CN110173253A - 井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油水分离装置技术领域，提供一种井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置，所述井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置包括一级入口及溢流模块、一级分离单体模块、过渡模块、二级入口及溢流模块和二级分离单体模块；所述一级入口及溢流模块包括入口管和溢流管；所述过渡模块为筒状结构；所述二级入口及溢流模块包括同轴线设置且固定连接的第一圆柱和第二圆柱；所述二级分离单体模块包括二级分离锥管。本发明通过对装置进行模块化的设计，能够快速的更换相配套的模块；通过设置两级分离单体模块，提高了分离质量。

Description

井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置

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液流自旋转式高精度油水分离装置。

背景技术

水力旋流分离器是利用离心沉降原理，将两相(或多相)流通混合介质进行分离、分级或分选的一种设备，因其结构简单、体积小、处理量大和分离高效等优点被广泛应用于油水分离、废水处理等领域。

对于水力旋流分离器而言，其分离性能受到溢流管径、溢流管插入深度、底流管径、底流管长度、分离腔锥角、入口形式和尺寸的影响。虽然水力旋流分离器具有较高的分离效率，但这种高效分离是建立在稳定的处理量、含油浓度和分流比基础上。在油田采出液中难以保证采出液量和含油浓度处于一个稳定的状态，而且采出液量和含油浓度的变化会对分离效果造成非常大的影响，一种固定结构的水力旋流分离器不适用于不同的入口条件，这就需要提供不同结构参数的水力旋流分离器，造成资源的浪费，水力旋流分离器的更换过程复杂，降低了工作效率。

因此，设计一种便于更换的、模块化的水力旋流分离器成为人们思考的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置，该井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置采用模块化进行拼接，每一个模块相对独立，可以单独进行制造、加工，同一模块不同内部分离尺寸之间可以实现互换，模块化的组合满足用户的多样性要求，节省了时间，具有较好的独立性、互换性、普适性等优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置，包括一级入口及溢流模块、一级分离单体模块、过渡模块、二级入口及溢流模块和二级分离单体模块；

所述一级入口及溢流模块包括入口管和溢流管，所述入口管一端闭合，另一端开放，所述入口管的管壁上设有第一入口，所述溢流管设置在所述入口管内，且外周设有螺旋叶片，所述溢流管的一端贯穿所述入口管闭合一端；

所述一级分离单体模块包括一级分离锥管，所述一级分离锥管为设有锥形通孔的管状结构，且所述一级分离锥管中锥形通孔直径大的一端与所述入口管开放的一端连接，另一端为第一出口；

所述过渡模块为筒状结构，所述过渡模块的两端分别与所述第一出口和所述二级入口及溢流模块可拆卸连接；

所述二级入口及溢流模块包括同轴线设置且固定连接的第一圆柱和第二圆柱，所述第一圆柱的一端设有贯穿所述第一圆柱的第二入口，另一端设有溢流腔，所述第一圆柱的侧壁上设有与所述溢流腔连通的溢流孔，所述第二圆柱沿轴线设有锥形通孔，且在所述锥形通孔靠近所述第二入口的一端的端面上设有沿所述锥形通孔切向设置的切向槽，所述第二入口通过所述切向槽与所述锥形通孔连通，所述锥形通孔通过所述溢流腔与所述溢流孔连通，所述第一分离锥管通过所述过渡模块与所述第二入口连通；

所述二级分离单体模块包括二级分离锥管，所述二级分离锥管为设有锥形通孔的管状结构，且所述二级分离锥管内锥形通孔直径大的一端与所述第二圆柱可拆卸连接，所述二级分离锥管的另一端形成第二出口。

优选地，所述井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置包括套管模块，所述套管模块为筒状结构，所述套管模块套设在所述过渡模块的外周，且两端分别与所述入口管的外壁和所述第二圆柱的外壁可拆卸连接，所述套管模块和所述过渡模块之间形成二级流道，所述溢流腔通过所述溢流孔与所述二级流道连通，所述入口管的管体上沿轴向设有一级流道，所述一级流道与所述二级流道之间相互连通。

