本发明专利技术提供了一种鼠笼式两级旋流固液分离装置，用于油气井采出液的固液高效分离。该装置采用鼠笼式旋流管和两级旋流技术，结构紧凑且造价经济；鼠笼式旋流管和二级旋流筒总成顺次完成第一级和第二级固液分离，实现采出液高效而彻底的分离；该装置适应性好，第一级固液分离完成大部分的处理工作，液量和黏度大时第二级固液分离用来处理少量剩余液；旋流管和二级旋流筒各锥段的优化设计，使采出液阻力系数小并保持高速的旋转状态；各旋流管采用相同的结构和尺寸，实现标准化和组块化设计；分离后的液体经集液管总成收集由排液总成排出，而砂粒经集砂管总成和封体收集后由排砂管排出；该装置的自动化程度高，并易于安装、操作和维护。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种陆上和海洋油气井含砂采出液固液高效分离处理的装置。 鼠笼式两级旋流固液分离装置
技术介绍
陆上和海洋油气田开发中，采出液携带的大量砂粒容易在集输管道及各类分离存 储设备中沉积下来，由此造成设备与管线堵塞、泵类装置磨损加剧、油气分离设备的处理效 率大幅度下降以及存储类设备的有效利用率降低等一系列不利影响，为此，含砂采出液固 液高效分离是国内外油气开采中面临的一大难题。 当前国内外含砂采出液固液分离的方法可以归纳为两种：重力沉降法和旋流分离 法，其中重力沉降法是将采出液引入大型沉降设备，利用油、水和砂粒的不同比重进行自然 沉降分离，该方法比较简单，但分离效率较低，设备占地面积大，而且分离设备内沉积砂粒 的清理工作相当繁琐，且不安全。旋流分离法主要是采用水力旋流器，也是目前国内外各 大油田主要使用的采出液固液分离方法，较之重力沉降法，该方法的分离效果显著提高，但 由于水力旋流器通常采用单级单筒的方式，使得其在进一步提高分离效率方面受到种种限 制，并且随着采出液黏度的增大，介质内摩擦阻力增加，最终导致能量损失的增大，分离能 力有限。 随着陆上和海洋油气田开发深度的加大，稠油油藏的大量开发和聚合物驱采油技 术的大面积推广应用，常规的水力旋流器技术已经满足不了油田现场的生产需要，为此依 托现有可行性技术的基础上，同时采用新技术、新材料及加工工艺，研制出新型固液高效分 离处理装置，该装置依据流场的数值模拟和仿真分析结果进行设计，并依据试验数据对装 置的关键参数进行了优化设计，实现了油气井含砂采出液的固液高效分离处理。
技术实现思路
为了克服现有油气井采出液固液分离技术存在的缺陷和不足，并适应稠油井和聚 合物驱采油技术的需要，本专利技术的目的是提供一种适合陆上和海洋油气井含砂采出液的鼠 笼式两级旋流固液分离装置。该固液分离装置采用鼠笼式旋流管和两级旋流分离的特殊结 构和处理工艺，具备结构紧凑和造价经济，采出液高效分离处理，适应性好，阻力系数小，标 准化和组块化，自动化程度高，易于安装、操作和维护等特点。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种鼠笼式两级旋流固液分离 装置，主要由除砂罐、鼠笼式旋流管总成、二级旋流筒总成、集砂管总成、集液管总成、进液 管汇、排液总成、排砂管等几部分组成。 