CN112480958A - 一种轴流式油水分离装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴流式油水分离装置及方法，属于石油领域，具有结构简单、分离效率高、压降低的优点，包括第一腔体、第二腔体和导流部，导流部安装于第一腔体内，第一腔体具有入口和出口，导流部的靠近第一腔体入口的一端呈圆弧形；第二腔体套接于第一腔体的外侧，包覆于第二腔体内的第一腔体外壁开设长条形开口以连通第一腔体和第二腔体。

Description

一种轴流式油水分离装置及方法
技术领域
本发明属于石油领域，具体的，涉及一种轴流式油水分离装置及方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
现今随着油田的开采，我国大多数油田都已进入中、高含水阶段，油井采出液含水率普遍高达80％以上，一些甚至达到90％以上。随着采出液含水量的提高，油田现有处理设备负荷增加，处理费用逐年增加，经济效益降低。
但发明人发现，目前常规油水旋流分离装置多采用切向入口、锥形结构。切向式入口湍流较为严重，分散相液滴容易破碎。一旦液滴破碎成足够小的小液滴，将很难实现油水的分离，严重降低了分离效率。而且切向入口增加了其径向的尺寸，由于径向尺寸过大，难以安装在直径较小的管柱内。如果仅仅是对常规切向入口油水旋流分离装置结构尺寸等比例缩小，这样不但会降低其处理量，而且会增大压降、降低整体的分离效率；锥形结构对分离装置内部湍流运动有削弱作用，能够降低油滴剪切破碎的可能性，但由于锥形分离装置的中心油核容易从轴向连接的底流口直接溢出，反而降低了分离效率。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高含水原油预分离装置，使其具有结构简单、分离效率高、压降低的优点。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的技术方案提供了一种轴流式油水分离装置，包括第一腔体、第二腔体和导流部，导流部安装于第一腔体内，第一腔体具有入口和出口，导流部的靠近第一腔体入口的一端呈圆弧形；第二腔体套接于第一腔体的外侧，包覆于第二腔体内的第一腔体外壁开设长条形开口以连通第一腔体和第二腔体。
第二方面，本发明的技术方案还提供了一种轴流式油水分离方法，使用如第一方面所述的轴流式油水分离装置，油水混合相沿第一腔体的入口进入分离装置，流至导流叶片处，油水混合相首先接触半球形挡板；之后，在导流叶片的导向作用下，产生强旋流场，由于密度差异，油水两相受到不同大小的离心力，从而在旋流腔中分离；其中，水相向第二腔体的方向聚集，密度较小的油相则向第一腔体腔体轴心处聚集，水相经条形开口流出进入第二腔体，从第二出口流出；油相通过向内延伸的溢流管从第二开口流出。
上述本发明的技术方案的有益效果如下：
1)本发明中，为了避免分散相液滴容易破碎，液滴破碎成足够小的小液滴导致的分层不明显从而降低分离效率。本实施例中，通过设置导流部实现避免液滴破碎的效果。
2)本发明中，相对于传统的油水混合相分离手段，本实施例中，使用导流部替代切向入口，导流部具有多个导流叶片，因此导流部在尺寸降低时可以通过改变叶片参数的方法提升处理量，导流部的尺寸方便控制，可以安装在直径较小的管柱内而不影响处理效率。
3)本发明中，油水混合相首先接触半球形挡板，防止油水混合相与导向叶片进口处的横断截面产生硬性碰撞，减小绕流阻力从而减小压降损失，同时避免混合相被破坏形成小液滴。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书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例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的整体结构沿第一腔体中轴线剖切得到的截面图，
图2是本发明根据一个或多个实施方式的导流部立体示意图。
图中：1-第一腔体的入口，2-导流部，3-旋流腔，4-第二腔体，5-条形开口，6-溢流管，7-底流管，8-导流叶片，9-半球形挡板。
为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
正如背景技术所介绍的，针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高含水原油预分离装置，使其具有结构简单、分离效率高、压降低的优点。
实施例1
本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，本发明公开了一种轴流式油水分离装置，包括第一腔体、第二腔体4和导流部2，第一腔体具有入口1和出口，第二腔体4套接于第一腔体的外侧，且第二腔体4套接第一腔体处靠近第一腔体的出口处，包覆于第二腔体4内的第一腔体外壁开设长条形开口5以连通第一腔体和第二腔体4，
第一腔体呈圆筒形，第二腔体4也呈圆筒形，第一腔体和第二腔体4同轴，第二腔体4的内径大于第一腔体的外径。第一腔体的第二端面和第二腔体4的第二端面重合，第一腔体的长度大于第二腔体4的长度。条形开口5在第一腔体环形阵列有多个。第一腔体的第一端面具有入口1，第一腔体的第二端面具有第一出口，第二腔体4靠近还具有第二出口，因此第一腔体和第二腔体4均为非封闭式容器，在任意入口1或出口与外界连通的情况下可以保证第一腔体和第二腔体4内的气压与外界大气压相同，在入口1和出口均封闭的情况下，可以保证第一腔体和第二腔体4内气压独立。可以理解的是，位于第一腔体内的油水混合相能够进入第二腔体4内，并从第一出口和第二出口的流至外界环境中。
