CN214196282U - 用于旋流式分离器的旋流子及旋流子组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于旋流式分离器的旋流子及旋流子组件,涉及石油工程中油气井开采设备领域，包括同轴间隔排布的旋流子壳体和中心管，且旋流子壳体内壁与中心管外壁之间形成旋流室；所述旋流子壳体上端呈封闭状，且中心管的上端贯穿旋流子壳体向上延伸；所述旋流子壳体上还开设有连通旋流室的扁形孔，扁形孔的出口端与旋流子壳体内壁相切。本实用新型在继承了页岩气旋流分离器对页岩气工况的适应性的基础上，更小的旋转小半径尺寸，得到更大的旋流离心加速，使旋流沉降分离精度得到进一步提高。

Description

用于旋流式分离器的旋流子及旋流子组件

技术领域

本实用新型涉及石油工程中油气井开采设备领域，具体而言，涉及一种用于旋流式分离器的旋流子及旋流子组件。

背景技术

在页岩气田集输工程中，现普遍采用的是多管旋流式气液分离器，它是将旋流分离器的旋流筒及中心管等核心部件尺寸缩小后组成旋流子组件，再根据处理量的需求来选用旋流子的数量，并将多个旋流子共同置于一个旋流子壳体内，以此构成旋流分离器，其中，以旋风除尘分离器使用最为普遍。

该种结构虽在油气田中的气液分离器已有应用，但受工况因素影响，最终导致效果不稳定，特别是在页岩气开采过程中，由于返排液（压裂液返出）形成的段塞效应会导致管路气液流量的波动性，使线速度的不平稳性将直接影响旋流沉降分离效果，因此，现有用于油气田中的气液分离器几乎都不采用旋流子。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于旋流式分离器的旋流子及旋流子组件，在继承了页岩气旋流分离器对页岩气工况的适应性的基础上，更小的旋转小半径尺寸，得到更大的旋流离心加速，使旋流沉降分离精度得到进一步提高。

为实现本实用新型目的，采用的技术方案为：用于旋流式分离器的旋流子，包括同轴布置的旋流子壳体和中心管，且旋流子壳体内壁与中心管外壁之间形成旋流室；所述旋流子壳体上端呈封闭状，且中心管的上端贯穿旋流子壳体向上延伸；所述旋流子壳体上还开设有连通旋流室的扁形孔，扁形孔的出口端与旋流子壳体内壁相切。

进一步的，所述扁形孔为多个，多个扁形孔沿旋流子壳体的圆周方向均匀间隔布置。

进一步的，所述旋流子壳体外壁还具有与扁形孔对应的凸块结构，扁形孔的进口段贯穿凸块结构。

进一步的，所述凸块结构的横截面呈三角形。

进一步的，所述旋流子壳体内还具有旋流分离室，旋流分离室位于旋流室下方；所述旋流子壳体下端还安装有反射帽，且反射帽与旋流子壳体同轴间隙排布。

进一步的，所述反射帽下部呈圆锥状，反射帽中部呈圆柱状，反射帽顶部呈弧面状，且反射帽顶部中心还开设有通孔。

进一步的，所述反射帽中部与旋流子壳体内壁之间还设有破旋器。

用于旋流式分离器的旋流子组件，包括上固定板、下固定板和多个上述旋流子，上固定板和下固定板大小相等，多个旋流子壳体共同固定在下固定板上，多个中心管的延伸端共同固定在上固定板上，且扁形孔位于上固定板和下固定板之间。

进一步的，还包括贯穿上固定板和下固定板的降液管，且降液管的上端与上固定板上表面平齐。

本实用新型的有益效果是,

1、通过在旋流子壳体上开设扁形孔，并使扁形孔的出口与旋流子壳体内壁相切，使流体通过扁窄孔进入旋流子壳体内壁时，一开始就缩短了离心沉降距离，从而使分离效率大大提高。

