螺旋式三相介質(zhì)分離器的制造方法
【專利摘要】一種螺旋式三相介質(zhì)分離器。主要目的在于為油田生產(chǎn)提供一種可以同步對采出液進(jìn)行脫氣除砂處理的設(shè)備，減輕分離設(shè)備重量，提高油田開采的經(jīng)濟(jì)效益。其特征在于：在第一直管段內(nèi)固定有第一螺旋流道，貫穿溢流管，溢流管的下1/3處有若干第一微孔；在第一直管段內(nèi)有導(dǎo)流體，導(dǎo)流體的喇叭口倒扣固定在第一螺旋流道的中央，出氣管與溢流管具有相同的中心軸線；在第二直管段內(nèi)有第二螺旋流道和排液管；在排液管的中段有若干貫穿管體的第二微孔；在外錐段內(nèi)有過濾錐，在過濾錐內(nèi)置有第三螺旋流道，在過濾錐的下1/3處有若干第三微孔，第三微孔與所述過濾錐的壁面垂直；過濾錐的底端與排液管的首端相連接。
【專利說明】螺旋式三相介質(zhì)分離器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于石油、化工、海洋工程、水處理以及環(huán)保等領(lǐng)域中的多相介質(zhì)分離處理裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國眾多油田開發(fā)的不斷深入，采出液含砂量、伴生氣量逐年增加。采出液的大量含砂、含氣會對地面集輸設(shè)備造成極大的損害，除氣、除砂不可缺少。目前油田上應(yīng)用的除砂設(shè)備主要有重力沉降、過濾除砂、離心除砂以及旋流器除砂等幾種。其中，重力沉降(罐)屬于重力分離方法，是利用密度差進(jìn)行分離。缺點(diǎn)是占地面積大，適宜于陸上環(huán)境，空間足夠大的場合；過濾(篩網(wǎng))除砂具有高效的特點(diǎn)，但需要反沖洗，設(shè)備占地面積大，適宜于砂含量較少，砂粒粒徑小等場合；離心分離是借助于離心力，使比重不同的物質(zhì)進(jìn)行分離的方法。由于離心機(jī)等設(shè)備可產(chǎn)生相當(dāng)高的角速度，使離心力遠(yuǎn)大于重力，于是溶液中的懸浮物便易于沉淀析出:又由于比重不同的物質(zhì)所受到的離心力不同，從而沉降速度不同，能使比重不同的物質(zhì)達(dá)到分離；旋流分離是根據(jù)離心沉降和密度差分原理設(shè)計(jì)而成，使其內(nèi)產(chǎn)生離心力場，根據(jù)物體間的密度差及離心力的作用，從而達(dá)到分離的效果，旋流分離具有設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)，但目前的現(xiàn)有旋流分離設(shè)備對于細(xì)小油滴和顆粒的去除能力有限，也不適應(yīng)于對含有大量的伴生氣、泥砂等雜質(zhì)的采出液進(jìn)行分離。
[0003]伴生氣的分離則主要有吸收法、活性炭吸附法、膜分離法等幾種方法。吸收作用常用于氣體污染物的處理與回收；活性炭吸附取決于其溶解度、表面自由能、極性、吸附質(zhì)分子的大小和不飽和度、附質(zhì)的濃度等；膜分離是在壓力驅(qū)動下，借助氣體中各組分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜內(nèi)溶解-擴(kuò)散上的差異，即滲透速率差來進(jìn)行分離的，設(shè)備成本較高，對介質(zhì)條件要求又較為嚴(yán)格。目前我國大多數(shù)油田的采出液中都含有大量的伴生氣、泥砂等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)不但會造成壓力不穩(wěn)，增加輸送難度，還會造成設(shè)備的腐蝕、堵塞等，存在諸多安全隱患，對油田生產(chǎn)造成很大危害。因此，采出液的脫氣除砂處理也成為油田生產(chǎn)中的一個(gè)重要問題。因此急需結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、體積小、功能多、人力需求少、易操作等諸多優(yōu)良特性的能夠?qū)崿F(xiàn)三相介質(zhì)的高效分離設(shè)備，以降低系統(tǒng)能耗，有效解決采出液含砂含氣對集輸系統(tǒng)的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決【背景技術(shù)】中所提到的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種螺旋式三相介質(zhì)分離器，該種分離器結(jié)構(gòu)簡單，可以同步進(jìn)行對采出液的高效脫氣除砂，減輕分離設(shè)備重量，提高油田開采的經(jīng)濟(jì)效益。