CN111396022B - 一种基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置，包括，出口管，所述出口管上开设有贯穿其内外周面的排水口，排油管，所述排油管的一端同轴内置于所述出口管一端，旋转管，所述旋转管同轴转动连接于所述出口管的另一端，动力源，所述动力源可驱动所述旋转管转动，电容式液位计。本发明还提供了一种基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离方法，密度较大的水相在离心力的作用下被甩至所述旋转管的管壁侧并形成水环，而密度较小的油相则在离心力的作用下向所述旋转管的管道中心汇聚并形成油核，可以通过电容式液位计的电容探针测得水环的厚度，进而可计算出油核的直径，并采用对应内径的排油管进行排油，提高分水率和降低分水含油比。

Description

一种基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置及方法

技术领域

本发明涉及油田开采技术领域，具体涉及一种基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置及方法。

背景技术

目前我国大多数油田开采逐渐进入了高含水及特高含水期，给油田地面集输系统和采出液处理工艺带来一系列矛盾。主要表现在以下几个方面：

1、目前油田集输系统多采用高含水全液外输至较远联合站、处理后污水回调回注的建设模式，污水往返距离远、输送量大、运行压力高，大量的能量消耗到提升输送环节上。

2、很多油田的现有地面集输及处理系统已经无法实现生产任务，而新建或扩建站库投资巨大。

3、不同开发单元的污水经联合站集中处理和再分配后，污水站出口至井口沿程二次污染严重，导致井口污水合格率大幅下降。

4、加热高含水原油导致大量热量无效浪费。例如，某油田温度为40-60℃的采出液经过三相分离器分水后，需加热至60-85℃才能破乳，后端加热炉的大部分热量用于加热高含水，造成能源的大量浪费。

5、特高含水期富余污水量逐年增加，油田富余污水主要用于仿边水驱回注，压力不断上升，回注成本逐年升高，并且提液后富余水量将进一步增加；同时油田配聚主要采用清配污稀方式，浪费了大量清水资源。

故而亟需一种高效的油水分离装置，能够实现采出液的快速、高效、低成本处理，降低分水中油质含量，实现井口当地分水，实现油田增产提效。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置及方法，能够实现采出液的快速、高效、低成本处理，降低分水中油质含量，实现井口当地分水。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置，包括：

出口管，所述出口管上开设有贯穿其内外周面的排水口；

排油管，所述排油管的一端同轴内置于所述出口管一端；

旋转管，所述旋转管同轴转动连接于所述出口管的另一端；

动力源，所述动力源可驱动所述旋转管转动；

电容式液位计，所述电容式液位计的电容探针沿着所述出口管的径向延伸至所述出口管的轴线位置。

本发明还提供了一种基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离方法，包括以下步骤：

步骤1：油水两相流由装置的旋转管远离出口管的一端进入旋转管；

步骤2：动力源驱动所述旋转管高速转动，进入所述旋转管内部的油水两相流在沿轴向流动的同时，在旋转的过程中油水两相流受到离心力的作用，密度较大的水相在离心力的作用下被甩至所述旋转管的管壁侧并形成水环，而密度较小的油相则在离心力的作用下向所述旋转管的管道中心汇聚并形成油核；

步骤3：电容式液位计检测出水环的厚度Δh,将测得的厚度Δh带入公式(1)，即可得到油水两相流中油核的直径Δd，最后采用内周面直径为Δd的排油管与所述出口管连接后排油；其中，

水环的厚度Δh与油核的直径Δd的关系为：

Δd＝C×(D-2×Δh) (1)

其中，Δh为水环的厚度；Δd为油核的直径；D为出口管的内周面的直径；C为无量纲经验系数。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：该基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置中的旋转管在转动过程中可以产生离心力，离心力可以将油水分离，密度较大的水相在离心力的作用下被甩至所述旋转管的管壁侧并形成水环，而密度较小的油相则在离心力的作用下向所述旋转管的管道中心汇聚并形成油核，可以通过电容式液位计的电容探针测得水环的厚度，进而可计算出油核的直径，从而确定油水界面，并采用对应内径的排油管进行排油，提高分水率和降低分水含油比，实现当地分水，有效缓解特高含水期油田集输系统压力大的问题。

附图说明

图1是本发明提供的基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置一种实施方式的结构示意图；

图2是本发明中出口管上靠接电容式液位计安装位置的断面结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1、图2，本发明提供了一种基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置，包括：出口管1、排油管2、旋转管3、动力源4、电容式液位计5。

