CN111330746A - 一种井下自动稳流式旋流分离器 - Google Patents

Abstract

一种井下自动稳流式旋流分离器。能够增强旋流分离设备对进液量不稳定条件的适用性。其特征在于：在变径分离管内置有进液处理模块以及倒锥结构；变径分离管上进液口处开有若干通透圆孔，所述通透圆孔沿变径分离管圆周分布；进液处理模块包括大调控弹簧、静态连杆螺旋流道、动态螺旋流道、阶梯锥盘、阻挡压盘以及锁紧螺栓；在变径分离管内部设置卡位槽用于对静态连杆螺旋流道进行固定和定位；大调控弹簧与静态连杆螺旋流道、动态螺旋流道通过下卡位凹槽与上卡位凹槽装配在一起；倒锥结构包括多段径顶锥、轨道式倒锥、密封圈以及小调控弹簧；阶梯锥盘通过螺纹连接与静态连杆螺旋流道固定，阻挡压盘与阶梯锥盘通过锁紧螺栓紧固；倒锥结构与倒锥固紧座通过螺纹连接在一起。

Description

一种井下自动稳流式旋流分离器

技术领域

本发明涉及一种应用于石油化工、环保等领域中的井下多相流分离装置。

背景技术

如今水力旋流器凭借其良好的经济实用性、分离高效性、运行稳定性，已经被应用到油田同井注采油水分离、油田污水处理等领域。在实际工程中，旋流器分离性能受多重因素影响，其中一个最重要的因素是进液量不稳定而造成分离效率低下的问题，因此解决进液口进液量不稳定的问题成为提高旋流分离器性能的关键步骤。目前多采用调节旋流器的溢流量来降低入口处进液量不稳定对旋流结果产生的影响，即通过控制溢流出口阀门开度来控制溢流分液量，或者是更换不同管径的溢流管控制溢流分液量，以此来使旋流器适应不同来液量的工况条件。但上述两种方式首先操作过程较为复杂，且很难及时连续的调节溢流管管径使其达到最佳的入口处理量与溢流分流率。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种井下自动稳流式旋流分离器，能够在进液量不稳定时通过控制进液量及倒锥的有效长度来确保分离效果，增强旋流分离设备对进液量不稳定条件的适用性，增强旋流分离设备普遍性与适用性。

本发明的技术方案是：该种井下自动稳流式旋流分离器，具有变径分离管，在所述变径分离管内置有进液处理模块以及倒锥结构。

所述变径分离管上进液口处开有若干通透圆孔，所述通透圆孔沿变径分离管圆周分布。

所述进液处理模块包括大调控弹簧、静态连杆螺旋流道、动态螺旋流道、阶梯锥盘、阻挡压盘以及锁紧螺栓。静态连杆螺旋流道包括下卡位凹槽、溢流管和大螺旋叶片；在变径分离管内部设置卡位槽用于对静态连杆螺旋流道进行固定和定位；动态螺旋流道包括上卡位凹槽和动螺旋叶片，大调控弹簧两端分别与下卡位凹槽与上卡位凹槽配合；大调控弹簧与静态连杆螺旋流道、动态螺旋流道通过下卡位凹槽与上卡位凹槽装配在一起；静态连杆螺旋流道上的大环螺纹通过螺纹连接与阶梯锥盘固定一起，使得入口处液体不能反向溢出，溢流出口管上的小环螺纹用来连接外部端口，方便于井下设备的配套，用4个锁紧螺栓将阶梯锥盘与阻挡压盘连接一起。

所述倒锥结构包括多段径顶锥、轨道式倒锥、密封圈以及小调控弹簧；所述多段径顶锥包括上锥段、中锥段、后锥段、限位滑动块以及锥头环形槽；所述轨道式倒锥包括4条U型滑道、锥尾环形槽以及密封圈环形槽，每条U型滑道都只设有一侧出口，另一侧呈封闭状态，用于防止多段径顶锥滑出；小调控弹簧一侧装配进锥尾环形槽，限位滑动块滑入U型滑道后推压小调控弹簧，使小调控弹簧的一侧接触锥头环形槽并向下运动到达U型滑道底部。

