CN110159246A - 井下多级旋流聚结油水分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油水分离装置技术领域，提供一种井下多级旋流聚结油水分离装置，包括：一级旋流分离组件、聚结器和二级旋流分离组件，所述一级旋流分离组件包括依次连接的一级旋流腔和一级分离腔；所述聚结器的一端设有聚结入口，另一端设有由聚结腔、锥段和尾管依次连接形成的空腔，所述空腔内设有沿所述空腔轴向设置的聚结内芯；所述二级旋流分离组件包括依次连接的二级旋流腔和二级分离腔，所述尾管通过管道与所述二级旋流腔连通。本发明通过设置两级旋流分离，对一级旋流分离组件的底流进行二次分离，提高了分离质量；并且在两级旋流分离组件之间增加聚结器，有利于二级旋流分离组件对油水乳化液进行分离。
Description
技术领域
本发明涉及油水分离装置技术领域，特别涉及一种井下多级旋流聚结油水分离装置。
背景技术
我国主力油田已进入高含水开发期，含水率超过90％，随原油开采成本的日益增加，有些油井失去开采的价值。同时，高含水采出液使人工举升设备、集输管线、地面处理设备及水处理系统等达到操作运行的设计极限。
井下油水分离及同井注采回注技术是对采出液进行油水分离，含水率降低的采出液被举升至地面，分离出的水被回注到注入层，实现在同一井筒内采出与注入同步进行。有效延长了油田开发周期、提高了采收率、缓解了后续水处理压力、减少地面油气集输系统建设规模和数量，降低地面设备能耗水平和水处理成本。
井下油水分离及同井回注的核心是井下油水分离，其中旋流分离组件具有分离高效、稳定、占地面积小、使用寿命长的特点，但是，随着注入液所要求的含油浓度不断降低，传统的单级旋流分离组件分离质量低，同时，单级旋流分离组件的底流中含有在由于注入液快速旋转形成的油水乳化液，油水乳化液难以分离，直接排入地下造成资源浪费。
鉴于此，本发明提供一种井下多级旋流聚结油水分离装置，以解决传统的单级旋流分离组件分离质量低、油水乳化液难以分离的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种井下多级旋流聚结油水分离装置，该井下多级旋流聚结油水分离装置通过设置两级旋流分离，提高了分离质量；通过在两级旋流分离组件之间增加聚结器，以提高注入液的利用率；通过设置聚结内芯，从而提高分离质量。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种井下多级旋流聚结油水分离装置，包括：一级旋流分离组件、聚结器和二级旋流分离组件，
所述一级旋流分离组件包括依次连接的一级旋流腔和一级分离腔；
所述聚结器的一端设有聚结入口，另一端设有由聚结腔、锥段和尾管依次连接形成的空腔，所述空腔内设有沿所述空腔轴向设置的聚结内芯，所述聚结入口的一端与所述聚结腔的连通，且与所述聚结腔的内壁相切，另一端通过管道与所述一级分离腔连通；
所述二级旋流分离组件包括依次连接的二级旋流腔和二级分离腔，所述尾管通过管道与所述二级旋流腔连通。
优选地，所述聚结器包括圆柱形，所述聚结器设有所述聚结入口的一端的端面上设有聚结环槽，所述聚结环槽与所述聚结器同轴线设置且通过所述聚结入口与所述空腔连通。
优选地，所述一级旋流腔包括一级旋流管和一级溢流管，所述一级旋流管套设在所述一级溢流管的外周，且所述一级旋流管的一端向内延伸与所述一级溢流管的外壁密封连接，所述一级旋流管与所述一级溢流管之间设有一级螺旋叶片，所述一级旋流管的管壁上设有一级入口；
所述一级分离腔为设有锥形通孔的管状结构，且所述锥形通孔直径大的一端与所述一级旋流管开放的一端连接，另一端为一级出口，所述一级出口通过上导流油管与所述聚结入口连通。
优选地，所述二级旋流腔包括同轴线设置的二级导流圆柱、二级旋流管和二级溢流管，所述二级旋流管套设在所述二级溢流管的外周以形成旋流间隙，所述旋流间隙内设有二级螺旋叶片，所述二级导流圆柱的一端同时与所述二级旋流管和二级溢流管的一端固定连接，另一端设有贯穿所述二级导流圆柱的且与所述旋流间隙连通的二级入口，所述二级导流圆柱的侧壁上设有溢流孔，所述溢流孔与所述二级溢流管连通，所述聚结器通过下导流油管与所述二级入口连通；
