CN103551262A - 一种嵌入式倒置双锥油气水三相旋流分离器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气开采处理技术领域，一种嵌入式倒置双锥油气水三相旋流分离器，它由储液罐、整流器、旋流分离柱和双锥旋流器组成，储液罐、整流器、旋流分离柱与双锥旋流器轴线同心，储液罐、旋流分离柱和双锥旋流器均垂直于水平面安装，所述整流器位于旋流分离柱的底部。所述双锥旋流器由旋流头、大锥段、小锥段和尾管组成，旋流头与储液罐相连接，小锥段与整流器相连接，尾管与旋流分离柱相连接，形成水相出口在上、油相出口在下的倒置安装方式；双锥旋流器嵌入在储液罐、整流器、旋流分离柱的中心。本发明具有体积小、占地面积少、处理时间短、分离效率高的优点。

Description

一种嵌入式倒置双锥油气水三相旋流分离器

技术领域

本发明涉及油气开采处理技术领域，特别是一种嵌入式倒置双锥油气水三相旋流分离器。

背景技术

油井产出液的分离是石油生产中的重要环节，现有的油气水三相分离技术主要采用重力沉降法和离心分离法。重力沉降法采用重力三相分离器来完成，分离设备庞大、停留时间长、需要辅助设备或化学药剂、操作复杂、维护不便。离心分离法采用旋流分离器来完成，目前旋流器只能满足气固旋风分离，液固分离、气液分离、液液分离，无法实现油气水三相同时分离，且分离效率低。

随着油气田的持续开发，油气水分离设备和工艺直接影响着油气的生产效率和经济效益，尤其海上油田的油气水处理系统，对设备重量、占地面积、处理时间与分离效率的要求更为苛刻。因此，油气水分离设备应该具有体积小、分离效率高、结构简单、操作和维护方便的特点。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术的不足，提供一种嵌入式倒置双锥油气水三相旋流分离器，它的占地面积少、停留时间短、能同时分离油气水三相，气液分离效率大于90%，油水分离效率大于50%。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明一种嵌入式倒置双锥油气水三相旋流分离器，由储液罐、整流器、旋流分离柱和双锥旋流器组成，所述储液罐、整流器、旋流分离柱与双锥旋流器的轴线同心，储液罐、旋流分离柱和双锥旋流器均垂直于水平面安装，所述整流器位于旋流分离柱的底部。

所述双锥旋流器由旋流头、大锥段、小锥段和尾管组成，旋流头与储液罐相连接，小锥段与整流器相连接，尾管与旋流分离柱相连接，形成水相出口在上、油相出口在下的倒置安装方式，双锥旋流器嵌入在储液罐、整流器、旋流分离柱的中心。旋流头入口截面形状为双阿基米德螺旋线，双锥旋流器的大锥段锥角α取5～15°，小锥段的锥角β取1.5～5°。

所述旋流分离柱的油气水进口与水平面的夹角δ角度为5～30°。

所述整流器为管式流体整流器，也可用格式流体整流器或滤网式通用流体整流器。

所述旋流分离柱的上部有捕雾器，捕雾器的上部有气相出口，捕雾器为滤网式捕雾器。

本发明的有益效果和优点：能同时分离油气水三相，具有体积小、占地面积少、处理时间短、分离效率高的优点，并且结构简单、操作和维护方便，无需附属设备和化学药剂。

附图说明

图1是本发明一种嵌入式倒置双锥油气水三相旋流分离器的结构示意图；

图2是图1的双锥旋流器的结构示意图；

图3是图1的A-A剖面结构示意图；

图4是图1的B-B剖面结构示意图；

图5是图1的C-C剖面结构示意图；

图6是图1的D-D剖面结构示意图。

图中：1.储液罐2.整流器，3.旋流分离柱，4.油气水进口，5.水相出口6.捕雾器，7.气相出口，8.尾管，9.小锥段，10.大锥段，11.旋流头，12.油相出口，13.双锥旋流器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作具体说明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，一种嵌入式倒置双锥油气水三相旋流分离器，由储液罐1、整流器2、旋流分离柱3和双锥旋流器13组成，所述储液罐1、整流器2、旋流分离柱3与双锥旋流器13的轴线同心，储液罐1、旋流分离柱3和双锥旋流器13均垂直于水平面安装；所述整流器2位于旋流分离柱3的底部，其中整流器2采用格式通用流体整流器；旋流分离柱3的上部有捕雾器6，捕雾器6的上部有气相出口7，捕雾器6为滤网式捕雾器。

所述双锥旋流器13由旋流头11、大锥段10、小锥段9和尾管8组成，旋流头11与储液罐1相连接，小锥段9与整流器2相连接，尾管8与旋流分离柱3相连接，形成水相出口5在上、油相出口12在下的倒置安装方式，双锥旋流器13嵌入在储液罐1、整流器2、旋流分离柱3的中心。

旋流分离柱3的油气水进口4中心线与水平面的夹角δ角度为5～30°，一般取δ角度为25°。双锥旋流器13的大锥段10锥角α的角度取5～15°，一般取锥角α的角度为6°，小锥段9锥角β的角度取1.5～5°，一般取锥角β的角度为1.5°。

