СПОСОБ И СИСТЕМА СЖИГАНИЯ ВЫБРОСОВ Российский патент 2017 года по МПК F23K5/02 F23G7/05 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Данное изобретение в основном относится к утилизации углеводородов и, в частности, к устройствам и способам сжигания многофазных флюидов, содержащих углеводороды.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Углеводороды широко используются в качестве первичного источника энергии и оказывают существенное влияние на мировую экономику. Следовательно, открытие и эффективная добыча ресурсов углеводородного сырья приобретают все большее и большее значение. Поскольку относительно доступные залежи углеводородов истощаются, разведка и добыча углеводородов распространяется на новые регионы, которые могут быть более труднодоступными и/или могут быть связаны с новыми технологическими сложностями. Во время обычных работ ствол скважины бурят в земле, будь то на суше или ниже морского дна, для достижения пластового резервуара, содержащего углеводороды. Такие углеводороды, как правило, находятся в виде нефти, газа или их смесей, которые затем могут извлекаться на поверхность через ствол скважины.

[0003] Испытания скважины часто проводят для оценки возможной производственной ценности пластового резервуара. В ходе испытаний скважины разведочную скважину бурят для образования испытательного потока флюида из пластового резервуара. Во время испытательного потока контролируют основные характеристики, такие как давление, скорость потока флюида в течение определенного периода времени. Ответ на эти характеристики может быть определен в ходе различных видов испытаний скважины, таких как принудительный перепад давления, взаимодействие скважин, определение границ пласта и других испытаний, как правило, известных специалистам в данной области техники. Данные, полученные в ходе испытания скважины, могут быть использованы для оценки экономической эффективности пластового резервуара. Однако расходы, связанные с выполнением испытательных работ, могут быть значительными и поэтому испытательные работы должны выполняться максимально эффективно и с наименьшими затратами.

[0004] Флюиды, добытые из разведочной скважины, как правило, утилизируются путем сгорания, что повышает серьезность вопросов охраны окружающей среды и безопасности. Например, обычные горелки могут не полностью сжигать скважинные флюиды, тем самым выпуская черный дым и другие загрязняющие вещества в окружающую среду. Для уменьшения количества дыма, образующегося при сгорании во время испытания скважин, было множество предложений (таких как патенты США № 3565562; 3894831; 4419071 и 5096124) по нагнетанию воды в пламя, чтобы тем самым снижать температуру сгорания. Другой подход, раскрытый в патенте Великобритании № GB 2307294, предлагает горелку, которая впрыскивает смесь воздуха/воды в зону сгорания для уменьшения черного дыма и других загрязняющих веществ. Такие подходы требуют значительных объемов воды, и часто эти объемы превышают объем флюида, добываемого в процессе испытания скважины. Если используется морская вода, что характерно для шельфовых буровых, в окружающую среду могут выделяться хлор и другие вредные вещества. Кроме того, поскольку содержание углеводородов в скважинных выбросах может отличаться, эти предшествующие устройства могут приводить к неполному сгоранию выбросов, тем самым высвобождая загрязняющие вещества, а также не сгоревшие углеводородные выбросы в окружающую среду.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] В данном документе раскрыты устройство и способы сжигания флюидов, в которых содержатся углеводороды. Эти флюиды могут быть добыты в процессе испытания скважин, удаления разливов нефти или других работ. В соответствии с устройством и способами, раскрытыми в данном документе, многофазный углеводородный флюид сгорает автоматизированным и экологически безопасным способом, при котором не требуется отделение содержания воды от углеводородного флюида. Применяют замкнутую систему управления для определения содержания воды в поступающем флюиде и/или полноту сгорания, производимого горелкой, и по мере необходимости выборочных добавлений вспомогательного топлива. Также могут контролироваться выбрасываемые газы для определения того, следует ли увеличить или уменьшить подачу воздуха в горелку.

[0006] В соответствии с определенными аспектами данного изобретения, способ сжигания многофазного углеводородного флюида включает определение содержания воды в многофазном углеводородном флюиде, соединение многофазного углеводородного флюида с топливным отверстием горелки в потоке первичного топлива, зажигание пламени в горелке для сгорания многофазного углеводородного флюида, соединение источника вспомогательного топлива с топливным отверстием горелки в потоке вспомогательного топлива и управление потоками первичного и вспомогательного топлива на основании содержания воды в многофазном углеводородном флюиде.

