CN201575838U - 油、水、气三相自动分离计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种油、水、气三相自动分离计量装置。其采用了三罐两器气液分离无源控制技术，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，采用浮球液位控制技术，借助出口汇管的高度和液路流阻形成的差压，通过油水室液位高低直接控制气体出口的流量、油相流体出口的流量和水相流体出口的流量，起到了对气液流量的自动平稳控制作用，从而实现气液分相精确计量。本实用新型体积小、重量轻、结构简单：整个装置内外部无辅助电控系统，长期运行稳定可靠，且压力损失小；适用于任何流型的气液自动分相在线计量、尤其是间歇来液、气液变化比较大的气液混输多相流量测量，分相油量测量精确度可达到±0.5～2％。

Description

油、水、气三相自动分离计量装置

技术领域

本实用新型涉及一种油水气三相自动计量装置，尤其是油、水、气三相自动分离计量。

背景技术

在已有的技术中，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油水界面、液位控制不稳定，尤其是受分离器进口流态的影响比较大，从而导致油水实际分离效率大大降低。

中国专利公开了一种“油水气三相自动计量装置”(专利号为：ZL200720032795X)，该装置已经在陆上油田的生产中得到成功应用，但是，上述装置对于油田后期高含水油井计量，尤其是对于含水率超过95％的油井油量计量，测量精度会大大降低，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、水、气三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、气三相自动分相在线计量，尤其是超高含水油井的油水气分相计量，且分相测量精确度可达到±0.5～2％。

本实用新型的目的可通过如下措施来实现：

一种油、水、气三相自动分离计量装置，主要是由气液分离罐、油水气卧式分离罐、气液控制器、水相液位控制器、气体流量计、气液缓冲罐、油水气组分仪、油流量计、水流量计和油水气汇管组成。气液进口与气液分离罐内的旋流气液分离器相连，气液分离罐顶部通过气路连接管与油水气卧式分离罐横截面上部连接，气液分离罐底部通过液路连接管与油水气卧式分离罐内的液溢流分离器底部相连；水相液位控制器通过水入口连接管连通油水气卧式分离罐内的水溢流器底部；气液控制器通过油入口连接管连通油水气卧式分离罐油室的底部；气液控制器上部通过气汇流管与水相液位控制器顶部和油水气卧式分离罐横截面上部连接；气液缓冲罐与油水气汇管贯通，气液控制器顶部通过气出口连接管与气液缓冲罐连接，气出口连接管上装有气体流量计；气液控制器底部油出口连接管通过油相连接管与油水气汇管连接，油相连接管上装有油流量计和油水气组分仪；水相液位控制器底部水出口连接管通过水相连接管与油水气汇管连接，水相连接管上安装水流量计；气液分离罐的支座、油水气卧式分离罐的支座、气液控制器的支座和水相液位控制器的支座分别座落在底板上。

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，尤其是高含水来液(含水率高于80％)、间歇来液、及气液变化比较大的气液混输多相流量测量，且测量精确度高，分相油量测量精确度可达到±0.5～2％。

2、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。

3、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。

4、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。

5、本发明的分相测量平稳，计量精度不受气液流型和流体状态影响；适用介质粘度范围宽(稀油、重油等)。

附图说明

图1是油、水、气三相自动分离计量装置结构示意图。

图2是图1气液分离罐的结构示意图

图3是图2旋流分离器结构示意图

图4是图3旋流分离器断面俯视图

图5是图1油水气卧式分离罐结构示意图

图6是图1水相液位控制器结构示意图

图7是图1气液控制器结构示意图

附图标记说明如下：

1-气液进口 2-气液出口

3-气液分离罐 31-排污阀 32-支座

4-油水气卧式分离罐 40-气液隔离板 41-液溢流分离器 42-油水分离沉降室 43-除雾器 44-油水分离整流板 45-水室隔离管 46-水溢流器47-水室 48-挡流板 49-油堰溢流板 50-油室 51-排污阀 52-阻泥板53-支座

