CN102794033B - 一种油气水三相超重力分离器 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种油气水三相超重力分离器，包括外壳、一个或多个旋流式超重力式气液分离器、一个或多个旋流式超重力式油水分离器、一组回水管、一组回油管、一个油水界面控制器和一个电磁阀；外壳用下隔板和上隔板由下向上依次分隔成集水腔、油水腔和集油腔，气液分离器从外壳顶部插入，经过集油腔且与集油腔不相通，气液分离器的入口管和排气口位于外壳外部、排液口与油水腔相通；所述油水分离器安装在油水腔内，油水分离器的油水入口与油水腔相通、排油口与集油腔相通、排水口与集水腔相通；集油腔与集水腔通过回水管和回油管连通；油水界面控制器和电磁阀控制排水。本发明解决了现有三相分离器体积大、占地面积大的问题。

Description

一种油气水三相超重力分离器

技术领域

本发明涉及三相分离技术领域，特别是一种具有油、气、水三相超重力分离功能的分离器。

背景技术

油气水三相分离器是一种将油、气、水三相分离的装置，常用于油田采出液原油、伴生气和水的分离。专利201110326022.3是一种油气水三相分离器，包括预处理区、填料区和沉降区。预处理区上部为左端捕雾器，沉降区上部为右端捕雾器，左端捕雾器和右端捕雾器通过连通管相连接，预处理器内设有整流板和折流板；填料区内设有两个聚结填料；沉降区内设有多个折板式捕雾器，壳体尾部设有隔板，隔板外侧分成前后的油室和水室各一个，水室通过导水管与集液区连同，水室设有水浮球阀和水出口，油室设有油浮球阀和油出口，壳体的底部是排污口。专利00262857.0为卧式三相分离器，在壳体内依次设有入口旋流预脱气器、碟型转向器、布液消能器和可调“U”型管等。专利200910027854.8亦为卧式三相分离器，壳体内分隔成沉淀室、水室和油室；沉淀室、水室和油室的底部分别设有排污口、水出口和出油口；壳体的两端分设有油气水入口、螺旋状的能量分能器和气出口；在水室中还设有迷宫型油气分离板，由数块圆形并设有若干凸槽的波纹板通过螺栓相连而成，在每块波纹板上均设有若干均匀分布的通孔，并且相邻波纹板上的通孔位置相互错开；在油气分离板的前部设有加热管及与控制柜相连的温度探头；其水室和油室内分别设有均与控制柜相连的水位探测头和油位探测头。该专利自称实现了水油界面的自动控制，使油气计量结果与井口能量保持同步，实时反映井口产量的瞬间变化。专利200720190253.5主要由罐体、油气预分离器、节流调压阀、低倍数超重力发生器、高效油水聚结分离填料、油水界面调节器、油水分离室、水室、油室组成，特征是：在罐体的内部油气预分离器的下部连接有低倍数超重力发生器。采出液经油气预分离后通过分流阀进入低倍数超重力发生器中进行油水预分离，再通过聚集分离填料，在重力的作用下进一步油水分离。本发明应用于油田高含水采出液的油气水三相分离。专利200920045751.X与专利200910027854.8类似。专利201120408528.4与专利201110326022.3类似。专利201120434176.X的壳体内壁固装有入口分流装置、整流板、聚结板、捕雾器、堰板、防涡器，并在壳体上设有进口接管、油出口接管、水出口接管和气出口接管。除雾器位于壳体内，气出口下方；堰板与分离器轴线垂直放置，防涡器位于壳体内，分别与油出口和水出口相连。该专利自称更适合于高气液比的采出液分离。

上述专利中的油水分离过程，除专利200720190253.5为低倍数超重力分离外，其他都是重力分离，就是专利200720190253.5只是低倍数超重力，沉降驱动力小，需要大的水平沉降面积，因此都是卧式设备，体积庞大，占地面积也大。在有些场合，特别是海洋采油平台，这些庞大的三相分离器的应用受到限制。