所述出口管1上开设有贯穿其内外周面的排水口1a，所述排油管2的一端同轴内置于所述出口管1一端，所述旋转管3同轴转动连接于所述出口管1的另一端，所述动力源4可驱动所述旋转管3转动，所述电容式液位计5的电容探针的沿着所述出口管1的径向延伸至所述出口管1的轴线位置。

此处举例一种电容式液位计的工作原理便于读者理解本方案：电容式液位计5是采用测量电容的变化来测量液面的高低的。本实施例中就是将附着在电容式液位计5的电容探针表面的水相作为一极，电容探针的金属芯作为一极，而电容探针表面的绝缘薄层作为电介质。这样通过测量电容式液位计5的电容值，就可以表征电容探针表面所附着的水环厚度。

旋转管3在转动过程中可以产生离心力，离心力可以将油水分离，密度较大的水相在离心力的作用下被甩至所述旋转管3的管壁侧并形成水环a，而密度较小的油相则在离心力的作用下向所述旋转管3的管道中心汇聚并形成油核b，可以通过电容式液位计5的电容探针测得水环a的厚度，进而可计算出油核b的直径，从而确定油水界面，并采用对应内径的排油管2进行排油，提高分水率和降低分水含油比，实现当地分水，有效缓解特高含水期油田集输系统压力大的问题。

本实施例中还提供了一种实施方案，所述排油管2内置所述出口管1一端的内径可调，此处举例一种内径节方式：具体的，可在排油管2内置于所述出口管1的一端设置有一个锥形油嘴2a，锥形油嘴2a与所述排油管2同轴布置，锥形油嘴2a的小端为进油口，并且所述锥形油嘴2a的大端与所述排油管2可拆卸式固定连接(例如：螺纹连接，法兰连接)，从而便于用户更换进油口大小不同的锥形油嘴2a，实现对油核直径的匹配，显然，此时排油管2与出口管1也是采用可拆卸式固定连接。

并且也可将锥形油嘴2a的进油口的直径设置成自动调节的结构，可以实时调节锥形油嘴2a的进油口的直径，从而避免了更换锥形油嘴2a。

所述电容式液位计5设置有多个，多个所述电容式液位5计围绕所述出口管1的轴线圆周阵列布置，本实施例中，所述电容式液位计5设置有六个，六个电容式液位计用于对油核a的六个弧度位置的半径实时取均值，提高测量的准确性。

所述的基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置还包括第一齿轮6及第二齿轮7，所述第一齿轮6同轴套设于所述旋转管3，并且所述第一齿轮6与所述旋转管3同轴固定连接，所述第二齿轮7与所述第一齿轮6相啮合，所述动力源4与所述第二齿轮7驱动连接，本实施例中，所述第一齿轮6与所述第二齿轮7均内置于一个齿轮箱8内，所述动力源4为电机。

所述旋转管3内部同轴安装有轴流叶轮9，所述轴流叶轮9与所述旋转管3的内壁紧密接触，进入旋转管3内部的油水两相流在沿轴向流动的同时，在旋转管3和轴流叶轮9的作用下加速旋转，转变为强制螺旋流动，从而提高离心效果。

本实施例中，所述出口管1为透明材质，从而便于工作人员和研究人员观察出口管1内的油核状态。

所述旋转管3远离所述出口管1的一端还设置有进口管c，所述进口管c、旋转管3、出口管1依次连通，所述进口管c与所述出口管1相对固定，并且，旋转连接部位均设置有密封件。

上述基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置的分离方法，包括以下步骤：

步骤1：油水两相流由装置的旋转管远离出口管的一端进入旋转管；

步骤2：动力源驱动所述旋转管高速转动，进入所述旋转管内部的油水两相流在沿轴向流动的同时，在旋转的过程中油水两相流受到离心力的作用，密度较大的水相在离心力的作用下被甩至所述旋转管的管壁侧并形成水环，而密度较小的油相则在离心力的作用下向所述旋转管的管道中心汇聚并形成油核；

步骤3：电容式液位计检测出水环的厚度Δh,将测得的厚度Δh带入公式(1)，即可得到油水两相流中油核的直径Δd，最后采用内周面直径为Δd的排油管与所述出口管连接后排油；其中，

水环的厚度Δh与油核的直径Δd的关系为：

Δd＝C×(D-2×Δh) (1)

