CN207778023U - 油气水多相介质等份流量分配的管路结构体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，包括水平设置的分流主管、左进气液分流管和右进气液分流管、并联设备群组入口汇管、左侧分流支管、右侧分流支管和中间分流支管。本实用新型通过给分离设备入口管路建立气液分层流动型态，并构建有利于油气水多相介质分离的管路安装布置方式——油气水三相介质等份流量分配的管路结构体，使油气水多相介质实现三支管奇数管路等份流量分配，确保进入并联运行的每台分离设备的油气水单相流量接近一致，分离设备群组的运行均衡平稳度和整体分离能力得到明显提高。

Description

油气水多相介质等份流量分配的管路结构体

技术领域

本实用新型涉及油田地面工程油气水分离处理技术领域，特别是涉及一种油气水多相介质等份流量分配的管路结构体。

背景技术

目前，国内外油田中用于油井产物处理的设备有油水两相分离设备和油气水三相分离设备。这些设备都采取多相介质混合进入、同时分离的方式，其中，气液分离过程主要在三相分离器中进行，油水分离过程主要在游离水脱除器中进行。为了提高分离效率，不管是三相分离器还是游离水脱除器在生产中都是并联设置且同时运行，运行时主要采取以下两种进液方式：第一种是广泛采用的介质顺序进入方式(如图1所示)，第二种是新近采用的2ⁿ倍分支管路等份进入方式(如图4所示)。

其中，第一种介质顺序进入方式存在如下问题：

1)各台分离设备的介质流量和成分不均等

当并联运行的多台分离设备1’(如三相分离器或游离水脱除器)采取图1的顺序进入方式时，位于低标高位置的汇管2’中会呈现气液分层流型，将使各台分离设备1’出现严重的偏流现象，即出现靠近汇管2’前端的分离设备1’进气多、进液少，而靠近汇管2’末端的分离设备1’进液多、进气少的状态，从而导致进入每台分离设备1’的介质流量和成分不一样，不符合分离设备1’的使用条件，使某台分离设备1’出现低效工况，从而降低多台并联分离设备1’的整体效能。

2)以气液混合流型进入分离设备1’增加介质的乳化程度

在顺序进入方式下，介质总是通过单台分离设备1’进口的一段竖直管路(入口立管3’)被自下而上地引入分离设备1’内部(见图2)，进入分离设备1’内部后，又进入延伸到分离设备1’内部的入口管段(即上倾管段4’)，由于上倾管段4’倾斜向上(见图3)，介质在上倾管段4’中也为倾斜向上的流动状态。入口立管3’和上倾管段4’的存在，使得介质在分离设备入口管道(包括入口立管3’和上倾管段4’) 中形成较强烈的油水两相或油气水三相紊动混合流型，增加油水的乳化程度和分离难度，降低设备的处理能力。

3)分离设备入口管道的分离能力未得到利用

为使分离设备并联运行而设置的大口径汇管2’以及每台分离设备的入口管道也都具有一定的容积和分离能力，却没有被发现和加以利用，降低了了每台分离设备的分离效率，同时也降低了并联设置的分离设备整体的分离效率，不利于投资成本的降低。

第二种2ⁿ分支管路等份进入方式，只能在4台、8台等2ⁿ台分离设备同时运行时实现，若使用其它数量的分离设备同时运行(如6台设备)，则无法实现每台分离设备的均衡入流，大大限制了其的适用范围。

此外，在油田地面工程中，基于规模和经济合理的考虑，大多数大中型采出液分离脱水处理站场均以布设3台分离设备为主(如图5所示)，尤其在高含水油田，在一座站场中布设3台大型分离脱水设备的状况十分普遍。但是，由于技术难度较大，长期以来，对于布设3台分离脱水设备的站场不得已采用了介质顺序进入方式，这种进入方式无法实现进入每台分离脱水设备的介质的份额和流量均等，严重影响了分离脱水设备效能的均衡发挥和平稳高效运行。

目前，在国内外以奇数支管分流布设分离设备的均衡入流装置长期未都得到解决，是一块亟待填补的技术空白。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种能使并联运行的每台分离设备的油气水单相流量接近一致的油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，包括水平设置的分流主管(4)，在分流主管(4)长度方向依次设置与分流主管(4) 在同一平面且与其垂直相连的左进气液分流管(2)和右进气液分流管(3)，左进气液分流管(2)和右进气液分流管(3)之间用一根与分流主管(4)平行的水平管连接，在该水平管长度方向的中间位置设置并联设备群组入口汇管(1)；在分流主管(4)长度方向的两端部分别设有左侧分流支管(5)和右侧分流支管(6)；分流主管(4)的中部设有中间分流支管(7)；左侧分流支管(5)距左进气液分流管(2)的距离是中间分流支管(7)距左进气液分流管(2)的距离的1/2；右侧分流支管(6)距右进气液分流管(3)的距离是中间分流支管(7)距右进气液分流管(3)的距离的1/2。

