海底管道在线三级旋流脱水装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种海底管道在线三级旋流脱水装置，应用于水下生产系统含水井流的高效脱水。该脱水装置与水下管汇和海底管道有机结合，实现海底管道在线安装和运行，并依据水下三级旋流脱水系统和设备，实现原油和生产污水一体化处理以及油气水高效分离；第一级脱水器采用柱状单筒构造，依据涡锥场中的离心分离作用实施第一级轴向高速涡流原油脱水处理，第二级脱水器采用管状短三筒构造，依据旋流场实施第二级轴向分层旋流污水快速处理，第三级脱水器采用鼠笼式长筒构造，依据多旋流场实施第三级鼠笼式并联旋流污水深度处理，原油增压器将各级脱水处理后的油液加压至相同高压值后汇集于同一外输海管内一起外输。

Submarine pipeline on-line three stage cyclone dewatering device

The utility model provides an on-line three stage cyclone dewatering device for submarine pipelines, which is applied to high-efficiency dewatering of water containing wells in an underwater production system. The dehydration device and water pipe combination and submarine pipeline, pipeline installation and operation to achieve online, and on the basis of water three stage cyclone dewatering system and equipment, implementation of integrated wastewater treatment and production of crude oil and oil gas water separation; the first level dewatering device adopts a cylindrical single cylinder structure, based on the centrifugal separation effect of vortex cone in the first stage of high speed axial eddy current crude oil dehydration treatment, second dehydrator with tubular short three cylinder structure, on the basis of the implementation of second stage axial swirl stratified swirl sewage processing, third dehydrator uses squirrel cage tube structure, according to the implementation of the third stage cyclone field cage parallel cyclone wastewater treatment crude oil, turbocharger oil liquid levels after dehydration treatment is pressurized to the same high value converge at the same sea transportation pipe transportation together.

【技术实现步骤摘要】
海底管道在线三级旋流脱水装置