[0007] В соответствии с дополнительными аспектами данного изобретения, устройство для сгорания многофазного углеводородного флюида может включать многофазный расходомер, который имеет впускное отверстие многофазного расходомера, находящееся в соединении с источником многофазного углеводородного флюида и выпускным отверстием многофазного расходомера, при этом многофазный расходомер сконфигурирован для определения содержания воды в многофазном углеводородном флюиде. Горелка может иметь топливное отверстие, находящееся в соединении с выпускным отверстием многофазного расходомера для получения потока первичного топлива многофазного углеводородного флюида, и воспламенитель, сконфигурированный для зажигания пламени в горелке для сгорания многофазного углеводородного флюида. Источник вспомогательного топлива имеет жидкостное соединение с топливным отверстием горелки, а клапан вспомогательного топлива размещен между источником вспомогательного топлива и топливным отверстием горелки, при этом клапан вспомогательного топлива имеет первое положение, сконфигурированное для блокирования потока вспомогательного топлива в топливное отверстие горелки, и второе положение, сконфигурированное для допуска потока вспомогательного топлива к топливному отверстию горелки. Контроллер функционально соединен с многофазным расходомером и клапаном вспомогательного топлива, при этом контроллер программируется для управления потоками первичного и вспомогательного топлива на основании содержания воды в многофазном углеводородном флюиде.

[0008] Сущность изобретения предложена для того, чтобы предоставить выбор концепций, которые дополнительно описаны дальше в подробном описании изобретения. Данная сущность изобретения не предназначена для выявления ключевых или основных признаков заявленного объекта изобретения, а также не предназначена для использования в качестве помощи в ограничении объема заявленного объекта изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0009] Варианты реализации способов и устройства для сжигания многофазного углеводородного флюида описаны со ссылкой на следующие фигуры. Одни и те же номера используются во всех фигурах для ссылки на подобные функции и компоненты.

[0010] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение устройства сжигания многофазного углеводородного флюида, сконструированного в соответствии с данным раскрытием изобретения.

[0011] Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение альтернативного варианта реализации устройства сжигания многофазного углеводородного флюида, сконструированного в соответствии с данным раскрытием изобретения.

[0012] Фиг. 3 представляет собой схематическую иллюстрацию впускных отверстий и выпускных отверстий контроллера, используемого в устройстве, проиллюстрированном на Фиг. 1 или 2.

[0013] Следует понимать, что графические материалы не обязательно поданы в масштабе и что раскрытые варианты реализации изобретения иногда проиллюстрированы схематически и в частичных видах. В некоторых случаях подробности, которые не являются необходимыми для понимания раскрытых способов и устройств или которые затрудняют восприятие других подробностей, могли быть опущены. Конечно, следует понимать, что данное раскрытие изобретения не ограничено конкретными вариантами реализации изобретения, проиллюстрированными в данном документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] Для того чтобы указанные выше особенности и преимущества данного раскрытия изобретения были понятны в подробностях, более конкретное описание изобретения, описанного выше в сущности изобретения, может быть изложено путем ссылки на варианты его реализации, которые проиллюстрированы в сопроводительных графических материалах. Однако следует отметить, что графические материалы иллюстрируют только типовые варианты реализации данного изобретения и поэтому их не следует рассматривать как ограничивающие его объем, так как данное раскрытие изобретения может допускать другие, не менее эффективные варианты реализации изобретения.

[0015] В данном документе раскрыты способы и устройство для применения в связи с многофазным углеводородным флюидом. Термин "многофазный углеводородный флюид" предназначен для обозначения любого флюида, имеющего содержание воды и содержание углеводородов (таких как нефть). Кроме того, многофазный углеводородный флюид может иметь содержание газа (такого как метан). Многофазный углеводородный флюид может быть получен из выбросов из линии подачи, образованной во время проведения испытательных работ в скважине, из смесей нефти и воды, образованных во время удаления разливов нефти или из других источников.

[0016] Фиг. 1 иллюстрирует первый вариант реализации системы 100 сжигания многофазного углеводородного флюида. Система 100 содержит сепаратор 102, который имеет впускное отверстие 104 сепаратора 102, находящееся в соединении с источником углеводородного флюида 106. Источник углеводородного флюида 106 может представлять собой скважину, разливы нефти или другой источник многофазного углеводородного флюида. Сепаратор 102 сконфигурирован для отделения по меньшей мере части содержащихся газов в многофазном углеводородном флюиде. Например, сепаратор 102 может представлять собой двухфазный сепаратор, сконфигурированный для отделения газа от жидкости, такой как самотечный сепаратор. В некоторых вариантах реализации изобретения может быть выгодно применен центробежный сепаратор. Отделенный газ может выходить из сепаратора 102 через выпускное отверстие 108 сепаратора 102 для газов и затем собираться в газовом коллекторе 109, в то время как оставшаяся жидкость выходит через выпускное отверстие 110 сепаратора 102 для жидкостей.

