CN112007421B - 一种油气水沙四相分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气水沙四相分离器，包括罐体，罐体前端顶部连接有旋流筒，旋流筒上连接有进液管，旋流筒下端通过旋流下管与罐体内部连通；罐体顶部还连接有气相出口；罐体内从前往后依次设有连接于罐体内壁的波纹板组、油堰板、油室及水室；油室下端连接有排油管，水室下端连接有排水管，罐体前侧面上连接有折流曲板，旋流下管的下端端口朝向折流曲板，折流曲板下方设有倾斜的顺流板，顺流板两侧连接在罐体内侧面上；顺流板下方设有连接于罐体底部的储沙筒，储沙筒的下端设有启闭阀门；罐体底部连接有能够对罐体底面泥沙进行自动清理的泥沙清理组件。本分离器不仅能够实现油、气、水的有效分离，而且还能实现在线和离线清沙，清理更加彻底。

Description

一种油气水沙四相分离器

技术领域

本发明涉及石油多相分离装置技术领域，具体为一种油气水沙四相分离器。

背景技术

在油气田地面工程中，油井采出液多为油、气、水、沙等组成的混合液体，混合液体在地层孔隙及井筒中运移，不可避免地会携带泥沙等固体杂质。三相分离器是对油、气、水进行的分离不可或缺的设备，三相分离器工作时，油气水混合物进入脱气室，依靠旋流分离和重力的作用脱出大量的原油伴生气，然后脱气后的油水混合物进入预处理室，预处理室中初步沉降，并通过波纹板组具结整流，将油水翻滚造成的泡沫刺破，然后进入到沉降室进一步沉降分离，由于油水密度不同，沉降后的混合液体分为上层油和下层水，随着混合液体不断的进入分离器内，脱气原油翻过堰板进入油室，脱气水经导管进入水室，再经过各自的出口管流出，从而实现油气水三相分离。

现有技术中存在的问题在于，三相分离器不能够有效地清除泥沙，在长期使用后，沙子、石子等杂质沉积于分离器底部，长时间积累可造成管口堵塞，影响分离效果，尤其是用于分离海油的卧式油气水三相分离器中泥沙杂质堆积的情况更为严重。现有技术中一般在分离器底部连接有出沙口，沙子落在出沙口内，然后打开出沙口卸沙，然而这种方法只能将出沙口附近的沙子杂质排出，存在着清沙死角；通过人工进入分离器内部清理方式清理更彻底，但是需要停机，而且费时费力。因此需要设计一款四相分离器，不仅能有效分离油、气、水，还能够将分离器底部的沙子清理彻底。

发明内容

为克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种油气水沙四相分离器，不仅能够实现油、气、水的有效分离，而且还能实现在线和离线清沙，清理更加彻底。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种油气水沙四相分离器，包括罐体，所述罐体前端顶部连接有旋流筒，所述旋流筒上连接有进液管，所述旋流筒下端通过旋流下管与罐体内部连通；所述罐体顶部还连接有气相出口，所述旋流筒通过气相连接管与气相出口连接；所述罐体内从前往后依次设有连接于罐体内壁的波纹板组、油堰板、油室及水室，所述波纹板组前侧为预处理室，波纹板组后侧为沉降室，所述沉降室通过下端的水室连接管与水室连通；所述油室下端连接有排油管，所述水室下端连接有排水管，罐体前侧面上连接有折流曲板，所述旋流下管的下端端口朝向折流曲板的弧形面，所述折流曲板下方设有倾斜的顺流板，所述顺流板两侧连接在罐体内侧面上；所述顺流板下方设有连接于罐体底部且上方开口的储沙筒，所述储沙筒的下端设有启闭阀门；所述罐体底部连接有能够对罐体底面泥沙进行自动清理的泥沙清理组件。

优选的，所述泥沙清理组件包括沿着罐体长度方向连接在罐体底部的若干个连接管，所述连接管顶部连接有上管，所述上管上连接有若干吸沙上管611，所述吸沙上管底部连接有若干个吸沙管，所述连接管下端伸出罐体，所述连接管下端连接有下管，所述下管上连接有阀门一。

