專利名稱：立式動態(tài)旋流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于石油生產(chǎn)領(lǐng)域中的稠油除砂以及聚合物驅(qū)采出液分離的立式動態(tài)旋流器。
背景技術(shù)：
目前我國已經(jīng)在松遼、渤海灣、準格爾等15個大中型含油盆地和地區(qū)發(fā)現(xiàn)了數(shù)量眾多的稠油油藏，預測我國稠油油藏地質(zhì)儲量高達80×108m3以上，因此在今后的油田開發(fā)中我國的稠油開采潛力巨大。但是，由于稠油油藏壓實成巖作用一般都較差，儲層膠結(jié)疏松，砂粒間的結(jié)合能力差，在采油過程中較高的壓力梯度作用下，砂粒容易發(fā)生脫落，而原油的粘度普遍較高，攜砂能力很強，致使在原油開采過程中的出砂現(xiàn)象非常普遍和嚴重。目前現(xiàn)有的各種井下防砂工藝、技術(shù)手段雖然在一定程度上起到了防砂效果，但是不能從根本上解決稠油含砂的問題。而且化學防砂等工藝的實施往往會影響到油井的產(chǎn)油量。為此，20世紀90年代國內(nèi)外的采油工作者們相繼提出了“出砂冷采”的新的稠油開采方法，即井下不采取防砂措施，讓砂和原油一道采出。實踐證明出砂冷采工藝可以大幅度的提高油層的空隙度和滲透率。但是，出砂冷采采出的原油含砂量更大，對油田地面集輸設(shè)備帶來了更大的難題。原油中攜帶著的大量的砂粒非常容易在集輸管道及各類分離儲存設(shè)備中沉積下來，造成管路與儲罐等設(shè)備堵塞，泵類設(shè)備磨損加劇，存儲類設(shè)備的有效利用率降低等一系列不利影響。因此如何高效率地清除高粘度稠油中的砂粒是國內(nèi)外稠油開采中面臨的一大難題。
目前國內(nèi)外解決稠油除砂的方法主要是重力沉降除砂。重力沉降除砂原理比較簡單，就是將原油引入大型沉降設(shè)備，利用油、水、砂的不同比重進行自然沉降分離，該方法沉降效率低，設(shè)備占地面積大，原油脫水效果差，而且清理沉降設(shè)備中的沉砂工作既相當煩瑣，又極不安全。
對于旋流除砂設(shè)備目前應(yīng)用的是靜態(tài)水力旋流器，主要應(yīng)用于低粘度介質(zhì)的氣-固、液-固或液-液分離。實踐表明，只要旋流器結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，旋流產(chǎn)生的離心力將比重力大1000倍以上。所以這種分離方法的分離效果較重力沉降法的分離效果有顯著提高，而且有結(jié)構(gòu)簡單設(shè)備占地面積小的優(yōu)點。
由于靜態(tài)水力旋流器自身的結(jié)構(gòu)特點和特殊的工作方式使得靜態(tài)水力旋流器在進一步提高分離效率方面受到種種限制，特別是在處理高粘度介質(zhì)(比如稠油)的分離作業(yè)時，普通的靜態(tài)旋流分離設(shè)備遇到了一些難以克服的困難。由于工作介質(zhì)的粘度大，介質(zhì)內(nèi)摩擦阻力增加，最終導致壓力損失(能量損失)的增加，分離能力降低，嚴重的時候會使旋流器完全喪失分離能力，如河南油田部分油井產(chǎn)出的原油(稠油)和聚合物驅(qū)時的采出液用靜態(tài)水力旋流器根本無法分離。這些都是目前靜態(tài)旋流除砂設(shè)備在處理高粘度的稠油除砂、脫水以及采用聚合物驅(qū)時采出液分離時遇到的難以克服的困難。隨著我國的稠油油藏的大量開發(fā)和聚合物驅(qū)采油技術(shù)的大面積推廣應(yīng)用，使得地面原油除砂、脫水問題日漸突出，單純的靜態(tài)旋流技術(shù)已經(jīng)滿足不了油田現(xiàn)場的生產(chǎn)需要。