进液处理模块内部的阶梯锥盘通过螺纹连接与静态连杆螺旋流道固定，阻挡压盘与阶梯锥盘通过锁紧螺栓紧固；所述的倒锥结构与倒锥固紧座通过螺纹连接在一起。

本发明具有如下有益效果：当较少量液体通过多相液孔进入变径分离管后对动态螺旋流道施加水压，微弱压缩大调控弹簧，使得静态连杆螺旋流道与动态螺旋流道之间液体容量变小，因此从静态连杆螺旋流道旋流出的液体量基本保持不变，再利用倒锥对进液量的微弱变化做进一步调整，较少量的液体量产生较小压力冲击多段径顶锥驱动小调控弹簧，从而缩短多段径顶锥到轨道式倒锥距离；同理，当进液量急剧增大时，强烈压缩大调控弹簧，使得静态连杆螺旋流道与动态螺旋流道之间液体容量变更小，但此时水压相对较大流速较快，从静态连杆螺旋流道旋流出的液体量仍然维持在一定范围，再利用倒锥对进液量的变化做进一步调整，但与少量液体通过多相液孔进入变径分离管相比，产生相对较大压力冲击多段径顶锥驱动小调控弹簧，从而大幅缩短多段径顶锥到轨道式倒锥距离，此装置能保证在进液量变化过程中从静态连杆旋流器流出液量相对稳定，从而确保最大效率分离比，此外多段径顶锥可根据流量变化自动调节与静态连杆螺旋流道之间的距离，使聚集在旋流中心处的溢流长度发生变化，提高分离效率来保障旋流器分离性能。

下面进行详细说明：

首先，该井下自动稳流式旋流分离器可根据进液量大小变化情况基本稳定从出口流出的旋流液处理量，使旋流器维持最佳旋流分离的处理量。

其次，可以自动调整溢流长度，从而使旋流分离装置保持高效运行状态，可以大大提高旋流器的分离效率。

再次，双螺旋流道处大调弹簧的稳流结构起主要作用，倒锥处小调弹簧的稳流结构起辅助作用，最大限度地保持旋流器在最佳工作状态，可应用于进液量不稳定工况，保证旋流分离器具有良好的分离效果。

然后，轨道式倒锥的内部U型滑道的结构设计新颖独特，滑移旋转的多段径顶锥与轨道式倒锥安装配合方式改变了底锥有效长度，而且处理工艺简单，安装方便，可实现变流量工况下的连续高效分离。

最后，所设计的自动稳流式旋流分离器接口方式与井下作业相配套，可以实现不同工况的井下使用，加工简单、安装方便，易于生产制造。

综上所述，本发明提出的一种新型的井下自动稳流式旋流分离装置，采用双螺旋流道的设计原理，创新性应用到旋流器用来稳定出液流量，实现高效运行的状态，并且随外界流量变化自动调整倒锥并控制旋流中心溢流液长度，该装置由双螺旋流道结构与滑道倒锥上下配合同时运行使设备保持稳定的处理量，以往的旋流器在在进液量不稳定时分离效率低下，该旋流器装置很好解决这个问题，且成本低廉、实用性强、性价比较高。

