CN112360425A - 一种井下气液旋流分离装置 - Google Patents

Abstract

一种井下气液旋流分离装置。主要解决现有旋流分离装置分离出的气相夹带液滴的问题。其特征在于：所述分离装置采用嵌套管式结构，用垫圈将来气套管两侧进行密封；来气套管内包括圆柱外壳和切向入口外壳，其中圆柱外壳用来保护内部结构，减轻内部结构的磨损和腐蚀；内部结构包括切向入口盘，上部旋流腔、内部旋流器以及气液分离腔；混合相进入来气管道后，沿着切向入口进入内部旋流器进行初次分离，内部旋流器内嵌套气相分离腔为了以减小分离出来气相的含液量；在内部旋流器的上方设置了上部旋流腔，用于对分离出的气相进行多级分离。

Description

一种井下气液旋流分离装置

技术领域

本发明涉及一种应用于石油、化工、环保等领域中的旋流分离装置。

背景技术

随着石油的深度开采，井下含水率逐年提高，在井下分离水相、气相是必须进行的分离操作。此外，水相作为杂质在气相流率较大的情况下，会被气相携带，从而影响已分离的气相体积分数。当前，已有的气锚装置虽然可以适用于井下狭小的空间在井下分离水相、气相，但是分离效果不好，且经常发生损坏、不易修理。

发明内容

为了解决背景技术中提到了的现有技术问题，本发明提出了一种井下气液旋流分离装置，该种装置通过嵌套式结构来实现井下分离水相、气相的功能，不但安装方便，而且即便外部套管外壳发生磨损，也不会对气液分离造成实质性的影响，从而保障分离过程的连续性和有效性。

本发明的技术方案是：

本种井下气液旋流分离装置，具有来气管道5、来气入口1以及气相出口4和一级液相出口2。其独特之处在于：所述分离装置还包括多级液相出口3、垫圈6、上部旋流腔8、气液分离腔9、切向入口盘7以及内部旋流器10。

所述来气管道5包含切向入口外壳501和圆柱外壳502；所述入口外壳和圆柱外壳之间留有缝隙，缝隙范围在1mm~3mm之间，所述缝隙通过置入垫圈6来实现密封。

所述切向入口盘7在上表面均匀分布4个螺纹孔，在侧面对称分布两个矩形的切向入口，所述切向入口的入口高度为整个切向入口盘的2/3；切向入口盘7位于切向入口外壳501内部。

所述上部旋流腔8包括平面法兰盘和漏斗状分离段；所述上部旋流腔为薄壁结构，位于所述切向入口盘的上方，通过螺栓与所述切向入口盘上的4个螺纹孔连接。

所述气液分离腔9包括平面法兰盘和气液分离段，所述气液分离腔为薄壁结构，和上部旋流腔8相连，位于上部旋流腔8的下方；所述气液分离腔嵌套在所述内部旋流器中心。

内部旋流器10包括平面法兰盘和旋流体，经焊接而成，所述旋流体为薄壁结构；内部旋流器10位于切向入口外壳502的下方。

本装置内的组成部件按照如下方式固定，即按照轴向定位首先将内部旋流器10和来气管道5固定好，再放入切向入口盘7，然后放入气液分离腔9，最后放入上部旋流腔8；通过4个螺栓将内部旋流器10、来气管道、切向入口盘7、气液分离腔9以及上部旋流腔8相连接。

本种井下气液旋流分离装置是由来气管道、垫圈、上部旋流腔、气液分离腔、内部旋流器等组件组合构成；来液进入旋流器内进行一次旋流分离，再进入气液分离腔和上部旋流腔实现多级分离处理。通过来气管道与切向入口外壳一体的方式固定旋流器，在来液管道内部设置垫圈进行密封。通过在旋流器内部嵌套气液分离腔和上部旋流腔，实现两级高精度气-液分离。

