CN110538487B - 一种井下超重力聚结旋流油水分离装置 - Google Patents

Abstract

一种井下超重力聚结旋流油水分离装置。主要目的在于提供一种可实现油滴聚结与高精度油水分离的旋流装置。其特征在于：所述旋流装置包括上连接部件、聚结部件、入口盘部件、螺旋流道部件、旋流腔部件、大锥段部件、小锥段部件、尾管部件及控流部件；各结构通过法兰与螺纹结合起来形成实现油滴聚结的聚结单元和油水分离的旋流分离单元。本种装置突破了传统的两相介质一级旋流分离器与两级旋流分离器的分离结构，在同一装置内实现了油滴聚结和油水分离，具有运转连续、加工便捷、安装方便、设备体积小、适用范围广及高精度分离等优点。

Description

一种井下超重力聚结旋流油水分离装置

技术领域

本发明涉及一种应用于石油、化工及环保等领域中的油水分离装置。

背景技术

随着我国的大部分油田进入高含水开采阶段，井下油水分离及同井注采技术成为了主流。旋流分离器因其结构紧凑、占地面积小、设备成本低和分离效率高等优点被运用在井下油水分离技术上。但是需要解决的技术问题也随之而来：传统的井下油水分离旋流器常规结构由入口、螺旋流道、大锥段、小锥段、底流口及溢流口组成。此类旋流器虽能够用于油水分离，但对于含油浓度较高的底流，却不能够实现高精度的油水分离。为实现高精度的油水分离，虽然可以通过数个旋流器串联实现，但此类设备的结构较复杂且内部压力损失较大，不适用于井下高压工况。此外，在井下高压、高温等复杂条件下，进液量有时会变得不稳定，也会导致分离效果不好。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种井下超重力聚结旋流油水分离装置，该种油水分离装置具有油滴聚结性能和分离性能，能够实现高精度的液-液分离。

本发明的技术方案是：该种井下超重力聚结旋流油水分离装置，包括上连接部件1、旋流腔部件5、大锥段部件6、小锥段部件7以及尾管部件8，其独特之处在于：

所述装置还包括聚结部件2、入口盘部件3、螺旋流道部件4和控流部件9；

其中，所述上连接部件1为一个圆柱形管状结构，具有上连接法兰11和溢流管12，上连接法兰11用于与外部油管连接，溢流管12与上溢流通道23采用配套的螺纹连接并实现密封；

所述聚结部件2包括导流柱21、聚结腔22和聚结部件外壳24；其中导流柱21内有管状结构的上溢流通道23；聚结部件外壳24为空心圆台形，其下端为法兰，用于与入口盘部件外壳35上端连接；导流柱21为空心圆台，导流柱21的上端直径大于下端直径且高度大于聚结部件外壳24的高度；在导流柱21壁面涂覆有多尺度微纳米结构的亲油疏水的涂层，所述的超疏水超亲油涂层采用专利CN201711180329.0所述方法制备，增加了油滴聚结的机率。

入口盘部件3具有入口法兰31、切向通道32、聚结挡板33和入口盘部件外壳35；入口法兰31为标准件；聚结挡板33是一个空心圆台，聚结挡板33内部的空心段形成入口通道34，聚结挡板33的外壁面涂覆有有多尺度微纳米结构亲油疏水的涂层，所述的超疏水超亲油涂层采用专利CN201711180329.0所述方法制备，入口盘部件外壳35的下端法兰用于和旋流腔部件5的上端法兰连接；

螺旋流道部件4用于使液流变成旋流状态，螺旋流道部件4的中央开有一个圆形的下溢流通道41；螺旋流道部件4安装在旋流腔部件5中，下溢流通道41上端与导流柱21下端通过螺纹连接；

旋流腔部件5是筒状结构，其上下端均配备有标准法兰，上端与入口盘部件外壳35下端连接，下端与大锥段部件6上端连接；

大锥段部件6为设有锥形通孔的管状结构，上端的直径大于下端；大锥段部件6上端与旋流腔部件5下端采用法兰连接，下端与小锥段部件7上端采用法兰连接；

小锥段部件7为设有锥形通道的管状结构，上端的直径大于下端的直径；小锥段部件7上端与大锥段部件6下端采用法兰连接，下端与尾管部件8上端采用法兰连接；

尾管部件8为设有圆柱形通道的管状结构，其上端与小锥段部件7下端采用法兰连接，下端与控流部件9上端采用法兰连接；

控流部件9包括控流部件外壳91、圆锥形通道92、圆柱形通道93、控流塞94、控流弹簧95和切向出口96；控流部件9上端与尾管部件8的下端通过标准法兰连接；所述控流部件按照如下模式工作：当液流量增大时控流弹簧95被压缩，控流塞94的高度降低，流经切向出口96的流量增加，从而使分流比保持在相对稳定的范围内。

