CN201429438Y - 原油多相流自动分离计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种原油多相流自动分离计量装置。其主要结构特征气液分离罐顶部通过气路连接管与气液卧式分离罐连通，底部通过液路连接管与气液卧式分离罐连通，油气液位控制罐上部设置气相连通管与气液卧式分离罐连通；下部设置液相连接管、液相出口连接管与气液卧式分离罐连通；顶部通过气体出口连接管依次与气体流量计、气液缓冲罐的顶部相连通。气液缓冲罐下部通过液相出口连接管与油气液位控制罐连通，液相出口连接管装有液流量计和油水气组分仪。本实用新型适用于任何流型的油、水、气三相自动分相在线计量，尤其是高含气来液、间歇来液、及气液变化比较大的气液混输多相流量测量，其分离后液相含气低于0.5％，有利于液量仪表的精确测量，液相测量误差可达到±0.5～1％。

Description

原油多相流自动分离计量装置

技术领域

本实用新型涉及一种原油多相流自动分离计量装置，尤其是油井油、水、气多相流自动分离计量装置。

背景技术

在已有的技术中，原油三相分离器是应用最早、最广泛、也是最基本的油水气分离计量装置，但目前油田所用的三相分离器体积大、结构复杂，且工作效率低、运行稳定性和安全性差，其主要原因是由于分离器内液位控制不稳定，尤其是受分离器进口流态的影响比较大，从而导致气液实际分离效率大大降低。

中国专利公开了一种“原油多相流量计”(专利号为：ZL200720032795.X)，该装置已经在陆上油田的生产中得到成功应用，但是，上述装置对于油田开发初期高含气高产油井计量，尤其是对于油气比大于150的油井计量，测量误差受气液变化影响，因此，其技术有一定的局限性。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的缺点和局限性而提供一种油井多相流自动分离计量装置。该计量装置适用于单井、气液混输等任何流型的油、水、气三相自动分离在线计量，尤其是高含气、高产油井的油水气分相计量。

本实用新型的目的可通过如下措施来实现：

一种原油多相流自动分离计量装置，由气液分离罐、气液卧式分离罐、油气液位控制罐、气液缓冲罐、气体流量计、液体流量计、油水气组分仪组成。气液进口与气液分离罐内的旋流分离器相连，罐体顶部气路连接管通过气路连接法兰与气液卧式分离罐连通，底部通过液路连接法兰、液路连接管与气液卧式分离罐底部连通，且其底部接排污阀；油气液位控制罐上部设置气相连通管，通过气相连接法兰与气液卧式分离罐连通；下部设置液相连接管和液相出口连接管和液相连接管通过液相连接法兰与气液卧式分离罐连通；顶部通过气体出口连接管依次与气体流量计、气液缓冲罐的顶部相连通；气液缓冲罐下部通过液相出口连接管与油气液位控制罐连通，液相出口连接管装有液流量计和油水气组分仪；气液缓冲罐底部设置气液出口，气液分离罐底部的分离罐支架、油气液位控制罐底部的控制罐底座分别座落在撬装底座上。

上述旋流分离器为矩形螺旋结构，设有矩形螺旋管、旋流内管、旋流外管和导流器；矩形螺旋管螺旋于旋流内管的外壁和旋流外管的内壁，组成套管形，竖直置于气液分离罐内，且中心对称。

上述气液卧式分离罐的左端置有倾斜波纹状的气液分离整流板，气液分离整流板上部设有除雾器，左端还设有来液溢流器和气液分隔板，气液分隔板位于来液溢流器上方；气液卧式分离罐的右端设有挡流板和液堰溢流板；气液卧式分离罐顶部设有安全阀，底部设有排污阀。

上述波纹状的气液分离整流板右倾角Φ小于90°，其上端与来液溢流器和液堰溢流板等高，下端离气液卧式分离罐底部有一定高度。

上述油气液位控制罐顶部设有顶部端盖，顶部端盖的顶部设有气体出口连接管，罐内，气体连接管进口处置有气体导向环；上阀座连接管两端分别与气体出口连接管和上阀座连接；上阀座中心有上阀孔，下部设有下阀座，下阀座中心有下阀孔；上阀体与下阀体为光滑球面形或圆台形，其最小外径大于阀孔的内直径；上阀芯和下阀芯为圆锥体，上阀芯和下阀芯的底面与上阀体与下阀体光滑过渡连接；浮球为空心球体或空心圆柱体，上阀芯、上阀体和下阀芯、下阀体与浮球联杆连接，浮球联杆穿接浮球，浮球连杆为直径小于阀体的直径的圆管，浮球联杆的两端分别与上阀体与下阀体中心对称光滑过渡连接，上阀芯和下阀芯分别浮居于上阀孔或下阀孔中，并可上下自由浮动；罐底设置液放空阀。

