CN109057769A - 一种新型气井井口管式循环旋流脱水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型气井井口管式循环旋流脱水装置，装置采用轴向导流叶片获得旋流效果，可直接安装在采气管线上，分离器结构紧凑，缩小了设备体积，安装方便。装置在不影响分离效率的前提下，提高了脱水装置处理量。装置采用分离室和二次分离导流室两个分离室结构，能够实现二次循环分离，提高了气液两相分离效率；装置采用内循环管，未占用分离室和二次分离导流室的分离空间，提高了气液两相有效分离效率；装置采用内循环装置，平衡了液相捕集装置与分离室之间的压力差，利于分离室提高气液分离效率。
Description
技术领域
本发明涉及天然气开采领域，尤其涉及一种新型气井井口管式循环旋流脱水装置。
背景技术
常规陆上天然气开采领域，基于生产计量、安全输送及高效管理等方面的考虑，需要在天然气生产的上游进行气液混合物的相间分离。所采用的分离装置多是以重力分离技术为主的卧式和立式沉降罐，该类型装置占地面积大、工程造价高、处理时间长、生产效率低。因地制宜，以旋流分离技术为关键技术的气液分离装置应用广泛，依据不同的流体流动方向，可以将分离装置分为切向逆流式、轴向逆流式和轴向直流式等；依据不同的结构形式，可以将分离装置分成柱状旋流式、柱—锥状旋流式、螺旋通道式和导流叶片式等。这其中以气液柱状旋流分离器(GLCC)的研究与应用最为成熟，经过国内外各大院校与石油公司三十多年来的不懈努力，其在分离机理、结构设计、仪控等方面的研究取得了重要成就。从工程应用来看，GLCC主要面向低气液比、低流速的流动工况，在非设计工况试验测试及应用过程中，比如油气处于环雾状流以及气液流速较高的工况，分离性能会遭到恶化，导致分离液膜沿器壁的轴向爬升，降低分离效率。高流速下气相出流通道聚集液膜的爬升损失以及高含液量下液相冲击撕裂导致的短路流损失，也是其他气液旋流分离装置应用过程中存在的问题。
国外石油公司计划应用的气液分离装置，可以总结其在设计过程中遵循的原则：设备高效紧凑化，将离心分离技术作为气液分离装置的关键技术，满足分离设备的高效性要求；避免分离器内部存在细小的孔洞与间隙，减少设备的磨损和堵塞，延长使用寿命，满足分离设备的安全性要求；分离器附加储液空间，提供液位检测装置足够的响应时间，便于远程监控，满足分离设备的稳定性要求。
目前，气田天然气井口无相关气液分离设备，导致集气管线含液较多，管线积液严重，国内相关气液分离器研究大多集中于面向试验室中理想的气液两相混合物，实际应用情况不理想，专利技术主要是对传统工艺或设备进行改进。中国石油大学(北京)孙国刚教授“一种前级分离器排气分级净化的多级旋风分离器系统”(CN103056048B)专利提供了一种可应用于炼油、化工、环保等行业的气固、气液多用途旋流分离器，其特点为多级分离，但该发明未见工业应用；为增强旋流分离器应用的目标性、高效性申请了专利“一种气液分离装置”(CN2832267Y)和“一种气液分离器”(CN100358638C)，这两项专利均保护同一种气液旋流分离设备，其特点为专门针对气液分离，且耐高压能够实现二次旋流分离，分离效率高，但入口流速要求苛刻，较多应用在工况稳定的炼厂；天津鑫宇环保科技发展有限公司杜红斌的发明专利“一种气液旋风分离器”(CN103240191 B)完全借鉴了原始气固分离器的结构形式，实际应用过程中难免适应性不强；河北科技大学董金华的发明专利“一种气液分离器”(CN204280328 U)借鉴了重力分离设备的原理，设备本身体积较大，很难适应天然气井场高压、集约、高效的要求；中石化上海工程有限公司陈愈安的发明专利“高效气液旋风分离器”(CN103816724 A)为了解决现有技术中气液分离器设备直径较大、使用效率较低的问题，提出了该专利，其特点分为内外筒，且内筒包含填料，导致该设备应用过程中压降较大，且需定期清理填料，操作复杂，不利于无人值守的现场应用。发明专利“输气管道高效旋风分离器”(CN1133504C)开发了一种用于输气管道的高效旋风分离器，但该分离器仍然借鉴了气固分离器的结构形式，分离效率有待进一步提高。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种新型气井井口管式循环旋流脱水装置，包括：筒状本体；
筒状本体的一端设有入口，另一端设有出口；
筒状本体的内部设有内循环旋流脱水组件，内循环旋流脱水组件外部套设有二次分离导流室，二次分离导流室靠近筒状本体的内壁设置，内循环旋流脱水组件与二次分离导流室通过环形缝隙连通；