本发明具有如下有益效果：本种可实现油滴聚结与高精度油水分离的旋流装置，突破了传统的两相介质一级旋流分离器与两级旋流分离器分离的模式，使油水分离的效率更上一个台阶。在实际的油水分离过程中，油滴大小是影响旋流分离效率主要的因素之一，油滴粒径越小越难分离，油滴越大越容易分离，聚结部件的作用就是把小油滴聚集成大油滴，从而实现更高效地分离。相比传统的两相介质一级旋流分离器与两级旋流分离器，本装置通过聚结单元与旋流分离单元依次实现油滴聚结及油水分离。以油水两相混合为例，油水混合液从切向入口进入到入口盘中，在圆壁的作用下，油水混合液变成旋流状态。由于离心力的作用，重质水相向边壁运移，轻质油相向轴心运移，在轻质油相不断往中心运移的过程中，小粒径油滴会碰撞聚结成大粒径油滴。大粒径油滴的油水混合液沿着圆锥形管状挡板及圆锥形管状导流柱进入到旋流分离器中。旋流器分离器中的螺旋流道再次给大粒径油滴的混合液施加旋流状态，用来满足油水分离所需要的切向速度，油水两相在旋流腔、大锥段和小锥段部分得以分离，轻质油相向上经过溢流通道及溢流管流出，重质水相经过控流装置从切向出口排出，控流装置保证了分离装置始终处于较高油水分离效率的分流比。

附图说明：

图1为井下超重力聚结旋流高精度油水分离装置外观图。

图2为井下超重力聚结旋流高精度油水分离装置整体剖视图。

图3为上连接部件模型边线图。

图4为聚结部件半剖图。

图5为入口盘部件半剖图。

图6为螺旋流道部件模型边线图。

图7为旋流腔部件半剖图。

图8为大锥段部件半剖图。

图9为小锥段部件半剖图。

图10为尾管部件半剖图。

图11为控流部件半剖图。

图中1-上连接部件；2-聚结部件，21-导流柱，22-聚结腔，23-上溢流通道，24-聚结部件外壳；3-入口盘部件，31-入口法兰，32-切向通道，33-聚结挡板，34-入口通道，35-入口盘部件外壳；4-螺旋流道部件，41-下溢流通道；5-旋流腔部件，6-大锥段部件，7-小锥段部件，8-尾管部件；9-控流部件，91-控流部件外壳，92-圆锥形通道，93-圆柱形通道，94-控流塞，95-控流弹簧，96-切向出口；11-上连接法兰，12-溢流管。

具体实施方式：

本发明的目的在于：将聚结部件与旋流分离器结合起来，在同一装置内实现了油滴聚结和油水分离；在旋流分离器底部装配控流部件，保证了在复杂、变工况条件下装置一直处于较高分离效率的分流比；实现高精度分离，解决现行设备底流含油浓度高、分离精度不高等弊端。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本装置外形及内部结构设计示意图如图一所示，图二为其整体剖视图。本装置主要由上连接部件1、聚结部件2、入口盘部件3、螺旋流道部件4、旋流腔部件5、大锥段部件6、小锥段部件7、尾管部件8和控流部件9组成。

如图三所示，上连接部件1为一个圆柱形管状结构，由上连接法兰11和溢流管12组成，上连接法兰11便于与外部油管连接，溢流管12与上溢流通道23采用配套的螺纹连接并实现密封。

聚结部件2的半剖图如图四所示，该部件由导流柱21和聚结腔22和聚结部件外壳24组成，其中导流柱21中包含有管状结构的上溢流通道23。聚结部件外壳24为空心圆台形，其下端为法兰，用于与入口盘部件外壳35上端连接；导流柱21为空心圆台，其上端直径大于上端直径且比长度大于聚结部件外壳24，在导流柱21壁面涂覆有亲油疏水的涂层，增加了油滴聚结的程度。

入口盘部件3结构如图五所示，入口盘部件3由入口法兰31、切向通道32、聚结挡板33和入口盘部件外壳35构成。入口法兰31为标准件，切向通道32是一个由圆柱体到长方体过渡的通道。聚结挡板33是一个空心圆台，外壁面涂覆有亲油疏水的涂层，其内部的空心部位是入口通道34。入口盘部件外壳35下端与旋流腔部件5上端法兰连接。

螺旋流道部件4的作用是使液流变成旋流状态，中间有一个圆柱形的下溢流通道41。螺旋流道部件4安装在旋流腔中，下溢流通道41上端与导流柱21下端采用螺纹连接。

旋流腔部件5是筒状结构，其上下端均配备有标准法兰，上端与入口盘部件外壳35下端连接，下端与大锥段部件6上端连接。

大锥段部件6为设有锥形通孔的管状结构，上端的直径大于下端。大锥段部件6上端与旋流腔部件5下端采用法兰连接，下端与小锥段部件7上端采用法兰连接。

小锥段部件7为设有锥形通道的管状结构，上端的直径大于下端的直径。小锥段部件7上端与大锥段部件6下端采用法兰连接，下端与尾管部件8上端采用法兰连接。

尾管部件8为设有圆柱形通道的管状结构，其上端与小锥段部件7下端采用法兰连接，下端与控流部件9上端采用法兰连接。

控流部件9如图11所示，包括控流部件外壳91、圆锥形通道92、圆柱形通道93、控流塞94、控流弹簧95和切向出口96。控流部件9上端与尾管部件8下端采用标准法兰连接。控流部件的原理是：当处理量增大时控流弹簧95被压缩，致使控流塞94的高度降低，因此导致流经切向出口96的流量增加，分流比保持在相对稳定的范围内。