两级旋流固液分离方法为，采出液经进液管汇切向进入鼠笼式旋流管总成并在各 个旋流管单体的旋流段产生旋转运动，流入大锥段后，流道截面迅速收缩，采出液获得很大 的角加速度，加速旋转，流进小锥段后，流道截面缓慢收缩，增加的角动量补偿采出液与管 内壁的摩擦损失，使采出液保持高速旋转，进入直管段后，由于摩擦采出液的旋转速度逐渐 减弱，但增加了采出液在旋转流场内的停留时间，由于固液密度差异，在离心力场中密度小 的液体运移至旋流管中心形成液芯，液芯反向从旋流管溢流口流出并汇集到集液管总成的 上集液管内，而密度大的砂粒逐渐甩向管壁并经小锥段排砂锥孔和砂缝落入集砂管总成 内，由此实现第一级固液分离；一级分离后的部分采出液经各个旋流管出口段切向进入二 级旋流筒总成形成旋转流，旋流筒中央的下集液管外表面形成液环并反向上升溢进下集液 管内，最后通过排液总成抽吸泵的提升经排液管流出，而砂粒甩向筒壁并经由排砂管排出， 由此实现第二级固液分离，经两级分离处理后采出液得到高效而彻底的固液分离。 除砂罐材质选用压力容器材料Q345R，罐腔通体内衬环氧树脂。除砂罐采用立式分 体式容器的构造，其上部采用圆锥形封头，封头本体为圆锥形筒体，筒体上部与圆板焊接在 一起，而其下部与法兰盘焊接在一起，封头法兰盘上均匀布置36?48个螺孔，并通过双头 螺柱与下部的罐体法兰盘联接在一起。封头与罐体结合处均设计有凸台，封头圆板的中央 部位加工有柱形孔眼，孔眼直径等于排液管外径；封头圆板边缘处均匀布置四个冲洗管，冲 洗作业时清洗液经冲洗管进入除砂罐，保证对罐体内的各部件进行全方位冲洗。除砂罐下 部的罐体采用筒体结构，通过下隔板和垫板将其分为上下两个部分,上部柱形筒体内容纳 鼠笼式旋流管总成，下部圆锥形筒体配置二级旋流筒总成。 封头圆板内侧布置有压力安全阀接头，其上联接的压力安全阀在除砂罐出现危险 工况时自动释放压力。封头本体上设计有液位控制阀接头，其上联接的液位控制阀自动检 测集液管总成内的液位并控制排液总成的排液量。封头本体和二级旋流筒总成顶部设置有 上下两个压差变送器接头，其上联接的压差变送器自动检测封头与二级旋流筒总成间的压 差，并将压差信号转变为电讯号，实施高压差报警及高高压差关断操作。 进液管汇作为采出液进入除砂罐的通道，位于鼠笼式旋流管总成的上部，进液管 汇由多个进液管组成，其数量为单体旋流管数的一半，各进液管沿除砂罐罐体的罐壁均匀 排列，进液管入口轴线分别与对应位置旋流管中心连线的垂直平分线重合，保证每个进液 管可以同时为两个旋流管提供采出液。每个进液管包括进口段、入口段和出口段，其进口 段圆管轴线间相互平行，且进口朝向一致；其入口段采用圆锥体与柱体相结合的结构，柱体 端面加工有8个均匀布置的螺钉孔；而出口段外侧采用法兰盘结构，并通过紧定螺钉实现 入口段和出口段间的联接，入口段和出口段间通过丁腈橡胶垫进行密封；出口段内侧由2 个相同管径的液管分支组成，且液管分支沿出口段轴线对称布置，液管分支通过三通管和 135°弯头与出口段法兰盘进行连接；进液管流道的横截面积等于2个液管分支流动横截 面积之和。进液管的2个液管分支分别贯穿旋流管的管壁并且液管分支的出口切向进入旋 流管的旋流段；液管分支出口与旋流管对应位置导流齿的上齿面平齐，并且出口流道直径 等于导流齿的齿高，保证采出液由进液管平稳切入旋流管的导流齿。各进液管入口段与除 砂罐罐体以及各液管分支与旋流管管壁间均采用插焊实现连接。 鼠笼式旋流管总成用来实现采出液的第一级固液分离，完成大部分的固液分离处 理工作，主要包括旋流管、上隔板、下隔板、筋板和垫板，各部件材质均选用双向不锈钢。旋 流管在除砂罐内垂直布置并沿圆周方向均匀排列，其个数依据采出液总流量在6?12个选 取，保证采出液高效分离处理。旋流管上端口与上隔板孔眼联通，并与孔眼壁通过过盈配合 保证密封性；旋流管下部出口段与二级旋流筒总成联通，并且小锥段与下隔板孔眼通过间 隙配合实现旋流管固定。 每个单体旋流管均采用相同的结构和尺寸，以实现其标准化和组块化设计，为满 足油田开采中不同阶段采出液量的变化，在采出液量较小时可通过堵塞部分旋流管上端口 的方式来满足固液分离处理量要求。