[0017] Оставшаяся жидкость, выходящая через выпускное отверстие сепаратора для жидкостей 110, которая представляет собой многофазный углеводородный флюид, из которого удалена по меньшей мере часть содержания газов, обозначается в данном документе как "многофазная углеводородная жидкость", чтобы отличить ее от необработанного, многофазного углеводородного флюида, поступающего в систему 100. Многофазная углеводородная жидкость может представлять собой в первую очередь смесь нефти/воды, в которой нефть могут быть любым воспламеняющимся веществом, таким как сырая нефть, буровой раствор на нефтяной основе и тому подобное, а вода может быть любым не воспламеняющимся веществом, таким как морская вода, буровой раствор на водной основе и тому подобное. Независимо от конкретных составляющих, многофазная углеводородная жидкость будет иметь измеримый уровень добычи углеводородного состава (т.е. воспламеняющегося состава) и содержания воды (т.е. не воспламеняющегося состава). К тому же многофазная углеводородная жидкость может еще иметь некоторое остаточное содержание газов.

[0018] Система 100 сжигания многофазного углеводородного флюида также может содержать многофазный расходомер 112 для анализа многофазной углеводородной жидкости, выходящей через выпускное отверстие 110 сепаратора 102 для жидкостей. Соответственно, расходомер 112 содержит впускное отверстие 114 расходомера 112 в соединении с выпускным отверстием 110 сепаратора 102 для жидкостей и выпускным отверстием 116 расходомера 112. В приведенных в качестве примера вариантах реализации изобретения многофазный расходомер 112 сконфигурирован для определения содержания воды и содержания углеводородов в многофазной углеводородной жидкости. Соответственно, расходомер 112 может представлять собой любое устройство, выполненное с возможностью определения содержания воды и/или углеводородов в жидкости, такое как устройства, измеряющие удельную проводимость воды/нефти, емкость или коэффициент затухания гамма-лучей, проходящих через поток жидкости.

[0019] В некоторых вариантах реализации изобретения расходомер 112 может представлять собой расходомер "типа Vx", который поставляется на рынок компанией Schlumberger, Inc. Расходомер типа Vx измеряет перепады давления и коэффициент затухания гамма-лучей (на двух или более энергетических уровнях) в части сопла трубки Вентури, содержащейся в расходомере. Затем информация о давлении и коэффициенте затухания используется для определения суммарного массового расхода потока, содержания воды и содержания газа многофазной углеводородной жидкости.

[0020] Приведенная в качестве примера система 100 также содержит горелку 120 для сжигания многофазной углеводородной жидкости. Горелка 120 содержит топливное отверстие 122, находящееся в соединении с выпускным отверстием 116 расходомера 112, например, через трубу 124 горелки 120, для получения потока первичного топлива многофазной углеводородной жидкости. Горелка 120 может также содержать воздушное отверстие 126, находящееся в соединении с источником воздуха 128 (таким как воздушный компрессор) для обеспечения воздушного потока для сгорания указанной жидкости.

[0021] Управляющее отверстие 130 и воспламенитель 132 предоставляются для зажигания пламени в горелке 120. Управляющее отверстие 130 находится в соединении с источником огнеопасного газа. В некоторых вариантах реализации изобретения источник огнеопасного газа может представлять собой газовый коллектор 109 и в этом случае может быть обеспечен газовый компрессор 134 для подачи газа из газового коллектора 109 в управляющее отверстие 130.

