CN116291359B - 一种油田含气采出液动态旋流预分水设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油田含气采出液动态旋流预分水设备，设备包括：进液筒体，所述进液筒体内设置有控气溢流管，所述控气溢流管的第一端设置有驱动机构，第二端设置有动态起旋元件；静止分离筒体，所述静止分离筒体内设置有排油破涡台，用于排出油相；所述进液筒体与所述静止分离筒体共轴串联连接。本发明设备以逆流排气顺流排油的方法，实现了油田含气采出液的油水预分离。逆流排气防止了自由态气体形成气核影响油相向管道中心汇聚，逆流排出的含液气相和顺流排出的油相汇集后共同进入原油处理***，故不需要对排出气体的含液量进行控制。

Description

一种油田含气采出液动态旋流预分水设备

技术领域

本发明涉及一种油田含气采出液动态旋流预分水设备，属于油田采出液预分水技术领域。

背景技术

随着我国多数油田的开采进入中后期，加之开采力度不断加大，油田采出液的含水率普遍较高。为减少采出水大幅度增加带来的冲击，井下和井上预分水技术的研究受到了广泛关注。其中旋流分离器结构紧凑、分离效率高，是油田特别是海上油田预分水设备的首选。

然而，油田采出液中往往会有大量的伴生气体，气体密度与油水两相密度相比很小，故在旋流分离过程中气相快速汇聚到旋流分离器的中心并形成气核，气核的存在阻碍了油相从溢流口顺利流出，导致部分油相向下运移继而从底流口流出。通常，在来液含气率超过2%时，静态水力旋流器的分离性能迅速降低。为减少油田采出液含气对旋流分离设备分离性能的负面影响，现有工艺均采用先进行气液分离的措施；然而为了降低气液分离器排气的含液率，排气口流量需要小于来液的含气量，进而导致液出口仍含有一定量的气体，通常液出***气率在10%以下。如此高的含气率，明显无法保证旋流分离器特别是管式动态旋流分离器在最优的工况条件下工作。

综上分析可知，结构紧凑的旋流分离设备是高含水油田预分水的首选，但是油田采出液的含气严重影响了旋流预分水设备的分离性能。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种油田含气采出液动态旋流预分水设备，该设备具有结构紧凑、分离效率高，且在来液含气率高达20%的工况下仍可以保持较高分离性能。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种油田含气采出液动态旋流预分水设备，包括：

进液筒体，所述进液筒体内设置有控气溢流管，所述控气溢流管的第一端设置有驱动机构，第二端设置有动态起旋元件；

静止分离筒体，所述静止分离筒体内设置有排油破涡台，用于排出油相；

所述进液筒体与所述静止分离筒体共轴串联连接。

所述的油田含气采出液动态旋流预分水设备，优选地，所述动态起旋元件包括若干沿所述控气溢流管外周向均匀布置有螺距逐渐增加的渐变螺旋叶片。

所述的油田含气采出液动态旋流预分水设备，优选地，所述叶片的第一部分安装在所述控气溢流管上，第二部分向靠近所述静止分离筒体的方向延伸，处于悬空状态。

所述的油田含气采出液动态旋流预分水设备，优选地，所述叶片的第二部分的长度为所述控气溢流管内径的0.3-0.7倍。

所述的油田含气采出液动态旋流预分水设备，优选地，所述进液筒体内还设置有叶片套袖，所述叶片套袖套设在所述动态起旋元件的外部。

所述的油田含气采出液动态旋流预分水设备，优选地，所述叶片套袖的轴向长度与所述叶片的长度相同。

所述的油田含气采出液动态旋流预分水设备，优选地，所述排油破涡台为中空圆台形结构，所述排油破涡台与所述静止分离筒体同轴设置。

所述的油田含气采出液动态旋流预分水设备，优选地，所述动态起旋元件与所述静止分离筒体同轴设置。

所述的油田含气采出液动态旋流预分水设备，优选地，所述进液筒体上设置有进液口，所述静止分离筒体远离所述进液筒体的一端设置有排油口和排水口，所述排油口与所述排油破涡台同轴设置。

本发明第二方面提供一种上述油田含气采出液动态旋流预分水设备的分水方法，包括如下步骤：

油田含气采出液从进液口进入所述进液筒体内，所述动态起旋元件在所述驱动机构的驱动下旋转，油田含气采出液中的气体在离心力作用下快速汇聚到中心并从所述控气溢流管排出；液相经所述动态起旋元件后半部分加速后进入所述静止分离筒体，高速旋转的流体进入所述静止分离筒体后，在离心力作用下油相逐渐向中心汇聚，最终从所述排油破涡台排出。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明以逆流排气顺流排油的方法，实现了油田含气采出液的油水预分离。逆流排气防止了自由态气体形成气核影响油相向管道中心汇聚，逆流排出的含液气相和顺流排出的油相汇集后共同进入原油处理***，故不需要对排出气体的含液量进行控制。