所述二级分离腔为设有锥形通孔的管状结构，且所述锥形通孔直径大的一端与所述二级旋流管可拆卸连接，另一端形成二级出口。
优选地，所述井下多级旋流聚结油水分离装置包括为筒状结构且套设在所述聚结器的外周的套管，所述套管的两端分别与所述一级旋流管的外壁和所述二级旋流管的外壁可拆卸连接，所述套管和所述聚结器之间形成二级流道，所述二级溢流管通过所述溢流孔与所述二级流道连通，所述一级旋流管的管体上沿轴向设置的一级流道，所述一级流道与所述二级流道之间相互连通。
优选地，所述一级流道的横截面为弧形。
优选地，所述井下多级旋流聚结油水分离装置包括上接箍和下接箍，所述上接箍为筒状结构，所述上接箍的一端与所述一级旋流管闭合一端可拆卸连接；所述下接箍为筒状结构，所述下接箍的一端与所述二级旋流管的外周可拆卸连接。
优选地，所述一级分离腔包括底锥和底锥座，所述底锥座与所述一级出口固定连接，所述底锥固定在所述底锥座上，且所述底锥设置在所述一级分离腔内，所述一级分离腔靠近所述底锥座的一端的侧壁上设有与所述侧壁相切的一级切向出口。
优选地，所述二级分离腔与所述二级旋流腔连接的一端设有法兰盘，所述二级旋流腔与所述二级分离腔之间通过法兰盘连接。
优选地，所述二级导流圆柱的外周面上设有密封环槽，所述密封环槽内设置有密封环，所述下导流油管通过所述密封环与所述二级导流圆柱连接。
相对于现有技术，本发明的井下多级旋流聚结油水分离装置通过设置两级旋流分离，对一级旋流分离组件的底流进行二次分离，提高了分离质量；并且在两级旋流分离组件之间增加聚结器，对一级旋流分离组件的底流中的油水乳化液进行聚结形成大油滴，有利于二级旋流分离组件对油水乳化液进形分离，以提高注入液的利用率，通过设置聚结内芯，有利于底流在聚结器中形成旋流，从而提高分离质量。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的井下多级旋流聚结油水分离装置的结构示意图；
图2为图1中井下多级旋流聚结油水分离装置的剖视图；
图3为本发明的上接箍的结构示意图；
图4为本发明的一级旋流腔的剖视图；
图5为本发明的一级旋流腔的剖视图；
图6为本发明的一级分离腔的剖视图；
图7为本发明的聚结器的剖视图；
图8为本发明的上导流油管和下导流油管的剖视图；
图9为本发明的套管的剖视图；
图10为本发明的二级旋流腔的剖视图；
图11为本发明的二级分离腔的剖视图；
图12为本发明的下接箍的剖视图。
附图标记说明：
1上接箍 2一级旋流腔
3一级分离腔 4聚结器
5套管 6二级旋流腔
7二级分离腔 8下接箍
21一级旋流管 22一级溢流管
23一级螺旋叶片 24一级入口
25一级流道 31一级出口
32底锥 33底锥座
34一级切向出口 41上导流油管
42下导流油管 43聚结腔
44锥段 45尾管
46聚结内芯 47聚结环槽
48聚结入口 51二级流道
61二级导流圆柱 62二级旋流管
63二级溢流管 64旋流间隙
65二级螺旋叶片 66二级入口
67溢流孔 71二级出口
72法兰盘
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
本发明提供一种井下多级旋流聚结油水分离装置，如图1至图12所示，包括：一级旋流分离组件、聚结器4和二级旋流分离组件，
所述一级旋流分离组件包括依次连接的一级旋流腔2和一级分离腔3；
所述聚结器4的一端设有聚结入口48，另一端设有由聚结腔43、锥段44和尾管45依次连接形成的空腔，所述尾管45设置在聚结器4中空腔所在一端的端面上，所述空腔通过尾管45与外界连通，所述空腔内设有沿所述空腔轴向设置的聚结内芯46，所述聚结内芯46为圆柱形，且一端与所述空腔的内壁固定连接，所述聚结入口48的一端与所述聚结腔43的连通，且与所述聚结腔43的内壁相切，另一端通过管道与所述一级分离腔3连通；
所述二级旋流分离组件包括依次连接的二级旋流腔6和二级分离腔7，所述尾管45通过管道与所述二级旋流腔6连通。