本技术涉及一种海洋工程领域含水井流水下直接脱水外输的装置，特别是涉及一种水下海底管道在线的三级旋流高效脱水装置。
技术介绍
目前，国内外海上油田的典型油气集输设施配置为“高压井流→立管→平台管汇→三相分离器→二级加热器→二级分离器→电脱增压泵→电脱加热器→电脱水器→外输泵→海底管道”，其中，整个油气处理技术主要采用常规脱水设备且处理效率较低；此外，高压井流经过海底管道、立管和平台管网长距离输送和各级处理系统脱水脱气后，整个流程运行的电能和热能额外损耗严重，不仅增加了平台电站设施的电负荷，而且还需要配备专门的热介质锅炉、余热回收装置等热站设施为油气处理的各级加热器提供大量的热量。另一方面，海上平台油气处理系统脱水后的生产污水由于其较高的含油量，而需要配置专门的污水处理设施，即“斜板除油器→溶气浮选机→核桃壳滤器→污水罐”或“污水增压泵→水力旋流器→紧凑型气浮→污水罐”处理成合格净化水后回注地层或直接外排，且生产污水回注地层时还需要配置缓冲罐、注水泵、注水管汇和注水清管球发球筒等注水增压设施增压后才能满足回注地层的压力需求。目前应用于海上平台的紧凑型油水分离器通常采用水力旋流和单体旋流管并联技术，以便缩小分离设备所占平台甲板的空间，如美国FMCTechnologies公司研发的脱水设备，然而目前国内对海上平台的紧凑型脱水技术研究尚处于试验研究阶段。另外，针对水下生产系统专用的油气水分离设备研究国内外均还处于起步和试验阶段。由此，通过积极研制新型的海底管道在线高效脱水装置，将现有的海上平台油气集输和污水处理系统简化为水下海底管道在线油水分离系统，以便有效解决常规处理系统及其相关设施占地面积和重量大等弊端；而且无需配置立管和平台管网等输送管道、加热器、增压泵、外输泵、污水处理等设备，同时无需额外配套热站、加热器等热用户设施以及增压泵和外输泵等电用户设备，使得油气集输和污水处理的运行耗能显著下降，最终实现水下油水高效分离，达到提升深水油气田开发效益的目的。
技术实现思路
为了克服现有海上平台原油和生产污水处理设施存在的缺陷和不足，并改善水下油气水分离设备尚处于起步和试验阶段的研究现状，本技术的目的是提供一种适合水下生产系统油井产液直接脱水外输用的海底管道在线三级旋流脱水装置。该脱水装置与水下管汇和海底管道有机结合，实现海底管道在线安装和运行，同时依据水下三级旋流脱水系统和设备，具备原油和生产污水一体化处理，油气水高效分离，生产污水快速深度处理等特点。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种海底管道在线三级旋流脱水装置，主要由第一级脱水器、第二级脱水器、第三级脱水器和原油增压器组成。水下油井产液由各井水下采油树汇集至水下管汇并经跨接管进入第一级脱水器，实施第一级轴向高速涡流原油脱水处理，脱除油井产液中大部分的水相，第一级脱水处理后水中含油量较高的生产污水经一级排水管进入第二级脱水器，并实施第二级轴向分层旋流污水快速处理，脱除生产污水中大部分的油相，第二级脱水处理后水中含油量较低的生产污水经二级排水管进入第三级脱水器，实施第三级鼠笼式并联旋流污水深度处理，脱除生产污水中剩余的油相，三级脱水处理后的油气两相流、二级油液和三级液流经原油增压器分别加压后汇集于同一外输海管内形成高压含气原油并一起外输，而合格的净化水则经三级排水管进入输水管汇中。第一级脱水器采用柱状单筒构造，通体外覆海水防腐层，依据涡锥场中的离心分离作用实施第一级轴向高速涡流原油脱水处理，脱除水下油井产液中大部分的水相，它包括造涡流体、一级脱水筒、一级集油管、一级整流片、排油衬套和一级排油管，其中，造涡流体、一级集油管和一级整流片的材质均选用超级双向不锈钢，而一级脱水筒的材质采用不锈钢且内衬金属陶瓷。造涡流体位于一级脱水筒的入口处，用来产生分股高速旋流束并使各股旋流束沿一级脱水筒的筒壁切向倾斜射出，它由涡流锥和涡流轮组成，涡流锥和涡流轮由同一材料一体切割成形；涡流锥采用圆锥体和圆柱体相结合的结构，其上锥体的锥度大于下锥体的锥度，同时涡流锥的上锥体和下锥体大端圆面的直径均等于其中间柱体外环面的直径，涡流锥的上锥体用来将油井产液顺利引入涡流轮的各涡流齿上，而其下锥体则用来防止各股旋流束射出后的中央部位过早汇流而导致脱水后的油气两相流反向上升。