[0022] Система 100 сжигания многофазного углеводородного флюида может дополнительно включать компоновку для вспомогательного топлива с целью выборочной подачи вспомогательного топлива в горелку 120. Компоновка для вспомогательного топлива может включать источник вспомогательного топлива, такой как бак 140 для вспомогательного топлива, находящийся в соединении с топливным отверстием 122 горелки 120. В приведенном в качестве примера варианте реализации изобретения трубка 142 для подачи вспомогательного топлива имеет соединение между баком 140 для вспомогательного топлива и трубой 124 горелки 120, образуя тем самым соединение между баком 140 для вспомогательного топлива и топливным отверстием 122 горелки 120. Клапан 144 вспомогательного топлива размещен в трубке 142 для подачи вспомогательного топлива между источником 140 вспомогательного топлива и топливным отверстием 122 горелки 120 для выборочного направления потока вспомогательного топлива к горелке 120. В частности, клапан вспомогательного топлива 144 может иметь открытое положение для впуска потока вспомогательного топлива и закрытое положение для блокирования потока вспомогательного топлива. В качестве дополнительного или альтернативного варианта, клапан вспомогательного топлива 144 может управляться таким образом, чтобы быть частично открытым в "положении дроссельной заслонки", которое находится между полностью открытым и полностью закрытым положениями. Таким образом, клапан вспомогательного топлива 144 при необходимости может быть открыт для подачи только минимального или оптимального количества топлива, чтобы подавать надлежащую смесь или количество топлива для обеспечения необходимого сгорания. В приведенных в качестве примера вариантах реализации изобретения клапан вспомогательного топлива 144 может представлять собой высокоскоростной, автоматический, многократно переключающийся клапан.

[0023] Система 100 может также содержать бак 150 для приема многофазной жидкости, когда сгорание данной жидкости невозможно или не желательно. Труба 152 для отвода потока может находиться в соединении между баком 150 для отвода потока и трубой 124 горелки 120. В проиллюстрированном варианте реализации изобретения труба 152 для отвода потока соединена с клапаном 144 вспомогательного топлива, который может иметь третье положение, пропускающее поток флюида из трубки 142 для подачи вспомогательного топлива в бак 150 для отвода потока.

[0024] Может быть предоставлен монитор выбросов 154 для определения полноты сгорания выбрасываемых газов, образованных пламенем в горелке 120. В приведенных в качестве примера вариантах реализации изобретения монитор выбросов 154 может быть сконфигурирован для определения одного или более компонентов выбрасываемых газов, таких как содержание NOx, содержание О₂, содержание СО, содержание SO₂, содержание бензопирена, содержание сажи или другого компонента выброса, указывающий на полноту сгорания. Например, монитор выбросов 154 может представлять собой прибор для измерения выброса газов, который использует спектральный радиометр для контроля над спектром дымовыделения.

[0025] Предусмотрен контроллер 160 для контроля эксплуатации различных компонентов системы 100 сжигания многофазного углеводородного флюида. Контроллер 160, который может включать процессор, микропроцессор, микроконтроллер или другое логическое исполнительное устройство, а также запоминающее устройство, может быть функционально соединен с многофазным расходомером 112, источником воздуха 128, газовым компрессором 134, клапаном вспомогательного топлива 144, воспламенителем 132 и монитором выбросов 154. Контроллер 160 может получать и расшифровывать сигналы от этих устройств, указывающие на различные измеряемые параметры, и может посылать управляющие сигналы для эксплуатации устройств, как описано более подробно ниже.

[0026] В частности, контроллер 160 может быть функционально соединен с многофазным расходомером 112 и клапаном 144 вспомогательного топлива и запрограммирован на управление потоками первичного и вспомогательного топлива на основании содержания воды во многофазной углеводородной жидкости. В приведенном в качестве примера варианте реализации изобретения контроллер 160 может быть запрограммирован на допуск потока первичного топлива к горелке 120 и блокирование потока вспомогательного топлива в горелку 120 (например, путем размещения клапана вспомогательного топлива 144 в первом положении), когда содержание воды во многофазной углеводородной жидкости ниже нижнего порогового значения содержания воды. Нижнее пороговое значение содержания воды может быть установлено на значение содержания воды, которое указывает, что многофазная углеводородная жидкость может быть эффективно сожжена без добавления вспомогательного топлива. В приведенном в качестве примера варианте реализации изобретения нижнее пороговое значение содержания воды составляет около 20%.

[0027] Кроме того, контроллер 160 может быть запрограммирован на допуск потоков первичного и вспомогательного топлива к горелке (например, путем размещения клапана 144 вспомогательного топлива во втором положении), когда содержание воды находится между нижним пороговым значением содержания воды и верхним пороговым значением содержания воды. Второе положение клапана 144 вспомогательного топлива может представлять собой полностью открытое положение или положение дроссельной заслонки (т.е. частично открытое). Находясь в положении дроссельной заслонки, второе положение клапана 144 вспомогательного топлива может регулироваться в соответствии с содержанием воды в выбросах для оптимизации процесса сгорания. Когда содержание воды находится в пределах этого диапазона, многофазную углеводородную жидкость по-прежнему можно эффективно сжигать, но это потребует подачи вспомогательного топлива. В приведенном в качестве примера варианте реализации изобретения, нижнее пороговое значение содержания воды может составлять около 25%, а верхнее пороговое значение содержания воды может составлять около 40%.