注入液由一级旋流腔2进入到一级分离腔3，注入液在一级旋流腔2中由平流转变成旋流，然后进入一级分离腔3进行油水分离，注入液中的油聚集在一起形成溢流排出一级旋流分离组件，注入液中的剩余液体形成底流，底流由聚结入口48进入到空腔，底流中的油水乳化液在聚结器4中进行聚结然后进入到二级旋流分离组件，进行进一步的分离；通过设置聚结内芯46，有利于底流在聚结器4中形成旋流，从而提高分离质量。
本发明的井下多级旋流聚结油水分离装置通过设置两级旋流分离，对一级旋流分离组件的底流进行二次分离，提高了分离质量；并且在两级旋流分离组件之间增加聚结器4，对一级旋流分离组件的底流中的油水乳化液进行聚结形成大油滴，有利于二级旋流分离组件对一级旋流分离组件的底流进一步分离，以提高注入液的利用率。
所述一级旋流分离组件和所述二级旋流分离组件包括现有技术中的水力旋流器。所述一级旋流腔2和所述二级旋流腔6为中空的圆柱体，所述一级分离腔3和所述二级分离腔7为与圆柱体相通的倒椎体，圆柱体和倒锥体组成水力旋流器的工作筒体。
上述中，为了进一步提高聚结器4的分离质量，根据本发明的一种优选实施方式，所述聚结器4包括圆柱形，所述聚结器4设有所述聚结入口48的一端的端面上设有聚结环槽47，所述聚结环槽47与所述聚结器4同轴线设置且通过所述聚结入口48与所述空腔连通，所述一级出口31通过上导流油管41与所述聚结入口48连通，所述上导流油管41中设有分层螺旋杆，所述分层螺旋杆包括中间杆和设置在所述中间杆外周的螺旋叶片，所述中间杆与所述上导流油管41同轴线设置，所述中间杆通过所述螺旋叶片与所述上导流油管41的内壁连接，一级旋流分离组件的底流经过上导流油管41时产生旋流，从而初步对底流进行分离，底流中的油滴集聚在环带上，所述环带的轴线与上导流油管41的轴线同轴，这样的设置使得分布在环带上的油滴能够直接进入聚结环槽47，从而进入聚结器4，有利于提高聚结器4的分离效率和分离质量。
为了提高注入液一次分离的质量，根据本发明的一种优选实施方式，所述一级旋流腔2包括一级旋流管21和一级溢流管22，所述一级旋流管21套设在所述一级溢流管22的外周，且所述一级旋流管21的一端向内延伸与所述一级溢流管22的外壁密封连接，所述一级旋流管21与所述一级溢流管22之间设有一级螺旋叶片23，所述一级旋流管21的管壁上设有一级入口24，这样的设置使得注入液能够从一级旋流管21的径向进入到一级旋流管21的内部，然后经过一级螺旋叶片23形成旋流，有利于提高一级分离腔3的分离质量；
所述一级分离腔3为设有锥形通孔的管状结构，且所述锥形通孔直径大的一端与所述一级旋流管21开放的一端连接，另一端为一级出口31，所述一级出口31通过上导流油管41与所述聚结入口48连通，一级分离腔3形成的溢流通过一级溢流管22溢出，一级分离腔3形成的底流经过上导流管，并且在分层螺旋杆的作用下，底流中油水乳化液中的油滴在上导流油管41中形成一个环带，环带的直径与聚结环槽47的直径相同，环带一端的油滴直接进入到聚结环槽47内，从而进入聚结器4内的空腔，这样的设置使得对进入聚结器4的底流进行筛分，提高聚结器4的分离效率。
为了提高注入液二次分离的质量，根据本发明的一种优选实施方式，所述二级旋流腔6包括同轴线设置的二级导流圆柱61、二级旋流管62和二级溢流管63，所述二级旋流管62套设在所述二级溢流管63的外周以形成旋流间隙64，所述旋流间隙64内设有二级螺旋叶片65，所述二级导流圆柱61的一端同时与所述二级旋流管62和二级溢流管63的一端固定连接，另一端设有贯穿所述二级导流圆柱61的且与所述旋流间隙64连通的二级入口66，所述二级导流圆柱61的侧壁上设有溢流孔67，所述溢流孔67与所述二级溢流管63连通，所述聚结器4通过下导流油管42与所述二级入口66连通；这样的设置使得底流进入到二级旋流管62的内部，经过二级螺旋叶片65形成旋流，有利于提高二级分离腔7的分离质量；
所述二级分离腔7为设有锥形通孔的管状结构，且所述锥形通孔直径大的一端与所述二级旋流管62可拆卸连接，另一端形成二级出口71。
