CN106938152B - 倾斜管式水下预脱水脱气分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种倾斜管式水下预脱水脱气分离装置，应用于含气井流水下直接预脱水脱气。该水下分离装置将原油立式和卧式在线分离技术有机结合，并依据倾斜式布置和管式构造，实现油气水高效预分离及快速预脱水脱气；分流管采用窄缝式圆管和碰撞式半球形板完成气液的初步分离，波纹板组通过一组沿垂直方向等间距叠放的波纹板完成二次气液分离，并彻底分离出油井产液中的伴生气；气液分离管实施波纹板倾斜管式油水预分离处理，脱除油井产液中的大部分水相；排气平衡器依据捕液体和滤液体的两级滤气加上平衡管的涤气作用而彻底脱除伴生气中的小液滴，排水管及时排出含油率低的生产水，而冲砂管用来定期冲洗气液分离管底部沉积的砂粒等杂物。

Description

倾斜管式水下预脱水脱气分离装置

技术领域

本发明涉及一种海洋工程领域含气井流水下直接预分离用的装置，特别是涉及一种水下生产系统倾斜管式预脱水脱气的分离装置。

背景技术

目前，国内外海上油田的典型油气预处理配套设施为“水下高压油井产液→水下立管→平台管汇→一级分离器→二级加热器→二级分离器”，油气的预处理技术主要采用常规的一级三相分离器和二级热化学分离器，并利用原油中水相重力的自然沉降实施油水分离，整个预处理设备体积庞大且流程处理效率较低；此外，水下高压油井产液经过海底管道、水下立管和平台管网的长距离输送和各级预处理系统的脱水脱气后的整个流程较为复杂，且集输和预分离处理中的电能和热能等额外损耗严重，不仅增加了海上平台电站设施的电负荷，而且还需要配备专门的热介质锅炉等热站设施为油气预处理流程中的各级加热器提供大量的热能。

为了满足陆上高含水油田以及海上深水油田和边际油田开发的需要，基于对适当湍流能够促进分散相水颗粒碰撞、聚结等问题的全面认识，目前应用于海上平台的紧凑型油气水分离器通常采用水力旋流和单体旋流管并联技术，以便缩小分离设备所占平台甲板的空间，如美国FMC Technologies公司研发的脱水脱气设备，然而目前国内对海上平台紧凑型脱水脱气技术的研究尚处于试验研究阶段。另外，针对水下生产系统专用的预脱水脱气设备研究国内外均还处于起步和试验阶段。

由此，通过积极研制新型的水下高效管式脱水脱气装置，将现有的海上平台油气处理系统简化为水下管汇在线油水预分离系统，同时将常规分离器的大罐体结构变为管式结构，以便有效解决常规处理系统及其相关设施占地面积和重量大等弊端；同时，整个水下预分离装置采用倾斜式布置，有效克服了立式分离器内油水界面覆盖面积小以及卧式分离器油水界面和水出口距离短，分离时间不充分等缺点；而且，无需配置水下立管和平台管网等油气集输管道、加热器等设备，同时无需额外配套热站等热用户设施以及增压泵等电用户设备，使得油气预处理的运行耗能显著下降，最终实现水下油气水高效预分离，达到提升深水油气田开发效益的目的。

发明内容

为了克服现有海上平台原油预处理设施存在的缺陷和不足，并改善水下油气水预分离设备尚处于起步和试验阶段的研究现状，本发明的目的是提供一种适合水下生产系统油井产液直接预脱水脱气用的倾斜管式分离装置。该预脱水脱气分离装置将原油立式和卧式在线分离技术有机结合，实现水下管汇在线安装和运行，并依据倾斜式布置和管式构造，具备油气水高效预分离，油井产液水下快速脱水脱气，伴生气含水率低，占地面积小和重量轻等特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种倾斜管式水下预脱水脱气分离装置，主要由分流管、气液分离管、排气平衡器、波纹板组、排水管和冲砂管组成。较之常规原油预处理配套设施，该预脱水脱气分离装置采用柱形管式分离器的构造，实现油气水高效预分离；同时分离装置采用倾斜式的布置形式，将原油立式和卧式分离技术有机结合，解决了常规预分离装备油水界面覆盖面积小、分离时间不充分等缺点。水下油井产液经水下采油树和水下管汇由分流管进入预脱水脱气分离装置，实施波纹板倾斜管式油气水预分离处理，脱除油井产液中的伴生气和大部分的水相，预分离处理后的伴生气经排气平衡器彻底除液后进入输气管汇中，含油率低的生产水经气液分离管右侧底部的排水管排出，而含水量低且呈油水两相态的二级原油则经气液分离管中部的出油管进入下一级脱水器。