本实用新型相比现有技术具有如下优点：

1、本实用新型适用于任何流型的油、水、气三相自动分相在线计量，尤其是高含气来液、间歇来液、及气液变化比较大的气液混输多相流量测量，其分离后液相含气低于0.5％，有利于液量仪表的精确测量，液相测量误差可达到±0.5～1％。

2、本实用新型在气液分离罐与油气液位控制罐间设立气液卧式分离罐，延长了油气混合液重力分离的时间，大大提高气液分离效率；

3、本实用新型长期运行安全、稳定、可靠：整个装置内外部无辅助电控系统(无源控制)和传动部件，且压力损失小；

4、本实用新型的测量量程宽，量程比可达到1∶30以上，且测量线性、重复性好。

5、本实用新型的结构简单、体积小、重量轻、拆装便捷省时、维修简便，便于车载或撬装使用。

6、本实用新型的分相测量平稳，计量精度不受气液流型和流体状态影响。

附图说明

图1是原油多相流自动分离计量装置结构示意图。

图2是图1旋流分离器结构示意图。

图3是图1气液卧式分离罐结构示意图。

图4是图1油气液位控制罐结构示意图。

附图标记说明如下：

1-气液进口  2-气液分离罐  3-旋流分离器  4-气路连接管  5-气路连接法兰  6-气液卧式分离罐  7-气相连接法兰  8-安全阀  9-气相连通管10-油气液位控制罐  11-气体出口连接管  12-气体流量计  13-气液缓冲罐14-气液出口  15-油水气组分仪  16-液体流量计  17-液相出口连接管18-液相连接管  19-液相连接法兰  20-撬装底座  21-排污阀  22-液路连接管  23液路连接法兰  24-分离罐支架  25-控制罐底座

30-矩形螺旋管  31-导流器  32-旋流内管  33-旋流外管

34-液溢流器  35-气液分隔板  36-除雾器  37-分离整流板  38-气液重力分离室  39-液相室

40-挡流板  41-液堰溢流板

42顶部端盖  43-上阀孔  44-上阀座连接管  45-上阀座  46-上阀芯47-上阀体  48-浮球连杆  49-浮球  50-下阀体  51下阀芯  52下阀座气53-液放空阀  54-下阀孔  55-体导向环

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型再作进一步的描述：

如图1所示，一种原油多相流自动分离计量装置，由气液分离罐2、气液卧式分离罐6、油气液位控制罐10、气液缓冲罐13、气体流量计12、液体流量计16、油水气组分仪15组成。气液进口1与气液分离罐2内的旋流分离器3相连，罐体顶部气路连接管4通过气路连接法兰5与气液卧式分离罐6连通，底部通过液路连接管22、液路连接法兰23与气液卧式分离罐6底部连通，且其底部接排污阀21。油气液位控制罐10上部设置气相连通管9，通过气相连接法兰7与气液卧式分离罐6连通；下部设置液相连接管18、液相出口连接管17，液相连接管18通过液相连接法兰19与气液卧式分离罐6连通；顶部通过气体出口连接管11依次与气体流量计12、气液缓冲罐13的顶部相连通。气液缓冲罐13下部通过液相出口连接管17与油气液位控制罐10连通，液相出口连接管17装有液流量计16和油水气组分仪15；气液缓冲罐13底部设置气液出口14，气液分离罐2底部的分离罐支架24、油气液位控制罐10底部的控制罐底座25分别座落在撬装底座20上。

本实用新型采用了三罐气液分离技术和无源控制技术，用离心旋流分离技术实现对气液混合液中游离气的完全分离和部分孵化气的自动分离，用卧式分离器技术实现气液再次重力分离，采用浮球液位控制技术，借助出口汇管的高度和流阻形成的差压，通过控制罐内液位高低直接控制气体、液体出口的流量，从而实现气液分相精确计量。

参照图2，旋流分离器3为矩形螺旋结构，设有矩形螺旋管30、旋流内管32、旋流外管33和导流器31；矩形螺旋管30螺旋于旋流内管32的外壁、旋流外管33的内壁，组成套管形，竖直置于气液分离罐2内，且中心对称。

混合流体通过气液进口1切向进入置于气液分离罐2内的旋流分离器3，通过旋流分离器3的分离初步实现气液分离；经过旋流离心分离的含气液体在惯性——重力和离心力的作用下沿分离器外管33内继续离心分离，从旋流外管33旋流落下来的液体能顺气液分离罐2内壁流下，使液体内少量余留气体进一步析出。液体顺着气液分离罐2内壁流下，而旋流分离器3分离的气体则上流到气液分离罐2顶部，并经气路连接管4进入油水气卧式分离罐6；由此经旋流分离器3的离心分离，管线来的气液混合液中的游离气可达到完全分离以及大部分孵化气离心分离，保证了气、液分离效果。

