[0001] 本发明涉及一种用于对一种第一不混溶流体和一种第二不混溶流体进行分离的方法（特别是将水和油分离成水相和油相的方法）以及一种用于执行这种分离的洗涤分离器。

[0002] 一种常规的三相分离器如下所述而工作：通常将油分散系中的水馈送到分离器内。这种在油分散系中的水可以是一种从油井获得的井产流体。在油分散系中的水可另外地包含一种气体，所述气体主要地是从油相而脱气得到的。

[0003] 常规的三相分离器包括3个部段：第一部段、第二部段和第三部段；第一部段包含了在油分散系中的水（以及气体），第二部段中分离了水和油，且第三部段包含油。第一部段用于储存一定的馈送体积，且其作为流量均化器和入口部段而工作。在第二部段中，通过沉降而发生了分离。第三部段是一种用于油的储存部段，其也可作为流量均化器而工作。在第一、第二和第三部段的任一个中执行沉降。由于沉降步骤需要多达几小时来完成，则第一、第二和第三部段所需的体积是相当大的。这样一种常规的三相分离器可在分离器尺寸不受限制的条件下令人满意地运用和工作。

[0004] 然而，所述常规的三相分离器由于其很大的尺寸而具有若干限制，例如当在一种海底采油环境中使用其用于分离油分散系中的水时。对于这样的应用，分离器的尺寸必须有所减小，以便满足赋予于将要在高压下工作的用于进行分离的任何装备上的需求。 [0005] 由于沉降步骤涉及由重力进行的分离，则在沉降部段中分散系的保持时间很高。三小时及以上是保持时间的常见值。如果需要高的分离效率，则需要几个小时的保持时间以用于对存在于油相中的小的次生/次要（secondary）水滴进行分离。这可以例如是必须要分离出重油-水混合物的情况。

[0006] 这需要一种分离器，其可在海底条件下使用。一种用于这样的高压条件的分离器必须具有小的尺寸。

[0025] 图1示出了诸如井产流体这样的油的相图，其标示了在特定压力和温度条件下哪些相是稳定的。在图的水平或x轴线上，标示出了温度T。在竖直或y轴线上，标示出了压力压力p。

[0026] 由此，C标示了具有临界压力PC和临街温度TC的临界点。最大压力点经常称为临界凝结压力点100。临界凝结压力点不总是对应于临界点C。在临界点的左侧上延伸的曲线是液体饱和曲线101。曲线的其它部分，即，在临界点的右侧上延伸的曲线是蒸汽饱和曲线102。

[0027] 不同相的稳定性区域是如下的：液相的稳定性区域是由字母L标示出的并在图1中在液体饱和曲线101上方延伸的，液体饱和曲线101标示出了从液相到两相区V+L的转变，两相区中共存着油的液相和汽相。到致密相的转变温度代表了液相L的稳定性区的上边界，所述致密相是超临界流体区，超临界流体存在于临界点温度以上。 [0028] 在临界点的温度以上，仅存在着致密相（dense phase）。蒸汽相V存在于根据图1的区域中，该区域延伸至蒸汽饱和曲线的右面，这意味着从两相区的转变。区域V一直延伸到标示出与临界点对应的温度的线。

[0029] 因而在图1中，L+V指示出两相区，在两相区中同时存在着液体和蒸汽。 [0030] 一种根据图2的常规的三相分离器110如下而工作：在油分散系中的水被馈送入分离器。这样的在油分散系中的水可以是从油井获得井产流体。油分散系中的水可在这种情况下额外地包含一种气体，该气体主要地在油相中溶解。在油分散系中的这种水中的油相113因而是连续相，而水相114存在于槽箱112的第一部段115里的液滴中。 [0031] 根据此图2的常规的三相分离器包括3个部段：第一部段115、第二部段116和第三部段117；第一部段包含了在油分散系中的水（和气体），在第二部段中将分散系分离为两相，且第三部段包含油。第一部段115用于储存一定的馈送流125并且其作为流量均化器和入口部段而工作。在第二部段116中，通过沉降发生了分离。第三部段117是一种用于油的储存部段，其也可作为流量均化器而工作。在第一部段115、第二部段116和第三部段117的任一个中可执行沉降。由于沉降步骤需要多达几小时来完成，则第一部段115、第二部段116和第三部段117所需的体积是相当大的。这样一种常规的三相分离器可在分离器尺寸不受限制的条件下令人满意地运用和工作。第一部段115可通过一种穿孔板120而与第二部段分离。分散系移动跨越过穿孔板120。

