从油/水分离器乳液提取和通过从同一分离器水稀释处理的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年8月25日提交的美国专利申请号62/041,509，名称为“从油/水分离器进行乳液提取和处理(eumulsionextractionandprocessingfromanoil/waterseparator)”和2015年6月4日提交的62/171,122，名称为“从油/水分离器进行乳液提取和处理(eumulsionextractionandprocessingfromanoil/waterseparator)”两者的优先权权益，其全部通过引用并入本文。

背景技术：

由于稳定的人口增长和新市场的工业化，在过去的数十年间，增加了对油气储量的需求。同时，由于储层压力下降和/或出水增加，常规油田正在成熟并经历产油和产气下降。由于公司设法增加成熟油田的产量或带来联机的新机会，影响油气工业的这些经济因素已经导致在勘探、钻井和生产技术中近来的发展和进步。已经从油气生产商和供应商等看到增加的兴趣的一项技术领域是水下处理。

水下处理在油气工业中不是新的概念；然而，最近的经济因素已经导致更多的应用，其范围从简单的单相或多相增压以及水下分离和增压至未来气体压缩项目。供应商正在设法建立可以满足水下处理的独特挑战的技术，并且生产商正在设法通过发展这些新的技术、证明其合格并应用以保持竞争的领先。

水下处理可以包括水下分离，其可以被分为两相气-液分离和三相气-油-水分离。总的来说，水下两相分离展现下面的益处：作用于井孔的降低的回压，其导致较高的生产速率(加速的收益)和可开采储量(总收益)；克服油田和主设施之间长的时差距离的能力(到达主设施所需的较少的增压站)；减少的平台上层(topsides)基础设施；吸收瞬变流动条件使得气液段塞不影响下游仪器(如，泵和/或湿气压缩机)的性能的能力；比全井内油气流的多相增压更低的能量需求(旋转仪器更高的效率)；和通过气相和采出水相的体积分离减轻某些流动保证问题(假设两条管线被安装返回主设施)。水下三相气-油-水分离可以产生下面的与采出水相体积移除相关的益处：去除现有的平台上层水操作/处理设施瓶颈的能力；将采出水注入专用处置井或返回储层用于压力维持的能力(比平台和/或陆地基水注入更低的能量需求)；由于移除非收益流(如，采出水)而使用较小的生产管线返回主设施的能力；和通过油流和采出水流的体积分离减轻某些流动保证问题。这些益处可以使发展多相分离系统是期望的，以建立技术优势并赢得未来水下分离应用的合作伙伴或选择地位。该性质的进步可以使能够开采目前不可能进行开采的北极、深水或其它远程油气田。在这些情况中，水下分离可以通过例如从采出液流移除大体积的水并减轻对于较长距离回接应用的流动保证问题而起到促进器(enabler)的作用。

水下三相分离的一个挑战是稳定的油/水乳液层的形成。测试已经显示了稳定的油/水乳液层可以显著地影响来自水下分离器的油和水出口的质量。如果重油(已知形成稳定的乳液)的分离是期望的，那么油/水分离可能需要较长的停留时间和较低的流体速率。然而，由于大小、重量和制造约束，对于离岸和水下应用，该方法可能不是经济的。设计具有大于大约3-5分钟的油停留时间的深水、油水分离器可以是具有挑战性的。类似的岸上分离器可能需要大约10-15分钟的停留时间。因此，对于重油应用，可能需要降低水下分离系统的生产量，这可能成为油/水分离过程的瓶颈。类似地，对于遭受稳定的油/水乳液形成的岸上和平台上层分离器也存在机会。在常规应用中，可以施加生产化学品诸如反乳化剂和/或热以改变界面张力并扰动油/水乳液。在水下应用中，热可能不是成本有效的选择，或在一些情况中，甚至可能是在技术上不可行的。因此，利用生产化学品的投料通常是优选的。然而，投料可以对与水下装置相关联的资本和运行成本具有显著的影响。

