旋流器并联式海上用大流量井下油水分离器

摘要

本发明涉及海洋油田开采技术领域的井下油水分离同井采注设备，特别涉及一种旋流器并联式海上用大流量井下油水分离器，适用于开采海上大流量的油井，整套分离装置分为三层，每层之间呈并联布置。本发明具有如下优点：采用小流量旋流器并联，极大的提升了装置的分离效率；它将井下的有限空间和单个旋流器的结构特点相结合，第一级旋流器的尾管端和第二级旋流器的圆柱端在一个平面，第一级和第二级旋流器的尾管和第三级的旋流器的圆柱端在一个平面，如此布置，增加了小流量旋流器的数量，增大了整套装置的处理能力；整套装置层层套在一起，可靠性更高、结构稳定、安全性能高、节省空间。

说明书

技术领域

本发明涉及海洋油田开采技术领域的井下油水分离同井采注设备，特别涉及一种旋流器并联式海上用大流量井下油水分离器。

背景技术

随着海上油田开采进入高含水期，加上前期开采采取的“稀井高产”的策略，导致海上油田生产过程中生产成本和原油产量之间的矛盾日益加剧。为了保持海上油田每天的产油量不变，只有增大采液量，如果把这些采出液全部举升到海上平台并进行处理，之后再回注，大大增加了水处理设施和举升工艺的负担，能耗也大大增加，同时由于海洋平台空间有限，不能安装更多的水处理设施，因此在目前情况下，能够提高装置分离效率和处理能力开始的新技术方法的研发迫在眉睫。国内外相关研究表明，通过在井下使用油水分离装置，在增大原油产量的同时，还可以大大降低地面产水量。

尽管井下油水分离技术在陆地上已经比较成熟的应用，但是传统的井下油水分离系统都是配置单级或多级串联形式的井下水力旋流器，在一定程度上可以满足分离效率要求。但是对于陆地或海上油田产液量高的油井，单级或多级串联水力旋流器处理能力不足的问题开始显现，一方面，为适应高处理液量，必须配置大公称直径的井下水力旋流器；另一方面，水力旋流器的分离效率会随着公称直径的增加而下降。综合考虑，单级或多级串联的水力旋流器组并不适合高产液量的油井。

目前国内专利已经出现了旋流器并联的井下油水分离装置，但是井下空间有限，这种并联的旋流器组的圆柱端全部在一个平面上，导致井下配有旋流器的数量受到很大的限制，很大程度上浪费了井下空间，减小了系统的分离效率和处理能力。基于上述，提出了一种旋流器并联式海上用大流量井下油水分离器，它极大了充分利用了井下的有限空间，适用于开采海上大流量的油井（处理流量Q=1000m³/d），产生了有益效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：,三层级旋流分离器组的分布、溢流举升油管的配置、各部分之间的连接方式以及内部流道结构的设计，采用的技术方案如下：

一种旋流器并联式海上用大流量井下油水分离器，由输油油管、电泵机组、交叉口流道接头、交叉口流道、双锥旋流器A、中溢流举升油管、双锥旋流器B、下溢流举升油管、双锥旋流器C、生产层、注水层、上溢流汇流盘、上分流盘、上壳体、上中连接壳体、中壳体、下支撑盘、下壳体、定位支撑盘、定位支撑管、上支撑盘、中溢流汇流盘，中分流盘、中支撑盘、下溢流汇流盘，下分流盘、双锥旋流器D组成，其特征在于所述电泵机组插装于交叉口流道接头左上侧开的流道中，输油油管插装于交叉口流道接头右上侧开的流道中，交叉口流道外壳通过螺纹连接插装于交叉口流道接头下端开的流道中，交叉口流道下端与上壳体通过法兰连接，所述整套装置的壳体从上到下依次为上壳体、上中连接壳体、中壳体、下壳体，互相之间通过螺纹连接，所述整套装置内部分离装置包括三层：第一层分离器总成、第二层旋流器总成、第三层旋流器总成，所述整套装置外部设有生产层和注水层。

上述的上壳体、中壳体、下壳体，这三个壳体内腔设有阶梯状的凸起。

上述的第一层分离器总成包括双锥旋流器A、中溢流举升油管、上溢流汇流盘、上分流盘、上支撑盘，所述第一层旋流器组由单个双锥旋流器A组成，与上壳体同轴线安装，所述上壳体内腔从上到下上依次为上溢流汇流盘、上分流盘、上支撑盘，左侧分别开有环形孔状流道b、流道e、流道f，三环形流道同轴线对齐安装，所述上溢流汇流盘下设有双圆弧的环空流道d，所述双锥旋流器A圆柱端插装在上支撑盘中间开的孔中，所述中溢流举升油管通过螺纹连接插装在上分流盘左端开的孔中，下端通过螺纹连接插装在中溢流汇流盘左端开的孔中，中间穿过上支撑盘左端开的孔中，所述上溢流汇流盘上端圆柱流道与交叉口流道下端圆柱流道连通。

