CN108311300A - 一种具有脱气功能的油水旋流分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有脱气功能的油水旋流分离器，包括由分离器的外管包围并依次连接的起旋器、脱气器和分离腔，起旋器与旋流分离器外管所形成的环形腔室内设有周向均匀布置的导流叶片，使流体产生旋转；排气器与起旋器光滑连接，排气器上开有竖向缝，竖向缝的方向与油水混合液流动的方向的夹角α在90°～180°，排气器与分离器外管形成的锥环形空间使流体旋转速度增大，并使气体通过竖向缝进入排气腔；旋流分离腔的小锥段是油水分离的主要空间，分离腔尾部设有排水管。适用于含有少量伴生气的油田采出液的油水分离处理，具有结构紧凑、油水分离效率高等优点。在相当程度上节省了占地空间并节约了油田开采成本，为保证油田开发中后期的经济效益奠定了基础。

Description

一种具有脱气功能的油水旋流分离器

技术领域

本发明涉及一种油水分离器，尤其是涉及一种具有预脱气功能的管式油水旋流分离器，属于油气集输技术领域。

背景技术

随着油田的不断开采，我国大部分陆上油田已进入高含水阶段，为了解决采出水的处理问题，同时不再扩大油田地面水处理设施面积，井下油水分离和同井注采技术得到了广泛关注。由于井下作业空间非常有限，所以井下分离技术多采用紧凑高效的油水旋流分离器。但旋流分离器在井下进行工作时，会有一定量的伴生气随采出液一起进入旋流分离器，气相的存在不仅改变了设备内的流动与分离条件，而且增加了相间混合和湍流程度，对旋流器的分离性能产生不利影响。申请人在专利CN2015101784881中提出了一种大处理量的轴向水力旋流器，通过旋转离心力场可实现油水高效分离，而且结构紧凑，尤其适用于高含水油井采出液的预脱水处理。本申请对专利CN2015101784881中的轴向水力旋流器进行改进，提出一种具有预脱气功能的旋流分离器，可在采出液进入分离空间前脱除伴生气，避免含气对油水分离效果的不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有预脱气功能的油水旋流分离器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的具有脱气功能的油水旋流分离器，包括由分离器的外管包围并依次连接的起旋器、脱气器和分离腔，所述起旋器和脱气器内部采用空心腔室，该空心腔室作为排气腔，所述排气腔的顶部设有排气管，所述排气腔的中心轴线位置设有排油管，所述排油管通过脱气器底部的排油孔与分离腔连通，所述分离腔的尾部设有排水管；

所述分离器的外管包括依次连接的圆柱段、大锥段、小锥段和直管段，各段之间光滑过渡；

所述起旋器为柱状，包括柱环状叶片载体和导流叶片，所述柱环状叶片载体深入到分离器外管的圆柱段，形成柱环形空间，所述导流叶片均匀布置于上述柱环形空间，所述导流叶片在轴线方向上与所述分离器外管圆柱段的轴向长度相等，所述导流叶片在径向方向上与叶片载体和圆柱段外管均为过盈配合；

所述脱气器为锥环状，深入到分离器外管的大锥段，形成锥环形空间，所述锥环状脱气器在轴向方向上的长度不小于所述分离器外管大锥段的轴向长度；

所述脱气器上开有1个或多个均匀分布的竖向缝，所述竖向缝沿锥体壁厚方向斜切，使所述竖向缝与该处混合液流的运动方向之间的夹角α在90°～180°之间，所述竖向缝在轴向方向上的长度不大于所述分离器的外管的大锥段的轴向长度。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的预脱气用油水分离器，在叶片载体连接的锥体上设置具有一定方向的竖向缝，可脱除混合液中的气体，同时利用叶片载体的空心腔室将气体引出，在油水混合液进入分离空间之前脱除气体，不仅没有增加任何零部件，结构紧凑，而且避免了气体对油水分离性能的不利影响，尤其适用在井下对含有少量伴生气的采出液进行预脱水处理。