近年來，國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)出了一種臥式動態(tài)旋流器，由于臥式動態(tài)旋流器在結(jié)構(gòu)上存在缺陷，致使動態(tài)旋流技術(shù)至今沒有在油田生產(chǎn)中推廣使用。目前國內(nèi)外各種規(guī)格型號的動態(tài)旋流器大都有一個共同的結(jié)構(gòu)特點，那就是臥式布置、軸向進液，而且轉(zhuǎn)筒內(nèi)徑與轉(zhuǎn)簡長度之比較大(有的長徑比達20以上)。究其原因，之所以采用這種進液方式而沒有采用傳統(tǒng)的靜態(tài)旋流器的切向進液的方式，主要是為了簡化動態(tài)旋流器的進液結(jié)構(gòu)。但是，這種結(jié)構(gòu)上的簡化對旋流器的流場帶來諸多的不利因素，嚴重影響了分離效果，使得臥式動旋流器的優(yōu)點沒能充分的發(fā)揮出來。主要表現(xiàn)在以下幾點(1)軸向進料不利于物相的分離不論是氣-固、液-固分離還是液-液分離，旋流分離的結(jié)果都是使輕相匯聚到中心部位而重相分布于外圍。所以，物料總的運動趨勢是重相在離心力的作用下向外圍運移，輕相向中心部位運移。當采用切向進液的方式時，液體沿旋流器內(nèi)壁進入，大部分的重相在離心力的作用下已經(jīng)“優(yōu)先占據(jù)”了外圍，而輕相則被“擠到”中心部位。所以其徑向運動的主體是輕相向內(nèi)運移。而當采用軸向進液時大部分重相的徑向運動起點是在中心部位，在離心力(或其他葉輪等機械力)的作用下重相由中心部位向外圍運移是徑向運動的主體。從兩者徑向速度的分析可以看出，軸向進液方式不利于物相的分離。為了保證重相介質(zhì)能在限定的時間內(nèi)從中心部位運動到旋流器壁，旋流器的直徑不能太大；同樣，在直徑一定的情況下，要使重相在離開旋流器以前運動到旋流器壁，轉(zhuǎn)筒必需要有一定的長度。為了保證足夠的分離時間，軸向進液結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)筒必需采用大的長徑比。
(2)軸向進液結(jié)構(gòu)中的液體的軸向初速度太大，不利于增加分離介質(zhì)在分離腔內(nèi)的有效停留時間在相同的供液壓力下，軸向供液時液體產(chǎn)生的軸向速度要比切向供液時液體產(chǎn)生的軸向速度大得多。所以，在相同的時間內(nèi)，前者要產(chǎn)生更大的軸向位移。為了保證液體在旋流器內(nèi)有足夠的停留時間，必須增加轉(zhuǎn)筒的長度。
(3)小直徑的轉(zhuǎn)筒使得動態(tài)旋流器產(chǎn)生離心力的能力受到限制對于靜態(tài)旋流器而言，旋流器所能達到的分離粒度與旋流器的直徑有著直接的依賴關(guān)系。這是因為靜態(tài)旋流器在工作時，液體的回轉(zhuǎn)動力來源于液體自身的壓力能，在一定的進液壓力下，小直徑比大直徑能產(chǎn)生更大的離心力。但是對于動態(tài)旋流器而言，液體的回轉(zhuǎn)動力主要來源于轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)筒高速旋轉(zhuǎn)帶動液體旋轉(zhuǎn)，液體產(chǎn)生離心力的大小主要取決于轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速和直徑。相同直徑下，轉(zhuǎn)速越高產(chǎn)生的離心力越大；同一轉(zhuǎn)速下，直徑越大產(chǎn)生的離心力也越大。所以從這個角度來看，采用小直徑的轉(zhuǎn)筒不利于動態(tài)旋流器優(yōu)點的發(fā)揮。
(4)增加轉(zhuǎn)筒長度，增加了系統(tǒng)振動對流場的干擾前面的(1)、(2)兩條決定了臥式動態(tài)旋流器轉(zhuǎn)筒必須要采用較大的長徑比。但是，在同一直徑下，轉(zhuǎn)筒長度越大其同軸度越難保證，分離過程中在轉(zhuǎn)筒高速旋轉(zhuǎn)的情況下，轉(zhuǎn)筒的幾何中心與回轉(zhuǎn)中心的偏離程度在很大程度上影響著最終的分離效果。同時，由于長度的增加加重了系統(tǒng)振動對流場的影響，嚴重的時候可能在出口處使已經(jīng)分離的輕、重相又重新混合。
