Способ и устройство для инверсии фазы с применением статического смесителя/коагулятора

Способ и устройство для инверсии фазы с применением статического смесителя/коагулятора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Способ и устройство для инверсии фазы

Данное изобретение относится к способу инверсии фазы, в частности для дисперсий, и к устройству для выполнения указанного способа. Под дисперсией понимается смесь несмешивающихся текучих сред, содержащая первую текучую среду, указанная первая текучая среда образует дисперсную фазу, и вторую текучую среду, указанная вторая текучая среда образует непрерывную фазу. Под инверсией фазы понимается технологическая операция, в которой первая текучая среда преобразуется из дисперсной фазы в непрерывную фазу или в комбинацию непрерывной фазы и дисперсной фазы, и вторая текучая среда преобразуется из непрерывной фазы в дисперсную фазу или в комбинацию непрерывной фазы и дисперсной фазы. Возможной областью применения такого способа и устройства для инверсии фазы является разделение нефти и воды.

В WO 2005/005776 раскрыто, что инверсия фазы применяется для улучшения разделения нефти и воды в связи с извлечением такой текучей среды из пластов под поверхностью земли или морским дном. В большинстве случаев нефть образует непрерывную фазу, которая содержит капли воды. Эти капли воды составляют дисперсную фазу. Этот способ предшествующего уровня техники включает стадию транспортировки текучей среды в подающей трубе или транспортирующей трубе в сепаратор в виде трубчатого сепаратора или напорного бака. Текучая среда в верхнем течении сепаратора подвергается воздействию сдвиговых усилий, так что капли в подаваемом потоке разрываются с образованием капель, которые имеют такой малый размер, что поверхность раздела в основном становится новой и «не загрязненной» поверхностно-активными веществами. Новая поверхность раздела, образованная разрыванием капель, очень нестабильна, и начинает происходить сильный, интенсивный процесс коалесценции капель, приводящий к инверсии фазы на некоторых участках в трубе, в нижнем течении клапана для генерации сдвиговых усилий. Капли воды образуют непрерывную фазу в результате процесса коалесценции, тогда как нефть принимает форму дисперсной фазы, на которую также обычно делается ссылка как на дисперсию нефти в воде. Такая инверсия фазы является выгодной, поскольку раствор нефти в воде образует обычно гораздо менее стабильную дисперсию по сравнению с дисперсией воды в нефти или, другими словами, дисперсией, в которой вода образует дисперсную фазу, а нефть образует непрерывную фазу. Поэтому, общеизвестно, что разделение нефти и воды существенно легче, если нефть представляет собой дисперсную фазу, а вода представляет собой непрерывную фазу. В частности, для нефтей высокой вязкости чрезвычайно трудно отделить капли воды от нефтяной фазы.

Найдено, что размер капель подвергается значительным вариациям, когда применяется процесс в соответствии с известным уровнем техники, вследствие того, что клапан используется для создания больших локальных сдвиговых напряжений, воздействующих на дисперсию. Эти большие локальные сдвиговые напряжения должны способствовать разрушению стабильной поверхности капель для того, чтобы преодолеть поверхностное натяжение, ответственное за стабильность капель воды в нефтяной фазе. При прохождении клапана капли дисперсии подвергаются сдвиговым напряжениям, так что они разрушаются с образованием капель небольшого размера, имеющих поверхность раздела, которая в основном становится новой и не загрязненной поверхностно-активными веществами. Такое поверхностно-активное вещество обычно рассматривается как средство стабилизации капель. Эта стабилизация приводит, в свою очередь, к более стабильной дисперсии, затрудняя ее последующее разделение или делая его невозможным. В соответствии с предшествующим уровнем техники, к каплям прикладываются сдвиговые напряжения. Поверхность раздела, включающая поверхностно-активные вещества, подвергается воздействию этих сдвиговых напряжений. В соответствии с этим поверхностно-активные вещества удаляются с поверхности раздела. Поверхность раздела капель, освобожденная от этих поверхностно-активных веществ, должна объединяться быстрее, способствуя тем самым инверсии фазы. Однако начало инверсии фазы и ее протекание не могут контролироваться точным образом. Это означает, что не может быть прогнозировано, когда и в каком месте происходит инверсия фазы в нижнем течении клапана. Начальная точка инверсии фазы и объемное соотношение водной фазы и нефтяной фазы подвергаются значительным вариациям. Начальное место инверсии фазы не может быть определено и локализовано точным образом для определения размеров оборудования для инверсии фазы. Кроме того, следствием вариаций, наблюдающихся в отношении объемного соотношения водной фазы и нефтяной фазы, является то, что большие количества воды могут быть добавлены к дисперсии для того, чтобы имела место инверсия фазы в нижнем течении клапана. Эта водная фракция в соответствии с имеющимися в настоящее время экспериментальными результатами, полученными с применением соответствующего оборудования, как это изложено для предшествующего уровня техники, может находиться между 40 и 50% в случае применения клапана.

