[发明专利]用于油-气分离装置的动态破乳系统

说明书

相关申请

本申请要求2011年7月26日提交的美国临时申请号61/511,650的权益，其公开内容经此引用并入本文。

发明背景

技术领域

本发明涉及全原油加工方面的改进，特别是涉及用于油-气分离装置中全原油的破乳的改进方法。

现有技术说明

基于各种公知的因素，原油通常含有不同量的气体、水和固体。注水法——其中将水注入油藏以提高压力和刺激生产，特别是在成熟油田——提高了生产的原油中的含水率或水的百分比。油可以作为游离油、乳液和/或不同比例的溶解状态存在于水中。“游离油”通常是指150微米或更大的油滴，此类油滴因其大尺寸和相对快速的上升速度将立即浮到表面。乳液是油在水中的稳定分散液，并因油滴的相对小直径形成。

油气分离装置（GOSP）是公知的，并用于分离气体、水和油以制造干燥原油作为最终产物。来自油藏的含水石油的较高含水率和紧密乳液增加了在GOSP中分离的难度和必要时间。当含水率提高时，在分离设备内的保留时间增加以应对过量的水，结果，石油生产速率降低，GOSP成为石油生产中的瓶颈。

油滴尺寸分布是影响油水分离器设计的重要因素。与处理、操作和处置这种水相关的成本随时间而提高，因为分离效率低。沉降速度（V_t），其度量油与水的粗分离，取决于两种不混溶液体的密度差值的量级。根据斯托克斯定律的沉降速率函数是：

Vt=gD2(do-dw)18μ]]>

其中，g=重力加速度（米/秒²）；

D=小球的直径（米）；

d_w=水的密度（千克/米³）；

d_o=小球的密度（千克/米³）；和

μ=绝对粘度（千克/米·秒）。

相同的关系支配轻质液滴在较重质液体中的上升，其中V_t是负值。

小油滴更难以分离。根据斯托克斯定律，降低的液体尺寸导致降低的上升速度。高效分离的先决条件因此是油滴合并，即变得更大并更快速地上升。

水排放法规已经变得更严格，以经济和有效的方式遵守法规向行业提出了持续的挑战。虽然对于从水中除去油而言存在数种广泛接受的技术，仍然存在局限性，包括油去除效率，即在处理过的水中的最终油浓度，以及油滴尺寸，为此对所选技术进行优化。通常采用两种至三种类型的油水分离技术以处理生产的水至所需的较低烃浓度。在成熟油田中，例如生产含水率大于30%的油的油田，油井的经济性显著变化。因此，应改变自由水分离器（FWKO）的设计特性，否则FWKO因流入原油中的过量水而成为瓶颈。

通常设计和构造GOSP以处理来自位于一个或多个油藏（集合用于加工的原油油源）的一口或多口油井的石油生产。GOSP的主要目的是增加流动性和制造干燥原油作为最终产物，例如用于装载到游轮中或经管道输送至炼油厂。

通常，GOSP是连续分离方法，其通常包括两级或三级油气分离设施。单元操作包括脱水器单元、脱盐单元、水/油分离容器（WOSEP）、稳定塔、高压生产阱（production trap）（HPPT）和低压生产阱（LPPT）。此外，该GOSP可以包括锅炉、冷凝器、分离泵、热交换器、用于添加破乳化学品的混合阀、用于稳定该乳液的撇乳器（skimmers）、循环泵、水平阀、继动阀和控制系统组件，如一个或多个操作性地耦联到计算机化控制器或操作者通知系统上的传感器。

参照图1的示意图，现有技术的典型单列GOSP系统10包括HPPT单元31、LPPT单元41、湿原油储罐49、脱水器单元51、脱盐器单元61、水/油分离器容器71、废水容器72、稳定塔81、再沸器82和干燥原油容器91。