发明内容

为了克服现有三相分离器体积大、占地面积大的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种油气水三相超重力分离器，其气液分离、液液分离过程都是超重力分离过程，沉降速度快，所需沉降面积小，设备体积小、结构紧凑，占地面积小。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种油气水三相超重力分离器，包括外壳、一个或多个气液分离器、一个或多个油水分离器、一组回水管、一组回油管和一个油水界面控制器；气液分离器为旋流式超重力式气液分离器，其具有入口管、排气口和排液口，油水分离器为旋流式超重力式油水分离器，其具有排油口、油水入口和排水口；所述外壳用下隔板和上隔板由下向上依次分隔成集水腔、油水腔和集油腔，集水腔侧面安装有油水界面控制器、底部安装有支腿；气液分离器从外壳顶部插入，经过集油腔且与集油腔不相通，气液分离器的入口管和排气口位于外壳外部、排液口与油水腔相通；所述油水分离器安装在油水腔内，油水分离器的油水入口与油水腔相通、排油口与集油腔相通、排水口与集水腔相通；所述集油腔与集水腔通过回水管和回油管连通。

所述上隔板和下隔板与外壳的连接方式为焊接。

所述气液分离器呈筒状，气液分离器上部为大圆筒、中部为锥筒、下部为小圆筒，锥筒大端直径与大圆筒直径相同，下端直径与小圆筒直径相同；大圆筒与外壳的上封头焊接，焊缝在上封头上方；小圆筒与上隔板焊接，焊缝在上隔板下方；

大圆筒顶部盖有溢流盖，溢流盖与大圆筒焊接；溢流盖中插装有气液分离溢流管，气液分离溢流管与大圆筒同轴，气液分离溢流管与溢流盖焊接固联并用筋板加强；气液分离溢流管的出口为排气口，气液分离溢流管的进口位于大圆筒内；

气液分离器的入口管位于大圆筒的上部，与大圆筒的内腔相通；

入口管通道的横截面形状从圆形逐渐过渡到矩形，且横截面为矩形端与大圆筒相切连接，入口管矩形上边与溢流盖平齐，下边往下斜接大圆筒。

所述的气液分离器的大圆筒的高径比为1-2，锥筒的锥角为18-22°，小圆筒的高径比为0.75-1.25；

入口管矩形管部分的长边与所述大圆筒相切，矩形管入口端通道横截面的长宽比为1.75-2.25，矩形管的宽度与大圆筒直径之比为0.15-0.25；

所述气液分离溢流管插入溢流盖的深度与大圆筒直径之比为1-1.5，所述气液分离溢流管的内径与大圆筒直径之比为0.3-0.5。

所述油水分离器具有筒体，筒体上端装有油水分离器溢流管，油水分离器溢流管的上端为排油口，排油口与上隔板固定连接；筒体下端为排水口，筒体下部与下隔板固定连接。

所述的排油口外表具有外螺纹，油水分离器溢流管上端具有内螺纹，排油口下部穿过上隔板，排油口与油水分离器溢流管螺纹连接，排水口下部穿过下隔板，排水口外表具有外螺纹、通过螺母将排水口与下隔板固定连接，排油口和排水口分别通过排油口的密封垫片Ⅰ和排水口的密封垫片II密封。

所述油水分离器的筒体上部为圆筒，中部为短锥筒，下部为长锥筒；所述短锥筒大端直径与所述圆筒直径相同，下端直径与所述长锥筒的大端直径相同；所述筒体上部圆筒部分的高径比为0.75-1.25，短锥筒的锥角为15-25°，长锥筒的锥角为3-6°。

所述油水分离器的油水入口位于筒体圆筒的上部，其横截面为矩形，所述矩形的长边与所述圆筒相切；所述矩形的长宽比为1.5-2.0，所述矩形的宽度与所述圆筒直径之比为0.15-0.25。

