CN113912158A - 一种油水分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油水分离装置。该油水分离装置包括：壳体；沿壳体的纵向方向布置的至少一个相对水平方向倾斜的纵向板件，纵向板件将壳体的内腔分为流体通道；设置在纵向板件上或设置在纵向板件与壳体的内壁之间的第一引导孔，第一引导孔与流体通道连通；设置在纵向板件上或设置在纵向板件与壳体的内壁之间的第二引导孔，第二引导孔与流体通道连通，并且，第二引导孔的几何位置低于第一引导孔的几何位置；设置在壳体的纵向的下游端的收集管，收集管通过壳体的顶壁与壳体的内腔连通。该油水分离装置能实现就地处理，避免了长距离输送等问题。

Description

一种油水分离装置

技术领域

本发明涉及一种油水分离装置，具体地涉及一种用于将油相由混合物中分离出来的装置。特别是，本发明涉及一种用于油田井口采出液的油水分离装置。

背景技术

从含有多种相的混合物中分离出各种相是现代工业中普通使用的一项技术，在多种领域中都得到了广泛的应用。例如，在市政污水处理以及工业污水处理中，就经常需要对含有油和悬浮固体的污水进行分离，以便随后进行分类处理。

另外，在采油工业中，对油田采出液进行相分离更是一项重要的技术。尤其是，随着油田开发进入高含水开发期，常常需要将高含水采出液长距离输送至联合站进行集中加热脱水处理。经过上述处理合格的采出水再返输至注水站进行注水开发。上述这种高含水采出液集中处理模式存在能耗高、部分站场超负荷运行等问题，难以有效适应高含水开发阶段以水为主的处理需求。

为了解决上述集中处理模式产生的问题，井下分水技术得到了发展。一般采用井下旋流分离器使油井混合液加速旋转，利用密度差和重力分离原理将油水分离，低含水油举升至地面，低含油采出水(含油约300mg/L)回注到注入层，在同一井筒内实现注入、采出同步进行，一井两用。目前该技术已被业界使用。但是，上述方法存在对井身结构要求高、井下分离效果难以监测、设备费用高等问题，自身发展缓慢，推广应用困难。

发明内容

本发明旨在提供一种井口油水分离装置。尤其是，本发明旨在提供一种用于对油田井口采出液进行相分离的装置。该装置结构简单、占地面积小，不需要加药，不需要曝氧，能在密闭条件下，通过物理方法实现对井口采出液就地分水、就地处理，以节约投资、降低运行费用、提高经济效益。

根据本发明，提出了一种油水分离装置，包括：

壳体，

沿壳体的纵向方向布置的至少一个相对水平方向倾斜的纵向板件，纵向板件将壳体的内腔分为流体通道，

设置在纵向板件上或设置在纵向板件与壳体的内壁之间的第一引导孔，第一引导孔与流体通道连通，

设置在纵向板件上或设置在纵向板件与壳体的内壁之间的第二引导孔，第二引导孔与流体通道连通，并且，第二引导孔的几何位置低于第一引导孔的几何位置，

设置在壳体的纵向的下游端的收集管，收集管通过壳体的顶壁与壳体的内腔连通。该油水分离装置设置在油田井口，用于接收井口采出液，该纵向板件设置在壳体的内腔中。在油田采出液于壳体内纵向流动时，分散于水中的小油滴经碰撞聚结和湿润聚结，变成较大油滴，在浮力作用下沿着倾斜设置的纵向板件的下壁面浮升，并由第一引导孔升至壳体的上部空间内，形成油层，油层由多个收集管多次收集后排出；水中的细小悬浮固体经碰撞聚并，粒径变大，在重力作用下沿着纵向板件的上壁面下滑，并由第二引导孔引导沉降至壳体的下部空间内；水则在壳体的中部流动，实现了有效的油水分离，以及水和悬浮固体的初步分离。

根据本发明的一个优选的实施例，各纵向板件包括两个相对间隔式设置的翼型板，各翼型板的内端高于外端而倾斜式设置，并且各翼型板包括从内端到外端方向上依次连接的翼头分板、翼中分板和翼尾分板，匹配的两个翼型板的翼头分板之间形成第一引导孔，而在各翼尾分板与壳体的内壁之间形成第二引导孔。