混合相从来气管道的切向入口外壳进入，混合液在旋流器形成旋流状态，密度较大的水相在外旋流的作用下近腔壁向下运移，其旋转方向与来液进入装置时方向一致，同时，轻质气相在内旋流的作用下向装置的轴心运移沿小孔进入气液分离腔内和上部旋流腔内。其旋转方向与入口来液旋转方向相反。轻质气相携带少量液体上升到气液分离腔和上部旋流腔内，继续旋流分离，密度大的液滴在离心力的作用下甩向器壁，最后从气相旋流腔底部排出并与旋流器的水相汇合排出装置，密度小的气相则处于旋流中心通过排气管道排出装置。实现同一装置内多级旋流高效气液分离。

本发明具有如下的有益效果：

本发明采用内部旋流器中嵌套气液分离腔和在气液分离腔上设置上部旋流腔的结构来实现预分离和多级旋流分离，分离性能和分离效果好；整体设计尺寸较小适用于井下空间。

下面进行详细说明：

首先，该种井下气液旋流分离装置在结构设计上具有创新性，与以往的气锚装置不同，混合相从切向入口进入旋流器内进行预分离比刚进入来液管的混合相相比，含液量有所下降，从而进一步提高整体装置的分离效果。

其次，该种井下气液旋流分离装置采用旋流器嵌套气液分离腔的结构，一方面可以实现多级旋流分离降低气相的含水率，另一方面，嵌套式结构安装方便，来气管道可以直接和井下管道通过螺纹进行连接。提高井下空间的利用率。而且运行费用低，分离过程连续。

综上所述，本发明提出的一种新型的井下气液旋流分离装置，采用来液管嵌套旋流器，旋流器嵌套气液分离腔的多层嵌套结构，在气锚装置中实现多级分离和预分离，为该领域的研究人员提供了新思路。以往的气锚结构较复杂，但是本发明的结构简单且能够实现较好的分离效果。

附图说明：

图1是本种井下气液旋流分离装置的外观图。

图2是本种井下气液旋流分离装置整体结构图。

图3是本种井下气液旋流分离装置整体剖视图。

图4是本种新型井下气液旋流分离装置结构爆炸图。

图5是来气管道结构形式图。

图6是垫圈结构示意图。

图7是切向入口盘结构示意图。

图8是上封盖结构示意图。

图9是内部旋流器结构示意图。

图10是气液分离腔结构示意图。

图11是来气管道和垫圈的连接示意图。

图12是来气管道和上部旋流腔连接示意图。

图中1-来气入口，2-一级液相出口，3-多级液相出口，4-气相出口，5-来气管道，501-切向入口外壳，502-圆柱外壳，6-垫圈，7-切向入口盘，8-上部旋流腔，9-气液分离腔，10-内部旋流器。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

首先，结合附图，对本发明所述的一种新型井下气液旋流分离装置作整体描述：该新型井下气液旋流分离装置外观为一圆柱套管结构如图1所示，具有来气入口1，一级液相出口2，多级液相出口3，气相出口4。混合相由来气管道进入旋流器的来气入口1进入分离装置内部，水相经多级分离后由一级液相出口2或二级液相出口3排出装置，气相经分离后从气相出口4排出。

结合图2，图3、图4，将其剖视后可知从内到外的顺序为气液分离腔9、内部旋流器10、垫圈6、来液管道5。从上到下的顺序为上部旋流腔8、切向入口盘7、气液分离腔9、内部旋流器10。

其次介绍各个零部件的外观，如图5、图6、图7、图8、图9、图10所示。依次为为来气管道结构形式图、垫圈结构示意图、切向入口盘结构示意图、上部旋流腔结构示意图、内部旋流器结构示意图、气液分离腔结构示意图。501为切向入口外壳，用来放置切向入口盘7，放置切向入口盘的目的是提供离心力。502为圆柱外壳用来保护来液管减轻腐蚀和磨损。上部旋流腔8不仅起到气液分离的作用，还充当气液分离腔9顶端的密封保护壳。