所述油水分离器溢流管的插入深度与筒体上部圆筒直径之比为0.75-1.0，所述油水分离器溢流管的通径与圆筒直径之比为0.2-0.4。

所述油水分离器的排水口的通径与筒体上部圆筒直径之比为0.2-0.4。

所述回水管的上端与上隔板平齐，下端低于油水界面控制器的上界面，所述回油管的上端高出上隔板，下端与下隔板平齐。

所述集油腔侧面上部开有出油口，下部开有若干个检修孔。

所述集水腔侧面安装有油水界面控制器，底部开有出水口。

所述油水腔底部侧面开有排零口。

本发明的油气水三相超重力分离器有益效果是：

1、由于本发明采用全旋流技术即全超重力技术，在同样处理量下，本发明比重力式三相分离器体积小、重量轻、占地面积小。例如，处理液量400m³/h,重力式三相分离器要直径3.2m、长度12m的卧式设备，而本发明只要直径1.2m，高度4m的立式设备，占地面积还不到重力式三相分离器的5%。

2、由于本发明体积小、重量轻，所以本发明投资小。

3、本发明采用全旋流技术或全超重力技术，即无形场分离技术，不存在堵塞等问题，因此，本发明维护方便。

4、本发明专利不仅可用于油田采出液的油气水三相分离，特别是海洋采油平台的采出液直接脱气、分水，也可用于其他含有游离气体的互不相溶液液混合物的分离。

附图说明

图1为本发明的油气水三相超重力分离器的具体实施例的结构示意图。

图中：1.气液分离器，11.入口管，12.筋板，13.排气口，14.溢流盖，15.溢流管，16.大圆筒，17.锥筒，18.排液口，19.气小圆筒，2.外壳，21.检修孔，22.排水口，23.支腿，24.排零口，25.排油口，26.油水界面控制器，3.上隔板，4.油水分离器，41.排油口，42.密封垫片Ⅰ，43.油水入口，44.油水分离器溢流管、45.筒体，46.密封垫片II，47.螺母，48.排水口，5.下隔板，6.集水腔，7.油水腔，8.回水管，9.回油管，10.集油腔。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的技术内容进行进一步描述。

如图1所示为本发明的油气水三相超重力分离器的具体实施例：

包括外壳2、一个或多个气液分离器1、一个或多个油水分离器4、一组回水管8、一组回油管9和一个油水界面控制器26，其特征在于：所述的气液分离器1为旋流式超重力式气液分离器，其具有入口管11、排气口13和排液口18；

所述的油水分离器4旋流式超重力式油水分离器，其具有排油口41、油水入口43和排水口48；

所述外壳2用下隔板5和上隔板3由下向上依次分隔成集水腔6、油水腔7和集油腔10，集水腔6侧面安装有油水界面控制器26、底部安装有支腿23；

所述气液分离器1从外壳2顶部插入，经过集油腔10且与集油腔10不相通，气液分离器1的入口管11和排气口13位于外壳2外部、排液口18与油水腔7相通；

所述油水分离器4安装在油水腔7内，油水分离器4的油水入口43与油水腔7相通、排油口41与集油腔10相通、排水口48与集水腔6相通；

所述集油腔10与集水腔6通过回水管8和回油管9连通。

所述上隔板3和下隔板5与外壳2的连接方式为焊接。

所述气液分离器1呈筒状，气液分离器1上部为大圆筒16、中部为锥筒17、下部为小圆筒19，锥筒17大端直径与大圆筒16直径相同，下端直径与小圆筒19直径相同；大圆筒16与外壳2的上封头焊接，焊缝在上封头上方；小圆筒19与上隔板3焊接，焊缝在上隔板3下方；

大圆筒16顶部盖有溢流盖14，溢流盖14与大圆筒16密封连接；溢流盖14中插装有气液分离溢流管15，气液分离溢流管15与大圆筒16同轴，气液分离溢流管15与溢流盖14焊接固联、并用筋板12加强；气液分离溢流管15的出口为排气口13，气液分离溢流管15的进口位于大圆筒16内；

气液分离器1的入口管11位于大圆筒16的上部，入口管11与大圆筒16的内腔相通；

入口管11通道的横截面形状从圆形逐渐过渡到矩形，横截面为矩形端与大圆筒16连接，入口管11矩形上边与溢流盖14平齐，下边往下斜接大圆筒16。

入口管11矩形管部分的长边与所述大圆筒16相切，矩形管入口端通道横截面的长宽比为1.75-2.25，矩形管的宽度与大圆筒16直径之比为0.15-0.25；

所述的气液分离器1的大圆筒16的高径比为1-2，锥筒17的锥角为18-22°，小圆筒19的高径比为0.75-1.25；

所述气液分离溢流管15插入溢流盖14的深度与大圆筒16直径之比为1-1.5，所述气液分离溢流管15的内径与大圆筒16直径之比为0.3-0.5。

所述油水分离器4具有筒体45，筒体45上端装有油水分离器溢流管44，油水分离器溢流管44的上端为排油口41，排油口41与上隔板3固定连接；筒体45下端为排水口48，筒体45下部与下隔板5固定连接。

