专利名称：液/固分离的制作方法
油井的生产流体包括各种比例的油、水和气体，其中夹带有固体颗粒，以下称为“砂石”。这种混合物通常供到相分离器中，其中进行重力沉降，形成上气体层、中间油层，和下水层。它们经不同的出口从分离器中除去。在槽中砂石自然沉降到水层的底部，且不希望砂石经水出口排出，不仅因为砂石颗粒涂有油而且将这类涂油颗粒与水一起返回到环境中也是不可接受的。因此必须从相分离器底部回收涂油砂石颗粒，且根据一种方法，将涂油砂石加到装有涡轮的容器中，涡轮以相反的方向转动以将水中污染的颗粒悬浮，以引起颗粒的动态接触，从而将油涂层从固体颗粒表面机械剥落下来。清洁的固体颗粒然后排到环境中但载体水必须处理，通常通过浮选法，除去油。这是很困难、昂贵和占地高达例如钻井平台的面积的方法。
其他必须清洁涂油砂石颗粒是例如当油泄漏污染海滩的情况下。
按照本发明一种从涂油的颗粒中分离油的方法，该方法包括将涂油的颗粒装到含有一流化单元的壳体中，该流化单元有一个带有出口且布置成在加压下从该壳体外部供水的供液导管和一个在供液导管内的排料导管，该排料管的一端为进口，该进口伸到供液导管出口的外部，排料导管导向分离器；供水到供液导管并使其在出口处成螺旋流从而用水扰动油和砂石颗粒以使油至少部分从颗粒上剥落并使夹带在水中的油和砂石颗粒进到排料管，然后到分离器，在分离器中油水和固体颗粒进行分离。
流化单元产生一个从砂石颗粒上剧烈剥离油的螺旋的旋涡，且将油、水和砂石排出而无须任何移动部件与分离后的组分接触。
虽然本方法可用来，例如，净化油泄漏后污染海滩后的砂石或净化钻井泥浆，以使这些泥浆净化到足以废弃，但该方法特别适用于处理在用来分离油井生产流体组分的三相分离器中沉降的涂油砂石。另外，生产流体中的污染后的砂石在沉降后进入三相分离器之前也可用本方法处理。在这些情况下，供到流化单元供液导管中的水最好使用三相分离器出口的水。这样做的优点是水仍处于比较高的温度，这将有助于砂石颗粒上剥落油涂层。
该分离器可包括离心分离器或单级水力旋流器，它应布置成使油基本上被分离并成上层流而水和砂石成为下层流。但为改进分离，优选使用两级水力旋流器，第一级是液/固分离水力旋流器，它基本上从成为上层流的油和水中分离出成为下层流的砂石，第二级是液/液分离水力旋流器，它基本上从成为上层流的油中分离出成为下层流的水。使用水力旋流器产生足够的离心力从而进一步从砂石颗粒上洗涤下油。
固/液分离水力旋流器的效率关键取决于供到水力旋流器进口的淤浆的密度。本发明使用特殊的流化单元是特别适合提高分离器中固/液分离水力淤流器的效率，因为经流化单元排出导管排出的淤浆的密度可通过精确调整流化单元的参数来精确控制。既可对特定系统预选设定也可为适应变化的条件而调整的特定参数是压力/供到流化单元液导管的水的的流量，和流化单元供液导管出口和排料导管进口的轴向距离。
本发明一方面包括一种实施根据本发明的方法的设备，该设备包括一个有一个供涂油砂石颗粒的进口的壳体，该壳体含有一流化单元，该流化单元有一个带有出口的且布置成在加压下从该壳体外部供水的供液导管和一个在供液导管内的排料导管，该排料管的一端为进口，该进口伸到供液导管出口的外部，排料导管导向分离器，该分离器包括一液/固分离水力旋流器，其上层流的出口导向液/液分离水力旋流器。
本发明另一方面包括一种实施根据本发明的方法的设备，该设备包括一个具有供涂油砂石颗粒进口的壳体，该壳体含有一流化单元，该流化学单元有一个带有出口且布置成在加压下从该壳体外供水的供液导管和一个在供液导管内的排料导管，该排料管的一端为进口，该进口伸到供液导管出口的外部，排料导管导向分离器；和一个三相分离器，壳体的上层流流向三相分离器。这种设备适合用于处理进入到三相分离器前的生产流体的方法中。分离可以是离心分离器或固/液水力旋流器，其上层流流向三相分离器。三相分离器的水可供到流化单元的供液导管中。为改进砂石在壳体内的沉降，涂油砂石颗粒的进口优选连到旋涡分离器，其下层流将带有一些流体的砂石排到壳体的下部，其上层流将基本无砂石的油和水排到壳体的上部。
