CN103566698B - 气液固三相分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液固三相分离器，用于解决现有分离器体积大，分离效果差的问题。本发明包括筒体，包括进料口、气体排出端和固液排出端，进料口、气体和固液排出端设置在筒体上；进料口切向设置在筒体上；气体排出端包括气体上升管和出气口，气体上升管与出气口连通，在气体上升管与出气口之间还设有丝网捕雾器，气体上升管的外壁设有螺旋引导板，螺旋引导板与进料口连通；固液排出端包括出液口、排砂口和排液阀组件；排砂口配设有用于防止排砂口堵塞的冲砂嘴；排液阀组件包括浮子，浮子的下端连接有阀芯，阀芯与出液口配合。本发明具有结构简单，分离效果好的特点。

Description

气液固三相分离器

技术领域

本发明属于油气田开采技术领域，具体涉及一种用于分离油气田开采出来气（天然气为主）气、液（石油、气田水）、固（砂子等固体杂物）的三相分离器。

背景技术

在石油天然气开采中，从油气田井开采出来的石油天然气一般呈气、液相态流体并含有少量固体颗粒（砂）。一般的单井生产处理流程是，首先将砂粒等杂质分离除去，然后将气、液分离、分别计量测试。再将气、液混合输送到集输站或处理厂做进一步分离、净化等处理。

目前对于气、液、固三相分离的装置较多，例如申请号为200420112780.0的发明专利公开了一种油—水—砂旋流三相分离装置，它是利用旋流分离机构的组合来实现油水砂的液固分离目的，该装置是依次将液固旋流分离器和液液旋流分离器通过管线串联相接，并在各自相应的出口处设置出液口和排砂口。

该油—水—砂旋流三相分离装置以及这种类似的分离装置采用的相互独立的装置一起来实现三相分离，导致设备功能单一、体积大、效率低、控制系统复杂，各个设置之间的协调工作困难，并且存在着排砂困难的问题。

申请号为200820026852.8的发明专利公开了一种原油三相分离器，在筒体的两端通过封头组成一个封闭的罐体，在罐体内部通过稳流挡板和隔断板隔离出进料室、沉降室和油室、水室，在进料室的上方筒体上设置进料斗气体分离器，在沉降室内设置加热器，沉降室下部设置“L”形溢水管，该溢水管向上部分引入到水室内，在油室的上部通过漂油挡板与沉降室连通，在水室和油室的下部分别设置出水口和出油口，在筒体顶部设置安全阀、压力表、液位 、放空阀、排气口、气体分离器，筒体底部设置排污口、集砂收集器、分层取样口，其中进料气体分离器包括进液口，向下延伸到进料室的进液管、以及顶部与气体分离器连接的导气管，在油室和水室内分别装置液面检测装置，在出水口和出油口上分别装有调节阀；在溢流管接入室的上端口设置水位调节器，该调节器被固定在其上方的筒体上。

该三相分离器是现有油气田中普遍采用的分离装置，该三相分离器以及与该三相分离器类似的装置同样存在在体积设备大、各部件之间的协调困难，并且油气田产出的物质由于波动性（比如压力、流量）等较大，从而导致分离效果不稳定。

申请号为200810094026.1的发明专利公开了一种气液固三相分离器，包括顶端带有对称切向入口管的分离筒，分离筒顶端面封闭，其内顶面中心位置固定有一个槌形体，此槌形体上部为倒锥形圆台形状的置顶锥，作为与分离器内顶面的连接端，下部则为空心的锥形圆台形状的扩张段，两部分之间以折流板分隔；分离筒底端面封闭，沿切线方向有一根排砂管，沿中心轴线方向开有一排排液管，此分离筒内底端由下向上依次固定连接空心圆柱状的排液段、开有集液孔的集液段以及脱气锥，其中，集液段与脱气锥均为锥形圆台形状，两者具有相同的锥角，排气管由脱气锥起，贯穿脱气锥、集液段以及排液段的中心部分后引出分离筒外，排液段的上端与集液段连通，下端与排液管连通；脱气锥、集液段以及排液段的中心轴线均与槌形体的中心轴线重合，且脱气锥的顶端面与折流板之间不相触。