所述的排油口41外表具有外螺纹，油水分离器溢流管44上部阶梯孔内具有内螺纹，排油口41下部穿过上隔板3，排油口41与油水分离器溢流管44螺纹连接，排水口48下部穿过下隔板5，排水口41外表具有外螺纹、通过螺母47将排水口48与下隔板5固定连接，排油口41和排水口48分别通过排油口41的密封垫片Ⅰ42和排水口48的密封垫片II46密封。

所述油水分离器的筒体45上部为圆筒，中部为短锥筒，下部为长锥筒；所述短锥筒大端直径与所述圆筒直径相同，下端直径与所述长锥筒的大端直径相同；所述筒体45上部圆筒部分的高径比为0.75-1.25，短锥筒的锥角为15-25°，长锥筒的锥角为3-6°；

所述油水分离器4的油水入口43位于筒体45圆筒的上部，其横截面为矩形，所述矩形的长边与所述圆筒相切；所述矩形的长宽比为1.5-2.0，所述矩形的宽度与所述圆筒直径之比为0.15-0.25；

所述油水分离器溢流管44的插入深度与筒体45上部圆筒直径之比为0.75-1.0，所述油水分离器溢流管44的通径与圆筒直径之比为0.2-0.4；

所述油水分离器4的排水口48的通径与筒体45上部圆筒直径之比为0.2-0.4。

所述回水管的上端与上隔板平齐，下端低于油水界面控制器的上界面，所述回油管的上端高出上隔板，下端与下隔板平齐。

所述集油腔10侧面上部开有出油口25，下部开有若干个检修孔21。

所述集水腔6底部开有出水口22。

所述油水腔7底部侧面开有排零口24。

利用本发明的油气水三相超重力分离器对油气水混合物进行三相分离的过程如下：

第一级分离：将气体和液体分离。

气液分离过程采用旋流式超重力分离技术，通过所述气液分离器1实现。所述气液分离器1由气液分离器入口管11、筋板12、排气口13、溢流盖14、气液分离器溢流管15、大圆筒16、锥筒17、排液口18和小圆筒19组成。所述气液分离器1从外壳2的上封头插入，经过集油腔10，其排液口18与油水腔7相通。油气水三相混合物从所述气液分离器入口管11切向进入所述气液分离器1，并在所述气液分离器1内高速旋转，产生旋流聚结和离心沉降过程，气体向所述气液分离器1中心迁移，从气液分离器排气口13排出，液体，即油水混合液向气液分离器1周围迁移，从气液分离器排液口18排出，进入油水腔7，至此即完成第一级分离。

第二级分离：油和水的分离。

油和水的分离过程也采用旋流式超重力分离技术，通过所述油水分离器4来实现。所述油水分离器4由排油口41、油水入口43、油水分离器溢流管44、筒体45、排水口48组成，安装在油水腔7内，且其排油口41与集油腔10相通，排水口48与集水腔6相通，油水分离器4上端通过排油口41的螺纹与上隔板3固定连接，下端通过排水口螺母47与下隔板5固定连接，并分别通过排油口密封垫片I42和排水口密封垫片II46密封。

经过第一级分离、进入油水腔7的油水混合液在压力作用下，从油水入口43切向进入油水分离器4，并在所述油水分离器4内高速旋转，产生旋流聚结和离心沉降作用，油向所述油水分离器4中心迁移，通过油水分离器排油口41，进入集油腔10，水向油水分离器筒体45周围内壁迁移，经过油水分离器排水口48排入集水腔6，至此即完成第二级分离。

