一种自动清蜡立式多相一体化旋流分离装置 |
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| 申请号 | CN202011619193.0 | 申请日 | 2020-12-30 | 公开(公告)号 | CN112774879A | 公开(公告)日 | 2021-05-11 |
| 申请人 | 东北石油大学; | 发明人 | 邢雷; 蒋明虎; 赵立新; 刘海龙; 李新亚; 张爽; | ||||
| 摘要 | 一种自动清蜡立式多相一体化旋流分离装置，主要用于实现砂 水 油气四相 混合液 的各相分离。其特征在于：外套筒内含有气相分离模 块 、旋流分离模块和三相分流模块，砂水油气的四相混合液从气相分离模块筒壁的入流口进入 旋流分离器 后，经过气相分离模块的单螺旋流道进入气相分离区域，使得气相经过气相出口被优先分离排出，除去气相的混合液继续流入旋流分离模块上的前置单螺旋流道，冲击 风 扇 叶片 后进入后置单螺旋流道产生强旋流，最后进入三相分流模块分离；环绕在外套筒壁的重质砂相进入砂相分流腔后，从最外部的砂相出口排出；水相经过分离进入水相分流腔后，从水相出口被排出；油相经过集油锥体进入油相分流腔后，从油相出口被排出。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种自动清蜡立式多相一体化旋流分离装置，包括气相分离模块（1）、旋流分离模块（2）和三相分流模块（3），其特征在于： |
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| 说明书全文 | 一种自动清蜡立式多相一体化旋流分离装置技术领域背景技术[0002] 随着油田的不断开采，含水量不断增多，采出液体中含水、含砂、含气日益严重，其复杂的情况使得采出液的分离需要昂贵的成本，并且分离产生的砂、水、气如若不能合理处理将会降低分离效率，同时也是对资源的一种浪费。另一方面采出液的复杂情况也会对旋流器分离效率产生影响，含砂量的增多可能会导致出口堵塞现象的发生；水和气含量的增多会致使油相难以分离，同时不利于水相的井下回注。因此，四相分离装置的出现是必要的。例如专利名称：一种水力旋流器，专利号：201710956765.6，该发明专利所设计的装置能够实现水和砂的分离，但仍然有很多的不足，首先该装置加工过于繁琐不易实现，其次不能将气体分离排除。这就需要多相分离装置来实现了。 发明内容[0003] 本发明提供了一种自动清蜡立式多相一体化旋流分离装置，该装置的排气机构是由外螺旋流道、气相分离腔、环形气挡板和气相集油板组成，在实现精准脱气的同时可以将气体中携带的油沉降，沉降油相从气相出油管排出，除去气相的混合液通过旋流分离模块后，依据密度差原理实现砂、水、油三相介质的分离，其具备各相分离的能力。 [0004] 本发明的技术方案是：一种自动清蜡立式多相一体化旋流分离装置，具有气相分离模块、旋流分离模块、三相分流模块。 [0005] 所述气相分离模块由气相分离模块筒壁、气相出口法兰、气相分离腔、环形气挡板、气相集油板和气相出油管组成。所述气相分离模块筒壁主要结构有入流口、入流法兰、气相管孔和气相油管孔，气相油管孔上有螺纹与气相出油管上的螺纹实现油管的定位。所述气相出口法兰与气相出口相焊接。所述气相分离腔由气相出口、外螺旋流道和分离腔壁组成，气相出口位于分离腔壁上方，外螺旋流道环绕在分离腔壁上。所述环形气挡板位于气相分离腔内，焊接于分离腔壁的内部，在其边缘有一定数量环形板孔。