该气液固三相分离器一体化程度较高，但是在使用的过程中，会出现固相（砂粒）经集液段上的集液孔随着液体一起排出，导致固液分离效果差；同时油气田产生出来的气液固（比如压力、流量）波动性较大，而集液段上的集液孔的尺寸固定不变，因此会出现不能有效的收集液体实现固液分离。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，而提供一种气液固三相分离器，用于油气田的气体、液体和固体的分离，具有结构简单，体积小，分离效果好的特点；无需附加动力及附加任何控制系统，实现自动、连续排液，确保了输出管路系统平稳性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种气液固三相分离器，包括进料口、气体排出端和固液排出端，进料口、气体和固液排出端均设置在筒体上，其特征在于：

所述进料口切向设置在筒体上；

所述气体排出端包括气体上升管和出气口，气体上升管与出气口连通，在气体上升管与出气口之间还设有丝网捕雾器，气体上升管的外壁设有沿着气体上升管外壁螺旋向下的螺旋引导板，螺旋引导板与进料口连通；

所述固液排出端包括出液口、排砂口和排液阀组件；排砂口设置在筒体的底端，出液口位于排砂口的上端，排砂口配设有用于防止排砂口堵塞的冲砂嘴；

所述排液阀组件由浮子平衡排液阀构成，浮子平衡排液阀包括浮子，浮子的下端连接有阀芯，阀芯与出液口配合。

进一步地，所述螺旋引导板与筒体内壁之间具有间隙。

进一步地，所述阀芯与出液口配合的接触面呈锥形或其它缩径汇聚结构。

进一步地，所述浮子的顶面呈锥形或者其它凸出曲面形。

进一步地，所述浮子配设有用于保持浮子内外压力平衡的通气孔。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的气液固三相分离器，包括进料口、气体排出端和固液排出端，进料口、气体和固液排出端均设置在筒体上；气体排出端包括气体上升管和出气口，气体上升管与出气口连通，在气体上升管与出气口之间还设有丝网捕雾器，气体上升管的外壁设有沿着气体上升管外壁螺旋向下的螺旋引导板，螺旋引导板与进料口连通；固液排出端包括出液口、排砂口和排液阀组件；排砂口设置在筒体的底端，出液口位于排砂口的上端，排砂口配设有用于冲刷排砂口出固体杂物的冲砂嘴；排液阀组件由浮子平衡排液阀构成，浮子平衡排液阀包括浮子，浮子的下端连接有阀芯，阀芯与出液口配合。从油气田排出的混合在一起的气液固混合物从切向进料口进入筒体后，在螺旋引导板的引导作用下，顺着螺旋引导板下旋，由于液体和固体的密度较气体密度大，因此紧贴着筒体内壁运动，并穿过螺旋引导板与筒体内壁之间的间隙下行汇聚在筒体下部，固体砂粒在重力的作用下将继续下沉到底部排砂口，液体经排液阀排除；而气体螺旋下行至液面后，返回进入上升管，上升气体夹带着雾珠向上进入到丝网捕雾器，雾珠被被丝网捕雾器捕捉并聚集变大，在重力的作用下从气体上升管中下落筒体下部，本发明具有结构简单，体积小，分离效果好的特点。

本发明采用内置式浮子平衡自动排液方式，靠内部液位升降自动控制阀门开度，外部系统更加简化，无需附加动力及附加任何控制系统，实现自动、连续排液，确保了输出管路系统平稳性，使得本发明既降低了生产制作的成本又降低了经营管理的成本。有效摒弃其它控制方式带给管路混输的段塞、水击、振动、噪声等等诸多问题。

本发明的排砂口配设有冲砂嘴，通过冲砂嘴的作用对排砂口进行冲洗，防止排砂口的堵塞，提高本发明的实用性。

本发明的螺旋引导板与筒体内壁之间具有间隙，当气液固混合物在螺旋引导板旋流的时候，密度较大的液体带着砂粒被甩在筒壁上并从间隙下落，能够及时的将一部分固液与气体分离，从而提高分离的效果。