2、本发明所公开的装置结构紧凑、制作工艺简单、维护方便、可直接组装在输油管线上，也可用作井下预分水设备。与现有技术相比，极大地提高了动态旋流分离设备对高含气率油田采出液的油水分离能力，具有可观的推广价值。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的油田含气采出液动态旋流预分水设备的剖视图；

图2为本发明该实施例提供的油田含气采出液动态旋流预分水设备***图；

图3为本发明该实施例提供的油田含气采出液动态旋流预分水设备的分水流向示意图；

图中各标记如下：

1-控气溢流管；2-进液筒体；3-动态起旋元件；4-叶片套袖；5-静止分离筒体；6-排油破涡台；7-排油口；8-排水口；9-进液口；10-驱动机构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

本发明针对现有的动态旋流分离设备处理油田含气采出液能力不足的问题，而提出一种油田含气采出液动态旋流预分水设备，该设备针对油/气/水三相的不同物化特性，通过逆向排气顺流收油的方式，实现油田含气采出液的预分水作业。

本发明所公开的油田含气采出液动态旋流预分水设备，采用逆流排气顺流收油的方法，迅速排出进入进液筒体的自由态气体，防止气核对油核的扰动；油水两相在较长的分离机筒内分离，保证密度差较小的油水两相有足够长的分离时间，排出的气和油合并后进入后续的处理***，无需控制排气口的含液率。该设备由驱动机构驱动的动态起旋元件带动进入装置的油/水/气混合物高速旋转，离心力作用下密度非常小的气相首先汇聚到管道中心并从控气溢流管排出。密度与水相近的油相在较长的静止分离筒体内逐渐向中心汇聚，并从位于静止分离筒体尾部的排油破涡台中空区排出。本发明装置解决了采出液含气而导致旋流分离性能降低的问题，装置结构紧凑、制作工艺简单、维护方便、压力损失低，为海上采油平台特别是深海采油平台采出液特别是含气采出液的预分水提供了一种有效的解决方案。

下面结合具体实例对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明所涉及的油田含气采出液动态旋流预分水设备，包括：

进液筒体2，进液筒体2内设置有控气溢流管1，控气溢流管1的第一端设置有驱动机构10，第二端设置有动态起旋元件3；静止分离筒体5，静止分离筒体5内设置有排油破涡台6，用于排出油相；进液筒体2与静止分离筒体5共轴串联连接。

在本发明一些优选的实施方式中，动态起旋元件3包括若干沿控气溢流管1外周向均匀布置螺距逐渐增加的渐变螺旋形叶片（螺距逐渐增加是指从采出液进入叶片一端向采出液输出叶片的一端逐渐增加），叶片的最小螺距为其外径的1倍，最大螺距为其外径的2倍。

进一步地，叶片的第一部分安装在控气溢流管1上，第二部分向靠近静止分离筒体5的方向延伸，处于悬空状态。叶片的第二部分的长度为控气溢流管1内径的0.3-0.7倍，优选地，叶片的第二部分的长度为控气溢流管1内径的0.5倍，这样可以保障气相顺利排出，有利于保障油相向中心汇聚。

在一些优选的实施方案中，进液筒体2内还设置有叶片套袖4，叶片套袖4套设在动态起旋元件3的外部。

进一步地，叶片套袖4的轴向长度与叶片的长度相同。

叶片套袖4、动态起旋元件3和控气溢流管1共同形成了6个轴向相对独立的扇形区域，工作时扇形区域内流体也随之旋转，在离心力作用下气体快速汇聚到管道中心并从控气溢流管1排出；经动态起旋元件3后半部分加速后的液相（油水混合物）进入静止分离筒体5，高速旋转的流体进入静止分离筒体5后，密度较小的油相在离心力作用下逐渐向中心运移，最终从排油破涡台6排出，水相在大离心力的作用下转移至筒体外环区域最终经排水口8排出。

如图2所示，在一些示例中，排油破涡台6为中空圆台形结构，排油破涡台6与静止分离筒体5同轴设置。

如图1所示，动态起旋元件3与静止分离筒体5同轴设置，并保持直径相等。进液筒体2与静止分离筒体5的端部通过法兰连接，静止分离筒体5的另一端通过法兰与排油口7连接。当然，进液筒体2与静止分离筒体5也可以是一体式固定连接结构，本发明不对二者的连接方式进行限定。