本实施例用于油水分离，此处的油水分离特指石油和石油中的水分的分离，一般操作是将混合相充分旋流，利用油水密度不同的特点，经过旋流的油水混合相会自然分层，从而达到的油水分离的效果。
为了避免分散相液滴容易破碎，液滴破碎成足够小的小液滴导致的分层不明显从而降低分离效率。本实施例中，通过设置导流部2实现避免液滴破碎的效果。
具体的，导流部2包括导流叶片8、半球形挡板9和叶片座，叶片座呈圆柱状，叶片座的一端连接半球形挡板9，且叶片座和半球形挡板9的直径相同，叶片座的端部与半球形挡板9平滑连接，多个导流叶片8均匀地布置于叶片座的侧面。
可以理解的是，导流叶片8是对的进入第一腔体的油水混合相进行导流的管件部件，经过导流叶片8的油水混合相会随着导流叶片8所确定的方向运动，本实施例中，导流叶片8的出口角为30°(也可以是20°～30°)，叶片包角为150°(也可以是120°～160°)，叶片数量为3(也可以是3～6)。
第一腔体入口1、半球形挡板9、叶片座同轴。
第一腔体内，从安装旋流部处至条形开口5处为旋流腔3。
本实施例中，第一腔体的入口1内径50mm，旋流腔3长度500mm(也可以是300mm～700mm)，第二腔体4内径80mm，第二腔体4长度150mm。
第一开口连接有溢流管6，溢流管6插入第一腔体内，溢流管6内径20mm(也可以是14mm～22mm)，溢流管6插入第一腔体内的深度为150mm(也可以是0mm～200mm)，
第二开口连接底流管7，底流管7内径32mm。
本实施例中，条形开口5宽度为4mm(也可以是2mm～6mm)，条形开口5长度为100mm(也可以是50mm～150mm)，条形开口5数量为4(也可以是2～5)。
实施例2
本发明的一种典型的实施方式中，本发明公开了一种轴流式油水分离方法，使用如实施例1所述的一种轴流式油水分离装置，油水混合相沿第一腔体的入口1进入分离装置，流至导流叶片8处，油水混合相首先接触半球形挡板9，这是防止油水混合相与导向叶片进口处的横断截面产生硬性碰撞，造成油滴剪切破碎以及压降损失增大；之后，在导流叶片8的导向作用下，产生强旋流场。由于密度差异，油水两相受到不同大小的离心力，从而在旋流腔3中分离。其中，密度较大的水相向分离装置内壁聚集，密度较小的油相则向分离装置轴心处聚集。靠近壁面的水相经条形开口5流出进入第二腔体4，进而从第二出口流出；油相则通过向内延伸的溢流管6从第二开口流出。
相对于传统的油水混合相分离手段，本实施例中，使用导流部2替代切向入口1，导流部2具有多个导流叶片8，因此导流部2在尺寸降低时可以通过改变叶片参数的方法提升处理量，导流部2的尺寸方便控制，可以安装在直径较小的管柱内而不影响处理效率；本实施例中，油水混合相首先接触半球形挡板9，防止油水混合相与导向叶片进口处的横断截面产生硬性碰撞，减小绕流阻力从而减小压降损失，同时避免混合相被破坏形成小液滴。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种轴流式油水分离装置，其特征在于，包括第一腔体、第二腔体和导流部，导流部安装于第一腔体内，第一腔体具有入口和出口，导流部的靠近第一腔体入口的一端呈圆弧形；第二腔体套接于第一腔体的外侧，包覆于第二腔体内的第一腔体外壁开设长条形开口以连通第一腔体和第二腔体。
2.如权利要求1所述的轴流式油水分离装置，其特征在于，所述导流部包括导流叶片、半球形挡板和叶片座，叶片座呈圆柱状，叶片座的一端连接半球形挡板，且叶片座和半球形挡板的直径相同，叶片座的端部与半球形挡板平滑连接，多个导流叶片均匀地布置于叶片座的侧面。
3.如权利要求2所述的轴流式油水分离装置，其特征在于，所述第一腔体入口、所述半球形挡板、所述叶片座和所述第一腔体的出口同轴。
4.如权利要求1所述的轴流式油水分离装置，其特征在于，所述第一腔体和所述第二腔体均呈圆筒形，所述第一腔体和所述第二腔体同轴，所述第二腔体的内径大于所述第一腔体的外径。
5.如权利要求4所述的轴流式油水分离装置，其特征在于，所述第一腔体的第二端面和所述第二腔体的第二端面重合，所述第一腔体的长度大于所述第二腔体的长度。
6.如权利要求1所述的轴流式油水分离装置，其特征在于，所述第一腔体的第一端面开设入口，所述第一腔体的第二端面开设第一出口，所述第二腔体开设第二开口。
7.如权利要求6所述的轴流式油水分离装置，其特征在于，所述第二开口开设于所述第二腔体的侧面。
8.如权利要求6所述的轴流式油水分离装置，其特征在于，所述第一开口连接有溢流管，溢流管插入第一腔体内，第二开口连接底流管。
9.如权利要求1所述的轴流式油水分离装置，其特征在于，所述条形开口在所述第一腔体环形阵列有多个。
10.一种轴流式油水分离方法，其特征在于，使用如权利要求1～9任意一项所述的轴流式油水分离装置，油水混合相沿第一腔体的入口进入分离装置，流至导流叶片处，油水混合相首先接触半球形挡板；之后，在导流叶片的导向作用下，产生强旋流场，由于密度差异，油水两相受到不同大小的离心力，从而在旋流腔中分离；其中，水相向第二腔体的方向聚集，密度较小的油相则向第一腔体轴心处聚集，水相经条形开口流出进入第二腔体，从第二出口流出；油相通过向内延伸的溢流管从第二开口流出。
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