CN107642351A - 油气井测试放喷用气液分离器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气井测试放喷用气液分离器，主要解决现有技术中停留时间较长、分离器体积较大、分离器效率不高的问题。本发明通过采用一种油气井测试放喷用气液分离器，由分离器内的螺旋式起旋板上部顶板把分离器构成上下两个分离器空间。气液混合流体通过特殊设计的切向或蜗向入口进入分离后形成旋转运动，并逐渐形成下部分离空间内的类似旋风分离器内双层旋流结构的离心分离过程，而一次分离的气体携带少量液滴经中心升气管进入上部二次分离空间，由旋流及惯性作用实现再次分离，达到高效分离的技术方案较好地解决了上述问题，可用于油气井测试放喷中。

Description

油气井测试放喷用气液分离器

技术领域

本发明涉及一种油气井测试放喷用气液分离器。

背景技术

在页岩气试气采气安全放空燃烧系统开发中，需要开发高效的页岩气试气放喷用气液分离器。试气过程具有放喷气量及带液量变化大、压力大的特点，放喷气带液对后续的试气流量计量及放喷气安全燃烧都会造成严重影响。现场一般采用的重力式气液分离器主要是利用气液两相的密度(比重)差实现两相的分离，即液体所受重力大于气体的浮力时，液滴将从气相中沉降出来而被分离。虽然重力分离器结构简单，但体积较大，停留时间长，分离效果较差，需要人工监测液位情况控制排凝，安全性和可靠性较差。目前对高效气液分离研究较多的为旋风分离技术，该技术具有分离效率高的特点，但对气体流量有较为严格的要求。在页岩气试气放喷时，井筒内的压力是逐渐释放的，气液分离器内的压力随产气量的增大而同步增大，放喷气量在50万立方以内时，分离器内的压力在1.5～3.5MPa范围内。同时，由于页岩气储层特点，放喷初期含液量较大，气量较小；当井下液体及压力降低产生的凝析液释放后，井下压力逐步释放，气量逐渐增大，含液量也趋于稳定。总体来说，页岩气放喷气液分离的难点是初始阶段的大液量分离及变工况时分离器的高效分离能力。

赵莉等在“影响三相分离器运行效果的因素分析”(《石油化工应用》，2013年02期)一文中指出：三相分离器出口指标(分离效率)对进液量的变化较为敏感。由于上游集输的不稳定导致分离器进口液量的波动(在实际处理能力以内)，给分离器的操作和保持恒定的气液界面造成困难，从而严重影响了气液和油水的分离效果。来液量增加，由于容器内需要处理大量气体，因而气体流速很快，气体和液体水平流速相差非常大，造成油相液面波动，破坏了液面的稳定产生气体雾沫夹带，从而影响气液分离和油水分离质量，会导致出口指标变差；来液量比较稳定时，能使气液界面相对保持恒定，就保证了气液和油水分离的效果较好。

页岩气放喷时气液比例变化规律较为复杂，传统三相分离器需要较长停留时间，分离器体积均较大，且分离器效率不高。因此，本发明旨在通过离心分离装置内特殊设计的旋流回转结构及两级分离器空间，采用离心分离结合惯性分离机理，在有限空间内实现不同气液工况条件下的缓冲及高效分离，并减小分离器的体积，并实现单个分离器内部的两级分离过程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中停留时间较长、分离器体积较大、分离器效率不高的问题，提供一种新的油气井测试放喷用气液分离器。该分离器具有停留时间较短、分离器体积较小、分离器效率高的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种油气井测试放喷用气液分离器，包括分离器气液入口1、切向或蜗向入口段2、分离器分离空间3、分离器壁面4、分离器底部锥体段5、分离器下部液滴沉降空间6、分离器排液口7、分离器锥体段排液口8、分离器升气管9、蜗壳上顶板10、分离器上部分离空间11、分离器排气管12、分离器净化气排出口13、上部分离空间排液槽14、锥体段外侧排液通道15、锥体段下部环形挡板16，切向或蜗向入口段2的前端有分离器气液入口1，切向或蜗向入口段2的上方有蜗壳上顶板10，切向或蜗向入口段2的中心有分离器升气管9，切向或蜗向入口段2的下方有分离器底部锥体段5和分离器排液口7，切向或蜗向入口段2的上方有分离器排气管12和分离器净化气排出口13，蜗壳上顶板10和分离器排气管12之间有分离器上部分离空间11，分离器升气管9和分离器底部锥体段5之间有分离器分离空间3，分离器底部锥体段5的下端开有分离器锥体段排液口8，分离器底部锥体段5和分离器排液口7之间有分离器下部液滴沉降空间6；蜗壳上顶板10上边缘上沿圆周方向均布有6～12条上部分离空间排液槽14，开缝宽度在2～10mm，长度在5～25mm；分离器锥体段5上部与分离器壁面4间有环形锥体段外侧排液通道15。