分流管、波纹板组、排水管和冲砂管的材质均选用超级双向不锈钢，同时分流管、排水管和冲砂管与海水接触部分的通体涂覆玻璃胶，而气液分离管和排气平衡器主体部件的材质采用不锈钢且内衬金属陶瓷，同时通体涂覆玻璃胶。分流管、气液分离管及其内的波纹板组均倾斜布置，气液分离管的轴线与水平面之间的夹角为15°～25°，排气平衡器沿垂直方向朝上布置，而排水管则沿垂直方向朝下布置。

分流管位于气液分离管左端入口处且其轴线与气液分离管的轴线重合，它采用窄缝式圆管和碰撞式半球形板相结合的构造，用来改变水下油井产液的流向和流速，实现气液的初步分离。分流管由入口管、窄缝管体和碰撞球板三部分组成，其中入口管水平布置并采用法兰盘与水下采油树和水下管汇进行联接。

窄缝管体通过弯管与入口管连为一体，其右侧的管体上设计有沿圆周方向均匀布置的多条窄缝，窄缝顺着窄缝管体的轴向布置并延伸至窄缝管体的右侧端，且各窄缝均与窄缝管体的轴线保持平行，窄缝的横截面呈外宽内窄的等腰梯形状，油井产液经窄缝向外流出的过程中流道截面面积不断增大，使得油井产液的流压逐渐降低，从而有利于气液的初步分离。

碰撞球板采用半球形板，且其球形板面的球心位于窄缝管体的轴线上，碰撞球板的中部实现窄缝管体右侧端的封闭，而碰撞球板的外缘板面则使由窄缝右侧流出的油井产液碰撞汇集至碰撞球板上，并迅速改变油井产液的流向和流速，从而进一步加强气液初步分离，与此同时碰撞球板还保证飞溅出碰撞球板外缘板面的油井产液全部落入气液分离管的缓冲区内。

波纹板组水平安装于气液分离管左侧上部的内腔壁，波纹板组的左端紧邻气液分离管的缓冲区，油井产液初步气液分离后的气液混合物在波纹板组内反复折流向前推进，完成二次气液分离，并彻底分离出油井产液中的伴生气。波纹板组包含一组沿垂直方向等间距叠放的波纹板，形成气液混合物流动的通道，波纹板由折板倾斜对称布置而成，波纹板间距小于折板波高，折板波高为沿垂直方向上折板的顶端和底端间的高度差值。各波纹板上折板的顶端和底端所在的板面相互间保持平行且均与气液分离管的轴线相一致，波纹板上相邻折板间的夹角为110°～130°；同时，各波纹板沿气液分离管轴向的长度相等，而其宽度则沿气液分离管的内腔壁由下而上依次减小。波纹板组使气液混合物不断反复折流运动，流动路径大幅增长，气液碰撞和接触面增加，利于气液达到平衡状态；与此同时，聚结于波纹板上的油液层较薄，也利于伴生气泡从油液中分离析出。

气液分离管内实施波纹板倾斜管式油水预分离处理，脱除油井产液中的大部分水相，它包括大主管、堰板、出气管、出油管和出砂管。气液分离管采用整体式柱形厚壁管构造，其管腔由左至右依次分为缓冲区、气液分离区、油水沉降区和生产水区。大主管的两侧端分别设置有法兰盘，其左侧端的法兰盘配置一个盲端法兰盘，而右侧端的法兰盘则与出砂管相连，从而将大主管封隔成独立的密闭腔室；盲端法兰盘的中部钻有圆形孔眼，并通过圆周焊的方式实现分流管在气液分离管内的定位。

大主管的左侧下部沿垂直方向布置有半圆形的堰板，堰板的左端面与波纹板组的左端面相平齐，且堰板的上侧与最下部的波纹板焊接在一起，同时最上部的波纹板与气液分离管的内腔壁间保持有间隙，由此堰板左端的区域分隔出缓冲区，波纹板组内部及其左端和上端的区域分隔出气液分离区，而波纹板组右端和下端的区域为油水沉降区，生产水区则位于气液分离管的底部，倾斜式油水沉降区内二次气液分离后含水量高的油水混合物中的水颗粒不断增大并在重力作用下沉降至管壁，而后以缓慢的流速顺沿着管壁向下聚集于生产水区。