每个旋流管呈上粗下细的V形构造，由锥盖段、旋流 段、大锥段、小锥段、直管段和出口段组成，依次采用圆锥形和圆柱形管体相结合的结构，各 管段结合处采用圆弧过渡，保证各管段壁上形成连续稳定旋转流。 旋流管的旋流段、大锥段、小锥段和直管段沿轴向的间距依次减小，保证采出液形 成旋转流后，先加速旋转后流道缓慢收缩，小锥段后直接设计有直管段增加旋转流的停留 时间。旋流段、大锥段和小锥段的锥度依次增大，依次设计为0°、15°和25°，使旋转流保 持高速旋转状态，并实现采出液在各管段上的最佳分离效果。 旋流管的旋流段管本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种鼠笼式两级旋流固液分离装置，采出液经进液管汇切向进入鼠笼式旋流管总成产生旋转运动，流入大锥段后加速旋转，流进小锥段后保持高速旋转，进入直管段后增加了采出液在旋转流场内的停留时间，液体运移至旋流管中心形成液芯，而砂粒逐渐甩向管壁，实现第一级固液分离；一级分离后的部分采出液切向进入二级旋流筒总成形成旋转流，旋流筒中央的下集液管外表面形成液环，砂粒甩向筒壁，实现第二级固液分离，其特征在于：一除砂罐；所述除砂罐上部采用圆锥形封头，封头圆板边缘处均匀布置四个冲洗管，冲洗作业时清洗液经冲洗管进入除砂罐，罐体通过下隔板和垫板分为上下两个部分；一进液管汇；所述进液管汇由多个进液管组成，各进液管沿除砂罐罐体的罐壁均匀排列，进液管入口轴线分别与对应位置旋流管中心连线的垂直平分线重合；进液管的2个液管分支分别贯穿旋流管的管壁并且液管分支的出口切向进入旋流管的旋流段；一鼠笼式旋流管总成；所述鼠笼式旋流管总成的旋流管在除砂罐内垂直布置并沿圆周方向均匀排列，每个单体旋流管均采用相同的结构和尺寸，呈上粗下细的V形构造；旋流管的旋流段、大锥段、小锥段和直管段沿轴向的间距依次减小，且旋流段、大锥段和小锥段的锥度依次增大；旋流管的旋流段管壁上焊接有导流齿，导流齿的起始端与进液管液管分支出口的末端相联接，导流齿法面端面的高度沿齿线逐渐降低；小锥段锥体的中部钻有分层布置的圆锥形排砂锥孔，排砂锥孔剖面内窄外宽，而下部切割有一定宽度和密度的砂缝，砂缝也内窄外宽；锥盖段采用倒圆锥形结构，而出口段采用流道截面面积不断减小的弯头构造，出口段的末端轴线水平并且与该平面二级旋流筒总成本体的圆周切线相平行；上隔板和下隔板将除砂罐由上而下分隔成封头、鼠笼式旋流管总成和二级旋流筒总成几个腔室；一二级旋流筒总成；所述二级旋流筒总成的本体采用圆锥形筒体构造，锥面的锥度优化设计为30°；本体锥面的大端面在垂向上高于旋流管出口段的末端，超出的高度为一个出口段末端的直径；本体底部采用厚壁筒形封体，封体内环面采用变截面回转体结构；一集液管总成；所述集液管总成包括垂直布置的上集液管和下集液管，上集液管上端面所在的锥面与上隔板内环面上的锥面相平齐；下集液管主体部分采用管径大于上集液管的圆管，上端口稍低于二级旋流筒总成本体的大端面；一排液总成；所述排液总成包括排液管和抽吸泵，抽吸泵为液体排出除砂罐提供吸力，采用双吸式非密闭的双螺杆泵；排液管水平段通过法兰盘与抽吸泵入口联接，而其垂直段由上而下依次贯穿除砂罐封头和上集液管的中央部位，最终插入下集液管内并与其同心布置；一集砂管总成；所述集砂管总成的砂斗采用与旋流管小锥段相同锥度的倒圆锥形结构，承接弯管采用变径弯头，联通管的主管上部均匀排列的旁通管轴线与水平面间的夹角为45°，旁通管横截面积之和等于主管的横截面积；一排砂管；所述排砂管入口正对封体内环面，入口段采用锥体结构，锥体外锥面的锥度大于内锥面，而出口段水平布置并与排液管水平段反向布置而与进液管汇进口段同向布置。...
