CN208599971U - 一种气井井口管式并联外循环旋流脱水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及天然气开采领域，尤其涉及一种气井井口管式并联外循环旋流脱水装置。该装置包括脱水装置本体，脱水装置本体内有至少两个并联的外循环旋流脱水机构，外循环脱水机构包括分离室和位于分离室内的轴向导流机构；分离室的外壁与脱水装置本体壁中间形成二次分离导流室，分离室和二次分离导流室通过环形缝隙连通。该新型气井井口管式并联外循环旋流脱水装置采用并联分离室和二次分离导流室结构，能够实现2次循环分离，提高了气液两相分离效率。

Description

一种气井井口管式并联外循环旋流脱水装置

技术领域

本实用新型涉及天然气开采领域，尤其涉及一种气井井口管式并联外循环旋流脱水装置。

背景技术

常规陆上天然气开采领域，基于生产计量、安全输送及高效管理等方面的考虑，需要在天然气生产的上游进行气液混合物的相间分离。所采用的分离装置多是以重力分离技术为主的卧式和立式沉降罐，该类型装置占地面积大、工程造价高、处理时间长、生产效率低。因地制宜，以旋流分离技术为关键技术的气液分离装置应用广泛，依据不同的流体流动方向，可以将分离装置分为切向逆流式、轴向逆流式和轴向直流式等；依据不同的结构形式，可以将分离装置分成柱状旋流式、柱—锥状旋流式、螺旋通道式和导流叶片式等。这其中以气液柱状旋流分离器（GLCC）的研究与应用最为成熟，经过国内外各大院校与石油公司三十多年来的不懈努力，其在分离机理、结构设计、仪控等方面的研究取得了重要成就。从工程应用来看，GLCC主要面向低气液比、低流速的流动工况，在非设计工况试验测试及应用过程中，比如油气处于环雾状流以及气液流速较高的工况，分离性能会遭到恶化，导致分离液膜沿器壁的轴向爬升，降低分离效率。高流速下气相出流通道聚集液膜的爬升损失以及高含液量下液相冲击撕裂导致的短路流损失，也是其他气液旋流分离装置应用过程中存在的问题。

国外石油公司计划应用的气液分离装置，可以总结其在设计过程中遵循的原则：设备高效紧凑化，将离心分离技术作为气液分离装置的关键技术，满足分离设备的高效性要求；避免分离器内部存在细小的孔洞与间隙，减少设备的磨损和堵塞，延长使用寿命，满足分离设备的安全性要求；分离器附加储液空间，提供液位检测装置足够的响应时间，便于远程监控，满足分离设备的稳定性要求。

目前，气田天然气井口无相关气液分离设备，导致集气管线含液较多，管线积液严重，国内相关气液分离器研究大多集中于面向试验室中理想的气液两相混合物，实际应用情况不理想，专利技术主要是对传统工艺或设备进行改进。中国石油大学（北京）孙国刚教授“一种前级分离器排气分级净化的多级旋风分离器系统（CN103056048B）专利提供了一种可应用于炼油、化工、环保等行业的气固、气液多用途旋流分离器，其特点为多级分离，但该发明未见工业应用；为增强旋流分离器应用的目标性、高效性申请了专利“一种气液分离装置”（ CN2832267Y）和“一种气液分离器”（CN100358638C），这两项专利均保护同一种气液旋流分离设备，其特点为专门针对气液分离，且耐高压能够实现二次旋流分离，分离效率高，但入口流速要求苛刻，较多应用在工况稳定的炼厂；天津曌宇环保科技发展有限公司杜红斌的发明专利“一种气液旋风分离器”（ CN103240191 B）完全借鉴了原始气固分离器的结构形式，实际应用过程中难免适应性不强；河北科技大学董金华的发明专利“一种气液分离器”（CN204380328 U）借鉴了重力分离设备的原理，设备本身体积较大，很难适应天然气井场高压、集约、高效的要求；中石化上海工程有限公司陈愈安的发明专利“高效气液旋风分离器”（CN103816724 A）为了解决现有技术中气液分离器设备直径较大、使用效率较低的问题，提出了该专利，其特点分为内外筒，且内筒包含填料，导致该设备应用过程中压降较大，且需定期清理填料，操作复杂，不利于无人值守的现场应用。中国石油大学（北京）刘躠人的发明专利“输气管道高效旋风分离器”（CN1133504C）开发了一种用于输气管道的高效旋风分离器，但该分离器仍然借鉴了气固分离器的结构形式，分离效率有待进一步提高。

