다상 스트림을 처리하기 위한 시스템 및 방법

다상 스트림을 처리하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD TO TREAT A MULTIPHASE STREAM}

관련 출원 참조

본 출원은 그 전문이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 발명의 명칭이 다상 스트림을 처리하기 위한 방법 및 시스템인 2012년 3월 29일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/617,331호의 우선권 이득을 주장한다.

발명의 분야

본 발명은 일반적으로 유체 분리의 분야에 관한 것이며, 특히, 탄화수소 생성 활동들과 연계한 다상 유체 스트림의 처리에 관한 것이다.

본 장은 본 발명의 예시적 실시예들과 연계된 다양한 기술 양태들을 소개하기 위한 것이다. 본 설명은 본 발명의 특정 양태들의 더 양호한 이해를 촉진하기 위한 근간을 제공하는 것을 돕는 것으로 믿어진다. 따라서, 본 장은 이러한 견지에서 읽어야하며, 반드시 종래 기술인 것은 아니다.

에너지 산업은 심층수 탄화수소 생산 기회들을 취득하는 데 점점 더 많은 관심을 가져오고 있다. 이들 기회들로부터 회수되는 오일의 양을 잠재적으로 향상시키기 위한 일 접근법은 탄화수소, 물, 가스 및 해저 유정들로부터 생성된 기타 물질들의 스트림들을 처리하기 위해 해저 분리 시스템들을 사용하는 것이다. 해저 분리는 오일 및 가스 생산에 현저한 이득들을 제공하며, 이러한 이득들은 (1) 유동 보증 고려점들의 감소, (2) 배관 또는 라인 크기의 감소, (3) 상부측 설비들의 감소 및 (4) 라인들 내에서의 다상 유동으로부터 초래되는 에너지 손실의 감소를 포함한다. 해저 처리 스키드(skid)들이 개발되고 점점 더 많은 수의 분야들에 적용됨에 따라 이들 이득들 중 다수는 현재 오일 및 가스 산업에 의해 실현되고 있다.

해저 분리는 얕은 물들(< 1500m)에서는 흔하지 않지만, 심층수에서는 더 큰 과제가 된다. 수심이 증가함에 따라, 수압두(hydrostatic head)에 의해 생성된 용기 상의 외부 압력은 용기들을 위한 요구 벽 두께를 증가시킨다. 1500 m보다 큰 깊이들에서, 수압을 견디기 위해 필요한 용기 벽 두께는 비실용적인 정도가 되며, 그 이유는 벽 두께 및 중량 때문에 직경의 측면에서 허용가능한 용기 크기가 제한되기 때문이다. 결과적으로, 통상적으로 전형적인 큰 직경의 분리기들이 사용될 수 없기 때문에 심층수 해저 분리는 문제가 된다.

본 기술 분야의 숙련자들이 알고 있는 바와 같이, 오일 및 가스 유정들로부터 생성되는 유체 스트림들은 일반적으로 오일, 물, 가스들, 모래들 및 기타 물질들의 다상 혼합물들을 포함한다. 통상적으로, 물로부터의 오일의 분리는 오일 및 물이 분리될 수 있게 하기에 충분히 긴 보유 기간들을 제공하는 대형 용기(즉, 중력 분리기)를 필요로 한다. 그러나, 상술한 크기 및 중량 제약들에 기인하여, 이는 다수의 근해 및 해저 용례들에 대해 실용적이지 못하다.

따라서, 오일 생산 설비 및 연계된 분리 장비에 대한 경제적 관점으로부터 중량 및 점유면적에 관하여 크기를 감소시키는 것이 유익하다. 그러나, 소형 오일/물 분리 장치들의 가용성은 제한된다. 중력 분리기들에 추가로, 두 가지 다른 유형의 심층수 분리 장치들이 일반적으로 사용된다: 정전 콜레서(electrostatic coalescer)들 및 사이클론형 분리기들. 통상적 지식을 가진 자들이 알 수 있는 바와 같이, 융합은 연속적 위상으로 분포되어 있는 유체의 평균 액적 크기를 증가시킨다. 스톡스(Stokes) 법칙에 따르면, 증가된 액적 크기는 침강 속도를 증가시키며, 이는 순차적으로 하류 중력 분리기에서 액체들의 더 신속한 분리를 가능하게 한다.

