一种页岩气田污水多相分离装置

1.本实用新型涉及页岩气田开发技术领域，特别是一种页岩气田污水多相分离装置。


背景技术：

2.随着页岩气行业的快速发展，页岩气田开采过程中，会产生大量污水；页岩气田产生的污水被世界公认为较难处理的污水。该类污水中，主要含有油、水、砂三种物态物质。该类污水因页岩气田开采的工艺不同，其中化学添加剂类别也各有不同且用量大，部分地区污水重金属含量较高，甚至含有放射性物质。如果不加以分离处理，直接排放，将对地下水、生活用水等其他水源造成污染，严重威胁居民生活用水安全及危害国民身体健康，破坏生态环境。目前，大多数页岩气田都采用回注的方式处理污水，出于对环境保护的重视以及国家相关部门颁布的法律法规的规定，行业内对回注水中的成分及各物质含量也有较高的要求。污水的含油、含砂量高，油相浓度一般在5000
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10000mg/l，如果不处理就进行回注将堵塞缝隙孔道，影响地层的吸水能力，使回注水水压上升。所以将页岩气田产生污水中各相物质进行分离后，分别进行处理至达到排放标准后再进行回注是很有必要的。现有页岩气田使用的装置中，大多为单相分离，装置流程长、占地面积大，效率低。