所述气相集油板与分离腔壁配合形成集油区域，在其边缘有集油板出油口实现与气相出油管定位。所述气相出油管上端与气相集油板焊接，下端通过螺纹与气相油管孔连接。 [0006] 所述旋流分离模块包括旋流分离模块筒壁、集气锥体、风扇轴承、后置螺旋流道、刮油刀板、防滑栓和风扇柱体组成。所述旋流分离模块筒壁与气相分离模块筒壁螺纹连接，在其内部焊有内支撑板用来支撑前置螺旋流道。所述集气锥体在旋流分离模块筒壁内部，其上部为锥体，外围环绕着前置螺旋流道，底部存在风扇柱孔与风扇柱体连接。所述风扇轴承与风扇柱体孔配合，其外环上焊接着4片对称的风扇叶片，每一片叶片上都有三角形防滑栓口。所述后置螺旋流道位于刮油刀板的外围，其外壁与旋流分离模块筒壁相契合。所述刮油刀板截面是三角形，与防滑栓口形状相同。所述防滑栓与刮油刀板螺纹配合。所述风扇柱体通过风扇柱孔与集气锥体螺纹配合。 [0007] 所述三相分流模块为单独零件。筒壁上以依次为外支撑板、砂相出口、水相出口、油相出口和三相分离口，内部为斜向平面，沿出口方向水平高度逐渐降低。分流口法兰分别焊接于三相出口上，法兰上有对称分布的四个圆孔以便于连接。 [0008] 所述气相分离模块、旋流分离模块和三相分流模块三个模块通过螺纹连接在一起。顶部入流法兰应与底部分流口法兰保持平行。 [0009] 本发明具有如下有益效果：本装置主要利用各相的密度差来进行旋流分离，可实现对气相、油相、水相以及砂相的分离。气相分离装置主要通过外螺旋流道使混合液产生旋流，使得气相可以在集气锥体上通过气相出口排出。在通过气相出口过程中会有环形气挡板阻隔，使气相携带的少部分油沾在挡板上，沉降后通过气相出油管排出，减少了气相中含液体积分数。除去气相的混合液经过集气锥体后再次进入前置螺旋流道，冲击风扇使其运转，接着进入后置螺旋流道使其再次产生旋流，在其下方实现油相、水相以及砂相的分离。风扇带动的刮油刀板可防止油脂的形成，使油相可以顺利离开风扇柱体。砂相、水相和油相分别通过各自分离口内空腔后从砂相出口、水相出口和油相出口排出。 [0010] 下面进行详细说明：首先，这种旋流分离装置的外观结构优美，在功能方面拥有创新性，实现了砂、水、油和气的四相介质分离，并且在整个分离过程中可以维持每相的高效分离。 [0011] 其次这种自动清蜡式多相一体化旋流分离器虽结构较为简单，但其可以实现的功能强大。其所附带的风扇可以实现对装置内部风扇柱体的自动清理，不仅防止了长期使用后油脂的形成，还提高了分离的效率。 [0012] 然后，该装置对气相进行了二次分离，通过环形气挡板，使得气相中携带的油相可以在环形气挡板的作用下沉降气相集油板上重新回收，提高了分离效率，在其下端还设有集气锥体，使得气相有充足的时间可以分离。 [0013] 最后，这种旋流装置采用了单螺旋渐变螺旋流道，使得混合液可以获得更好的分离速度，分离的效果更佳；底流口还采用了斜坡形式的出水口，有效的防止了由于砂相沉积堵塞出口的情况。 [0014] 综上所述，本发明提出的一种自动清蜡立式多相一体化旋流分离装置，可以实现砂水油气四相介质的分离。创新性的在气体分离装置中加入了环形气挡板，挡板设计的形状更有利于油相在气相集油板上的沉积，使得气体中含有的液体大大降低，沉积后的油相会经过气相出油管流出。创新性地提出了利用湍流冲击风扇带动刮油刀板的转动，使得不施加外力就可以清理风扇柱体上的油脂，分离效率更佳。装置内部采用三个渐变的单螺旋流道，通过有效过流面积的逐渐减小会产生强旋流使得混合液可以有效的分离。