[0032] 在分散系从第一部段到第二部段以及其后到第三部段的移动期间，在沉降步骤中通过重力执行了将分散系分离为两相。存在于油相中的水滴下降、并且存在于水相中的油滴上升到界面118。当各自相应的液滴到达界面时，它们与对应的连续相合并，因而油滴被油相113接收并与之合并、而水滴被水相114接收并与之合并。

[0033] 油相113横越过第二部段114并且经由溢流堰119被馈送到第三部段117内。最上部的油层被倾析（decant），这意味着其溢出堰119并在一种形成第三部段的盆中被收集。水相在第二部段的槽箱底部中积聚，并且作为残余物126而从槽箱排放出。 [0034] 第三部段117是一种用于油的储存部段，其也可以作为一种积聚器而工作，油可从该积聚器作为油排放物128而连续地被馈送进入一种随后的工艺处理单元。第三部段因而确保了油可用于随后的连续工艺处理步骤。

[0035] 任何气体从油相分离的分离、因而一种脱气步骤，主要发生在第二和第三部段中。气相从槽箱112顶部由一种气体排放流127排出。

[0036] 油相从第二部段到第三部段的渐进运动是由虚线上的箭头130示出的。当缓慢移动通过第二部段时，包含于油中的水滴由于重力而下降，使得：当达到堰119时，油分散系中的水的最上层被耗尽了水，从而如图2所示限定了第二部段116在堰119右侧上的边界。 [0037] 如果油中的水的液滴尺寸非常小、和/或油与水之间的密度差很小，则沉降操作很可能耗费若干小时。对于这样的常规三相分离器而言，24小时的沉降时间并不罕见。斯托克斯定律解释了液滴尺寸与液滴沉淀速度之间的关系，这将会更详细地加以解释。从斯托克斯定律，其得出了：小液滴导致了沉淀速度的充分降低，因而增加了所需的沉降或保持时间。

[0038] 对于许多应用，诸如尺寸过于庞大的石油平台，一种必须被设计用于这样一种长沉降（或保持）时间的分离器因此具有极大的尺寸。

[0039] 根据图3、图4、图5的本发明的洗涤分离器与根据图2的常规三相分离器相比，需要仅数分钟的保持时间。由于这些短的保持时间，则洗涤分离器的尺寸显著降低是有可能的。根据图2的常规三相分离器所需的第一部段在图3至5的任一个中能够被完全省去。 [0040] 洗涤分离器1包括一种容器2，该容器2包含一种第一流体3和一种第二流体4，由此第二流体4具有与第一流体3不同的密度。第一流体3不可与第二流体4混溶，并且第一和第二流体彼此通过界面5而分离。提供了一种馈送流15，馈送流15包括第一流体3和第二流体4构成的一种分散系。第二流体4因而在馈送中形成了一种呈液滴形式的分散相，其分配到形成一种连续相的第一流体3内。馈送流15可连续地穿过分配元件6进入洗涤分离器1。借助于设置在容器2中的分配元件6，馈送流15被分配到第二流体4内。应注意的是，在分散系已经过分配元件之后，各相被相对于已知的分离器反转。容器中的第二流体4现在主要是连续相，包含第一流体3的液滴被分配进入其中。第一流体3的这些液滴可再包含第二流体4的小液滴。

[0041] 因而，第一流体3总是具有较低密度的流体，不管相的组分如何，第二流体是具有较高密度的流体。特别地，第一流体可以是油且第二流体可以是水。在此特定情况下，馈送流15是油分散系中的水。因而，附图标记3指的是油相，且附图标记4指的是水相。因而水可以是分别在图3、4和5中的馈送流24、61、31中制造的水。水也可以是新鲜水16（例如海水）、或循环水/再生水（诸如线路17中的水）。

[0042] 利用这样的反相变换（phase inversion）允许了通过完全不同的分离机制、通过聚结而引发分离。这是为何馈送流15在已从所述分配元件6排放出之后在容器中的第二流体中具有至多15分钟的保持时间的主要原因。由于这个发明可以利用聚结，则在容器2中的第二流体4中的保持时间至多10分钟，优选为至多5分钟。