如果系统不能提供足够的产量增加以抵消成本，则发展和应用水下分离系统的成本可能是显著的并且可能变得不经济。因此，水下处理系统的设计可以包括在由于压力的容器大小约束下实际上可实现的与使项目经济所需的生产率之间的平衡。旨在增强油水分离的整体性能——其通常是这样的系统的瓶颈——的任何技术进步可以变为未来项目的决定性经济因素。出于该原因，自水下分离器提取稳定油/水乳液层并处理可以证明是有益的。

采出水流的注入能力也可以影响成功的操作，并且因此影响采用油水分离的水下分离装置的经济性。因此，移除油污染——其可对水流的注入能力具有显著的影响——可能是重要的。提供采出水质量的监测和/或频繁取样从而避免注入储层的未来问题可以是可取的。当注入返回开采储层用于压力维持时，由于在打孔区域中堵塞和/或渗透性问题可以导致不能注入采出水和/或造成其他开采问题，这些方面可以是特别重要的。

技术实现要素：

一个实施方式包括从油/水分离器进行乳液提取和处理的方法，包括检测乳液参数；输送乳液流离开分离器；使乳液流与离开分离器的水流结合以产生稀释的乳液；至少部分基于乳液参数动态地调整稀释的乳液的稀释度；以及将稀释的乳液分离为基本上包含水的分出物流和基本上包含油的弃物流。

另一实施方式包括用于从油/水分离器进行乳液提取和处理的系统，其包括具有水出口、油出口和乳液出口的油/水分离器；可操作地连接至油/水分离器、乳液出口或乳液出口下游的部件的检测仪器；混合支管(mixingleg)，其中该混合支管连接至水出口和乳液出口；可操作地连接至用于水出口、乳液出口或两者的管道的至少一个控制阀；和连接至混合支管并具有油弃物出口和水分出物出口的分离装置。

仍另一实施方式包括从水下油/水分离器进行乳液提取和处理的方法，其包括检测水下分离器中乳液液面；检测离开水下分离器的乳液流的组成，或检测水下分离器下游的乳液流的组成；将乳液流输送至准备体积；产生准备的乳液流；使准备的乳液流与水流结合以产生稀释的乳液；通过向乳液流添加比较多或少的水流动态地调整稀释的乳液的稀释度，或反之依然，并且其中至少部分地基于水下分离器中乳液液面或乳液流的组成控制稀释度；以及将稀释的乳液分离为基本上包含水的水分出物流和基本上包含油的弃物流。

附图说明

通过参考下面的详细描述和所附附图更好地理解本技术的优点，其中：

图1是用于从油/水分离器进行乳液提取和处理的系统的实施方式的示意图。

图2是用于从油/水分离器进行乳液提取和处理的系统的另一实施方式的示意图。

图3是用于从油/水分离器进行乳液提取和处理的系统的另一实施方式的示意图。

图4是用于从油/水分离器进行乳液提取和处理的系统的另一实施方式的示意图。

图5是从油/水分离器进行乳液提取和处理的方法的方框图。

图6是从油/水分离器进行乳液提取和处理的方法的方框图。

具体实施方式

在下面的详细描述部分中，描述了本技术的具体实施方式。然而，就下面的描述特定于本技术的特定实施方式或特定用途而言，其旨在仅仅出于示例性的目的并简单地提供示例性实施方式的描述。因此，技术不限于本文描述的具体实施方式，而是包括落入所附权利要求的真实精神和范围内的所有替换、修改和等效物。

本公开内容包括执行乳液提取和处理的技术。本文中描述的技术可以特别适合用于水下处理应用，其中高可靠性、比较简单和/或紧凑的系统可以是特别期望的。使用本公开内容的技术，可以在各种环境中——如水下分离——适当地执行从乳液初步分离和处理烃类。公开的技术包括利用来自油/水分离器的分离的水辅助从同一分离器取出的乳液的扰动和分离。控制阀可以被用于控制一个或多个变量，如乳液的稀释比。当公开的技术包括使用比较高效率的水力旋流分离器进行分离时，公开的技术可以能够实现分离的较短的停留时间和/或降低油/水分离过程中的瓶颈。使用公开的技术可以降低对在分离器内发生的完全分离的依赖性，由此增加水下分离器系统的生产量。使用公开的技术可以特别适合用于水下使用，其中高可靠性和小数量的移动部件可能对效率是重要的。进一步地，使用公开的技术的水下分离可以在这些情况中，通过例如从输出的采出液流移除大体积的水和减轻对于较长距离回接应用的流动保证问题而起到促进器的作用。