优选的，所述吸沙管下端连接有转动架，所述转动架上可转动连接有叶轮转轴，所述叶轮转轴的下端连接有叶轮。

优选的，所述叶轮底部连接有刷毛。

优选的，所述下管上连接有反洗进水管，所述反洗进水管上连接有阀门二；所述罐体底部连接有排污口。

优选的，所述进液管上连接有初级过滤板。

优选的，所述储沙筒上方设有连接在罐体内壁的迷宫板组，所述迷宫板组底部开设有漏孔。

优选的，所述罐体内连接有能够调节沉降室内油水界面高度的液位调节组件，所述液位调节组件包括L形的水室连接管，所述水室连接管一端与沉降室底部连接，另一端位于水室内且弯曲向上；所述水室连接管的上端外侧面上开设有密封连接螺纹，所述密封连接螺纹上螺纹配合连接有升降螺纹套，所述升降螺纹套内侧面上开设有若干滑槽；所述罐体顶部可转动连接有与升降螺纹套同轴的转动杆，所述转动杆下端外侧面上连接有若干的卡块，所述卡块滑动连接在滑槽内，所述转动杆顶部连接有手轮或减速电机。

优选的，所述罐体外侧设有透明的窥视窗。

本发明的有益效果是：

1、罐体前侧面上连接有折流曲板，旋流下管的下端端口朝向折流曲板的弧形面，折流曲板下方设有倾斜的顺流板，顺流板下方设有连接于罐体底部且上方开口的储沙筒，储沙筒的下端设有启闭阀门。旋流下管的混合液通过撞击折流曲板和顺流板进一步进行气液分离，同时混合液中携带的大量泥沙顺着顺流板落入到下方的储沙筒内，并通过启闭阀门排出去，使得混合液中泥沙含量变少，更便于后面的清理。

2、泥沙清理组件包括沿着罐体长度方向连接在罐体底部的若干个连接管，连接管顶部连接有上管，上管上连接有若干吸沙上管，吸沙上管底部连接有若干个吸沙管，连接管下端伸出罐体，连接管下端连接有下管，下管上连接有阀门一。打开阀门一后，由于罐体内部和外界存在着压力差，罐体底部的沙子就会被吸沙管吸入，并经过吸沙上管、上管、连接管、下管，最后从下管的出口处排出沙子，整个过程打开阀门一后自动进行，省时省力。

3、吸沙管下端连接有转动架，转动架上可转动连接有叶轮转轴，叶轮转轴的下端连接有叶轮，通过罐体内外压差压入吸沙管内的水柱带动叶轮转动，将吸沙管周围的泥沙也搅动起来吸入到吸沙管内，进而通过下管排出到外界，几乎不存在排沙死角，效率高。

4、叶轮底部连接有刷毛，转动的叶轮带动刷毛能够将罐体底部较难清理的泥沙与罐体底部分离，清理更彻底。

5、下管上连接有反洗进水管，反洗进水管上连接有阀门二；罐体底部连接有排污口。当分离器在停机状态时，通过将水泵连接在反洗进水管上，打开水泵和阀门二，水经过反洗进水管、下管、连接管进入吸沙上管，然后从吸沙管下端喷出，对罐体底部进行冲洗，冲洗后的泥沙从排污口流出，使得不管分离器工作与否，都能实现自动冲排沙。

6、进液管上连接有初级过滤板，能够对混合液中的泥沙进行初步过滤，减轻罐体内部泥沙清理的负担。

7、储沙筒上方设有连接在罐体内壁的迷宫板组，迷宫板组底部开设有漏孔。进入预处理室的混合液经过曲折的迷宫板组，大大增大了混合液的行程，增加了混合液中泥沙析出的时间，混合液中的泥沙从迷宫板组底部漏孔中落入到储沙筒内，使得进入沉降室内的泥沙进一步减少。