本发明的浮子的顶面呈锥形或者其他凸出曲面形，使得下落到浮子顶面的固液能够沿着浮子顶面向边缘运动，既能够快速的将固液从浮子上排开，又能够起到防止固液直接从出液口排出的作用，从而提高固液的分离效果。

本发明的浮子配设有用于保持浮子内外压力平衡的通气孔，能够保证浮子内外压力的平衡，防止浮子被压瘪，提高本发明的实用性。

附图说明

图1是本发明一实施例的结构示意图；

图中标记：1、筒体，2、进料口，3、浮子，4、阀芯，5、出液口，6、冲砂嘴，7、排砂口，8、螺旋引导板，9、气体上升管，10、丝网捕雾器，11、出气口。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的气液固三相分离器，包括进料口、气体排出端和固液排出端，进料口、气体和固液排出端均设置在筒体上；气体排出端包括气体上升管和出气口，气体上升管与出气口连通，在气体上升管与出气口之间还设有丝网捕雾器，气体上升管的外壁设有沿着气体上升管外壁螺旋向下的螺旋引导板，螺旋引导板与进料口连通；固液排出端包括出液口、排砂口和排液阀组件；排砂口设置在筒体的底端，出液口位于排砂口的上端，排砂口配设有用于冲刷排砂口出固体杂物的冲砂嘴；排液阀组件由浮子平衡排液阀构成，浮子平衡排液阀包括浮子，浮子的下端连接有阀芯，阀芯与出液口配合。

切向设置的进料口能够提高旋流的效果，提高固液与气体分离的效果。

从油气田排出的混合在一起的气液固混合物从切向进料口进入筒体后，在螺旋引导板的引导作用下，顺着螺旋引导板下旋，由于液体和固体的密度较气体密度大，因此紧贴着筒体内壁运动，并穿过螺旋引导板与筒体内壁之间的间隙下行汇聚在筒体下部，固体砂粒在重力的作用下将继续下沉到底部排砂口，液体经排液阀排除；而气体螺旋下行至液面后，返回进入上升管，上升气体夹带着雾珠向上进入到丝网捕雾器，雾珠被被丝网捕雾器捕捉并聚集变大，在重力的作用下从气体上升管中下落筒体下部，本发明具有结构简单，体积小，分离效果好的特点。

丝网捕雾器属于现有技术产品，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。丝网捕雾器可以设置在气体上升管的管内，也可以设置在气体上升管上方的筒体内。为了提高丝网捕雾器的效果，将丝网捕雾器设置在筒体内，这样能够增加丝网捕雾器的工作面积，从而提高气液分离的效果。

本发明采用内置式浮子平衡自动排液方式，靠内部液位升降自动控制阀门开度，外部系统更加简化，无需附加动力及附加任何控制系统，实现自动、连续排液，确保了输出管路系统平稳性，使得本发明既降低了生产制作的成本又降低了经营管理的成本。有效摒弃其它控制方式带给管路混输的段塞、水击、振动、噪声等等诸多问题。

由于从油气田排出的混合在一起的气液固混合物的压力和流量会存在一定的波动，本发明的分离器当液体上升到一定高度的时候带动阀芯移动与出液口分离，从而将液体排出，因此当油气田排出的气液固混合物压力或者流量波动的时候，本发明也能够具有稳定的分离效果。

作为一种优选的方式，为了便于砂粒等固体杂物的收集和排出，筒体的底端设置为漏斗状。作为一种选择的方式，阀芯经过连接件与浮子连接。

本发明的排砂口配设有冲砂嘴，通过冲砂嘴的作用对排砂口进行冲洗，防止排砂口的堵塞。冲砂嘴可是固定方向的冲砂嘴，也可以采用旋转式的冲砂嘴，冲砂嘴的数量可以为一个，也可以设置多个，只要能够实现对排砂口的冲洗功能的冲砂嘴，都属于本发明的保护范围。