[0028] Более того контроллер 160 может быть запрограммирован на блокирование потоков как первичного, так и вспомогательного топлива (например, путем размещения клапана 144 вспомогательного топлива в третьем положении, когда многофазная углеводородная жидкость сообщается с баком 150 для отвода потока), когда содержание воды выше верхнего порогового значения содержания воды. Когда содержание воды выше верхнего порогового значения, многофазную углеводородную жидкость невозможно эффективно сжигать, даже с добавлением вспомогательного топлива. В таких обстоятельствах многофазная углеводородная жидкость может быть направлена в бак 150 для отвода потока для хранения и/или переработки.

[0029] Кроме того, контроллер 160 может быть запрограммирован на управление воздушным потоком в горелку на основании полноты сгорания выбрасываемых газов. В некоторых применениях монитор выбросов 154 может быть сконфигурирован для определения полноты сгорания выбрасываемых газов путем определения содержания NOx, а контроллер может быть сконфигурирован для увеличения воздушного потока, когда содержание NOx выше порогового значения NOx. В качестве дополнительного или альтернативного варианта, монитор выбросов 154 может быть сконфигурирован для определения полноты сгорания выбрасываемых газов путем определения содержания О₂, а контроллер 160 может быть запрограммирован на увеличение скорости воздушного потока, когда содержание О₂ ниже нижнего порогового значения О₂, и на уменьшение скорости воздушного потока, когда содержание О₂ выше верхнего порогового значения О₂.

[0030] В некоторых вариантах реализации изобретения контроллер 160 может быть запрограммирован на направление многофазного углеводородного флюида в бак 140 для вспомогательного топлива. Когда многофазный расходомер 112 указывает, что многофазный углеводородный флюид имеет высокое содержание углеводородов, например содержание углеводородов выше чем около 10%, то в качестве резерва в баке 140 для вспомогательного топлива может храниться высококалорийный углеводородный флюид.

[0031] Фиг. 2 иллюстрирует альтернативный вариант реализации системы сжигания многофазного углеводородного флюида 200, содержащей необязательный блок подготовки топлива 210, размещенный между многофазным расходомером 112 и горелкой 120. Блок подготовки топлива 210 сконфигурирован для преобразования многофазной углеводородной жидкости в эмульсию воды в нефти для обеспечения более равномерного и экологически чистого эмульгированного топлива для сжигания. Сжигание эмульгированного топлива может сократить выбросы (сажа, NOx и т.д.) и повысить уровень содержания воды, которое многофазная углеводородная жидкость может иметь и все же сгорать дочиста. Блок подготовки топлива 210 может представлять собой гомогенизирующее устройство, сконфигурированное для образования умеренной эмульсии со средним размером капель менее 10-20 микрон.

[0032] Контроллер 160 может быть функционально соединен с блоком подготовки топлива 210 и запрограммирован на выборочную эксплуатацию блока подготовки топлива 210 на основании одной или более определенных характеристик многофазной углеводородной жидкости. Например, контроллер 160 может быть запрограммирован на инициализацию эксплуатации блока подготовки топлива 210, когда содержание воды в многофазной углеводородной жидкости находится между нижним пороговым значением содержания воды в эмульсии (таким как около 7%) и верхним пороговым значением содержания воды в эмульсии (таким как около 40%). Может быть предусмотрен датчик вязкости 212 на впускном отверстии блока подготовки топлива 210, и может быть предусмотрен датчик давления 214 на выпускном отверстии блока подготовки топлива 210, как проиллюстрировано на Фиг. 2, для контроля над процессом эмульгирования.

[0033] В качестве альтернативы, контроллер 160 может быть запрограммирован на управление эксплуатацией блока подготовки топлива 210 на основании полноты сгорания выбрасываемых газов, образованных пламенем в горелке 120. Например, блок подготовки топлива 210 может эксплуатироваться только тогда, когда монитор выбросов 154 указывает на то, что компонент выбросов, такой как NOx или сажа, превышает пороговое значение выбрасываемых газов.