在开始，为了便于参考，叙述在本申请中使用的某些术语以及它们如在上下文中所使用的含义。就本文中使用的术语未在本文限定而言，其应当被赋予本领域技术人员已经赋予该术语的最宽的限定，如在至少一篇印刷出版物或授权专利中所反映的。进一步地，本技术不受本文中所示术语的使用限制，因为所有等效物、近义词、新的发展和用作相同或相似目的的术语或技术被认为在本申请权利要求的范围内。

如本文中所使用，术语“乳液”指两种不混溶的液体的混合物，其中第一液体的微滴分散在其不溶解的第二液体中。颗粒或微滴可以是微米级或更小的。分散的液体被认为形成分散相，而另一液体被认为形成连续相。

如本文中所使用，术语“乳液稳定性”指当例如通过使乳液穿过多孔介质、老化乳液、加热乳液、或使乳液与具有不同的盐度或ph的流体或者与表面活性化学品接触而对乳液加应力时，乳液保持其内相为均匀分布的微滴。

如本文中所使用，术语“水力旋流分离器”指通过离心力实现不同密度和/或比重的材料的分离的旋风分离器。例如，“体积去油水力旋流分离器”指使用离心力分离高水包油浓度流并回收弃物流中大部分油含量的旋风分离器。“抛光(polishing)水力旋流分离器”指使用离心力从弃物流中的低水包油浓度流——如体积去油水力旋流分离器的分出物(水出口)——回收小量的油滴的旋风分离器。

如本文中所使用，术语“基本上的”或“基本上地”指足以提供预期效果或表达所述特性的材料或特性的相对量。但即使鉴于任何偏差将大部分而非全部表达所规定的，在一些情况中可允许的偏差的准确程度可取决于具体上下文。例如，如果规定一个数，术语“基本上的”或“基本上地”的使用意思是随后的数的±10％，除非另有说明。在没有采取数值测量的背景中，术语“基本上的”或“基本上地”的使用一般意思是相同或一致的，但允许或具有自限定性质、定义、组成等的起伏。例如，由于人的错误或方法精确性，可以在本文描述的测量的性质——诸如粘度、熔点、组成等——中非故意地并入一些小的可测量的或不可测量的起伏和/或变差。其它起伏和/或变差可以源于工业方法中的固有变差、环境偏差等。虽然包含这样的起伏，但是本领域技术人员将理解性质、定义、组成等以基本上具有所报道的性质、定义、组成等。

如本文中所使用，短语“反之亦然”意思是以与已经叙述的一些方式相反的顺序。

虽然出于简化解释的目的，图解的方法显示并描述了一系列方框，但是方法不受方框的顺序所限制，如一些方框可以以不同的顺序发生，和/或与显示和描述的其他方框同时发生。而且，可以需要少于所有图解的方框来执行示例性方法，并且某些方框可以组合或分为多个组成部分。此外，额外的和/或可选的方法可以采用额外的、没有图解的方框。虽然附图图解了各种连续发生的动作，但是各种动作在时间上可以同时、平行和/或在基本上不同的点处发生。