涡流轮由16～24个涡流齿构成，且各涡流齿沿涡流锥中间柱体的外环面均匀排列。每个涡流齿的轴向长度均等于涡流锥中间柱体的高度，涡流齿的齿线采用组合曲线，其齿线顶端的切线与涡流锥的轴线保持平行，且其齿线的斜率由上而下依次减小，齿线底端的斜率为15°～20°；涡流齿的高度等于一级脱水筒入口处的内表面直径与涡流锥中间柱体外环面直径的差值，且涡流齿上部倒角而切割成半圆锥面，所有涡流齿的半圆锥面均处于同一锥面上并与涡流锥上锥体的锥面重合；涡流齿的宽度由上而下逐渐加宽，由此涡流齿之间所在齿隙的截面面积不断缩小，流经涡流齿齿隙的油井产液流速得以不断提升并最终形成高速旋流束后射出。一级脱水筒内分股高速旋流束形成涡锥场并实施油井产液的第一级脱水处理，它采用厚壁筒体且其内表面采用圆柱面和圆锥面相结合的形式，一级脱水筒依次由造涡管、涡锥管、整流管、三通型排油管和一级排水管组成，造涡管、涡锥管和整流管的轴向长度依次增大，且涡锥管内锥面大端圆面的直径等于造涡管的内径而涡锥管内锥面小端圆面的直径则等于整流管和一级排水管的内径，整流管和一级排水管间设置三通型排油管，并通过排油衬套与一级排油管进行联接。造涡管的管壁与涡流齿的齿顶面之间采用过盈配合而实现造涡流体的定位，同时整流管的管壁与各整流片的片顶面间采用过盈配合而实现一级整流片的定位。一级集油管位于一级脱水筒中整流管的中央部位，用来及时收集第一级脱水处理后含少量水的油气两相流并将其导入一级排油管后再排出第一级脱水器，它采用90°等径弯管，一级集油管的起始端所在端面被切割成圆锥状，且该起始端面的锥度等于一级脱水筒中涡锥管的锥度；一级集油管的末端通过螺纹与排油衬套进行联接，其轴线与一级脱水筒中三通型排油管的轴线重合。排油衬套的法兰盘与三通型排油管和一级排油管的法兰盘直径均相等，排油衬套内表面采用锥面和柱面相结合的形状，且排油衬套内表面中的柱面直径等于一级集油管的内径，而排油衬套内表面中的锥面大端圆面直径则等于一级脱水筒中的一级排油管内部锥面大端圆面的直径。一级整流片用来将第一级脱水处理后的生产污水由旋涡流整流成均匀的轴向流，它由8～16片结构相同的整流片组成并沿一级集油管的管壁均匀排列，一级整流片通过圆周焊的方式而内接于一级集油管，同时各整流片的旋向相同并且分别与涡流轮中各涡流齿的旋向保持一致。一级整流片各整流片的轮廓线均为弧线段与直线段相组合的旋线，其弧线段中的上弧线下凹而下弧线上凸，且弧线段中上弧线起始端的切线和下弧线末端的切线均与一级脱水筒的轴线间保持平行。各整流片的厚度沿其轮廓线的弧线段逐渐增大，并在弧线段中上弧线的起始端收缩为一条斜线同时在下弧线的末端达到最大，然后各整流片的厚度沿其轮廓线的直线段保持不变，由此旋涡流可以顺利切入各整流片上并逐渐整流成轴向流。第二级脱水器采用管状短三筒构造，通体外覆海水防腐层，依据旋流场实施第二级轴向分层旋流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海底管道在线三级旋流脱水装置，与水下管汇和海底管道有机结合，实现海底管道在线安装和运行，同时依据水下三级旋流脱水系统和设备，完成原油和生产污水一体化处理、油气水高效分离和生产污水快速深度处理，其特征在于：一第一级脱水器；所述第一级脱水器采用柱状单筒构造，依据涡锥场实施第一级轴向高速涡流原油脱水处理，造涡流体的涡流锥和涡流轮由同一材料一体切割成形，涡流轮中涡流齿的齿线采用组合曲线，涡流齿的宽度由上而下逐渐加宽；一级脱水筒中造涡管、涡锥管和整流管的轴向长度依次增大，整流管和一级排水管间设置三通型排油管，并通过排油衬套与一级排油管进行联接；一级集油管位于一级脱水筒中整流管的中央部位，它采用90°等径弯管；一级整流片中各整流片的旋向相同并且分别与涡流轮中各涡流齿的旋向保持一致，各整流片的轮廓线均