2、通过使多个扁形孔沿旋流子圆周方向均匀间隔排布，使流体呈对称、分散进入旋流室，从而在能够在旋流子壳体内壁上形成更加连续匀称的流线及离心强度。

3、通过将反射帽中的下部设置成圆锥状，中部设置成圆柱状，顶部设置成弧面状，相对于现有的锥形反射帽，使反射帽中部与旋流子壳体内壁形成环形液体流道，有利于贴附在旋流子壳体内壁的液体顺畅下落（尤其页岩气中含有大量砂粒，收缩的底部不利于砂粒的下落)，而通过在该环形液体流道内设置破旋件，从而能有效消除旋流对储液器壳体内的搅动影响，解决了现有锥形反射帽因反射旋流贯穿于分离器底部而对储液器壳体内的液体微粒搅动夹带作用的弊端；同时，通过在顶部中心开设通孔，能有效使进入到储液器壳体内的气体形成回流通道，使储液器壳体内形成一个相对静止空间，有利于液粒下沉。

4、通过将中心管上端固定在上固定板上，并将旋流子壳体固定在下固定板上，从而构成旋流子组件，使旋流子组件安装在旋流器壳体内时，上固定板与下固定板之间形成前置腔，使流体在通过扁形孔进入旋流室之前会先进入到前置腔体内进行预分离，使流体在进入前置腔时，在重力作用下使大尺寸液粒沉降聚集于前置腔底部；同时，能有效使流体能在前置腔时缓冲消减流量波动，为旋流提供较为稳定的流速，使分离效率、分离精度和抗工况波动能力大大提高，能完全适应页岩气开采工况条件。

5、通过安装降液管，使旋流子组件安装在旋流式分离器的壳体内后，旋流式分离器的上部与下部连通，从而有效降低旋流式分离器的壳体下部储液腔的气压，增大旋流子内部与旋流式分离器的壳体下部储液腔压差，有利于旋流子的分液作用；同时，由于分离出的气相在进入到旋流式分离器的壳体上部后需进行除雾干燥，凝聚形成液滴会掉落在上固定板上，此时，掉落在上固定板上的液滴可沿降液管最终掉落至旋流式分离器的壳体下部储液腔内，避免旋流式分离器的壳体上部积液。

附图说明

图1是本实用新型提供的用于旋流式分离器的旋流子的结构图；

图2是图1中A-A的剖视图；

图3是图1中扁形孔的结构图；

图4是本实用新型提供的用于旋流式分离器的旋流子组件的结构图。

附图中标记及相应的零部件名称：

旋流子壳体1，扁形孔2，旋流室3，旋流分离室4，反射帽5，破旋器6，通孔7，中心管8，凸块结构9，上固定板10，下固定板11，降液管12。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

实施例1

如图1、图2、图3所示，本实用新型提供了一种用于旋流式分离器的旋流子，包括同轴布置的旋流子壳体1和中心管8，且旋流子壳体1内壁与中心管8外壁之间形成旋流室3；所述旋流子壳体1上端呈封闭状，且中心管8的上端贯穿旋流子壳体1向上延伸；所述旋流子壳体1上还开设有连通旋流室3的扁形孔2，扁形孔2的出口端与旋流子壳体1内壁相切。

所述旋流室3位于旋流子壳体1的上部；所述旋流室3上端呈封闭状，且旋流室3主要用于使进入的流体通过旋流实现气液分离。所述中心管8为贯穿结构，中心管8位于旋流室3内的长度与旋流室3的高度一致，且中心管8的下端呈悬空状；通过安装中心管8，使旋流室3呈环状，使流体在通过扁形孔2进入旋流室3内时，旋流室3能对流体进行引导，使流体在旋流室3内的旋流效果更好，从而使流体的分离效果更好；同时，由于旋流分离出的气相会向上运动，中心管8将流体旋流区域与气相通过的区域分开，使分离出的气相通过中心管8内部向上运动，能有效防止分离出气相与流体再次混合，使旋流分离效果更高。

所述扁形孔2的中心轴线为直线，通过使扁形孔2的出口端与旋流子壳体1内壁相切，使通过扁形孔2进入到流体在进入到旋流室3内时，流体沿着旋流子壳体1内壁螺旋向下移动，从而使流体在完成预分离后再次进行气液分离，使夹杂在液相中的气相被全部分离出。