5-气体流量计

6-气液控制器 60-上阀座连接管 61-上阀座 62-上阀芯 63-上阀体64-浮球联杆 65-浮球 66-下阀体 67-下阀芯 68-下阀座 69-支座70-排污阀

7-旋流气液分离器 71-旋流管 72-旋流外管 73-旋流内管 74-导向喇叭口

8-水相液位控制器 80-浮球导向环 81-限位器 82-浮球联杆 83-浮球84-下阀体 85-下阀芯 86-下阀座87-支座 88-排污阀

9-气液缓冲罐 10-油水气汇管 11-油水气组分仪 12-油流量计13-油相连接管 14-水流量计 15-气路连接管16-气汇流管 17-液路连接管18-气出口连接管 19-水相连接管 20-水入口连接管 21-水出口连接管22-油入口连接管 23-油出口连接管 24-底板

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，一种油、水、气三相自动分离计量装置，主要是由气液分离罐3、油水气卧式分离罐4、气液控制器6、水相液位控制器8、气体流量计5、气液缓冲罐9、油水气组分仪11、油流量计12、水流量计14和油水气汇管10组成。气液进口1与气液分离罐3内的旋流气液分离器7相连，气液分离罐3顶部通过气路连接管15与油水气卧式分离罐4横截面上部连接，气液分离罐3底部通过液路连接管17与油水气卧式分离罐4内的液溢流分离器41底部相连；水相液位控制器8通过水入口连接管20连通油水气卧式分离罐4内部的水溢流器46底部；气液控制器6通过油入口连接管22连通油水气卧式分离罐4的油室50底部；气液控制器6上部通过气汇流管16与水相液位控制器8顶部和油水气卧式分离4罐横截面上部连接；气液缓冲罐9与油水气汇管10贯通，气液控制器6顶部通过气出口连接管18与气液缓冲罐9连接，气出口连接管18上装有气体流量计5；气液控制器6底部油出口连接管23通过油相连接管13与油水气汇管10连接，油相连接管13上装有油流量计12和油水气组分仪11；水相液位控制器8底部水出口连接管21通过水相连接管19与油水气汇管10连接，水相连接管19上安装水流量计14；气液分离罐3的支座32、油水气卧式分离罐4的支座53、气液控制器6的支座69和水相液位控制器8的支座87分别座落在底板24上。

本实用新型采用了三罐两器气液分离无源控制技术，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，采用浮球液位控制技术，借助出口汇管的高度和液路流阻形成的差压，通过油水室液位高低直接控制气体出口的流量、油相流体出口的流量和水相流体出口的流量，起到了对气液流量的自动平稳控制作用，从而实现气液分相精确计量。

参照图2-4，气液分离罐3内的旋流气液分离器7为圆柱形结构，设有分离器外管72与分离器内管73组成套管形，竖直置于气液分离罐3内，且中心对称；旋流管71为方形或矩形管自上而下螺旋置于套管内，螺旋二圈；分离器内管73下端部设有导向喇叭口74，凸面向上，凸面与气液分离罐3水平断面所成夹角θ小于90°，凸面口与分离器内管73下端光滑连接，旋流管71的流通面积小于气液进口1的流通面积。气液分离罐3底部装有排污阀31，支座32支撑气液分离罐3。混合流体通过气液进口1切向进入置于气液分离罐3内的旋流气液分离器7，通过旋流气液分离器7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在导向分离器外管72内继续离心分离，旋流落下来的液体能顺气液分离罐3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3内壁流下，经液路连接管17，进入油水气卧式分离罐4内的液溢流分离器41，再溢流到油水分离沉降室42；经旋流气液分离器7分离的气体则上流到气液分离罐3顶部，并经气路连通管15，进入油水气卧式分离罐4内；由此经旋流气液分离器7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5，油水气卧式分离罐4底部设有排污阀51和支座53，罐内的左端置有喇叭形的液溢流分离器41。液溢流分离器41上部设有气液隔离板40，油水气卧式分离罐4中的液溢流分离器41的右侧依次倾斜设有设置2块波纹状的油水分离整流板44，油水分离整流板44的右倾角Φ小于90°，其上端与液溢流分离器41溢流口等高，下端与阻泥板52等高。油水分离整流板44上部设有除雾器43，除雾器43下部与液溢流分离器41溢流口等高。右端部依次设有油堰溢流板49和挡流板48。油堰溢流板49从油水分离沉降室42中隔出油室50，挡流板48左侧是从油水分离沉降室42中隔出水室47的水室隔离管45，水室47内设有喇叭形的水溢流器46。设置的油水分离整流板44一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，避免油气扰动产生的泡沫；另一方面起到延长油水分离时间，加快油水的分离速度，提高分离器油水分离效果。在波纹状的油水分离整流板44上部设有气体除雾器43，气体除雾器43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。气体除雾器43利用碰撞、聚结的分离方法，把气中所含的较小油滴除去。在波纹状的油水分离整流板44下部设有阻泥板52，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排出。