出液口可以设置在排液管上，排液管穿过筒体与外界容器连通。筒体也可以配设在一装置，该装置设有出液口并且与外界的盛装液体的容器连通。

本发明特别适用于油气田的气液固三相分离，因为油气田开采大都在偏远的地区，交通运输、管理都非常困难，而本发明结构简单，体积小，投入使用后不需要工作人员一直进行监护，便能够持续、高效稳定的进行气液固三相分离。当然也能够运用其他领域的气液固三相分离。

本发明的螺旋引导板与筒体内壁之间具有间隙，当气液固混合物在螺旋引导板旋流的时候，密度较大的液体带着砂粒被甩在筒壁上并从间隙下落，能够及时的将一部分固液与气体分离，从而提高分离的效果。

作为一种选择的方式，螺旋引导板与筒体内壁的间隙设置为1—2mm，间隙的大小可以根据油气田产出的混合物情况进行设定；当油气田中杂质较多，固体杂物颗粒较大的时候，可以适当的增加螺旋引导板与筒体内壁之间的间隙。

本发明的阀芯与出液口配合的接触面呈锥形或其它缩径汇聚结构（如漏斗形、圆台形），能够引导阀芯准确地的落入出液口中实现密封，从而提高本发明的实用性。

为了提高密封性能，阀芯与出液口之间的接触面做密封处理，可以采用金属硬密封，也可以是镶嵌的非金属软密封。

本发明的浮子的顶面呈锥形或者其它凸出曲面形，使得下落到浮子顶面的固液能够沿着浮子顶面向四周运动，既能够快速的将固液从浮子上排开，又能够起到防止固液直接从出液口排出的作用，从而提高固液的分离效果。当然，浮子的大小的设置应当至少保证可以阻挡固液不会直接的进入出液口。同时还有利于保持浮子的平衡。

本发明的浮子配设有用于保持浮子内外压力平衡的通气孔，能够保证浮子内外压力的平衡，防止浮子被压瘪，提高本发明的实用性。作为一种优选的方式，通气孔设置在浮子的顶端，通气孔配设有用于防止固液进入浮子内部的顶帽。

气体的上升过程中会夹着中雾珠，在丝网捕雾器的作用下，液体雾珠被捕捉聚集变大，在重力的作用下下落，提高气体与液体的分离效果。

作为一种优选的方式，本发明的浮子或者阀芯还配有用于引导其上下运动的导向板，通过导向板来引导浮子或者阀芯的上下移动，控制阀芯能够准确的落入到排液口。

本发明的气液固三相分离器，采用内置式浮子平衡自动连续排液阀，实现连续、平稳排液，尤其适合单井分离测试混输工况，与目前所有混输工艺比较，能够实现液体与气体混合的连续性、平稳性，不会像现有自控系统的断续性排液方式，混输过程人为形成段塞流，在增大了输送阻力的同时，也给生产带来波动，给管路系统带来噪声、水击、震动甚至安全隐患。本撬装设备在使用功效上明显优于在用的其它同类设备。

本分离器设备无需配置电源、气源，无需附加任何控制系统，系统管路简略，有利于实现单井的无人值守，在广大的偏、远、生产与生活环境条件恶劣的地区装配这样的设备更是最佳选择。

本分离器技术集旋流沉降分离、重力沉降分离、丝网捕雾分离、浮子平衡自动排液、沉砂冲砂排砂功能与一体，各功能协调一致，作用得到充分发挥，整体结构紧凑节约空间，成本低、效能高。

实施例一

本实施例的气液固三相分离器，包括进料口、气体排出端和固液排出端，进料口、气体和固液排出端均设置在筒体上；进料口切向设置在筒体上；气体排出端包括气体上升管和出气口，气体上升管与出气口连通，在气体上升管与出气口之间还设有丝网捕雾器，气体上升管的外壁设有沿着气体上升管外壁螺旋向下的螺旋引导板，螺旋引导板与进料口连通，这样筒体的内壁、气体上升管的外壁和螺旋引导板一起就构成了螺旋通道。

