專利名稱：一種軸向式入口油水旋流分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將油水兩相混合液進行分離的系統(tǒng)，特別是涉及一種應用于高含水油井和未來深水油田水下處理系統(tǒng)中的油水分離系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著油田的不斷開發(fā)，我國大部分油田已進入中、高含水開發(fā)期，油井采出液中含水率普遍已達90%以上。由于含水量的不斷增加，使得產(chǎn)出液舉升費用增加，生產(chǎn)成本不斷增加，當抽取混合液所消耗的費用高于分離出的石油所帶來的收益時，油井將瀕臨經(jīng)濟開采極限而被迫停產(chǎn)。因此在油井中采用油水預分設(shè)備對提高油井采收率具有重要意義。為滿足我國石油的需求，國內(nèi)石油的增長將主要依靠海洋石油的開發(fā)，不可避免地向深水、極深水延伸，而制約我國在深水區(qū)開采石油的主要技術(shù)瓶頸是深水環(huán)境下的高效油水分離技術(shù)。深水的高壓環(huán)境使得體積龐大的罐式分離器無法使用，要求使用結(jié)構(gòu)緊湊的管式分離器。當前油水預分設(shè)備所采用的分離原理主要有重力和離心，例如專利公開號 CN107^91，一種井下油水分離采油裝置，描述的是一個采用重力原理分離的油水分離裝置，然而在現(xiàn)實生產(chǎn)中，往往需要對大量的油水混合液進行快速分離，重力原理是有效的分離技術(shù)手段，但這種技術(shù)的處理速度相對較慢。專利公開號CN107^92，利用動態(tài)葉片起旋產(chǎn)生旋流場來加快油水的分離；專利公開號C擬601121，由分離葉輪和工作筒共同旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生旋流使油水分離。這兩種均基于離心原理進行油水分離，它們的共同點是都有運動部件， 維護較麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對以上油水分離裝置在尺寸、分離速度和裝置維護方面的不足及未來井下油水分離的需求，提供一種無運動部件、且結(jié)構(gòu)緊湊、可提高分離效率的采用離心分離原理的軸向式入口油水旋流分離器。本發(fā)明提供的一種軸向式入口油水旋流分離器包括依次連接的進液管段、旋流生成管段和除水管段，所述旋流生成管段進一步包括旋流管道和可固定傾斜安裝在該旋流管道中的2片以上的導流片，所述導流片沿所述旋流管道的周向均布，并在所述旋流管道的軸向依次疊置；當油水混合的流液流經(jīng)所述導流片時，形成中心對稱的旋流場，從而將油和水離心分離。優(yōu)選地，所述導流片為半橢圓形，該導流片的長軸與所述旋流管道的橫截面的夾角θ為10°彡θ彡60°。優(yōu)選地，所述導流片的短軸與所述旋流管道的橫截面的夾角α為 0° < α < 45°。優(yōu)選地，所述導流片的短軸與所述旋流管道的橫截面的夾角α為0°。優(yōu)選地，所述導流片的數(shù)量為2 6片。
優(yōu)選地，所述導流片的厚度h為2mm 7mm。優(yōu)選地，所述旋流生成管段的旋流管道的內(nèi)徑大于所述進液管段的進液管的內(nèi)徑，在所述進液管段和旋流生成管段之間還設(shè)置有用于連接所述進液管段和旋流生成管段的漸擴管段。優(yōu)選地，所述旋流生成管段的旋流管道的內(nèi)徑為所述進液管段的管道的內(nèi)徑的 1. 2 1. 5 倍。優(yōu)選地，所述除水管段為漸收除水管段，該漸收除水管段包括沿油水流向直徑逐漸變小的除水管道和在該除水管道上開設(shè)的沿油水流向間隔適當間距的1組以上除水孔， 每組除水孔的數(shù)量與所述導流片的數(shù)量相同，且沿所述除水管道周向均勻分布。優(yōu)選地，在所述除水管道的外部還形成有一個腔室，該腔室包括用于容納從所述除水孔排出的液體的圓筒及與圓筒相貫的出口管段。