为了使得所述井下多级旋流聚结油水分离装置实现同向出油，根据本发明的一种优选实施方式，所述井下多级旋流聚结油水分离装置包括为筒状结构且套设在所述聚结器4的外周的套管5，所述套管5的两端分别与所述一级旋流管21的外壁和所述二级旋流管62的外壁可拆卸连接，所述套管5和所述聚结器4之间形成二级流道51，所述二级溢流管63通过所述溢流孔67与所述二级流道51连通，所述一级旋流管21的管体上沿轴向设置的一级流道25，所述一级流道25与所述二级流道51之间相互连通。这样的设置使得由二级溢流管63出来的液体通过溢流孔67进入到二级流道51，再通过二级流道51进入到一级流道25，从而与从一级溢流管22流出的液体汇合，实现同向出油。
上述中，为了提高一级流道25的流量，同时不影响一级旋流腔2的分离质量，根据本发明的一种优选实施方式，所述一级流道25的横截面为弧形，所述一级流道25与所述一级旋流管21同轴线设置。
为了便于对分离后的油和分离油后的液体进行收集，根据本发明的一种优选实施方式，所述井下多级旋流聚结油水分离装置包括上接箍1和下接箍8，所述上接箍1为筒状结构，所述上接箍1的一端与所述一级旋流管21闭合一端可拆卸连接；所述下接箍8为筒状结构，所述下接箍8的一端与所述二级旋流管62的外周可拆卸连接。这样的设置使得经过一级分离后的油和经过二级分离后的油都经过上接箍1排出，经二级出口71流出的底流经过下接箍8排至地下。
为了提高一级分离腔3的分离质量，根据本发明的一种优选实施方式，所述一级分离腔3包括底锥32和底锥座33，所述底锥座33与所述一级出口31固定连接，所述底锥32固定在所述底锥座33上，且所述底锥32设置在所述一级分离腔3内，所述一级分离腔3靠近所述底锥座33的一端的侧壁上设有与所述侧壁相切的一级切向出口34。这样的设置使得底锥32给液流一个轴向向上的力，增加液流在一级分离腔3的停留时间，提高分离质量，同时，底流通过一级切向出口34形成旋流，进入上导流油管41。
为了适应不同的工作环境，使得二级分离腔7能够快速更换，根据本发明的一种优选实施方式，所述二级分离腔7与所述二级旋流腔6连接的一端设有法兰盘72，所述二级旋流腔6与所述二级分离腔7之间通过法兰盘72连接。
为了便于下导流油管42与二级旋流腔6之间的快速拆卸，根据本发明的一种优选实施方式，所述二级导流圆柱61的外周面上设有密封环槽，所述密封环槽内设置有密封环，所述下导流油管42通过所述密封环与所述二级导流圆柱61连接。
在使用本发明所述的井下多级旋流聚结油水分离装置时，以油水混合液为例，注入液从一级入口24进入到一级旋流管21中，经过一级螺旋叶片23加速后以旋流状态进入到一级分离腔3中，在离心力的作用下轻质相油(含有少量的水)从一级溢流管22流到上接箍1内，重质相水(含有少量的油)从一级出口31排出经过上导流油管41，上导流油管41中分层螺旋杆将底流中的油滴聚集在环带中，环带中的油滴经过聚结入口48进入聚结器4，再经过空腔和下导流油管42进入二级入口66，经过二级旋流腔6进入二级分离腔7，同样在离心力的作用下，重质相水和少量的油在二级分离腔7中再一次被分离，轻质相油经过二级溢流管63进入到二级流道51，再由一级流道25进入到上接箍1中，重质相水向下运移从二级出口71排出至下接箍8。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种井下多级旋流聚结油水分离装置，其特征在于，包括：一级旋流分离组件、聚结器(4)和二级旋流分离组件，
所述一级旋流分离组件包括依次连接的一级旋流腔(2)和一级分离腔(3)；
所述聚结器(4)的一端设有聚结入口(48)，另一端设有由聚结腔(43)、锥段(44)和尾管(45)依次连接形成的空腔，所述空腔内设有沿所述空腔轴向设置的聚结内芯(46)，所述聚结入口(48)的一端与所述聚结腔(43)的连通，且与所述聚结腔(43)的内壁相切，另一端通过管道与所述一级分离腔(3)连通；
所述二级旋流分离组件包括依次连接的二级旋流腔(6)和二级分离腔(7)，所述尾管(45)通过管道与所述二级旋流腔(6)连通。