【技术特征摘要】
1. 一种鼠笼式两级旋流固液分离装置，采出液经进液管汇切向进入鼠笼式旋流管总成 产生旋转运动，流入大锥段后加速旋转，流进小锥段后保持高速旋转，进入直管段后增加了 采出液在旋转流场内的停留时间，液体运移至旋流管中心形成液芯，而砂粒逐渐甩向管壁， 实现第一级固液分离；一级分离后的部分采出液切向进入二级旋流筒总成形成旋转流，旋 流筒中央的下集液管外表面形成液环，砂粒甩向筒壁，实现第二级固液分离，其特征在于： 一除砂罐；所述除砂罐上部采用圆锥形封头，封头圆板边缘处均匀布置四个冲洗管，冲 洗作业时清洗液经冲洗管进入除砂罐，罐体通过下隔板和垫板分为上下两个部分； 一进液管汇；所述进液管汇由多个进液管组成，各进液管沿除砂罐罐体的罐壁均匀排 列，进液管入口轴线分别与对应位置旋流管中心连线的垂直平分线重合；进液管的2个液 管分支分别贯穿旋流管的管壁并且液管分支的出口切向进入旋流管的旋流段； 一鼠笼式旋流管总成；所述鼠笼式旋流管总成的旋流管在除砂罐内垂直布置并沿圆周 方向均匀排列，每个单体旋流管均采用相同的结构和尺寸，呈上粗下细的V形构造；旋流管 的旋流段、大锥段、小锥段和直管段沿轴向的间距依次减小，且旋流段、大锥段和小锥段的 锥度依次增大；旋流管的旋流段管壁上焊接有导流齿，导流齿的起始端与进液管液管分支 出口的末端相联接，导流齿法面端面的高度沿齿线逐渐降低；小锥段锥体的中部钻有分层 布置的圆锥形排砂锥孔，排砂锥孔剖面内窄外宽，而下部切割有一定宽度和密度的砂缝，砂 缝也内窄外宽；锥盖段采用倒圆锥形结构，而出口段采用流道截面面积不断减小的弯头构 造，出口段的末端轴线水平并且与该平面二级旋流筒总成本体的圆周切线相平行；上隔板 和下隔板将除砂罐由上而下分隔成封头、鼠笼式旋流管总成和二级旋流筒总成几个腔室； 一二级旋流筒总成；所述二级旋流筒总成的本体采用圆锥形筒体构造，锥面的锥度优 化设计为30° ;本体锥面的大端面在垂向上高于旋流管出口段的末端，超出的高度为一个 出口段末端的直径；本体底部采用厚壁筒形封体，封体内环面采用变截面回转体结构； 一集液管总成；所述集液管总成包括垂直布置的上集液管和下集液管，上集液管上端 面所在的锥面与上隔板内环面上的锥面相平齐；下集液管主体部分采用管径大于上集液管 的圆管，上端口稍低于二级旋流筒总成本体的大端面； 一排液总成；所述排液总成包括排液管和抽吸泵，抽吸泵为液体排出除砂罐提供吸力， 采用双吸式非密闭的双螺杆泵；排液管水平段通过法兰盘与抽吸泵入口联接，而其垂直段 由上而下依次贯穿除砂罐封头和上集液管的中央部位，最终插入下集液管内并与其同心布 置； 一集砂管总成；所述集砂管总成的砂斗采用与旋流管小锥段相同锥度的倒圆锥形结 构，承接弯管采用变径弯头，联通管的主管上部均匀排列的旁通管轴线与水平面间的夹角 为45°，旁通管横截面积之和等于主管的横截面积； 一排砂管；所述排砂管入口正对封体内环面，入口段采用锥体结构，锥体外锥面的锥 度大于内锥面，而出口段水平布置并与排液管水平段反向布置而与进液管汇进口段同向布 置。2. 根据权利要求1所述的鼠笼式两级旋流固液分离装置，其特征在于：所述除砂罐的 封头本体上设计有液位控制阀接头，其上联接的液位控制阀自动检测集液管总成内的液位 并控制排液总成的排液量； 所述封头本体和二级旋流筒总成顶部设置有上下两个压差变送器接头，其上联接的 压差变送器自动检测封头与二级旋流筒...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘春花，刘新福，陈国龙，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37
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