유합을 향상시키기 위해 중력 분리기의 상류에 배치되는 정전 콜레서들의 다수의 형태들이 존재한다. 일 정전 콜레서는 원유-내부-물 다상 스트림들의 액적 융합을 유도하기 위해 전기장을 생성한다. 전기장은 스트림 내의 물에 작용하여 액적들이 정렬되게 한다. 그 분극 특성에 기인하여, 액적들은 견인되고, 궁극적으로 충돌하여 융합을 초래한다. 일부 소형 정전 콜레서들은 단지 융합만을 위해 설계되고, 액체 상들의 분리는 하류 분리기들에 의존한다.

정전 콜레서들과 유사하게, 사이클론형 콜레서들도 중력 분리기의 상류에 배치되어 융합, 그리고, 이에 따라, 분리를 향상시킨다. 정전 콜레서들과는 달리, 사이클론형 콜레서들은 유체 스트림의 유동 경로를 기계적으로 조작하여 분리를 유도한다. 동작시, 사이클론형 분리기들은 다상 스트림을 소용돌이치게 하여 고밀도 상 액적들에 원심 가속을 유도한다. 고밀도 유체가 사이클론형 분리기들의 벽으로 추진됨에 따라, 고밀도 유체의 액적들은 융합한다. 분리 대상 두 상들 사이의 밀도차에 따라서, 종래의 사이클론형 콜레서 디자인은 종종 원하는 융합을 위해 높은 값의 원심 가속을 필요로 한다. 그러나, 높은 원심 가속은 고밀도 상 및/또는 경량 상 액적들이 스트림의 난류 영향들에 기인하여 파괴되기 시작하게 한다. 이 때문에, 실험실 환경의 외부에서의 실용적 규모들의 사이클론형 콜레서들의 적용은 과제가 되어오고 있다.

과제가 되고 있는 심층수 해저 분리의 장점들은 잘 알려져 있다. 공지된 기술들은 이들 과제들을 충족시키지 못한다. 기존 기술들은 에멀션(emulsion)들이 거의 없는 오일/물 스트림들 또는 워터컷이 낮거나 높고 따라서 혼합물의 전도 범위를 벗어난 경우의 분리를 가능하게 할 수 있다. 그러나, 다수 분야들에서는 전도 범위 부근의 워터컷들에서 더 높은 정도로 안정화하는 에멀션 경향들을 갖는 오일/물 혼합물들이 발생한다. 심층수 해저 분리의 제한된 분리 시간과 소형화 기술의 기존 한계들에 기인하여, 전도 범위 외부에서 일반적으로 달성되는 바와 같이, 전도 범위 동안 생산율들을 현저히 감소시키거나 해저 분리 시스템으로부터의 더 낮은 양의 오일/물 분리를 수용하지 않고 상술한 분야들의 전체 생산 수명 전반에 걸쳐 오일/물 분리를 달성하는 것이 과제가 된다. 따라서, 본 분야에는 개선이 필요하다.

본 발명은 다상 스트림을 처리하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 다상 스트림 내의 경량 상 액체로부터 고밀도 상 액체의 분리를 향상시키기 위한 사이클론형 콜레서이며, 이 콜레서는 관형 하우징과, 하우징의 축방향으로 연장하는 복수의 동축 유동 챔버들과, 복수의 동축 유동 챔버들 각각과 연계된 스월링 요소를 포함하며, 스월링 요소는 연계된 유동 챔버를 통해 유동하는 스트림의 접선 속도를 부여하도록 구성 및 배열된다.

상술한 바는 후속하는 상세한 설명이 더 양호하게 이해될 수 있도록 본 발명의 일 실시예의 특징들을 폭넓게 개요설명한 것이다. 또한, 추가적 특징들 및 실시예들이 본 명세서에 설명되어 있다.

본 발명 및 그 장점들은 첨부 도면과 후속되는 상세한 설명을 참조로 더 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론형 콜레서의 부분 단면 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 사이클론형 콜레서의 다른 부분 단면 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 스트림을 처리하는 기본 단계들을 도시하는 흐름도.
도면들은 본 발명의 다수 실시예들 중 단지 예들이며, 이들은 본 발명의 범주에 대한 어떠한 제한들도 의도하지 않는다는 것을 주의하여야 한다. 또한, 도면들은 일반적으로 실척대로 그려져 있지 않으며, 본 발명의 특정 실시예들의 다수의 양태들을 예시하는 명료성 및 편의성의 목적을 위해 그려져 있다.