考虑到在开车或工况不稳定时，油水分离器工作不稳定，有部分油流到集水腔。油水界面控制器可以检测到油水界面的位置。当油水界面高于设定的上界面时，油水界面控制器向底部排水口电磁阀给出排水信号，当油水界面低于设定的下界面时，电磁阀关闭。这样可以保证底部只排水不排油。进入集水腔的油在集水腔上层积聚，可以通过回油管向上流到集油腔；在油水分离器内随油向上夹带进入集油腔的水在集油腔底部积聚，可以通过回水管向下流到集水腔。

至此，本发明完成了油、气、水的三相分离，气体从气液分离器排气口13排出，油从集油腔10侧面上部的出油口25排出，水经过底部出水口22排出。

检修孔21用于不同溢流口径的油水分离器排油口41的更换，以适应不同混合比例油水混合液的分离。

排零口24用于本发明专利停用前油水腔7的排空。

本发明专利的装配制造方法如下：

1、分别做好气液分离器、油水分离器、回流管、上隔板、下隔板、支腿、外壳的筒体和上、下封头。

2、分别将所有油水分离器和回流管通过油水分离器排油口的螺纹或焊接方式固定在上隔板上形成油水分离组件后，将此组件放入外壳筒体内的适当位置，采用单面焊的形式在上隔板上方将上隔板焊在外壳的筒体内。

3、将气液分离器插入外壳的上封头并点焊定位，再将气液分离器小圆筒插入上隔板，将外壳的上封头和筒体对准后点焊定位，然后在上隔板下方将气液分离器小圆筒焊在上隔板上。

4、完成外壳的上封头与筒体的焊接和气液分离器与外壳的上封头的焊接。

5、将下隔板装在所述油水分离组件的下方，用油水分离器的排水口螺母联接固定油水分离器，同时在下隔板下方将回流管与下隔板焊接，并在下隔板下方将下隔板焊在外壳的筒体内。

通过本发明专利，将气液分离和液液分离过程一体化，在一个设备内同时完成油、气、水三相分离，结构紧凑，体积小，占地面积小。

以上述依据本发明专利的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明专利技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明专利的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (12)

1.一种油气水三相超重力分离器，包括外壳（2）、一个或多个气液分离器（1）、一个或多个油水分离器（4）、一组回水管（8）、一组回油管（9）和一个油水界面控制器（26），其特征在于：所述的气液分离器（1）为旋流式超重力式气液分离器，其具有入口管（11）、排气口（13）和排液口（18）；

所述的油水分离器（4）为旋流式超重力式油水分离器，其具有排油口（41）、油水入口（43）和排水口（48）；

所述外壳（2）用下隔板（5）和上隔板（3）由下向上依次分隔成集水腔（6）、油水腔（7）和集油腔（10），集水腔（6）侧面安装有油水界面控制器（26）、底部安装有支腿（23）；

所述气液分离器（1）从外壳（2）顶部插入，经过集油腔（10）且与集油腔（10）不相通，气液分离器（1）的入口管（11）和排气口（13）位于外壳（2）外部、排液口（18）与油水腔（7）相通；

所述油水分离器（4）安装在油水腔（7）内，油水分离器（4）的油水入口（43）与油水腔（7）相通、排油口（41）与集油腔（10）相通、排水口（48）与集水腔（6）相通；

所述集油腔（10）与集水腔（6）通过回水管（8）和回油管（9）连通。

2.根据权利要求1所述的油气水三相超重力分离器，其特征在于：所述上隔板（3）和下隔板（5）与外壳（2）的连接方式为焊接。

3.根据权利要求1所述的油气水三相超重力分离器，其特征在于：所述气液分离器（1）呈筒状，气液分离器（1）上部为大圆筒（16）、中部为锥筒（17）、下部为小圆筒（19），锥筒（17）大端直径与大圆筒（16）直径相同，下端直径与小圆筒（19）直径相同；大圆筒（16）与外壳（2）的上封头焊接，焊缝在上 封头上方；小圆筒（19）与上隔板（3）焊接，焊缝在上隔板（3）下方；