所述左侧分流支管(5)、中间分流支管(7)和右侧分流支管(6)在分流主管(4) 上的间隔相等。

所述左侧分流支管(5)、中间分流支管(7)和右侧分流支管(6)互相平行并处于同一平面。

所述左侧分流支管(5)、中间分流支管(7)和右侧分流支管(6)所在的平面与分流主管(4)垂直。

所述左侧分流支管(5)、中间分流支管(7)和右侧分流支管(6)设置在分流主管(4)的正下方，分别通过三个泄液管(8)与分流主管(4)连通。

所述泄液管(8)为一直管，既与分流主管(4)垂直，又与左侧分流支管(5)、中间分流支管(7)和右侧分流支管(6)垂直。

所述左侧分流支管(5)、中间分流支管(7)和右侧分流支管(6)设置在分流主管(4)的下部，分别通过三个连通管(9)与分流主管(4)连通。

所述连通管(9)为一弯管。

所述连通管(9)、泄液管(8)与所连通的左侧分流支管(5)、或中间分流支管(7) 或右侧分流支管(6)处于同一个平面。

所述连通管(9)、泄液管(8)与所连通的左侧分流支管(5)或中间分流支管(7) 或右侧分流支管(6)所在的平面垂直于分流主管(4)、左进气液分流管(2)、右进气液分流管(3)和并联设备群组入口汇管(1)所在的平面。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过给分离设备入口管路建立气液分层流动型态，并构建有利于油气水多相介质分离的管路安装布置结构——油气水三相介质等份流量分配的管路结构体，使油气水多相介质实现多管路等份流量分配(尤其是奇数管路，最常用的是三分支管路)，确保进入并联运行的每台分离设备的油气水单相流量接近一致，并使入口管路系统的分离能力得到充分利用，分离设备与管路系统对多相介质的整体分离能力均得到明显提高。采用本实用新型的油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，即在三台并联运行的三相分离器中安装一套适于油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，使各管路均衡入流，能够实现进入每台三相分离设备中的气、油、水组分相等及各单相流量均等的良好效果，从而提高分离设备群组的运行均衡平稳度和整体效能。

附图说明

图1所示为现有技术中并联分离设备介质顺序进入的进液方式示意图；

图2所示为顺序进入方式中分离设备的外部入口管路安装结构示意图；

图3所示为顺序进入方式中分离设备的内外入口管路安装结构示意图；

图4所示为现有技术中并联分离设备2²倍分支管路等份进入的进液方式示意图；

图5所示为顺序进入方式中三台并联分离脱水设备的进液方式；

图6所示为本实用新型油气水多相介质等份流量分配的管路结构体的原理图；

图7所示为本实用新型油气水多相介质等份流量分配的管路结构体中介质流动原理断面图；

图8所示为本实用新型油气水多相介质等份流量分配的管路结构体的立体图。

具体实施方式

本实用新型提供的油气水多相介质等份流量分配的管路结构体的设计初衷和工作原理如下：

(1)构建入口管路油气水分层流动型态

根据进入分离设备的多相介质总流量和并联运行的分离设备台数，以满足管输压降要求和在分离设备群组入口汇管和单台分离设备入口分支管路中形成油水分层流动型态和油气水分层流动型态为条件，确定入口汇管和各分支管路的口径。

(2)构建等分流量管路结构形式

并联分离设备群组入口汇管和各单台分离设备入口分支管路中的内部管段和外部管段构成的管路结构图见图6，并联分离设备群组入口汇管1和各单台分离设备入口分支管路(包括进气液分流管2(3)和分流主管4均以等管底标高的形式铺设，建立形成分层流动的管路几何条件；对分流主管4按等管路摩阻原则，分配各个管段长度，在等摩阻条件下，使两个外侧分流支管5(6)的起点至分流主管4的长度为L，使两个进气液分流管2(3)与分流主管4交接处至中间分流支管7的长度为2L，这样在等摩阻h条件下，就可使两个外侧分流支管5(6)的气、油、水单相流量均为总进口流量Q的1/3，即1/3Q；使中间分流支管7的气、油、水单相流量均为1/6Q+1/6Q＝1/3Q，从而实现三个分流支管的气、油、水单相流量相等，均为总进口流量Q的1/3。