参照图6，水相液位控制器8由浮球导向环80、限位器81、浮球联杆82、浮球83、下阀体84、下阀芯85、下阀座86、水入口连接管20、水出口连接管21组成。水相液位控制器8底部设有水入口连接管20、水出口连接管21、支座87和排污阀88。水相液位控制器8内上、下部设有浮球导向环80和下阀座86，下阀座86固定于罐下部内壁，下阀座86上下部分别有水入口连接管20和水出口连接管21。下阀座86中心有一阀孔，下阀芯85和下阀体84与浮球联杆82连接，浮球联杆82穿接浮球83，其一端下阀芯85居于阀孔中，另一端穿过浮球导向环80，浮球联杆82设有限位器81，用于浮球上浮动限位；罐顶有气汇流管16。

参照图7，气液控制器6由罐主体、上阀座连接管60、上阀座61、上阀芯62、上阀体63、浮球联杆64、浮球65、下阀体66、下阀芯67、下阀座68、油入口连接管22、油出口连接管23组成。气液控制器6下部有支座69和排污阀70；罐内上、下部置有上阀座61和下阀座68，上阀座61与上阀座连接管60相连，固定于罐顶内壁；下阀座68固定于罐下部内壁，下阀座68上下部分别有油入口连接管22和油出口连接管23；上阀座61和下阀座68中心各有一阀孔，阀孔直径小于出口管；上阀体63与下阀体66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62和下阀芯67为圆锥体，上阀芯62和下阀芯67的底面与上阀体63与下阀体66光滑过渡连接；浮球65为空心球体或空心圆柱体，浮球连杆64为直径小于阀体的直径的圆管，浮球联杆64的两端分别与上阀体63与下阀体66中心对称光滑过渡连接，上阀芯62和下阀芯67浮居于阀孔中，并可上下自由浮动；罐上侧壁设有气汇流管16，罐顶有气出口连接管18，罐的底部有油出口管路23。

在油水气卧式分离罐4的右端部依次设有油堰溢流板49和水室隔离管45，油堰溢流板49从油水分离沉降室42中隔出油室50，水室隔离管45从油水分离沉降室42中隔出水室47，其中油室50的底部就是油水气卧式分离罐4罐体底部，油室50的底部通过连通管22与气液控制器6连通；经油水分离沉降室42沉降分离的油相(含少量水和气)在油水分离沉降室42上部并通过油堰溢流板49溢入油室50，后通过油入口连通管22流入气液控制器6，再经气液控制器6的油出口连接管23排出；水室47底部与油水气卧式分离罐4罐体底部的距离是油水气卧式分离罐4罐体直径的十分之一，水室47内的水溢流管46下部通过水入口连通管20与水相液位控制器8连通，经油水分离沉降室42沉降分离的水相顺着水室隔离管45底部进入水室47，再溢流到水溢流管46中后，通过水入口连通管20流入水相液控制器8，再经流入水相液控制器8水出口连接管21排出。