更进一步地，如图1所示，进液筒体2上设置有进液口9，静止分离筒体5远离进液筒体2的一端设置有排油口7和排水口8，排油口7与排油破涡台6同轴设置。

如图3所示，本发明还提供上述油田含气采出液动态旋流预分水设备的分水方法，包括如下步骤：

油田含气采出液从进液口9进入进液筒体2内，动态起旋元件3在驱动机构10的驱动下旋转，油田含气采出液中的气体在离心力作用下快速汇聚到中心并从控气溢流管1排出；液相经动态起旋元件3后半部分加速后进入静止分离筒体5，高速旋转的流体进入静止分离筒体5后，在离心力作用下油相逐渐向中心汇聚，最终从排油破涡台6排出。

本发明装置针对油/气/水三相的不同物化特性，通过逆向排气顺流收油的方式，实现油田含气采出液的预分水作业。该装置的具体工作原理如下：

油田含气采出液进入动态旋流预分水设备后，动态起旋元件3迫使采出液产生强旋流运动，由于油/气/水三相的密度差异，在旋流产生的离心力作用下密度非常小的气相首先向管道中心汇集，并快速从控气溢流管1逆向排出。

逆流排出的含液气相与顺流排出的油相汇聚后进入原油处理***，并不需要控制排出气体的含液率，逆流排气的流量应大于来流含气量，可以取含气量的1.1倍，逆流排气量不限于1.1倍，凡是采用逆流排气、顺流收油，且排气量大于含气量的方法来消除气核对油水分离性能影响的均属于本发明的保护范围。

带有强旋流的油水两相混合液在较长的静止分离筒体5内分离，保证了密度差较小的油水两相有充足的实际分离时间。其中水相借助较大的离心力被转移至分离机筒的外环区并从排水口8排出，密度较小的油相汇集于管道中心形成油核，并从位于机筒尾部的排油破涡台6中空区顺流排出。

本发明采取逆流排气的主要目的是为了防止多余自由态气体形成气核影响油相向中心汇聚，而不是为了对混合液中的气相进行分离。

本发明装置克服了现有旋流预分水设备处理高含气率采出液水能力不足的问题，其结构紧凑、制作工艺简单、维护方便，且适合长时间运转。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种油田含气采出液动态旋流预分水设备，其特征在于，包括：

进液筒体（2），所述进液筒体（2）内设置有控气溢流管（1），所述控气溢流管（1）的第一端设置有驱动机构（10），第二端设置有动态起旋元件（3）；

静止分离筒体（5），所述静止分离筒体（5）内设置有排油破涡台（6），用于排出油相；

所述进液筒体（2）与所述静止分离筒体（5）共轴串联连接；

所述动态起旋元件（3）包括若干沿所述控气溢流管（1）外周向均匀布置且螺距逐渐增加的渐变螺旋叶片；

所述叶片的第一部分安装在所述控气溢流管（1）上，第二部分向靠近所述静止分离筒体（5）的方向延伸，处于悬空状态；

所述排油破涡台（6）为中空圆台形结构，所述排油破涡台（6）与所述静止分离筒体（5）同轴设置；所述动态起旋元件（3）与所述静止分离筒体（5）同轴设置；

所述进液筒体（2）上设置有进液口（9），所述静止分离筒体（5）远离所述进液筒体（2）的一端设置有排油口（7）和排水口（8），所述排油口（7）与所述排油破涡台（6）同轴设置；

所述油田含气采出液动态旋流预分水设备的分水方法，包括如下步骤：

油田含气采出液从进液口（9）进入所述进液筒体（2）内，所述动态起旋元件（3）在所述驱动机构（10）的驱动下旋转，油田含气采出液中的气体在离心力作用下快速汇聚到中心并从所述控气溢流管（1）排出；液相经所述动态起旋元件（3）后半部分加速后进入所述静止分离筒体（5），高速旋转的流体进入所述静止分离筒体（5）后，在离心力作用下油相逐渐向中心汇聚，最终从所述排油破涡台（6）排出；

以逆流排气顺流排油的方法，实现了油田含气采出液的油水预分离。

2.根据权利要求1所述的油田含气采出液动态旋流预分水设备，其特征在于，所述叶片的第二部分的长度为所述控气溢流管（1）内径的0.3-0.7倍。

3.根据权利要求1所述的油田含气采出液动态旋流预分水设备，其特征在于，所述进液筒体（2）内还设置有叶片套袖（4），所述叶片套袖（4）套设在所述动态起旋元件（3）的外部。

4.根据权利要求3所述的油田含气采出液动态旋流预分水设备，其特征在于，所述叶片套袖（4）的轴向长度与所述叶片的长度相同。