[0034] Фиг. 3 иллюстрирует различные входные данные и выходные данные контроллера. В проиллюстрированном варианте реализации изобретения контроллер 160 получает информацию о содержании воды и содержании углеводородов от многофазного расходомера 112, а также информацию о содержании NOx и содержании O₂ от монитора выбросов 154. На основании информации, предоставленной расходомером 112 и монитором выбросов 154, контроллер 160 может генерировать различные выходные данные. Например, когда содержание воды ниже 25%, контроллер 160 может перевести клапан 144 вспомогательного топлива в первое положение, которое пропускает поток первичного топлива от расходомера 112 к горелке 120, в то же время блокируя поступление потока вспомогательного топлива из бака 140 для вспомогательного топлива. В качестве альтернативы, если содержание воды составляет от 25 до 40%, контроллер 160 может перевести клапан 144 вспомогательного топлива во второе положение, которое пропускает поток первичного топлива от расходомера 112 к горелке 120 и одновременно пропускает поток вспомогательного топлива из бака 140 для вспомогательного топлива к горелке 120. Кроме того, если содержание воды выше 40%, контроллер 160 может перевести клапан 144 вспомогательного топлива в третье положение, которое блокирует поступление потоков первичного и вспомогательного топлива в горелку и направляет первичное топливо в бак 150 для отвода потока. Контроллер 160 может также управлять воздушным компрессором для увеличения воздушного потока, когда монитор выбросов 154 указывает на высокое содержание NOx в выбрасываемых газах. Аналогичным образом, контроллер 160 может увеличить выходные данные воздушного компрессора, когда монитор выбросов 154 указывает на низкое содержание О₂, или может уменьшить выходные данные воздушного компрессора, когда монитор выбросов 154 указывает на высокое содержание О₂. Контроллер 160 выполнен с возможностью регулировать эти входные данные и выходные данные, а также другие входные данные и выходные данные, которые рассматривались в данном документе, чтобы еще лучше сжигать многофазный углеводородный флюид, поступающий в систему.

[0035] В свете вышеизложенного, предложены системы и способы, которые могут чисто и качественно сжигать многофазный углеводородный флюид, имеющий широкий диапазон содержания воды. К данному флюиду может выборочно добавляться вспомогательное топливо для улучшения его последующего сгорания. Кроме того, флюид, который не может эффективно сгорать из-за высокого содержания воды, отводится из горелки, чтобы не допустить его попадание в окружающую среду. Избыток воздуха, подаваемого в горелку, можно регулировать на основании выбрасываемых газов для дальнейшего улучшения сгорания. Каждая из этих особенностей уменьшает количество вредных выбросов, образующихся во время сгорания многофазных углеводородных флюидов при испытаниях скважин, удалении разливов нефти или в других применениях.

[0036] Хотя выше были подробно описаны только некоторые приведенные в качестве примера варианты реализации изобретения, специалисты в данной области техники без труда поймут, что в приведенных в качестве примера вариантах реализации изобретения возможны многие модификации без существенного отхода от компоновки горелки и способов сжигания низкокалорийных газов, раскрытых и заявленных в данном документе. Соответственно, все такие модификации предназначены для включения в объем данного изобретения, как определено в нижеследующей формуле изобретения. В формуле изобретения пункты, излагающие средство и функцию, предназначены для охвата конструкций, описанных в данном документе как выполняющих приведенную функцию, и не только конструктивных эквивалентов, но и эквивалентных конструкций. Таким образом, хотя штифт и болт могут не быть конструктивными эквивалентами в том смысле, что штифт задействует цилиндрическую поверхность для скрепления вместе деревянных частей, а болт задействует геликоидальную поверхность, в среде скрепления деревянных частей штифт и болт могут быть эквивалентными конструкциями.