2.根据权利要求1所述的井下多级旋流聚结油水分离装置，其特征在于，所述聚结器(4)包括圆柱形，所述聚结器(4)设有所述聚结入口(48)的一端的端面上设有聚结环槽(47)，所述聚结环槽(47)与所述聚结器(4)同轴线设置且通过所述聚结入口(48)与所述空腔连通。
3.根据权利要求1所述的井下多级旋流聚结油水分离装置，其特征在于，所述一级旋流腔(2)包括一级旋流管(21)和一级溢流管(22)，所述一级旋流管(21)套设在所述一级溢流管(22)的外周，且所述一级旋流管(21)的一端向内延伸与所述一级溢流管(22)的外壁密封连接，所述一级旋流管(21)与所述一级溢流管(22)之间设有一级螺旋叶片(23)，所述一级旋流管(21)的管壁上设有一级入口(24)；
所述一级分离腔(3)为设有锥形通孔的管状结构，且所述锥形通孔直径大的一端与所述一级旋流管(21)开放的一端连接，另一端为一级出口(31)，所述一级出口(31)通过上导流油管(41)与所述聚结入口(48)连通。
4.根据权利要求1所述的井下多级旋流聚结油水分离装置，其特征在于，所述二级旋流腔(6)包括同轴线设置的二级导流圆柱(61)、二级旋流管(62)和二级溢流管(63)，所述二级旋流管(62)套设在所述二级溢流管(63)的外周以形成旋流间隙(64)，所述旋流间隙(64)内设有二级螺旋叶片(65)，所述二级导流圆柱(61)的一端同时与所述二级旋流管(62)和二级溢流管(63)的一端固定连接，另一端设有贯穿所述二级导流圆柱(61)的且与所述旋流间隙(64)连通的二级入口(66)，所述二级导流圆柱(61)的侧壁上设有溢流孔(67)，所述溢流孔(67)与所述二级溢流管(63)连通，所述聚结器(4)通过下导流油管(42)与所述二级入口(66)连通；
所述二级分离腔(7)为设有锥形通孔的管状结构，且所述锥形通孔直径大的一端与所述二级旋流管(62)可拆卸连接，另一端形成二级出口(71)。
5.根据权利要求4所述的井下多级旋流聚结油水分离装置，其特征在于，所述井下多级旋流聚结油水分离装置包括为筒状结构且套设在所述聚结器(4)的外周的套管(5)，所述套管(5)的两端分别与所述一级旋流管(21)的外壁和所述二级旋流管(62)的外壁可拆卸连接，所述套管(5)和所述聚结器(4)之间形成二级流道(51)，所述二级溢流管(63)通过所述溢流孔(67)与所述二级流道(51)连通，所述一级旋流管(21)的管体上沿轴向设置的一级流道(25)，所述一级流道(25)与所述二级流道(51)之间相互连通。
6.根据权利要求5所述的井下多级旋流聚结油水分离装置，其特征在于，所述一级流道(25)的横截面为弧形。
7.根据权利要求1所述的井下多级旋流聚结油水分离装置，其特征在于，所述井下多级旋流聚结油水分离装置包括上接箍(1)和下接箍(8)，所述上接箍(1)为筒状结构，所述上接箍(1)的一端与所述一级旋流管(21)闭合一端可拆卸连接；所述下接箍(8)为筒状结构，所述下接箍(8)的一端与所述二级旋流管(62)的外周可拆卸连接。
8.根据权利要求1所述的井下多级旋流聚结油水分离装置，其特征在于，所述一级分离腔(3)包括底锥(32)和底锥座(33)，所述底锥座(33)与所述一级出口(31)固定连接，所述底锥(32)固定在所述底锥座(33)上，且所述底锥(32)设置在所述一级分离腔(3)内，所述一级分离腔(3)靠近所述底锥座(33)的一端的侧壁上设有与所述侧壁相切的一级切向出口(34)。
9.根据权利要求1所述的井下多级旋流聚结油水分离装置，其特征在于，所述二级分离腔(7)与所述二级旋流腔(6)连接的一端设有法兰盘(72)，所述二级旋流腔(6)与所述二级分离腔(7)之间通过法兰盘(72)连接。
10.根据权利要求4所述的井下多级旋流聚结油水分离装置，其特征在于，所述二级导流圆柱(61)的外周面上设有密封环槽，所述密封环槽内设置有密封环，所述下导流油管(42)通过所述密封环与所述二级导流圆柱(61)连接。
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