筒状本体连接有液相捕集装置；二次分离导流室与液相捕集装置的液相捕集入口相连通，液相捕集装置设有液相捕集出口；
气液混合物经入口进入内循环旋流脱水组件，基于内循环旋流脱水组件的切向速度导致的离心力存在，被加速甩向二次分离导流室内壁，使气液两相分离，被甩向内壁的重相液态水和部分重组分沿二次分离导流室内壁旋流前进，经由环形缝隙进入二次分离导流室，分离后的气相通过出口排出；
进入二次分离导流室的气液混合物由于重力作用进入液相捕集装置，当液相捕集装置内液相达到预设位置后，经液相捕集出口排出。
优选地，内循环旋流脱水组件包括：分离室和轴向导流机构，轴向导流机构一边附着在轴向导流轴，与轴向导流轴的附着处密封连接，轴向导流机构的另一边附着在分离室的内壁，与分离室内壁的附着处密封连接，轴向导流轴的端部设有半球形结构，半球形结构延伸进入分离室，分离室的外层设有二次分离导流室；分离室与二次分离导流室之间设置第一环形缝隙；分离室和二次分离导流室通过第一环形缝隙连通；二次分离导流室与液相捕集装置的液相捕集入口相连通；
液相捕集装置侧边安装液位计。
优选地，二次分离导流室连接有至少两个内循环管线；
内循环管线的入口与二次分离导流室连通，内循环管线的出口延伸至轴向导流轴与分离室之间；分离室的轴线，轴向导流轴的轴线和二次分离导流室的轴线同轴设置，内循环管线的出口靠近分离室的轴线位置设置；
至少两个内循环管线呈螺旋状围绕在分离室轴线设置，内循环管线与分离室外壁纵向切线夹角为β，β范围为60度<β<90度；
内循环管线与分离室外壁横向轴线夹角为α，α范围为30度<α<60度；；
轴向导流轴为空心结构，轴向导流轴的两端均为半球形结构。
优选地，内循环旋流脱水组件包括：一级内循环旋流脱水机构和二级内循环旋流脱水机构；
一级内循环旋流脱水机构的输入侧与筒状本体入口连通，一级内循环旋流脱水机构的输出侧与二级内循环旋流脱水机构输入侧连通，二级内循环旋流脱水机构输出侧与筒状本体出口连通；
一级内循环旋流脱水机构包括：一级分离室和一级轴向导流机构，一级轴向导流机构一边附着在一级轴向导流轴，与一级轴向导流轴的附着处密封连接，一级轴向导流机构的另一边附着在一级分离室的内壁，与一级分离室内壁的附着处密封连接，一级轴向导流轴的端部设有半球形结构，半球形结构延伸进入一级分离室，一级分离室的外层设有一级二次分离导流室；一级分离室与一级二次分离导流室之间设置一级环形缝隙；一级分离室和一级二次分离导流室通过一级环形缝隙连通；一级二次分离导流室与一级液相捕集装置的液相捕集入口相连通；一级液相捕集装置侧边安装液位计；
二级内循环旋流脱水机构包括：二级分离室和二级轴向导流机构，二级轴向导流机构一边附着在二级轴向导流轴，与二级轴向导流轴的附着处密封连接，二级轴向导流机构的另一边附着在二级分离室的内壁，与二级分离室内壁的附着处密封连接，二级轴向导流轴的端部设有半球形结构，半球形结构延伸进入二级分离室，二级分离室的外层设有二级二次分离导流室；二级分离室与二级二次分离导流室之间设置二级环形缝隙；二级分离室和二级二次分离导流室通过二级环形缝隙连通；二级二次分离导流室与二级液相捕集装置的液相捕集入口相连通；二级液相捕集装置侧边安装液位计；
一级二次分离导流室与二级二次分离导流室之间设有环形隔断。
优选地，一级二次分离导流室连接有至少两个一级内循环管线；
一级内循环管线的入口与一级二次分离导流室连通，一级内循环管线的出口延伸至一级轴向导流轴与一级分离室之间；一级分离室的轴线，一级轴向导流轴的轴线和一级二次分离导流室的轴线同轴设置，一级内循环管线的出口靠近一级分离室的轴线位置设置；
至少两个一级内循环管线呈螺旋状围绕在一级分离室轴线设置，一级内循环管线与一级分离室外壁纵向切线夹角为β，β范围为60度<β<90度；
一级内循环管线与一级分离室外壁横向轴线夹角为α，α范围为30度<α<60度；一级轴向导流轴为空心结构，一级轴向导流轴的两端均为半球形结构；
二级二次分离导流室连接有至少两个二级内循环管线；
二级内循环管线的入口与二级二次分离导流室连通，二级内循环管线的出口延伸至二级轴向导流轴与二级分离室之间；二级分离室的轴线，二级轴向导流轴的轴线和二级二次分离导流室的轴线同轴设置，二级内循环管线的出口靠近二级分离室的轴线位置设置；
至少两个二级内循环管线呈螺旋状围绕在二级分离室轴线设置，二级内循环管线与二级分离室外壁纵向切线夹角为β，β范围为60度<β<90度；二级内循环管线与二级分离室外壁横向轴线夹角为α，α范围为30度<α<60度；二级轴向导流轴为空心结构，二级轴向导流轴的两端均为半球形结构。