上述专利或现有设备均重点考虑可设备的气液分离能力，较少考虑分离后液相的处理方式，或处理周期，导致上述分离设备适应性仍有待提高。

发明内容

本用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种气井井口管式并联外循环旋流脱水装置，该新型采用导流叶片获得旋流效果，可直接安装在采气管线上，安装方便；同时采用并联分离室和二次分离导流室结构，能够实现2次循环分离，提高了气液两相分离效率。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样来实现的：一种气井井口管式并联外循环旋流脱水装置，包括脱水装置本体，脱水装置本体两端分别设有入口和出口；脱水装置本体内有至少两个并联的外循环旋流脱水机构，外循环脱水机构包括分离室和位于分离室内的轴向导流机构；分离室的外壁与脱水装置本体壁中间形成二次分离导流室，分离室和二次分离导流室通过环形缝隙连通，二次分离导流室的下端连通有液相捕集装置；液相捕集装置侧边连通有液位计，底部有液相捕集出口；二次分离导流室外壁靠近入口一端连通外循环管的入口；轴向导流机构包括轴向导流轴和附着在轴向导流轴外壁的导流叶片，外循环管的出口端位于各轴向导流轴进口一端，且与轴向导流轴进口连通，轴向导流轴内部为贯通的中空结构。

外循环脱水机构的输入端与入口侧形成入口室；外循环脱水机构的输出端与出口侧形成出口室；并联的外循环脱水机构之间通过挡板分开，二次分离导流室一端通过第一隔板与入口室相互隔离，二次分离导流室另一端通过第二隔板与出口室隔离，且第二隔板与分离室之间存在间隙即环形缝隙。二次分离导流室即并联外循环旋流脱水装置和大直径筒体之间的环隙，二次分离导流室与入口室、出口室分别通过隔板分隔，用于收集分离室分离的液相，以及从分离室逃逸的气相，是连通分离室、液相捕集装置以及外循环管的缓冲装置。

本实用新型的进一步改进，轴向导流机构包括轴向导流轴和附着在轴向导流轴外壁的导流叶片，导流叶片一边附着在轴向导流轴，与轴向导流轴的附着处密封连接，导流叶片的另一边附着在分离室的内壁，与分离室内壁的附着处密封连接。

本实用新型的进一步改进，依据对所获取旋流强度的不同要求，可设置不同数量的轴向导流叶片，导流叶片的数量为2，4片、6片、8片或者12片，每片导流叶片均匀分布在轴向导流轴的外表面。

本实用新型的进一步改进，第二隔板包括与脱水装置本体壁内侧连接的竖直部分和与竖直部分垂直连接的水平部分，该水平部分与分离室的上外壁之间的间隙即环形缝隙。

本实用新型的进一步改进，各个同样的环形缝隙均连通各分离室和二次分离导流室。

本实用新型的进一步改进，环形缝隙两边的分离室和第二隔板的管壁结构均采用内倒角形式，便于已分离液相进入二次分离导流室。

本实用新型的进一步改进，脱水装置本体内有四个并联的外循环旋流脱水机构，各个同样外循环旋流脱水机构共用同一个入口、出口、二次分离导流室、液相捕集装置和外循环管。

外循环管有1个进口端，4个出口端，进口端连通二次分离导流室，出口端分别连通4个同样外循环旋流脱水装置轴向导流轴的出口端，外循环管主管线位于二次分离导流室的外面，将4个同样外循环旋流脱水装置二次分离导流室内的逃逸气相以及部分液相再次分别输送至4个同样外循环旋流脱水装置分离室，进行2次分离。

本实用新型的有益效果：（1）该新型气井井口管式并联外循环旋流脱水装置采用导流叶片获得旋流效果，不仅可以依据需要改变旋流强度，而且可直接安装在采气管线上，分离器结构紧凑，缩小了设备体积，安装方便。

（2）该新型气井井口管式并联外循环旋流脱水装置采用分离室和二次分离导流室两个分离室结构，能够实现2次循环分离，提高了气液两相分离效率。

（3）该新型气井井口外循管式环旋流脱水装置采用外循环管，未占用分离室和二次分离导流室的分离空间，提高了气液两相有效分离效率。

（4）该新型气井井口管式并联外循环旋流脱水装置采用外循环装置，平衡了液相捕集装置与分离室之间的压力差，利于分离室提高气液分离效率。

（5）该新型气井井口管式并联外循环旋流脱水装置可采用4个同样循环旋流脱水装置并联方式，4个同样循环旋流脱水装置均采用分离室和二次分离导流室两个分离室结构，均能够实现2次循环分离，在不影响分离效率的前提下，提高了脱水装置处理量。