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明是利用旋流原理的油水分離設(shè)備，進液管段與出水管段的內(nèi)徑相同，只需在需要處理的采液管線上截下一段安裝此分離器，不改變管流方向，適應性好，與傳統(tǒng)的重力沉降分離設(shè)備相比，處理效率明顯得到提高，且其所占空間較小；2、當油水以一定的比例進入旋流生成管段時，遇到導流片，由于導流片周向同向傾斜，沿環(huán)形方向每個導流片導流的那部分流體流動基本相同，因此能夠達到一致的渦旋效果，這樣就保證了經(jīng)過導流片后，所形成的旋流場是中心對稱的。而油水混合液經(jīng)過導流片導流后在管道中向一個方向運動，在其向前運動過程中，所受的外來流場干擾少，因此， 所形成的對稱流場較穩(wěn)定。油水在對稱穩(wěn)定的旋流場中，由于油相密度較小，所受到的向心浮力大于離心力，因此向管中心運動，水則向相反的方向運動，即分布在管壁附近；在對稱穩(wěn)定流場中，油核穩(wěn)定的分布在圓形管道中心區(qū)域，不會發(fā)生大位移的搖晃；這樣，就能夠起到很好的油水分離效果；3、本發(fā)明的靜態(tài)導流片安裝方法回避了利用動態(tài)導流片在井下高壓環(huán)境下的密封問題，另外，本發(fā)明的起旋方式克服了采用切向式入口導流對已形成的旋流場的干擾，使旋流場更加對稱穩(wěn)定，且不存在切向式導流后的油水兩相反向流動，能夠避免因油水兩相的反向運動所帶來的油水重混現(xiàn)象，從而提高分離效率；4、本發(fā)明旋流生成管段安裝在管道中，不需要像切向式入口一樣，需要另外加一根管子變成二維結(jié)構(gòu)，節(jié)省空間，從而能夠更有效的利用井下空間，提高了處理量，更適合應用在井下油水分離系統(tǒng)中；另一方面，在深水高壓環(huán)境下，切向式入口使得相切處成為薄弱環(huán)節(jié)，需要額外加強該處的焊接強度，而軸向式安裝在管道內(nèi)壁的導流片則不存在這一問題，因此本發(fā)明具有良好的工業(yè)應用前景。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的旋流生成管段結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的導流片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1除水孔的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括依次連接設(shè)置的進液管段1、漸擴管段2、旋流生成管段 3和漸收除水管段5，由于旋流生成管段3的旋流管道的內(nèi)徑大于進液管段1的管道的內(nèi)徑，因此在進液管段1和旋流生成管段3之間設(shè)置漸擴管段2，進液管段1的進液管上裝有流量計14。如圖2 3所示，旋流生成管段3進一步包括可固定傾斜安裝在旋流管道35中的 4片導流片31、32、33、34，導流片31、32、33、34沿旋流管道35的周向均布，并在旋流管道35 的軸向依次疊置。當油水混合的流體沿流向A的方向流經(jīng)導流片31、32、33、34時，就會形成中心對稱的旋流場，在旋流場中油水因密度不同所受到離心力不同而被分離。如圖3所示，導流片31、32、33、34采用半橢圓形的不銹鋼或者其它耐磨材料制成， 導流片31、32、33、34的長軸與旋流管道35的橫截面的夾角θ為45°，短軸與旋流管道35 的橫截面相平行，即短軸與旋流管道35的橫截面的夾角α為0°。傳統(tǒng)的切向式入口起旋方式形成旋流場，在旋流場中油相向中心區(qū)域運動形成油核，并利用油核與水在不同區(qū)域的反向流動實現(xiàn)油水分離，當旋流場不穩(wěn)定時，油核中的部分油有被反向流動的水帶走的可能，從而增加了油水分離的難度。而本發(fā)明的起旋方式即利用軸向安裝的靜態(tài)導流片31、32、33、34導流后形成旋流場，在旋流場中油相所形成的油核與在管壁附近分布的水相向相同的方向運動，則減小了上述風險。