其中，Δh为水环的厚度；Δd为油核的直径；D为出口管的内周面的直径；C为无量纲经验系数。

由于实际分离过程中油核的与水环之间还存在一层环形的乳化液d，从而C可以根据经验取值，例如C可以取值1.1或者1.2，从而避免乳化液中的油液被浪费掉。

并且本实施例提供的方法还可以用于螺旋流场下等动能水环剥离方法的实验研究，具体的研究方案如下：

1)设计在线可调式富油导流嘴结构，改变实验系统进口流动参数，通过高速摄像系统拍摄记录油水分离效果，并对高速摄像图片利用软件进行分析处理，观察导流嘴结构对油水分离的影响，尤其是对油水界面的影响，根据实验结果优化可调式富油导流嘴结构；

2)在不同的进液量、含水率的情况下，通过改变电机转速，通过测量分水流量和分水中的含油率，确定满足分水质量要求的电机转速；

3)保持电机转速一定，通过改变进液量、含水率，通过测量分水流量和分水中的含油率，确定基于动力旋转螺旋流技术的油水分离方法的适用范围；

4)改变分水路和富油路的阻力特性，分析对水环提取效果(包括分水率和分水含有率)的影响，确定最优的分水路和富油路的阻力匹配方法。

工作原理：该基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置中的旋转管3在转动过程中可以产生离心力，离心力可以将油水分离，密度较大的水相在离心力的作用下被甩至所述旋转管3的管壁侧并形成水环a，而密度较小的油相则在离心力的作用下向所述旋转管3的管道中心汇聚并形成油核b，可以通过电容式液位计5的电容探针实时测量水环a的厚度，进而可计算出油核b的实时直径，从而实时确定油水界面，并采用对应内径的锥形油嘴2a进行排油，提高分水率和降低分水含油比，实现当地分水，就地回注，有效缓解特高含水期油田集输系统压力大的问题。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置，其特征在于，包括：

出口管，所述出口管上开设有贯穿其内外周面的排水口；

排油管，所述排油管的一端同轴内置于所述出口管一端；

旋转管，所述旋转管同轴转动连接于所述出口管的另一端；

动力源，所述动力源可驱动所述旋转管转动；

电容式液位计，所述电容式液位计的电容探针沿着所述出口管的径向延伸至所述出口管的轴线位置，所述排油管内置所述出口管一端的内径可调，所述电容式液位计设置有多个，多个所述电容式液位计围绕所述出口管的轴线圆周阵列布置；

排油管内置于所述出口管的一端设置有一个锥形油嘴，锥形油嘴与所述排油管同轴布置，锥形油嘴的小端为进油口，并且所述锥形油嘴的大端与所述排油管可拆卸式固定连接；

电容式液位计检测出水环的厚度Δh,将测得的厚度Δh带入公式（1），即可得到油水两相流中油核的直径Δd，最后采用内周面直径为Δd的排油管与所述出口管连接后排油；其中，

水环的厚度Δh与油核的直径Δd的关系为：

Δd=C×（D-2×Δh）（1）

其中，Δh为水环的厚度；Δd为油核的直径；D为出口管的内周面的直径；C为无量纲经验系数。

2.根据权利要求1所述的基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置，其特征在于，所述的基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置还包括第一齿轮及第二齿轮，所述第一齿轮同轴套设于所述旋转管，并且所述第一齿轮与所述旋转管同轴固定连接，所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合，所述动力源与所述第二齿轮驱动连接。

3.根据权利要求1所述的基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置，其特征在于，所述旋转管内部同轴安装有轴流叶轮，所述轴流叶轮与所述旋转管的内壁紧密接触。

4.一种基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离方法，其特征在于，采用权利要求1-3任意一项所述基于动力旋转螺旋流技术的油水就地分离装置，包括以下步骤：

步骤1：油水两相流由装置的旋转管远离出口管的一端进入旋转管；

步骤2：动力源驱动所述旋转管高速转动，进入所述旋转管内部的油水两相流在沿轴向流动的同时，在旋转的过程中油水两相流受到离心力的作用，密度较大的水相在离心力的作用下被甩至所述旋转管的管壁侧并形成水环，而密度较小的油相则在离心力的作用下向所述旋转管的管道中心汇聚并形成油核；

步骤3：电容式液位计检测出水环的厚度Δh,将测得的厚度Δh带入公式（1），即可得到油水两相流中油核的直径Δd，最后采用内周面直径为Δd的排油管与所述出口管连接后排油；其中，

水环的厚度Δh与油核的直径Δd的关系为：

Δd=C×（D-2×Δh）（1）

其中，Δh为水环的厚度；Δd为油核的直径；D为出口管的内周面的直径；C为无量纲经验系数。

Images