优选地，所述井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置包括上连接模块，所述上连接模块为筒状结构，所述上连接模块的一端与所述入口管闭合一端可拆卸连接。

优选地，所述井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置包括下连接模块，所述下连接模块为筒状结构，所述下连接模块的一端与所述第二圆柱的外周可拆卸连接。

优选地，所述的可拆卸连接包括圆锥螺纹连接。

优选地，所述一级流道的横截面为弧形。

优选地，所述一级分离锥管包括底锥和底锥座，所述底锥座与所述第一出口固定连接，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锥管内，所述一级分离锥管靠近所述底锥座的一端的侧壁上设有第一切向出口。

优选地，所述第二圆柱的锥形通孔包括依次连接的旋流腔、大锥段和小锥端上端，所述二级分离锥管的锥形通孔包括依次连接的小锥端下端和底流管，所述旋流腔为圆柱形、所述大锥段为圆锥形，所述小锥端上端为圆锥形，所述小锥端下端为圆锥形，所述底流管为圆柱形，所述大锥段与所述旋流腔的对接端直径大于所述大锥段与所述小锥端上端的对接端直径，所述小锥端上端和所述小锥端下端相互连通形成小锥段，所述大锥段的锥度大于所述小锥段的锥度。

优选地，所述二级分离单体模块与所述二级入口及溢流模块连接的一端设有法兰盘，所述二级入口及溢流模块与所述二级分离单体模块之间通过法兰连接。

优选地，所述第一圆柱与所述过渡模块连接的一端的外表面上设有密封环槽，所述密封环槽内设置有密封环，所述过渡模块通过所述密封环与所述第一圆柱连接。

相对于现有技术，本发明的井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置通过对装置进行模块化的设计，使得装置在不同的工况条件下，能够快速的更换相配套的模块，提高了工作效率、减少了资源的浪费；通过设置两级分离单体模块，提高了分离质量；并且在两级分离单体模块之间增加了过渡模块，使液流流动更为平缓，减小了湍动能，有利于进一步提高分离质量；通过设置切向槽，实现了在狭窄空间内液流速度方向的变化，减小了装置的体积，便于装置在井下工作。

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液流自旋转式高精度油水分离装置的一种实施方式的结构示意图；

图2为图1中井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置的剖视图；

图3为本发明的上连接模块的一种实施方式的结构示意图；

图4为本发明的一级入口及溢流模块的一种实施方式的结构示意图；

图5为图4中一级入口及溢流模块的剖视图；

图6为本发明的一级分离单体模块的一种实施方式的结构示意图；

图7为本发明的过渡模块的一种实施方式的结构示意图；

图8为本发明的二级入口及溢流模块的一种实施方式的结构示意图；

图9为本发明的切向槽的一种实施方式的结构示意图；

图10为本发明的套管模块的一种实施方式的结构示意图；

图11为本发明的二级分离单体模块的一种实施方式的结构示意图；

图12为本发明的下连接模块的一种实施方式的结构示意图；

图13为本发明的二级流道的一种实施方式的结构示意图。

附图标记说明：

1上连接模块 2一级入口及溢流模块

3一级分离单体模块 4过渡模块

5套管模块 6二级入口及溢流模块

7二级分离单体模块 8下连接模块

21入口管 22第一入口

23一级流道 24溢流管

25螺旋叶片 31第一出口

32底锥 33底锥座

34第一切向出口 51二级流道

61第一圆柱 62第二入口

63溢流腔 64溢流孔

65密封环槽 66第二圆柱

67旋流腔 68大锥段

69小锥段上端 610切向槽

71小锥段下端 72底流管

73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液流自旋转式高精度油水分离装置，如图1和图13所示，包括一级入口及溢流模块2、一级分离单体模块3、过渡模块4、二级入口及溢流模块6和二级分离单体模块7；

如图4所示，所述一级入口及溢流模块2包括入口管21和溢流管24，所述入口管21一端闭合，另一端开放，所述入口管21的管壁上设有第一入口22，所述第一入口22包括多个进液孔，所述溢流管24设置在所述入口管21内，且外周设有螺旋叶片25，所述螺旋叶片25的内周和外周分别与所述溢流管24的外表面和所述入口管21的内表面连接，所述溢流管24的一端贯穿所述入口管21闭合一端，从而使得所述入口管21内的液体能够通过所述溢流管24流至所述入口管21外；