为弧线段与直线段相组合的旋线，各整流片的厚度沿其轮廓线的弧线段逐渐增大而后沿其轮廓线的直线段保持不变；一第二级脱水器；所述第二级脱水器采用管状短三筒构造，依据旋流场实施第二级轴向分层旋流污水快速处理，二级脱水筒采用变径三通筒式结构，其筒体的轴线与一级脱水筒和三级脱水筒的轴线处于同一平面且三条轴线相互间垂直布置，整体呈现出类U形的特殊结构；左垫板采用盘状法兰，其中央内环面采用螺纹通孔并与二级轴流筒相联接，同时右隔板中央的通孔与二级轴流筒外环面间过盈配合，共同实现二级轴流筒在二级脱水筒内的定位；二级轴流筒采用分体式双筒结构，其轴线与二级脱水筒的轴线重合，由此形成由内而外三筒同心布置的特殊构造；造旋流筒设计为内外双筒，造旋外筒和造旋内筒相互组合并构成环形凹槽，该环形凹槽内容纳有螺旋齿，造旋外筒的筒壁上钻有沿圆周方向均匀排列且分层的射水孔，造旋内筒的外环面采用柱面而内表面则采用锥面；螺旋齿采用螺旋形齿条构造，整体呈现圆环外形，螺旋齿的齿线为一条螺距相等的螺旋线，其齿隙间布置分层的射水孔，同时垂直于螺旋齿齿线的法面端面采用外窄内宽的类梯形状；内收油筒和外轴流筒均采用V形厚壁筒体，外轴流筒中宽锥筒段的锥度大于窄锥筒段的锥度，而其锥高则远小于窄锥筒段的锥高；一第三级脱水器；所述第三级脱水器采用鼠笼式长筒构造，依据多旋流场实施第三级鼠笼式并联旋流污水深度处理，三级脱水筒采用等径厚壁筒，其下部布置有二级排水管，三级脱水筒筒体的上端通过上隔板与三级集油管进行联接并实现密封，且其筒体下端通过下垫板与三级排水管进行联接并实现密封；三级轴流筒采用多筒并联的方式而形成鼠笼式多旋流场构造，各三级轴流筒的轴线均与三级脱水筒的轴线保持平行，每个三级轴流筒均采用标准化和模块化设计，其各组成部件的构造与二级轴流筒相似，但三级轴流筒采用管状长筒；三级整流器内嵌于三级轴流筒中外轴流筒下部的出水筒段并与三级轴流筒一一对应，其整流锥由 锥体和柱体结合而成，且其各三级整流片的旋向与三级整流筒螺旋齿的旋向保持一致；一原油增压器；所述原油增压器的一级增压泵采用变频式四螺杆多相混输泵，其入口连接一级进油管且出口连接一级出油管，一级增压泵内的四螺杆分为两组，每组螺杆与轴体均一体成型，且每组螺杆上的螺纹沿轴体中心反向对称布置；二级增压泵和三级增压泵均采用变频式双螺杆原油输送泵，其入口分别连接二级进油管和三级进油管且出口分别连接二级出油管和三级出油管，且二级增压泵和三级增压泵的两螺杆与轴体也一体成型并采用同一材质；三级脱水处理后的油气两相流、二级油液和三级液流分别经各级进油管进入各级增压泵，加压至相同高压值后由各级出油管输出并汇集于外输海管内，外输海管的轴线与一级脱水筒和三级脱水筒的轴线相互间保持平行。...

【技术特征摘要】
1.一种海底管道在线三级旋流脱水装置，与水下管汇和海底管道有机结合，实现海底管道在线安装和运行，同时依据水下三级旋流脱水系统和设备，完成原油和生产污水一体化处理、油气水高效分离和生产污水快速深度处理，其特征在于：一第一级脱水器；所述第一级脱水器采用柱状单筒构造，依据涡锥场实施第一级轴向高速涡流原油脱水处理，造涡流体的涡流锥和涡流轮由同一材料一体切割成形，涡流轮中涡流齿的齿线采用组合曲线，涡流齿的宽度由上而下逐渐加宽；一级脱水筒中造涡管、涡锥管和整流管的轴向长度依次增大，整流管和一级排水管间设置三通型排油管，并通过排油衬套与一级排油管进行联接；一级集油管位于一级脱水筒中整流管的中央部位，它采用90°等径弯管；一级整流片中各整流片的旋向相同并且分别与涡流轮中各涡流齿的旋向保持一致，各整流片的轮廓线均为弧线段与直线段相组合的旋线，各整流片的厚度沿其轮廓线的弧线段逐渐增大而后沿其轮廓线的直线段保持不变；一第二级脱水器；所述第二级脱水器采用管状短三筒构造，依据旋流场实施第二级轴向分层旋流污水快速处理，二级脱水筒采用变径三通筒式结构，其筒体的轴线与一级脱水筒和三级脱水筒的轴线处于同一平面且三条轴线相互间垂直布置，整体呈现出类U形的特殊结构；左垫板采用盘状法兰，其中央内环面采用螺纹通孔并