所述扁形孔2为矩形或长条形或椭圆形；一是使流体通过扁形孔2时更加贴近筒壁，使流体在进入旋流室3一开始就缩短了离心沉降距离，能大大提高分离效率；二是利用扁形孔2的高度，使流体在进入旋流室3的一开始就分为了气液两相将进入旋流室3，即扁形孔2上部为气相，扁形孔2下部为液相；根据文献资料及经验表明，其中，旋流分离器对于气体介质的推荐线速度为15m/s—25m/s，而液体介质旋流分离线速度不能过高，速度越高扰动越严重，使分离效率会随之下降，推荐线速度为3m/s—7m/s，当在同一孔口的液相和气相流体，在同一压差作用下，由于密度差异导致液相流速远低于气相流速，而按页岩气井开采工况进行计算分析，液相流速约为气相流速的五分之一，如果将气相速度设计在15m/s—25m/s，则液相流速正好就在3m/s—7m/s范围以内，根据流体仿真分析，本实用新型完全能满足该要求，不仅消除了旋流过程中的搅动与扰动，且减少夹带，提高分离效率。

所述扁形孔2为多个，多个扁形孔2沿旋流子壳体1的圆周方向均匀间隔排布，使流体在进入旋流子壳体1时能从四周均匀进入，不仅能起到分配流量的作用，且能使流体能对称、分散进入旋流室3，使流体能够在周向上形成更加连续匀称的流线及离心强度。

所述旋流子壳体1外壁还具有与扁形孔2对应的凸块结构9，扁形孔2的进口段贯穿凸块结构9；所述凸块结构9与旋流子壳体1呈一体结构，且凸块结构9的数量、位置均与扁形孔2的数量、位置一一对应；通过设置凸块结构9，使扁形孔2的长度增加，使流体在进入扁形孔2时，通过扁形孔2的距离更长，使流体在通过扁形孔2进入旋流室3内产生的势能更大，从而使流体在旋流子壳体1周向旋流时产生的离心力更大，从而使流体分离效果更好。

所述凸块结构9的横截面呈三角形，使凸块结构9外壁与旋流子壳体1外壁衔接处更加平滑，防止流体在通过扁形孔2进入旋流室3之前在旋流子外壁处产生涡流，从而使流体在通过扁形孔2进入旋流室3时产生波动，使流体流速更加稳定。

所述旋流子壳体1内还具有旋流分离室4，旋流分离室4位于旋流室3下方；所述旋流子壳体1下端还安装有反射帽5，且反射帽5与旋流子壳体1同轴间隙布置。当流体在完成旋流分离后，剩余的液相则通过自重从旋流子壳体1的下端排出；所述旋流分离室4主要使进入旋流室3内的流体通过旋流进入到旋流分离室4内时，流体在旋流分离室4内进行充分的分离，分离出的液相通过自重向下掉落，而分离出的气相则向上运动，并通过中心管8继续向上运动；由于旋流分离室4内的分离出的气相会受到惯性的作用继续向下运动，当继续向下运动的气相靠近到反射帽5时，向下运动的气相会受到一个向上的反作用力，不仅改变气相的运动方向，且使运动方向改变后的气相会形成内旋上升，使向下运动的气反向后相向上运动，防止向下运动的气相与分离出的液相再次混合。

所述反射帽5下部呈圆锥状，反射帽5中部呈圆柱状，反射帽5顶部呈弧面状，且反射帽5顶部中心还开设有通孔7；所述反射帽5顶部、反射帽5中部、反射帽5下部呈一体结构，且反射帽5顶部呈球面状，当分离出的液相掉落在反射帽5顶部上时，液相通过自重能随反射帽5顶部表面继续向下掉落，且从反射帽5顶部掉落的液相能贴附在旋流子壳体1内壁并顺畅下落（尤其页岩气中含有大量砂粒，收缩的底部不利于砂粒的下落)；同时，由于反射帽5顶部呈弧面状，而通孔7位于反射帽5顶部中心，则通孔7位于反射帽5顶部最高点，能有效使进入到旋流式分离器的储液腔内的气相形成回流通道，从而使旋流式分离器的储液腔内形成一个相对静止空间，有利于液粒下沉。