参照图3，在气液卧式分离罐6的左端(气液进口端)依次设有来液溢流器34、气液分隔板35、除雾器36和2块倾斜波纹状的气液分离整流板37；来液溢流器34为倒喇叭形结构，开口向上，设置的目的是为了分散来液溢流的动能，促进气液再次分离；气液分隔板35位于来液溢流器34的上方，其目的是为了避免被分离的气液二次混合；除雾器36置于分离整流板37上部，除雾器36是由金属丝网组成，主要功能是将带液气体与金属丝网相撞时，气体穿网而过，气中所含液滴与金属丝相撞，聚集并往下流动，形成较大液滴，克服液滴表面张力和上升气体速度的限制而降落下来，除雾器36利用碰撞、聚结的分离方法，把气中所含的较小油滴除去；2块倾斜波纹状的气液分离整流板37右倾角Φ小于90°，其上端与液堰溢流板41等高，下端离气液卧式分离罐6底部有一定高度，设置气液分离整流板37一方面用来抑制或消除沉降段前部的短路流、沟流、涡流和脉冲流，起整流、稳流作用，避免气液扰动产生的泡沫，另一方面起到延长气液分离时间，加快气液分离速度，提高分离器气液分离效果，同时波纹状的气液分离整流板37能有效阻止液体中沉降泥沙的流动，便于沉积泥沙从排污口21排出。气液卧式分离罐6的右端(气液出口端)设有挡流板40和液堰溢流板41，挡流板40上端高于液堰溢流板41，下端则低于液堰溢流板41顶部，设置挡流板40是为了回避含气液体经气液重力分离室38直接溢流到液相室39；液堰溢流板41的高度与来液溢流器34等高，其高度设置以气液分离效果最佳为目的。

经旋流分离器3离心分离的气液分别通过气路连接管4和液路连接管22进入气液卧式分离罐6，从底部进入气液卧式分离罐6的含气液体通过来液溢流器34减能分离、气液分离整流板37的整流分离、重力分离室38的沉降分离和液堰溢流板41的溢流分离，溢流进入液相室39(液体中的含气率低于0.5％)，通过液相连接管18进入油气液位控制罐10；从顶部进入气液卧式分离罐6的含液气体及从液体中分离出来的气体通过除雾器36除雾、脱水，通过气相气相连接管9流入油气液位控制罐10。气液卧式分离罐6顶部设有安全阀8，底部设有排污阀21，用于排除分离沉积的泥沙。

参照图4，油气液位控制罐10顶部设有顶部端盖42，顶部端盖42的顶部设有气体出口连接管11，罐内，气体连接管9进口处置有气体导向环55；上阀座连接管44两端分别与气体出口连接管11和上阀座45连接；上阀座45中心有上阀孔43，下部设有下阀座52，下阀座52中心有下阀孔54；上阀体47与下阀体50为光滑球面形或圆台形；其最小外径大于阀孔的内直径；上阀芯46和下阀芯51为圆锥体，上阀芯46和下阀芯51的底面与上阀体47与下阀体50光滑过渡连接；浮球49为空心球体或空心圆柱体，上阀芯46、上阀体47和下阀芯51、下阀体50与浮球联杆48连接，浮球联杆48穿接浮球49，浮球连杆48为直径小于阀体的直径的圆管，浮球联杆48的两端分别与上阀体47与下阀体50中心对称光滑过渡连接，上阀芯46和下阀芯51分别浮居于上阀孔43或下阀孔54中，并可上下自由浮动；罐底设置液放空阀53。

油气液位控制罐10的上阀座连接管44通过气体出口连接管11与气液缓冲罐13相连，在气体出口连接管11上依次安装气体流量计12，气体流量计12用于被分离的气体流量的出口计量；油气液位控制罐10的下阀座52居液相连接管18之下、液相出口连接管17之上，在液相出口连接管17上依次安装油流量计16和油水气组分仪15，用于被分离液相流体的出口流量和含水、含气监测计量；气液缓冲罐13罐底连通气液出口管14。气液缓冲罐13的容积需大于气体出口管到气液缓冲罐13上端之间管道内容积的1.5倍，其目的是为了回避气液出口14的压力波动引起液体反灌到气体流量计22而影响气量计量精度。