Целью данного изобретения является предоставление способа и устройства для инверсии фазы для разделения первой текучей среды, образующей дисперсную фазу, и второй текучей среды, образующей непрерывную фазу, при этом, в частности, первой текучей средой является вода, и второй текучей средой является нефть, посредством чего начало инверсии фазы является более прогнозируемым. Другой целью данного изобретения является обеспечение возможности инверсии фазы при более низкой объемной доле первой текучей среды, образующей дисперсную фазу.

Проблема, связанная с предшествующим уровнем техники, решается способом инверсии фазы дисперсии, содержащей первую текучую среду, указанная первая текучая среда образует дисперсную фазу, и вторую текучую среду, указанная вторая текучая среда образует непрерывную фазу, включающим стадии подачи дисперсии в узле для подачи текучей среды в средство для инверсии фазы таким образом, что первая текучая среда преобразуется из дисперсной фазы в непрерывную фазу, и вторая текучая среда преобразуется из непрерывной фазы в дисперсную фазу, посредством чего капли первой текучей среды коалесцируют в направлении протекания на элементе, предоставляющем поверхность соприкосновения с текучей средой. Поверхность соприкосновения с текучей средой имеет удельную площадь поверхности, которая составляет по меньшей мере 400 м²/м³. Первая текучая среда и вторая текучая среда предпочтительно смешиваются в статическом узле смешения.

Этот способ выполняется в устройстве для инверсии фазы дисперсии несмешивающихся текучих сред, содержащей первую текучую среду, указанная первая текучая среда образует дисперсную фазу, и вторую текучую среду, указанная вторая текучая среда образует непрерывную фазу, включающем узел для подачи текучей среды, который подает первую текучую среду и вторую текучую среду в средство для инверсии фазы таким образом, что первая текучая среда преобразуется из дисперсной фазы в непрерывную фазу, и вторая текучая среда преобразуется из непрерывной фазы в дисперсную фазу. Средство для инверсии фазы содержит элемент, предоставляющий поверхность соприкосновения с текучей средой для коалесценции в направлении протекания. Поверхность соприкосновения с текучей средой имеет удельную площадь поверхности, которая больше чем 400 м²/м³. Поверхность соприкосновения с текучей средой может, в частности, иметь удельную площадь поверхности больше чем 750 м²/м³, предпочтительно больше чем 1000 м²/м³. Удельная площадь поверхности определяется как площадь поверхности соприкосновения с текучей средой, деленная на объем канала для текучей среды, в который встроена данная поверхность соприкосновения с текучей средой. Элемент может содержать статический узел смешения для смешивания первой текучей среды со второй текучей средой. Площадь поверхности статического узла смешения является суммой площадей поверхностей соприкосновения с текучей средой, образующих статический узел смешения, и также площади поверхности соприкосновения с текучей средой канала для текучей среды.

Поверхность соприкосновения с текучей средой элемента предпочтительно сконфигурирована таким образом, чтобы способствовать коалесценции первой текучей среды, образующей дисперсную фазу. Вследствие своей формы, элемент вводит лишь небольшие сдвиговые напряжения, предоставляя возможность каплям первой текучей среды, образующей дисперсную фазу, оставаться стабильными.

Посредством поддержания сдвиговых напряжений ниже этого верхнего предела можно избежать образования капель меньшего размера. Неожиданно оказалось, что эти небольшие сдвиговые напряжения не только слишком малы, чтобы разделять капли на капли меньшего размера, но они и фактически способствуют коалесценции. Коалесценция, таким образом, является, как полагают, основным движущим средством для инверсии фазы.