본 발명의 원리들의 이해를 촉진하기 위한 목적으로, 이제, 도면들에 예시된 실시예들을 참조하며, 이를 설명하기 위해 특정 언어가 사용될 것이다. 그럼에도불구하고, 이에 의해 본 발명의 범주에 대한 어떠한 제한도 의도하지 않는다. 설명된 실시예들의 임의의 대안들 및 다른 변형들과 본 명세서에 설명된 바와 같은 본 발명의 원리들에 대한 임의의 다른 응용들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자가 일반적으로 안출할 수 있는 것으로 고려된다. 본 발명의 일 실시예가 매우 상세히 도시되어 있지만, 관련 기술 분야의 숙련자들은 본 발명에 관련되지 않는 일부 특징들이 명료성을 위해 도시되어 있지 않을 수 있다는 것을 명백히 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리 시스템의 개략도이다. 도 1에 도시된 구성요소들의 대부분은 공지된 것이며 이런 시스템들에서 일반적인 것이다. 이하의 설명은 적절한 내용을 제공한다. 본 기술 분야의 통상적 지식을 가진 자들이 인지할 수 있는 바와 같이, 시스템 구성요소들의 대부분은 필요한 벽 두께들 및 시스템 크기가 감소되지만 여전히 심층수 작업들에 적합하도록 파이프 코드에 기초하여 설계될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 가스/모래/오일/물의 다상 스트림(100)이 제공되며, 이는 입구 가스/액체 분리기(101)에 의해 가스와 모래/오일/물 스트림들로 분리된다. 일 실시예에서, 입구 분리기(101)는 유체 모멘텀-감소 장치를 포함하며, 이 유체 모멘텀-감소 장치는 분리가 이루어질 수 있도록 입구 스트림(100)의 속도를 낮추도록 작용한다. 입구 분리기(101)는 대량의 다상 스트림(100)에 동반되어 있는 액체의 액체 상으로부터 가스 상의 대량 분리를 위해 다중 병렬 배관들을 사용한다. 일부 실시예들에서, 입구 분리기(101)는 사이클론형 또는 전형적 중력 분리 시스템일 수 있다. 입구 분리기(101)는 슬러그 완속화(slug dampening)를 위한 체적을 포함할 수 있고, 이는 하류 구성요소들의 분리 효율을 증가시킨다.

일부 용례들에서, 입구 분리기(101)로부터 분리된 가스 스트림은 가스와 동반되는 임의의 잉여 액체를 제거하기 위해 마무리작업을 필요로 한다. 도 1에 도시된 시스템에서, 분리기(101)로부터의 가스 상은 도관(102)을 통해 유동하고 사이클론형 가스 폴리싱 장치(103)에 의해 추가로 처리된다. 일 실시예에서, 사이클론형 가스 폴리싱 장치(103)는 외부 벽을 향해 고밀도 상을 전송하는 유체의 회전을 생성함으로써 가스 스트림으로부터 액체를 분리시킨다. 가스 폴리싱 장치(103)에 의해 추출된 액체는 도관(104)을 통해 대량 분리기(101)로부터의 액체 스트림과 재조합된다(그러나, 후술된 모래 제거 처리 이후에). 이 프로세스는 이덕터(eductor) 또는 펌프(105)의 사용에 의해 보조될 수 있다.

입구 분리기(101)로부터의 분리된 액체 스트림은 도관(106)을 통해 사이클론형 모래제거 장치(107)로 유동하며, 사이클론형 모래제거 장치는 스트림 내의 모래 함유물의 대부분을 제거하고 이를 모래 축적기(108)로 전달한다. 일부 실시예들에서, 모래제거 장치(107)는 단일 대형 사이클론으로 구성되는 사이클론형 모래제거기이다. 다른 실시예들에서, 다수의 작은 사이클론들이 사용된다. 사이클론들이 바람직하지 못한 용례들에서, 중력 모래제거기가 사용될 수 있다.