附图说明

图1为本发明实施例提供的具有预脱气功能的油水旋流分离器的结构示意图。

图2为本发明实施例中起旋器和脱气器的剖视结构图。

图3为本发明实施例中锥状脱气器的侧视结构图。

图4为本发明实施例中锥状脱气器的俯视结构图。

图中各标记如下：

1-轴向进液口；2-导流叶片；3-柱环状的起旋器；4-分离器外管的圆柱段；5-分离器外管的大锥段；6-分离器外管的小锥段；7-锥环状的脱气器；8-排油孔；9-竖向缝；10-分离腔；11-排气管；12-排气腔；13-排油管；14-排水管。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的具有预脱气功能的油水旋流分离器，其较佳的具体实施方式是：

具有脱气功能的油水旋流分离器，包括由分离器的外管包围并依次连接的起旋器、脱气器和分离腔，所述起旋器和脱气器内部采用空心腔室，该空心腔室作为排气腔，所述排气腔的顶部设有排气管，所述排气腔的中心轴线位置设有排油管，所述排油管通过脱气器底部的排油孔与分离腔连通，所述分离腔的尾部设有排水管；

所述分离器的外管包括依次连接的圆柱段、大锥段、小锥段和直管段，各段之间光滑过渡；

所述起旋器为柱状，包括柱环状叶片载体和导流叶片，所述柱环状叶片载体深入到分离器外管的圆柱段，形成柱环形空间，所述导流叶片均匀布置于上述柱环形空间，所述导流叶片在轴线方向上与所述所述分离器外管圆柱段的轴向长度相等，所述导流叶片在径向方向上与叶片载体和圆柱段外管均为过盈配合；

所述脱气器为锥环状，深入到分离器外管的大锥段，形成锥环形空间，所述锥环状脱气器在轴向方向上的长度不小于所述分离器外管大锥段的轴向长度；

所述脱气器上开有1个或多个均匀分布的竖向缝，所述竖向缝沿锥体壁厚方向斜切，使所述竖向缝与该处混合液流的运动方向之间的夹角α在90°～180°之间，所述竖向缝在轴向方向上的长度不大于所述分离器的外管的大锥段的轴向长度。

所述分离器的外管的小锥段采用渐缩形锥管。

本发明的具有预脱气功能的油水旋流分离器，结构紧凑，可以在油水混合液进入分离腔之前脱除混合液中的气体，避免伴生气对油水旋流分离效率的不利影响，油水分离效果高，能够有效解决采出液中含有伴生气导致油水分离效率下降的状况。锥环状脱气段通过设置斜切竖向缝不仅可以脱去油井采出液中含有的少量伴生气，而且锥环状脱气段与旋流分离器外管大锥段组成的锥环形空间增大了油水分离所必需的旋流强度，保证油水两相的分离效率。

本发明的原理是：

在实际工作过程中，含有少量伴生气的油水混合液从轴向入口进入旋流分离器内部，流经起旋器时在导流叶片的作用下获得初始旋转动量，旋转的混合液进入锥环状脱气器，旋转半径变小，旋转速度进一步增大，由于气液密度差很大，所以气体很快聚集在中心，形成气膜，流经锥环状上设置的竖向缝时，中心聚集的气体在压力的驱动下通过竖向缝进入排气腔，而油水混合液由于惯性作用继续保持旋转流动，并随着旋转半径的减小旋流强度逐渐增大，油水混合液进入减缩形分离腔后，在离心力的作用下，密度较小的液体汇集至中心轴线处形成油核，并在逆压作用下进入排油孔经排油管排出，同时密度较大的水相在外部空间向排水管流动，最终经排水管排出。由于气体在脱气段通过竖向缝排出，因此油水混合液进入分离腔后可以在中心轴线处形成浓集的油核，实现油水高效分离。

本发明具有如下优点和效果：

1、本发明采用所述的结构在油水混合液进入分离腔之前，利用起旋器产生的弱旋流将油水混合液中夹杂的少量伴生气体脱除，以防止伴生气在分离腔中心轴线处形成气核，阻碍油核形成，保证油水分离效率。