綜合以上分析可以看出，采用軸向供液結(jié)構(gòu)給動態(tài)旋流器的分離效果帶來諸多不利影響，嚴重的制約了動態(tài)旋流器技術(shù)發(fā)展，這也可以說明為什么經(jīng)過十幾年的研究，該技術(shù)仍然未能得到推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種用于稠油脫水除砂和聚合物驅(qū)采出液分離的帶變頻控制的立式動態(tài)旋流器。該動態(tài)旋流器可以很好地克服靜態(tài)旋流技術(shù)在處理高粘度難分離介質(zhì)分離時所遇到的一系列難題，最大限度的保留了常規(guī)靜態(tài)旋流器的優(yōu)點，同時又比國內(nèi)外提出的臥式結(jié)構(gòu)的動態(tài)旋流器有明顯的優(yōu)點，是一種適用高粘度介質(zhì)和聚合物分離作業(yè)用的動態(tài)旋流分離設(shè)備。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是變頻電機(1)、立式分離體(3)以及沉降罐(4)等均采用同軸立式安裝(如圖1所示)，通過底座(圖2中的18)固聯(lián)在機架(6)上；變頻電機(1)聯(lián)結(jié)撓性聯(lián)軸接(圖2中的10)和聯(lián)結(jié)軸(圖2中的19)帶動分離轉(zhuǎn)筒(圖2中的15)以一定的角速度高速旋轉(zhuǎn)；其中轉(zhuǎn)筒(15)和進/回液過渡套(12)是最關(guān)鍵的部件，它們配合不僅形成回液過渡腔(HQ)和進液過渡腔(JQ)，還形成螺紋密封(L)。在轉(zhuǎn)筒(15)的筒體與進液過渡腔(JQ)對應(yīng)的位置上開有3個沿圓周均布的切線方向進液口(25)；是分離液體由進液過渡腔(JQ)進入轉(zhuǎn)筒(15)的通道，液體沿切線進液口(25)進入旋轉(zhuǎn)著的轉(zhuǎn)筒(15)，轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)對液體起到加速旋轉(zhuǎn)，加強了離心分離的效果。為了增加轉(zhuǎn)筒的使用壽命，本發(fā)明在轉(zhuǎn)筒內(nèi)部分別安裝了襯套I(22)、襯套II(23)和底流口(25)，均屬高硬度耐磨材料，其中襯套II(23)和底流口(24)是成套的4組8件，錐角在0°～30°之間，可根據(jù)采出液的具體情況選擇適當錐角的底流口。本發(fā)明的沉降罐(4)底部設(shè)有可調(diào)接頭(5)，通過調(diào)節(jié)沉降罐底部的可調(diào)閥(5)的開度可以實現(xiàn)動態(tài)旋流分離分流比的調(diào)整。本發(fā)明的轉(zhuǎn)筒上部采用徑向扶正軸承(13)、下端采用軸向采用止推軸承(16)支撐，兩端均采用螺旋密封(L)和成型密封(17)的雙重密封。
本發(fā)明的有益效果是整體采用立式結(jié)構(gòu)，采出液從切線方向以一定的初速度進入旋流器，充分利用了離心力和重力的綜合作用，分離介質(zhì)中經(jīng)初步分離的重相在重力的作用下沿轉(zhuǎn)筒壁緩緩下沉，經(jīng)底流口進入沉降罐，克服了臥式動態(tài)旋流器為了增加分離介質(zhì)的有效分離時間而必須增加轉(zhuǎn)筒長度的缺點；同時，本發(fā)明的轉(zhuǎn)筒在電機的帶動下以一定的角速度旋轉(zhuǎn)，進入轉(zhuǎn)筒的分離介質(zhì)在轉(zhuǎn)筒的帶動下高速旋轉(zhuǎn)，克服了靜態(tài)旋流器在器壁處的切向速度為零、在處理高粘度介質(zhì)時切線速度急劇衰減的缺點；本發(fā)明沉降罐的設(shè)置可以實現(xiàn)對旋流器底流口水封，有效的消除轉(zhuǎn)筒內(nèi)部的空氣柱，降低內(nèi)部流場的湍流強度，大大降低流場內(nèi)部能量的損耗，提高分離效果；本發(fā)明采用變頻電機驅(qū)動，可以根據(jù)進分離介質(zhì)的性能和對介質(zhì)分離效果的要求調(diào)整電機(轉(zhuǎn)筒)的轉(zhuǎn)速和沉降罐底部的調(diào)節(jié)閥的開度，從而合理調(diào)整旋流器的處理量和分流比；本發(fā)明轉(zhuǎn)筒的內(nèi)部錐角為0°～30°，根據(jù)分離介質(zhì)與工藝參數(shù)確定；本發(fā)明進液端穩(wěn)壓裝置的設(shè)置可以很好的消除井口采出液壓力的波動。