这一种布置形成了本发明一个独立方面，它被定义为一种用来从含固体颗粒和流体组分，如含砂石颗粒的生产流体的混合物中分离固体颗粒的分离器，该分离器包括一个供混合物进入的进口和一流体出口的壳体，流体出口与壳体上部相连；供混合物进入的进口，其连到旋涡分离器上以使得混合物在旋涡分离器中产生螺旋流，该旋涡分离器有一个用来排流体到壳体上部的上层流，和一个用来排固体颗粒和一些流体到壳体下部的下层流；和一个连到壳体下部的流化单元，该流化单元有一个带有出口且布置成在加压下从该壳体外供水的供液导管和一个在供液导管内的排料导管，该排料管的一端为进口，该进口伸到供液导管出口的外部。
多孔挡板安装在壳体中以对从旋涡分离器的下层流排出的流体到壳体的上部提供一的弯曲的路径且阻碍从旋涡分离器的下层流排出的固体颗粒到达壳体上部。如果混合物是，例如，在旋涡分离器中形成一气芯的生产液体，那么在旋涡分离器轴线上安装一气体上层流出口是有利的。
另外，分离器的壳体是一压力容器；旋涡分离器是至少一个水力旋流器，其下层流的一个或多个出口通向压力容器的密闭下层流腔中，流化单元安装在该腔中。
如果压力容器中有一组多于一个的水力旋流器，供混合物进入生产流体进口通向进口腔且水力旋流器的上层流出口通向上层流腔，该进口和上层流腔彼此密封且与下层流腔密封。
按其性质，水力旋流器提供一从其入口到其下层流和上层流出口的压力降，在固/液分离旋涡器中到上层流出口的压力降通常大于进口和下层流腔之间的压力降。因此，按照本发明的一个优选方面，下层流腔的上部联到容器的上层流出口以使得被水力旋流器下层流带入下层流腔的气体或油流入并被离开流体出口的流体夹带。
生产流体进口和下层流腔之间的压降的另一个好处是可用进口压力驱动流化单元，即通过将流化单元的供料导管连到混合物进口管线上以使得混合物的侧料流驱动流化单元。这样，混合物中稍过剩的压力可消耗在驱动流化单元，无须另外的压力源。
适合用于本发明中的流化单元公开在我们早期的US—A—4978251、4952099和4992006中。流化单元能除去管线中的颗粒，无须对壳体减压。
本发明的流化单元可用向下开口的供料导管和排料导管定向。另外，流化单元可用开口向上的供料导管和排料导管来定向。在这种情况下，最好当流化单元不用时将供液管和排料管之间的缝隙关闭。该缝隙可用一阀关闭，该阀可借供液导管中液体偏向关闭并强制打开，或通过相对于排料导管可移动的供液导管来关闭缝隙。
在本发明的任一方面，液体导管出口处的液体螺旋流可用供液导管中的偏向叶轮，和/或在供液导管出口上游有进到园柱腔内的切向进口的供液导管引起的。
在用于本发明任一方面的流化单元中，喷射泵可安装在排料管上以提高排料管中的压力。当排料管连到旋涡分离器上时，供到喷射泵中的液体能被控制以使液/固比达到旋涡分离器的要求。
在本发明的任一方面，为进一步从砂石颗粒洗下油，化学物质可加到供到流化单元的供液导管中。
在本发明任一方面，为适应变化的砂石负荷，可检测壳体中的砂石量，例如使用标定后的探针检测砂石的高度或使用测负荷元件检测砂石的量，以便当壳体内砂石的量达到某一临界值时流化单元开始操作。
按本发明任一方面通过除去有磨蚀作用的颗粒使昂贵的上游设备和阀免受磨蚀损坏。
下面参照