大主管左侧和波纹板组顶部的内腔壁上设置出口沿垂直方向朝上的出气管，二次气液分离后的伴生气在气液分离区顶部积聚并经由出气管进入排气平衡器。大主管中部的内腔壁上设置出口沿垂直方向朝上的出油管，油水预分离处理后含水量低且呈油水两相态的二级原油从油水沉降区顶部经由出油管进入下一级脱水器。大主管右侧底部的内腔壁上设置圆孔并通过焊接与排水管进行连接，同时大主管右侧顶部的内腔壁上设置圆孔并通过焊接与冲砂管进行连接，而且大主管的右侧端设置出砂管，出砂管采用锥状封头和法兰盘相结合的结构，冲砂作业中的含砂污水从生产水区右侧经由出砂管直接排出。

排水管位于气液分离管中生产水区的底部，用来及时排出含油率低的生产水，排水管由防涡体和出水管组成，出水管由直管段和弯管段通过法兰连接而成，出水管内容纳有防涡体，可以防止生产水排出的过程中由于虹吸作用而产生漩涡。

排水管的防涡体包含防涡叶轮和防涡杆，防涡杆上锥体的锥度大于下锥体的锥度，且防涡杆上锥体的大端圆面与气液分离管的轴线保持平行。防涡叶轮通过焊接内接于防涡杆上并通过过盈配合而外衬于出水管的管壁，防涡叶轮的各防涡叶片沿防涡杆杆体的外环面均匀排列。防涡叶片的上端面与防涡杆上锥体的大端圆面相平齐，防涡叶片的上部采用螺旋式叶片，其轮廓线为一条螺旋线，且其轮廓线的起始点和终点处的切线均与防涡杆的轴线保持平行，同时防涡叶片的下部采用直板式叶片，各直板式叶片所在的叶面相交于同一直线且各叶面的交线与防涡杆的轴线重合，由此保证生产水排出时可以调整为均匀流。

冲砂管位于排水管的上部，用来定期冲洗气液分离管底部沉积的砂粒等杂物，它包括进淡水管、冲砂体和喷嘴。进淡水管的轴线与排水管的轴线重合，进淡水管的入口处通过法兰与高压供水系统联接，而其出口则通过弯管与冲砂体相连接。冲砂管中冲砂体的轴线与气液分离管的轴线重合，冲砂体的管壁上沿轴向设置等间距分层排列的喷嘴，每层喷嘴均沿圆周方向均匀排列，层间喷嘴交错布置。喷嘴的轴线与冲砂体的轴线之间垂直相交放置，且喷嘴的内腔壁采用锥面和柱面相结合的结构，将高压水二次增压后喷出并进行冲砂作业。

排气平衡器通过出气管和法兰盘而接于气液分离管上，依据捕液体和滤液体的两级滤气加上平衡管的涤气作用来彻底脱除二次气液分离后伴生气中的小液滴，并对伴生气流起到缓冲和稳压的作用。它包括捕液体、喷射管、平衡管和滤液体，二次气液分离后的伴生气流经气液分离管的出气管进入捕液体内，其所携带的小液滴不断与捕液组件中的曲流板表面碰撞聚结，从而将小液滴从气流中分离出来，并落入汇液筒内而再次汇流回气液分离管内。

捕液体由汇液筒和捕液组件组成，汇液筒采用双锥筒构造，双锥筒的上部倒锥筒的锥高大于其下部锥筒的锥高，双锥筒大端圆面的直径等于出气管的内径且汇液筒与出气管间采用间隙配合。汇液筒通过上部倒锥筒的圆周焊而固定于喷射管垫板的下端，同时曲流板通过焊接而固定于汇液筒的上部倒锥筒内，形成一组等间距均匀排列且流道曲折的捕液组件，捕液组件的整体轮廓呈倒锥形，该倒锥形的上锥顶面和下锥底面分别与汇液筒上部倒锥筒的大端圆面和小端圆面相平齐；捕液组件中每件曲流板的外形类似波纹板，曲流板由曲板倾斜对称布置而成，相邻曲板间的夹角为90°～100°，同时相邻曲板交汇处设置上下两个折流槽，两折流槽的槽宽相同，且两折流槽的槽口朝下布置。

喷射管用来将捕液后的伴生气导入平衡管内，它由垫板、基管和射嘴组成。喷射管的下端采用垫板实现排气平衡器与气液分离管间的密封，垫板中央的内腔壁钻有圆锥面，该圆锥面大端圆面的直径等于汇液筒中双锥筒小端圆面的直径而该圆锥面小端圆面的直径则等于基管的内径，且该圆锥面将伴生气引流至基管内，而后经由基管上部管壁的各射嘴喷出。射嘴分层排列，每层射嘴沿圆周方向均匀布置，且每个射嘴的轴线与喷射管的轴线之间垂直相交放置，射嘴内腔壁的入口处采用柱面而其出口处则为锥面，以便降低伴生气流的流速。