优选地，内循环旋流脱水组件包括：四个内循环旋流脱水机构和隔板，隔板的第一端与筒状本体的入口侧形成入口室；隔板的第一端与筒状本体出口侧形成出口室；隔板将内循环旋流脱水组件内部均匀隔离成四个区域；每个区域内设置一个内循环旋流脱水机构。
优选地，内循环旋流脱水机构包括：并联二次分离导流室，并联分离室和并联轴向导流机构；并联二次分离导流室贴敷在筒状本体内壁设置，且并联二次分离导流室设置在入口室和出口室之间；并联二次分离导流室通过第一隔板与入口室相互隔离，通过第二隔板与出口室隔离；
并联轴向导流机构一边附着在并联轴向导流轴，与并联轴向导流轴的附着处密封连接，并联轴向导流机构的另一边附着在并联分离室的内壁，与并联分离室内壁的附着处密封连接，并联轴向导流轴的端部设有半球形结构，半球形结构延伸进入并联分离室，并联分离室的外层设置并联二次分离导流室；并联分离室与并联二次分离导流室之间设置并联环形缝隙；并联分离室和并联二次分离导流室通过并联环形缝隙连通；并联二次分离导流室与并联液相捕集装置的液相捕集入口相连通；并联液相捕集装置侧边安装液位计；并联液相捕集装置设有并联液相捕集出口。
优选地，并联二次分离导流室连接有至少两个并联内循环管线；
并联内循环管线的入口与并联二次分离导流室连通，并联内循环管线的出口延伸至并联轴向导流轴与并联分离室之间；并联分离室的轴线，并联轴向导流轴的轴线和并联二次分离导流室的轴线同轴设置，并联内循环管线的出口靠近并联分离室的轴线位置设置；
至少两个并联内循环管线呈螺旋状围绕在并联分离室轴线设置，并联内循环管线与并联分离室外壁纵向切线夹角为β，β范围为60度<β<90度；并联内循环管线与并联分离室外壁横向轴线夹角为α，α范围为30度<α<60度；
并联轴向导流轴为空心结构，并联轴向导流轴的两端均为半球形结构。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
装置采用轴向导流叶片获得旋流效果，可直接安装在采气管线上，分离器结构紧凑，缩小了设备体积，安装方便。装置在不影响分离效率的前提下，提高了脱水装置处理量。装置采用分离室和二次分离导流室两个分离室结构，能够实现二次循环分离，提高了气液两相分离效率；装置采用内循环管，未占用分离室和二次分离导流室的分离空间，提高了气液两相有效分离效率；装置采用内循环装置，平衡了液相捕集装置与分离室之间的压力差，利于分离室提高气液分离效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一的整体示意图；
图2为实施例一的内循环旋流脱水组件纵断面示意图；
图3为实施例一的内循环旋流脱水组件纵断面角度示意图；
图4为实施例一的内循环旋流脱水组件角度示意图；
图5为实施例二的整体示意图；
图6为实施例二的内循环旋流脱水组件纵断面示意图；
图7为实施例二的内循环旋流脱水组件纵断面角度示意图；
图8为实施例二的内循环旋流脱水组件角度示意图；
图9为实施例二的内循环旋流脱水组件角度示意图；
图10为实施例二的内循环旋流脱水组件角度示意图；
图11为二级轴向导流机构和二级轴向导流轴配合示意图；
图12为实施例三的整体示意图；
图13为实施例三的内循环旋流脱水组件纵断面示意图；
图14为实施例三的内循环旋流脱水组件纵断面角度示意图；
图15为实施例三的内循环旋流脱水组件角度示意图；
图16为并联轴向导流机构和并联轴向导流轴配合示意图。
具体实施方式
本发明提供一种新型气井井口管式循环旋流脱水装置，包括：筒状本体30；筒状本体30的一端设有入口1，另一端设有出口20；筒状本体30的内部设有内循环旋流脱水组件，内循环旋流脱水组件外部套设有二次分离导流室，二次分离导流室靠近筒状本体30的内壁设置，内循环旋流脱水组件与二次分离导流室通过环形缝隙连通；筒状本体30连接有液相捕集装置；二次分离导流室与液相捕集装置的液相捕集入口相连通，液相捕集装置设有液相捕集出口；气液混合物经入口1进入内循环旋流脱水组件，基于内循环旋流脱水组件的切向速度导致的离心力存在，被加速甩向二次分离导流室内壁，使气液两相分离，被甩向内壁的重相液态水和部分重组分沿二次分离导流室内壁旋流前进，经由环形缝隙进入二次分离导流室，分离后的气相通过出口20排出；进入二次分离导流室的气液混合物由于重力作用进入液相捕集装置，当液相捕集装置内液相达到预设位置后，经液相捕集出口排出。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