[0043] 一种能实现这样的聚结的洗涤分离器的设计导致了：与基于沉降的常规重力分离器相比，前者引起了对于分离的一种未预期的显著改进。

[0044] 假定下列机制有助于此未预期的结果，其将会被解释用于油/水的系统。然而，本发明决不限于油/水系统，其可被扩展至包括一种第一流体和一种第二流体的任何分散系。存在于水相中的油滴形成了在水分散系中的油，或可替代地，在水分散系中的油中的水（也称作一种多分散系），它们在洗涤分离器中受到两种不同的机制，表述为情况a）或情况b）。

[0045] 如果油滴包含水滴，则根据情况a）水滴要么在油滴中聚结，或者根据情况b）水滴迁移到将油滴与容器中的连续水相分离开的界面、并与包围着油滴的连续水相相聚结。 [0046] 在情况a）下，由于含水区中的油滴运动所引发的油滴里面的二次流场，油滴里面的水滴移动。当它们在油滴里面运动期间，它们遇到其它水滴。当与另一水滴相接触时，两个小水滴趋于合并为一种单个的、较大水滴。

[0047] 在情况b）下，在油滴里面移动的水滴具有朝着油滴与包围着油滴的连续水相这二者之间界面进行运动的趋势。当这样的水滴达到界面时，其与包围着油滴的连续水相合并。结果是，在油滴中的水滴数目降低。因此，油滴被耗尽了水滴。

[0048] 已经以实验的方式被示出：情况b）看起来比情况a）在油滴在水相内进行上升运动期间更为经常地发生。

[0049] 在这两种情况下，油滴里的小水滴要么尺寸增加和/或它们数目减少。因此，两种情况都有助于改进油和水的分离。

[0050] 油和水的分离发生在洗涤分离器中的油相和水的界面5处。如果根据情况a)油滴到达界面5，则油滴与油相3合并形成界面的上部以及界面上方的流体层。油滴里的水滴由于其尺寸而很可能迁移返回入界面的下部，即进入界面5下方的水相。

[0051] 这种迁移返回到水相也应当根据斯托克斯定律发生，一种模型用于描述通过重力进行的分离。

[0052] 斯托克斯定律涉及到液滴沉淀的速度，即在申请人的本案中涉及到情况a）的水滴沿界面的下部方向而向下移动。

[0053] 根据斯托克斯定律，液滴沉淀的速度是与液滴直径的平方成比例的。因此，液滴尺寸的增加对液滴沉淀的速度具有很大影响。

[0054] 因此，很有可能的是，根据情况a）一种大型水滴将会迁移进入由水相所形成的界面的下部的方向；并且不太可能的是，水滴将会被油滴夹带进入油相。从而，但情况a）发生时，于是改善了水和油分散系的分离。

[0055] 在情况b）中，当油滴迁移穿过水相时、由于油滴里的水滴的数目连续地降低，则已导致了分离的改进。

[0056] 因此，结论应当是：如果情况a）或情况b）中任一种发生，这改善了分离，由此这两种情况都利用了液滴的聚结。

[0057] 而且，在油滴中多分散系的存在具有另外的优点，即介于油滴内的小水滴之间的距离远小于常规三相分离器的油层中的水滴的距离。因此，这些水滴根据情况a）更为迅速地聚结或根据情况b）更为迅速地达到油／水界面。

[0058] 因此，与基于沉降的常规重力分离器相比，能实现这样一种聚结的一种洗涤分离器的设计导致了对分离的未预期的显著改善。

[0059] 根据图3的洗涤分离器具有一种第一部段8和一种第二部段9，在第一部段中完成了第一流体3与第二流体4的分离。第一流体能够被脱气，因而任何存在于第一部段8或第二部段9中的气相被排尽。从第二部段，第一流体作为产物流20而被排放。第一流体经过一种堰25从第一部段进入第二部段。存在于第一流体中的任何气相上升到容器顶部，并且作为气体流18而被排放。

[0060] 有利地，能够预见到一种供应元件10用于将第二流体的一种补偿流16添加到馈送流。作为其的替代或补充，一种线路17从离开容器2底部7的第二流体4的流22劈分开，在馈送流15进入分配元件6之前该线路17可被添加到馈送流15。出乎预料的是，分离所需的容器2的体积不必增加，这是在如果下列情况下发生：馈送流中的第二流体的部分在分配元件内高达90％体积百分比、优选地高达60％体积百分比，特别优选地高达45％体积百分比，因而在从分配元件6的排放之前，由此高达60％体积百分比的第二流体源自线路17和/或补偿流16。