附图说明：

图1为一种井下自动稳流式旋流分离器整体外观图。

图2为一种井下自动稳流式旋流分离器截面剖视图。

图3为一种井下自动稳流式旋流分离器***图。

图4为井下自动稳流式旋流分离器进液处理模块装配图。

图5为井下自动稳流式旋流分离器部分***图。

图6为井下自动稳流式旋流分离器部分剖视图。

图7为静态连杆螺旋流道内部剖视图。

图8为静态连杆螺旋流道与变径分离管接触面剖视图。

图9为动态螺旋流道内部剖视图。

图10为双螺旋流道装配图。

图11为阶梯锥盘的剖视图。

图12为静态连杆螺旋流道与阶梯锥盘装配剖视图。

图13为阶梯锥盘与阻挡压盘装配剖视图。

图14为倒锥与倒锥固紧座装配剖视图。

图15为倒锥装配图。

图16为倒锥***图。

图17为多段径顶锥结构图。

图18为轨道式倒锥结构示意图。

图19为轨道式倒锥内部剖视图。

图20为倒锥装配剖视图。

图21为较少进液量时装置工作示意图。

图22为较多进液量时装置工作示意图。

图23为多段径顶锥主要结构尺寸图。

图24为U型滑道尺寸标注图。

图25为多段径顶锥尾部尺寸标注图。

图中1-锁紧螺栓，2-溢流出口管，3-阻挡压盘，4-多相进液孔；5-变径分离管，6-倒锥固紧座，7-底流出口管，8-动态螺旋流道，9-大调控弹簧，10-静态连杆螺旋流道，11-倒锥，12-小调控弹簧，13-阶梯锥盘，14-变径溢流管，15-下卡位凹槽，16-静螺旋叶片，17-上卡位凹槽，18-动螺旋叶片，19-多段径顶锥，20-轨道式倒锥，21-密封圈，22-上锥段，23-中锥段，24-后锥段，25-限位滑动块，26-锥头环形槽，27-U型滑道，28-锥尾环形槽，29-密封圈环形槽。

具体实施方式：

本种井下自动稳流式旋流分离器，具有变径分离管5，以及位于变径分离管内部的进液处理模块，以及倒锥结构11。其独特之处在于：

所述变径分离管5上进液口处开通透圆孔，360°沿变径分离管圆周分布8列，每列4个进液孔；在变径分离管5中安装有进液处理模块，以及倒锥结构11。

所述进液处理模块包括大调控弹簧9、静态连杆螺旋流道10、动态螺旋流道8、阶梯锥盘13、阻挡压盘3、锁紧螺栓1；大调控弹簧9与静态连杆螺旋流道10、动态螺旋流道8通过下卡位凹槽15与上卡位凹槽17装配在一起。静态连杆螺旋流道10主要由下卡位凹槽15、溢流管14、大螺旋叶片16构成，通过在变径分离管5内部设置卡位槽使得静态连杆螺旋流道8保持固定，起定位作用，动态螺旋流道8主要由上卡位凹槽17和动螺旋叶片18构成，大调控弹簧9两端分别与下卡位凹槽15与上卡位凹槽17配合，静态连杆螺旋流道10位置不变，静态连杆螺旋流道10上的大环螺纹通过螺纹连接与阶梯锥盘13固定一起，使得入口处液体不能反向溢出，溢流出口管2上的小环螺纹用来连接外部端口，方便于井下设备的配套，用4个锁紧螺栓1将阶梯锥盘13与阻挡压盘3连接一起。

所述倒锥结构11包括多段径顶锥19、轨道式倒锥20、密封圈21、小调控弹簧12；多段径顶锥主要由上锥段22、中锥段23、后锥段24、限位滑动块25、锥头环形槽26构成，轨道式倒锥主要由U型滑道27锥尾环形槽28、密封圈环形槽29构成，内部有4条U型滑道，且每条U型滑道都只设有一侧出口，另一侧呈封闭状态，防止多段径顶锥滑出，小调控弹簧12一侧装配进锥尾环形槽28，限位滑动块25滑入U型滑道27后推压小调控弹簧12后使其另一侧接触锥头环形槽26并向下运动到达U型滑道27底部，并逆时针旋转一定角度进入另一侧封闭滑道后在弹力作用下自动调整初始位置。

进液处理模块内部的阶梯锥盘13通过螺纹连接与静态连杆螺旋流道10固定，阻挡压盘3与阶梯锥盘13通过锁紧螺栓1紧固。

所述的倒锥结构11与倒锥固紧座6通过螺纹连接在一起，使用时将倒锥11通过变径分离管5上端***，然后依靠螺纹旋进完成安装。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本设计中多段式顶锥19主要由上锥段22、中锥段23、后锥段24组成，多段径顶锥19结构尺寸标注如图23所示，为达到更好分离效果，且满足如下关系式：

