油气水固三级分离橇体装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种油气水固三级分离橇体装置，其包括橇体外壳、旋流仓、沉砂导流管、沉砂仓、倾斜沉降室、集水室、混油仓、旋流器和集油室；旋流仓、沉砂导流管和倾斜沉降室组成了油气水固四相初步分离的一级分离系统；混油仓、控制阀、旋流器组成了油水两相旋流分离的二级分离系统；集油室与集水室组成了油水重力沉降分离的三级分离系统，在三个分离系统的协同作用下，实现了油气水固的高效分离。本发明结构设计简单、合理，具有处理量大、占地少，不仅能适应油田采出液中含水率的变化，而且能将油田来液中油气水固各相分离，同时方便的及时排出，效率高、维护简单等优点。
【专利说明】油气水固三级分离橇体装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油天然气钻井液的处理与分离【技术领域】，尤其涉及一种油气水固三 级分离橇体装置。
【背景技术】
[0002] 随着石油的不断开采，多数油田的含水率大幅提升，可达90%以上，因此致使原有 油气水三相分离器的分离效率降低。为处理较大的液量，一般油气水三相分离器体积较大， 尤其是卧式油气水三相分离器占地面积相当大，导致使用成本增加。另外，目前分离器普适 性比较低，大多都是根据某一油田的具体情况设计，但是随着采出液组分的变化，例如含水 率的大幅度提高，分离效率会大幅度下降。
[0003] 原油中常常携带有地层砂、管壁腐蚀产物、机械杂质等固体颗粒，而现有的油、气 两相分离器或油气水三相分离器普遍存在的问题是不能将固体颗粒进行有效的分离。在实 际生产中，固体颗粒的存在，不仅能增加油水的乳化，还会对集输过程中的管道，弯头、阀门 等管件造成严重的冲蚀，同时，若固体颗粒沉积在集输管道、生产处理设备中，会严重影响 管道的输送效率和设备的处理效果。
【发明内容】
[0004] 针对以上问题，本发明提供了一种结构设计简单、合理，具有处理量大、占地少，不 仅能适应油田采出液中含水率的变化，而且能将油田来液中油气水固各相分离，同时方便 的及时排出，效率高、维护简单等优点的油气水固三级分离橇体装置。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] 上述的油气水固三级分离橇体装置，包括橇体外壳以及设置于所述橇体外壳内部 的旋流仓、沉砂导流管、沉砂仓、倾斜沉降室、集水室、混油仓、旋流器和集油室；所述橇体外 壳外侧设置有捕雾器，所述捕雾器一端设有排气口；所述旋流仓一侧设有进料口，其通过管 道与所述捕雾器连接，同时通过所述沉砂导流管连接沉砂仓；所述尘沙导流管连接于所述 旋流仓与倾斜沉降室之间，其为水平放置的"S"形管，在波峰位置内侧设有用于拦截液体 中固体颗粒的挡沙板，在波谷位置设有排沙口；所述沉砂仓通过管道与所述排沙口匹配连 接且还设有排砂管；所述倾斜沉降室呈倾斜布置，其中段上侧设有进液口，最低端底侧设有 沉降室排水口，最高端底侧设有沉降室排油口，同时，在所述倾斜沉降室最高端的内侧还设 有油堰板；所述倾斜沉降室通过所述进液口与所述尘沙导流管一端匹配连接，所述倾斜沉 降室通过所述沉降室排水口与所述集水室连接，所述倾斜沉降室通过沉降室排油口与所述 混油仓连接；在所述进液口的垂直方向上还设有布液管，所述布液管底端出口封闭，沿管程 方向向两侧对称且等间距地开设有出料孔；所述集水室上侧端设有至少一对集水室集水室 入水口，底部设有至少一对集水室排水口，底部在位于所述一对集水室排水口之间设有排 油管；与所述排油管对应的所述集水室内底部坚直设有至少一对用于完成精细化油水分离 的挡板；所述集水室的内腔被所述挡板分隔成水相区域和油相区域；所述集水室通过所述 一对集水室入水口分别连接所述沉降室排水口和旋流器，通过所述排油管与所述集油室连 接；所述混油仓通过管道分别连接所述沉降室排油口、旋流器和集油室；在所述混油仓与 旋流器之间的管道上还设有控制阀；所述旋流器一端设有底流口，另一端水平方向设有溢 流口且径向设有切向入口；所述旋流器通过所述底流口匹配连接于所述排油管，通过所述 溢流口连接所述集油室，通过所述切向入口连接所述混油仓。