固液排出端包括出液口、排砂口和排液阀组件；排砂口设置在筒体的底端，出液口位于排砂口的上端，排砂口配设有用于防止排砂口堵塞的冲砂嘴。

排液阀组件由浮子平衡排液阀构成，浮子平衡排液阀包括浮子，浮子的下端连接有阀芯，阀芯与出液口配合。

实施例二

本实施例的气液固三相分离器，包括进料口、气体排出端和固液排出端，进料口、气体和固液排出端均设置在筒体上；进料口切向设置在筒体上；气体排出端包括气体上升管和出气口，气体上升管与出气口连通，在气体上升管与出气口之间还设有丝网捕雾器，气体上升管的外壁设有沿着气体上升管外壁螺旋向下的螺旋引导板，螺旋引导板与筒体内壁之间具有间隙，螺旋引导板与进料口连通，这样筒体的内壁、气体上升管的外壁和螺旋引导板一起就构成了螺旋通道。

固液排出端包括出液口、排砂口和排液阀组件；排砂口设置在筒体的底端，出液口位于排砂口的上端，排砂口配设有用于防止排砂口堵塞的冲砂嘴；

排液阀组件由浮子平衡排液阀构成，浮子平衡排液阀包括浮子，浮子的下端连接有阀芯，阀芯与出液口配合。

实施例三

本实施例的气液固三相分离器，包括进料口、气体排出端和固液排出端，进料口、气体和固液排出端均设置在筒体上；进料口切向设置在筒体上；气体排出端包括气体上升管和出气口，气体上升管与出气口连通，在气体上升管与出气口之间还设有丝网捕雾器，气体上升管的外壁设有沿着气体上升管外壁螺旋向下的螺旋引导板，螺旋引导板与筒体内壁之间具有间隙，螺旋引导板与进料口连通，这样筒体的内壁、气体上升管的外壁和螺旋引导板一起就构成了螺旋通道。

固液排出端包括出液口、排砂口和排液阀组件；排砂口设置在筒体的底端，出液口位于排砂口的上端，排砂口配设有用于冲刷排砂口出固体杂物的冲砂嘴；

排液阀组件由浮子平衡排液阀构成，浮子平衡排液阀包括浮子，浮子的下端连接有阀芯，阀芯与出液口配合，阀芯与出液口配合的接触面呈锥形。

实施例四

本实施例的气液固三相分离器，包括进料口、气体排出端和固液排出端，进料口、气体和固液排出端均设置在筒体上；进料口切向设置在筒体上；气体排出端包括气体上升管和出气口，气体上升管与出气口连通，在气体上升管与出气口之间还设有丝网捕雾器，气体上升管的外壁设有沿着气体上升管外壁螺旋向下的螺旋引导板，螺旋引导板与筒体内壁之间具有间隙，螺旋引导板与进料口连通，这样筒体的内壁、气体上升管的外壁和螺旋引导板一起就构成了螺旋通道。

固液排出端包括出液口、排砂口和排液阀组件；排砂口设置在筒体的底端，出液口位于排砂口的上端，排砂口配设有用于防止排砂口堵塞的冲砂嘴；

排液阀组件由浮子平衡排液阀构成，浮子平衡排液阀包括浮子，浮子的下端连接有阀芯，阀芯与出液口配合，阀芯与出液口配合的接触面呈球面形。

实施例五

本实施例的气液固三相分离器，包括进料口、气体排出端和固液排出端，进料口、气体和固液排出端均设置在筒体上；进料口切向设置在筒体上；气体排出端包括气体上升管和出气口，气体上升管与出气口连通，在气体上升管与出气口之间还设有丝网捕雾器，气体上升管的外壁设有沿着气体上升管外壁螺旋向下的螺旋引导板，螺旋引导板与筒体内壁之间具有间隙，螺旋引导板与进料口连通，这样筒体的内壁、气体上升管的外壁和螺旋引导板一起就构成了螺旋通道。