根据本发明的一个优选的实施例，在翼型板的至少翼中分板的下表面上设置有亲油覆层。

根据本发明的一个优选的实施例，在壳体的内腔中叠摞式设置多个上下间隔的纵向板件，不同的纵向板件所对应形成的第一引导孔贯通式连通。

根据本发明的一个优选的实施例，位于上端的翼头分板的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度相较于位于下端的翼头分板的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度大，

或/和，在从上到下方向上，翼尾分板的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度逐渐增加。

根据本发明的一个优选的实施例，在从上到下方向上，相邻的翼中分板的之间的竖向距离逐渐减小或相同。

根据本发明的一个优选的实施例，在处于下端的至少一个纵向板件的翼中分板上设置有上下均与流体通道连通的连通孔。

根据本发明的一个优选的实施例，翼中分板包括多个不在同一直线上的折线段，相邻的折线段固定连接。

根据本发明的一个优选的实施例，相邻的折线段的上表面之间所形成的角度处于130到240度的范围内。

根据本发明的一个优选的实施例，翼头分板的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度处于30到85度的范围内，

或/和翼尾分板的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度处于30到85度的范围内，

或/和翼中分板的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度15到60度的范围内，

或/和在壳体的下游端纵向间隔式设置多个收集管，在从上游到下游的方向上，相邻收集管之间的间距相等或逐渐增大。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的油水分离装置；

图2显示了根据本发明的一个实施例的油水分离装置的轴向截面图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的纵向板件的轴向截面图；

图4显示了根据本发明的一个实施例的纵向板件的纵向俯视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。为方便理解，在下文中将结合用于对油田井口采出液(主要相为油、水和悬浮固体)进行相分离的装置来对本发明的原理进行说明。

图1显示了根据本发明的一个实施例的油水分离装置100。该油水分离装置100设置在井口处，用于将引导到其中的油田采出液进行分离，从而输出油相和水与悬浮固体的混合物相。

如图1所示，该油水分离装置100构造为卧式分离器，包括大致圆柱形的壳体10。需要说明的是，在另外的未示出的实施例中，壳体10也可以形成为四边形或其它形状。在壳体10内布置有至少一个纵向板件20。该纵向板件20沿壳体10的纵向方向(即图1中的左右延伸的方向)延伸，并相对于水平方向(图2中的左右延伸的方向)倾斜式布设，以将壳体10的内腔分为不同的流体通道30，如图2所示。在纵向板件20上或在纵向板件20与壳体10的内壁之间设置第一引导孔40。同时，在纵向板件20上或在纵向板件20与壳体10的内壁之间设置第二引导孔50。其中，第一引导孔40和第二引导孔50均与流体通道30连通。并且，第二引导孔50的几何位置低于相应的第一引导孔40的几何位置。在壳体10的下游端设置有收集管60。该收集管60与壳体10的上部空间连通，以用于向外输送储存在该处的油相。而壳体10的下游端用于向外输送水和悬浮固体混合物相。

在工作过程中，需要被分离的流体(在该实施例中为油田井口采出液)通过油水分离装置100的入口(图1中的左端口)进入到流动通道30内。流体在流经流动通道30之后，小油滴经碰撞聚结和湿润聚结，聚集在纵向板件20的下表面，继续聚集而形成油膜，在浮力作用下上浮，并沿着第一引导孔40升至壳体10的上部空间内。流体在流经流动通道30之后，水中的悬浮固体，经碰撞聚并，粒径变大后，在重力作用下经过纵向板件20的上壁面下滑，沿着第二引导孔50下沉到壳体10的下部空间内。从而，使得被分离的油相通过收集管60输出，而水携带有悬浮固体的混合相从油水分离装置100的下游端出口(即图1中的右端)流出。该油水分离装置100能实现井口采出液就地分水、就地处理，避免了采出水长距离往返输送等问题。通过该油水分离装置100将井下分水技术转移到井口底面上，有效规避了井下分水技术的局限性。同时，该油水分离装置100很少能受到井场以及其它作业限制，可以方便地应用于任何需要的井场。再有，该油水分离装置100本身结构简单，工艺流程简洁，投资低，占地小，可以很好的满足井口采出液就地分水的需要。