等管路摩阻流量分配原理：

式中：

h—管路摩阻

β—摩阻系数

Q—介质流量

m—流态系数

ν—介质粘度

d—管道直径

L—管道长度

在层流态下：β＝4.15，m＝1，得到

(3)建立管路的分流流动机制

如图7所示，在分流主管4中建立气油水分层流动型态：在分流主管4的下部设泄液管8，以避免分流主管4因滞留液体、淤积泥砂而导致缩减液相(油水)介质的流通面积。由连通管9限定分流主管4中的液位，并将气液介质导入分流支管5(6/7)。

以下结合具体实施例，更具体地说明本实用新型的内容，并对本实用新型作进一步阐述，但这些实施例绝非对本实用新型进行限制。

如图8所示，本实用新型提供的油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，包括水平设置的分流主管4，在分流主管4上设置左进气液分流管2和右进气液分流管3，左进气液分流管2和右进气液分流管3沿分流主管4的长度方向依次设置，并与分流主管4垂直且在同一平面上。左进气液分流管2和右进气液分流管3之间用一根水平管连接，该水平管与分流主管4平行，在该水平管长度方向的中间位置设置设备群组入口汇管1。在分流主管4下方设有三个分流支管，三根分流支管沿分流主管4的长度方向依次分布，依次为左侧分流支管5、中间分流支管7、右侧分流支管6。左侧分流支管5、中间分流支管7和右侧分流支管6之间的间隔相同，均与分流主管4垂直，且三个分流支管处于同一平面。分流主管4正下方设有三个泄液管8，泄液管8为一段直管，将分流主管4分别与左侧分支管5、右侧分支管6和中间分流支管7连通，泄液管8既与分流主管4垂直，又与三个分流支管垂直。分流主管4上还设有三个连通管9，连通管9为以一段弯管，将分流主管4与三个分流支管分别连通，连通管9 与泄液管8和所连通的对应的分流支管在一个平面上，该平面与分流主管4、进气液分流管所在的平面垂直。

右侧分流支管6和左侧分流支管5分别设在分流主管4的左、右两端，中间分流支管7设在分流主管4总长度的1/2位置，即在分流主管4上以右侧分流支管6和左侧分流支管5为两个端点，中间分流支管7位于两端点之间的中点位置。左侧分流支管5、中间分流支管7和右侧分流支管6均与分流主管4垂直，与右进气液分流管3、左进气液分流管2平行；中间分流支管7分别与左外分流支管5和右侧分流支管6在分流主管4长度方向上等间距(间距长度为3L)。右进气液分流管3在分流主管4长度方向上距右侧分流支管6的间距为右侧分流支管6与中间分流支管7之间间距的1/3 (即L)；左进气液分流管2在分流主管4长度方向上距左侧分流支管5的间距为左侧分流支管5与中间分流支管7之间间距的1/3(即L)。

其中：

设备群组入口汇管1用来接收来自油井群的油气水混合物；

右进气液分流管3、左进气液分流管2将来自油井群的油气水混合物的流量分为两个等份；

分流主管4在管道中建立油气水混合物的分层流动型态；

右侧分流支管6、左侧分流支管5将经分流主管4分流后的油气水介质分别输入位于外侧位置的两台三相分离装置；

中间分流支管7将经分流主管4分流后油气水介质输入位于中间位置的一台三相分离装置；

泄液管8将分流主管4底部的部分液体导入分流支管中，以避免分流主管4因滞留液体、淤积泥砂而导致缩减液相(油水)介质的流通面积；

连通管9限定分流主管4中的液面并将气液介质导入分流支管中。

如图6所示，由层流态下：

可知：

分流主管4被分成了4个管段，左侧分流支管5与左进气液分流管2之间的分流主管为管段1，右侧分流支管6与右进气液分流管3之间的分流主管为管段4，左进气液分流管2与中间分流支管7之间的分流主管为管段2，右进气液分流管3与中间分流支管7之间的分流主管为管段3，其中，管段1＝管段4＝L，管段2＝管段3＝2L；

令，这4个管段的摩阻相等，h1＝h2＝h3＝h4＝h；

因，分流主管4中4个管段的管径不变，为D，介质的粘度不变，为ν；

故，上式中，h，D，ν均为常数，带入上式后，该式变为介质流量Q与管道长度 L的线性函数关系式。

所以有，对于管段1、管段4，其介质流量为：

对于管段2、管段3，其介质流量为：

左侧分流支管5的介质流量＝右侧分流支管6的介质流量＝1/3Q

中间分流支管7的介质流量＝1/6Q+1/6Q＝1/3Q

因此：

左侧分流支管5的介质流量＝右侧分流支管6的介质流量＝中间分流支管7的介质流量＝1/3Q。

基于上述油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，一种油气水多相介质三分支奇数管路等份流量分配入流方法，包括以下步骤：