实施例一，如图1至4所示，内循环旋流脱水组件包括：分离室45和轴向导流机构42，轴向导流机构42一边附着在轴向导流轴43，与轴向导流轴43的附着处密封连接，轴向导流机构42的另一边附着在分离室45的内壁，与分离室45内壁的附着处密封连接，轴向导流轴43的端部设有半球形结构，半球形结构延伸进入分离室45，分离室45的外层设有二次分离导流室46；分离室45与二次分离导流室46之间设置第一环形缝隙47；分离室45和二次分离导流室46通过第一环形缝隙47连通；二次分离导流室46与液相捕集装置49的液相捕集入口相连通；液相捕集装置49侧边安装液位计40。
二次分离导流室46连接有至少两个内循环管线44；内循环管线44的入口与二次分离导流室46连通，内循环管线44的出口延伸至轴向导流轴43与分离室45之间；分离室45的轴线，轴向导流轴43的轴线和二次分离导流室46的轴线同轴设置，内循环管线44的出口靠近分离室45的轴线位置设置；至少两个内循环管线呈螺旋状围绕在分离室45轴线设置，内循环管线44与分离室45外壁纵向切线夹角为β，β范围为60度<β<90度；内循环管线44与分离室45外壁横向轴线夹角为α，α范围为30度<α<60度。轴向导流轴43为空心结构，轴向导流轴43的两端均为半球形结构。
轴向导流机构42采用导流叶片，导流叶片密封焊接在轴向导流轴3的表面，依据对所获取旋流强度的不同要求，可设置不同数量的轴向导流叶片2片、4片、6片、8片或者12片，每片导流叶片均匀分布在轴向导流轴43的外表面。
二次分离导流室46位于分离室45外，两者同轴心，二次分离导流室46收集分离室分离的液相，以及从分离室45逃逸的气相。还对分离室45与液相捕集装置49的连通进行缓冲。本实施例中，包括四根内循环管线，四根内循环管线呈90度轴对称分布在分离室中心，内循环管线的出口聚焦于分离室的中心，靠近轴向导流轴的末端。
装置运行时，气液混合物由入口轴向进入脱水装置，经轴向导流机构，轴向流转变为旋转流，产生切向速度，进入分离室，进入分离室的气液混合物中的重相液态水和部分重组分，因为切向速度导致的离心力存在，被加速甩向分离室内壁，使气液两相分离，被甩向内壁的重相液态水和部分重组分沿分离室内壁旋流前进，经由分离室与出口之间环形缝隙进入二次分离导流室，进入二次分离导流室的不仅包括重相液态水和部分重组分，还包括部分气相天然气，这些气液混合物进入二次分离导流室之后，重相液态水和部分重组分由于重力作用进入液相捕集装置，当液相捕集装置内液相达到设计位置，经由液相捕集装置排液口排出，而进入二次分离导流室的部分气相天然气则经由四个入口轴对称分布在二次分离导流室内壁周围内循环管的四个入口，经过内循环管线再次进入分离室中心，内循环管线内气流速度与分离室5外壁横向轴线夹角为α，30度<α<60度，方向朝气液混合物流动方向。
装置采用轴向导流叶片获得旋流效果，不仅可以依据需要改变旋流强度，而且可直接安装在采气管线上，分离器结构紧凑，缩小了设备体积，安装方便；装置通过内循环结构连通分离室和二次分离导流室两个分离室结构，能够实现2次循环分离，提高了气液两相分离效率；装置采用内循环装置，平衡了液相捕集装置与分离室之间的压力差，利于分离室提高气液分离效率。
实施例二：如图5至11所示，内循环旋流脱水组件包括：一级内循环旋流脱水机构50和二级内循环旋流脱水机构60；一级内循环旋流脱水机构50的输入侧与筒状本体30入口1连通，一级内循环旋流脱水机构50的输出侧与二级内循环旋流脱水机构60输入侧连通，二级内循环旋流脱水机构60输出侧与筒状本体30出口20连通；一级内循环旋流脱水机构50包括：一级分离室55和一级轴向导流机构52，一级轴向导流机构52一边附着在一级轴向导流轴53，与一级轴向导流轴53的附着处密封连接，一级轴向导流机构52的另一边附着在一级分离室55的内壁，与一级分离室55内壁的附着处密封连接，一级轴向导流轴53的端部设有半球形结构，半球形结构延伸进入一级分离室55，一级分离室55的外层设有一级二次分离导流室56；一级分离室55与一级二次分离导流室56之间设置一级环形缝隙57；一级分离室55和一级二次分离导流室56通过一级环形缝隙57连通；一级二次分离导流室56与一级液相捕集装置59的液相捕集入口相连通；一级液相捕集装置59侧边安装液位计51；二级内循环旋流脱水机构60包括：二级分离室65和二级轴向导流机构62，二级轴向导流机构62一边附着在二级轴向导流轴63，与二级轴向导流轴63的附着处密封连接，二级轴向导流机构62的另一边附着在二级分离室65的内壁，与二级分离室65内壁的附着处密封连接，二级轴向导流轴63的端部设有半球形结构，半球形结构延伸进入二级分离室65，二级分离室65的外层设有二级二次分离导流室66；二级分离室65与二级二次分离导流室66之间设置二级环形缝隙67；二级分离室65和二级二次分离导流室66通过二级环形缝隙67连通；二级二次分离导流室66与二级液相捕集装置69的液相捕集入口相连通；二级液相捕集装置69侧边安装液位计68；一级二次分离导流室56与二级二次分离导流室66之间设有环形隔断68。