平衡管采用柱形长管体并与喷射管同轴心布置，它由集液管、排气管和排凝析液管组成，集液管的管腔上方为伴生气流且伴生气的流压等于喷射管内的压力，伴生气流经滤液体细滤后由平衡管上方的排气管集于输气管汇内。平衡管中集液管的管腔下方为伴生气洗涤后的凝析液流，凝析液流经平衡管下方的排凝析液管集于输油管汇内，且排凝析液管内的流压等于伴生气流压与凝析液柱压差之和。

滤液体内伴生气流所携带的细颗粒液滴被捕集并聚结，从而达到伴生气精细过滤的目的，它由滤液卡箍和丝网柱组成。滤液卡箍外衬于平衡管内，其内腔壁由下而上依次为下锥面和上柱面，滤液卡箍的下锥面将伴生气引流至丝网柱内，且滤液卡箍的上柱面直径大于其下锥面小端圆面的直径，同时滤液卡箍的下锥面和上柱面结合面处形成台肩用来定位丝网柱。丝网柱由蒙乃尔合金丝折叠而成，单位体积的合金丝表面积大于3.0m²/m³。

倾斜管式水下预脱水脱气分离流程为，水下油井产液经窄缝管体和碰撞球板改变流向和流速后，实施初步气液分离并落入气液分离管的缓冲区内，而后气液混合物在气液分离区的波纹板组内反复折流向前推进实施二次气液分离，二次气液分离后的伴生气由气液分离区顶部的出气管进入平衡管缓冲稳压，并通过捕液体和滤液体的两级滤气加上平衡管的一级涤气而彻底脱除其中的小液滴，而后伴生气经排气管集于输气管汇内；二次气液分离后含水量高的油水混合物进入油水沉降区，倾斜式大主管内油相中的水颗粒不断增大并在重力作用下沉降至管壁，而后以缓慢的流速顺沿着管壁向下聚集于生产水区，油水预分离处理后含水量低且呈油水两相态的二级原油从油水沉降区顶部经由出油管进入下一级脱水器，而含油率低的生产水则由防涡体调整为均匀流后经出水管排出。

本发明所能达到的技术效果是，该预脱水脱气分离装置将原油立式和卧式在线分离技术有机结合，实现水下管汇在线安装和运行，并依据倾斜式布置和管式构造，具备油水界面覆盖面积大且分离时间充分，油气水高效预分离，水下快速预脱水脱气，伴生气含水率低，占地面积小和重量轻等特点；分流管采用窄缝式圆管和碰撞式半球形板来改变水下油井产液的流向和流速，从而实现气液的初步分离；波纹板组包含一组沿垂直方向等间距叠放的波纹板，气液混合物反复折流向前推进而完成二次气液分离，并彻底分离出油井产液中的伴生气；气液分离管的管腔由左至右依次分为缓冲区、气液分离区、油水沉降区和生产水区并实施波纹板倾斜管式油水预分离处理，脱除油井产液中的大部分水相；排气平衡器依据捕液体和滤液体的两级滤气加上平衡管的涤气作用彻底脱除二次气液分离后伴生气中的小液滴，排水管及时排出含油率低的生产水，而冲砂管定期冲洗气液分离管底部沉积的砂粒等杂物。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。

图1是根据本发明所提出的倾斜管式水下预脱水脱气分离装置的典型结构简图。

图2是倾斜管式水下预脱水脱气分离装置中分流管的结构简图。

图3是倾斜管式水下预脱水脱气分离装置中波纹板组的结构简图。

图4是倾斜管式水下预脱水脱气分离装置中气液分离管的结构简图。

图5是倾斜管式水下预脱水脱气分离装置中排水管的结构简图。

图6是倾斜管式水下预脱水脱气分离装置中冲砂管的结构简图。

图7是倾斜管式水下预脱水脱气分离装置中排气平衡器的捕液体和喷射管的结构简图。

图8是倾斜管式水下预脱水脱气分离装置中排气平衡器的平衡管和滤液体的结构简图。

图9是倾斜管式水下预脱水脱气分离装置的水下预脱水脱气分离流程简图。

图中1－分流管，2－排气平衡器，3－波纹板组，4－气液分离管，5－冲砂管，6－排水管，7－入口管，8－窄缝管体，9－碰撞球板，10－波纹板，11－堰板，12－大主管，13－出气管，14－出油管，15－出砂管，16－生产水区，17－油水沉降区，18－气液分离区，19－缓冲区，20－出水管，21－防涡叶轮，22－防涡杆，23－进淡水管，24－冲砂体，25－喷嘴，26－射嘴，27－基管，28－垫板，29－捕液组件，30－汇液筒，31－排气管，32－滤液卡箍，33－丝网柱，34－集液管，35－排凝析液管。