使用本发明方法的系统的实例，其中图1是第一系统的示意图；图2是一个系统的示意图其中第一系统用来将相分离器的涂油砂去油；图3是一个系统的示意图其中改型后的第一系统用来将到相分离器中的涂油砂去油；图4是一个包括砂石阱的壳体的轴向剖面图，该壳体是示在图3的壳体的改型；和图5一个包括砂石阱的壳体的轴向剖面图，该壳体是示在图3的壳体的改型。
在图1中，壳体1有一个供油法染后的砂石进入的进口。
流化单元3安装在壳体1内。该单元有一个液体出口4，它给供液导管5供水。供液导管5安装有诸如偏向叶轮(未示出)之类部件以将从液体出口4排出的液体螺旋流化。排料导管6位于供流导管5之内并与其同轴、排料导管6的一端为进口7，它从液体进口4伸出。
排料导管6连到第一级水力旋流器8上，它将分离出成为下层流9的砂石和上层流油和水。第一级水力旋流器8有一个或多个通常由聚丙烯或陶瓷材料制成的固/液水力旋流器。下层流9的砂石排到容器11中，然后经喷嘴12从该容器中排出。过量的水可经第二个喷嘴13排出。将第一级水力旋流器8的上层流10的油和水加到第二级水力旋流器14中，在此分离成下层流15的水和上层流16的油。第二级水力旋流器14有一个或多个描述在GB2221408中类型的液/液分离器。水力旋流器8，14可在有潜在高腐蚀处安装陶瓷元件。
上层流16的油仍含一些水。因此将其供到有第一腔18和第二腔19的槽17中。第一腔有一根排水管线20，流经其的流量可用阀21控制。第二腔19有一个排油管线22。壳体1的上层流管线23通到槽17的第一腔18。
水再循环系统装有泵25，它将来自喷嘴13、下层流15和排水管线20的水泵到流化单元3的供液导管中。
在使用中，将油法染的砂石颗粒经进口2装到壳体1中。一旦在壳体1中有足够的污染后的砂石，启动流化单元3。这包括将加压水供到供液导管5中。当离开出口4时，水引起螺旋流，借此在排料管6的正下方产生一个向前移动的旋涡芯。向前移动旋涡芯产生剧烈的脉动力，它在芯所影响的区域流化和混合了污染后的砂石。混合作用使砂石颗粒以足够的能量彼此接触而从砂后上洗下一些或全部油涂层。通常供到流化单元3中的水约一半与砂石颗粒一起经排料管排出而余下的水仍在壳体1中取代了排出的砂石。加适当的化学物质到供液导管5促进了这种洗涤作用。向前移动的旋涡芯使夹带在水中的砂石和油经排料管6从壳体中排出。
来自排料管6的油、砂石和水进入第一级水力旋流器8，在此砂石从油和水中分离出来成为下层流9。油和水成为上层流10并进入第二级水力旋流器14，在此水成为下层流15，油经上层流16排到槽17的第一腔18，阀21维持关闭直到在第一腔18中的流体达到油的上层流到第二腔19的液位。通过使用可测量第一腔18内的油水界面位置的液位控制，阀21可自动操作，在第二腔19中的油经管线22排出以回收。第一腔18的水通过操作阀21经管线20排出并可经泵25驱动的水再循环系统24供到流化单元3的供液导管5中。
图2示出了用来将来自三相分离器26的涂油砂石去油的图1系统。这类相分离器可用来从被砂石污染的油井中分离流体。砂石倾向于沉降到分离器26的底部，借此降低了有效体积并堵塞相分离器的出口。将要除去的砂石将被油污染。
相分离器26有常规的气体27、油28和水29出口。另外，通向壳体1的出口30供沉降到槽底的污染后的砂石用。水进口31连到泵32上，该水进口使水进入分离器26以经出口31冲洗出砂和油。
测负荷元件33测量壳体1中物质的量并输出信号给控制器34，它给出壳体1中砂石量。测负荷元件33同样可被壳体1内的标定后的探测仪代替以测量壳体1内砂石高度。
控制器34接收来自第一流量传感器35和第二流量传感器36的附加信号，它测量系统中异常流动条件并以下面将描述的方式输送信号给多个阀、泵32和化学计量单元37。系统的余下部分同附图1。