二级轴向导流机构和二级轴向导流轴的配合方式与一级轴向导流机构和一级轴向导流轴的配合方式相同。
一级二次分离导流室56连接有至少两个一级内循环管线54；一级内循环管线54的入口与一级二次分离导流室56连通，一级内循环管线54的出口延伸至一级轴向导流轴53与一级分离室55之间；一级分离室55的轴线，一级轴向导流轴53的轴线和一级二次分离导流室56的轴线同轴设置，一级内循环管线54的出口靠近一级分离室55的轴线位置设置；至少两个一级内循环管线呈螺旋状围绕在一级分离室55轴线设置，一级内循环管线54与一级分离室55外壁纵向切线夹角为β，β范围为60度<β<90度；一级内循环管线54与一级分离室55外壁横向轴线夹角为α，α范围为30度<α<60度；一级轴向导流轴53为空心结构，一级轴向导流轴53的两端均为半球形结构；
二级二次分离导流室66连接有至少两个二级内循环管线64；二级内循环管线64的入口与二级二次分离导流室66连通，二级内循环管线64的出口延伸至二级轴向导流轴63与二级分离室65之间；二级分离室65的轴线，二级轴向导流轴63的轴线和二级二次分离导流室66的轴线同轴设置，二级内循环管线64的出口靠近二级分离室65的轴线位置设置；
至少两个二级内循环管线呈螺旋状围绕在二级分离室65轴线设置，二级内循环管线64与二级分离室65外壁纵向切线夹角为β，β范围为60度<β<90度；二级内循环管线54与二级分离室65外壁横向轴线夹角为α，α范围为30度<α<60度；二级轴向导流轴63为空心结构，二级轴向导流轴63的两端均为半球形结构。
一级轴向导流机构52和二级轴向导流机构62均采用导流叶片，导流叶片密封焊接在轴向导流轴3的表面，依据对所获取旋流强度的不同要求，可设置不同数量的轴向导流叶片2片、4片、6片、8片或者12片，每片导流叶片均匀分布在轴向导流轴的外表面。
本实施例中，装置由一级、二级循环旋流脱水装置串联组成，一级循环旋流脱水装置的出口即二级循环旋流脱水装置的入口。
一级二次分离导流室56位于一级分离室55外，两者同轴心，收集一级分离室55分离的液相，以及从一级分离室55逃逸的气相，是一级分离室55和一级液相捕集装置59的缓冲装置。
二级二次分离导流室66位于二级分离室65外，两者同轴心，用于收集二级二次分离导流室66分离的液相，以及从二级分离室65逃逸的气相，是二级分离室和二级液相捕集装置的缓冲装置。一级内循环旋流脱水机构50和二级内循环旋流脱水机构60分别设有四根内循环管线，四根内循环管线入口呈轴对称分布在导流室的内壁。四根内循环管线呈90度轴对称分布在分离室中心，内循环管线的出口聚焦于分离室的中心，靠近轴向导流轴末端设置。
本实施例的运行过程为：装置运行时，气液混合物由入口轴向进入一级内循环旋流脱水机构，经导流叶片，轴向流转变为旋转流，产生切向速度，进入一级分离室，进入一级分离室的气液混合物中的重相液态水和部分重组分，因为切向速度导致的离心力存在，被加速甩向一级分离室内壁，使气液两相分离，被甩向内壁的重相液态水和部分重组分沿一级分离室内壁旋流前进，经由一级环形缝隙进入一级二次分离导流室，一级二次分离导流室与一级液相捕集装置相连，经分离后的液态水和部分重组分进入一级液相捕集装置。而进入一级二次分离导流室的部分气相天然气则经由一级内循环管线，进行二次分离，一级内循环管线呈螺旋状分布在一级分离室中心，一级内循环管线与入口处一级分离室外壁纵向切线夹角为β，60°<β<90°，一级内循环管线内气流速度与一级分离室外壁横向轴线夹角为α，30°<α<60°，方向朝气液混合物流动方向。一级循环旋流脱水装置导流叶片产生的旋转流因经一级分离室的旋流分离后，旋流强度减弱，因此经一级循环旋流脱水机构分离后的气相进入二级内循环旋流脱水机构后，仍通过二级内循环旋流脱水机构二级轴向导流机构改变流向，减弱后的旋转流再次增强，进入二级分离室的含少量液相的气体因切向速度导致的离心力存在，被再次加速甩向二级分离室内壁，使气液两相分离，被甩向内壁的液态水和部分重组分沿二级分离室内壁旋流前进，经由二级环形缝隙进入二级二次分离导流室，二级二次分离导流室与二级液相捕集装置相连，经二级循环旋流脱水装置分离后的液态水和部分重组分进入二级液相捕集装置，
而进入二级二次分离导流室的部分气相天然气则经由二级内循环管线，进行二次分离，二级内循环管线呈螺旋状分布在二级分离室中心，二级内循环管线与入口处二级分离室外壁纵向切线夹角为β，60度<β<90度，二级内循环管线内气流速度与二级分离室外壁横向轴线夹角为α，30度<α<60度，方向朝气液混合物流动方向。
