[发明专利]多相分离器的分析和优化过程，特别是关于不混溶液体分散体的模拟重力分离

说明书

本发明涉及用于针对两相(液‑液)或三相(气‑液‑液)系统评估重力分离处理系统的性能、对所述重力分离处理系统进行过程控制、优化和设计的系统和方法，所述重力分离处理系统用于分离不混溶液体分散体(例如，油包水、水包油混合物)和乳液。根据一个方面，使用计算流体动力学(CFD)软件来对此类系统进行设计、模拟和控制，所述计算流体动力学软件被配置用于基于真实几何结构和多维流场并且针对液滴尺寸的分布来确定分离器的分离效率，并且考虑到乳液浓度对所述水包油或油包水分散体的流变性的影响。所述CFD模拟的结果可用于调整所述分离器的输入参数以最大化所述分离器的分离效率，使得所述分离器输出包含最少量的不混溶液体分散体的液体流。

技术领域

本发明涉及用于分离不混溶液体分散体的系统和过程。更具体地，本发明涉及用于油包水或水包油分散体和乳液的重力分离的重力分离器过程系统的设计、监测和/或控制。

背景技术

原油及其馏分用作用于生产有价值化学品的原料。油田中的原油通常与水形成乳液。

乳液是正常不混溶的两种或更多种液体的混合物，其中一个相不连续地分散在另一个(“连续”)相中。存在若干种类型的油/水乳液，包括油包水(w/o)乳液[水是分散相，油是连续相]和水包油(o/w)乳液[油是分散相，水是连续相]，以及更复杂的乳液，诸如水包油包水(w/o/w)乳液和油包水包油(o/w/o)乳液。通常，在油田中产生的乳液是w/o乳液。

烃类气体和液体以及水的分离通常在垂直或水平重力分离器中进行，在所述分离器中两个相或三个相进入分离器并分离成烃类气体、烃类或较轻密度的液体和水或较重密度的液相的单独流。离开分离器的液体流的质量受分离器效率的影响。由于低于理想效率或完全分离，一些重液相用较轻液相进行(油包水)并且一些较轻相用重相进行(水包油)。在从生产井到分离器的运输过程中，流体混合并分散到彼此中，从而在从储层起的管线运输期间形成难以分离的复杂分散体或乳液。气相在液体中形成气泡，并且使液相、烃相(较轻液相)和水相(较重液相)混合，从而在另一个相中形成一个相的液滴的乳液或分散体。

虽然大多数气体非常容易分离，但乳液通常是“紧密”或稳定且难以分离的。重力分离器根据以下工作原理进行操作：向相对安静的水平流或垂直流中的不混溶相提供足够的沉降时间。乳液进入分离器并且基于分离容器的容量提供的时间量，这些相分离到不同程度，其中可以在出水流中找到油并且在出油流中找到水。油滴上升到油-水界面并且水滴沉降到所述界面。在相之间形成的乳液层延迟分离。油的不均匀性和水中的杂质使油和水的分散变得复杂。添加破乳剂以改进油-水分离，并且瓶测试、间歇重力分离定性地用于评估破乳剂有效性以加速油-水分离。

用于重力分离器的设计和定尺寸及控制的现有系统和方法使用基于分离器中的流体保留时间的技术。这些经典的设计指南导致成本高昂的尺寸过大的设计，或者对乳液稳定性的变换没有响应，或者尺寸过小且缺乏必要的效率。例如，保留时间设计标准没有考虑到入口条件、乳液稳定性、液滴尺寸分布、内部构件或水界面水平。作为另一个实例，基于单个液滴的传输或待分离相的平均保留时间的分离器的设计通常没有考虑到分离器中的多维流场并且容易使分离器体积过大。

需要一种用于设计和控制多相分离器的系统和方法，所述系统和方法允许基于真实几何结构和多维流场确定分离效率以及在乳液浓度对水包油或油包水分散体流变性的影响下的液滴尺寸分布，由此使得具有分离器的设施的设计者、工程师和操作者能够确定分离器中的相分布、实际停留时间或保留时间并针对主要操作条件优化分离器。

发明内容

本发明涉及一种计算机实现的方法，其用于评估用于分离多液体和多相不混溶液体分散体的重力分离器系统的性能，以便监测此类系统并控制此类系统。