[0061] 通过添加这样的大量第二流体到馈送流15，通常将会假定容器2中的保持时间会有所减少，这将会消极地影响到分离效率。可替代地，通常将会假定，如果要获得相同分离效率，则必须增加容器的体积。令人惊讶的是，已证明了：将第二流体4添加到馈送流15不仅不引起任何这些预期效果。甚至在不增加洗涤分离器的容器的体积的情况下，也获得较为高效的分离，即便在此情况下保持时间有所缩短也是如此。因而，与根据图2的分离器相比有可能显著地减小洗涤分离器的尺寸，特别是在第二流体被添加到馈送流15时如此。已发现：不发生由于沉降引起的洗涤分离器1中的分离，但洗涤分离器中的分离主要基于聚结。这暗示了：分离不受斯托克斯定律和液滴的沉降速度或容器体积中的保持时间限制，但是受限于聚结时间，该聚结时间与沉降时间相比特别是对于许多原油系统而言是非常短的。在要么如前所述的情况a）或情况b）下第一流体的液滴里的第二流体的液滴的聚结是造成有所增强的分离效率以及短保持时间的原因。添加第二流体、特别是添加水到原油馈送，减少了存在于馈送流15中的环烷酸以及表面活性剂的浓度，这显著的促进了聚结。由于减少了环烷酸盐的形成，则防止了界面5的阻塞。

[0062] 在补偿流16和/或线路17中的所添加的第二流体的量通常在原油油田的寿命期间降低，因为馈送流24、31、61中的第二流体的量增加、但不通过补偿流16和/或线路17添加第二流体。馈送流15中的第二流体的部分在分配元件内高达90％体积百分比，优选地高达60％体积百分比，特别优选地高达45％体积百分比，由此高达60％体积百分比的第二流体源自线路17和/或补偿流16。

[0063] 补偿流16和/或线路17能够在离开分配元件6之前与馈送流24、31、61混合。一种混合元件12，特别是一种静态混合器，能够被布置在分配元件6上游用于此目的。 [0064] 离开分配元件的馈送流中的第二流体中的第一流体的液滴的滴尺寸是通过分配元件的一个或多个出口开口而确定的。这样一种分配元件可包括一种喷嘴用于产生平均尺寸/粒度少于10mm的液滴。可替代地，分配元件包括多个出口开口用于形成若干毫米范围内的液滴，优选地具有1至25mm的平均液滴尺寸/粒度，特别优选地为1至15mm。 [0065] 源于改进的分离，则介于容器2的分配元件7的出口开口23与界面5之间的距离为至多10米，优选地为至多5米，特别优选地为至多3米。

[0066] 图4示出了根据本发明的第二实施例的洗涤分离器1、其具有如图3所示的类型构造的容器2。关于此洗涤分离器1的特征，参看图3的描述。在图4中，一种第二洗涤分离器60示出为处于洗涤分离器1上游。在此特定实施例中，仅图解性地示出了利用“低气－液低BSW含气原油（live crude）” 作为来自第二洗涤分离器60的馈送流15来操作所述洗涤分离器1。

[0067] 术语“低气－液低BSW含气原油”代表着一种原油，诸如从油井生产的、或从储存库流出的，其也称为术语原油或生产原油。这样的原油特征在于RVP或Reid蒸汽压力以确保原油是稳定的、并用以避免运输和储存期间的任何脱气。此外，原油的特征在于BSW（基本沉淀物和水）值，其是水和沉淀（因而固相）的体积百分比。这个BSW值通常应当为至多0.5％体积百分比以满足原油的出口品质标准。另外一种特征值是盐度，其必须少于100mg/l等价于氯化钠，特别是对于原油而言少于60mg/l，以适合于在随后的精炼步骤中进一步处理。