根据本发明，如图2所示，各纵向板件20包括两个配对式设置的翼型板21。这两个翼型板21相对式间隔分布，如图3所示。优选地，翼型板21的内端高于外端而倾斜式设置。如图3所示，各翼型板21包括从内端(接近于壳体10的中心的一端)到外端(与所述内端背离并远离壳体10的中心的一端)方向上依次连接的翼头分板22、翼中分板23和翼尾分板24。其中，如图4所示，配对的两个翼型板21左右间隔式设置，以使得翼头分板22之间形成第一引导孔40。翼尾分板24与壳体10的内壁之间形成第二引导孔50。进一步优选地，各纵向板件20的两个翼型板21关于壳体10的纵向中心线对称式分布，以使得第一引导孔40与壳体10的内空间的几何最高位置相对应，有助于油相排出并存储到壳体10的内腔上部空间中。在实际工作过程中，采出液进入到壳体10的内腔中后，流经纵向板件20，向上浮出来的油滴中的多数会聚集在翼中分板23的下表面，聚集的油滴会在浮力作用下沿着翼中分板23的斜面向上滑脱，在滑脱到翼头分板22后，将油滴从采出液中分离出去，而进入到壳体10的上部空间；而在翼型板21的上表面，悬浮固体由翼中分板23的上表面向下滑动，并由翼尾分板24引导进入到壳体10的下部空间内。这种结构的纵向板件20能很好的实现油水分离。

需要说明的是，本申请并不限定于上述的纵向板件20结构方式。也就是说，纵向板件20还可以构造为其它结构。例如，纵向板件20可以包括与上述自身结构相同的两个翼型板，但是翼型板在壳体10的内腔中的布设方式为内端低于外端倾斜式设置，以在壳体10的内腔中形成大体的“V”型结构(图中未示出)。这种形式相当于将图2中所述的油水分离装置100沿着周向旋转180度。容易理解地，对应这种“V”型的纵向板件20，第一引导孔设置在翼尾分板与壳体10的内壁之间，而第二引导孔设置在配对的两个翼型板的翼头分板之间。再例如，纵向板件20还可以构造为在轴向截面上的折线波浪状。此形式中，第一引导孔靠近或者设置在波峰处而第二引导孔靠近或者设置在波谷处。这两种不同结构的纵向板件20也是利用了油相相对轻而上浮的原理，与图2所示的倒“V”型纵向板件20的工作原理相类似，在此不再赘述。

但是，相对于图2所示的倒“V”型的纵向板件20，折线型的纵向板件布设略显复杂，尤其在壳体10的内部尺寸有限的情况下，分离效果并不突出。而“V”型的纵向板件使得油相从纵向板件的两端上浮，相对于图2这种中间上浮的方式，降低了油滴之间的碰撞几率，聚结效率偏低，而且中间上浮的方式能更好的将油相聚集在壳体10的上部内空间内。由此，图2中所示的这种倒“V”型的纵向板件20不仅结构简单，布设容易，还具有很高的排油效率。

根据本发明，在翼型板21的下表面上设置有亲油覆层。例如，该亲油覆层为纳米二氧化硅层。通过这种设置能使得小油滴更容易聚集在翼型板21的下表面上，有助于提高油水分离的效率和效果。

如图2所示，在壳体10的内腔中设置多个纵向板件20。多个纵向板件20上下间隔式布设，也就是，多个纵向板件20以一定的间距上下叠摞设置。其中，不同的纵向板件20所对应的第一引导孔40互相对应，并上下贯通式连通，也就是，同侧的翼头分板22的内端在同一竖向延伸的直线上。例如，第一引导孔40的出口横向尺寸(是指图2中的两个配对的翼头分板22的内端点之间的距离)可以为5-50mm。第二引导孔50的出口端(与图2中的翼尾分板24的外端一致)的横向尺寸(是指图2中的翼尾分板24的外端点到壳体10的内腔的最短距离)可以为3-50mm。这种多层纵向板件20的结构形式，具有大幅度提高油水分离效率的功能。