모래 축적기(108)는 모래제거기(107)와 동일한 용기 내에 포함될 수 있거나 도 1에 도시된 바와 같은 별개의 용기 내에 있을 수 있는 모래 수집 시스템이다. 일 실시예에서, 모래 축적기(108)는 모래가 그후 축적기(108)로부터 제거될 수 있도록 물 퍼지 스트림(water purge stream) 같은 수집된 모래를 유동화하기 위한 메커니즘을 갖는다. 본 기술 분야의 숙련자들이 알 수 있는 바와 같이, 모래 축적기(108)는 시기설정된 간격들로 동일 높이가 되거나, 장치 상류의 모래 검출기 또는 축적기 내의 레벨 프로파일러에 의해 결정된 바와 같은 특정 모래 높이 설정 지점들에서 동일 높이로 될 수 있다. 도시된 시스템에서, 축적기(108)는 도면부호 110을 통해 물 주입 펌프(109)로부터의 물 스트림과 동일 높이가 된다.

모래제거된 액체는 도관(110)을 통해 모래제거기(107)로부터 유동하고, 가스제거된 액체는 도관(104)을 통해 가스 폴리싱 사이클론(103)으로부터 정전 콜레서(112)로 유동한다. 본 기술 분야의 숙련자가 인지할 수 있는 바와 같이, 정전 콜레서(112)는 유체 스트림 내의 수적들의 융합을 향상시키기 위해 정전력들을 사용한다. 결과적 스트림은 정전 콜레서(112)로부터 사이클론형 콜레서(113)로 유동하고, 여기서, 이는 소용돌이화되어 다상 스트림에 접선 속도 성분을 부여하며, 그래서, 적어도 고밀도 상 액체의 융합을 향상시킨다. 사이클론형 콜레서(113)의 일 실시예는 이하에 더 상세히 설명되어 있다. 도시된 실시예에서, 사이클론형 콜레서(113)는 별개의 하우징 내에서 정전 콜레서(112)의 하류에 위치된다. 다른 실시예에서, 사이클론형 콜레서(113) 및 정전 콜레서(112)는 단일 본체 내에 함께 수납된다.

사이클론형 콜레서(113)로부터의 출구 스트림은 오일/물 중력 분리기(114)로 유동한다. 일 실시예에서, 중력 분리기(114)는 물 출구(115), 오일 출구(116) 및 가스 통기구(117)를 형성하는 수평 배관을 포함한다. 중력 분리기(114)로부터의 물 스트림이 추가 처리가 필요한 경우, 하나 이상의 물 폴리싱 사이클론(118)들의 시스템이 사용되어 물로부터 오일을 제거할 수 있다. 그후, 제거된 오일은 도관(119)을 통해 펌프(121)의 사용에 의해 도관(120) 내의 오일/물 중력 분리기(114)로부터의 출구 오일 스트림과 재조합된다. 사이클론들(118)로부터의 물은 재주입을 위해 물 주입 펌프(109)로 진행한다. 오일 스트림은 추가 처리, 보관, 판매 등을 위해 전달되도록 오일 펌프(122)로 유동한다.

사이클론 콜레서(113)가 중력 분리 용기(114)의 상류에 제공될 때, 중력 분리기(114)의 오일/물 분리 효율은 개선된다. 일 실시예에서, 중력 분리 용기(114)는 중력에 의한 분리를 위해 오일과 물을 위한 충분한 체류 시간을 제공하기에 충분히 큰 용기이다. 다른 실시예들에서, 사이클론형 오일/물 분리 장치가 중력 분리기(114)를 대체한다.

생성된 다상 스트림의 구성요소들을 분리시킬 때, 고밀도 상의 평균 또는 중간 액적 크기가 증가하여 스톡스 법칙에 따른 침강율을 증가시키도록 고밀도 상의 액적(물 같은, 그러나, 그에 한정되지 않는)이 융합하는 것이 바람직하다. 일부 실시예들에서, 또한, 프로세스는 경량 상(오일 같은, 그러나, 이에 한정되지 않는)의 평균 또는 중간 액적 크기를 증가시킨다. 고밀도 상 액적 융합시 주요 과제들 중 하나는 이차 액적 파괴에 진입하지 않고 원하는 분리 정도를 획득하는 것이다. 사이클론형 콜레서 내의 다상 스트림에 인가된 원심 가속은 고밀도 상 액적들의 융합을 결정하는 인자이다. 다른 인자들이 동일하면, 원심 가속이 높을 수록 더 큰 융합을 초래한다. 필요한 하류 분리에 기초하여, 그 액적 크기를 달성하기 위한 사이클론형 콜레서 내의 대응 원심 가속과 함께 융합 이후 원하는 평균 액적 크기를 결정할 수 있다.