根据分离器分离原理，各锥段与水平轴线角度

应满足如下关系式：

考虑到装配条件，多段径顶锥19上尾端长度与U型滑道27长度关系满足如下关系式：

图24为U型滑道尺寸标注。图25为多段径顶锥20尾部尺寸标注。

结合附图，对本发明所述的一种井下自动稳流式旋流分离器的工作原理进行说明。

本种井下自动稳流式旋流分离器整体外观如图1所示，具体由四个锁紧螺栓1,溢流出口2,阻挡压盘3,多相进液孔4,变径分离管5，倒锥固紧座6,底流出口管7组成。本装置的内部剖视图如图2所示，多相液体经进液孔4进入变径分离管5内部，液体冲击动态螺旋流道8形成压力后压缩大调控弹簧9，静态连杆螺旋流道10位置固定，使动态螺旋流道8与静态连杆螺旋流道10之间空间体积变小，从而减小静态连杆螺旋流道10的排出液量，同时，底流处倒锥11根据进液量的不同来挤压小调控弹簧12调整倒锥11与静态连杆螺旋流道8出口处距离，使旋流器保持在最佳的进液量工况。图3为该部分的***视图。

变径分离管内部的进液处理模块，参见图4，大调控弹簧9与静态连杆螺旋流道10、动态螺旋流道8通过下卡位凹槽15与上卡位凹槽17装配在一起，阶梯锥盘13通过螺纹连接与静态连杆螺旋流道10固定，阻挡压盘3与阶梯锥盘13通过锁紧螺栓1紧固。图5为该部分***图。图6为该部分的内部剖视图，溢流液通过溢流管14从溢流出口2排出。图7为静态连杆螺旋流道10内部剖视图，主要由下卡位凹槽15、溢流管14、大螺旋叶片16构成。图8为静态连杆螺旋流道10与变径分离管5的接触面剖视图，通过在变径分离管5内部设置卡位槽使得静态连杆螺旋流道8保持固定，起定位作用。图9为动态螺旋流道8内部剖视图，主要由上卡位凹槽17和动螺旋叶片18构成。图10为双螺旋流道装配图，大调控弹簧9两端分别与下卡位凹槽15与上卡位凹槽17配合，静态连杆螺旋流道10位置不变，动态螺旋流道8依据进液量大小动态调节与静态连杆螺旋流道10间的距离，使大调控弹簧9能往复伸缩，从而自动调节双螺旋流道间液体容量。图11为阶梯锥盘13的结构图。图12为静态连杆螺旋流道10与阶梯锥盘13的装配剖视图，静态连杆螺旋流道10上的大环螺纹通过螺纹连接与阶梯锥盘13固定一起，使得入口处液体不能反向溢出，溢流出口管2上的小环螺纹用来连接外部端口，方便于井下设备的配套。用4个锁紧螺栓1将阶梯锥盘13与阻挡压盘3连接一起，***阶梯锥盘13内部使整体固定，阶梯锥盘与阻挡压盘装配剖视图如图13所示。

倒锥结构11，如图14所示，倒锥11与倒锥固紧座6通过螺纹连接在一起，使用时将倒锥11通过变径分离管5上端***，然后利用螺纹旋进完成安装。倒锥装配图如图15所示。倒锥***图如图16所示，主要由多段径顶锥19、轨道式倒锥20、密封圈21、小调控弹簧12构成。多段径顶锥主要结构如图17所示，主要由上锥段22、中锥段23、后锥段24、限位滑动块25、锥头环形槽26构成。轨道式倒锥结构示意图如图18所示。轨道式倒锥内部剖视图如图19所示，主要由U型滑道27、锥尾环形槽28、密封圈环形槽29构成，内部有4条U型滑道，且每条U型滑道都只设有一侧出口，另一侧呈封闭状态，防止多段径顶锥滑出。倒锥装配剖视图如图20所示，小调控弹簧12一侧装配进锥尾环形槽28，限位滑动块25滑入U型滑道27后推压小调控弹簧12后使其另一侧接触锥头环形槽26并向下运动到达U型滑道27底部，并逆时针旋转一定角度进入另一侧封闭滑道后在弹力作用下自动调整初始位置，多段径顶锥19在不同水压作用下，挤压小调控弹簧12从而实现随水流强度变化而自动伸缩，达到自动调节溢流柱的效果，密封圈21的作用是防止液体进入轨道式倒锥22内部空腔造成腐蚀堵塞。图21为较少进液量时装置工作示意图，图22为较多进液量时装置工作示意图。