當油水以一定的比例進入到本發(fā)明時，遇到導流片31、32、33、34，由于導流片31、 32、33、34同向傾斜，沿環(huán)形方向每個導流片導流的那部分流體流動基本相同，因此能夠達到一致的渦旋效果，這樣就保證了經(jīng)過導流片后，所形成的旋流場是中心對稱的。又油水混合液經(jīng)過導流片31、32、33、34導流后在旋流管道35中向一個方向運動，在其向前運動過程中，所受的外來流場干擾少，因此，所形成的對稱流場較穩(wěn)定，油水在對稱穩(wěn)定的旋流場中， 由于油相密度較小，所受到的向心浮力大于離心力，因此向管中心運動，水則向相反的方向運動，即分布在管壁附近；在對稱穩(wěn)定的旋流場中，油核穩(wěn)定的分布在圓形旋流管道35中心區(qū)域，不會發(fā)生大位移的搖晃；這樣，就能夠起到很好的油水分離效果。油水在對稱穩(wěn)定的旋流場中，由于油相密度較小，所受到的向心浮力大于離心力， 因此向管中心運動，水則向相反的方向運動，即分布在管壁附近。在對稱穩(wěn)定流場中，油核穩(wěn)定的分布在圓形管道中心區(qū)域，不會發(fā)生大位移的搖晃，同時，軸向安裝的導流片使油滴的徑向運動距離減小，能促使油滴更快的運動到軸心。在本發(fā)明實施例中，導流片31、32、33、34以長軸與旋流管道35的橫截面的夾角θ 為45°的角度同向安裝在旋流管道35中，當然，也可以是10° < θ <60°。短軸與旋流管道35的橫截面相平行，即短軸與旋流管道35的橫截面的夾角α為0°，當然，也可以是 0°彡α彡45°。在導流片31、32、33、34的厚度h通?？梢栽O(shè)置在2謹 7謹，以保證足夠的強度，旋流管道35的管徑d為75mm，導流片的厚度為2mm。在本發(fā)明實施例中，導流片的安裝數(shù)目也可以設(shè)置在2 6片，也可以起到相同或是類似的油水分離效果。各導流片在圓形旋流管道35中心區(qū)域依次重疊，保持中心重疊點緊靠在一起，從而保證油水混合液經(jīng)過導流片導流。如圖1所示，漸收除水管段5包括沿油水流向主流方向直徑逐漸變小的除水管道 51和在該除水管道51上開設(shè)的沿油水流向主流方向間隔適當間距的1組以上除水孔52，每組除水孔52的數(shù)量與導流片31、32、33、34的數(shù)量相同，且沿除水管道51周向均勻分布。 除水孔52中心線與通過除水孔52中心的半徑成一角度，如圖4所示，這樣可以減小壓降損失。在除水管道51的外部還設(shè)置有與除水管段5形成一個腔室，該腔室包括用于容納從除水孔52排出的液體的圓筒4和與該圓筒4通過相貫的形式連通起來的出水管段6，水通過出水管段6排出，出水管段6上裝有一個球閥7和流量計9，通過調(diào)節(jié)球閥7來控制從出口 8分流掉的流量占進液管段1流量的百分比。其余的來液通過主流下游的出口 10排出，不改變主流的流動方向，出口 10即為安裝在出水管道51的輸出端的管道11的出口，出口 10 為富油出口。在上述技術(shù)方案中，漸擴管段2的內(nèi)徑由進液管與旋流生成管段3的旋流管道35 內(nèi)徑?jīng)Q定，旋流管道35的內(nèi)徑為進液管內(nèi)徑的1.2-1.5倍的關(guān)系，其目的是未來為后來的漸收除水管段5有較大的空間除水。將出水管段6與圓筒12垂直連接，兩管中心線正交。 出水管段6上裝上流量計9和球閥7，形成出水口 8。下面舉例具體應用的實例。含油濃度在5% -20%之間的油井采出液，以15m3/h的流量，從進液管段1沿流體流向A經(jīng)流量計14進入，入口的流量計14記錄入口流量；經(jīng)過漸擴管段2的導流，油水兩相混合液順利過渡到旋流生成管段3，流經(jīng)導流片 31、32、33、34形成高速旋轉(zhuǎn)的流體，油水兩相在離心力作用下，快速分離，密度較大的水相富集在管內(nèi)壁，而密度較小的油相則富集在管中心；分離好的油水兩相在慣性作用進入漸收除水管段5，在漸收除水管段5中，離心效應得到增強，油相富集在管中心，分布在除水管道51內(nèi)壁附近的水則由管壁上的孔流出從而實現(xiàn)油水分離，通過調(diào)節(jié)出水管段6上的球閥7，監(jiān)測流量計9和14的視數(shù)，使流量計9 的視數(shù)在流量計14的50%左右，分離掉50%左右的水；通過漸收除水管段5的作用，剩下50%的油水混合物輸送到平臺或者井口進行精細分離。