특정 원심 가속을 달성하기 위해, 스트림이 소용돌이치는 반경 또는 스트림의 접선 속도를 변경할 수 있다. 가속을 증가시키기 위해 접선 속도를 증가시키기를 선택하는 경우, 이때, 결과적으로 이 증가된 접선 속도는 스트림 내의 액적 전단을 생성하고, 이 전단은 액적 파괴를 유발함으로써 융합을 방해한다. 따라서, 원심 가속을 증가시키는 것이 바람직하지만, 유체 스트림의 접선 속도는 전단을 피하도록 제어되어야만 한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론형 콜레서(113)의 부분 단면들을 제공한다. 도시된 바와 같이, 사이클론형 콜레서(113)는 관형 하우징(202)을 포함한다. 일 실시예에서, 하우징(202)은 배관 또는 용기 내부에 고착되도록 구성 및 배열된다. 다른 실시예들에서, 하우징(202)은 배관 단부에 고착되도록 구성 및 배열된다.

하우징(202) 내부에는 복수의 동축으로 정렬된 유동 챔버들(208, 210, 212)을 형성하는 복수의 유동 분리기들(204, 206)이 있다. 다른 실시예들에서, 더 많거나 더 작은 유동 분리기들이 사용되어 둘 또는 더 많은 동축으로 정렬된 유동 챔버들을 형성할 수 있다. 각 유동 챔버(208, 210, 212)는 연계된 스월링 요소(214, 216, 218)를 갖는다. 도시된 실시예에서, 중앙 스월링 요소(214)는 지지 부재(220)에 의해 제 위치에 유지된다. 다른 실시예들에서, 지지 부재(214)는 불필요하며, 그 이유는 스월링 요소(214)가 유동 챔버(206)의 내부에 고착됨으로써 제 위치에 유지되기 때문이다.

도시된 바와 같이, 스월링 요소들(214, 216, 218)은 베인들이다. 일 실시예에서, 각 베인은 연계된 유동 챔버의 축 방향에 관하여 40°와 50° 사이의 각도로 고정된다. 일부 실시예들에서, 베인들(214, 216, 218)의 각도 배향은 다양한 유동 챔버들 내의 유체 스트림 상에 부여된 접선 속도를 조절하도록 변할 수 있다. 베인들이 도시되어 있지만, 유입 유동 스트림을 소용돌이화하기 위해 유동 분리기들 내의 홈들 또는 유동 분리기들 상의 절결부들 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 다른 메커니즘들 및 수단이 고려된다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 스월링 요소들(214, 216, 218)은 단지 부분적으로 하우징(202) 내에서 연장한다. 다른 실시예들에서, 스월링 요소들은 하우징(202)의 전체 축방향 치수를 연장한다.

특정 디자인에 무관하게, 스월링 요소들(214, 216, 218)은 연계된 유동 챔버(208, 210, 212)를 통해 유동하는 스트림의 접선 속도를 부여하도록 구성 및 배열된다. 부여된 회전은 유체 스트림의 고밀도 상이 유동 챔버, 즉, 도시된 실시예에서 하우징(202) 또는 유동 분리기들(204, 206)을 형성하는 외부 벽을 향해 이동하게 한다. 이 운동은 고밀도 상 액적 상호작용들의 횟수를 증가시키며, 따라서, 스트림 내의 액적들을 추가로 융합시킨다.