本种井下自动稳流式旋流分离器主要工作原理是：当较少量液体通过多相液孔4进入变径分离管5后对动态螺旋流道8施加水压，微弱压缩大调控弹簧9，使得静态连杆螺旋流道10与动态螺旋流道8之间液体容量变小，因此从静态连杆螺旋流道10旋流出的液体量基本保持不变，再利用倒锥对进液量的微弱变化做进一步调整，较少量的液体量产生较小压力冲击多段径顶锥19驱动小调控弹簧12，从而缩短多段径顶锥19到轨道式倒锥20之间的距离，如图21所示。同理，当进液量急剧增大时，强烈压缩大调控弹簧9，使得静态连杆螺旋流道10与动态螺旋流道8之间液体容量变少，从静态连杆螺旋流道10旋流出的液体量仍然维持在一定范围内，再利用倒锥对进液量的变化做进一步调整，但与少量液体通过多相液孔4进入变径分离管5相比，产生相对较大压力冲击多段径顶锥19驱动小调控弹簧12，从而大幅缩短多段径顶锥19到轨道式倒锥20的距离，如图22所示。此装置能保证在进液量变化过程中从静态连杆旋流器10流出的液量相对稳定，从而确保最大效率分离比，此外多段径顶锥19可根据流量变化自动调节与静态连杆螺旋流道10之间的距离，使聚集在旋流中心处的溢流长度发生变化，提高分离效率来保障旋流器分离性能。

Claims (1)

1.一种井下自动稳流式旋流分离器，具有变径分离管（5），其特征在于：

在所述变径分离管内置有进液处理模块以及倒锥结构（11）；

所述变径分离管（5）上进液口处开有若干通透圆孔，所述通透圆孔沿变径分离管圆周分布；

所述进液处理模块包括大调控弹簧（9）、静态连杆螺旋流道（10）、动态螺旋流道（8）、阶梯锥盘（13）、阻挡压盘（3）以及锁紧螺栓（1）；静态连杆螺旋流道（10）包括下卡位凹槽（15）、溢流管（14）和大螺旋叶片（16）；在变径分离管（5）内部设置卡位槽用于对静态连杆螺旋流道（8）进行固定和定位；动态螺旋流道（8）包括上卡位凹槽（17）和动螺旋叶片（18），大调控弹簧（9）两端分别与下卡位凹槽（15）与上卡位凹槽（17）配合；大调控弹簧（9）与静态连杆螺旋流道（10）、动态螺旋流道（8）通过下卡位凹槽（15）与上卡位凹槽（17）装配在一起；静态连杆螺旋流道（10）上的大环螺纹通过螺纹连接与阶梯锥盘（13）固定一起，使得入口处液体不能反向溢出，溢流出口管（2）上的小环螺纹用来连接外部端口，方便于井下设备的配套，用4个锁紧螺栓（1）将阶梯锥盘（13）与阻挡压盘（3）连接一起；

所述倒锥结构（11）包括多段径顶锥（19）、轨道式倒锥（20）、密封圈（21）以及小调控弹簧（12）；所述多段径顶锥包括上锥段（22）、中锥段（23）、后锥段（24）、限位滑动块（25）以及锥头环形槽（26）；所述轨道式倒锥包括4条U型滑道（27）、锥尾环形槽（28）以及密封圈环形槽（29），每条U型滑道都只设有一侧出口，另一侧呈封闭状态，用于防止多段径顶锥滑出；小调控弹簧（12）一侧装配进锥尾环形槽（28），限位滑动块（25）滑入U型滑道（27）后推压小调控弹簧（12），使小调控弹簧（12）的一侧接触锥头环形槽（26）并向下运动到达U型滑道（27）底部；

进液处理模块内部的阶梯锥盘（13）通过螺纹连接与静态连杆螺旋流道（10）固定，阻挡压盘（3）与阶梯锥盘（13）通过锁紧螺栓（1）紧固；

所述的倒锥结构（11）与倒锥固紧座（6）通过螺纹连接在一起。

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