Применение статического узла смешения обеспечивает большую поверхность для смешивания дисперсии и предоставляет большое число мест для промотирования коалесценции капель. Тем самым, достигаются следующие преимущества:

Критическая объемная доля первой текучей среды, приводящая к инверсии фазы, смещается к более низким величинам. Соответственно, инверсия фазы может быть достигнута при более низких объемных долях по сравнению с предшествующим уровнем техники. В частности, для случая применения при отделении воды от неочищенной нефти обычно предпочтительным является использование дисперсии в том виде, как она получена из скважины или пласта под морским дном. Любое добавление воды приводит к увеличению технологических потоков, что требует, соответственно, увеличенных насосов, резервуаров и т.д., вследствие чего существенно возрастают затраты на устройство. Таким образом, устройство по данному изобретению является потенциально энергосберегающим и снижающим материальные затраты.

Полагают, что посредством применения статического узла смешения сдвиговые напряжения вводятся в первую и вторую текучие среды. Вследствие того, что смешивание выполняется в статическом узле смешения, имеющем определенный гидравлический диаметр и определенную длину смесителя, сдвиговые напряжения прикладываются по всему диаметру смесителя и также по всей длине смесителя с тем результатом, что инверсия фазы происходит внутри статического узла смешения. Неожиданно оказалось, что образование капель небольшого размера, как предполагается предшествующим уровнем техники, не является необходимым. Образования локального пика сдвиговых напряжений можно избежать посредством применения статического узла смешения. Такой локальный пик сдвиговых напряжений наблюдается при применении клапана в соответствии с предшествующим уровнем техники. Под длиной смесителя понимается длина статического узла смешения, и под диаметром понимается диаметр трубы. Статический узел смешения характеризуется каналами с гидравлическим диаметром D_h. Гидравлический диаметр является обычно используемым термином, когда имеют дело с потоком в трубах и каналах некругового сечения. D_h=4A/U, где A - площадь поперечного сечения и U - смачиваемый периметр поперечного сечения. Гидравлический диаметр предпочтительно составляет меньше чем 100 мм, более предпочтительно меньше чем 50 мм и наиболее предпочтительно меньше чем 15 мм.

Неожиданно оказалось, что начальная точка для инверсии фазы может быть уменьшена до степени, непредвиденной и неизвестной из предшествующего уровня техники, когда применяется статический узел смешения, в котором поверхности, соприкасающиеся с первой и второй текучими средами, изготовлены из металла. Поверхности соприкосновения с текучей средой могут также содержать материалы с другими характеристиками смачивания. Посредством этого степень коалесценции может быть дополнительно отрегулирована в определенном месте внутри статического узла смешения. Поверхности соприкосновения с текучей средой с другими характеристиками смачивания могут быть расположены в поочередной последовательности. Если поверхности соприкосновения с текучей средой являются, к примеру, поперечными стержнями или пластинами, например гофрированными листами, то некоторые из этих поверхностей могут быть изготовлены из материала, проявляющего хорошую смачиваемость для одной из присутствующих фаз, в то время как другие могут быть изготовлены из материала, проявляющего более низкую или плохую смачиваемость. Для дисперсии воды в нефти, что означает то, что некоторые из поверхностей, проявляющие хорошую способность к смачиванию, изготовлены из металла, в то время как другие поверхности изготовлены из пластикового материала, который обладает меньшей смачиваемостью. Поверхности с разной смачиваемостью могут быть расположены параллельно в виде в направлении протекания. В качестве альтернативы, первая группа поверхностей может быть изготовлена из материала с хорошей смачиваемостью, в то время как вторая группа поверхностей, расположенная в верхнем течении или в нижнем течении по отношению к соседней указанной первой группе поверхностей, может быть изготовлена из материала с более низкой смачиваемостью.

Может быть предусмотрено несколько статических узлов смешения или статический узел смешения с гибридной структурой. Под гибридной структурой понимается комбинация статических узлов смешения разных геометрий или видов. Применение нескольких статических узлов смешения предоставляет дополнительные места для увеличения коалесценции, в частности, для стабильных дисперсий. Такая компоновка может быть особенно применима для дисперсий, содержащих тяжелую нефть.