技术实现要素：

3.为解决现有技术条件的不足，本实用新型提供了研发了一种高效率、低能耗、处理量大的适用于页岩气田的多相旋流分离装置。本实用新型的具体方案如下：
4.一种页岩气田污水多相分离装置，其特征在于，包括两个旋流分离器，分别为第一旋流分离器和第二旋流分离器；旋流分离器为中空旋转体结构、均包括依次连接的圆筒涡流段和同心径缩段，圆筒涡流段侧面设有入料口，同心径缩段的内径沿轴向递减且其大径端与圆筒涡流段连接、小径端为出料口；第一旋流分离器的出料口与第二旋流分离器的入料口连通；所述第二旋流分离器的圆筒涡流段内径大于第一旋流分离器筒涡流段内径。
5.作为本实用新型的一种实施方式，所述旋流分离器的圆筒涡流段顶部设置出料口。
6.作为本实用新型的一种实施方式，所述第二旋流分离器的圆筒涡流段与同心径缩段转动连接，所述第二旋流分离器的同心径缩段设置通孔，通孔尺寸小于砂的尺寸，用于过滤砂；所述第二旋流分离器外壁设置壳体，壳体与第二旋流分离器的同心径缩段外壁之间形成环形空腔，用于收集过滤后的水，所述环形空腔设有出水口。
7.进一步，所述第二旋流分离器的同心径缩段设置亲水过滤膜，使水能够顺利排出，而细小砂粒无法排出，更进一步，亲水过滤膜设置在同心径缩段内壁，可以完全避免了砂堵住通孔。
8.作为本实用新型的一种实施方式，所述第一旋流分离器或/和第二旋流分离器中设置转子，用于控制流体流速，提高分离效率。
9.作为本实用新型的一种实施方式，所述第一旋流分离器和/或第二旋流分离器内设置有导流板，导流板为等螺旋线形状的薄板，用于引导流体在旋流分离器中做螺旋运动。
10.作为本实用新型的一种实施方式，所述第一旋流分离器的入料口有两个，且第一旋流分离器的两个入料口沿圆筒涡流段圆周均匀布置。所述第一旋流分离器、第二旋流分离器的入料口的形状可以为方形、圆形或其他形状，入料口优选沿圆筒涡流段水平切向进料。
11.进一步，所述第一旋流分离器的两个入料口在第一旋流分流器的轴向上的间隔距离等于污水在第一旋流分离器中旋流半周所产生的高度差。
12.本装置体积小，单套装置可以采用撬装设计；如果处理量较大，也可以多个单体装置并联使用。
13.与现有技术相比，具有以下优点：
14.本实用新型能够实现油、水、砂三相分离，装置集成度高，设备数量少、整体体积小；整个分离一次性完成，分离效果好，分离效率高。
附图说明
15.图1为实施例1的页岩气田污水多相分离装置整体的结构示意图；
16.图2为实施例1的页岩气田污水多相分离装置第二旋流分离器的剖视图；
17.图3为实施例2的页岩气田污水多相分离装置整体的结构示意图。
具体实施方式
18.下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
19.在本实用新型的描述中，需指出的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本实用新型的限制。
20.实施例1：
21.如图1～2所示，一种页岩气田污水多相分离装置，包括两个旋流分离器，分别为第一旋流分离器1和第二旋流分离器2；两个旋流分离器均为中空旋转体结构、均包括依次连接的圆筒涡流段11和同心径缩段12；圆筒涡流段11顶部设有轻质出料口14；同心径缩段12位于圆筒涡流段11的下方，同心径缩段12的内径沿轴向递减且其大径端与圆筒涡流段11连接、小径端设有重质出料口15。
22.第一旋流分流器1的圆筒涡流段11设置有两个切向进料口13，这两个切向进料口13相互平行、且在第一旋流分流器的轴向上间隔一定距离，而且该距离等于污水在第一旋流分离器1中旋流半周所产生的高度差。第二旋流分离器2的进料口13位于第二旋流分离器2的圆筒涡流段11的上端，为了确保流体流体进入第二旋流分离器2中能够形成旋流，在第二旋流分离器2内设置有导流板3，导流板3位于入料口13下端，导流板3为等螺旋线形状的薄板，沿第二旋流分离器2内壁螺旋布置，用于引导流体在第二旋流分离器2中做螺旋运动。
23.第一旋流分离器1的重质出料口15与第二旋流分离器2的入料口13连通；第二旋流
分离器2的圆筒涡流段11内径大于第一旋流分离器1筒涡流段11内径。
24.使用时，油、水、砂混合物从第一旋流分离器的入料口进入第一旋流分离器，经旋流分离后轻质油从第一旋流分离器的轻质出料口排出，重质的水和砂则从第一旋流分离器的重质出料口进入第二旋流分离器中继续进行旋流分离，分离后，轻质的水从第二旋流分离器的顶部的轻质出料口排出，重质的砂从第二旋流分离器底部排出的重质出料口排出。
25.实施例2
26.本实施例的页岩气田污水多相分离装置，也包括两个旋流分离器，分别为第一旋流分离器1和第二旋流分离器2。本实施例中第一旋流分离器1与实施例1中的第一旋流分离器基本相同，不同之处在于，本实施例中第一旋流分离器1仅设置了一个切向进料口13，在第一旋流分离器1中也设置了导流板3，用于引导流体旋转流动，具体结构此处不再详述。本实施例主要对第二旋流分离器2进行了改进。
27.第二旋流分离器2的部分结构与实施例1中相同：第二旋流分离器2也包括圆筒涡流段11和同心径缩段12，同心径缩段12的内径沿轴向递减且其大径端与圆筒涡流段11连接、小径端设有重质出料口15；第二旋流分离器2的进料口位于第二旋流分离器2的圆筒涡流段侧壁，为了确保流体流体进入第二旋流分离器2中能够形成旋流，在第二旋流分离器2内设置有导流板(图中未示出)，导流板3位于入料口13下端，导流板3为等螺旋线形状的薄板，沿第二旋流分离器2内壁螺旋布置，用于引导流体在第二旋流分离器2中做螺旋运动。第一旋流分离器1的重质出料口15与第二旋流分离器2的入料口连接。
28.第二旋流分离器2的圆筒涡流段11和同心径缩段12转动连接；第二旋流分离器1的同心径缩段12设置通孔，通孔尺寸小于砂的尺寸，用于过滤砂；第二旋流分离器2外壁设置壳体4，壳体4与第二旋流分离器2的同心径缩段12外壁之间形成环形空腔5，用于收集过滤后的水，所述环形空腔设有出水口51用于排水。第二旋流分离器2的同心径缩段12内壁设置亲水过滤膜(图中未示出)，使水能够顺利排出，而细小砂粒无法排出，也避免了砂堵住通孔。第二旋流分离器2中心轴线与第一旋流分离器2中心轴线呈一夹角，夹角大小为120度。本实施例中水和砂进入第二旋流分离器中可以带动第二旋流分离器的同心径缩段转动，降低流体的总体动能、起到缓冲流体的作用，砂在离心作用下汇集后从第二旋流分离器的同心径缩段12小径端排出，水则经过滤后从环形空腔设有出水口排出。
29.实施例3
30.在实施例1的基础上，在第一旋流分离器内添加转子，以控制流体流速，提升分离效率。
31.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。