CN105013215A - 水下管式段塞流缓冲器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下管式段塞流缓冲器。所述缓冲器包括混相入口、液相分布管和气相分布管；所述液相分布管的一端与所述混相入口相连通，所述液相分布管的另一端为富气的液相出口；所述液相分布管与所述气相分布管之间通过若干个气液连通管相连通，所述气相分布管的一端为富液的气相出口。本发明提供的水下管式段塞流缓冲器，能够实现段塞流的流型再次分配，从而减小液相对分离器的冲击。本发明将段塞流缓冲器设计为管式，大大减少了分离器的制造难度和费用，同时也减少了水下安装的难度；本发明将段塞流缓冲器安装在传统或任何一种气液分离器的入口处，将会大大提高分离器的分离效率。

Description

水下管式段塞流缓冲器

技术领域

本发明涉及一种水下管式段塞流缓冲器。

背景技术

为了减少液柱动能对后路分离器的冲击，保证后路分离器的性能，在陆地的分离器设计中，往往需要首先对段塞流、活塞流进行缓冲。在海上油气田的开发中，同样面临着保障水下分离器安全可靠性能的问题，因此，需要一种装置对段塞流、活塞流进行缓冲。陆地段塞流缓冲器大多采用容器式分离器对段塞流进行缓冲，但安装在水下的分离器，由于其所处的特殊内外压环境，其设计壁厚远远超过陆地分离器，进而导致分离器直径太大，从而面临较大的成本风险和压力，因此，需要设计一种直径较小的段塞流缓冲器。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下管式段塞流缓冲器，本发明能够满足海上油气田开发的需要，起到气液预分离和段塞流缓冲的功能，保障分离器的安全可靠性，缩小段塞流缓冲器的直径。

本发明所提供的一种水下管式段塞流缓冲器，包括混相入口、液相分布管和气相分布管；

所述液相分布管的一端与所述混相入口相连通，所述液相分布管的另一端为富气的液相出口；

所述液相分布管与所述气相分布管之间通过若干个气液连通管相连通，所述气相分布管的一端为富液的气相出口。

上述的段塞流缓冲器中，所述液相分布管与所述气相分布管之间可为平行设置，以便于管道的安装。

上述的段塞流缓冲器中，所述气液连通管与所述液相分布管之间可为垂直设置，以便于管道的安装。

上述的段塞流缓冲器中，所述液相分布管内设有气相逆向流堰板，所述气相逆向流堰板连接于所述液相分布管的上部；

所述气相逆向流堰板设于所述富气的液相出口端，在所述气相逆向流堰板处，富液的气相会被所述气相逆向流堰板阻挡形成逆向流，并通过所述气液连通管进入上方的所述气相分布管，最终实现气液的预分离。

上述的段塞流缓冲器中，所述液相分布管与所述混相入口之间通过一扩径管相连通，所述扩径管的作用是为了降低流速，在流速降低的上升管段，液相中的小气泡会聚结成大的气泡。

本发明提供的水下管式段塞流缓冲器，能够实现段塞流的流型再次分配，从而减小液相对分离器的冲击。本发明将段塞流缓冲器设计为管式，大大减少了分离器的制造难度和费用，同时也减少了水下安装的难度；本发明将段塞流缓冲器安装在传统或任何一种气液分离器的入口处，将会大大提高分离器的分离效率。

附图说明

图1为本发明水下管式段塞流缓冲器的结构示意图。

图2为本发明水下管式段塞流缓冲器的工作原理图。

图1中各标记如下：

1混相入口、2扩径管、3气相分布管、4气液连通管、5液相分布管、6气相逆向流堰板、7富液的气相出口、8富气的液相出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并局限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供的水下管式段塞流缓冲器包括混相入口1、液相分布管5和气相分布管3。该液相分布管5的一端与混相入口1相连通，两者之间设有扩径管2，该液相分布管5的另一端为富气的液相出口6，用于分离后液相的收集。本发明中，液相分布管5与气相分布管3之间为平行设置，且两者通过多个气液连通管4相连通，并且气液连通管4与液相分布管5之间为垂直设置，用于液相分布管5中产生的气相进入至气相分布管3中，气相分布管3的一端为富液的气相出口7，用于气相分布管3中产生的气相的收集。

本发明提供的水下管式段塞流缓冲器中，在靠近富气的液相出口端8处设有气相逆向流堰板6，其连接于液相分布管5的上部，在该气相逆向流堰板6处，富液的气相会被气相逆向流堰板6阻挡形成逆向流，并通过气液连通管4进入上方的气相分布管3中，最终实现气液的预分离。

在制造本发明的水下管式段塞流缓冲器时，其中液相分布管5的最小管径按照下面推荐的公式(1)进行计算，该公式用于判定管道内段塞流转化为气液分层流时的流速：当气相的流速v_g低于气相判断流速v_Gtran时，可以判断此时段塞流在管道内发生了分层。(Taitel and Dukler流型判别方法)如图2所示的原理图。

$v_{\mathrm{Gtran}}=(1-\frac{h_L}{d})\sqrt{\frac{({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_G)g\cos \left(\mathrm{\α}\right)A_G}{{\mathrm{\ρ}}_G\frac{{\mathrm{dA}}_L}{{\mathrm{dh}}_L}}}---\left(1\right)$

V_Gtran:气相判断流速；

h_L：管道内持液高度(平均)；

d：管道内径；

ρ_L:液相混相密度；

ρ_G:气相密度；

_α:管路倾角；

A_G:气体所占的截面积；

A_L:液相管路截面积；

液相分布管5的最小长度按照下式计算：

$L_{\mathrm{catcher}}={1.5}_{A_{\mathrm{catcher}}}^{V_{\mathrm{accum}}}---\left(2\right)$

L_catcher:段塞流缓冲器液相分布器长度；

V_accum:段塞流滞液量；

A_catcher:段塞流缓冲器液相分布器直径；

气相逆向流堰板高度h1>hL。

本发明的水下管式段塞流缓冲器的使用过程如下：

如图2所示，来流自混相入口1进入气液预分离系统，然后通过扩径管2，气液混相在扩径管2和上升管路中的流速减缓，在液相分布管5之内由于重力的作用，气液产生分层，在液相分布管5内设置的气相逆向流堰板6处，富液的气相会被该气相逆向流堰板6阻挡形成逆向流，并通过气液连通管4进入上方的气相分布管3中，最终实现气液的预分离。

Claims (5)

1.一种水下管式段塞流缓冲器，其特征在于：所述缓冲器包括混相入口、液相分布管和气相分布管；

所述液相分布管的一端与所述混相入口相连通，所述液相分布管的另一端为富气的液相出口；

所述液相分布管与所述气相分布管之间通过若干个气液连通管相连通，所述气相分布管的一端为富液的气相出口。

2.根据权利要求1所述的段塞流缓冲器，其特征在于：所述液相分布管与所述气相分布管之间为平行设置。

3.根据权利要求2所述的段塞流缓冲器，其特征在于：所述气液连通管与所述液相分布管之间为垂直设置。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的段塞流缓冲器，其特征在于：所述液相分布管内设有气相逆向流堰板，所述气相逆向流堰板连接于所述液相分布管的上部；

所述气相逆向流堰板设于所述富气的液相出口端。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的段塞流缓冲器，其特征在于：所述液相分布管与所述混相入口之间通过一扩径管相连通。