[0007] 所述油气水固三级分离橇体装置，其中：所述橇体装置还包括液位控制系统；所 述控制阀与所述液位控制系统电连接并由所述液位控制系统控制开闭，即当积聚的水层达 到设定的最大液位高度时，所述液位控制系统控制所述控制阀开启；当水层高度降至到设 定的最小液位高度时，所述液位控制系统控制所述控制阀关闭。
[0008] 所述油气水固三级分离橇体装置，其中：所述旋流器为螺纹旋流器，即一端为锥形 的旋流腔段，另一端为圆柱形的螺纹段；所述旋流器在所述螺纹段的内壁设有用于加强旋 流的螺纹。
[0009] 所述油气水固三级分离橇体装置，其中：所述底流口设于所述旋流腔段的锥尖部 位，所述溢流口沿所述螺纹段的端部水平方向设置，所述切向入口沿所述螺纹段的端部径 向设置。
[0010] 所述油气水固三级分离橇体装置，其中：所述尘沙导流管为连接于所述旋流仓与 倾斜沉降室之间的至少一对，所述的一对尘沙导流管均为水平放置的弯曲角度为120°的 "S"形管。
[0011] 所述油气水固三级分离橇体装置，其中：所述倾斜沉降室为并行且倾斜对称设置 的至少一对，所述的一对倾斜沉降室均呈胶囊状罐体结构且与水平面呈15°倾斜，所述罐 体长径与短径之比为5:10。
[0012] 所述油气水固三级分离橇体装置，其中：所述布液管设置为双"V"型，所述出料孔 为沿所述布液管的管程方向向两侧呈120°对称等间距设置。
[0013] 所述油气水固三级分离橇体装置，其中：所述的一对集水室入水口即包括分别设 于所述集水室顶部两端的第一集水室入水口和第二集水室入水口；所述的一对集水室排水 口即包括设于所述集水室底部两端的第一集水室排水口和第二集水室排水口；所述油相区 域为所述集水室的内腔中由所述一对挡板围成的区域，由其中一块所述挡板与所述集水室 的侧壁围成的区域为第一水相区域，由另一块所述挡板与所述集水室的侧壁围成的区域为 第二水相区域；所述集水室通过所述第一集水室入水口与所述沉降室排水口匹配连接，通 过所述第二集水室入水口与所述旋流器连接，来自所述倾斜沉降室的液体进入所述第一水 相区域，来自所述旋流器的液体进入所述第二水相区域，所述油相区域内的油通过所述排 油管进入所述集油室。
[0014] 有益效果：
[0015] 本发明油气水固三级分离橇体装置结构设计简单、合理，其采用惯性碰撞、重力沉 降、离心分离相结合技术，在一个橇体装置内设置三级分离系统，通过气液固初步分离、油 水再分离、油水精细分离，从而简化油气田地面集输工艺流程，在提高分离效率的同时，提 高了经济效益；本发明可以运用于石油化工领域，油田采出液经过一级、二级、三级分离系 统后，达到油气水固四相分离的目的；同时，本发明采用纯物理方法处理，具有占地少，处理 量大，维护方便、处理效率高等特点。
[0016] 本发明的优点具体体现在以下几方面：
[0017] (1)兼备了重力沉降与离心分离的优点，既有卧式分离器日处理大的特点，又具有 立式分离器体积小、占地少的特点，以及旋流分离器结构简单、处理效率高的特点，通过三 级分离系统，实现油气水固四相的高效分离；
[0018] (2)通过在橇体装置的入口处设置旋流仓可实现气体的分离，设置捕雾器，可以实 现对气体中液滴的有效脱出，提高了分离效率；
[0019] (3)通过在旋流仓后设置两个对称且平行的沉沙导流管，利用离心力，将密度较大 的固体颗粒甩至壁面且在波谷处沉积；同时，在沉沙导流管内部设置有挡沙板，通过混合流 体与挡沙板的碰撞作用更容易将液体中携带的固体再次沉积，提高固液分离的效率；
[0020] (4)采用两个平行安装的沉砂导流管来实现除砂功能，其"S"型的外观设计，可以 大大利用流体的惯性作用力，在"S"型导流管的波峰设置有耐冲刷的挡砂板，进一步提高除 固的效率