上述技术方案中，优选地，分离器升气管9直径D2为分离器内径D1的0.4～0.8之间。

上述技术方案中，优选地，分离器锥体段5上部端口直径D3为分离器内径D1的0.8～0.95之间。

上述技术方案中，优选地，分离器排气管12直径D4为分离器内径D1的0.05～0.25之间。

上述技术方案中，优选地，分离器排气管9插入深度H4为分离器上部分离空间11高度H1的0.5～1.5之间。

上述技术方案中，优选地，切向或蜗向入口段2为单入口或呈180°轴对称的双入口。

本发明涉及一种的油气井测试放喷用气液分离器，由分离器内的螺旋式起旋板上部顶板把分离器构成上下两个分离器空间。气液混合流体通过特殊设计的切向(或蜗向)入口进入分离后形成旋转运动，并逐渐形成下部分离空间内的类似旋风分离器内双层旋流结构的离心分离过程，而一次分离的气体携带少量液滴经中心升气管进入上部二次分离空间，由旋流及惯性作用实现再次分离，达到高效分离的目的及装备的简化目标，实现放喷设备的小型化撬装化，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明的油气井测试放喷用气液分离器结构示意图。

图1中，1.分离器气液入口，2.切向(或蜗向)入口段，3.分离器分离空间，4.分离器壁面，5.分离器底部锥体段，6.分离器下部液滴沉降空间，7.分离器排液口，8.分离器锥体段排液口，9.分离器升气管，10.蜗壳上顶板，11.分离器上部分离空间，12.分离器排气管，13.分离器净化气排出口，a为分离器底部锥体段的半锥角。

图2为本发明的油气井测试放喷用气液分离器上部分离空间排液槽14和锥体段外侧排液通道15及锥体段下部环形挡板16的结构示意图；

图2中，14.上部分离空间排液槽，15.锥体段外侧排液通道，16.锥体段下部环形挡板。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

一种油气井测试放喷用气液分离器，如图1所示，包括1.分离器气液入口，2.切向(或蜗向)入口段，3.分离器分离空间，4.分离器壁面，5.分离器底部锥体段，6.分离器下部液滴沉降空间，7.分离器排液口，8.分离器锥体段排液口，9.分离器升气管，10.蜗壳上顶板，11.分离器上部分离空间，12.分离器排气管，13.分离器净化气排出口，14.上部分离空间排液槽，15.锥体段外侧排液通道，16.锥体段下部环形挡板，螺旋式起旋板2的前端有分离器气液入口1，切向(或蜗向)入口段2的上方有蜗壳上顶板10，切向(或蜗向)入口段2的中心有分离器升气管9，切向(或蜗向)入口段2的下方有分离器底部锥体段5和分离器排液口7，切向(或蜗向)入口段2的上方有分离器排气管12和分离器净化气排出口13，蜗壳上顶板10和分离器排气管12之间有分离器上部分离空间11，分离器升气管9和分离器底部锥体段5之间有分离器分离空间3，分离器底部锥体段5的下端开有分离器锥体段排液口8，分离器底部锥体段5和分离器排液口7之间有分离器下部液滴沉降空间6。

如图2，蜗壳上顶板10上边缘上沿圆周方向均布有6条上部分离空间排液槽14，开缝宽度在2mm，长度在5mm；分离器锥体段5上部与分离器壁面4间有环形锥体段外侧排液通道15。

分离器升气管9直径D2为分离器内径D1的0.4，分离器锥体段5上部端口直径D3为分离器内径D1的0.8，分离器排气管12直径D4为分离器内径D1的0.05，分离器排气管9插入深度H4为分离器上部分离空间11高度H1的0.5。

将所述的气液分离器用于油气井测试放喷过程，分离器体积为0.069m³，页岩气的停留时间为1.5s，分离器效率为95％。

【实施例2】

按照实施例1所述的条件和步骤，蜗壳上顶板10上边缘上沿圆周方向均布有8条上部分离空间排液槽14，开缝宽度在4mm，长度在10mm；分离器锥体段5上部与分离器壁面4间有环形锥体段外侧排液通道15。

分离器升气管9直径D2为分离器内径D1的0.5，分离器锥体段5上部端口直径D3为分离器内径D1的0.85，分离器排气管12直径D4为分离器内径D1的0.1，分离器排气管9插入深度H4为分离器上部分离空间11高度H1的0.6。

将所述的气液分离器用于油气井测试放喷过程，分离器体积为0.07m³，页岩气的停留时间为1.6s，分离器效率为95.1％。

【实施例3】

按照实施例1所述的条件和步骤，蜗壳上顶板10上边缘上沿圆周方向均布有9条上部分离空间排液槽14，开缝宽度在6mm，长度在15mm；分离器锥体段5上部与分离器壁面4间有环形锥体段外侧排液通道15。

分离器升气管9直径D2为分离器内径D1的0.6，分离器锥体段5上部端口直径D3为分离器内径D1的0.9，分离器排气管12直径D4为分离器内径D1的0.15，分离器排气管9插入深度H4为分离器上部分离空间11高度H1的0.8。