附图说明

图1是本新型提供的气井井口管式并联外循环旋流脱水装置结构示意图。

图2是本新型提供的气井井口管式并联外循环旋流脱水装置轴向导流机构三维示意图。

图3是本新型提供的气井井口管式并联外循环旋流脱水装置环形缝隙结构示意图。

图4是本新型图1 A-A纵断面示意图（当四个外循环旋流脱水装置并联时）。

图5是本新型提供的气井井口管式并联外循环旋流脱水装置横向截面中心线切向速度散点图。

图6是本新型提供的气井井口管式并联外循环旋流脱水装置横向截面中心线静压散点图。

图中：1、入口，2、导流叶片，3、轴向导流轴，4、分离室， 5轴向导流轴出口，6、二次分离导流室，7、环形缝隙，8、出口，9、外循环管，10、液相捕集装置， 11、液位计，12、液相捕集出口， 61、入口室，62、出口室，63、第一隔板， 64、第二隔板，401、第一分离室，402、第二分离室，403、第三分离室， 404、第四分离室。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述。

实施例1：

如图1所示，一种气井井口管式并联外循环旋流脱水装置，包括脱水装置本体，脱水装置本体两端分别设有入口1和出口8；脱水装置本体内有至少两个并联的外循环旋流脱水机构，外循环脱水机构包括分离室4和位于分离室4内的轴向导流机构；分离室4的外壁与脱水装置本体壁中间形成二次分离导流室6，分离室4和二次分离导流室6通过环形缝隙7连通，二次分离导流室6的下端连通有液相捕集装置10，液相捕集装置10侧边连通有液位计11，底部有液相捕集出口12，二次分离导流室6外壁靠近入口1一端连通外循环管9的入口；轴向导流机构包括轴向导流轴3和附着在轴向导流轴3外壁的导流叶片2，外循环管9的出口端位于各轴向导流轴3进口一端，且与轴向导流轴3进口连通，轴向导流轴3内部为贯通的中空结构。

外循环脱水机构的输入端与入口1侧形成入口室61；外循环脱水机构的输出端与出口8侧形成出口室62；并联的外循环脱水机构之间通过挡板分开，二次分离导流室6一端通过第一隔板63与入口室2相互隔离，二次分离导流室6另一端通过第二隔板64与出口室9隔离，且第二隔板64与分离室之间存在间隙即环形缝隙7。

实施例2：

如图1-3所示，在实施例1基础上，轴向导流机构包括轴向导流轴3和附着在轴向导流轴3外壁的导流叶片2，导流叶片2一边附着在轴向导流轴3，与轴向导流轴3的附着处密封连接，导流叶片2的另一边附着在分离室4的内壁，与分离室4内壁的附着处密封连接。

导流叶片2的数量为2，4片、6片、8片或者12片，每片导流叶片2均匀分布在轴向导流轴3的外表面。

第二隔板64包括与脱水装置本体壁内侧连接的竖直部分和与竖直部分垂直连接的水平部分，该水平部分与分离室4的上壁之间的间隙即环形缝隙7。

各个环形缝隙7均连通各分离室4和二次分离导流室6。

环形缝隙7两边的分离室5和第二隔板8的管壁结构均采用内倒角形式。

环形缝隙的环向宽度d1，即分离室和第二隔板水平部分之间的半径差，可依据气液混合物的液相含量确定，如果液相含量高则d1大，如果液相含量低则d1小。

环形缝隙7的横向宽度d2，即分离室端面和第二隔板64水平部分端面之间的间距，可依据气液混合物的流速确定，如果气液混合物的流速大，达到5m/s以上则d2大，如果气液混合物的流速相对较小，在2-5m/s之间则d2小，如果气液混合物的流速非常小，小于2m/s，则第二隔板64水平部分深入到分离5内。

实施例3：

如图4所示，在实施例1基础上，脱水装置本体内有四个并联的外循环旋流脱水机构：第一分离室401、第二分离室402、第三分离室403、第四分离室404。4个同样外循环旋流脱水机构共用同一个入口1、出口8、二次分离导流室6、液相捕集装置10和外循环管9。

本实用新型提供的一种新型气井井口管式并联外循环旋流脱水装置运行时，气液混合物由入口1轴向进入入口室2，因新型气井井口管式并联外循环旋流脱水装置安装在井口采气管线上，因此入口室2内带压，入口室2将气液混合物均匀压入4个并联的同样外循环旋流脱水装置，现已其中一个外循环旋流脱水装置为例，详细说明本实用新型提供的一种新型气井井口管式并联外循环旋流脱水装置的运行过程。