装置采用轴向导流叶片获得旋流效果，可直接安装在采气管线上，分离器结构紧凑，缩小了设备体积，安装方便；装置采用一级、二级循环旋流脱水装置串联方式，提高了气液分离效率；装置两级循环旋流脱水装置均采用分离室和二次分离导流室两个分离室结构，均能够实现二次循环分离，提高了气液两相分离效率；装置通过内循环结构连通分离室和二次分离导流室两个分离室结构，能够实现二次循环分离，提高了气液两相分离效率；装置采用内循环装置，平衡了液相捕集装置与分离室之间的压力差，利于分离室提高气液分离效率。
实施例三：如图12至16所示，内循环旋流脱水组件包括：四个内循环旋流脱水机构和隔板18，隔板18的第一端与筒状本体30的入口侧形成入口室2；隔板18的第一端与筒状本体30出口侧形成出口室9；隔板18将内循环旋流脱水组件内部均匀隔离成四个区域；每个区域内设置一个内循环旋流脱水机构19。
本实施例中，内循环旋流脱水机构包括：并联二次分离导流室6，并联分离室7和并联轴向导流机构3；并联二次分离导流室6贴敷在筒状本体30内壁设置，且并联二次分离导流室6设置在入口室2和出口室9之间；并联二次分离导流室6通过第一隔板15与入口室2相互隔离，通过第二隔板16与出口室9隔离；
并联轴向导流机构3一边附着在并联轴向导流轴4，与并联轴向导流轴4的附着处密封连接，并联轴向导流机构3的另一边附着在并联分离室7的内壁，与并联分离室7内壁的附着处密封连接，并联轴向导流轴4的端部设有半球形结构，半球形结构延伸进入并联分离室7，并联分离室7的外层设置并联二次分离导流室6；并联分离室7与并联二次分离导流室6之间设置并联环形缝隙8；并联分离室7和并联二次分离导流室6通过并联环形缝隙8连通；并联二次分离导流室6与并联液相捕集装置12的液相捕集入口相连通；并联液相捕集装置12侧边安装液位计13；并联液相捕集装置12设有并联液相捕集出口14。液相捕集装置为并联液相捕集装置12。
本实施例中，并联二次分离导流室6连接有至少两个并联内循环管线5；并联内循环管线5的入口与并联二次分离导流室6连通，并联内循环管线5的出口延伸至并联轴向导流轴4与并联分离室7之间；并联分离室7的轴线，并联轴向导流轴4的轴线和并联二次分离导流室6的轴线同轴设置，并联内循环管线5的出口靠近并联分离室7的轴线位置设置；至少两个内循环管线呈螺旋状围绕在并联分离室7轴线设置，并联内循环管线5与并联分离室7外壁纵向切线夹角为β，β范围为60度<β<90度；并联内循环管线5与并联分离室7外壁横向轴线夹角为α，α范围为30度<α<60度；并联轴向导流轴4为空心结构，并联轴向导流轴4的两端均为半球形结构。
本实施例的运行过程为：入口室2压入的气液混合物经并联轴向导流机构，由轴向流转变为旋转流，产生切向速度，进入并联分离室，进入并联分离室的气液混合物中的重相液态水和部分重组分，因为切向速度导致的离心力存在，被加速甩向并联分离室内壁，使气液两相分离，被甩向内壁的重相液态水和部分重组分沿并联分离室内壁旋流前进，经由并联分离室与出口管线之间并联环形缝隙进入并联二次分离导流室，分离后的气相则通过出口管线进入出口室，最后由出口排出。经四个并联的同样内循环旋流脱水机构分离室分离进入二次分离导流室的不仅包括液态水和部分重组分，还包括部分气相天然气，这些气液混合物进入并联二次分离导流室之后，液态水和部分重组分由于重力作用进入并联液相捕集装置，当并联液相捕集装置内液相达到设计位置，经由并联液相捕集出口排出，进入并联二次分离导流室的部分气相天然气则经由四个入口轴对称分布在并联二次分离导流室内壁周围并联内循环管的四个入口，经过并联内循环管线再次进入并联分离室中心，进行二次分离，并联内循环管线内气流速度与并联分离室，外壁横向轴线夹角为α，30°<α<60°，方向朝气液混合物流动方向。并联内循环管线与入口处分离室外壁纵向切线夹角为β，60°<β<90°。
装置采用轴向导流叶片获得旋流效果，可直接安装在采气管线上，分离器结构紧凑，缩小了设备体积，安装方便；装置采用4个同样循环旋流脱水装置并联方式，在不影响分离效率的前提下，提高了脱水装置处理量；4个同样循环旋流脱水装置均采用分离室和二次分离导流室两个分离室结构，均能够实现2次循环分离，提高了气液两相分离效率；装置采用内循环管，未占用分离室和二次分离导流室的分离空间，提高了气液两相有效分离效率；装置采用内循环装置，平衡了液相捕集装置与分离室之间的压力差，利于分离室提高气液分离效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种新型气井井口管式循环旋流脱水装置，其特征在于，包括：筒状本体(30)；