所用流化单元的尺寸和其操作的时间取决于油内砂石的量。例如，在油田，砂石量较少(小于0.5吨/天)，则内径25mm的进口7的流化单元通常每周运转约2小时。当砂石量为中等时(至多20吨/天)，则同样的流化单元通常需每天运转12小时。当砂石量较大(大于20吨/天)则进口7的内径为50或75mm的流化单元可能需每天运转高达12小时。
为从相分离器26中除去砂石，泵在第一速度下运转以经管线31泵水，经出口30冲洗相分离器26底部的污染后的砂石并流入壳体1。重的砂石沉到壳体1的底部，而油状水上层流经上层流管线23到污水槽或进一步处理。当壳体1充满砂石且油状水排出后，总重量增加。用测负荷元件33检测增加重量，或用标定后的探针检测砂石增加的高度，当该量达到某一临界值后。控制器34关闭泵32对相分离器26的供水使得冲洗操作终止。泵32然后在第二速度下运转(低于第一速度)以将水泵到流化单元3的供液导管5中。这促使污染后的砂石洗涤，从壳体1中除去并按图1所述方式分离。如果砂石量异常少，其量可能达不到临界值，此时，冲洗操作可用一定时器终止。
当流化单元3从壳体中排出砂石时，壳体内砂石量将下降到测量不出在壳体内有砂石存在，此时关闭系统只到再次需要清洁分离器26。
代替图2所示双级水力旋流器8，14，有可能使用单级水力旋流器，其中油成为上层流，水和砂石成为下层流。
图3示出了在油井生产流体进入三相分离器之前从其中除去大的砂石，例如直径大于0.1mm的系统。该系统包括类似于图1所示的系统，虽然它仅示出了一个单级水力旋流器，其上层流通向三相分离器的进口而不是槽的进口。
油井生产流体进入壳体1中的砂石阱、污染后的砂石沉降到壳体的底部，而液体部分经上层流23从壳体1中溢出到三相分离器26的进口。当测量器39测量出壳体1中砂石高度为预定高度时，流化单元3则以与图1类似的方式开始操作。流化单元3的排料导管6连到第一水力旋流器40上，它从成为上层流42的油和一些水中分离出成为下层流41的砂石和水。下层流41的清洁砂石和水在废弃前进入脱气级43。上层流的油和水泵回到三相分离器26的入口。
三相分离器出口29的水供到液/液水力旋流器44，下层流45的清洁水在由化学计量单元37配入适当化学物质后供到供液导管。如果流化单元3不操作，适当阀的操作确保下层流45的水不供到供流导管5而是在进入脱气级46后废弃。含水油组分从水力旋流器44出口47排出并泵到三相分离器26的入口。
第二个流化单元48，与前述的流化单元3一样的方法操作，安装在三相分离器26的底部的阱49中。该单元48与前述的流化单元3一样的方式操作并在正常关闭时，或由于某些原因砂石从壳体1带到三相分离器26中时用来清洁三相分离器26，用第二流化单元48除去污染后的砂石与第一流化单元3的方式相同。
砂石阱38的改型示出在图4中。图4示出了有如前面实例示出的流化单元3和上层流管线23的壳体1。
生产流体进口2切向通到旋涡分离器50以使生产流体引起螺旋流。旋涡分离器50有一个油、气和一些水的上层流。第二上层流52为在旋涡分离器50的轴线形成芯的气体而没。节流阀53控制气体出口。该气体将相当湿，因此在其放空前需气体脱水设备以除去液体。除去的液体被送到三相分离器26。
旋涡分离器的下层流54将大部分砂石及一些水、油和气体排到壳体1的下部。挡板55将在旋涡分离器50的螺旋流作用向外抛出的砂石分配在壳体1下部的周围。另外的一组挡板56产生一弯曲路径，经该路径来自下层流54的水、油或气体流回到壳体1的顶部，该弯曲路径阻碍砂石迁移到壳体的顶部。