В выгодном варианте статический узел смешения имеет ось и множество пластин, расположенных под углом к оси, для отклонения потока текучей среды от его основного направления протекания, параллельного указанной оси, до направления протекания под указанным углом. Указанный угол преимущественно находится в интервале от 10 до 80°, предпочтительно в интервале от 20 до 75° и наиболее предпочтительно в интервале от 30 до 60°. В соответствии со вторым вариантом пластины являются гофрированными листами. Статический узел смешения может включать в другом варианте первую и вторую группы поперечных стержней или ребер, расположенных в трубе, при этом поперечные стержни или ребра наклонены по отношению к основному направлению протекания, и первая группа поперечных стержней или ребер расположена в первой плоскости, а вторая группа поперечных стержней или ребер расположена во второй плоскости, посредством чего первая плоскость и вторая плоскость пересекаются одна с другой, и между первой и второй плоскостями образован угол, составляющий по меньшей мере 30°, предпочтительно по меньшей мере 50° и наиболее предпочтительно примерно 90°.

Узел предварительной обработки может быть размещен в узле для подачи текучей среды в верхнем течении от средства для инверсии фазы, содержащего элемент, предоставляющий поверхность соприкосновения с текучей средой для коалесценции в направлении протекания, такой как статический узел смешения. Узел предварительной обработки преимущественно содержит элемент для генерации сдвиговых напряжений. Такой элемент может быть клапаном, как раскрыто в WO2005005776, или деэмульгатором, или же электростатическим осадителем. Найдено, что применение клапана или статического узла смешения в качестве узла предварительной обработки приводит к дополнительному уменьшению количества составных капель. Поэтому дисперсия, выходящая из узла предварительной обработки, состоит из капель меньшего размера, чем дисперсия, поступающая в узел предварительной обработки. Когда предварительно обработанная дисперсия вводится в статический узел смешения, инверсия фазы происходит более регулируемым образом. Такой узел предварительной обработки может быть применен в случае, когда дисперсия, подлежащая обработке с инверсией фазы, извлекается из слоя на границе раздела резервуара, содержащего по меньшей мере две несмешивающиеся текучие среды. Слой на границе раздела является слоем, который разделяет более тяжелую из этих текучих сред от более легкой текучей среды. Такая дисперсия может уже образовываться в сепараторе нефть-вода или в отстойнике. Этот слой на границе раздела характеризуется, в частности, высокой стабильностью. Для того, чтобы разделить такую стабильную дисперсию, средство для инверсии фазы предпочтительно предоставляется в комбинации с узлом предварительной обработки, размещенным между выпускным отверстием резервуара и средством для инверсии фазы.

Скорость потока дисперсии предпочтительно составляет самое большее 3,5 м/с. В частности, дисперсия может иметь динамическую вязкость меньше, чем 0,02 Па·с. Для дисперсии, имеющей динамическую вязкость от 0,02 Па·с до 0,1 Па·с скорость потока предпочтительно составляет самое большее 2 м/с. Для дисперсии, имеющей динамическую вязкость больше, чем 0,1 Па·с, скорость потока предпочтительно составляет самое большее 1 м/с.

Посредством поддержания небольшой скорости потока можно избежать введения высоких сдвиговых напряжений в дисперсию. Тем самым, в частности, для дисперсий, содержащих воду в качестве первой текучей среды и нефть в качестве второй текучей среды, может быть предотвращено образование капель малого размера.

Другим преимуществом, связанным с применением статического узла смешения, является улучшенное регулирование инверсии фазы. При применении пустой трубы за возможным узлом предварительной обработки, как предлагается в предшествующим уровне техники, объемная доля, в которой фактически происходит инверсия, является объектом значительных флуктуаций. Эти флуктуации, соответственно, происходят в амбивалентной области, которая характеризуется широким интервалом объемных долей первой текучей среды. Широкий интервал объемных долей может приводить к значительным трудностям в регулировании процесса эффективным образом.

Другим преимуществом применения элемента, предоставляющего поверхность соприкосновения с текучей средой для коалесценции в направлении протекания, такого как статический узел смешения, является возможность добавления химических добавок, оказывающих, в частности, влияние на инверсию фазы. Эти химические добавки легко распределяются и смешиваются в статическом узле смешения таким образом, чтобы получить гомогенную смесь.