在本申请中，横向截面中，不同的纵向板件20的翼头分板22的倾斜程度不相同。具体地，翼头分板22的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度在从上到下方向上逐渐减小。需要说明的是，在本申请的图2所示的实施例中，由于翼头分板22为直线板，则上述角度指的是翼头分板22自身与水平方向所形成的夹角，在图2中用a表示。上述设置使得位于上端的第一引导孔40的下部分相对于其下端的第一引导孔40的下部分具有向内收紧的趋势，在上端油相对于下端油丰富的情况下，对油相的限制越来越小，有助于油相上浮。

在一个优选地实施例中，翼头分板22的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度为30-85度。例如，图2中，最上端的翼头分板22与水平方向的角度为85度，而最下端的翼头分板22与水平方向的角度30度。

横向截面中，不同的纵向板件20的翼尾分板24的倾斜程度也不相同。具体地，在从上到下方向上，翼尾分板24的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度(图2中以b标识)逐渐增加。也就是说，位于上端的翼尾分板24相对于水平方向的夹角比较小，而位于下端的翼尾分板24相对于水平方向的夹角比较大以更趋于直角，使得悬浮固体更容易地滑入到壳体10的下空间内。上述设置方式提高了悬浮固体的下滑效率，进而提高了分离效果。

在一个优选地实施例中，翼尾分板24的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度为30-85度。例如，图2中，最上端的翼尾分板24与水平方向的角度为30度，而最下端的翼尾分板24与水平方向的角度85度。

根据本申请，在壳体10的内腔中，上下相邻的纵向板件20的之间的间距可以是定值也可以是变化的值。例如，在从上到下方向上，相邻的翼中分板23之间的竖向距离逐渐减小。也就是说，在壳体10的内空间的下端相较于上端，纵向板件20的分布更加密集。这种设置优化了纵向板件20的布设，在分离过程中，壳体10的下部空间的油滴比上部空间粒径小，通过比较密集的纵向板件20可以增加油滴的碰撞机率，缩短油滴的运移距离，从而有助于提高油滴聚结效果。

根据本发明，在处于下端的至少一个纵向板件20的翼中分板23上设置有与流通通道30连通的连通孔(图中未示出)。连通孔具体设置在哪个纵向板件20上，可以根据实际工作需要进行一定调整。例如，在如图2所示的具有上下八个纵向板件20的实施例中，可以在位于下端的三个纵向板件20的翼中分板23上设置连通孔。具体地，该连通孔可以是钻设在翼中分板23上的通孔，该通孔在翼中分板23的纵向方向上间隔式设置。这种设置可以在壳体10的下部空间内增加采出液的扰动，有助于油滴碰撞聚结。

根据本发明，翼中分板23的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度(在图2中以c表示)为15-60度，例如，可以为35度。

根据本发明，翼中分板23可以为直线板，还可以为折线板并包括多个不在同一直线上的折线段25。优选地，相邻的折线段25的上表面之间所形成的角度(在图中用d表示)处于130到240度的范围内。这种设置使得翼中分板23的自身变化趋势比较平缓，不至于影响油相上浮以及悬浮固体下滑。但是，这种设置可以在一定范围内适当增加翼中分板23与油滴的接触面积，进而提高油水分离效率。

本申请中，在壳体10的下游端间隔式设置多个(例如，三个或四个)收集管60，及时收油，避免了相间的干扰。可以等距离间隔设置收集管60，还可以非等距离间隔设置收集管60。例如，在从上游到下游的方向上，相邻收集管60之间的间距逐渐增大。在收集管60上设置阀门，以控制分水比例。

在实际生产过程中，油水分离装置100的尺寸可以进行适当的调整。

在一个实施例中，壳体10的纵向长8m，内直径200mm。壳体10内，在竖向，上下等距离设置八层纵向板件20。最上端的第一层的纵向板件20的最上端距壳体10的内壁最高点20mm。上下相邻两层纵向板件20之间的竖向距离为20mm。第一引导孔40的出口横向尺寸为10mm。第二引导孔的出口的横向尺寸为5mm；在壳体10的下游端顶壁上等距离设置内直径100mm的油相收集管60共3根，相邻两根油相收集管60相距800mm。