8、液位调节组件包括L形的水室连接管，水室连接管一端与沉降室底部连接，另一端位于水室内且弯曲向上并顶部螺纹配合连接有升降螺纹套；罐体顶部可转动连接有转动杆，转动杆下端与升降螺纹套连接，顶部连接有手轮或减速电机。通过手动或电机电动转动杆转动使得升降螺纹套上升或下降，根据连通器原理，水室连接管和升降螺纹套组合高度的调节可以实现油水界面高度的调节，结构简单，且机械式的调节更加可靠。

9、罐体外侧设有透明的窥视窗，工作人员能够从外面直观的观察到罐体内部的油水分离情况，调节油水界面时更有目的性，且能够通过直观观察预测到罐体内部可能发生的状况并采取有效处理手段。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明的侧视结构示意图。

图2为本发明的内部结构示意图。

图3为本发明的立体结构示意图。

图4为本发明中的泥沙清理组件侧视结构示意图。

图5为本发明中的泥沙清理组件立体结构示意图。

图6为本发明中的液位调节组件立体结构示意图。

图中，1-罐体、10-人孔、101-窥视窗、11-支腿、12-储沙筒、13-排污口、14-气相出口、141-捕雾器、15-进液管、16-迷宫板组、17-波纹板组、18-折流曲板、19-顺流板、2-预处理室、3-沉降室、4-油室、41-排油管、42-油堰板、5-水室、51-排水管、6-泥沙清理组件、61-上管、611-吸沙上管、62-下管、621-下管出口、63-连接管、631-螺纹密封环、64-吸沙管、641-喇叭外沿、642-转动架、65-叶轮、651-叶轮转轴、66-阀门一、67-阀门二、68-反洗进水管、7-液位调节组件、71-水室连接管、711-密封连接螺纹、72-升降螺纹套、721-滑槽、73-转动杆、731-卡块、74-手轮、8-旋流筒、81-旋流下管、82-气相连接管、9-初级过滤板。

具体实施方式

为使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面将结合附图对本发明技术方案做进一步的说明。

本发明为一种油气水沙四相分离器，包括罐体1，罐体1通过支腿11支撑，罐体1镇静钢材料，并经过无损检测，罐体1外壁涂覆有保温隔热涂层。罐体1为两端为圆弧面的圆柱筒体结构，一端开设有人孔10，便于人工对内部维修清理。罐体1前端顶部连接有旋流筒8，旋流筒8内壁连接有螺旋板，螺旋板形成螺旋通道，旋流筒8上连接有进液管15，通过进液管15进入到旋流筒8的油气水沙混合液经过螺旋通道，在旋转流动过程中受离心力、重力和浮力的作用，初步进行了一次气液分离，罐体1顶部还连接有气相出口14，旋流筒8通过气相连接管82与气相出口14连接，旋流筒8下端通过旋流下管81与罐体1内部连通，经过旋流筒8初步气液分离后的气体经过气相连接管82进入到气相出口14，进而从气相出口14进入到下一道气体处理工序；初步除气的混合液从旋流下管81流入到罐体1内。

罐体1内从前往后依次设有连接于罐体1内壁的波纹板组17、油堰板42、油室4及水室5，波纹板组17前侧为预处理室2，波纹板组17后侧为沉降室3，从旋流下管81流入到罐体1内的混合液中进入到预处理室2，混合液中携带有大量翻滚产生的气泡，经过波纹板组17后能够扎破消除气泡，并实现油水分层，即上层为密度较小的油，下层为密度较大的水，中间为油水界面。沉降室3通过下端的水室连接管71与水室5连通，下层的水进入到水室5内，上层的油翻过油堰板42进入到油室内；油室4下端连接有排油管41，水室5下端连接有排水管51，油室4和水室5内的油和水分别通过排油管41和排水管51排出，进入下一道处理工序。