筒状本体(30)的一端设有入口(1)，另一端设有出口(20)；
筒状本体(30)的内部设有内循环旋流脱水组件，内循环旋流脱水组件外部套设有二次分离导流室，二次分离导流室靠近筒状本体(30)的内壁设置，内循环旋流脱水组件与二次分离导流室通过环形缝隙连通；
筒状本体(30)连接有液相捕集装置；二次分离导流室与液相捕集装置的液相捕集入口相连通，液相捕集装置设有液相捕集出口；
气液混合物经入口(1)进入内循环旋流脱水组件，基于内循环旋流脱水组件的切向速度导致的离心力存在，被加速甩向二次分离导流室内壁，使气液两相分离，被甩向内壁的重相液态水和部分重组分沿二次分离导流室内壁旋流前进，经由环形缝隙进入二次分离导流室，分离后的气相通过出口(20)排出；
进入二次分离导流室的气液混合物由于重力作用进入液相捕集装置，当液相捕集装置内液相达到预设位置后，经液相捕集出口排出。
2.根据权利要求1所述的新型气井井口管式循环旋流脱水装置，其特征在于，
内循环旋流脱水组件包括：分离室(45)和轴向导流机构(42)，轴向导流机构(42)一边附着在轴向导流轴(43)，与轴向导流轴(43)的附着处密封连接，轴向导流机构(42)的另一边附着在分离室(45)的内壁，与分离室(45)内壁的附着处密封连接，轴向导流轴(43)的端部设有半球形结构，半球形结构延伸进入分离室(45)，分离室(45)的外层设有二次分离导流室(46)；分离室(45)与二次分离导流室(46)之间设置第一环形缝隙(47)；分离室(45)和二次分离导流室(46)通过第一环形缝隙(47)连通；二次分离导流室(46)与液相捕集装置(49)的液相捕集入口相连通；
液相捕集装置(49)侧边安装液位计(40)。
3.根据权利要求2所述的新型气井井口管式循环旋流脱水装置，其特征在于，
二次分离导流室(46)连接有至少两个内循环管线(44)；
内循环管线(44)的入口与二次分离导流室(46)连通，内循环管线(44)的出口延伸至轴向导流轴(43)与分离室(45)之间；分离室(45)的轴线，轴向导流轴(43)的轴线和二次分离导流室(46)的轴线同轴设置，内循环管线(44)的出口靠近分离室(45)的轴线位置设置；
至少两个内循环管线呈螺旋状围绕在分离室(45)轴线设置，内循环管线(44)与分离室(45)外壁纵向切线夹角为β，β范围为60度<β<90度；
内循环管线(44)与分离室(45)外壁横向轴线夹角为α，α范围为30度<α<60度；
轴向导流轴(43)为空心结构，轴向导流轴(43)的两端均为半球形结构。
4.根据权利要求1所述的新型气井井口管式循环旋流脱水装置，其特征在于，
内循环旋流脱水组件包括：一级内循环旋流脱水机构(50)和二级内循环旋流脱水机构(60)；
一级内循环旋流脱水机构(50)的输入侧与筒状本体(30)入口(1)连通，一级内循环旋流脱水机构(50)的输出侧与二级内循环旋流脱水机构(60)输入侧连通，二级内循环旋流脱水机构(60)输出侧与筒状本体(30)出口(20)连通；
一级内循环旋流脱水机构(50)包括：一级分离室(55)和一级轴向导流机构(52)，一级轴向导流机构(52)一边附着在一级轴向导流轴(53)，与一级轴向导流轴(53)的附着处密封连接，一级轴向导流机构(52)的另一边附着在一级分离室(55)的内壁，与一级分离室(55)内壁的附着处密封连接，一级轴向导流轴(53)的端部设有半球形结构，半球形结构延伸进入一级分离室(55)，一级分离室(55)的外层设有一级二次分离导流室(56)；一级分离室(55)与一级二次分离导流室(56)之间设置一级环形缝隙(57)；一级分离室(55)和一级二次分离导流室(56)通过一级环形缝隙(57)连通；一级二次分离导流室(56)与一级液相捕集装置(59)的液相捕集入口相连通；一级液相捕集装置(59)侧边安装液位计(51)；
二级内循环旋流脱水机构(60)包括：二级分离室(65)和二级轴向导流机构(62)，二级轴向导流机构(62)一边附着在二级轴向导流轴(63)，与二级轴向导流轴(63)的附着处密封连接，二级轴向导流机构(62)的另一边附着在二级分离室(65)的内壁，与二级分离室(65)内壁的附着处密封连接，二级轴向导流轴(63)的端部设有半球形结构，半球形结构延伸进入二级分离室(65)，二级分离室(65)的外层设有二级二次分离导流室(66)；二级分离室(65)与二级二次分离导流室(66)之间设置二级环形缝隙(67)；二级分离室(65)和二级二次分离导流室(66)通过二级环形缝隙(67)连通；二级二次分离导流室(66)与二级液相捕集装置(69)的液相捕集入口相连通；二级液相捕集装置(69)侧边安装液位计(68)；