气液控制器6的上阀座连接管60通过气体出口连接管18与气液缓冲罐9连通，在气体出口连接管18上装有气体流量计5。气体流量计5用于被分离的气体流量的出口计量；气液控制器6的下阀座下部油出口管路23通过油相连接管13与油水气汇管10相连，在油相连接管13上依次安装油流量计12、油水气组分仪11，用于被分离油相流体的出口流量和含水、含气监测计量；水相液位控制器8中下阀座86下部水出口连接管21通过水相连接管19与油水气汇管10相连接，水相连接管19上安装水流量计14，水流量计14用于分离水流量的出口计量。气液缓冲罐9下端竖直与油水气汇管10连接，上端与气体出口连接管18上气体流量计5出口连接，气液缓冲罐9的容积需大于气体出口管到气液缓冲罐9上端之间管道内容积的1.5倍，其目的是为了阻止回避气液出口2的压力波动引起油水气汇管10处液体反灌到气体流量计5影响气量计量精度。

油水气卧式分离罐4底部左端设有排污阀51，用于排除由油水分离整流板44沉积的泥沙，气液分离罐3底部设有排污阀31，气液控制器6底部设有排污阀70，水相液位控制器8底部设有排污阀88，用于排除沉积的泥沙。

在水相液位控制器8、气液控制器6正常液位没有建立起来之前，浮球83、浮球65在重力的作用小分别处于最底位，气体出口处于完全打开状态，经分离的气体通过打开的阀孔和上阀芯62之间无阻排出，此时由于两控制器内液位低于出口连接管与油水气汇管10连接的出口高度，无液量排出；随着气液流体由气液进口1进入气液分离罐3经旋流气液分离器7和油水气卧式分离罐4油水沉降分离，被分离的油和水分别通过油堰溢流板49上部、水室隔离管45底部流入油室50和水室47，气液控制器6和水相液位控制器8内的液位逐渐上升到控制范围下限并继续上升，浮球65、浮球83在浮力的作用下向上浮升，气液控制器6、水相液位控制器8内的液位波动由浮球65、浮球83通过浮球连杆64、浮球连杆82作用阀芯在阀座的阀孔内上下动作，以调节油流和水流出口的有效截面，达到自动调节气液控制器6和水相液位控制器8内液体出口流量的大小。

Claims (1)

1.一种油、水、气三相自动分离计量装置，主要是由气液分离罐(3)、油水气卧式分离罐(4)、气液控制器(6)、水相液位控制器(8)、气体流量计(5)、气液缓冲罐(9)、油水气组分仪(11)、油流量计(12)、水流量计(14)和油水气汇管(10)组成，其特征是气液进口(1)与气液分离罐(3)内的旋流气液分离器(7)相连，气液分离罐(3)顶部通过气路连接管(15)与油水气卧式分离罐(4)横截面上部连接，气液分离罐(3)的底部通过液路连接管(17)与油水气卧式分离罐(4)内的液溢流分离器(41)底部相连；水相液位控制器(8)通过水入口连接管(20)连通油水气卧式分离罐(4)内水溢流器(46)底部；气液控制器(6)通过油入口连接管(22)连通油水气卧式分离罐(4)的油室(50)底部；气液控制器(6)上部通过气汇流管(16)与水相液位控制器(8)顶部和油水气卧式分离罐(4)横截面上部连接；气液缓冲罐(9)与油水气汇管(10)贯通，气液控制器(6)顶部通过气出口连接管(18)与气液缓冲罐(9)连接，气出口连接管(18)上装有气体流量计(5)；气液控制器(6)底部油出口连接管(23)通过油相连接管(13)与油水气汇管(10)连接，油相连接管(13)上装有油流量计(12)和油水气组分仪(11)，水相液位控制器(8)底部水出口连接管(21)通过水相连接管(19)与油水气汇管(10)连接，水相连接管(19)上装有水流量计(14)；气液分离罐(3)的支座(32)、油水气卧式分离罐(4)的支座(53)、气液控制器(6)的支座(69)和水相液位控制器(8)的支座(87)分别座落在底板(24)上。

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