选取双锥旋流器13的公称直径D为30mm，以双锥旋流器13的公称直径D为依据确定油气水三相旋流分离器的各种尺寸如下：

选取油相出口12的内径与双锥旋流器13的公称直径之比Do/D为0.2，则Do为6mm；

选取水相出口5的内径与双锥旋流器13的公称直径之比Du/D为0.5，则Du为15mm；

选取旋流头11的内径与双锥旋流器13的公称直径之比Dc/D为1.5，则Dc为45mm；

选取旋流头11的长度与双锥旋流器13的公称直径之比Lc/D为2，则Dc为60mm；

选取尾管8长度与双锥旋流器13公称直径之比Lu/D为50mm,则Lu为1500mm；

旋流分离柱3的尺寸确定为：

选取旋流分离柱3的内径与双锥旋流器13的公称直径之比Dg/D为5，则Dg为150mm。

选取旋流分离柱3的油气水进口4的当量直径与双锥旋流器13的公称直径的之比为d/D为2，则旋流分离柱3的油气水进口4的当量直径d为60mm。

选取旋流分离柱3内径与储液罐1的内径之比Dg/Ds为3，则Dg为450mm。

以上述结构数据为例，处理气相、油相和水相的入口体积分数分别为60%、28%和12%的油气水混合物。如图4所示，油气水进口4为切向入口，油气水三相混合液从油气水进口4进入旋流分离柱3，油气水进口4流速为22m/s，保证旋流分离柱3的液面处于油气水进口4高度Hi的1/10～1/2的范围内。气相、油相和水相的入口体积分数分别为60%、28%和12%，气相为连续相，液相为分散相，气相和液相密度差近900倍，油气水三相混合液高速进入旋流分离柱3，旋流产生的离心力是重力的上千倍，油气水三相混合液在重力、离心力、浮力共同作用下分离，液相紧贴旋流分离柱3内壁面，形成强制旋流区，在旋流分离柱3内壁面上形成螺旋状薄层液流沿器壁向下聚集，进入格式通用流体整流器2。如图5所示，气相在旋流分离柱3上部形成倒锥旋涡，并通过截面形状为环形的气相出口7。气相经捕雾器6捕获气相中小液滴后，从气相出口7排出，实现气液两相分离，按照重质分散相计算方法，气液分离效率能达到100%。由于双锥旋流器13采用内嵌、倒置方式安装，其尾管8处于旋流分离柱3中心，起到了中心固棒的作用，稳定流场，降低压力损耗，强化了气液分离效果。

油水混合液进入整流器2，截面形状如图3所示。油水混合液经过格式通用流体整流器2后，减少了油水混合液的脉动流和旋转流，油水混合物以稳定流态进入储液罐1。油水两相混合物中，油相和水相的体积分数分别为70%和30%，油相为连续相，水相为分散相。

如图2所示，旋流头11采用双阿基米德螺旋线入口，油水两相混合物以1.5m/s的切向速度流入旋流头11，避免了油水乳化效应。高速旋流产生离心力克服重力，水相为重质，紧贴在双锥旋流分离器壁面，油相为轻质分散相在双锥旋流器13的中心，双锥旋流器13内的流体质点均为组合涡动。由于双锥旋流器13采用内嵌、倒置方式安装，双锥旋流器13的零轴向速度包络面，决定了溢流和底流的分配情况和方向，水相沿着双锥旋流器13壁面流向双锥旋流器13的尾管8，形成外旋流，从水相出口5排出；油相流向双锥旋流器13的溢流口，形成内旋流，聚集成油核后从油相出口12排出；按照重质分散相计算方法，油水分离效率为57%，便于油水的后续分离。

本发明一种嵌入式倒置双锥油气水三相旋流分离器，重量为250kg，占地面积1m²，5m³的油气水混合液处理时间小于30秒，能同时对油气水三相进行分离，具有体积小、占地少、处理时间短、分离效率高的优点。

Claims (2)

1.一种嵌入式倒置双锥油气水三相旋流分离器，由储液罐（1）、整流器（2）、旋流分离柱（3）和双锥旋流器（13）组成，其特征在于：所述储液罐（1）、整流器（2）、旋流分离柱（3）与双锥旋流器（13）的轴线同心，储液罐（1）、旋流分离柱（2）和双锥旋流器（13）均垂直于水平面安装，所述整流器（2）位于旋流分离柱（3）的底部；所述双锥旋流器（13）由旋流头（11）、大锥段（10）、小锥段（9）和尾管（8）组成，旋流头（11）与储液罐（1）相连接，小锥段（9）与整流器（2）相连接，尾管（8）与旋流分离柱（3）相连接，形成水相出口（5）在上、油相出口（12）在下的倒置安装方式；双锥旋流器（13）嵌入在储液罐（1）、整流器（2）、旋流分离柱（3）的中心。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式倒置双锥油气水三相旋流分离器，其特征在于：旋流分离柱（3）的油气水进口（4）中心线与水平面的夹角δ角度为5～30°；双锥旋流器（13）的大锥段（10）锥角α的角度取5～15°，小锥段（9）锥角β的角度取1.5～5°。

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