将所述的气液分离器用于油气井测试放喷过程，分离器体积为0.075m³，页岩气的停留时间为1.7s，分离器效率为95.1％。

【实施例4】

按照实施例1所述的条件和步骤，蜗壳上顶板10上边缘上沿圆周方向均布有10条上部分离空间排液槽14，开缝宽度在8mm，长度在20mm；分离器锥体段5上部与分离器壁面4间有环形锥体段外侧排液通道15。

分离器升气管9直径D2为分离器内径D1的0.7，分离器锥体段5上部端口直径D3为分离器内径D1的0.9，分离器排气管12直径D4为分离器内径D1的0.2，分离器排气管9插入深度H4为分离器上部分离空间11高度H1的1.0。

将所述的气液分离器用于油气井测试放喷过程，分离器体积为0.076m³，页岩气的停留时间为2.2s，分离器效率为95.2％。

【实施例5】

按照实施例1所述的条件和步骤，蜗壳上顶板10上边缘上沿圆周方向均布有12条上部分离空间排液槽14，开缝宽度在10mm，长度在25mm；分离器锥体段5上部与分离器壁面4间有环形锥体段外侧排液通道15。

分离器升气管9直径D2为分离器内径D1的0.8，分离器锥体段5上部端口直径D3为分离器内径D1的0.95，分离器排气管12直径D4为分离器内径D1的0.25，分离器排气管9插入深度H4为分离器上部分离空间11高度H1的1.5。

将所述的气液分离器用于油气井测试放喷过程，分离器体积为0.1m³，页岩气的停留时间为2.4s，分离器效率为96％。

本发明的优点是，基于离心分离和惯性分离机理具有一定波动工况缓冲能力的高效分离器装置，在其内特殊设计的上下两个分离空间内，气液首先经过下部分离空间内进行离心分离然后经过升气管进入到上部分离空间，进行旋流加惯性分离过程，同时上部分离空间内的液滴在蜗壳上顶板汇聚并通过边缘的开缝沿壁面向下流动最后经下部分离空间和锥体段外侧排液通道流向排液口，通过两次分离过程实现了基于密度差的离心分离及惯性分离过程，可以有效地简化放喷设备的结构及实现放喷设备的小型化撬装化。

目前正在使用的油气水三相分离器体积都较大，停留时间在10-15s，也不能够在波动环境获得较高的气液分离效率。显然，本发明所述的气液分离器，用于油气井测试放喷过程，停留时间较短、分离器体积较小、分离器效率高，具有明显的技术优势。

Claims (6)

1.一种油气井测试放喷用气液分离器，包括分离器气液入口(1)、切向或蜗向入口段(2)、分离器分离空间(3)、分离器壁面(4)、分离器底部锥体段(5)、分离器下部液滴沉降空间(6)、分离器排液口(7)、分离器锥体段排液口(8)、分离器升气管(9)、蜗壳上顶板(10)、分离器上部分离空间(11)、分离器排气管(12)、分离器净化气排出口(13)、上部分离空间排液槽(14)、锥体段外侧排液通道(15)、锥体段下部环形挡板(16)，切向或蜗向入口段(2)的前端有分离器气液入口(1)，切向或蜗向入口段(2)的上方有蜗壳上顶板(10)，切向或蜗向入口段(2)的中心有分离器升气管(9)，切向或蜗向入口段(2)的下方有分离器底部锥体段(5)和分离器排液口(7)，切向或蜗向入口段(2)的上方有分离器排气管(12)和分离器净化气排出口(13)，蜗壳上顶板(10)和分离器排气管(12)之间有分离器上部分离空间(11)，分离器升气管(9)和分离器底部锥体段(5)之间有分离器分离空间(3)，分离器底部锥体段(5)的下端开有分离器锥体段排液口(8)，分离器底部锥体段(5)和分离器排液口(7)之间有分离器下部液滴沉降空间(6)；蜗壳上顶板(10)上边缘上沿圆周方向均布有6～12条上部分离空间排液槽(14)，开缝宽度在2～10mm，长度在5～25mm；分离器锥体段(5)上部与分离器壁面(4)间有环形锥体段外侧排液通道(15)。

2.根据权利要求1所述油气井测试放喷用气液分离器，其特征在于分离器升气管(9)直径D2为分离器内径D1的0.4～0.8之间。

3.根据权利要求1所述油气井测试放喷用气液分离器，其特征在于分离器锥体段(5)上部端口直径D3为分离器内径D1的0.8～0.95之间。

4.根据权利要求1所述油气井测试放喷用气液分离器，其特征在于分离器排气管(12)直径D4为分离器内径D1的0.05～0.25之间。

5.根据权利要求1所述油气井测试放喷用气液分离器，其特征在于分离器排气管(9)插入深度H4为分离器上部分离空间11高度H1的0.5～1.5之间。

6.根据权利要求1所述油气井测试放喷用气液分离器，其特征在于切向或蜗向入口段(2)为单入口或呈180°轴对称的双入口。