圖1是本發(fā)明立式動態(tài)旋流器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.變頻電機，2.出液接頭，3.立式旋流分離體，4.沉降罐，5.可調(diào)接頭，6.機架，7.連接管路，8.穩(wěn)壓裝置，9.進液接頭。
圖2是本發(fā)明立式旋流分離體的結(jié)構(gòu)圖。圖中1.變頻電機，10.聯(lián)軸接，11.聯(lián)軸接罩，12.進/回液過渡套，13.扶正軸承，14.軸承座，15.轉(zhuǎn)筒，16.止推軸承，17.成型密封，18.底座，19.連接軸，20.溢流管，21.密封，22.襯套I，23.襯套II，24.底流口，25.進液螺堵，L.螺紋密封，HQ.回液過渡腔，JQ.進液過渡腔，QK.轉(zhuǎn)筒上的切相進液口(3個)。
圖3是立式旋流分離體A-A向剖面圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合圖1、圖2和圖3來進一步說明本發(fā)明。
如圖1和圖2所示立式動態(tài)旋流器，主要由變頻電機(1)、回液管路(2)、立式旋流分離體(3)、沉降罐(4)、可調(diào)閥(5)、機架(6)、連接管路(7)、穩(wěn)壓裝置(8)、進液管路(9)等組成；其中立式旋流分離體又由聯(lián)軸接(10)，聯(lián)軸接罩(11)，進/回液過渡套(12)，扶正軸承(13)，軸承座(14)，轉(zhuǎn)筒(15)，止推軸承(16)，成型密封(17)，底座(18)，連接軸(19)，溢流管(20)，成型密封(21)，襯套I(22)，襯套II(23)，底流口(24)，進液螺堵(25)主要零件組成。
動態(tài)旋流器工作時變頻電機(1)帶動立式轉(zhuǎn)筒(15)以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；具有一定壓力的預分離介質(zhì)經(jīng)穩(wěn)壓裝置(8)穩(wěn)壓以后，沿切線方向進入由進/回液過渡套(12)和轉(zhuǎn)筒(15)形成的的進液過渡腔(JQ)，進液過渡腔中帶有一定壓力和切線速度的液體經(jīng)轉(zhuǎn)筒(15)上的切向進液口以一定的速度進入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)筒(15)，在轉(zhuǎn)筒(15)的帶動下實現(xiàn)動態(tài)旋流分離；在離心力和重力的綜合作用下，重相逐漸富集于轉(zhuǎn)筒(15)的筒壁，并沿筒壁下沉到沉降罐(4)；輕相匯聚在轉(zhuǎn)筒中心，經(jīng)溢流管(20)進入由進/回液過渡套(12)和轉(zhuǎn)筒(15)形成的回液過渡腔(HQ)，最終排到連著的外部管匯；在現(xiàn)場工作的時候，隨時根據(jù)采出液的流量以及采出液輕重相的比例實時調(diào)節(jié)變頻電機的轉(zhuǎn)速和沉降罐(4)下方的排出口可調(diào)接頭(5)的開度，實現(xiàn)各參數(shù)的最佳匹配控制。
權(quán)利要求