如图6所示，所述一级分离单体模块3包括一级分离锥管，所述一级分离锥管为设有锥形通孔的管状结构，且所述一级分离锥管中锥形通孔直径大的一端与所述入口管21开放的一端连接，优选地，所述一级分离锥管中锥形通孔直径大的一端与所述入口管21开放的一端焊接，另一端为第一出口31；

如图7所示，所述过渡模块4为筒状结构，所述过渡模块4的两端分别与所述第一出口31和所述二级入口及溢流模块6可拆卸连接；

如图8所示，所述二级入口及溢流模块6包括同轴线设置且固定连接的第一圆柱61和第二圆柱66，所述第一圆柱61的一端设有贯穿所述第一圆柱61的第二入口62，另一端设有溢流腔63，所述第一圆柱61的侧壁上设有与所述溢流腔63连通的溢流孔64，所述过渡模块4的一端与所述第一圆柱61设有第二入口62的一端可拆卸连接，所述溢流孔64位于所述过渡模块4与所述第二圆柱66之间，所述第二圆柱66沿轴线设有锥形通孔，且在所述锥形通孔靠近所述第二入口62的一端的端面上设有沿所述锥形通孔切向设置的切向槽610，如图9所示，所述第二入口62通过所述切向槽610与所述锥形通孔连通，所述锥形通孔通过所述溢流腔63与所述溢流孔64连通，所述第一分离锥管通过所述过渡模块4与所述第二入口62连通，所述第二入口62和所述切向槽610的个数为多个，多个所述第二入口62和所述切向槽610旋转对称设置；

如图11所示，所述二级分离单体模块7包括二级分离锥管，所述二级分离锥管为设有锥形通孔的管状结构，且所述二级分离锥管内锥形通孔直径大的一端与所述第二圆柱66可拆卸连接，所述二级分离锥管的另一端形成第二出口。

本发明的井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置对装置进行模块化的设计，多个模块之间可拆卸连接，使得装置在面对不同的工况条件下，能够快速的更换相配套的模块，提高了工作效率、减少了资源的浪费；通过设置两级分离单体模块，提高了分离性能；并且在两级分离单体模块之间增加了过渡模块4，使液流流动更为平缓，减小了湍动能，有利于进一步提高分离质量；通过设置切向槽610，实现了在狭窄空间内液流速度方向的变化，减小了装置的体积，便于装置在井下工作。

为了使得所述井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置实现同向出油，根据本发明的一种实施方式，所述井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置包括套管模块5，如图10所示，所述套管模块5为筒状结构，所述套管模块5套设在所述过渡模块4的外周，且两端分别与所述入口管21的外壁和所述第二圆柱66的外壁可拆卸连接，所述套管模块5和所述过渡模块4之间形成二级流道51，如图13所示，所述第二圆柱66的直径大于所述第一圆柱61的直径，所述溢流腔63通过所述溢流孔64与所述二级流道51连通，所述入口管21的管体上沿轴向设有一级流道23，所述一级流道23与所述二级流道51之间相互连通。这样的设置使得由溢流腔63出来的液体通过溢流孔64进入到二级流道51，再通过二级流道51进入到一级流道23，从而与从溢流管24流出的液体汇合，实现同向出油。

为了便于对分离后的油进行收集，根据本发明的一种实施方式，所述井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置包括上连接模块1，如图3所示，所述上连接模块1为筒状结构，所述上连接模块1的一端与所述入口管21闭合一端可拆卸连接。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连接模块1排出。

为了便于对分离油后的液体进行收集，根据本发明的一种实施方式，所述井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置包括下连接模块8，如图12所示，所述下连接模块8为筒状结构，所述下连接模块8的一端与所述第二圆柱66的外周可拆卸连接。