所述反射帽5中部与旋流子壳体1内壁之间还设有破旋器6，使旋流分离出的气相在通过惯性继续向下运动时，破旋器6能对气相的旋流惯性消除，防止气相进入到旋流式分离器的储液腔内部时对旋流式分离器的储液腔内的液体进行搅动，解决了现有锥形反射帽因反射旋流贯穿于分离器底部而对储液腔的液体微粒搅动夹带作用的弊端。

所述反射帽5下部的上端与旋流子壳体1下端平齐，使分离出的液相和残留的气相通过破旋器6对旋流惯性消除后，分离出的液相和残留的气相能通过反射帽5下部进行缓冲，不仅使分离出的液相掉落在旋流式分离器的储液腔时产生的势能更小，且使残留的气相在进入到旋流式分离器的储液腔内时速度更低，从而避免进入到旋流式分离器的储液腔内的气相和液相对旋流式分离器的储液腔内原有的液相造成扰动，使进入到旋流式分离器的储液腔内的气相能通过反射帽5顶部上的通孔7向上运动，使分离效果大大提高。

所述反射帽5下部的下端直径大于旋流子壳体1的开口直径，保证通过旋流子壳体1下端排出的液相和气相均能全部得到缓冲，使防扰动效果更好。

当需要对流体进行气液分离时，流体中的液相从扁形孔2的下部进入旋流室3内，流体中的气相从扁形孔2的上部进入旋流室3内，而进入到旋流室3内的气相和液相会紧贴旋流子壳体1内壁高速螺旋向下运动，并在运动过程中，根据离心力的作用，不仅使气相和液相形成明显的界面，且使气相中的分散液粒不断沉降到旋流子壳体1内壁上的液相中。

当液相继续下旋至旋流分离室4时，在离心力作用下，气相中的液体微粒继续向旋流子壳体1内壁沉降，而气相会逐步向旋流子壳体1中心扩散，而由于惯性运动至旋流子壳体1下端的部分气相会通过反射帽5反射内旋上升，并随分离出的气相一起上升进入中心管8，而靠近旋流子壳体1内壁的气相则会和液相经过破旋器6，其中，气相通过反射帽5下部缓冲直接进入旋流式分离器的储液腔内，而液相则通过反射帽5下部缓冲并随反射帽5下部聚集掉落到旋流式分离器的储液腔内，而进入到旋流式分离器的储液腔内的气相根据压差作用通过通孔7上升至旋流分离室4内，并与反射帽5反射的气相一起形成内旋上升气流，并通过中心管8旋流式分离器上部。

本实施例1中提供的用于旋流式分离器的旋流子与现有技术中的旋流分离技术比较，更能适用于页岩气生产使用，且能够全面取代页岩气集输所采用的旋流分离器和重力分离器，分离效率和分离精度均优于同工况的现有技术中的分离器设备。

实施例2

如图4所示，本实用新型提供一种用于旋流式分离器的旋流子组件，包括上固定板10、下固定板11和多个实施例1中的旋流子，上固定板10和下固定板11大小相等，多个旋流子壳体1共同固定在下固定板11上，多个中心管8的延伸端共同固定在上固定板10上，且扁形孔2位于上固定板10和下固定板11之间。

所述上固定板10与下固定板11均呈圆形，且上固定板10和下固定板11的直径与分流式旋流器的壳体内径配合；所述旋流子中的中心管8延伸端贯穿上固定板10向上延伸，旋流子中的旋流子壳体1贯穿下固定板11向下延伸，且旋流子壳体1与下固定板11呈一体结构，中心管8与上固定板10呈一体结构，旋流子壳体1上的凸块结构9上端与上固定板10下表面抵拢，旋流子壳体1的凸块结构9下端与下固定板11上表面抵拢；多个所述旋流子呈均匀排布，从而使流体能平稳均匀的进入到每个旋流室3内。

当旋流子组件安装在分离室旋流器的壳体内时，上固定板10、下固定板11和分流式旋流器的壳体内壁共同构成一个密闭的前置腔，此时，多个旋流子上的扁形孔2的进口端与该前置腔连通，使流体在通过扁形孔2进入旋流室3之前会先进入到前置腔体内进行预分离，使流体在进入前置腔时，在重力作用下使大尺寸液粒沉降聚集于前置腔底部；同时，能有效使流体能在前置腔时缓冲消减流量波动，为旋流提供较为稳定的流速，使分离效率、分离精度和抗工况波动能力大大提高，能完全适应页岩气开采工况条件。

