[发明专利]两级轴流式水下管道在线气液分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下生产系统气液两相井流用的分离装置，特别是涉及一种海底管道在线的两级轴流式高效分气装置及其工艺流程。

背景技术

海上油田开发，尤其是深水油气田所采用的浮式平台，受到油气水处理设备的尺寸、重量影响较大。但是目前海上平台油气集输流程较为复杂，集输流程中的油气水处理设备也主要依靠传统重力沉降，设备尺寸和操作重量都较大，处理效率较低，极大增加了海上油田，尤其是深水浮式平台的成本，直接影响了海上油气田的有效开发。

目前，国内外海上油气集输通常采用“油气田高压井流→立管→高压级三相分离器→低压级三相分离器→电脱水增压泵→电脱水器→外输泵→海底管道”的工艺流程，在高低压分离器中主要利用水颗粒的重力自然沉降实施气液分离，进入电脱水器中再利用高压电场对原油破乳，使油中水进一步分离沉降，整个处理流程体积庞大，且油水分离效率低；另外，高压井流经过垂向立管的输送和分离器的气液分离后，能量损失严重，流压降低幅度较大，需要增设电脱水增压泵和外输泵分别对井流增压后才能满足海底管道输送要求，使得整个集输流程运行耗能高，且工作不稳定。紧凑型油气水分离设备是在海上平台上采用水力旋流和单体旋流管并联技术，以缩小分离设备所占空间，同时减轻重量，如美国FMC Technologies公司研发的脱气器和脱水器，然而目前国内对紧凑高效油气水分离技术的研究尚处于试验阶段。另外，针对水下生产系统油气水分离设备的研究国内外还处于起步阶段。

综上所述，现有的海上油气集输技术在现场应用中存在诸多的问题，最新的紧凑型和水下气液分离研究也只是处于起步阶段，为此依托现有可行性技术的基础上，通过解决水下生产系统中的远程控制、水下密封、快速连接、自动清洗等问题，研制出新型海底管道在线气液分离装置。依托该水下装置可以将现有的海上油气集输流程简化为“油气田高压井流→管道在线气液分离器→海底气管道/液管道”，整个流程运行耗能显著下降；同时将油气分离设备由平台移至水下，有效解决常规技术设备占地面积和重量大等弊端；另一方面，两级轴流式的管道在线设计，实现水下水力停留时间短，分离效率高的高效分气处理，保障油田连续生产，同时提升海上油田尤其是深水油气田的经济效益。

发明内容

为了克服现有海上油气集输技术存在的缺陷和不足，并改善水下气液分离尚处于起步阶段的研究现状，本发明的目的是提供一种适合水下生产系统气液两相井流分气用的两级轴流式管道在线气液分离装置。该气液分离装置能够与海底管道有机结合，实现水下管道在线安装和运行，并依据U形的特殊结构和两级轴流的油气分离工艺，具备简化油气集输流程，降低集输流程耗能，结构紧凑，气液两相井流高效分气，气液比和井流量适应范围广，部件自清洗，远程自动控制，易于操作和维护等特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种两级轴流式水下管道在线气液分离装置，主要由气液均混器、一级轴流器、二级轴流器、涤气平衡器和清洗管组成。高压气液两相井流由水下井口采油树管道进入气液均混器，依据旋向相反且分层的内外螺旋叶片破碎井流中的大气泡而形成气液均混流；气液均混流在均混筒下部设置的空间稳流后继续向下倾斜进入垂向一级轴流筒，经旋涡体形成倾角更小的旋涡流并绕一级轴流筒内壁旋转，旋涡场中依据离心加重力作用使气液初步分离，液相(油水)井流逐渐甩向筒壁并经筒壁锥面逐步增压后流入整流体，液相井流由旋涡流调整为流向与一级轴流筒轴线平行的均匀垂向流并经一级排液管流出，与此同时气相井流在一级轴流筒中央部位形成向下流动的气柱，经整流体中部的一级集气管进入二级轴流器，实现第一级垂向高速旋涡流气液分离，脱除大部分的液相(油水)井流。携带液流(油)的气相井流在二级轴流筒内缓冲和稳压后，经造旋管形成四股分层流型的气液混合旋转流并向左斜向切入水平轴流管，水平轴流管内旋转流分层高速旋转并水平向前推进，液相(油)井流逐渐甩向筒壁并经二级排液管流出，气相井流逐步运移至水平轴流管的中央部位并反向上升，经二级集气管进入涤气平衡器，实现第二级水平分层旋转流气液分离，脱除携带的剩余液相(油)井流。携带少量细颗粒油滴的气相井流在涤气平衡器内缓冲稳压和气液分离后，向上流动并经滤液体脱除剩余的细颗粒油滴，实现气液两相井流的彻底分离。