再次各个部件相关联的尺寸关系为内部旋流器10的柱段内径大于气液旋流腔9的最大内径。这样来液才可以进入内部旋流器10中。来气管道5和圆柱外壳502的间隙处于1~3mm范围之内。垫圈6的内径尺寸和圆柱外壳502外径相等。上部旋流腔8最大内径和气液分离腔9的最大内径相等。

最后介绍各个部件之间的连接：参见图3、图10、图11、图12和可知垫圈6固定在来气管道5内部间隙处用来密封，切向入口盘7至于切向入口外壳501中，切向入口盘7、上部旋流腔8、气液分离腔9、内部旋流器10之间均采用螺栓进行连接。并共用一个4个螺栓进行连接。

本种新型井下气液旋流分离装置工作原理如下。混合相从来气入口1进入切向入口外壳501后流经切向入口盘7，在离心力的作用下在内部旋流器10内形成旋流状态，密度较大的水相在外旋流的作用下近腔壁向下运移最后从一级液相出口2排出。同时，轻质气相在内旋流的作用下向装置的轴心运移进入气液分离腔9内和上部旋流腔8内。其旋转方向与入口来液旋转方向相反。当气相携带少量液体上升到气液分离腔9内继续旋流分离，液滴在离心力的作用下甩向器壁，最后从气相旋流腔9底部从多级液相出口3排出。气相继续运移到上部旋流腔内继续分离，分离出的液滴在一段时间后会顺着斜面聚集并向下运移到气液旋流器9底部从多级液相出口3排出。气相则通过气相出口4排出装置。从而实现同一装置内多级旋流高效气液分离。

本发明所提出的分离装置，是一种可用于高含水条件下，具有较好的气液分离效果的旋流分离装置。以往的气锚结构较复杂，但是本发明的结构简单且混合液进入旋流器内通过一次旋流分离，再由一级旋流分离的气体进入气液分离腔实现二级分离的处理方式能够实现较好的分离效果。而且设备体积小，安装方便，运行费用低，通过在旋流器内部嵌套气液分离腔，实现两级高精度气-液分离；既可应用于石油化工行业，又可用于冶金、水处理等其它领域，具有可观的推广应用前景和发展趋势。

Claims (1)

1.一种井下气液旋流分离装置，具有来气管道（5）、来气入口（1）以及气相出口（4）和一级液相出口（2）；其特征在于：所述分离装置还包括多级液相出口（3）、垫圈（6）、上部旋流腔（8）、气液分离腔（9）、切向入口盘（7）以及内部旋流器（10）；

所述来气管道（5）包含切向入口外壳（501）和圆柱外壳（502）；所述入口外壳和圆柱外壳之间留有缝隙，缝隙范围在1mm~3mm之间，所述缝隙通过置入垫圈（6）来实现密封；

所述切向入口盘（7）在上表面均匀分布4个螺纹孔，在侧面对称分布两个矩形的切向入口，所述切向入口的入口高度为整个切向入口盘的2/3；切向入口盘（7）位于切向入口外壳（501）内部；

所述上部旋流腔（8）包括平面法兰盘和漏斗状分离段；所述上部旋流腔为薄壁结构，位于所述切向入口盘的上方，通过螺栓与所述切向入口盘上的4个螺纹孔连接；

所述气液分离腔（9）包括平面法兰盘和气液分离段，所述气液分离腔为薄壁结构，和上部旋流腔（8）相连，位于上部旋流腔（8）的下方；所述气液分离腔嵌套在所述内部旋流器中心；

内部旋流器（10）包括平面法兰盘和旋流体，所述旋流体为薄壁结构；内部旋流器（10）位于切向入口外壳（502）的下方；

本装置内的组成部件按照如下方式固定，即按照轴向定位首先将内部旋流器（10）和来气管道（5）固定好，再放入切向入口盘（7），然后放入气液分离腔（9），最后放入上部旋流腔（8）；通过4个螺栓将内部旋流器（10）、来气管道、切向入口盘（7）、气液分离腔（9）以及上部旋流腔（8）相连接。

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