为了便于模块之间的拆卸，同时提高密封效果，根据本发明的一种实施方式，所述的可拆卸连接包括圆锥螺纹连接，具体地，所述上连接模块1与所述一级入口及溢流模块2之间通过圆锥螺纹连接，所述一级分离单体模块3与所述过渡模块4之间通过圆锥螺纹连接，所述套筒模块与所述一级入口及溢流模块2之间通过圆锥螺纹连接，所述套筒模块与所述二级入口及溢流模块6之间通过圆锥螺纹连接，所述二级入口及溢流模块6与所述下连接模块8之间通过圆锥螺纹连接。

为了提高一级流道23的流量，同时不影响一级入口及溢流模块2的分离质量，根据本发明的一种实施方式，所述一级流道23的横截面为弧形，所述一级流道23与所述入口管21同轴线设置。

为了提高一级分离单体模块3的分离质量，根据本发明的一种实施方式，所述一级分离锥管包括底锥32和底锥座33，如图6所示，所述底锥座33与所述第一出口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锥管内，所述一级分离锥管靠近所述底锥座33的一端的侧壁上设有第一切向出口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单体模块3的停留时间，提高分离质量。

根据本发明的一种实施方式，所述第二圆柱66的锥形通孔包括依次连接的旋流腔67、大锥段68和小锥端上端69，如图8所示，所述二级分离锥管的锥形通孔包括依次连接的小锥端下端71和底流管72，所述旋流腔67为圆柱形、所述大锥段68为圆锥形，所述小锥端上端69为圆锥形，所述小锥端下端71为圆锥形，所述底流管72为圆柱形，所述大锥段68与所述旋流腔67的对接端直径大于所述大锥段68与所述小锥端上端69的对接端直径，所述小锥端上端69和所述小锥端下端71相互连通形成小锥段，所述大锥段68的锥度大于所述小锥段的锥度。这样的设置使得，液流通过切向槽610进入到旋流腔67，再由大锥段68进入到小锥段，减小了装置的体积。

为了适应不同的工作环境，使得模块间能够快速更换，根据本发明的一种实施方式，所述二级分离单体模块7与所述二级入口及溢流模块6连接的一端设有法兰盘73，如图11所示，所述二级入口及溢流模块6与所述二级分离单体模块7之间通过法兰连接。

为了便于过渡模块4与二级入口及溢流模块6之间的快速拆卸，根据本发明的一种实施方式，所述第一圆柱61与所述过渡模块4连接的一端的外表面上设有密封环槽65，所述密封环槽65内设置有密封环，所述过渡模块4通过所述密封环与所述第一圆柱61连接。

在使用本发明所述的井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置时，以油水混合液为例，待处理液从第一入口22进入到入口管21中，经过螺旋叶片25加速后以旋流状态进入到一级分离单体模块3中，在离心力的作用下轻质相油(含有少量的水)从溢流管24流到上连接管内，重质相水(含有少量的油)从第一切向出口34排出，经过过渡模块4进入到第二入口62，再经过切向槽610进入到旋流腔67、大锥段68和小锥段，同样在离心力的作用下，重质相水和少量的油在二级单体分离模块中再一次被分离，轻质相油经过溢流腔63和溢流口进入到二级流道51，再由一级流道23进入到上连接模块1中，重质相水向下运移从底流管72排出至下连接模块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)

1.一种井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置，其特征在于，包括：一级入口及溢流模块(2)、一级分离单体模块(3)、过渡模块(4)、二级入口及溢流模块(6)和二级分离单体模块(7)；

所述一级入口及溢流模块(2)包括入口管(21)和溢流管(24)，所述入口管(21)一端闭合，另一端开放，所述入口管(21)的管壁上设有第一入口(22)，所述溢流管(24)设置在所述入口管(21)内，且外周设有螺旋叶片(25)，所述溢流管(24)的一端贯穿所述入口管(21)闭合一端；

所述一级分离单体模块(3)包括一级分离锥管，所述一级分离锥管为设有锥形通孔的管状结构，且所述一级分离锥管中锥形通孔直径大的一端与所述入口管(21)开放的一端连接，另一端为第一出口(31)；