罐体1前侧面上连接有折流曲板18，折流曲板18为碗形，旋流下管81的下端端口朝向折流曲板18的弧形面，如图2所示，折流曲板18下方设有倾斜的顺流板19，顺流板19两侧连接在罐体1内侧面上，从旋流下管81进入到罐体1内的脱气混合液经过折流曲板18转向，然后顺着顺流板19减速下流；顺流板19下方设有连接于罐体1底部且上方开口的储沙筒12，储沙筒12的下端设有启闭阀门，顺着顺流板19下流的混合液中密度较大的泥沙会留在顺流板19上，并沿着顺流板19流到储沙筒12内，使得向后方流动的混合液中泥沙含量变少，更便于后面的清理。当储沙筒12快满时，打开下端的启闭阀门可以将泥沙排出去。

罐体1底部连接有能够对罐体1底面泥沙进行自动清理的泥沙清理组件6，如图4、5所示，泥沙清理组件6包括沿着罐体1长度方向连接在罐体1底部的若干个连接管63，连接方式为焊接，连接管63整体长度的一半位于罐体1内，另一半伸出到罐体1外。连接管63顶部连接有上管61，上管61的长度方向与罐体1的长度方向一致，上管61上沿着上管61的长度方向连接有若干吸沙上管611，图4、5中共设有水平的5根吸沙上管611，吸沙上管611底部连接有若干个吸沙管64，图4、5中共设有4根吸沙管64，左右各对称两根。连接管63下端伸出罐体1，连接管3下端连接有下管62，下管62上连接有阀门一66。由于分离器在正常工作时，罐体1内压强要大于外界的大气压，当将阀门一66打开后，外界与罐体1连通，罐体1底部吸沙管64下方的泥沙和水迅速被吸入到吸沙管64内，进入吸沙管64内的沙子和水混合液先后经过吸沙管64、吸沙上管611、连接管63进入到下管62，最后通过下管62的下管出口排出到外界，整个过程打开阀门一66后自动进行，省时省力。

吸沙管64下端连接有转动架642，转动架642上可转动连接有叶轮转轴651，叶轮转轴651的下端连接有叶轮65。通过罐体1内外压差压入吸沙管64内的水柱带动叶轮65转动，将吸沙管64周围的泥沙也搅动起来吸入到吸沙管64内，进而通过下管排出到外界，几乎不存在排沙死角，效率高。由于叶轮65相对于整个罐体1来说，产生的搅动较小，不会影响到正常的油水分离。

叶轮65底部连接有刷毛，本实施例中刷毛为塑料刷毛，不怕浸泡，且有一定的硬度，叶轮65的转动带动刷毛转动并清扫罐体1的底部，能够将罐体1底部较难清理的泥沙与筒体底部分离，清理更彻底。

吸沙管64下端连接有喇叭外沿641，增大了泥沙入口面积，使泥沙更容易进入吸砂管64中，且不易在吸沙管口堵塞。

连接管63与罐体1连接位置的上方和下方均设有与连接管63配合连接有螺纹密封环631，能够进一步密封连接管63与罐体1的焊接处，避免因分离器长期工作下焊缝开裂导致漏水。

下管62上连接有反洗进水管68，反洗进水管68上连接有阀门二67；罐体1底部连接有排污口13。当分离器在停机状态时，通过将水泵连接在反洗进水管68的进口上，打开水泵和阀门二67，此时阀门一66也要保持打开状态，水泵泵入的水经过反洗进水管68、下管62、连接管63进入吸沙上管611，然后从吸沙管64下端喷出，对罐体1底部进行泥沙冲洗，冲洗后的泥沙从排污口13流出，使得四相分离器不管工作与否，都能实现自动冲排沙。

罐体1内部的混合液中残留的气相在预处理室2和沉降室3内不断析出，并从气相出口14排出，气相出口14内侧连接有捕雾器141，捕雾器141除去气相中的水雾和油雾，将干净的气体从气相出口14排出。

进液管15上连接有初级过滤板9，初级过滤板9能够阻挡大颗粒的泥沙，减轻罐体1内部泥沙清理的负担。具体的，进液管15截开，截开后的两个面都连接上法兰盘，初级过滤板9被压在上下两个法兰盘之间，保证密封，同时便于初级过滤板9的拆卸更换安装，本实施例中初级过滤板9保持水平状态，混合液从下往上流，如图2所示，这样大颗粒泥沙受重力往下落，减少初级过滤板9被堵塞的几率，本实施例中初级过滤板9的滤孔直径设定为2mm。