具体实施方式

在图1中，倾斜管式水下预脱水脱气分离装置由分流管1、排气平衡器2、波纹板组3、气液分离管4、冲砂管5和排水管6组成。分流管1的入口管与水下采油树和水下管汇之间通过跨接管和法兰进行联接，排气平衡器2的排气管通过法兰与输气管汇相联接，排气平衡器2的排凝析液管通过法兰与输油管汇相联接，气液分离管4的出油管与下一级脱水器之间通过法兰进行联接，排水管6通过出水管和法兰与输水管汇联接在一起，由此该预脱水脱气分离装置与海底管道有机结合，并可实现水下管汇在线安装和运行。

在图1中，倾斜管式水下预脱水脱气分离装置采用倾斜式布置和管式构造，分流管1、波纹板组3、气液分离管4和冲砂管5中冲砂体的轴线与水平面之间的夹角均为15°～25°，由此该预脱水脱气分离装置将原油立式和卧式在线分离技术有机结合，实现油气水高效预分离。此外，排气平衡器2沿垂直方向朝上布置，而排水管6则沿垂直方向朝下布置。

在图1中，倾斜管式水下预脱水脱气分离装置的规格及分离装置所在撬块间并联的数量依据水下油井产液的供液量大小和气液混合物的物性等因素进行综合考虑。

在图1中，倾斜管式水下预脱水脱气分离装置调试时，首先对整个分离装置进行耐压试验和气密性试验，试验压力需达到设计压力的1.25倍；然后再依次检查分离装置中各管线系统接头是否有泄露。整个预脱水脱气分离装置维护时，需要依次严格检查排气平衡器2的平衡管和气液分离管4的大主管内是否有异物堆积，分流管1窄缝管体的各窄缝、排气平衡器2的捕液体和滤液体以及波纹板组3的各波纹板是否有锈蚀，排水管6的防涡叶轮表面是否有锈蚀，最小壁厚接近1mm时，需要进行更换；同时依次检查分流管1的碰撞球板、排气平衡器2的汇液筒、基管和射嘴以及冲砂管5的冲砂体和喷嘴上的污垢，厚度大于3mm时，需要进行清洗。

在图2中，分流管1的规格依据水下油井产液的供液量大小和气液混合物中的最大气液比等因素进行选取，窄缝管体8窄缝的缝宽和缝长依据油井产液的供液量大小进行调整，碰撞球板9的规格及其外缘板面的轴向长度依据油井产液的压力、流向和流速等进行设计。

在图2中，分流管1的入口管7水平布置，同时窄缝管体8的轴线和碰撞球板9的球心均与气液分离管4的轴线重合，且窄缝管体8和碰撞球板9位于气液分离管4的缓冲区内，水下油井产液经窄缝管体8上的窄缝流出并结合碰撞球板9上的碰撞而迅速改变流向和流速，由此完成气液的初步分离。

在图3中，波纹板组3由一组沿垂直方向等间距叠放的波纹板10构成，波纹板10间距依据水下油井产液的供液量大小和供液压力等因素进行调整，同时需保证波纹板10间距小于折板波高，波纹板10长度依据二次气液分离后伴生气中的含液率进行设计，而波纹板10上相邻折板间的夹角则依据油井产液中气液混合物的物性等进行选取。

在图4中，气液分离管4中大主管12的管径和轴向长度依据水下油井产液的供液量大小和气液混合物的物性等因素进行调整，大主管12与水平面间的倾斜度θ依据油水预分离处理后二级原油中的含水量进行设计，出气管13的规格依据二次气液分离后的伴生气最大流量进行选取，出油管14的规格则依据油水预分离处理后二级原油的最大流量进行选取，同时出油管14的规格需与下一级脱水器入口管道的规格保持一致，出砂管15的规格依据冲砂作业中的含砂污水最大流量进行选取。

在图4中，气液分离管4的大主管12管腔通过设置波纹板10和堰板11而划分出缓冲区19、气液分离区18、油水沉降区17和生产水区16四个处理区，缓冲区19的轴向长度依据水下油井产液的最大供液量大小进行调整，气液分离区18的轴向长度与波纹板10长度保持一致，油水沉降区17的轴向长度依据油水预分离处理后二级原油中的含水量进行调整，而生产水区16的轴向长度则依据预脱水处理后生产水中的含油率进行调整。