上述的第二层分离器总成包括双锥旋流器B、下溢流举升油管、中溢流汇流盘，中分流盘、中支撑盘，所述第二层旋流器组由四个双锥旋流器B并联组成，所述中壳体内腔从上到下上依次为中溢流汇流盘，中分流盘、中支撑盘，圆柱端插装在中支撑盘所开的孔中，所述下溢流举升油管上端通过螺纹连接插装在中分流盘左端开的孔中，下端通过螺纹连接插装在下溢流汇流盘左端开的孔中，中间穿过中支撑盘左端开的孔中。

上述的第三层分离器总成包括双锥旋流器C、下支撑盘、下溢流汇流盘，下分流盘、双锥旋流器D，所述第三层旋流器组由四个双锥旋流器C和四个双锥旋流器D并联组成，圆柱端插装在下支撑盘所开的孔中，所述下壳体内腔从上到下上依次为下溢流汇流盘，所述下分流盘和下支撑盘上面均开有13个孔。

上述的下壳体内腔下端设有定位支撑盘和定位支撑管，支撑整套内部装置，所述定位支撑盘上开有13个孔。

上述的整套旋流器组由双锥旋流器A、双锥旋流器B、双锥旋流器C、双锥旋流器D并联组成，三层旋流器的入口在同一个环空管道内相互连通，所述整套双锥旋流器组尾管端面在一个平面。

本发明具有如下优点：采用小流量旋流器并联，极大的提升了装置的分离效率；它将井下的有限空间和单个旋流器的结构特点相结合，第一级旋流器的尾管端和第二级旋流器的圆柱端在一个平面，第一级和第二级旋流器的尾管和第三级的旋流器的圆柱端在一个平面，如此布置，增加了小流量旋流器的数量，增大了整套装置的处理能力；整套装置层层套在一起，可靠性更高、结构稳定、安全性能高、节省空间。

附图说明

图1：本发明装置的总体结构示意图；

图2：本发明装置的总体结构剖视图；

图3：图2中A-A剖视图；

图4：图2中B-B剖视图；

图5：图2中C-C剖视图；

图6：图2中D-D剖视图；

图7：图2中E-E剖视图；

图8：图2中F-F剖视图；

图9：图2中G-G剖视图；

图10：图2中H-H剖视图；

图11：图2中I-I剖视图；

图12：图2中J-J剖视图；

图13：图2中K-K剖视图；

图14：图2中L-L剖视图；

图15：图2中M-M剖视图；

图16：图2中N-N剖视图；

图17：图2中O-O剖视图。

符号说明

1. 输油油管，2. 电泵机组，3. 交叉口流道接头，4. 交叉口流道，5. 双锥旋流器A，6. 中溢流举升油管，7. 双锥旋流器B，8. 下溢流举升油管，9. 双锥旋流器C，10. 生产层，11. 注水层，12. 上溢流汇流盘，13. 上分流盘，14. 上壳体，15. 上中连接壳体，16. 中壳体，17. 下支撑盘，18. 下壳体，19. 定位支撑盘，20. 支撑管，21. 上支撑盘，22. 中溢流汇流盘，23. 中分流盘，24. 中支撑盘，25. 下溢流汇流盘，26. 下分流盘，27. 双锥旋流器D。

a-o为液体流道。

具体实施方式   

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

如图1-17所示，一种旋流器并联式海上用大流量井下油水分离器，由输油油管1、电泵机组2、交叉口流道接头3、交叉口流道4、双锥旋流器A5、中溢流举升油管6、双锥旋流器B7、下溢流举升油管8、双锥旋流器C9、生产层10、注水层11、上溢流汇流盘12、上分流盘13、上壳体14、上中连接壳体15、中壳体16、下支撑盘17、下壳体18、定位支撑盘19、定位支撑管20、上支撑盘21、中溢流汇流盘22，中分流盘23、中支撑盘24、下溢流汇流盘25，下分流盘26、双锥旋流器D27组成，其特征在于所述电泵机组1插装于交叉口流道接头3左上侧开的流道中，输油油管1插装于交叉口流道接头3右上侧开的流道中，交叉口流道4外壳通过螺纹连接插装于交叉口流道接头3下端开的流道中，交叉口流道4下端与上壳体14通过法兰连接，所述整套装置的壳体从上到下依次为上壳体14、上中连接壳体15、中壳体16、下壳体18，互相之间通过螺纹连接，所述整套装置内部分离装置包括三层：第一层分离器总成、第二层旋流器总成、第三层旋流器总成，所述整套装置外部设有生产层10和注水层11。