Вследствие того, что инверсия фазы гомогенной смеси является более прогнозируемой, то, когда используется элемент, предоставляющий поверхность соприкосновения с текучей средой для коалесценции в направлении протекания, такой как статический узел смешения, управление процессом может быть улучшено. В отношении дополнительного уменьшения объемной доли второй текучей среды, добавление пополняющего потока и/или добавление химических добавок может помочь в содействии инверсии фазы. Например, такой пополняющий поток включает добавление воды к дисперсии воды в нефти. Добавление сравнительно меньшего потока воды к смеси воды в нефти способствует инверсии фазы в статическом узле смешения. Добавление химических добавок может быть особенно полезно для стабильных дисперсий воды в нефти. Химическая добавка содействует очистке поверхности капель и, тем самым, увеличению скорости коалесценции капель. Поверхность капель представляет собой поверхность раздела между первой текучей средой, образующей дисперсную фазу, и второй текучей средой, образующей непрерывную фазу. Химическая добавка концентрируется на этой поверхности раздела, и вследствие снижения поверхностного натяжения уменьшается стабильность капель в дисперсии. Капли соприкасаются в статическом узле смешения, в котором они коалесцируют и образуют капли большего размера, которые в конечном счете образуют непрерывную фазу на выходе статического узла смешения. Таким образом, химические добавки могут помочь в содействии коалесценции капель, приводящей к инверсии фазы на выходе статического узла смешения.

Инвертированная дисперсия обычно дополнительно обрабатывается в разделительном узле. В этом отношении, инверсия фазы может рассматриваться также как средство для обеспечения отделения первой текучей среды от второй текучей среды посредством модификации потока на входе разделительного узла. Вследствие того, что подвижность нефтяных капель больше в дисперсии нефти в воде, чем в дисперсии воды в нефти, энергия, потребляемая в разделительном средстве для выполнения разделения дисперсии, уменьшается. Среди возможных разделительных средств в качестве примера могут быть указаны гравитационные сепараторы или центрифуги. Кроме того, транспортировка дисперсии в трубопроводе облегчается вследствие увеличения подвижности дисперсии, и, соответственно, достигается снижение требуемой потребляемой энергии. Стабилизация инверсии (с предотвращением обратной инверсии) увеличена, если статические узлы смешения размещены на определенных расстояниях вдоль направления протекания текучей среды в трубопроводе.

Другим преимуществом применения статического узла смешения является улучшенное регулирование образования составных дисперсий. Под термином «составные дисперсии» понимается, что большие капли первой текучей среды, дисперсная фаза, содержат капли меньших размеров непрерывной фазы, которая является второй текучей средой. Эти небольшие капли имеют размер, составляющий большей частью примерно от 1/2 до 1/100 от размера больших капель. Такую составную дисперсию заметно более трудно разделить, и найдено, что при применении узла с небольшой удельной поверхностью, например, пустой трубы, имеет место увеличенная тенденция к образованию таких составных дисперсий. Под термином «пустая труба» понимается труба, свободная от каких-либо встроенных элементов, оказывающих влияние на протекание текучей среды, таких как, например, клапаны, мешалки, статические или динамические узлы смешения, дефлекторы.

Как следствие, объемная доля первой текучей среды должна быть увеличена, чтобы имела место инверсия фазы, что влечет за собой те недостатки, что были указаны ранее. Вследствие того, что, большая величина поверхности предоставляется для дисперсии статическим узлом смешения, образование составных дисперсий может регулироваться в большей степени и ограничиваться, если не предотвращаться полностью. Найдено, что для обеспечения инверсии фазы такой составной дисперсии значительно больше текучей среды, образующей дисперсную фазу, должно быть добавлено к дисперсии перед началом инверсии фазы. Соответственно, неожиданно оказалось, что дисперсия, перемешанная статическим узлом смешения, требует меньшего добавления дисперсионной текучей среды по сравнению с дисперсией, проходящей через пустую трубу, для того, чтобы инициировать инверсию фазы.

Другим преимуществом данного устройства является то, что оно устойчиво по отношению к примесям, в частности, к твердым частицам, присутствующим по меньшей мере в одной из первой и второй текучих сред.

