CN103551262B - 一种嵌入式倒置双锥油气水三相旋流分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气开采处理技术领域,本发明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
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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