2、本发明采用的锥状脱气段，其功能不仅在于可以利用脱气段脱除混合液中的少量伴生气，而且锥状脱气段与旋流分离器外管大锥段配合形成锥环形空间，使流经的油水混合液进一步提高旋转速度，形成油水分离所需的强旋转流场，保证油水分离效率。

具体实施例：

如图1所示，本发明实施例提供一种具有预脱气功能的油水旋流分离器，该分离器由旋流分离腔外管、起旋器3、脱气器7组成。起旋器3由柱环状叶片载体和导流叶片2组成，导流叶片可采用圆弧准线、幂函数准线或螺旋线型叶片，轴向方向上叶片长度等于分离器外管圆柱段长度，径向方向上叶片与分离器外管和叶片载体过盈配合，周向方向上叶片均匀分布。旋流分离器外管由分离腔外管圆柱段4、分离腔外管大锥段5、分离腔外管小锥段6、分离腔外管直管尾段14组成，各段之间光滑过渡；旋流分离腔外管柱段4与起旋器3下端基本对齐；分离腔外管大锥段的角度为15°～40°，最好为25°；分离腔外管小锥段的角度为1°～10°，最好为5°；分离腔外管直尾管段14的长度大约为旋流器直径的15～35倍，最好为30倍。锥状脱气段7的长度略大于大锥段5的长度。上述旋流分离器排油孔8位于锥状脱气段7的中心处，如图1所示，以实现逆流排油。上述排气腔12位于柱状起旋段3与锥状脱气段7中，如图2所示，以实现逆流排气。如图3，4所示，竖向缝9沿截锥形圆管横截面的壁厚方向斜切，使其与该处混合液流动方向之间的夹角α应在90°～180°之间。

使用上述预脱气用油水旋流分离器分离时，含有少量伴生气的油水混合液从轴向入口1进入旋流管内部，在导流叶片2与旋流器分离腔外管柱段4形成的环形空间内产生旋流，气体向中心汇集；进入大锥段后由于旋转半径减小，旋流强度进一步增大，在中心形成气膜，流经竖缝时，气体进入排气腔12，经排气管11排出，由于惯性作用油水混合液继续旋转流动；油水混合液进入小锥段后，在强旋流产生的离心力作用下在径向方向上油水分层流动，形成外旋流区和内旋流区，外旋流区主要为混合液中的水相，内旋流主要为混合液中的油相。外旋流区的水相以旋进的方式流动至排水管14；内旋流区的油相以旋进油核的形式反向运移，经排油孔8进入排油管13排出。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种具有脱气功能的油水旋流分离器，其特征在于，包括由分离器的外管包围并依次连接的起旋器、脱气器和分离腔，所述起旋器和脱气器内部采用空心腔室，该空心腔室作为排气腔，所述排气腔的顶部设有排气管，所述排气腔的中心轴线位置设有排油管，所述排油管通过脱气器底部的排油孔与分离腔连通，所述分离腔的尾部设有排水管；

所述分离器的外管包括依次连接的圆柱段、大锥段、小锥段和直管段，各段之间光滑过渡；

所述起旋器为柱状，包括柱环状叶片载体和导流叶片，所述柱环状叶片载体深入到分离器外管的圆柱段，形成柱环形空间，所述导流叶片均匀布置于上述柱环形空间，所述导流叶片在轴线方向上与所述分离器外管圆柱段的轴向长度相等，所述导流叶片在径向方向上与叶片载体和圆柱段外管均为过盈配合；

所述脱气器为锥环状，深入到分离器外管的大锥段，形成锥环形空间，所述锥环状脱气器在轴向方向上的长度不小于所述分离器外管大锥段的轴向长度；

所述脱气器上开有1个或多个均匀分布的竖向缝，所述竖向缝沿锥体壁厚方向斜切，使所述竖向缝与该处混合液流的运动方向之间的夹角α在90°～180°之间，所述竖向缝在轴向方向上的长度不大于所述分离器的外管的大锥段的轴向长度。

2.根据权利要求1所述的具有脱气功能的油水旋流分离器，其特征在于，所述分离器的外管的小锥段采用渐缩形锥管。