一级二次分离导流室(56)与二级二次分离导流室(66)之间设有环形隔断(68)。
5.根据权利要求4所述的新型气井井口管式循环旋流脱水装置，其特征在于，
一级二次分离导流室(56)连接有至少两个一级内循环管线(54)；
一级内循环管线(54)的入口与一级二次分离导流室(56)连通，一级内循环管线(54)的出口延伸至一级轴向导流轴(53)与一级分离室(55)之间；一级分离室(55)的轴线，一级轴向导流轴(53)的轴线和一级二次分离导流室(56)的轴线同轴设置，一级内循环管线(54)的出口靠近一级分离室(55)的轴线位置设置；
至少两个一级内循环管线呈螺旋状围绕在一级分离室(55)轴线设置，一级内循环管线(54)与一级分离室(55)外壁纵向切线夹角为β，β范围为60度<β<90度；
一级内循环管线(54)与一级分离室(55)外壁横向轴线夹角为α，α范围为30度<α<60度；一级轴向导流轴(53)为空心结构，一级轴向导流轴(53)的两端均为半球形结构；
二级二次分离导流室(66)连接有至少两个二级内循环管线(64)；
二级内循环管线(64)的入口与二级二次分离导流室(66)连通，二级内循环管线(64)的出口延伸至二级轴向导流轴(63)与二级分离室(65)之间；二级分离室(65)的轴线，二级轴向导流轴(63)的轴线和二级二次分离导流室(66)的轴线同轴设置，二级内循环管线(64)的出口靠近二级分离室(65)的轴线位置设置；
至少两个二级内循环管线呈螺旋状围绕在二级分离室(65)轴线设置，二级内循环管线(64)与二级分离室(65)外壁纵向切线夹角为β，β范围为60度<β<90度；二级内循环管线(54)与二级分离室(65)外壁横向轴线夹角为α，α范围为30度<α<60度；二级轴向导流轴(63)为空心结构，二级轴向导流轴(63)的两端均为半球形结构。
6.根据权利要求1所述的新型气井井口管式循环旋流脱水装置，其特征在于，
内循环旋流脱水组件包括：四个内循环旋流脱水机构和隔板(18)，隔板(18)的第一端与筒状本体(30)的入口侧形成入口室(2)；隔板(18)的第一端与筒状本体(30)出口侧形成出口室(9)；隔板(18)将内循环旋流脱水组件内部均匀隔离成四个区域；每个区域内设置一个内循环旋流脱水机构(19)。
7.根据权利要求6所述的新型气井井口管式循环旋流脱水装置，其特征在于，
内循环旋流脱水机构包括：并联二次分离导流室(6)，并联分离室(7)和并联轴向导流机构(3)；并联二次分离导流室(6)贴敷在筒状本体(30)内壁设置，且并联二次分离导流室(6)设置在入口室(2)和出口室(9)之间；并联二次分离导流室(6)通过第一隔板(15)与入口室(2)相互隔离，通过第二隔板(16)与出口室(9)隔离；
并联轴向导流机构(3)一边附着在并联轴向导流轴(4)，与并联轴向导流轴(4)的附着处密封连接，并联轴向导流机构(3)的另一边附着在并联分离室(7)的内壁，与并联分离室(7)内壁的附着处密封连接，并联轴向导流轴(4)的端部设有半球形结构，半球形结构延伸进入并联分离室(7)，并联分离室(7)的外层设置并联二次分离导流室(6)；并联分离室(7)与并联二次分离导流室(6)之间设置并联环形缝隙(8)；并联分离室(7)和并联二次分离导流室(6)通过并联环形缝隙(8)连通；并联二次分离导流室(6)与并联液相捕集装置(12)的液相捕集入口相连通；并联液相捕集装置(12)侧边安装液位计(13)；并联液相捕集装置(12)设有并联液相捕集出口(14)。
8.根据权利要求6所述的新型气井井口管式循环旋流脱水装置，其特征在于，
并联二次分离导流室(6)连接有至少两个并联内循环管线(5)；
并联内循环管线(5)的入口与并联二次分离导流室(6)连通，并联内循环管线(5)的出口延伸至并联轴向导流轴(4)与并联分离室(7)之间；并联分离室(7)的轴线，并联轴向导流轴(4)的轴线和并联二次分离导流室(6)的轴线同轴设置，并联内循环管线(5)的出口靠近并联分离室(7)的轴线位置设置；
至少两个并联内循环管线呈螺旋状围绕在并联分离室(7)轴线设置，并联内循环管线(5)与并联分离室(7)外壁纵向切线夹角为β，β范围为60度<β<90度；并联内循环管线(5)与并联分离室(7)外壁横向轴线夹角为α，α范围为30度<α<60度；
并联轴向导流轴(4)为空心结构，并联轴向导流轴(4)的两端均为半球形结构。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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