[0021] (5)通过在沉砂导流管的右侧设置倾斜沉降室，起到油水预分离的作用，同时，倾 斜沉降室的进液口连接有布液管，布液管上孔口的布置沿管程方向呈120°向两侧均匀对 称等距分布，可有效防止直接喷射加剧油水的乳化，同时减少涡流的形成。
[0022] (6)通过在混油仓的下方设置旋流器，旋流器设置有螺纹段，螺纹段的存在增强了 旋流场，提高了油水分离的效率；
[0023] (7)通过在橇体装置内设置集水室，对来自倾斜沉降室以及旋流器的水相进行精 细的沉降分离，提高了外排水的质量，从而提高了处理效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为本发明油气水固三级分离橇体装置的结构原理图；
[0025] 图2为本发明油气水固三级分离橇体装置去掉橇体外壳后的结构示意图；
[0026] 图3为本发明油气水固三级分离橇体装置的沉砂导流管的结构示意图；
[0027] 图4为本发明油气水固三级分离橇体装置的倾斜沉降室的结构示意图；
[0028] 图5为本发明油气水固三级分离橇体装置的布液管的结构示意图；
[0029] 图6为本发明油气水固三级分离橇体装置的布液管中孔口的结构示意图；
[0030] 图7为本发明油气水固三级分离橇体装置的集水室的结构示意图；
[0031] 图8为本发明油气水固三级分离橇体装置的旋流器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032] 如图1至8所示，本发明油气水固三级分离橇体装置，包括橇体外壳1以及设置于 橇体外壳1内部的旋流仓2、沉砂导流管3、沉砂仓4、倾斜沉降室5、集水室6、混油仓7、旋 流器8和集油室9。
[0033] 该橇体外壳1的顶部外侧设置有捕雾器11，其中，该捕雾器11 一端设有排气口 111，捕雾器11对分离出的气体中液滴进行捕集，从而实现油气水固的高效分离。
[0034] 该旋流仓2用于气相分离且整体呈圆锥体结构，其顶端一侧设有进料口 21，顶部 通过管道与橇体外壳1外部的捕雾器11连接，底部通过沉砂导流管3连接沉砂仓4。其中， 油田采出混合物经过进料口 21进入旋流仓2内，该旋流仓2旋流分离出的气体则进入位于 橇体外壳1外部的捕雾器11内，经该捕雾器11捕雾后的气体通过捕雾器11 一端的排气口 111排出；脱除气体的混合物经过旋流仓2的底部被分为两股进入平行且对称设置的尘沙 导流管3。
[0035] 该尘沙导流管3用于沉砂且为连接于旋流仓2与倾斜沉降室5之间的一对，其中， 该一对尘沙导流管3均为水平放置的弯曲角度为120°的"S"形管，其在波峰位置内侧设有 挡沙板31，在波谷位置设有排沙口 32,该挡沙板31具有拦截液体中固体颗粒的作用，分离 出的固体颗粒经过排沙口 32排出。
[0036] 该沉砂仓4整体呈方形箱式结构，其两端通过管道分别与该一对尘沙导流管3的 排沙口 32匹配连接；同时，该沉砂仓4还设有排砂管41 ;其中，在尘沙导流管3中，在离心 力与耐冲刷的挡沙板31的共同作用下，混合物中的固体颗粒完成沉积，并进入沉砂仓4,同 时通过排沙管41排出。
[0037] 该倾斜沉降室5用于油水初分离，其为并行且倾斜对称设置的一对；该一对倾斜 沉降室5均呈胶囊状罐体结构且罐体与水平面呈15°，罐体长径与短径之比为5 :10 ;该倾 斜沉降室5的中段上侧设有进液口 51，低端底侧设有沉降室排水口 52,高端底侧设有沉降 室排油口 53,同时，倾斜沉降室5位于高端的内侧还设有油堰板54 ;该倾斜沉降室5通过 进液口 51与尘沙导流管3-端匹配连接，通过沉降室排水口 52与集水室6连接，通过沉降 室排油口 53与混油仓7连接；其中，在进液口 51的垂直方向上还设有布液管55,该布液管 55设置为双"V"型，其底端出口封闭，沿管程方向向两侧呈120°对称等间距地开有出料孔 551，每侧孔数为4个。油水混合物从进液口 51进入倾斜沉降室5中，随着混合物的不断流 入，由于油水的密度差，油水进行沉降分离，含部分浮油的水从沉降室排水口 52进入集水 室6,含部分水的油相穿过油堰板54并通过沉降室排油口 53进入混油仓7进行沉降。