在图5中，排水管6的规格依据预脱水处理后生产水的最大流量进行选取，同时排水管6的规格需与输水管汇入口管道的规格保持一致，防涡叶轮21的规格大小与出水管20中的直管段管径保持一致。含油率低的生产水经由生产水区16底部的出水管20排出，出水管20管腔中的生产水通过防涡叶轮21和防涡杆22调整为均匀流，从而避免生产水在排出过程中产生漩涡。

在图6中，冲砂管5的规格依据生产水区16的轴向长度进行设计，高压供水系统的高压淡水经进淡水管23进入大主管12的生产水区16中，高压淡水通过冲砂体24而改变流向，而后再由冲砂体24管壁上的各个喷嘴25增压调速后喷出，从而冲洗生产水区16底部沉积的砂粒等杂物，冲砂后的含砂污水通过出砂管15排出，最终完成自动冲砂作业。

在图7和图8中，排气平衡器2的规格依据二次气液分离后的伴生气最大流量进行设计，捕液体中捕液组件29和汇液筒30的规格与出气管13的管径保持一致，伴生气中的含水率通过捕液组件29曲流板的间距和长度以及丝网柱33的高度和合金丝表面积综合进行调整，平衡管中集液管34的管径与出气管13的管径保持一致，喷射管中基管27的管径和射嘴26的数量依据伴生气的最大流量进行选型设计。

在图7和图8中，排气平衡器2包括捕液体、喷射管、平衡管和滤液体，喷射管的基管27和垫板28、捕液体的汇液筒30、滤液体的滤液卡箍32以及平衡管的集液管34均与气液分离管4中的出气管13同轴心布置，二次气液分离后的伴生气经由出气管13排入捕液组件29，并通过射嘴26射入集液管34的管腔中，伴生气中的小液滴通过捕液组件29和丝网柱33内的两级滤气结合集液管34中一级涤气的共同作用而被彻底脱除，捕液组件29中聚结的小液滴在重力作用下落入汇液筒30内而再次汇流回气液分离管4内，涤液后的伴生气经排气管31排出，而伴生气洗涤后的凝析液流则由排凝析液管35排出。

在图9中，该分离装置的水下预脱水脱气分离流程为，水下采油树和水下管汇中的油井产液经入口管7进入气液分离管4，再由窄缝管体8流出并与碰撞球板9进行碰撞后完成初步气液分离，而后气液混合物落入大主管12的缓冲区19内，气液分离区18中波纹板组3的波纹板10内气液混合物反复折流向前推进并完成二次气液分离和油井产液的脱气分离处理；所分离出的伴生气经气液分离区18的顶部并由出气管13和汇液筒30进入基管27，同时伴生气流经射嘴26而射入集液管34内进行缓冲和稳压，再接着伴生气通过捕液组件29和丝网柱33的两级滤气和集液管34的一级涤气而被彻底除液，最后洗涤后的伴生气经排气管31集于输气管汇；二次气液分离后含水量高的油水混合物流入倾斜式的油水沉降区17，油水混合物中不断增大的水颗粒在重力作用下沉降至大主管12的管壁，并以缓慢的流速顺沿着管壁向下聚集于生产水区16完成预脱水分离处理；油水预分离处理后含水量低且呈油水两相态的二级原油从油水沉降区17的顶部经由出油管14进入下一级脱水器，而含油率低的生产水则由防涡叶轮21和防涡杆22调整为均匀流后经出水管20排出。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等均可以有所变化，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种倾斜管式水下预脱水脱气分离装置，将原油立式和卧式在线分离技术有机结合，实现水下管汇在线安装和运行，并依据倾斜式布置和柱形管式分离器的构造，完成水下油气水高效预分离和油井产液水下快速脱水脱气处理，该预脱水脱气分离装置的分流管、气液分离管及其内的波纹板组均倾斜布置，气液分离管的轴线与水平面之间的夹角为15°～25°，排气平衡器沿垂直方向朝上布置，而排水管则沿垂直方向朝下布置，其特征在于：

一分流管；所述分流管的轴线与气液分离管的轴线重合，它采用窄缝式圆管和碰撞式半球形板相结合的构造来改变水下油井产液的流向和流速；分流管由入口管、窄缝管体和碰撞球板三部分组成，其中入口管水平布置，窄缝管体右侧的管体上设计有沿圆周方向均匀布置的多条窄缝，窄缝顺着窄缝管体的轴向布置并延伸至窄缝管体的右侧端，窄缝的横截面呈外宽内窄的等腰梯形状，分流管的碰撞球板采用半球形板，且其球形板面的球心位于窄缝管体的轴线上；