固液排出端包括出液口、排砂口和排液阀组件；排砂口设置在筒体的底端，出液口位于排砂口的上端，排砂口配设有用于防止排砂口堵塞的冲砂嘴；

排液阀组件由浮子平衡排液阀构成，浮子平衡排液阀包括浮子，浮子的下端经连接件连接有阀芯，阀芯与出液口配合，阀芯与出液口配合的接触面呈球面形。

实施例六

本实施例的气液固三相分离器，包括进料口、气体排出端和固液排出端，进料口、气体和固液排出端均设置在筒体上；进料口切向设置在筒体上；气体排出端包括气体上升管和出气口，气体上升管与出气口连通，在气体上升管与出气口之间还设有丝网捕雾器，气体上升管的外壁设有沿着气体上升管外壁螺旋向下的螺旋引导板，螺旋引导板与筒体内壁之间具有间隙，螺旋引导板与进料口连通，这样筒体的内壁、气体上升管的外壁和螺旋引导板一起就构成了螺旋通道。

固液排出端包括出液口、排砂口和排液阀组件；排砂口设置在筒体的底端，出液口位于排砂口的上端，排砂口配设有用于防止排砂口堵塞的冲砂嘴；

排液阀组件由浮子平衡排液阀构成，浮子平衡排液阀包括浮子，浮子的顶面呈锥形，浮子的下端经连接件连接有阀芯，阀芯与出液口配合，阀芯与出液口配合的接触面呈球面形。

实施例七

本实施例的气液固三相分离器，包括进料口、气体排出端和固液排出端，进料口、气体和固液排出端均设置在筒体上；进料口切向设置在筒体上；气体排出端包括气体上升管和出气口，气体上升管与出气口连通，在气体上升管与出气口之间还设有丝网捕雾器，气体上升管的外壁设有沿着气体上升管外壁螺旋向下的螺旋引导板，螺旋引导板与筒体内壁之间具有间隙，螺旋引导板与进料口连通，这样筒体的内壁、气体上升管的外壁和螺旋引导板一起就构成了螺旋通道。

固液排出端包括出液口、排砂口和排液阀组件；排砂口设置在筒体的底端，出液口位于排砂口的上端，排砂口配设有用于防止排砂口堵塞的冲砂嘴；

排液阀组件由浮子平衡排液阀构成，浮子平衡排液阀包括浮子，浮子的顶面呈球形，浮子配设有用于保持浮子内外压力平衡的通气孔，浮子的下端经连接件连接有阀芯，阀芯与出液口配合，阀芯与出液口配合的接触面呈锥形。

Claims (4)

1.气液固三相分离器，包括进料口、气体排出端和固液排出端，进料口、气体和固液排出端均设置在筒体（1）上，其特征在于， 所述进料口（2）切向设置在筒体上； 所述气体排出端包括气体上升管（9）和出气口（11），气体上升管（9）与出气口（11）连通，在气体上升管（9）与出气口（11）之间还设有丝网捕雾器（10），气体上升管（9）的外壁设有沿着气体上升管（9）外壁螺旋向下的螺旋引导板（8），螺旋引导板（8）与进料口（2）连通；所述螺旋引导板（8）与筒体（1）内壁之间具有间隙； 所述固液排出端包括出液口（5）、排砂口（7）和排液阀组件；排砂口（7）设置在筒体（1）的底端，出液口（5）位于排砂口（7）的上端，排砂口（7）配设有用于冲刷排砂口（7）出固体杂物的冲砂嘴（6）； 所述排液阀组件由浮子平衡排液阀构成，浮子平衡排液阀包括浮子（3），浮子（3）的下端连接有阀芯（4），阀芯（4）与出液口（5）配合。

2.根据权利要求1所述的气液固三相分离器，其特征在于：所述阀芯（4）与出液口（5）配合的接触面呈锥形或者缩径汇聚结构。

3.根据权利要求2所述的气液固三相分离器，其特征在于：所述浮子（3）的顶面呈锥形或者凸出曲面形。

4.根据权利要求1或2所述的气液固三相分离器，其特征在于：所述浮子（3）配设有用于保持浮子内外压力平衡的通气孔。