入口室61压入的气液混合物经导流叶片3，由轴向流转变为旋转流，产生切向速度，进入分离室4，进入分离室4的气液混合物中的重相液态水和部分重组分，因为切向速度导致的离心力存在，被加速甩向分离室4内壁，使气液两相分离，被甩向内壁的重相液态水和部分重组分沿分离室4内壁旋流前进，经由分离室4与出口管线之间环形缝隙7进入二次分离导流室6，分离后的气相则进入出口室62，最后由出口8排出。经4个并联的同样循环旋流脱水装置分离室分离进入二次分离导流室6的不仅包括液态水和部分重组分，还包括部分气相天然气，这些气液混合物进入二次分离导流室6之后，液态水和部分重组分由于重力作用进入液相捕集装置10，当液相捕集装置10内液相达到设计位置，经由液相捕集出口12排出，进入二次分离导流室6的部分气相天然气则经由外循环管9再次分别进入4个并联的同样循环旋流脱水装置的分离室，进行二次分离。

由图5可以知道，气液混合物由入口轴向进入脱水装置，经2导流叶片后，气液混合物由典型的轴向流转变为具有明显切向速度的旋转流。

由图6可以知道，由于旋转流的原因，4分离室中心位置为明显的低压区，因此进入6二次分离导流室的部分气相天然气能够由9外循环管再次进入4分离室，进行二次分离。

Claims (8)

1.一种气井井口管式并联外循环旋流脱水装置，其特征在于：包括脱水装置本体，脱水装置本体两端分别设有入口（1）和出口（8）；脱水装置本体内有至少两个并联的外循环旋流脱水机构，所述外循环脱水机构包括分离室（4）和位于分离室（4）内的轴向导流机构；分离室（4）的外壁与脱水装置本体壁中间形成二次分离导流室（6），分离室（4）和二次分离导流室（6）通过环形缝隙（7）连通，二次分离导流室（6）的下端连通有液相捕集装置（10）；液相捕集装置（10）侧边连通有液位计（11），底部有液相捕集出口（12）；二次分离导流室（6）外壁靠近入口（1）一端连通外循环管（9）的入口；轴向导流机构包括轴向导流轴（3）和附着在轴向导流轴（3）外壁的导流叶片（2），外循环管（9）的出口端位于各轴向导流轴（3）进口一端，且与轴向导流轴（3）进口连通，轴向导流轴（3）内部为贯通的中空结构；

外循环脱水机构的输入端与入口（1）侧形成入口室（61）；外循环脱水机构的输出端与出口（8）侧形成出口室（62）；并联的外循环脱水机构之间通过挡板分开，二次分离导流室（6）一端通过第一隔板（63）与入口室（61）相互隔离，二次分离导流室（6）另一端通过第二隔板（64）与出口室（62）隔离，且第二隔板（64）与分离室之间存在间隙即环形缝隙（7）。

2.根据权利要求1所述的气井井口管式并联外循环旋流脱水装置，其特征在于，轴向导流机构包括轴向导流轴（3）和附着在轴向导流轴（3）外壁的导流叶片（2），导流叶片（2）一边附着在轴向导流轴（3），与轴向导流轴（3）的附着处密封连接，导流叶片（2）的另一边附着在分离室（4）的内壁，与分离室（4）内壁的附着处密封连接。

3.根据权利要求1所述气井井口管式并联外循环旋流脱水装置，其特征在于：所述导流叶片（2）的数量为2，4片、6片、8片或者12片，每片导流叶片（2）均匀分布在轴向导流轴（3）的外表面。

4.根据权利要求1所述气井井口管式并联外循环旋流脱水装置，其特征在于：所述第二隔板（64）包括与脱水装置本体壁内侧连接的竖直部分和与竖直部分垂直连接的水平部分，该水平部分与分离室（4）的上壁之间的间隙即环形缝隙（7）。

5.根据权利要求1所述气井井口管式并联外循环旋流脱水装置，其特征在于：各个同样的环形缝隙（7）均连通各分离室（4）和二次分离导流室（6）。

6.根据权利要求1所述气井井口管式并联外循环旋流脱水装置，其特征在于：所述环形缝隙（7）两边的分离室（4）和第二隔板（64）的管壁结构均采用内倒角形式。

7.根据权利要求1所述气井井口管式并联外循环旋流脱水装置，其特征在于：所述脱水装置本体内有四个并联的外循环旋流脱水机构。

8.根据权利要求7所述气井井口管式并联外循环旋流脱水装置，其特征在于：四个并联的外循环旋流脱水机构共用同一个入口（1）、出口（8）、二次分离导流室（6）、液相捕集装置（10）和外循环管（9）。