一波纹板组；所述波纹板组的左端紧邻气液分离管的缓冲区，它包含一组沿垂直方向等间距叠放的波纹板，从而形成气液混合物流动的通道，波纹板由折板倾斜对称布置而成，波纹板间距小于折板波高，波纹板上相邻折板间的夹角为110°～130°，波纹板组使气液混合物不断反复折流运动，流动路径大幅增长，气液碰撞和接触面增加；

一气液分离管；所述气液分离管内实施波纹板倾斜管式油水预分离处理，它包括大主管、堰板、出气管、出油管和出砂管，气液分离管采用整体式柱形厚壁管构造，大主管的左侧下部沿垂直方向布置有半圆形的堰板，堰板左端的区域分隔出缓冲区，波纹板组内部及其左端和上端的区域分隔出气液分离区，而波纹板组右端和下端的区域为油水沉降区，生产水区则位于气液分离管的底部；大主管左侧和波纹板组顶部的内腔壁上设置出气管，大主管中部的内腔壁上设置出油管，且大主管的右侧端设置出砂管；

一排水管；所述排水管的出水管由直管段和弯管段通过法兰连接而成，出水管内容纳有防涡体，排水管的防涡体包含防涡叶轮和防涡杆，防涡叶轮通过焊接内接于防涡杆上并通过过盈配合而外衬于出水管的管壁，防涡叶片的上部采用螺旋式叶片，其轮廓线为一条螺旋线，同时防涡叶片的下部采用直板式叶片；

一冲砂管；所述冲砂管包括进淡水管、冲砂体和喷嘴，进淡水管的轴线与排水管的轴线重合，且冲砂体的轴线与气液分离管的轴线重合，同时冲砂体的管壁上沿轴向设置等间距分层排列的喷嘴，喷嘴的内腔壁采用锥面和柱面相结合的结构，将高压水二次增压后喷出；

一排气平衡器；所述排气平衡器依据捕液体和滤液体的两级滤气加上平衡管的涤气作用而彻底脱除二次气液分离后伴生气中的小液滴，它包括捕液体、喷射管、平衡管和滤液体，捕液体的汇液筒采用双锥筒构造，曲流板通过焊接而固定于汇液筒的上部倒锥筒内，形成一组等间距均匀排列且流道曲折的捕液组件，每件曲流板的外形类似波纹板，曲流板由曲板倾斜对称布置而成，相邻曲板间的夹角为90°～100°，且相邻曲板交汇处设置上下两个折流槽；喷射管将捕液后的伴生气导入平衡管，其垫板中央的内腔壁钻有圆锥面，该圆锥面将伴生气引流至基管内，而后经基管上部管壁的各射嘴喷出，射嘴内腔壁的入口处采用柱面而其出口处则为锥面；平衡管采用柱形长管体并与喷射管同轴心布置，其集液管的管腔上方为伴生气流而其管腔下方则为伴生气洗涤后的凝析液流；滤液体内伴生气流所携带的细颗粒液滴被捕集并聚结，滤液卡箍外衬于平衡管内，滤液卡箍的下锥面和上柱面结合面处形成台肩而定位丝网柱，丝网柱由蒙乃尔合金丝折叠而成。

2.根据权利要求1所述的倾斜管式水下预脱水脱气分离装置，其特征在于：所述分流管的入口管采用法兰盘与水下采油树和水下管汇进行联接，窄缝管体通过弯管与入口管连为一体，其右侧管体上的各窄缝均与窄缝管体的轴线保持平行，油井产液经窄缝向外流出的过程中流道截面面积不断增大，使得油井产液的流压逐渐降低；

所述碰撞球板的中部实现窄缝管体右侧端的封闭，而碰撞球板的外缘板面则使由窄缝右侧流出的油井产液碰撞汇集至碰撞球板上，并迅速改变油井产液的流向和流速，同时碰撞球板还保证飞溅出碰撞球板外缘板面的油井产液全部落入气液分离管的缓冲区内。

3.根据权利要求1所述的倾斜管式水下预脱水脱气分离装置，其特征在于：所述波纹板组水平安装于气液分离管左侧上部的内腔壁，波纹板的折板波高为沿垂直方向上折板的顶端和底端间的高度差值，各波纹板上折板的顶端和底端所在的板面相互间保持平行且均与气液分离管的轴线相一致；