储沙筒12上方设有连接在罐体1内的迷宫板组16，迷宫板组16上有前后方向的若干的曲折通道，迷宫板组16底部开设有漏孔。预处理室2内的混合液经过曲折的迷宫板组16，大大增大了混合液的行程，增加了混合液中泥沙析出的时间，混合液中的泥沙从迷宫板组16底部漏孔中落入到储沙筒12内，使得进入沉降室3内的泥沙进一步减少。

罐体1内连接有能够调节沉降室3内油水界面高度的液位调节组件7，液位调节组件7包括L形的水室连接管71，如图2所示，水室连接管71一端与沉降室3底部连接，另一端位于水室5内且弯曲向上；水室连接管71的上端外侧面上开设有密封连接螺纹711，密封连接螺纹711上螺纹配合连接有升降螺纹套72，水室5内的水从升降螺纹套72顶部进入到水室5内，通过转动升降螺纹套72能够调节水室连接管71和转动升降螺纹套72的组合高度，即转动升降螺纹套72顶部到水室5底部的高度，从而实现调节水室连接管71和转动升降螺纹套72组合内的液面高度极限，进而达到调节油水界面高度的目的。原理如下：

设沉降室3内油的密度为

，水的密度为

，水室连接管71和转动升降螺纹套72在水室5内的组合高度为

，油堰板的高度为

，油水界面高度为

，根据连通器原理，水室连接管71左右两端的压强相等有以下公式：

通过上述油水界面高度

的计算公式可知，通过调节水室连接管71和转动升降螺纹套72在水室5内的组合高度

可以对油水界面高度

进行调节。

升降螺纹套72内侧面上开设有若干滑槽721，如图6所示；罐体1顶部可转动连接有与升降螺纹套72同轴的转动杆73，所述转动杆73下端外侧面上连接有若干的卡块731，卡块731滑动连接在滑槽721内，转动杆73顶部连接有手轮74或减速电机，本实施例中采用手轮74人工转动，实现升降螺纹套72在密封连接螺纹711上上下移动，进而实现水室连接管71和转动升降螺纹套72在水室5内的组合高度极限调节，从而达到控制油水界面高度的目的。油水界面高度如果过高，油停留时间变短，油中水聚结时间也会变短，这样进入油室4内的油中含水量会变高；相反，如果油水界面高度如果过低，下层的水停留时间变短，水中油聚结时间也会变短，这样水室5中含油量会变高，在一般调节油水界面高度时，一般会设定油水界面高度略低，以降低油中含水量，提高油的品质。

所述罐体1外侧设有透明的窥视窗101，窥视窗101材料为透明玻璃，与罐体1密封连接，工作人员透过窥视窗101能够从外面直观的观察到罐体1内部的油水分离情况，调节油水界面时更有目的性，且能够通过直观观察预测到罐体内部可能发生的状况并采取有效处理手段。

工作过程：油气水沙混合液先经过初级过滤板9滤掉大颗粒泥沙，然后经过旋流筒8，在旋转流动过程中受离心力、重力和浮力的作用，初步进行了一次气液分离，气体从气相出口14排出，混合液进入到罐体1的预处理室2内，经过折流曲板18转向，然后顺着顺流板19减速下流，混合液中密度较大的泥沙留在顺流板19上并沿着顺流板19流到储沙筒12内；初步滤沙后的混合液经过迷宫板组16后再次滤沙，滤出的沙子从迷宫板组16底部的漏孔落入到储沙筒12内；经过再次滤沙后的混合液通过波纹板组17后进入到沉降室3并完成油和水上下分层，上层油翻过油堰板42进入到油室内，下层水通过水室连接管71进入水室，沉降室3底部设有泥沙清理组件6，阀门一66打开后，外界与罐体1连通，由于压力差罐体1底部吸沙管64下方的泥沙和水迅速被吸入到吸沙管64内，同时压入吸沙管64内的水柱带动叶轮65转动，叶轮65底部的毛刷能够对罐体1底部刷洗清理，吸进吸沙管64内的沙子和水混合液先后经过吸沙管64、吸沙上管611、连接管63进入到下管62，最后通过下管62的下管出口排出到外界，实现罐体1底部泥沙清理。