以往的气液固分离装置不能实现液体的有效分离，但是本发明可以实现气相、水相、油相和砂相四相各自的有效分离 。 [0015] 附图说明：图1为自动清蜡式多相一体化旋流分离器整体外观视图 图2为自动清蜡式多相一体化旋流分离器整体爆炸视图 图3为自动清蜡式多相一体化旋流分离器整体截面剖视图 图4为气相分离模块筒壁外观视图 图5为气相分离区域装配图 图6为气相分离区域爆炸视图 图7为气相分离区域截面剖视图 图8为气体出油管外观图 图9为环形气挡板外观视图 图10为气体集油板外观视图 图11旋流分离模块筒壁外观视图 图12为集气锥体外观视图 图13为风扇区域整体装配图 图14为风扇区域爆炸视图 图15为风扇区域内部装配视图 图16为风扇局部装配图 图17为风扇轴承外观图 图18为刮油刀板外观图 图19为风扇柱体外观图 图20为后置螺旋流道外观视图 图21为三相分离区域外观图 图22为三相分离区域截面部视图 图中1‑气相分离模块，2‑旋流分离模块，3‑三相分流模块，4‑气相分离模块筒壁， 5‑气相出口法兰，6‑气相分离腔，7‑环形气挡板，8‑气相集油板，9‑气相出油管，10‑旋流分离模块筒壁，11‑集气锥体，12风扇轴承，13‑后置螺旋流道，14‑刮油刀板，15‑防滑栓，16‑风扇柱体，17‑三相分流模块筒壁，18‑入流口，19‑入流法兰，20‑气相管孔，21‑气相油管孔， 22‑气相出口，23‑外螺旋流道，24‑分离腔壁，25‑环形板孔，26‑集油板出油口，27‑前置螺旋流道，28‑内支撑板，29‑风扇柱孔，30‑防滑栓口，31‑外支撑板，32‑砂相出口，33‑水相出口， 34‑油相出口，35‑三相分离口。 [0016] 具体实施方式：结合附图，对本发明所述的一种自动清蜡立式多相一体化旋流分离装置进行详细 说明。 [0017] 本种自动清蜡式多相一体化旋流分离器整体外观视图如图1所示，砂水油气四相混合液从入流口18进入气相分离模块1分离，气相通过气相出口22排除，除去气相的混合液通过旋流分离模块2后到达三相分流模块3，使得砂相从砂相出口32排除，水相从水相出口33排出，油相从油相出口34排出。图2为自动清蜡式多相一体化旋流分离器整体爆炸视图，主要由气相分离模块筒壁4、气相出口法兰5、气相分离腔6、环形气挡板7、气相集油板8、气相出油管9、旋流分离模块筒壁10、集气锥体11、风扇轴承12、后置螺旋流道13、刮油刀板14、防滑栓15、风扇柱体16和三项分流筒壁17组成。图3为自动清蜡式多相一体化旋流分离器整体截面剖视图，混合液由入流口18流入后，流经外螺旋流道23，气相通过气相出口22排出，脱气后的混合液通过前置螺旋流道27与后置螺旋流道13进入三相分流模块3，然后砂相、水相、油相分别从砂相出口32、水相出口33和油相出口34排出。 [0018] 图4为气相分离模块筒壁4外观视图，入流口18采用的是双入流口的方式，混合液从侧面切向进入气相分离模块筒壁4；其上方留有气相管孔20与气相分离腔6螺纹连接，侧面留有气相油管孔21与气相出油管9相配合，底部通过螺纹与旋流分离模块筒壁10连接。图5为气相分离区域装配图，混合液先经过渐变式的外螺旋流道23，进入下方气相分离后从气相集油板（8）的入口处进入气相分离腔6，最后从气相出口22排出。图6为气相分离区域爆炸视图，主要由气相出口法兰5、气相分离腔6、环形气挡板7、气相集油板8和气相出油管9组成。图7为气相分离区域截面剖视图，含液气体从气相集油板8的入口处进入气相分离腔6，在气相分离腔6内经过环形气挡板7，分离后的气相继续上行通过气相出口22排出，携带的油滴冲击环形气挡板7后重新落回气相集油板8，其通过气相出油管9排出。