用于旋流式分离器的旋流子组件还包括贯穿上固定板10和下固定板11的降液管12，且降液管12的上端与上固定板上表面平齐，使旋流子组件安装在旋流式分离器的壳体内后，旋流式分离器的上部与下部连通，从而有效降低旋流式分离器的壳体下部储液腔的气压，增大旋流子内部与旋流式分离器的壳体下部储液腔压差，有利于旋流子的分液作用；同时，由于分离出的气相在进入到旋流式分离器的壳体上部后需进行除雾干燥，而凝聚形成的液滴掉落在上固定板10上，此时，掉落在上固定板10上的液滴可沿降液管12最终掉落至旋流式分离器的壳体下部储液腔内，避免旋流式分离器的壳体上部积液。

所述降液管12的直径可根据实际旋流式分离器的壳体的直径等计算得出，从而使降液管12既满足旋流式分离器的壳体上部积液下落顺畅，又兼顾旋流式分离器的壳体下部储液腔气体的上升速度低于分离精度的液体微粒沉降速度，以保证上升气体无夹带液滴。

所述上固定板10与下固定板11之间还固定安装有多个支撑柱，使上固定板10与下固定板11安装结构更加稳定，使旋流子组件安装在分流式旋流器的壳体内时更加稳定。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于旋流式分离器的旋流子，其特征在于，包括同轴布置的旋流子壳体(1)和中心管(8)，且旋流子壳体(1)内壁与中心管(8)外壁之间形成旋流室(3)；所述旋流子壳体(1)上端呈封闭状，且中心管(8)的上端贯穿旋流子壳体(1)向上延伸；所述旋流子壳体(1)上还开设有连通旋流室(3)的扁形孔(2)，扁形孔(2)的出口端与旋流子壳体(1)内壁相切。

2.根据权利要求1所述的用于旋流式分离器的旋流子，其特征在于，所述扁形孔(2)为多个，多个扁形孔(2)沿旋流子壳体(1)的圆周方向均匀间隔布置。

3.根据权利要求1所述的用于旋流式分离器的旋流子，其特征在于，所述旋流子壳体(1)外壁还具有与扁形孔(2)对应的凸块结构(9)，扁形孔(2)的进口段贯穿凸块结构(9)。

4.根据权利要求3所述的用于旋流式分离器的旋流子，其特征在于，所述凸块结构(9)的横截面呈三角形。

5.根据权利要求1所述的用于旋流式分离器的旋流子，其特征在于，所述旋流子壳体(1)内还具有旋流分离室(4)，旋流分离室(4)位于旋流室(3)下方；所述旋流子壳体(1)下端还安装有反射帽(5)，且反射帽(5)与旋流子壳体(1)同轴布置。

6.根据权利要求5所述的用于旋流式分离器的旋流子，其特征在于，所述反射帽(5)下部呈圆锥状，反射帽(5)中部呈圆柱状，反射帽(5)顶部呈弧面状，且反射帽(5)顶部中心还开设有通孔(7)。

7.根据权利要求5所述的用于旋流式分离器的旋流子，其特征在于，所述反射帽(5)中部与旋流子壳体(1)内壁之间还设有破旋器(6)。

8.一种用于旋流式分离器的旋流子组件，其特征在于，包括上固定板(10)、下固定板(11)和多个如权利要求1至7中任意一项所述的旋流子，上固定板(10)和下固定板(11)大小相等，多个旋流子壳体(1)共同固定在下固定板(11)上，多个中心管(8)的延伸端共同固定在上固定板(10)上，且扁形孔(2)位于上固定板(10)和下固定板(11)之间。

9.根据权利要求8所述的用于旋流式分离器的旋流子组件，其特征在于，还包括贯穿上固定板（10）和下固定板（11）的降液管（12），且降液管（12）的上端与上固定板（10）上表面平齐。

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