[0038] 该集水室6整体呈长方体箱式结构，其顶部两端均设有第一集水室入水口 61，一 侧端设有第二集水室入水口 62,底部一端设有第一集水室排水口 63,底部另一端设有第二 集水室排水口 64,底部位于第一集水室排水口 63和第二集水室排水口 64之间设有排油管 65,其中，与该排油管65对应的集水室6内部坚直设有一对用于完成精细化油水分离的挡 板66,其中一块挡板66与集水室6 -侧围成的区域为第一水相区域67,另一块挡板66与 集水室6另一侧围成的区域为第二水相区域68,该一对挡板66之间围成的区域为油相区域 69 ;该集水室6通过第一集水室入水口 61与倾斜沉降室5的沉降室排水口 52匹配连接，通 过第二集水室入水口 62与旋流器8连接，通过排油管65与集油室9连接。在集水室6中， 来自倾斜沉降室5的液体进入第一水相区域67,来自螺纹旋流器8的液体进入第二水相区 域68,油相区域69内的油通过排油管65进入集油室9。
[0039] 该混油仓7用于油水分离且呈长方体箱式结构，其一侧端通过管道与一对倾斜沉 降室5的沉降室排油口 53匹配连接，底部通过管道分别连接于旋流器8和集油室9 ;其中， 在混油仓7与旋流器8之间的管道上还设有控制阀71，随着混油仓7随着油水混合液的增 力口，油相浮于油水混合液液面上方，油通过管线进入集油室9,而沉积的水相则通过控制阀 71进入旋流器8,控制阀71的开闭则是通过液位控制系统（图中未示）来确定，当积聚的 水层达到设定的最大液位高度时，液位控制系统（图中未示）将控制阀71开启，当水层高 度降至到设定的最小液位高度时，液位控制系统（图中未示）将控制阀71关闭。
[0040] 该旋流器8连接于集水室6与集油室9之间，其中，该旋流器8呈锥形的一端为旋 流腔段81，呈圆柱形的一端为螺纹段82 ;该旋流腔段81在锥尖部位设有底流口 83 ;该螺纹 段82端部的水平方向设有溢流口 84,径向设有切向入口 85 ;该旋流器8通过底流口 83匹 配连接于集水室4的排油管65,通过溢流口 84连接集油室9,通过切向入口 85连接混油仓 7,为加强旋流，提高油水分离效率，在旋流器8的螺纹段82的内壁加工有螺纹。
[0041] 其中，旋流仓2、沉砂导流管3和倾斜沉降室5组成了油气水固四相初步分离的一 级分离系统；混油仓7、控制阀71、旋流器8组成了油水两相旋流分离的二级分离系统；集 油室9与集水室6组成了油水重力沉降分离的三级分离系统，在三个分离系统的协同作用 下，实现了油气水固的高效分离。通过液位控制系统（图中未示），控制混油仓7的控制阀 71的阀门闭合，当控制阀71的阀门开启时，混油仓7底部带有浮油的水进入带螺纹内壁的 旋流器8的螺纹段82,实现油水精细分离；从倾斜沉降室5、旋流器8分离出来的油、水进入 由集油室9、集水室6组成的三级分离系统，进行重力沉降分离；沉砂仓4收集来自沉砂导 流管3的固体颗粒，捕雾器11对分离出的气体中液滴进行捕集，从而实现油气水固的高效 分离。
[0042] 本发明结构设计简单、合理，具有处理量大、占地少，不仅能适应油田采出液中含 水率的变化，而且能将油田来液中油气水固各相分离，同时方便的及时排出，效率高、维护 简单等优点。
[0043] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限 制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范 围。
【权利要求】