Изобретение относится к области энергетики. Устройство для сжигания многофазного углеводородного флюида содержит многофазный расходомер, имеющий впускное отверстие многофазного расходомера, находящийся в соединении с источником многофазного углеводородного флюида, а также выпускное отверстие многофазного расходомера, при этом многофазный расходомер сконфигурирован для определения содержания воды в многофазном углеводородном флюиде; горелку, имеющую топливное отверстие, находящееся в соединении с выпускным отверстием многофазного расходомера для получения первичного потока топлива многофазного углеводородного флюида, и воспламенитель, сконфигурированный для зажигания пламени в горелке для сжигания многофазного углеводородного флюида; источник вспомогательного топлива, имеющий соединение с топливным отверстием горелки; клапан вспомогательного топлива, размещенный между источником вспомогательного топлива и топливным отверстием горелки, при этом клапан вспомогательного топлива имеет первое положение, сконфигурированное для блокирования потока вспомогательного топлива в топливное отверстие горелки, и второе положение, сконфигурированное для допуска потока вспомогательного топлива к топливному отверстию горелки; контроллер, функционально соединенный с многофазным расходомером и клапаном вспомогательного топлива, при этом контроллер программируется для управления потоками первичного и вспомогательного топлива на основании содержания воды в многофазном углеводородном флюиде. Изобретение позволяет снизить выброс вредных веществ в атмосферу. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ сжигания многофазного углеводородного флюида, включающий: определение содержания воды в многофазном углеводородном флюиде; подсоединение многофазного углеводородного флюида к топливному отверстию горелки в потоке первичного топлива; зажигание пламени в горелке для сжигания многофазного углеводородного флюида; соединение источника вспомогательного топлива с топливным отверстием горелки с потоком вспомогательного топлива; управление потоками первичного и вспомогательного топлива на основании содержания воды в многофазном углеводородном флюиде.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что управление потоками первичного и вспомогательного топлива включает в себя: обеспечение возможности доступа потока первичного топлива к горелке и блокирование потока вспомогательного топлива в горелку, когда содержание воды ниже нижнего порогового значения содержания воды; обеспечение возможности доступа потоков как первичного, так и вспомогательного топлива к горелке, когда содержание воды находится между нижним пороговым значением содержания воды и верхним пороговым значением содержания воды, и блокирование потока вспомогательного топлива к горелке и отвод потока первичного топлива от горелки, когда содержание воды выше верхнего порогового значения содержания воды.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что нижнее пороговое значение содержания воды составляет около 25%, а верхнее пороговое значение содержания воды составляет около 40%.

4. Способ по п. 1, дополнительно включающий преобразование многофазного углеводородного флюида в углеводородную эмульсию до соединения с топливным отверстием горелки.

5. Способ по п. 4, дополнительно включающий управление преобразованием многофазного углеводородного флюида в углеводородную эмульсию, основанную на содержании воды в многофазном углеводородном флюиде, при этом преобразование в углеводородную эмульсию осуществляется только тогда, когда содержание воды в многофазном углеводородном флюиде находится между нижним пороговым значением содержания воды в эмульсии и верхним пороговым значением содержания воды в эмульсии.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что нижнее пороговое значение содержания воды в эмульсии составляет около 7%, а верхнее пороговое значение содержания воды в эмульсии составляет около 40%.

7. Способ по п. 5, дополнительно включающий определение полноты сгорания выбрасываемых газов, образованных пламенем, и управление преобразованием многофазного углеводородного флюида в углеводородную эмульсию на основании полноты сгорания выбрасываемых газов, при этом преобразование в углеводородную эмульсию осуществляется только тогда, когда полнота сгорания выбрасываемых газов превышает пороговое значение выбрасываемых газов.

8. Способ по п. 1, дополнительно включающий, до определения содержания воды в многофазном углеводородном флюиде, отделение по меньшей мере части газового компонента от многофазного углеводородного флюида.

9. Способ по п. 8, дополнительно включающий соединение части содержащихся газов в многофазном углеводородном флюиде с управляющим отверстием горелки.

10. Способ по п. 1, дополнительно включающий определение содержания углеводородов в многофазном углеводородном флюиде и соединение многофазного углеводородного флюида с источником вспомогательного топлива, когда содержание углеводородов превышает пороговое значение содержания углеводородов.

11. Способ по п. 1, дополнительно включающий соединение источника воздуха с воздушным отверстием горелки в воздушном потоке.

12. Способ по п. 11, дополнительно включающий определение полноты сгорания выбрасываемых газов, образованных пламенем, и управление скоростью воздушного потока в воздушном потоке на основании полноты сгорания выбрасываемых газов.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что определение полноты сгорания выбрасываемых газов включает определение содержания NOx, а также отличающийся тем, что управление скоростью воздушного потока включает увеличение скорости воздушного потока, когда содержание NOx превышает пороговое значение NOx.

14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что определение полноты сгорания выбрасываемых газов включает определение содержания О₂, а также отличающийся тем, что управление скоростью воздушного потока включает увеличение скорости воздушного потока, когда содержание О₂ находится ниже нижнего порогового значения О₂, и уменьшение скорости воздушного потока, когда содержание О₂ находится выше верхнего порогового значения О₂.