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:該種螺旋式三相介質(zhì)分離器，包括依次連接的第一直管段、外錐段和第二直管段，第一直管段的直徑大于第二直管段的直徑，第二直管段的底部封閉，在第二直管段的外圓周上切向接入一根排砂管，在第一直管段內(nèi)的中部固定有第一螺旋流道，在第一螺旋流道的中央固定連接有一根沿軸線方向貫穿所述第一螺旋流道的溢流管，溢流管的首、尾兩端均探出所述第一螺旋流道外；在溢流管的下1/3管段處有若干貫穿管體的第一微孔，所述第一微孔的孔徑范圍在5微米?10微米之間。
[0006]在第一直管段內(nèi)的上部，有一個(gè)呈喇叭狀的導(dǎo)流體，所述導(dǎo)流體由喇叭口和出氣管連接后組成，所述導(dǎo)流體的喇叭口倒扣固定在第一螺旋流道的中央，出氣管與溢流管具有相同的中心軸線。
[0007]第一直管段內(nèi)的下部為旋流腔，溢流管的尾端位于旋流腔內(nèi)；在第二直管段內(nèi)的中部固定有第二螺旋流道，在第二螺旋流道的中央固定連接有一根沿軸線方向貫穿所述第二螺旋流道的排液管，排液管的尾端開口探出第二直管段的底部封閉端；在排液管的中段有若干貫穿管體的第二微孔，所述第二微孔的孔徑范圍在10微米?15微米之間。
[0008]在外錐段內(nèi)有一個(gè)與其錐形相配合的過濾錐，在過濾錐內(nèi)置有第三螺旋流道，在過濾錐的下1/3處有若干第三微孔，第三微孔與所述過濾錐的錐壁面垂直；所述第三微孔的孔徑范圍在30微米?50微米之間；外錐段的底端與排液管的首端相連接。
[0009]本發(fā)明具有如下有益效果:首先，本種螺旋式三相介質(zhì)分離器采用螺旋流道入口結(jié)構(gòu)，使設(shè)備徑向尺寸進(jìn)一步減小，占地面積??；其次，可用于密度不同的三相不互溶介質(zhì)的一體化分離，既可應(yīng)用于油田生產(chǎn)，又可應(yīng)用于市政環(huán)保等其它領(lǐng)域；再次，這種分離器采取多螺旋流道結(jié)構(gòu)，可以使分離器內(nèi)多次發(fā)生離心分離，更進(jìn)一步提高了分離效率。另夕卜，該種分離器也可應(yīng)用于油田井下管柱中，可實(shí)現(xiàn)氣-液-液和液-液-固等三相介質(zhì)分離。概括地說，本種分離器是由國家863計(jì)劃課題(2012AA061303)、中國博士后科學(xué)基金特別資助項(xiàng)目(2014T70191)以及提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題資助而完成的最新科研成果，能為油田生產(chǎn)提供一種同步進(jìn)行采出液脫氣除砂處理的設(shè)備，減輕分離設(shè)備重量，提高油田開采的經(jīng)濟(jì)效益，在簡化油田采出液處理工藝方面具有深遠(yuǎn)的意義，有廣闊的工程應(yīng)用前景。
[0010]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3是本發(fā)明所述第一螺旋流道與溢流管連接后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4是本發(fā)明標(biāo)示完各個(gè)設(shè)定參數(shù)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中1-出氣管，2-第一直管段，3-第一螺旋流道，4-溢流管，5-旋流腔，6_外錐段，7-過濾錐，8-第三螺旋流道，9-第三微孔，10-排液管，11-第二螺旋流道，12-第二直管段，13-第二微孔，14-排砂管，15-第一微孔。
[0015]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
由圖1結(jié)合圖2所示，該種螺旋式三相介質(zhì)分離器，包括依次連接的第一直管段2、外錐段6和第二直管段12，第一直管段2的直徑大于第二直管段12的直徑，第二直管段12的底部封閉，在第二直管段12的外圓周上切向接入一根排砂管14，此外:
如圖3所示，在第一直管段2內(nèi)的中部固定有第一螺旋流道3，在第一螺旋流道3的中央固定連接有一根沿軸線方向貫穿所述第一螺旋流道的溢流管4，溢流管4的首、尾兩端均探出所述第一螺旋流道外；在溢流管4的下1/3管段處有若干貫穿管體的第一微孔15，所述第一微孔的孔徑范圍在5微米?10微米之間。
[0016]在第一直管段2內(nèi)的上部，有一個(gè)呈喇叭狀的導(dǎo)流體，所述導(dǎo)流體由喇叭口和出氣管I連接后組成，所述導(dǎo)流體的喇叭口倒扣固定在第一螺旋流道3的中央，出氣管I與溢流管4具有相同的中心軸線。
[0017]第一直管段2內(nèi)的下部為旋流腔5，溢流管4的尾端位于旋流腔5內(nèi)；
在第二直管段12內(nèi)部固定有第二螺旋流道11，在第二螺旋流道11的中央固定連接有一根沿軸線方向貫穿所述第二螺旋流道的排液管10，排液管10的尾端開口探出第二直管段12的底部封閉端；在排液管10的中段有若干貫穿管體的第二微孔13，所述第二微孔的孔徑范圍在10微米?15微米之間。第二螺旋流道的結(jié)構(gòu)與第一螺旋流道的結(jié)構(gòu)相同，只是尺寸變小。
[0018]在外錐段6內(nèi)有一個(gè)與其錐形相配合的過濾錐7，在過濾錐7內(nèi)置有第三螺旋流道8，所述第三螺旋流道與第一螺旋流道在結(jié)構(gòu)上略有變化，為一個(gè)實(shí)心結(jié)構(gòu)，而流道外緣的螺旋線則無變化。在過濾錐7的下1/3處有若干第三微孔9，第三微孔9與所述過濾錐7的錐壁面垂直；所述第三微孔的孔徑范圍在30微米?50微米之間。外錐段6的底端與排液管10的首端相連接成為一個(gè)貫穿的整體。
[0019]上述涉及微孔的部分由于孔徑非常小，鉆孔可能性不大，可直接選用微孔材料經(jīng)加工而成，所以相應(yīng)部分為自帶微孔。
[0020]本種螺旋式三相介質(zhì)分離器的主要功效為離心分離，其分離原理以氣液固三相分離為例進(jìn)行說明，是利用三種不互溶液體介質(zhì)的密度差而進(jìn)行離心分離的。氣液固混合液由第一直管段上的開口進(jìn)入分離器內(nèi)部，經(jīng)過第一螺旋流道將混合介質(zhì)的直線運(yùn)動變成圓周運(yùn)動，在旋流腔及外錐段內(nèi)形成高速旋轉(zhuǎn)的渦流，采用外錐的形式對旋流器內(nèi)的流體具有一定的能量補(bǔ)償作用，進(jìn)而補(bǔ)償分離過程中的速度損失，有利于三相的分離。
[0021]分離器工作時(shí)，混合物料通過第一直管段上的開口進(jìn)入分離器中，經(jīng)過第一螺旋流道將混合介質(zhì)的直線運(yùn)動變成圓周運(yùn)動，在密度差的作用下，依靠離心力完成分離過程。三相介質(zhì)在分離器發(fā)生旋轉(zhuǎn)分離，首先三相介質(zhì)在第一螺旋流道內(nèi)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，其內(nèi)的溢流管4壁面有微孔，由于氣相密度最輕，可以通過微孔進(jìn)入溢流管4，首先由溢流管4排出一小部分，利于在分離器內(nèi)部的后續(xù)分離；微孔設(shè)計(jì)還可以防止固體顆粒進(jìn)入溢流管4內(nèi)，影響分離效果。其次三相介質(zhì)在分離器內(nèi)發(fā)生旋轉(zhuǎn)分離，氣、液、固三相中最輕的氣相被最先分離出來，并由頂部溢流管4排出；混合介質(zhì)在下行的過程中，繼續(xù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)分離，在離心力的作用下，固相(含部分液相)逐漸移向邊壁處，進(jìn)入第二直管段12內(nèi)，第二螺旋流道11可以再一次使其內(nèi)部混合介質(zhì)(主要是液、固)發(fā)生旋轉(zhuǎn)分離，較輕的部分液相可以通過第二微孔13進(jìn)入排液管10，而固相及少部分液相介質(zhì)在后續(xù)介質(zhì)的推動下，最終由側(cè)向排砂管14排出分離器；液體則經(jīng)過過濾錐7然后進(jìn)入排液管10中，過濾錐7內(nèi)的第三螺旋流道8可以使其內(nèi)部的混合介質(zhì)再次發(fā)生旋轉(zhuǎn)分離，部分較重的固相可以通過過濾錐7壁面的第三微孔9的孔道進(jìn)入底流管12內(nèi)，進(jìn)一步提高固相分離效率，而且過濾錐7對氣體還可以產(chǎn)生一定的舉升作用，利于溢流氣體的排出，再次提高氣相分離精度。經(jīng)多次提純后的液體介質(zhì)從排液管10底部出口排出，氣體從頂部排氣管排出，固相從排砂管14排出，從而完成三相的最終分離。