[0068] 在大气条件下操作第二洗涤分离器60。除了在此第二洗涤分离器中的分离，可执行一种脱气，其具有与图3的洗涤分离器相同的特征、并且与如图3所披露的第一实施例相关地所描述的那样而进行操作。去往第二洗涤分离器的馈送流61是第一和第二流体的分散系，特别是一种包含水的原油，要么是“两相含气原油”和水、或者“液体含气原油和水”、或者一种经脱气的“低气－液低BSW含气原油”和水的混合物。“含气原油”由此是一种包含大量溶解的气相的原油，即，通常存在于压力下。“两相”涉及到图1或图6的相图的区域，其中一种液体和一种蒸汽相共存，L+V区。术语“液体含气原油”涉及到在相图的L区中的一种分散系。术语“经脱气的‘低气－液低BSW含气原油’”可以要么指的是图4或图5的馈送流15、或者图3的馈送流15、或者根据图6的馈送流15。

[0069] 这个洗涤分离器1利用在大气压力范围中的压力p和在40至45℃范围中的温度T而针对上述类型的馈送流15进行操作。馈送流15“低气－液低BSW含气原油”由“预脱气的原油”或“来自于在较高压力下工作的第二分离器60的低气－液比率含气原油”组成。源自于在洗涤分离器1中执行的分离过程中的产物在此情况下是稳定的油的产物流20。这样一种稳定的油符合RVP、BSW和盐度方面的销售规格。从洗涤分离器1、或（如果多于一个洗涤分离器被串联地布置时）最后的洗涤分离器排出到第二洗涤分离器60的产物是符合前述的储存和运输规格的稳定原油。

[0070] 另外，馈送流61能包括一种固相19。固相经过混合元件12并与馈送流15一起进入容器。固相19可以通过布置在界面5下方的一种固体保持元件11而得以分离。 [0071] 在用于对分散系进行处理（特别是用于处理原油）的设备中的洗涤分离器1的第三种可能布置在图5中示出。

[0072] 在图5中，预见到一种脱气器30用于在洗涤分离器1上游执行脱气。洗涤分离器在压力下工作并且具有与图3中相同的构造。

[0073] 另外，根据图3、图4或图5的实施例中的任一个在界面5与分配元件6的出口开口23之间设置一种元件14用于促进聚结。可替代地，分配元件可包括多个出口开口23。这样的用于促进聚结的元件14可例如被配置为一种结构化的包装，一种织造的或非织造的结构或一种穿孔板。

[0074] 一种混合元件22也可布置在从洗涤分离器1的容器2排放的第一流体20的流中，所述第一流体的流可以仍包含一部分第二流体。混合元件22提供了第一流体20的流的分散系和均化，其仍包含一部分第二流体并且避免了第二流体的凝聚的产生。如果第二流体是浆体，则很可能形成这样的凝聚。此外，由于仍包含一部分第二流体的第一流体20的流的分散和均化，则可以减少第二流体中存在的氢氧化物的形成。

[0075] 图6示出了根据本发明任一实施例的洗涤分离器的可能工作的范围。交叉阴影线区103、105、106包括水平阴影线区107，所述交叉阴影线区指示出了洗涤分离器的可能工作点。与其相比，一种常规的洗涤槽箱仅可以在非常狭窄的水平阴影线区107中工作。例如在US2947380或WO2005/100512中披露了一种常规的洗涤槽箱。根据本发明的洗涤分离器的这个大的可能工作区是另一种令人惊讶的效果，因为根据现有技术的洗涤槽箱仅可以在相图的水平阴影线区107中工作。关于本发明的如上所述的基于聚结的分离机制可令人惊讶地适用于液体/液体分散系以及气体/液体分散系，其恰巧落入图1或图6的L+V区103内。

[0076] 一种用于根据任一先前实施例的将要在洗涤分离器1中执行的对第一和第二不混溶流体进行分离的方法，包括以下步骤：将包括第一和第二流体的馈送流15馈送入容器2；和将馈送流15通过一种分配元件6分配到第二流体4内。该方法可另外包括以下步骤：
在馈送流15离开分配元件6之前将第二流体4添加到馈送流24、31、61。

[0077] 洗涤分离器可在少于临界点压力的压力下、或在环境压力下、或甚至在低于环境压力的压力时工作。洗涤分离器也可在这样的压力下工作：该压力至少处于环境压力、并且至多处于比临界点压力更低的压力。馈送流包括一种液体/液体分散系或者可替代地，一种气体－液体分散系。

[0078] 根据任一先前实施例的洗涤分离器的最优选用法之一是在海底设备中进行的原油和水的分离。