(1)、来自油井群的油气水混合物(油气水各单相总流量为Q)经设备群组入口汇管1进入右气液分流管3和左气液分流管2，并将油气水混合物分成两个等份流量进入分流主管4；

(2)、在分流主管4中建立油气水分层流动型态，而后以等摩阻原理在分流主管 4不同管道长度节点处分支管路分配流量，实现向右侧分流支管6和左侧分流支管5 分别分配1/3Q，以2个对向流向中间分流支管7分配2个1/6Q，即1/3Q。从而实现对来自设备群组入口汇管1油气水混合物中各单相总流量的三等份流量均衡分配；

(3)、由分流主管4输入右侧分流支管6、左侧分流支管5和中间分流支管7中的大部分介质在连通管9的均等限定液位下溢流导入，分流主管4管道截面下半部的液体，由以远小于连通管9流通量的泄液管8导入，从而避免分流主管4因滞留液体、淤积泥砂导致缩减液相(油水)介质的流通面积，保证该管路畅通无阻、长期稳定运行。

按照以上内容，发明人设计、安装了1套长度18m、宽度3.2m、适于三台并联运行三相分离装置的油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，并工业化应用，取得了如下效果：

在3台并联运行三相分离装置的进口总进液量11000m³/d、进液含水率92％、总进气量为42000m³/d、进口压力0.18MPa、进口温度39℃的工况下，经过一套分流主管直径为800mm、分支管直径为400mm的油气水多相介质三分支管路进入3台并联运行三相分离器之后，由于在分流主管中气液介质的工况下混合流速为0.58m/s，小于1m/s，达到了在管道中形成气、油、水分层流动型态的条件，使得每台三相分离器进液量达到了3666.7m³/d、进气量达到14000m³/d，实现了对并联设备群进口气液流量的3 等分均衡分流，整体分离能力可提高10-20％。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，其特征在于，包括水平设置的分流主管(4)，在分流主管(4)长度方向依次设置与分流主管(4)在同一平面且与其垂直相连的左进气液分流管(2)和右进气液分流管(3)，左进气液分流管(2)和右进气液分流管(3)之间用一根与分流主管(4)平行的水平管连接，在该水平管长度方向的中间位置设置并联设备群组入口汇管(1)；在分流主管(4)长度方向的两端部分别设有左侧分流支管(5)和右侧分流支管(6)；分流主管(4)的中部设有中间分流支管(7)；左侧分流支管(5)距左进气液分流管(2)的距离是中间分流支管(7)距左进气液分流管(2)的距离的1/2；右侧分流支管(6)距右进气液分流管(3)的距离是中间分流支管(7)距右进气液分流管(3)的距离的1/2。

2.根据权利要求1所述油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，其特征在于，所述左侧分流支管(5)、中间分流支管(7)和右侧分流支管(6)在分流主管(4)上的间隔相等。

3.根据权利要求2所述油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，其特征在于，所述左侧分流支管(5)、中间分流支管(7)和右侧分流支管(6)互相平行并处于同一平面。

4.根据权利要求3所述油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，其特征在于，所述左侧分流支管(5)、中间分流支管(7)和右侧分流支管(6)所在的平面与分流主管(4)垂直。

5.根据权利要求1-4任一所述油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，其特征在于，所述左侧分流支管(5)、中间分流支管(7)和右侧分流支管(6)设置在分流主管(4)的正下方，分别通过三个泄液管(8)与分流主管(4)连通。

6.根据权利要求5所述油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，其特征在于，所述泄液管(8)为一直管，既与分流主管(4)垂直，又与左侧分流支管(5)、中间分流支管(7)和右侧分流支管(6)垂直。

7.根据权利要求6所述油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，其特征在于，所述左侧分流支管(5)、中间分流支管(7)和右侧分流支管(6)设置在分流主管(4)的下部，分别通过三个连通管(9)与分流主管(4)连通。

8.根据权利要求7所述油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，其特征在于，所述连通管(9)为一弯管。

9.根据权利要求8所述油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，其特征在于，所述连通管(9)、泄液管(8)与所连通的左侧分流支管(5)、或中间分流支管(7)或右侧分流支管(6)处于同一个平面。

10.根据权利要求9所述油气水多相介质等份流量分配的管路结构体，其特征在于，所述连通管(9)、泄液管(8)与所连通的左侧分流支管(5)或中间分流支管(7)或右侧分流支管(6)所在的平面垂直于分流主管(4)、左进气液分流管(2)、右进气液分流管(3)和并联设备群组入口汇管(1)所在的平面。