[0022]下面給出本發(fā)明專利申請的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案:
如果設(shè)定第一直管段2的直徑為D、溢流管4的直徑為D1、排液管10的直徑為D2、旋流腔5的高度為H、第一螺旋流道的高度為H1、溢流管4伸入所述旋流腔的長度為L、第二直管段12的高度為H2、外錐段6的錐角為α、外錐段6與排液管10連接后位于所述分離器內(nèi)的部分的高度為H3、第二直管段12的直徑為D3，則按照如下式(I)?式(9)之限定范圍構(gòu)造所述分離器會取得最優(yōu)效果。
[0023] 0.1D< D1 <0.5D......式(I);
0.2D< D2 <0.7D......式⑵;
2D< H <5D......式(3);
2D< H1 <4D......式(4);
0.05H< L<0.5H......式(5);
0.5H< H2<1.2H......式(6);
0.5?！碼〈60。......式(7);
0.5H< H3<5H......式(8);
0.2D< D3<0.9D......式(9)。
【權(quán)利要求】
1.一種螺旋式三相介質(zhì)分離器，包括依次連接的第一直管段(2)、外錐段(6)和第二直管段(12)，第一直管段(2)的直徑大于第二直管段(12)的直徑，第二直管段(12)的底部封閉，在第二直管段(12)的外圓周上切向接入一根排砂管(14)，其特征在于: 在第一直管段(2)內(nèi)的中部固定有第一螺旋流道(3)，在第一螺旋流道(3)的中央固定連接有一根沿軸線方向貫穿所述第一螺旋流道(3)的溢流管(4)，溢流管(4)的首、尾兩端均探出所述第一螺旋流道(3)外；在溢流管(4)的下1/3管段處有若干貫穿管體的第一微孔(15)，所述第一微孔(15)的孔徑范圍在5微米?10微米之間； 在第一直管段(2)內(nèi)的上部，有一個(gè)呈喇叭狀的導(dǎo)流體，所述導(dǎo)流體由喇叭口和出氣管(I)連接后組成，所述導(dǎo)流體的喇叭口倒扣固定在第一螺旋流道(3)的中央，出氣管(I)與溢流管(4)具有相同的中心軸線； 第一直管段(2)內(nèi)的下部為旋流腔(5)，溢流管(4)的尾端位于旋流腔(5)內(nèi)； 在第二直管段(12)內(nèi)部固定有第二螺旋流道(11)，在第二螺旋流道(11)的中央固定連接有一根沿軸線方向貫穿所述第二螺旋流道(11)的排液管(10)，排液管(10)的尾端開口探出第二直管段(12)的底部封閉端；在排液管(10)的中段有若干貫穿管體的第二微孔(13)，所述第二微孔(13)的孔徑范圍在10微米?15微米之間； 在外錐段(6)內(nèi)有一個(gè)與其錐形相配合的過濾錐(7)，在過濾錐(7)內(nèi)置有第三螺旋流道(8)，在過濾錐(7)的下1/3處有若干第三微孔(9)，第三微孔(9)與所述過濾錐的錐壁面垂直；所述第三微孔(9)的孔徑范圍在30微米?50微米之間；外錐段(6)的底端與排液管(10)的首端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋式三相介質(zhì)分離器，其特征在于: 如果設(shè)定第一直管段(2)的直徑為D、溢流管(4)的直徑為D1、排液管(10)的直徑為D2、旋流腔(5)的高度為H、第一螺旋流道(3)的高度為H1、溢流管(4)伸入所述旋流腔(5)的長度為L、第二直管段(12)的高度為H2、外錐段(6)的錐角為α、外錐段(6)與排液管(10)連接后位于所述分離器內(nèi)的部分的高度為H3、第二直管段(12)的直徑為D3，則按照如下式(I)?式(9)之限定范圍構(gòu)造所述分離器: .0.1D< D1〈0.5D......式(I)； .0.2D< D2 <0.7D......式⑵; 2D< H <5D......式(3); 2D< H1 <4D......式(4); .0.05H< L<0.5H......式(5); .0.5H< H2<1.2H......式(6); . 0.5?！碼〈60。......式(7); . 0.5H< H3<5H......式(8); .0.2D< D3<0.9D......式(9)。
【文檔編號】C02F9/02GK104445681SQ201410658938
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】蔣明虎, 趙立新, 李永山, 李楓, 張勇, 徐保蕊 申請人:東北石油大學(xué)