經(jīng)過本設(shè)備處理后的回注水含油率小于lOOOppm，達到國家井下或者海底水下處理系統(tǒng)處理標準。
權(quán)利要求
1.一種軸向式入口油水旋流分離器，其特征在于，包括依次連接的進液管段、旋流生成管段和除水管段，所述旋流生成管段進一步包括旋流管道和可固定傾斜安裝在該旋流管道中的2片以上的導流片，所述導流片沿所述旋流管道的周向均布，并在所述旋流管道的軸向依次疊置；當油水混合的流液流經(jīng)所述導流片時，形成中心對稱的旋流場，從而實現(xiàn)油和水在旋流場中的離心分離。
2.如權(quán)利要求1所述的軸向式入口油水旋流分離器，其特征在于，所述導流片為半橢圓形，該導流片的長軸與所述旋流管道的橫截面的夾角θ為10° < θ <60°。
3.如權(quán)利要求2所述的軸向式入口油水旋流分離器，其特征在于，所述導流片的短軸與所述旋流管道的橫截面的夾角α為0° < α < 45°。
4.如權(quán)利要求3所述的軸向式入口油水旋流分離器，其特征在于，所述導流片的短軸與所述旋流管道的橫截面的夾角α為0°。
5.如權(quán)利要求1所述的軸向式入口油水旋流分離器，其特征在于，所述導流片的數(shù)量為2 6片。
6.如權(quán)利要求1所述的軸向式入口油水旋流分離器，其特征在于，所述導流片的厚度h 為 2mm 7mm0
7.如權(quán)利要求1至6任一所述的軸向式入口油水旋流分離器，其特征在于，所述旋流生成管段的旋流管道的內(nèi)徑大于所述進液管段的進液管的內(nèi)徑，在所述進液管段和旋流生成管段之間還設(shè)置有用于連接所述進液管段和旋流生成管段的漸擴管段。
8.如權(quán)利要求7所述的軸向式入口油水旋流分離器，其特征在于，所述旋流生成管段的旋流管道的內(nèi)徑為所述進液管段的管道的內(nèi)徑的1. 2 1. 5倍。
9.如權(quán)利要求8所述的軸向式入口油水旋流分離器，其特征在于，所述除水管段包括漸收除水管段，該漸收除水管段包括沿油水流向主流方向直徑逐漸變小的除水管道和在該除水管道上開設(shè)的沿油水流向主流方向間隔適當間距的1組以上的除水孔，每組除水孔的數(shù)量與所述導流片的數(shù)量相同，且沿所述除水管道周向均勻分布。
10.如權(quán)利要求9所述的軸向式入口油水旋流分離器，其特征在于，在所述除水管道的外部還形成一個腔室，該腔室包括用于容納從所述除水孔排出的液體的圓筒及與圓筒相貫的出口管段。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軸向式入口油水旋流分離器，包括依次連接的進液管段、旋流生成管段和除水管段，所述旋流生成管段進一步包括旋流管道和可固定傾斜安裝在該旋流管道中的2片以上的導流片，所述導流片沿所述旋流管道的周向均布，并在所述旋流管道的軸向依次疊置；當油水混合的流液流經(jīng)所述導流片時，形成中心對稱的旋流場，從而實現(xiàn)油和水在旋流場中的離心分離。本發(fā)明是利用旋流原理的油水分離設(shè)備，進液管段與出水管段的內(nèi)徑相同，只需在需要處理的采液管線上截下一段安裝此分離器，不改變管流方向，適應性好，與傳統(tǒng)的重力沉降分離設(shè)備相比，處理效率明顯得到提高，且其所占空間較小。
文檔編號E21B43/38GK102251765SQ201110207629
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者史仕熒, 吳應湘, 許晶禹 申請人:中國科學院力學研究所