본 발명의 일 실시예에서, 사이클론형 콜레서는 유정 스트림 유체들을 수용하기 위한 입구와 출구를 갖는 길이방향 연장 관형 하우징을 포함한다. 용례 사양들에 따라서, 사이클론형 콜레서의 입구는 정전 콜레서 같은 그러나 그에 한정되지 않는 상류 장치의 출구 또는 상류 장치를 사이클론형 콜레서에 연결하는 도관에 정합하도록 크기설정된다. 본 기술 분야의 숙련자들이 인지할 수 있는 바와 같이, 이 정합은 융합을 저해하는 스트림 유동 상의 전단 또는 다른 부적합한 영향들을 피하기 위한 것이다. 분리될 스트림의 물리적 특성들에 기초하여, 그리고, 형성된 사이클론형 콜레서의 크기에 의거하여, 원하는 고밀도 상 컷 직경(cut diameter)이 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 하우징(202)은 18" 배관 내에 끼워질 수 있도록 16" 외경을 갖는다. 일 실시예에서, 하우징(202)은 대략 6 피트의 전체 길이를 갖는다.

도 2 및 도 3에 도시되어 있지는 않지만, 사이클론형 콜레서의 일부 실시예들은 사이클론형 콜레서의 출력물의 접선 속도 성분을 감소시키도록 안티-스월 요소를 포함한다. 일 실시예에서, 안티-스월 요소는 배플들을 사용한 유동 선형화기이다. 다른 실시예들에서, 안티-스월 요소는 중력 분리기의 상류에, 그리고, 사이클론형 콜레서로부터 외부적으로 수용된다.

도 4의 흐름도는 다상 유체 스트림 내의 경량 상으로부터 고밀도 상 액체의 분리를 향상시키기 위해 다상 유체 스트림을 처리하기 위한 본 발명의 일 실시예를 설명하는 데 참조될 것이다. 도시된 프로세스(400)는 다상 유체 스트림을 수용함으로써 시작된다(단계 402). 프로세스는 복수의 동축 연장 유동 챔버들로 스트림을 유동시킴으로써 이어진다(단계 404). 그후, 접선 속도 성분이 각 유동 챔버를 통해 유동하는 스트림 상에 부여된다(단계 406). 일 실시예에서, 스월 요소를 사용하여 접선 속도가 부여된다. 일부 실시예들에서, 스월 요소는 베인이다.

도 4에 도시된 프로세스에서, 부여된 접선 속도 성분은 평균 고밀도 상 액적 크기를 증가시키도록 제어된다(단계 408). 일 실시예에서, 접선 속도는 유동 챔버들 내로 유동하는 유동 스트림의 전체 속도를 제한함으로써 제어된다. 상술한 바와 같이, 원심 가속을 증가시키는 것이 바람직하지만, 스트림 속도가 증가할 때, 모래 침식이 문제가되며, 높은 접선 속도는 전단의 결과로서 액적 파괴를 유발한다. 따라서, 유동 스트림의 접선 및/또는 전체 속도가 제한될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유체 스트림에 부여된 접선 속도는 전단 및 액적 파괴를 피하기 위해 2 m/s 미만이 되도록 제어된다. 일부 실시예들에서, 유동 챔버들을 통한 유체 스트림의 전체 속도는 3 m/s 미만이 되도록 제한된다. 베인이 사용되는 실시예들에서, 접선 속도는 유동 챔버들의 축 방향에 관하여 베인 각도를 선택함으로써 제어된다. 40°및 50° 사이 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 다양한 베인 각도들이 구현될 수 있다.

본 명세서에 설명된 적어도 하나의 실시예의 적용을 통해, 고밀도 상 액체는 접선 속도가 스트림 상에 부여된 이후 1000-1350 마이크로미터의 컷 직경을 갖는다. 일부 실시예들에서, 스트림 상에 부여된 접선 속도는 평균 경량 상 액적 크기를 증가시키게 한다.

도 4에 도시되어 있지 않지만, 본 발명의 일부 실시예들은 스트림의 접선 속도 성분을 감소시키기 위해 스월 요소의 하류의 유동을 선형화시키는 추가 단계를 포함한다. 도 4에 도시된 단계들은 단지 예시적 목적을 위해 제공된 것이며, 본 발명의 방법을 수행하기 위해 특정 단계는 불필요할 수 있다.