所述过渡模块(4)为筒状结构，所述过渡模块(4)的两端分别与所述第一出口(31)和所述二级入口及溢流模块(6)可拆卸连接；

所述二级入口及溢流模块(6)包括同轴线设置且固定连接的第一圆柱(61)和第二圆柱(66)，所述第一圆柱(61)的一端设有贯穿所述第一圆柱(61)的第二入口(62)，另一端设有溢流腔(63)，所述第一圆柱(61)的侧壁上设有与所述溢流腔(63)连通的溢流孔(64)，所述第二圆柱(66)沿轴线设有锥形通孔，且在所述锥形通孔靠近所述第二入口(62)的一端的端面上设有沿所述锥形通孔切向设置的切向槽(610)，所述第二入口(62)通过所述切向槽(610)与所述锥形通孔连通，所述锥形通孔通过所述溢流腔(63)与所述溢流孔(64)连通，所述第一分离锥管通过所述过渡模块(4)与所述第二入口(62)连通；

所述二级分离单体模块(7)包括二级分离锥管，所述二级分离锥管为设有锥形通孔的管状结构，且所述二级分离锥管内锥形通孔直径大的一端与所述第二圆柱(66)可拆卸连接，所述二级分离锥管的另一端形成第二出口。

2.根据权利要求1所述的井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置，其特征在于，所述井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置包括套管模块，所述套管模块为筒状结构，所述套管模块套设在所述过渡模块(4)的外周，且两端分别与所述入口管(21)的外壁和所述第二圆柱(66)的外壁可拆卸连接，所述套管模块和所述过渡模块(4)之间形成二级流道(51)，所述溢流腔(63)通过所述溢流孔(64)与所述二级流道(51)连通，所述入口管(21)的管体上沿轴向设有一级流道(23)，所述一级流道(23)与所述二级流道(51)之间相互连通。

3.根据权利要求1所述的井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置，其特征在于，所述井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置包括上连接模块(1)，所述上连接模块(1)为筒状结构，所述上连接模块(1)的一端与所述入口管(21)闭合一端可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置，其特征在于，所述井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置包括下连接模块(8)，所述下连接模块(8)为筒状结构，所述下连接模块(8)的一端与所述第二圆柱(66)的外周可拆卸连接。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置，其特征在于，所述的可拆卸连接包括圆锥螺纹连接。

6.根据权利要求2所述的井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置，其特征在于，所述一级流道(23)的横截面为弧形。

7.根据权利要求1所述的井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置，其特征在于，所述一级分离锥管包括底锥(32)和底锥座(33)，所述底锥座(33)与所述第一出口(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锥管内，所述一级分离锥管靠近所述底锥座(33)的一端的侧壁上设有第一切向出口(34)。

8.根据权利要求1所述的井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置，其特征在于，所述第二圆柱(66)的锥形通孔包括依次连接的旋流腔(67)、大锥段(68)和小锥端上端(69)，所述二级分离锥管的锥形通孔包括依次连接的小锥端下端(71)和底流管(72)，所述旋流腔(67)为圆柱形、所述大锥段(68)为圆锥形，所述小锥端上端(69)为圆锥形，所述小锥端下端(71)为圆锥形，所述底流管(72)为圆柱形，所述大锥段(68)与所述旋流腔(67)的对接端直径大于所述大锥段(68)与所述小锥端上端(69)的对接端直径，所述小锥端上端(69)和所述小锥端下端(71)相互连通形成小锥段，所述大锥段(68)的锥度大于所述小锥段的锥度。

9.根据权利要求1所述的井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置，其特征在于，所述二级分离单体模块(7)与所述二级入口及溢流模块(6)连接的一端设有法兰盘(73)，所述二级入口及溢流模块(6)与所述二级分离单体模块(7)之间通过法兰连接。

10.根据权利要求1所述的井下多级液流自旋转式高精度油水分离装置，其特征在于，所述第一圆柱(61)与所述过渡模块(4)连接的一端的外表面上设有密封环槽(65)，所述密封环槽(65)内设置有密封环，所述过渡模块(4)通过所述密封环与所述第一圆柱(61)连接。