图1是用于从具有放置或安置在其上的检测器104如液面检测器的油/水分离器102如水下油/水分离器进行乳液提取和处理的系统100的实施方式的示意图。应当理解，在本公开内容的范围内，各种检测器和/或检测器安装位置是容易可获得的并且可以任选地选择。例如，在系统中分离器出口或进一步下游——如水出口管线106和乳液出口管线110之间的混合点(blendpoint)下游——可以适当地采用水包油(oiw)浓度监测器、原位含水率测量仪或其他装置。系统100包括水出口管线106，其用于将来自分离器102的基本上包含水或水流动的流输送至第一分离装置108，如水力旋流分离器。系统100包括乳液出口管线110，其用于将来自分离器102的乳液的流或乳液流输送至分离装置108。虽然被描绘为单数出口管线，但本领域技术人员将理解，可以可选地或额外地采用位于不同高度处的多个出口管线和/或喷嘴以隔离和提取乳液层。控制阀112被放置或安置在乳液出口管线110上，用于控制流动通过乳液出口管线110的乳液的量。可以控制控制阀112以维持分离器102中的乳液液面和/或水液面——如使用从检测器104接收的数据，或可以控制控制阀112以维持分离装置108的入口处的oiw浓度——如使用从oiw监测器接收的数据。在进入第一分离装置108之前，水出口管线106和液出口管线110在混合支管或准备体积114——其可以如图1中所示是简单的管道或管，或可以包括额外的部件和/或体积以促进混合——中结合。第一分离装置108具有两个输出，弃物流出口116——如用于输送基本上包含油的流，和分出物流出口118——如用于输送基本上包含水的分出物的流。系统100包括第二分离装置120，如抛光水力旋流分离器，其连接至分出物流出口118并具有两个输出，弃物流出口122——如用于输送基本上包含油的流，和分出物流出口124——如用于输送基本上包含水的分出物的流。泵126如注水泵被连接至分出物流出口124，用于排出经由分出物流出口124从第二分离装置120输出的流体。系统100包括油出口管线130，用于输送来自分离器102的基本上包含油或油流动的流。

在操作中，系统100可以确定和/或监测乳液参数，如分离器102中的乳液液面或离开分离器的乳液流动中的组成，如在混合支管或准备体积114处、在乳液出口处或沿乳液出口管线110。系统100可以使离开分离器的乳液流或流动通过控制阀112流动至第一分离装置108。在混合支管或准备体积114处，乳液流动可以与由水出口管线106运送的基本上包含水或水流动的流结合。取决于控制参数，如，分离器102中的乳液或水液面、乳液流动组成等，控制阀112可以通过添加比较多或比较少的水流动至乳液流动而动态地调节乳液的稀释度，如，至少部分基于从检测器104接收的数据。第一分离装置108可以将接收的流分为基本上包含水的分出物流和基本上包含油的弃物流。然后基本上包含水的分出物流被经由分出物流出口118输送至第二分离装置120，用于进一步处理，即，将分出物流分为基本上包含水的第二分出物流和基本上包含油的第二弃物流。第二分离装置120将第二分出物流输送至泵126，用于从系统100排出。

图2是用于从油/水分离器102进行乳液提取和处理的系统200的另一实施方式的示意图。图2的部件基本上与图1中对应的部件相同，除非另有说明。系统200包括射流泵202如液体/液体射流泵，其配置为接收来自乳液出口管线110的至少部分乳液流动和经由循环管线128来自泵126的至少部分排出物，并经由支管214将输出向下游输送至第一分离装置108。支管214可以是混合支管或准备体积。射流泵202可以提供用于第一分离装置108的有效运行的足够流动，例如通过利用有效量的水稀释乳液。射流泵202可以通过基于检测器104的读数(如，油/水乳液层厚度和/或位置)调节运动流体(如，循环管线128中的流动)、流速和/或射流泵的排出物的循环回路(如，经由返回管线204)而控制从分离器102取出的乳液的量。系统100包括在其上放置或安置控制阀112的返回管线204。本领域技术人员将理解，在一些实施方式中，第一分离装置108可以起到体积或第一级分离器的功能和第二分离装置120可以起到抛光分离器的功能。