所述波纹板组中的各波纹板沿气液分离管轴向的长度相等，而其宽度则沿气液分离管的内腔壁由下而上依次减小。

4.根据权利要求1所述的倾斜管式水下预脱水脱气分离装置，其特征在于：所述气液分离管的管腔由左至右依次分为缓冲区、气液分离区、油水沉降区和生产水区，大主管的两侧端分别设置有法兰盘，其左侧端的法兰盘配置一个盲端法兰盘，而右侧端的法兰盘则与出砂管相连，从而将大主管封隔成独立的密闭腔室；

所述气液分离管中堰板的左端面与波纹板组的左端面相平齐，且堰板的上侧与最下部的波纹板焊接在一起，同时最上部的波纹板与气液分离管的内腔壁间保持有间隙；

所述气液分离管中出气管和出油管的出口沿垂直方向朝上，大主管右侧底部的内腔壁上设置圆孔并通过焊接与排水管进行连接，同时大主管右侧顶部的内腔壁上设置圆孔并通过焊接与冲砂管进行连接，大主管右侧端的出砂管采用锥状封头和法兰盘相结合的结构。

5.根据权利要求1所述的倾斜管式水下预脱水脱气分离装置，其特征在于：所述排水管位于气液分离管中生产水区的底部，防涡体中的防涡杆上锥体的锥度大于下锥体的锥度，且防涡杆上锥体的大端圆面与气液分离管的轴线保持平行；

所述防涡叶轮的各防涡叶片沿防涡杆杆体的外环面均匀排列，防涡叶片的上端面与防涡杆上锥体的大端圆面相平齐，且防涡叶片上部的轮廓线的起始点和终点处的切线均与防涡杆的轴线保持平行，同时防涡叶片下部的各直板式叶片所在的叶面相交于同一直线且各叶面的交线与防涡杆的轴线重合。

6.根据权利要求1所述的倾斜管式水下预脱水脱气分离装置，其特征在于：所述冲砂管位于排水管的上部，其进淡水管的入口处通过法兰与高压供水系统联接，而其出口则通过弯管与冲砂体相连接；

所述冲砂管中冲砂体管壁上的每层喷嘴均沿圆周方向均匀排列，层间喷嘴交错布置，同时喷嘴的轴线与冲砂体的轴线之间垂直相交放置。

7.根据权利要求1所述的倾斜管式水下预脱水脱气分离装置，其特征在于：所述排气平衡器通过出气管和法兰盘而接于气液分离管上，二次气液分离后的伴生气流经气液分离管的出气管进入捕液体内，其所携带的小液滴不断与捕液组件中的曲流板表面碰撞聚结，从而将小液滴从气流中分离出来，并落入汇液筒内而再次汇流回气液分离管内；

所述捕液体由汇液筒和捕液组件组成，汇液筒中双锥筒的上部倒锥筒的锥高大于其下部锥筒的锥高，双锥筒大端圆面的直径等于出气管的内径且汇液筒与出气管间采用间隙配合；

所述捕液体中捕液组件的整体轮廓呈倒锥形，该倒锥形的上锥顶面和下锥底面分别与汇液筒上部倒锥筒的大端圆面和小端圆面相平齐，捕液组件中每件曲流板上相邻曲板交汇处上下两折流槽的槽宽相同，且两折流槽的槽口朝下布置。

8.根据权利要求1或7所述的倾斜管式水下预脱水脱气分离装置，其特征在于：所述排气平衡器的喷射管由垫板、基管和射嘴组成，垫板中央的圆锥面大端圆面的直径等于汇液筒中双锥筒小端圆面的直径而其圆锥面小端圆面的直径则等于基管的内径；

所述喷射管中的射嘴分层排列，每层射嘴沿圆周方向均匀布置，且每个射嘴的轴线与喷射管的轴线之间垂直相交放置。

9.根据权利要求1或7所述的倾斜管式水下预脱水脱气分离装置，其特征在于：所述平衡管由集液管、排气管和排凝析液管组成，集液管管腔上方的伴生气流压等于喷射管内的压力，伴生气流经滤液体细滤后由平衡管上方的排气管集于输气管汇内；

所述平衡管中集液管管腔下方的凝析液流经平衡管下方的排凝析液管集于输油管汇内，且排凝析液管内的流压等于伴生气流压与凝析液柱压差之和。

10.根据权利要求1或7所述的倾斜管式水下预脱水脱气分离装置，其特征在于：所述滤液体完成伴生气的精细过滤，它由滤液卡箍和丝网柱组成，滤液卡箍的内腔壁由下而上依次为下锥面和上柱面，滤液卡箍的下锥面将伴生气引流至丝网柱内，同时滤液卡箍的上柱面直径大于其下锥面小端圆面的直径；

所述滤液体的丝网柱单位体积的合金丝表面积大于3.0m²/m³。