示出的压力容器1有一个生产流体进口2，该进口连到进口腔57上，该进口腔用壁58和59将有一出口23的上层流腔60和下层流腔61隔开。被壁58和59支撑的是一组水力旋流器62，图中仅示出两个。每一个有一个进口63与腔57连通，其上层流出口64排到腔60中，其下层流出口65排到腔61。水力旋流器62主要用来从流体中分出砂石，大部分流体流到上层流腔60而从出口23流出，同时大部分砂石，带有一些流体包括水、油和气体流入下层流61，在此沉降到腔61的底部。从腔61，砂石可连续或间歇地借类似于图4所示的流化单元3排出。
原始生产流体经主管线66供到进口2。支管67从该入管线岔出并经阀68连到供液导管5上以驱动流化单元。
不可避免地一些气体和油将聚集在下层流腔61的顶部且当该腔压力高于出口腔61和出口23的压力时，它们可以从经管线70连到离开出口23的主出口管线71的出口69除去。这样腔61可清除出轻质流体，较重质流体特别是水经排料管7从流化单元3排出。
权利要求
1.一种从涂油的颗粒中分离油的方法，该方法包括将涂油的颗粒装到含有一流化单元(3)的壳体(1)中，该流化单元有一个带有出口(4)且布置成在加压下从该壳体外部供水的供液导管(5)和一个在供液导管内的排料导管(6)，该排料管的一端为进口(7)，该进口伸到供液导管出口的外部，排料导管导向分离器(8，1 4，17，40)；供水到供液导管并使其在出口处成螺旋流从而用水扰动油和砂石颗粒以使油至少部分从颗粒上剥落并使夹带在水中的油和砂石颗粒进到排料管，然后到分离器，在分离器中油、水和固体颗粒进行分离。
2.按照权利要求1的方法，其中分离器包括一个单级液/固水力旋流器(40)，它基本上从成为上层流(42)的油和水中分离出成为下层流(41)的砂石和水。
3.按照权利要求1的方法，其中分离器包括两级水力旋流器(8，14)，第一级是液/固分离水力旋流器(8)，它基本上从成为上层流(10)的油和水中分离出成为下层流(9)的砂石，第二级是液/液分离水力旋流器(14)，它基本上从成为上层流(16)的油中分离出成为下层流(15)的水。
4.根据前面权利要求任一项的方法，其中在出口处的螺旋流是由在供液导管(5)中的偏向叶轮引起的。
5.根据权利要求1—3的任一项的方法，其中在出口处的螺旋流是由在供液导管出口上游有进到园柱腔内的切向进口的供液导管(5)引起的。
6.根据前面权利要求任一项的方法，其中化学物质被加到供到流化单元的供液导管(5)中的水中。
7.根据前面权利要求任一项的方法，，其中在壳体(1)中的颗粒的量被检测且当颗粒的量达到临界值时流化单元(3)开始操作。
8.一种实施根据权利要求3的方法的设备，该设备包括一个有一个供涂油砂石颗粒的进口的壳体(1)，该壳体含有一流化单元(3)，该流化单元有一个带有出口(4)且布置成在加压下从该壳体外部供水的供液导管(5)和一个在供液导管内的排料导管(6)，该排料管的一端为进口(7)，该进口伸到供液导管出口的外部，排料导管导向分离器(8，14)，该分离器包括一液/固分离水力旋流器(8)，其上层流的出口导向液/液分离水力旋流器(14)。
9.一种实施根据权利要求1—7任一项的方法的设备，该设备包括一个具有供涂油砂石颗粒进口的壳体(1)，该壳体含有一流化单元(3)，该流化单元有一个带有出口(4)且布置成在加压下从该壳体外供水的供液导管(5)和一个在供液导管内的排料导管(6)，该排料管的一端为进口(7)，该进口伸到供液导管出口外部，排料导管导向分离器(40)；和一个三相分离器926)，壳体的上层流流向三相分离器。
10.按照权利要求9的设备，其中来自三相分离器(26)的水被供到流化单元(3)的供液导管(5)。
11.按照权利要求9或10的设备，其中涂油砂石颗粒的进口(2)伸向旋涡分离器(50，62)，其下层流(54，65)将带有一些流体的砂石排到壳体(1)的下部，其上层流(51，64)将基本上无砂石的油和水排到壳体的上部。