在油气液位控制罐10正常液位没有建立起来之前，罐内浮球49在重力的作用小分别处于最底位，液体出口处于完全关闭状态，而气体出口处于完全打开状态，经分离除雾的气体经气相连通管9，通过打开的上阀孔43和上阀芯46之间无阻排出；随着气液流体由气液进口1进入气液分离罐2、气液卧式分离罐6，被分离的液体通过液堰溢流板41溢入液相室，油气液位控制罐10内的液位逐渐上升到控制范围下限并继续上升，浮球49在浮力的作用下向上浮升，通过浮球连杆48带动上下阀芯在上下阀孔内向上动作，上阀孔43和上阀芯46之间的流通面积减小，气体排出排出流量减少，控制罐内压力开始上升，同时下阀孔51随着下阀芯51的上升而开启，液体借助控制罐内压力经下阀孔54，克服液相出口连接管17的流阻而排出。如来液量或来气量减小或增加，油气液位控制罐10的液位会随之波动，由浮球49通过浮球连杆48带动上下阀芯在上下阀孔内上下动作，阀芯与阀孔之间的流通面积随之减小或增加，以调节液流和气流出口的有效截面，达到自动调节气液控制罐10内液位与出口流量的大小，实现无源自动控制。

Claims (5)

1、一种原油多相流自动分离计量装置，由气液分离罐(2)、气液卧式分离罐(6)、油气液位控制罐(10)、气液缓冲罐(13)、气体流量计(12)、液体流量计(16)、油水气组分仪(15)组成，其特征是气液进口(1)与气液分离罐(2)内的旋流分离器(3)相连，罐体顶部气路连接管(4)通过气路连接法兰(5)与气液卧式分离罐(6)连通，底部通过液路连接法兰(23)、液路连接管(22)与气液卧式分离罐(6)底部连通，且其底部接排污阀(21)；油气液位控制罐(10)上部设置气相连通管(9)，通过气相连接法兰(7)与气液卧式分离罐(6)连通；下部设置液相连接管(18)和液相出口连接管(17)，液相连接管(18)通过液相连接法兰(19)与气液卧式分离罐(6)连通；顶部通过气体出口连接管(11)依次与气体流量计(12)、气液缓冲罐(13)的顶部相连通；气液缓冲罐(13)下部通过液相出口连接管(17)与油气液位控制罐(10)连通，液相出口连接管(17)装有液流量计(16)和油水气组分仪(15)；气液缓冲罐(13)底部设置气液出口(14)，气液分离罐(2)底部的分离罐支架(24)、油气液位控制罐(10)底部的控制罐底座(25)分别座落在撬装底座(20)上。

2、根据权利要求1所述的一种原油多相流自动分离计量装置，其特征是旋流分离器(3)为矩形螺旋结构，设有矩形螺旋管(30)、旋流内管(32)、旋流外管(33)和导流器(31)；矩形螺旋管(30)螺旋于旋流内管(32)的外壁和旋流外管(33)的内壁，组成套管形，竖直置于气液分离罐(2)内，且中心对称。

3、根据权利要求1所述的一种原油多相流自动分离计量装置，其特征是气液卧式分离罐(6)的左端置有倾斜波纹状的气液分离整流板(37)，气液分离整流板(37)上部设有除雾器(36)，左端还设有来液溢流器(34)和气液分隔板(35)，气液分隔板(35)位于来液溢流器(34)上方；气液卧式分离罐(6)的右端设有挡流板(40)和液堰溢流板(41)；气液卧式分离罐(6)顶部设有安全阀(8)，底部设有排污阀(21)。

4、根据权利要求3所述的一种原油多相流自动分离计量装置，其特征是波纹状的气液分离整流板(37)右倾角Φ小于90°，其上端与来液溢流器(34)和液堰溢流板(41)等高，下端离气液卧式分离罐(6)底部有一定高度。

5、根据权利要求1所述的一种原油多相流自动分离计量装置，其特征是油气液位控制罐(10)顶部设有顶部端盖(42)，顶部端盖(42)的顶部设有气体出口连接管(11)，罐内，气体连接管(9)进口处置有气体导向环(55)；上阀座连接管(44)两端分别与气体出口连接管(11)和上阀座(45)连接；上阀座(45)中心有上阀孔(43)，下部设有下阀座(52)，下阀座(52)中心有下阀孔(54)；上阀体(47)与下阀体(50)为光滑球面形或圆台形，其最小外径大于阀孔的内直径；上阀芯(46)和下阀芯(51)为圆锥体，上阀芯(46)和下阀芯(51)的底面与上阀体(47)与下阀体(50)光滑过渡连接；浮球(49)为空心球体或空心圆柱体，上阀芯(46)、上阀体(47)和下阀芯(51)、下阀体(50)与浮球联杆(48)连接，浮球联杆(48)穿接浮球(49)，浮球连杆(48)为直径小于阀体的直径的圆管，浮球联杆(48)的两端分别与上阀体(47)与下阀体(50)中心对称光滑过渡连接，上阀芯(46)和下阀芯(51)分别浮居于上阀孔(43)或下阀孔(54)中，并可上下自由浮动；罐底设置液放空阀(53)。

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