大圆筒（16）顶部盖有溢流盖（14），溢流盖（14）与大圆筒（16）焊接；溢流盖（14）中插装有气液分离溢流管（15），气液分离溢流管（15）与大圆筒（16）同轴，气液分离溢流管（15）与溢流盖（14）焊接固联、并用筋板（12）加强；气液分离溢流管（15）的出口为排气口（13），气液分离溢流管（15）的进口位于大圆筒（16）内；

气液分离器（1）的入口管（11）位于大圆筒（16）的上部，入口管（11）的内腔与大圆筒（16）的内腔相通；

入口管（11）通道的横截面形状从圆形逐渐过渡到矩形，且横截面为矩形端与大圆筒（16）相切连接，入口管（11）矩形上边与溢流盖（14）平齐，下边往下斜接大圆筒（16）。

4.根据权利要求3所述的油气水三相超重力分离器，其特征在于：所述的气液分离器（1）的大圆筒（16）的高径比为1-2，锥筒（17）的锥角为18-22^o，小圆筒（19）的高径比为0.75-1.25；

入口管（11）矩形管部分的长边与所述大圆筒相切，入口管（11）的矩形管入口端通道横截面的长宽比为1.75-2.25，矩形管的宽度与大圆筒（16）直径之比为0.15-0.25；

所述气液分离溢流管（15）插入溢流盖（14）的深度与大圆筒（16）直径之比为1-1.5，所述气液分离溢流管（15）的内径与大圆筒（16）直径之比为0.3-0.5。

5.根据权利要求1所述的油气水三相超重力分离器，其特征在于：所述油水分离器（4）具有筒体（45），筒体（45）上端装有油水分离器溢流管（44）， 油水分离器溢流管（44）的上端为排油口（41），排油口（41）与上隔板（3）固定连接；筒体（45）下端为排水口（48），筒体（45）下部与下隔板（5）固定连接。

6.根据权利要求5所述的油气水三相超重力分离器，其特征在于：所述的排油口（41）外表具有外螺纹，油水分离器溢流管（44）上部阶梯孔内具有内螺纹，排油口（41）下部穿过上隔板（3），排油口（41）与油水分离器溢流管（44）螺纹连接，排水口（48）下部穿过下隔板（5），排水口（41）外表具有外螺纹、通过螺母（47）将排水口（48）与下隔板（5）固定连接，排油口（41）和排水口（48）分别通过排油口（41）的密封垫片Ⅰ（42）和排水口（48）的密封垫片Ⅱ（46）密封。

7.根据权利要求5所述的油气水三相超重力分离器，其特征在于：所述油水分离器的筒体（45）上部为圆筒，中部为短锥筒，下部为长锥筒；所述短锥筒大端直径与所述圆筒直径相同，下端直径与所述长锥筒的大端直径相同；所述筒体（45）上部圆筒部分的高径比为0.75-1.25，短锥筒的锥角为15-25°，长锥筒的锥角为3-6°；

所述油水分离器（4）的油水入口（43）位于筒体（45）圆筒的上部，其横截面为矩形，所述矩形的长边与所述圆筒相切；所述矩形的长宽比为1.5-2.0，所述矩形的宽度与所述圆筒直径之比为0.15-0.25；

所述油水分离器溢流管（44）的插入深度与筒体（45）上部圆筒直径之比为0.75-1.0，所述油水分离器溢流管（44）的通径与圆筒直径之比为0.2-0.4；

所述油水分离器（4）的排水口（48）的通径与筒体（45）上部圆筒直径之比为0.2-0.4。 

8.根据权利要求1所述的油气水三相超重力分离器，其特征在于：回水管（8）的上端与上隔板（3）平齐，下端低于油水界面控制器（26）的上界面。

9.根据权利要求1所述的油气水三相超重力分离器，其特征在于：回油管（9）的上端高出上隔板（3），下端与下隔板（5）平齐。

10.根据权利要求5所述的油气水三相超重力分离器，其特征在于：所述集油腔（10）侧面上部开有出油口（25），下部开有若干个检修孔（21）。

11.根据权利要求1所述的油气水三相超重力分离器，其特征在于：所述集水腔（6）底部开有出水口（22）。

12.根据权利要求1所述的油气水三相超重力分离器，其特征在于：所述油水腔（7）底部侧面开有排零口（24）。