[发明专利]热相分离模拟器

说明书

技术领域

总体而言，本发明涉及油-水分离器的小规模模拟，如自由水分离、热处理槽以及脱盐设备，这些油-水分离器用在石油的生产或处理中。更具体地说，本发明涉及用来测试所谓热生产的方法。

背景技术

生产的烃流体，如原油和沥青，自然地包含各种不能混溶的污染物，如水、盐以及固体，这些污染物对于运输管线和加工设备具有不利影响。这些污染物的类型和量依据具体烃流体的不同而变化。另外，随液态烃流体产生的水，无论是天然的、添加的、或从加入到储罐中的蒸汽冷凝的，也都自然地包含各种不可混溶的污染物，如油、有机固体及无机固体，这些污染物对于水的生产性使用或排出具有不利影响。这些污染物的类型和量依据具体产生的水的不同而变化。天然或人造乳剂稳定剂，如沥青质、萘二甲酸盐、石油树脂、双湿（bi-wet）固体、钻井泥浆等，可以保持相互乳化的油和水相。

将这些相去乳化、分离以及净化是在进一步处理之前的必要步骤。这些过程涉及在各种时间长度内按流体密度进行各种搅拌和分层。各种稀释剂、洗涤流体、及/或化学试剂可以加入到任一相或两相中，以便加速过程或增进所处理的流体的质量。对于油相可以施加高压电场，以加速和改进脱水。对于水相可以施加辅助过滤，以加速和改进澄清。浓缩的乳化液可以从在分离器中在两相之间的分层的中间相或“破碎层”中取出，并被离心，以加速和改进分离。在全部这些过程中，一般添加热量，以升高流体的温度和减小流体的粘度。对于重质原油、油及沥青，常常将温度升高到水的或在稀释剂中的轻质端的沸点以上，该稀释剂加入到油中。这要求升高的压力，以将流体保持成液态。

可以添加用以加速和改进水和固体从烃相中的除去的化学试剂，一般称作反乳剂、破乳剂、正面破乳剂、脱水剂、去水剂、固体湿润剂、或脱雾剂（对于清洁燃料）。这些化学试剂可以加入到油中，或者加入到与油相接触的水中。可以添加用以加速和改进油和固体从水相中的除去的化学试剂，一般称作净水剂、反向反乳剂、反向破乳剂、脱油剂、絮凝剂、促凝剂、油凝结剂、或固体湿润剂。这些化学试剂可以加入到水中，或者在某些情况下加入到与水相接触的油中。可以用来溶解破碎乳化液的化学试剂常常叫做迟滞剂（sluggers）、废物处理剂（slope treaters）、界面澄清剂。用来防止固体沉积在表面上的化学试剂一般称作分散剂、沉积禁止剂、或防污剂。

典型地使用简单设备，如一组玻璃瓶或管、和称作“瓶测试”的过程，来选择和开发新化学试剂。在最简单的实施例中，将乳化液样本和化学试剂加入到瓶中，并且摇动。在大气压力下将温度限于90℃，以使水免于沸腾。作为时间的函数，通过观察在瓶的底部处收集的“自由”水的量和/或在瓶的顶部处收集的“自由”油的量、这些相的视在纯度-油的“亮度”和水的“透明度”-及在自由水与自由油之间乳化液的量、相连续性以及粒度，而监测油-水分离的速率。因为为了找出适当处理溶液，必须测试大量可能化学试剂和这些化学试剂的组合、和使用的新鲜乳化液样本的不稳定性质，需要对于多个样本同时进行瓶测试。

上述瓶测试方法已经证明是有用的，但不能适当地模拟在为处理重质原油和沥青所使用的更高温度和压力下发生的情况。已经表明，对于相分离使用的表面活性剂、以及对于生产的油和水天然的那些表面活性剂，在不同温度下表现不同。

蒸汽增强的油回收或沥青的蒸汽帮助的重力排放（SAGD）的过程模拟起来特别困难和重要。在SAGD过程中，将蒸汽在高至260℃的温度下注入到地下储罐中。蒸汽随着它凝结成高温水将油加热，并且将油或沥青带出储罐，作为在高至160℃的温度下在从100至300psig的压力下的乳化液。为了将水在160℃下保持成液态，需要至少75psig的压力。将油和水在高度紊乱的流动中在这个温度下混合几分钟至数小时，然后，在冷却到约130℃之后，在一系列容器（在这些容器中加入烃稀释剂）中分离，并除去水。在沿油/气田生产管线和在设备和容器之前的各个位置处，加入各种化学分离助剂。

使用搅拌压力容器的较成熟测试方法已经用来模拟分离过程的温度和压力，但标准金属容器不允许在流体分离时进行关键的肉眼观察。可以使用玻璃、热油护套的压力容器，但这些容器庞大，并且其获得、建立以及控制都很昂贵，不适合在油田环境中同时测试多种处理。