1.一種立式動態(tài)旋流器，其特征在于變頻電機(1)、立式旋流分離體(3)以及沉降罐(4)均采取立式同軸安裝，通過底座(18)固聯(lián)在機架(6)上；主要由變頻電機(1)聯(lián)結(jié)撓性聯(lián)軸接(10)和聯(lián)結(jié)軸(19)帶動分離轉(zhuǎn)筒(15)以一定的角速度高速旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)筒(15)和進/回液過渡套(12)是最關(guān)鍵的部件，它們配合不僅形成回液過渡腔(HQ)和進液過渡腔(JQ)，還形成螺紋密封(L)；在轉(zhuǎn)筒(15)的筒體與進液過渡腔(JQ)對應(yīng)的位置上開有3個沿圓周均布的切線方向進液口(25)；是分離液體由進液過渡腔(JQ)進入轉(zhuǎn)筒(15)的通道，液體沿切線進液口(25)進入旋轉(zhuǎn)著的轉(zhuǎn)筒(15)，轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)對液體起到加速作用，加強了離心分離的效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式動態(tài)旋流器，其特征是在轉(zhuǎn)筒(15)內(nèi)部分別安裝了襯套I(22)，襯套II(23)，底流口(24)，均屬高硬度耐磨材料，其中襯套II(23)，底流口(24)是成套的4組8件，錐角在0°～30°之間，通過調(diào)節(jié)沉降罐(4)底部的可調(diào)接頭(5)的開度可以實現(xiàn)動態(tài)旋流器分流比的調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式動態(tài)旋流器，其特征是在轉(zhuǎn)筒(15)上部采用徑向扶正軸承(13)、下部采用軸向采用止推軸承(16)支撐，兩端均采用螺紋密封(L)和成型密封(17)的雙重密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式動態(tài)旋流器，其特征是具有一定壓力的預分離工作介質(zhì)經(jīng)穩(wěn)壓裝置(8)穩(wěn)壓，沿切線方向進入由進/回液過渡套(12)和轉(zhuǎn)筒(15)形成的進液過渡腔(JQ)，在轉(zhuǎn)筒(15)的帶動下實現(xiàn)動態(tài)旋流分離；在離心力和重力的綜合作用下，重相逐漸富集于轉(zhuǎn)筒(15)的筒壁，并沿筒壁經(jīng)底流口(24)沉入沉降罐(4)，輕相匯聚在轉(zhuǎn)筒(15)的中心，經(jīng)溢流管(20)進入由進/回液過渡套(12)和轉(zhuǎn)筒(15)形成的回液過渡腔(HQ)排出，最終排到連接的外部管匯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于石油生產(chǎn)中的稠油除砂和聚合物驅(qū)油采出液的分離的立式動態(tài)旋流器。它可克服靜態(tài)旋流器技術(shù)在處理高粘度介質(zhì)分離時遇到的難題，又比現(xiàn)有的臥式動態(tài)旋流器有明顯的優(yōu)點，是一種適合于高粘度介質(zhì)分離作業(yè)的動態(tài)旋流分離設(shè)備。其技術(shù)方案是將變頻電機、立式旋流分離體及沉降罐采用同軸立式安裝；變頻電機聯(lián)結(jié)撓性聯(lián)軸接和聯(lián)結(jié)軸帶動分離轉(zhuǎn)筒以一定的角速度高速旋轉(zhuǎn)，預分離工作介質(zhì)經(jīng)穩(wěn)壓沿切線方向進入由進/回液過渡套和轉(zhuǎn)筒形成的進液過渡腔，經(jīng)轉(zhuǎn)筒上的切相進液口進入轉(zhuǎn)筒，在轉(zhuǎn)筒的帶動下實現(xiàn)動態(tài)旋流器分離。本發(fā)明充分利用了離心力和重力的綜合作用，分離介質(zhì)中經(jīng)初步分離的重相沿筒壁緩緩下沉，經(jīng)底流口進入沉降罐，非常適合處理高粘度介質(zhì)的分離作業(yè)。
文檔編號B04C5/14GK101028614SQ200610020989
公開日2007年9月5日 申請日期2006年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月9日
發(fā)明者梁政, 鐘功祥, 任連城, 吳世輝, 鄧雄, 楊志, 呂志忠, 蔣發(fā)光 申請人:西南石油大學