本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中的“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接连接，也可以是通过中间部件间接连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

以上所述为本发明的优选实施方式，具体实施例的说明仅用于更好的理解本发明的思想。对于本技术领域的普通技术人员来说，依照本发明原理还可以做出若干改进或者同等替换，这些改进或同等替换也视为落在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种油气水沙四相分离器，包括罐体（1），所述罐体（1）前端顶部连接有旋流筒（8），所述旋流筒（8）上连接有进液管（15），所述旋流筒（8）下端通过旋流下管（81）与罐体（1）内部连通；所述罐体（1）顶部还连接有气相出口（14），所述旋流筒（8）通过气相连接管（82）与气相出口（14）连接；所述罐体（1）内从前往后依次设有连接于罐体（1）内壁的波纹板组（17）、油堰板（42）、油室（4）及水室（5），所述波纹板组（17）前侧为预处理室（2），波纹板组（17）后侧为沉降室（3），所述沉降室（3）通过下端的水室连接管（71）与水室（5）连通；所述油室（4）下端连接有排油管（41），所述水室（5）下端连接有排水管（51），其特征在于：罐体（1）前侧面上连接有折流曲板（18），所述旋流下管（81）的下端端口朝向折流曲板（18）的弧形面，所述折流曲板（18）下方设有倾斜的顺流板（19），所述顺流板（19）两侧连接在罐体（1）内侧面上；所述顺流板（19）下方设有连接于罐体（1）底部且上方开口的储沙筒（12），所述储沙筒（12）的下端设有启闭阀门；所述罐体（1）底部连接有能够对罐体（1）底面泥沙进行自动清理的泥沙清理组件（6）；所述泥沙清理组件（6）包括沿着罐体（1）长度方向连接在罐体（1）底部的若干个连接管（63），所述连接管（63）顶部连接有上管（61），所述上管（61）上连接有若干吸沙上管611，所述吸沙上管（611）底部连接有若干个吸沙管（64），所述连接管（63）下端伸出罐体（1），所述连接管（63）下端连接有下管（62），所述下管（62）上连接有阀门一（66）；所述吸沙管（64）下端连接有转动架（642），所述转动架（642）上可转动连接有叶轮转轴（651），所述叶轮转轴（651）的下端连接有叶轮（65）；所述叶轮（65）底部连接有刷毛；所述下管（62）上连接有反洗进水管（68），所述反洗进水管（68）上连接有阀门二（67）；所述罐体（1）底部连接有排污口（13）。

2.如权利要求1所述的一种油气水沙四相分离器，其特征在于：所述进液管（15）上连接有初级过滤板（9）。

3.如权利要求2所述的一种油气水沙四相分离器，其特征在于：所述储沙筒（12）上方设有连接在罐体（1）内的迷宫板组（16），所述迷宫板组（16）底部开设有漏孔。

4.如权利要求3所述的一种油气水沙四相分离器，其特征在于：所述罐体（1）内连接有能够调节沉降室（3）内油水界面高度的液位调节组件（7），所述液位调节组件（7）包括L形的水室连接管（71），所述水室连接管（71）一端与沉降室（3）底部连接，另一端位于水室（5）内且弯曲向上；所述水室连接管（71）的上端外侧面上开设有密封连接螺纹（711），所述密封连接螺纹（711）上螺纹配合连接有升降螺纹套（72），所述升降螺纹套（72）内侧面上开设有若干滑槽（721）；所述罐体（1）顶部可转动连接有与升降螺纹套（72）同轴的转动杆（73），所述转动杆（73）下端外侧面上连接有若干的卡块（731），所述卡块（731）滑动连接在滑槽（721）内，所述转动杆（73）顶部连接有手轮（74）或减速电机。

5.如权利要求4所述的一种油气水沙四相分离器，其特征在于：所述罐体（1）外侧设有透明的窥视窗（101）。

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