在操作中，系统200可以确定和/或监测分离器102中乳液参数或离开分离器的乳液流动中的组成，如在混合支管或准备体积114处、在乳液出口处或沿乳液出口管线110。系统100可以使乳液流或流动流动离开分离器并通过射流泵202。泵126排出物与乳液流或流动结合以同时稀释在混合支管或准备体积114中接收的乳液中的组成并增加连接至射流泵202的第一分离装置108处的入口压力。循环或返回管线204可以接收射流泵202的至少部分排出物。对控制阀112的操作和/或动态控制可以至少部分基于一个或多个系统变量，如发送至第一分离装置108的流动的量、混合支管或准备体积114中乳液的稀释度、到达第二分离装置120的分出物中油的量和/或分离器102中乳液液面。第一分离装置108可以将接收的流分为基本上包含水的分出物流和基本上包含油的弃物流。在进入第二分离装置120之前，经由分出物流出口118离开第一分离装置108的水分出物流可以在混合支管或准备体积114处与由水出口管线106运送的水流或流动结合。第二分离装置120将输入乳液分为基本上包含水的第二分出物流和基本上包含油的第二弃物流。第二分离装置120将第二分出物流输送至泵126，用于从系统200排出。

图3是用于从油/水分离器102进行乳液提取和处理的系统300的另一实施方式的示意图。图3的部件基本上与图1中对应的部件相同，除非另有说明。系统300将控制阀112放置于水出口管线106上。在系统300中，乳液出口管线110运送油连续乳液至第一分离装置108，如体积去水水力旋流分离器。在混合支管或准备体积114处，来自第一分离装置108由分出物流出口118运送的分出物流与由水出口管线106运送的基本上水流或流动会合。来自混合支管或准备体积114的结合的流进入第二分离装置120，如体积去油水力旋流分离器。第二分离装置120具有两个输出，弃物流出口122——如用于输送基本上包含油的流，和分出物流出口124——如用于输送基本上包含水的分出物的流。离开第二分离装置120的分出物流出口124被供应至第三分离装置302，如抛光水力旋流分离器。第三分离装置302具有两个输出，弃物流出口304——如用于输送基本上包含油的流，和分出物流出口306——如用于输送基本上包含水的分出物的流。图3描绘了第三分离装置302在系统300的末端，但是本领域技术人员将理解(正如图1和2一样)，来自第三分离装置302的分出物流出口306可以任选地被供应至泵，如泵126。

在操作中，系统300可以确定和/或监测分离器102中乳液参数或离开分离器的乳液流动中的组成，如在混合支管或准备体积114处、在乳液出口处或沿乳液出口管线110。系统300可以使离开分离器的乳液流或流动经由乳液出口管线110流动或输送至第一分离装置108，其可以起到体积去水水力旋流分离器的功能。第一分离装置108可以将接收的流分为基本上包含水的分出物流和基本上包含油的弃物流。在混合支管或准备体积114处，经由分出物流出口118离开第一分离装置108的分出物流可以与由水出口管线106运送的水流或流动结合。如上面所规定的，系统300将控制阀112放置于水出口管线106上。取决于控制参数，如分离器102中乳液或水液面、乳液流动组成等，控制阀112可以，通过添加比较多或比较少的水流动至分出物流出口118中的流动来动态地调节经由分出物流出口118输送的流动的稀释度，如至少部分基于从检测器104接收的数据。将源自混合支管或准备体积114中分出物流出口118和水的结合的准备的流输送至第二分离装置120，用于进一步处理，即，将分出物流分为基本上包含水的第二分出物流和基本上包含油的第二弃物流。分离装置120将第二分出物流输送至第三分离装置302，在此处理第二分出物流以产生第三弃物流和第三水分出物流。

图4是用于从油/水分离器102进行乳液提取和处理的系统400的另一实施方式的示意图。图4的部件基本上与图3中对应的部件相同，除非另有说明。在系统400中，乳液出口管线110运送水连续乳液至第一分离装置108，如体积去油水力旋流分离器。本领域技术人员应当理解，图3和4的实施方式可以特别适合用于这样的乳液，其中它们的具体组成不需要稀释，如油连续和/或水连续乳液。