15. Устройство для сжигания многофазного углеводородного флюида, содержащее: многофазный расходомер, имеющий впускное отверстие многофазного расходомера, находящийся в соединении с источником многофазного углеводородного флюида, а также выпускное отверстие многофазного расходомера, при этом многофазный расходомер сконфигурирован для определения содержания воды в многофазном углеводородном флюиде; горелку, имеющую топливное отверстие, находящееся в соединении с выпускным отверстием многофазного расходомера для получения первичного потока топлива многофазного углеводородного флюида, и воспламенитель, сконфигурированный для зажигания пламени в горелке для сжигания многофазного углеводородного флюида; источник вспомогательного топлива, имеющий соединение с топливным отверстием горелки; клапан вспомогательного топлива, размещенный между источником вспомогательного топлива и топливным отверстием горелки, при этом клапан вспомогательного топлива имеет первое положение, сконфигурированное для блокирования потока вспомогательного топлива в топливное отверстие горелки, и второе положение, сконфигурированное для допуска потока вспомогательного топлива к топливному отверстию горелки; контроллер, функционально соединенный с многофазным расходомером и клапаном вспомогательного топлива, при этом контроллер программируется для управления потоками первичного и вспомогательного топлива на основании содержания воды в многофазном углеводородном флюиде.

16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что контроллер дополнительно запрограммирован на: эксплуатацию клапана вспомогательного топлива в первом положении, когда содержание воды ниже нижнего порогового значения содержания воды; эксплуатацию клапана вспомогательного топлива во втором положении, когда содержание воды находится между нижним пороговым значением содержания воды и верхним пороговым значением содержания воды; и эксплуатацию клапана вспомогательного топлива в третьем положении, когда содержание воды выше верхнего порогового значения содержания воды, при этом указанное третье положение клапана вспомогательного топлива сконфигурировано как для блокирования потока вспомогательного топлива в горелку, так и для отвода потока первичного топлива от горелки.

17. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что нижнее пороговое значение содержания воды составляет около 25%, а верхнее пороговое значение содержания воды составляет около 40%.

18. Устройство по п. 15, дополнительно содержащее блок подготовки топлива, размещенный между многофазным расходомером и горелкой, при этом блок подготовки топлива сконфигурирован для преобразования многофазного углеводородного флюида в углеводородную эмульсию.

19. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что указанный контроллер функционально соединен с блоком подготовки топлива и, дополнительно, запрограммирован на инициализацию эксплуатации блока подготовки топлива, когда содержание воды в многофазном углеводородном флюиде находится между нижним пороговым значением содержания воды в эмульсии, составляющим около 7%, и верхним пороговым значением содержания воды в эмульсии, составляющим около 40%.

20. Устройство по п. 15, дополнительно содержащее сепаратор, имеющий впускное отверстие сепаратора, находящееся в соединении с источником многофазного углеводородного флюида, выпускное отверстие сепаратора для жидкостей, находящееся в соединении с впускным отверстием многофазного расходомера, а также выпускное отверстие сепаратора для газов, при этом сепаратор сконфигурирован для отделения по меньшей мере части содержащихся газов от многофазного углеводородного флюида.

21. Устройство по п. 20, дополнительно содержащее газовый коллектор, находящийся в соединении с выпускным отверстием сепаратора для газов и сконфигурированный для получения части газов, содержащихся в многофазном углеводородном флюиде, при этом газовый коллектор дополнительно находится в соединении с управляющим отверстием горелки.

22. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что горелка дополнительно содержит воздушное отверстие, находящееся в соединении с источником воздуха для получения воздушного потока, обладающего скоростью воздушного потока.

23. Устройство по п. 22, дополнительно содержащее монитор выбросов, сконфигурированный для определения полноты сгорания выбрасываемых газов, образованных пламенем, и отличающееся тем, что контроллер дополнительно запрограммирован на управление скоростью воздушного потока на основании полноты сгорания.

24. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что монитор выбросов сконфигурирован для определения содержания NOx и содержания О₂ в выбрасываемых газах, и отличающееся тем, что контроллер дополнительно запрограммирован на: увеличение скорости воздушного потока, когда содержание NOx выше порогового значения NOx; увеличение скорости воздушного потока, когда содержание О₂ ниже нижнего порогового значения О₂, и снижение скорости воздушного потока, когда содержание О₂ выше верхнего порогового значения О₂.