Применение статического узла смешения также предотвращает засорение, что важно, в частности, когда обработке подлежат текучие среды, содержащие твердотельные вещества.

Эти и другие цели и преимущества данного изобретения будут более очевидны из приведенного ниже подробного описания, представленного в сочетании с сопроводительными чертежами, в которых

Фиг. 1 показывает блок-схему устройства для инверсии фазы, включающего клапан, в соответствии с предшествующим уровнем техники.

Фиг. 2a показывает блок-схему первого осуществления данного изобретения.

Фиг. 2b показывает схематическое изображение потока через узел для выпуска текучей среды в соответствии с первым вариантом.

Фиг. 2c показывает схематическое изображение потока через узел для выпуска текучей среды в соответствии со вторым вариантом.

Фиг. 3a показывает второе осуществление устройства для инверсии фазы в соответствии с данным изобретением.

Фиг. 3b показывает схематическое изображение потока через узел для выпуска текучей среды в соответствии с первым вариантом второго осуществления данного изобретения.

Фиг. 3c показывает схематическое изображение потока через узел для выпуска текучей среды в соответствии со вторым вариантом второго осуществления данного изобретения.

Фиг. 3d показывает схематическое изображение потока через узел для выпуска текучей среды в соответствии с третьим вариантом второго осуществления данного изобретения.

Фиг. 3e показывает схематическое изображение потока через узел для выпуска текучей среды в соответствии с четвертым вариантом второго осуществления данного изобретения.

Фиг. 4a иллюстрирует статический узел смешения в соответствии с первым вариантом.

Фиг. 4b представляет поперечное сечение статического узла смешения в соответствии с Фиг. 4a.

Фиг. 4c иллюстрирует статический узел смешения в соответствии со вторым вариантом.

Фиг. 4d иллюстрирует статический узел смешения в соответствии с третьим вариантом.

Фиг. 4e иллюстрирует статический узел смешения, имеющий гибридную структуру с объединением второго варианта и третьего варианта.

Фиг. 5a иллюстрирует вид устройства по данному изобретению в соответствии с четвертым вариантом.

Фиг. 5b показывает сечение A-A статического узла смешения по Фиг. 5a.

Фиг. 5c показывает сечение B-B статического узла смешения по Фиг. 5a.

Фиг. 6 иллюстрирует вид устройства по данному изобретению в соответствии с пятым вариантом.

Фиг. 7 иллюстрирует вид устройства по данному изобретению в соответствии с шестым вариантом.

Фиг. 8 показывает результаты испытаний, включающие разные узлы смешения в соответствии с предшествующим уровнем техники и данным изобретением.

Фиг. 9 по Фиг. 11 показывают картину дисперсии, полученной из устройства, включающего статический узел смешения по первому варианту.

Фиг. 10 показывает картину дисперсии, полученной из устройства, включающего статический узел смешения по первому варианту.

Фиг. 11 показывает картину дисперсии, полученной из устройства, включающего статический узел смешения по первому варианту.

Фиг. 12 показывает картину дисперсии, полученной из устройства, включающего статический узел смешения по второму варианту.

Фиг. 13 показывает картину дисперсии, полученной из устройства, включающего статический узел смешения по второму варианту.

Фиг. 14 показывает картину дисперсии, полученной из устройства, включающего статический узел смешения по второму варианту.

Фиг. 15 показывает дополнительную картину дисперсии, полученной из устройства, включающего статический узел смешения по варианту в соответствии с Фиг. 12 по Фиг. 14.

Фиг. 16 показывает дополнительную картину дисперсии, полученной из устройства, включающего статический узел смешения по варианту в соответствии с Фиг. 12 по Фиг. 14.

Фиг. 17 показывает график, сравнивающий результаты разных статических узлов смешения для первой скорости потока.

Фиг. 18 показывает график, сравнивающий результаты разных статических узлов смешения для второй скорости потока.

Фиг. 19 показывает график, сравнивающий результаты разных статических узлов смешения для третьей скорости потока.