在操作中，系统400可以确定和/或监测分离器102中的乳液参数或离开分离器的乳液流动中的组成，如在混合支管或准备体积114处、在乳液出口处或沿乳液出口管线110。系统400可以使离开分离器的乳液流或流动经由乳液出口管线110流动或输送至第一分离装置108，其可以起到体积去油水力旋流分离器的功能。第一分离装置108可以将接收的流分为基本上包含水的分出物流和基本上包含油的弃物流。在混合支管或准备体积114处，经由分出物流出口118离开第一分离装置108的分出物流可以与由水出口管线106运送的水流或流动结合。如上所规定的，系统400将控制阀112放置于水出口管线106上。取决于控制参数，如分离器102中的乳液或水液面、乳液流动组成等，控制阀112可以通过添加比较多或比较少的水流动至分出物流出口118中的流动来动态地调节经由分出物流出口118输送的流动的稀释度，如至少部分基于从检测器104接收的数据。将源于混合支管或准备体积114中分出物流出口118和水的结合的准备的流输送至第二分离装置120，用于进一步处理，即，将分出物流分为基本上包含水的第二分出物流和基本上包含油的第二弃物流。

图5是从油/水分离器系统——如系统100、200、300和/或400中任一个——进行乳液提取和处理的方法500的方框图。方法500在方框502处开始：利用检测仪器如图1的检测器104检测分离器如图1的分离器102中的乳液液面，或离开分离器的乳液流动中的组成，如在图1的混合支管或准备体积114处。在方框504处，方法500可以使乳液流动流动离开分离器。在方框506处，方法500可以使乳液流与离开分离器的水流动结合以产生稀释的乳液。控制阀如图1的控制阀112可以用于通过向乳液流动添加比较多或少的水流动来动态地调节稀释的乳液的稀释度，或反之亦然。如上面所进一步解释的，可以至少部分基于来自检测仪器的数据控制控制阀。在方框508，可以通过利用水力旋流分离器如图1的第一分离装置108将稀释的乳液分为基本上包含水的分出物流和基本上包含油的弃物流来进行方法500。在一些实施方式中，方法500可以继续通过将分出物流输送至抛光水力旋流分离器，如图1的第二分离装置120，在此抛光水力旋流分离器可以将分出物流分为基本上包含水的第二分出物流和基本上包含油的第二弃物流。

图6是从油/水分离器系统——如系统100、200、300和/或400中任一个——进行乳液提取和处理的方法600的方框图。方法600在方框602处开始：利用检测仪器如图1的检测器104检测分离器如图1的分离器102中的乳液液面，或离开分离器的乳液流动中的组成，如在图1的混合支管或准备体积114处。在方框604处，方法600可以使乳液流动至准备体积以产生准备的乳液流动。在一些实施方式中，产生准备的乳液流动包括在混合支管或准备体积如图1的混合支管或准备体积114中使来自分离器的水流动与来自分离器的乳液流动结合。在仍其他实施方式中，产生准备的乳液流动包括使乳液流动通过液体/液体射流泵，如图2的射流泵202，并利用来自泵如图2的泵126的至少部分排出物稀释乳液。在仍其他实施方式中，产生准备的乳液流动包括使用体积去油水力旋流分离器如图3的第一分离装置将乳液分为第二弃物流和准备的乳液流动。在其他实施方式中，产生准备的乳液流动包括使用体积去水水力旋流分离器如图4的第一分离装置将乳液分为第二弃物流和准备的乳液流动。在方框606，方法600继续使准备的乳液流动与水流动结合以产生稀释的乳液。例如，方法600可以使用控制阀向乳液流动添加比较多或少的水流动来动态地调节稀释的乳液的稀释度，反之亦然。在这样的系统中，可以至少部分基于来自检测仪器的数据操作和/或控制控制阀。在方框608，方法600可以使用水力旋流分离器如图1的第一分离装置108将稀释的乳液分为基本上包含水的水分出物流和基本上包含油的弃物流。

虽然本技术可以易于各种修改和可选形式，但是本文中讨论的示例性实施方式仅通过举例的方式显示。然而，还应当理解，本文中公开的技术非旨在被限制于公开的具体实施方式。实际上，本技术包括落入所附权利要求的真正精神和范围内的所有替换、修改、组合、排列和等效物。