12.按照权利要求8至11任一项的设备，其中当流化单元(3)不用时，供流导管(5)和排料导管(6)之间的缝隙是可封闭的。
13.按照权利要求8到12任一项的设备，其中安装一喷射泵以提高排料管(6)中的压力。
14.一种用来从含固体颗粒和流体组分的混合物中分离固体颗粒的分离器，该分离器包括一个供混合物进入的进口(2)和一流体出口(23)的壳体(1)，流体出口(23)与壳体上部相连；供混合物进入的进口，其连到旋涡分离器(50，62)上以使得混合物在旋涡分离器中产生螺旋流，该旋涡分离器有一个用来排流体到壳体上部的上层流(51，64)和一个用来排固体颗粒和一些流体到壳体下部的下层流(54，65)；和一个连到壳体下部的流化单元(3)，该流化单元有一个带有出口(4)且布置成在加压下从该壳体外供水的供液导管(5)和一个在供液导管内的排料导管(6)，该排料管的一端为进口(7)，该进口伸到供液导管出口的外部。
15.按照权利要求14的分离器，其中多孔挡板(55，56)安装在壳体(1)中以对从旋涡分离器(50)的下层流(54)排出的流体到壳体的上部提供一弯曲的路径且阻碍从旋涡分离器的下层流排出的固体颗粒到达壳体上部。
16.按照权利要求14或15的分离器，气体上层流出口(52)安装在旋涡分离器(50)的轴线上。
17.按照权利要求14的分离器，其中壳体(1)是一压力容器；旋涡分离器是至少一个水力旋流器(62)，其下层流的一个或多个出口(65)通向压力容器的密闭下层流腔(61)中，流化单元(3)安装在该腔中。
18.按照权利要求17的分离器，其中有多个水力旋流器(62)，供混合物进入生产流体进口(2)通向进口腔(57)且水力旋流器(62)的上层流出口(64)通向上层流腔(60)，该进口和上层流腔彼此密封且与下层流腔(61)密封。
19.按照权利要求17或18的分离器，其中下层流腔(61)的上部联到容器(1)的上层流出口以使得被水力旋流器下层流(65)带入下层流腔(61)的气体或油流入并被离开流体出口(23)的流体夹带。
20.按照权利要求17到19任一项的分离器，其中流化单元(3)的供液导管(5)被联到生产流体进口(2)，以使得混合物的侧料流驱动流化单元。
21.按照权利要求14到20任一项的分离器，其中离开供液导管(5)的流体引起螺旋流。
22.按照权利要求21的分离器，其中螺旋流是由在供液导管(5)中的偏向叶轮引起的。
23.按照权利要求21的分离器，其中螺旋流是由在供液导管出口上游有进到园柱腔内的切向进口的供液导管(5)引起的。
24.按照权利要求14到23任一项的分离器，其中化学物质被加到供到流化单元(3)的供液导管(5)中的液体中。
25.按照权利要求14到24任一项的分离器，其中检测器用来检测壳体(1)中的颗粒的量，借此当颗粒量达到临界值时流化单元(3)开始操作。
26.按照权利要求14到25的分离器，其中当流化单元(3)不用时，供液导管(5)和排料导管(6)是可封闭的。
27.按照权利要求14到28的分离器，其中喷射泵用来提高排料管(6)中的压力。
全文摘要
将涂油颗粒装入壳体(1)中。流化单元(3)安装到壳体底部。流化单元流化颗粒并将它们从壳体中排到分离器，如一个或多个水力旋流器(8，14)，其中油和砂石分离。涂油颗粒经提供一些初步分离的旋涡分离器(50，62)加到壳体中。
文档编号C10G33/06GK1130397SQ94193290
公开日1996年9月4日 申请日期1994年8月31日 优先权日1993年9月6日
发明者D·J·帕金森 申请人:莫普罗·托泰克有限公司