本装置的分离原理为：待处理液（油水混合相）从入口法兰31经过切向通道32进入装置中，在内壁面的作用下，待处理液变成旋流状态，轻质油相向聚结挡板33上运移，小油滴在运移的过程中聚结成大油滴，重质水相向边壁运移。聚结挡板33上涂覆有亲油疏水涂层，使小油滴的聚结程度增加，同时挡板也减少了待处理液的湍动能，使油滴聚结的过程更加稳定。待处理液沿着聚结挡板33运移到聚结腔22中，轻质油相继续向中心运移，小油滴也不断地聚集成大油滴，重质水相继续向边壁运移，导流柱21壁面上也涂覆有亲油疏水材料，增加了油滴的聚结。聚结后的液流经过导流柱21与入口流道34之间的间隙流入到螺旋流道部件4处，螺旋流道部件4继续给液流增加一个旋流状态。在旋流腔部件5下端、大锥段部件6和小锥段部件7中，向中心运移的轻质油相向上通过溢流管12排出，重质水相向下经过尾管部件8、控流部件9从切向出口96排出。其中大锥段部件6和小锥段部件7的作用是给待处理液一个轴向向上的力，增加油水两相分离的时间，提高分离效率，控流部件9是通过控流弹簧95控制控流塞94的高度来实现控流，保证整个装置在变流量的工况下有一个稳定的分流比，始终保持着较高的分离效率。本装置实现了聚结挡板及导流柱两次油滴聚结过程，聚结挡板及导流柱壁面涂覆有亲油疏水涂层，进一步提高了聚结效率，底部采用自适应控流部件，使得装置能够在变流量的工况下保持稳定的分流比及较高的分离效率。

经过试验性应用，证明本装置具有以下效果：1、设备体积小，适用于狭窄的井下工况；2、处理工艺简单，运行费用低；3、集聚结与分离一体；4、涂覆有亲油疏水涂层，聚结效率高；5、小油滴聚结成利于分离的大油滴，分离效率高；6、底部设有控流装置，可自行调节分流比，保证较高的分离效率。

Claims (1)

1.一种井下超重力聚结旋流油水分离装置，包括上连接部件、旋流腔部件、大锥段部件、小锥段部件以及尾管部件，其特征在于：

所述装置还包括聚结部件、入口盘部件、螺旋流道部件和控流部件；

其中，所述上连接部件为一个圆柱形管状结构，具有上连接法兰和溢流管，上连接法兰用于与外部油管连接，溢流管与上溢流通道采用配套的螺纹连接并实现密封；

所述聚结部件包括导流柱、聚结腔和聚结部件外壳；其中导流柱内有管状结构的上溢流通道；聚结部件外壳为空心圆台形，其下端为法兰，用于与入口盘部件外壳上端连接；导流柱为空心圆台，导流柱的上端直径大于下端直径且高度大于聚结部件外壳的高度；在导流柱壁面喷涂有多尺度微纳米结构超亲油疏水涂层；

入口盘部件具有入口法兰、切向通道、聚结挡板和入口盘部件外壳；入口法兰为标准件；聚结挡板是一个空心圆台，聚结挡板内部的空心段形成入口通道，聚结挡板的外壁面涂覆有多尺度微纳米结构超疏水超亲油润滑涂层，入口盘部件外壳的下端法兰用于和旋流腔部件的上端法兰连接；

螺旋流道部件用于使液流变成旋流状态，螺旋流道部件的中央开有一个圆形的下溢流通道；螺旋流道部件安装在旋流腔部件中，下溢流通道上端与导流柱下端通过螺纹连接；

旋流腔部件是筒状结构，其上下端均配备有标准法兰，上端与入口盘部件外壳下端连接，下端与大锥段部件上端连接；

大锥段部件为设有锥形通孔的管状结构，上端的直径大于下端；大锥段部件上端与旋流腔部件下端采用法兰连接，下端与小锥段部件上端采用法兰连接；

小锥段部件为设有锥形通道的管状结构，上端的直径大于下端的直径；小锥段部件上端与大锥段部件下端采用法兰连接，下端与尾管部件上端采用法兰连接；

尾管部件为设有圆柱形通道的管状结构，其上端与小锥段部件下端采用法兰连接，下端与控流部件上端采用法兰连接；

控流部件包括控流部件外壳、圆锥形通道、圆柱形通道、控流塞、控流弹簧和切向出口；控流部件上端与尾管部件的下端通过标准法兰连接；所述控流部件按照如下模式工作：当液流量增大时控流弹簧被压缩，控流塞的高度降低，流经切向出口的流量增加，从而使分流比保持在相对稳定的范围内。

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