图8为气体出油管9外观图，左侧出口焊接在集油板出油口26上，右侧出口通过螺纹与气相分离模块筒壁4上的气相油管孔21连接。图9为环形气挡板7外观视图，其置于气体分离腔6内，环形气挡板7焊接在气相分离腔6内部，其中心为开环圆孔，边缘开了多个环形板孔25以便油滴流落。图 10为气体集油板8外观视图，其上方为一个渐变型圆柱体，中间为气体出口，在其边缘处有一集油板出油口26来和气相出油管9配合，在其上方与气相分离腔6焊接用来密封气体集油部分。旋流分离模块筒壁10外观视图如图11所示，内部的内支撑板28位于筒壁的中下部，用来支撑集气锥体11，其顶部与底部通过螺纹分别与气相分离模块筒壁4和三项分流模块3连接。 [0019] 图12为集气锥体11外观视图，其上方采用曲面锥体，前置螺旋流道27环绕在柱体外围，其下方有风扇柱孔29与风扇柱体16螺纹配合。图13是风扇区域装配外观图，混合液冲击风扇带动其转动实现对装置内部风扇柱体16的自动清理，然后经过下方的后置螺旋流道13产生旋流使得存在密度差的多相混合液分层。图14为风扇区域爆炸视图，其由风扇轴承 12、后置螺旋流道13、刮油刀板14、防滑栓15和风扇柱体16组成。图15是风扇区域内部装配视图，其位于后置螺旋流道19内部，由风扇轴承12、刮油刀板14、防滑栓15和风扇柱体16组成，风扇轴承12与风扇柱体16孔配合。风扇局部装配图如图16所示，刮油刀板14与风扇轴承 12上的风扇孔配合，防滑栓15通过螺纹与刮油刀板14连接以防止刮油刀板滑落。图17为风扇轴承12外观图，其外部焊接着4个风扇叶片，叶片倾斜一定角度以便于风扇轴承12旋转。 叶片上开有防滑栓口30，使刮油刀板14可以与之配合。图18为刮油刀板14外观图，刮油刀板截面呈三角状，其底端弯折用来刮除风扇柱体16外壁面的油脂。图19是风扇柱体16外观图，其上端与集气锥体11螺纹连接，通过小圆柱段与风扇轴承12进行孔配合。图20为后置螺旋流道13外观视图，其为渐变式单螺旋流道，相邻螺旋间的间距逐渐减小使得有效过流面积减少，从而产生强涡流使得存在密度差的多相流易于分离。 [0020] 图21为三相分离区域外观图，混合液经过后置螺旋流道13后流入三相分离模块3，在其内部利用密度不同的原理完成三相的分离后使得砂相、水相和油相分别从砂相出口32、水相出口33和油相出口34排出。各相出口上均有连接的分流法兰。图22为三相分离区域截面部视图，混合液从三相分离口35分离后分别流入各自的腔室内，腔室内采用的是斜坡型的流出口设置，使得分离后的物质可以顺利排出，在其上方装有外支撑板31为后置螺旋流道13提供受力点。 [0021] 本发明所提出的是一种自动清蜡立式多相一体化旋流分离装置，可在复杂的流场条件下进行砂水油气四相介质的分离，相比于常规分离装置，本分离器创新性地采用了二次对气体进行处理，采用了特殊的挡板来处理气体携带油滴的收集，使得气体中的液体含量大大降低；创新性的利用流场中混合液的流动来带动风扇的旋转，风扇旋转带动刮油刀板来预防集油锥体上油脂的形成。装置内部采用三个渐变的单螺旋流道，通过有效过流面积的逐渐减小来产生强旋流，使得混合液中的各相介质可以有效的分离，分离效果更佳。底流口还采用了斜坡式出口，有效的防止了由于砂相沉积堵塞出口的情况。本发明结构简单，但可以实现四相介质的一起分离。 |
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