与二级轴流筒相联接，同时右隔板中央的通孔与二级轴流筒外环面间过盈配合，共同实现二级轴流筒在二级脱水筒内的定位；二级轴流筒采用分体式双筒结构，其轴线与二级脱水筒的轴线重合，由此形成由内而外三筒同心布置的特殊构造；造旋流筒设计为内外双筒，造旋外筒和造旋内筒相互组合并构成环形凹槽，该环形凹槽内容纳有螺旋齿，造旋外筒的筒壁上钻有沿圆周方向均匀排列且分层的射水孔，造旋内筒的外环面采用柱面而内表面则采用锥面；螺旋齿采用螺旋形齿条构造，整体呈现圆环外形，螺旋齿的齿线为一条螺距相等的螺旋线，其齿隙间布置分层的射水孔，同时垂直于螺旋齿齿线的法面端面采用外窄内宽的类梯形状；内收油筒和外轴流筒均采用V形厚壁筒体，外轴流筒中宽锥筒段的锥度大于窄锥筒段的锥度，而其锥高则远小于窄锥筒段的锥高；一第三级脱水器；所述第三级脱水器采用鼠笼式长筒构造，依据多旋流场实施第三级鼠笼式并联旋流污水深度处理，三级脱水筒采用等径厚壁筒，其下部布置有二级排水管，三级脱水筒筒体的上端通过上隔板与三级集油管进行联接并实现密封，且其筒体下端通过下垫板与三级排水管进行联接并实现密封；三级轴流筒采用多筒并联的方式而形成鼠笼式多旋流场构造，各三级轴流筒的轴线均与三级脱水筒的轴线保持平行，每个三级轴流筒均采用标准化和模块化设计，其各组成部件的构造与二级轴流筒相似，但三级轴流筒采用管状长筒；三级整流器内嵌于三级轴流筒中外轴流筒下部的出水筒段并与三级轴流筒一一对应，其整流锥由锥体和柱体结合而成，且其各三级整流片的旋向与三级整流筒螺旋齿的旋向保持一致；一原油增压器；所述原油增压器的一级增压泵采用变频式四螺杆多相混输泵，其入口连接一级进油管且出口连接一级出油管，一级增压泵内的四螺杆分为两组，每组螺杆与轴体均一体成型，且每组螺杆上的螺纹沿轴体中心反向对称布置；二级增压泵和三级增压泵均采用变频式双螺杆原油输送泵，其入口分别连接二级进油管和三级进油管且出口分别连接二级出油管和三级出油管，且二级增压泵和三级增压泵的两螺杆与轴体也一体成型并采用同一材质；三级脱水处理后的油气两相流、二级油液和三级液流分别经各级进油管进入各级增压泵，加压至相同高压值后由各级出油管输出并汇集于外输海管内，外输海管的轴线与一级脱水筒和三级脱水筒的轴线相互间保持平行。2.根据权利要求1所述的海底管道在线三级旋流脱水装置，其特征在于：所述第一级脱水器的造涡流体位于一级脱水筒的入口处，它由涡流锥和涡流轮组成，涡流锥的上锥体锥度大于下锥体的锥度；涡流轮由16～24个涡流齿构成，每个涡流齿的轴向长度均等于涡流锥中间柱体的高度，涡流齿齿线顶端的切线与涡流锥的轴线保持平行，且其齿线的斜率由上而下依次减小，齿线底端的斜率为15°～20°；涡流齿的高度等于一级脱水筒入口处的内表面直径与涡流锥中间柱体外环面直径的差值，且涡流齿上部倒角而切割成半圆锥面，所有涡流齿的半圆锥面均处于同一锥面上并与涡流锥上锥体的锥面重合；涡流齿之间所在齿隙的截面面积不断缩小，流经涡流齿齿隙的油井产液流速得以不断提升并最终形成高速旋流束后射出；所述第一级脱水器的一级脱水筒采用厚壁筒体且其内表面采用圆柱面和圆锥面相结合的形式，一级脱水筒依次由造涡管、涡锥管、整流管、三通型排油管和一级排水管组成，涡锥管内锥面大端圆面的直径等于造涡管的内径而涡锥管内锥面小端圆面的直径则等于整流管和一级排水管的内径；造涡管的管壁与涡流齿的齿顶面之间采用过盈配合而实现造涡流体的定位，同时整流管的管壁与各整流片的片顶面间采用过盈配合而实现一级整流片的定位。3.根据权利要求1或2所述的海底管道在线三级旋流脱水装置，其特征在于：所述第一级脱水器的一级集油管及时收集第一级脱水处理后含少量水的油气两相流并将其导入一级排油管，一级集油管的起始端所在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，张守森，孙婧，于邦廷，吴建军，王海燕，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：新型
国别省市：山东,37