实施例2

井口分水结构参数设计如下：壳体10长12m，内直径250mm。壳体10内，上下间隔式设置8层纵向板件20。最上端的第一层的纵向板件20的最上端距壳体10的内壁最高点30mm。第一层和第二层纵向板件20之间的距离为20mm。第一引导孔40的出口横向尺寸为12mm。第二引导孔的出口宽6mm。在壳体10的下游端顶壁上等距离设置内直径150mm的油相收集管60共4根，相邻两根油相收集管60相距1000mm。

试验显示，根据本申请的油水分离装置100，用于处理原油密度0.88g/cm³、含水95％的井口采出液，油水分离装置100能够分出70％以上的采出水，出水含油≤30mg/L，具有非常好的油水分离效果。

尽管在上文中结合用于对井口采出液进行相分离的装置来对本发明的原理进行了说明，然而可以理解，本发明的原理可同样地用于市政污水以及工业污水的处理。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种油水分离装置，其特征在于，包括：

壳体，

沿所述壳体的纵向方向布置的至少一个相对水平方向倾斜的纵向板件，所述纵向板件将所述壳体的内腔分为流体通道，

设置在所述纵向板件上或设置在所述纵向板件与所述壳体的内壁之间的第一引导孔，所述第一引导孔与所述流体通道连通，

设置在所述纵向板件上或设置在所述纵向板件与所述壳体的内壁之间的第二引导孔，所述第二引导孔与所述流体通道连通，并且，所述第二引导孔的几何位置低于所述第一引导孔的几何位置，

设置在所述壳体的纵向的下游端的收集管，所述收集管通过所述壳体的顶壁与所述壳体的内腔连通。

2.根据权利要求1所述的油水分离装置，其特征在于，各所述纵向板件包括两个相对间隔式设置的翼型板，各所述翼型板的内端高于外端而倾斜式设置，并且各所述翼型板包括从内端到外端方向上依次连接的翼头分板、翼中分板和翼尾分板，匹配的两个所述翼型板的所述翼头分板之间形成所述第一引导孔，而在各所述翼尾分板与所述壳体的内壁之间形成所述第二引导孔。

3.根据权利要求2所述的油水分离装置，其特征在于，在所述翼型板的下表面上设置有亲油覆层。

4.根据权利要求2或3所述的油水分离装置，其特征在于，在所述壳体的内腔中叠摞式设置多个上下间隔的所述纵向板件，不同的所述纵向板件所对应形成的所述第一引导孔贯通式连通。

5.根据权利要求4所述的油水分离装置，其特征在于，位于上端的所述翼头分板的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度相较于位于下端的所述翼头分板的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度大，

或/和，在从上到下方向上，所述翼尾分板的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度逐渐增加。

6.根据权利要求4或5所述的油水分离装置，其特征在于，在从上到下方向上，相邻的所述翼中分板的之间的竖向距离逐渐减小或相同。

7.根据权利要求4到6中任一项所述的油水分离装置，其特征在于，在处于所述下端的至少一个所述纵向板件的所述翼中分板上设置有上下均与所述流体通道连通的连通孔。

8.根据权利要求2到7中任一项所述的油水分离装置，其特征在于，所述翼中分板包括多个不在同一直线上的折线段，相邻的所述折线段固定连接。

9.根据权利要求8所述的油水分离装置，其特征在于，相邻的所述折线段的上表面之间所形成的角度处于130到240度的范围内。

10.根据权利要求2到9中任一项所述的油水分离装置，其特征在于，所述翼头分板的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度处于30到85度的范围内，

或/和所述翼尾分板的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度处于30到85度的范围内，

或/和所述翼中分板的两端点之间的连线与水平方向所形成的角度15到60度的范围内，

或/和在所述壳体的下游端纵向间隔式设置多个所述收集管，在从上游到下游的方向上，相邻收集管之间的间距相等或逐渐增大。

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