Фиг. 1 показывает блок-схему устройства для инверсии фазы в соответствии с предшествующим уровнем техники, включающего клапан в соответствии со способом по WO2005/005776. Устройство 101 для инверсии фазы двухфазной дисперсии нефти и воды содержит первую текучую среду 102, которая является водой, образующую дисперсную фазу, и вторую текучую среду 103, являющуюся нефтью, указанная нефть образует непрерывную фазу. Узел 104 для подачи текучей среды предусмотрен для подачи воды 102 и нефти 103 к клапану 105. Клапан 105 вводит большие сдвиговые напряжения в нефтяную и водную фазы с тем результатом, что образуются капли меньших размеров. Сдвиговые напряжения воздействуют на поверхность капли. Одно из последствий этого заключается в том, что поверхностно-активные вещества, присутствующие на поверхности капли, удаляются с поверхности капли. Поверхностно-активные вещества рассматриваются как оказывающие стабилизирующее действие на каплю, означая то, что, пока поверхностно-активные вещества присутствуют на поверхности капли, сама капля остается стабильной. Из этого следует, что дисперсия также остается стабильной. Вследствие введения сдвиговых напряжений образуются капли малого размера, и поэтому площадь поверхности увеличивается. Только что образованная площадь поверхности, создающая поверхность раздела между каплей воды и нефтяной непрерывной фазой, в основном не загрязнена поверхностно-активными веществами. Новая поверхность раздела является поэтому очень нестабильной, и капли начинают усиленно, интенсивно коалесцировать, так что вода 102 может быть преобразована из дисперсной фазы в непрерывную фазу, а нефть 103 может быть преобразована из непрерывной фазы в дисперсную фазу, что приводит, соответственно, к инверсии фазы. Также было найдено в WO2005/005776, что стабильный процесс инверсии фазы имеет место, когда первоначальные капли уменьшаются примерно до размера меньше чем 10% от первоначального диаметра капель. Однако проблема остается. Местоположение инверсии фазы не может быть определено точным образом. На некоторых участках в нижнем течении по отношению к клапану инверсия фазы может происходить в пустой трубе, возможно также в зависимости от содержания воды в нефти, однако точное время и местоположение инверсии фазы не являются предсказуемыми.

Фиг. 2a показывает схематически патентоспособное решение в соответствии с первым осуществлением данного изобретения. Устройство 1 для инверсии фазы двухфазной дисперсии несмешивающихся текучих сред, которая содержит первую текучую среду 2, указанная первая текучая среда образует дисперсную фазу, и вторую текучую среду 3, указанная вторая текучая среда образует непрерывную фазу. Узел 4 для подачи текучей среды предусмотрен для подачи первой текучей среды 2 и второй текучей среды 3 в статический узел смешения 5, при этом первая текучая среда 2 смешивается со второй текучей средой 3 в статическом узле смешения таким образом, что первая текучая среда 2 преобразуется из дисперсной фазы в непрерывную фазу, и вторая текучая среда 3 преобразуется из непрерывной фазы в дисперсную фазу. Другими словами, внутри статического узла смешения 5 происходит инверсия фазы, которая также может быть названа изофракционной инверсией фазы. Изофракционная инверсия фазы определяется, тем самым, как инверсия фазы, в которой принимают участие лишь первая текучая среда 2 и вторая текучая среда 3 без добавления третьей текучей среды или изменения первоначальной объемной доли первой и второй текучей среды посредством добавления любой одной из них. В узле для выпуска текучей среды 6, расположенном в нижнем течении статического узла смешения 5 и присоединенном к нему, первая текучая среда и вторая текучая среда передаются в разделительное средство. Возможны два случая, первый случай представлен на Фиг. 2b, и второй случай показан на Фиг. 2c. Фиг. 2b является схематическим изображением узла для выпуска текучей среды 6, в простейшем случае в форме трубы. Первая текучая среда 2 в настоящий момент образует непрерывную фазу, и вторая текучая среда 3 образует дисперсную фазу. В дополнение к этому, часть первой текучей среды 2 может присутствовать в качестве дисперсной фазы внутри капель второй текучей среды 3. Фиг. 2c показывает более предпочтительный вариант по отношению к последующей стадии разделения, в котором вторая текучая среда 3 по существу свободна от капель первой текучей среды 2. Вариант в соответствии с Фиг. 2c может выгодным образом требовать лишь одной стадии разделения первой и второй текучих сред одной от другой разделительным средством, которое не показано на блок-схемах. В частности, первой текучей средой является вода или суспензия с высоким содержанием воды, или водный раствор, и второй текучей средой является нефть.

