体相的混合物（不论它们是否为适当分散体或乳液）的分离的领域中从环境和经济的观点来看一直是重要的问题。

关于废弃产物的杂质的日益严重的需求的实施已经导致对能够保证可以达到通过规则建立的限制的更有效的分离技术的研究和优化。

特别地参考石油工业，已知原油的生产经常伴有存在于地质地层中的水的地下生产。因此油井的生产流体包括水和油的混合物。由此需要有效地将生产流体分离成两个组分（油和水），以便分离出的油是基本不含水的，分离出的水是基本不含油的。

生产流体的分离可在地面或井底（井下水油分离）发生。

地面分离是指在生产流体上升到地面之后进行分离。

井下分离是指靠近生产地质地层的生产流体的分离以便获得富含油的有机液体相和富含水的水性液体相。一旦有机液体相上升到地面，有机液体相在从生产流体中去除之前可能受到在井头设想的进一步的分离处理。另一方面，水性液体相被重新注入到相同的地层中。但是，水性液体相重新注入到生产地层要求水性液体相的高纯度，以便不破坏地层。

存在多种在地面应用的分离技术，其中，特别地是基于使用聚结分离器的技术，聚结分离器促进分散在水（连续相）中的油滴（分散相）结合成被分离到漂浮在水性层上的层中的较大尺寸的滴。

聚结分离器典型地包括互相平行且一个在另一个之上间隔开限定的距离布置的一组聚结板，以便相邻的聚结板的对限定出待分离的混合物流过其中的分离空间。

典型的聚结分离器描述于GB2116060中，包括连续的重力分离区域、聚结分离区域和最终的过滤区域。

从WO88/06478、US4,722,800、US6,907,997、US6,605,244和US5,928,524还已知包括水平地或垂直地延伸的箱的类型的聚结分离器，在箱中容纳有一组或多组聚结板。

如例如在WO88/06478、US6,907,997、US4,722,800或US5,928,524中描述的，聚结板可以是平坦的或波状的；可选地，为了改进分离效率，聚结板可以具有平坦的上表面和波状的下表面以便同时导致相的分离以及帮助可能存在于待分离的混合物中的固体的向下流动。

已知的聚结分离器尽管已经尽可能地紧凑，但是仍然具有障碍使得它们仅仅能够安装在地面或地下。

因此已知类型的聚结分离器的使用限于具有充分可用空间的位置，例如缺少一些地面应用，例如海上石油平台。已知的聚结分离器甚至不能用于直接井下应用。

井下使用的分离技术事实上是基于重力分离器或可选的水力旋流分离器的使用。

重力分离器由分离腔体组成，生产流体在分离腔体中以足够低的速率移动以便允许通过重力分离两个相。但是重力分离所需的低速度限制可被处理的生产流体的数量。

具有互相串联或并联连接的一个或多个分离阻流板的水力旋流分离器典型地由适当形状的管状体组成，生产流体注入管状体中以便高速旋转。由于施加在生产流体上的旋转而产生的离心力，与管状体的几何形状一起导致水性液体相与有机液体相（油）分离，由于水性液体相较重，因此趋于流到水力旋流分离器的外部；由于有机液体相较轻，因此趋于在水力旋流分离器的内部收集。

在US5,730,871、US6,080,312、US6,138,578、US2006/0186038或WO01/65065中描述了在井下使用的水力旋流分离器的典型例子。

但是，由于发生在水力旋流分离器中的高压降，必须用泵进给待分离的混合物，这导致分散在水相中的非常小滴的油相的形成，使得它的分离甚至更困难。