일부 실시예들에서, 전단을 유발할 수 있는 밸브들 같은 어떠한 장치도 사이클론형 콜레서와 정전 콜레서 사이에 갖지 않거나 최소의 장치들을 갖는 상태로, 사이클론형 콜레서의 입구는 정전 콜레서와 직접적으로 연통하며, 그로부터 출력 스트림을 수용한다. 정전 콜레서는 전형적이거나, 소형이거나, 경사져있을 수 있으며, 즉, 배관 크기 직경일 수 있다. 특정 실시예들에서, 정전 콜레서에 직접적으로 후속하는 사이클론형 콜레서의 배치는 고도의 점성을 갖거나 에멀션화될 수 있는 중유들의 오일/물 분리를 가능하게 한다. 본 기술 분야의 숙련자들이 알 수 있는 바와 같이, 중유 에멀션들은 매우 안정적이고 중합에 저항하는 경향이 있으며, 따라서, 분리가 곤란하다. 또한, 중유 혼합물들은 액적들을 파괴하는 전단 같은 처리들에 매우 민감하다. 중유 에멀션들의 이들 특성은 이런 중유들을 포함하는 스트림들을 분리시키는 데 어려움들을 추가한다. 단지 배관 분리나 다른 중력 분리에만 의존하는 소형 분리 시스템들은 고도의 점성에 기인하여 분리가 어렵거나 에멀션화 경향의 오일들을 갖는 분야들로부터 생성된 스트림들의 오일/물 분리를 달성할 수 없다.

본 발명의 분리 시스템의 다양한 실시예들이 고려된다. 예로서, 다수의 경사 사이클론형 콜레서들이 상술한 바와 같이 정전 콜레서의 하류에 또는 중력 분리기의 상류에 또는 양자 모두에 사용될 수 있다. 본 발명의 사이클론형 콜레서 또는 콜레서들은 대량의 물의 적절한 배약을 보장하도록 수평으로, 수직으로 또는 각지게 설치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 정전 콜레서, 사이클론형 콜레서 및 중력 분리기가 하나의 장치로 응집될 수 있다. 오일/물 중력 분리기는 긴 배관 섹션, 굴곡 배관 섹션 또는 수평 배관들의 다수의 섹션들의 시스템으로 구성될 수 있다. 중력 분리 이후 추가적 물 처리가 불필요한 경우, 오일제거 사이클론들을 물이 우회할 수 있게 하도록 우회 시스템이 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 표면하 저장부로부터 탄화수소를 생산하는 방법을 제공한다. 이런 실시예에서, 탄화수소들은 유정보어를 통해 생산된다. 생산된 탄화수소들은 고밀도 상 액체 및 경량 상 액체를 갖는 액체 체적 위주의(liquid-dominated-by-volume) 다상 스트림으로 존재한다. 그후, 스트림은 복수의 길이방향 연장 유동 챔버들 내로 유동된다. 그후, 접선 속도 성분이 각 유동 챔버를 통해 유동하는 스트림 상에 부여된다. 일 실시예에서, 접선 속도는 스월 요소를 사용하여 부여된다. 스트림 상에 부여된 접선 속도 성분은 평균 고밀도 상 액적 크기를 증가시키도록 제어된다.

일 실시예에서, 가스 및 오일 스트림들은 대량 분리 이후 재조합될 수 있다. 본 실시예에서, 가스 폴리싱 사이클론이 불필요할 수 있다. 그후, 다상 펌프가 다상 유체를 펌핑하기 위해 사용될 수 있다. 프로세스는 최적화를 위한 슬러그 관리 제어들을 포함할 수 있다. 일부 용례들에서, 개시된 분리 시스템의 다수의 트레인들이 동일 분야에 적용될 수 있다.

상술한 바는 단지 본 발명의 특정 실시예들의 상세한 설명이며, 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고, 본 명세서의 개시 내용에 따라 개시된 실시예들에 대한 다수의 변경들, 변형들 및 대안들이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 상술한 설명은 본 발명의 범주를 제한하는 것을 의미하지 않는다. 대신, 본 발명의 범주는 단지 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해서만 결정된다. 또한, 본 예들에서 구현된 구조들 및 특징들은 서로 변경, 재배열, 치환, 삭제, 이중화, 조합 또는 추가될 수 있다. 관사 "이" 및 "일"은 반드시 단 하나를 의미하는 것으로 제한되지 않으며, 대신, 포함적이고 개방단 용어이며, 그래서, 선택적으로 다수의 이런 요소들을 포함한다.