优选的上壳体14、中壳体16、下壳体18，这三个壳体内腔设有阶梯状的凸起。

优选的第一层分离器总成包括双锥旋流器A5、中溢流举升油管6、上溢流汇流盘12、上分流盘13、上支撑盘21，所述第一层旋流器组由单个双锥旋流器A5组成，与上壳体14同轴线安装，所述上壳体14内腔从上到下上依次为上溢流汇流盘12、上分流盘13、上支撑盘21，左侧分别开有环形孔状流道b、流道e、流道f，三环形流道同轴线对齐安装，所述上溢流汇流盘12下设有双圆弧的环空流道d，所述双锥旋流器A5圆柱端插装在上支撑盘21中间开的孔中，所述中溢流举升油管6通过螺纹连接插装在上分流盘13左端开的孔中，下端通过螺纹连接插装在中溢流汇流盘22左端开的孔中，中间穿过上支撑盘21左端开的孔中，所述上溢流汇流盘12上端圆柱流道与交叉口流道4下端圆柱流道连通。

优选的第二层分离器总成包括双锥旋流器B7、下溢流举升油管8、中溢流汇流盘22，中分流盘23、中支撑盘24，所述第二层旋流器组由四个双锥旋流器B7并联组成，所述中壳体16内腔从上到下上依次为中溢流汇流盘22，中分流盘23、中支撑盘24，圆柱端插装在中支撑盘24所开的孔中，所述下溢流举升油管8上端通过螺纹连接插装在中分流盘23左端开的孔中，下端通过螺纹连接插装在下溢流汇流盘25左端开的孔中，中间穿过中支撑盘24左端开的孔中。

优选的第三层分离器总成包括双锥旋流器C9、下支撑盘17、下溢流汇流盘25，下分流盘26、双锥旋流器D27，所述第三层旋流器组由四个双锥旋流器C9和四个双锥旋流器D27并联组成，圆柱端插装在下支撑盘17所开的孔中，所述下壳体18内腔从上到下上依次为下溢流汇流盘25，所述下分流盘26和下支撑盘17上面均开有13个孔。

优选的下壳体18内腔下端设有定位支撑盘19和定位支撑管20，支撑整套内部装置，所述定位支撑盘19上开有13个孔。

优选的整套旋流器组由双锥旋流器A5、双锥旋流器B7、双锥旋流器C9、双锥旋流器D27并联组成，三层旋流器的入口在同一个环空管道内相互连通，所述整套双锥旋流器组尾管端面在一个平面。

工作流程为，实心箭头为油水混合物的流动方向，虚心箭头为分离出油的流动方向，流体流动过程为来自生产层10的油水混合物经过电泵机组2增压后，经过流道a、流道b、流道e、流道d后分为两路，第一路切向进入双锥旋流器A5沿着圆柱端壁面旋流流动形成螺旋流，高速旋转向下流动进入圆锥段，进入圆锥段后，由于旋流器的截面直径逐渐变小，混合液旋流的速度逐渐加快，同时产生的离心力也同样变大，密度比较小的油向压力较低的轴心处流动，并在轴线中心形成了向上流动的内漩涡，由溢流口流出到环空流道c内，经过交叉口流道4的内流道，被输油油管1举升到地面，密度较大的水向下流动经过尾管排到注水层11，第二路经过流道f、中壳体16内腔、流道g、流道i，进入环空流道j后也分为两路， 一路高速切向进入四个双锥旋流器B7圆柱端壁面后，分离后密度较大的水向下流动经过尾管排到注水层11，密度较小的油依次经过旋流器溢流口、h流道、中溢流举升油管6、环空流道c后与第一层分离油水混合物汇合后被举升至地面，第二路的另一路经过流道k、流道l、流道n、流道o后，高速切向进入四个双锥旋流器C9和四个双锥旋流器D27的圆柱端壁面分离后，密度较大的水经过尾管被注入注水层11，密度较小的油从各个溢流口排出后在流道m汇合，经过下溢流举升油管8与第二层分离出的油汇合后，被举升至地面。