Фиг. 3a показывает второе осуществление устройства 1 для инверсии фазы в соответствии с данным изобретением. В нем также предусмотрен узел 4 для подачи текучей среды, который подает первую текучую среду 2, образующую дисперсную фазу, и вторую текучую среду 3, образующую непрерывную фазу, в статический узел смешения 5. В дополнение к этому, пополняющий поток 34 добавляется в узел 4 для подачи текучей среды. Пополняющий поток 34 может иметь тот же самый состав, что и первая текучая среда 2. Поскольку пополняющий поток 34 добавляется, чтобы инициировать инверсию фазы в статическом узле смешения, этот вариант осуществления данного изобретения может быть назван принудительной инверсией фазы. Когда первая текучая среда 2 смешивается со второй текучей средой 3 в статическом узле смешения вместе с пополняющим потоком 34, первая текучая среда 2 может быть преобразована из дисперсной фазы в непрерывную фазу, и вторая текучая среда 3 может быть преобразована из непрерывной фазы в дисперсную фазу. Эта инверсия фазы происходит, как и в случае первого осуществления данного изобретения, как представлено на Фиг. 2a, внутри статического узла смешения 4. В узле 6 для выпуска текучей среды, расположенном в нижнем течении по отношению к статическому узлу смешения 5, возможно большое число случаев комбинаций фаз из первой, второй и пополняющей текучих сред, некоторые из которых показаны на Фиг. 3b, Фиг. 3c, Фиг. 3d, Фиг. 3e, которые все имеют то общее, что по меньшей мере часть первой текучей среды 2 и/или пополняющей текучей среды 34 присутствует теперь в непрерывной фазе, и вторая текучая среда 3 образует дисперсную фазу.

Случай, представленный на Фиг. 3b, показывает, что пополняющая текучая среда 34 остается в виде непрерывной фазы, и вторая текучая среда 3 образует капли внутри нее. Внутри капель присутствует, кроме того, первая текучая среда 2 в качестве дисперсной фазы. Капли первой текучей среды 2 не взаимодействуют одни с другими в этом случае, и, соответственно, коалесценция не происходит.

Фиг. 3c представляет узел 6 для выпуска текучей среды, состоящей из пополняющей текучей среды 34 в качестве непрерывной фазы и в дополнение к ней некоторого количества первой текучей среды в качестве непрерывной фазы. В соответствии с этим схематическим представлением, пополняющая текучая среда 34 и первая текучая среда 2 в непрерывной фазе не смешаны. Обычным, однако, является применение одной и той же текучей среды в качестве первой текучей среды 2 и пополняющей текучей среды 34. В частном случае дисперсии нефть-вода как первая текучая среда, так и пополняющая текучая среда является водой или водным раствором, или суспензией. Поэтому первая текучая среда 2, образующая непрерывную фазу, и пополняющая текучая среда 34 являются смешиваемыми. Некоторая часть первой текучей среды 2, тем не менее, остается в качестве дисперсной фазы внутри капель второй текучей среды 3. На это явление может также даваться ссылка как на «составные капли». В таких условиях происходит частичная коалесценция капель. Пополняющая текучая среда 34 и коалесцированные капли первой текучей среды 2, тем самым, образуют непрерывную фазу.

Фиг. 3d представляет вариант, в котором первая текучая среда 2 присутствует в непрерывной фазе. Соответственно, пополняющая текучая среда 34 и первая текучая среда 2 образуют непрерывную фазу, тогда как вторая текучая среда 3 образует дисперсную фазу. Кроме того, пополняющая текучая среда 34 и первая текучая среда 2 предпочтительно образуют единственную фазу. Этот вариант является, безусловно, наиболее легким для разделения на последующей стадии разделения, вследствие того, что капли первой текучей среды 2 больше не присутствуют внутри капель второй текучей среды 3. Капли первой текучей среды, соответственно, полностью прокоалесцировали в статическом узле смешения. В этом случае не остается составных капель.

Фиг. 3e представляет вариант, в соответствии с которым вторая текучая среда 3 образует дисперсную фазу. Часть