1. 一种油气水固三级分离橇体装置，其特征在于：所述橇体装置包括橇体外壳以及设 置于所述橇体外壳内部的旋流仓、沉砂导流管、沉砂仓、倾斜沉降室、集水室、混油仓、旋流 器和集油室； 所述橇体外壳外侧设置有捕雾器，所述捕雾器一端设有排气口； 所述旋流仓一侧设有进料口，其通过管道与所述捕雾器连接，同时通过所述沉砂导流 管连接沉砂仓； 所述尘沙导流管连接于所述旋流仓与倾斜沉降室之间，其为水平放置的"S"形管，在波 峰位置内侧设有用于拦截液体中固体颗粒的挡沙板，在波谷位置设有排沙口； 所述沉砂仓通过管道与所述排沙口匹配连接且还设有排砂管； 所述倾斜沉降室呈倾斜布置，其中段上侧设有进液口，最低端底侧设有沉降室排水口， 最高端底侧设有沉降室排油口，同时，在所述倾斜沉降室最高端的内侧还设有油堰板；所述 倾斜沉降室通过所述进液口与所述尘沙导流管一端匹配连接，所述倾斜沉降室通过所述沉 降室排水口与所述集水室连接，所述倾斜沉降室通过沉降室排油口与所述混油仓连接；在 所述进液口的垂直方向上还设有布液管，所述布液管底端出口封闭，沿管程方向向两侧对 称且等间距地开设有出料孔； 所述集水室上侧端设有至少一对集水室集水室入水口，底部设有至少一对集水室排水 口，底部在位于所述一对集水室排水口之间设有排油管；与所述排油管对应的所述集水室 内底部坚直设有至少一对用于完成精细化油水分离的挡板；所述集水室的内腔被所述挡板 分隔成水相区域和油相区域；所述集水室通过所述一对集水室入水口分别连接所述沉降室 排水口和旋流器，通过所述排油管与所述集油室连接； 所述混油仓通过管道分别连接所述沉降室排油口、旋流器和集油室；在所述混油仓与 旋流器之间的管道上还设有控制阀； 所述旋流器一端设有底流口，另一端水平方向设有溢流口且径向设有切向入口；所述 旋流器通过所述底流口匹配连接于所述排油管，通过所述溢流口连接所述集油室，通过所 述切向入口连接所述混油仓。
2. 如权利要求1所述的油气水固三级分离橇体装置，其特征在于：所述橇体装置还包 括液位控制系统；所述控制阀与所述液位控制系统电连接并由所述液位控制系统控制开 闭，即当积聚的水层达到设定的最大液位高度时，所述液位控制系统控制所述控制阀开启； 当水层高度降至到设定的最小液位高度时，所述液位控制系统控制所述控制阀关闭。
3. 如权利要求1所述的油气水固三级分离橇体装置，其特征在于：所述旋流器为螺纹 旋流器，即一端为锥形的旋流腔段，另一端为圆柱形的螺纹段； 所述旋流器在所述螺纹段的内壁设有用于加强旋流的螺纹。
4. 如权利要求3所述的油气水固三级分离橇体装置，其特征在于：所述底流口设于所 述旋流腔段的锥尖部位，所述溢流口沿所述螺纹段的端部水平方向设置，所述切向入口沿 所述螺纹段的端部径向设置。
5. 如权利要求1所述的油气水固三级分离橇体装置，其特征在于：所述尘沙导流管为 连接于所述旋流仓与倾斜沉降室之间的至少一对，所述的一对尘沙导流管均为水平放置的 弯曲角度为120°的"S"形管。
6. 如权利要求1所述的油气水固三级分离橇体装置，其特征在于：所述倾斜沉降室为 并行且倾斜对称设置的至少一对，所述的一对倾斜沉降室均呈胶囊状罐体结构且与水平面 呈15°倾斜，所述罐体长径与短径之比为5 :10。
7. 如权利要求1所述的油气水固三级分离橇体装置，其特征在于：所述布液管设置为 双"V"型，所述出料孔为沿所述布液管的管程方向向两侧呈120°对称等间距设置。
8. 如权利要求1所述的油气水固三级分离橇体装置，其特征在于：所述的一对集水室 入水口即包括分别设于所述集水室顶部两端的第一集水室入水口和第二集水室入水口；所 述的一对集水室排水口即包括设于所述集水室底部两端的第一集水室排水口和第二集水 室排水口； 所述油相区域为所述集水室的内腔中由所述一对挡板围成的区域，由其中一块所述挡 板与所述集水室的侧壁围成的区域为第一水相区域，由另一块所述挡板与所述集水室的侧 壁围成的区域为第二水相区域； 所述集水室通过所述第一集水室入水口与所述沉降室排水口匹配连接，通过所述第二 集水室入水口与所述旋流器连接，来自所述倾斜沉降室的液体进入所述第一水相区域，来 自所述旋流器的液体进入所述第二水相区域，所述油相区域内的油通过所述排油管进入所 述集油室。
【文档编号】C02F9/02GK104150632SQ201410433013
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】李长俊, 黄茜, 钱东良, 李卓然, 任帅, 王煜博 申请人:西南石油大学