[发明专利]一种利用角动量守恒的管道式多级油水分离器

说明书

本发明的目的在于提供一种利用角动量守恒的管道式多级油水分离器，包括分离器筒体，分离器筒体自前至后依次为分离器入口段、一级渐缩段、一级分离段、二级渐缩段、二级分离段，在分离器入口段设置一级叶轮，在一级分离段设置二级叶轮，分离器入口段设置一级引油口，一级分离段设置二级引油口和三级引油口。本发明利用角动量守恒原理，采用渐缩的管道结构，增强了分离器的旋流强度，提高了分离效率，分离器独特的多级引油口结构，降低了分离器内的湍流强度，避免了油滴过度破碎，能够满足宽泛含油率条件下的高效分离。

技术领域

本发明涉及的是一种油水分离装置，具体地说是井下油水分离装置。

背景技术

随着对石油需求的不断增加，油井老龄化严重，产出液中含水率高达90％以上，给地面水处理设备提出了更高的要求，同时也增加了油井的成本。为了解决产出液高含水率的问题，井下油水分离系统(DOWS)随之出现，在井下进行预分离，富含油的液体举升到地面，水则直接回注到地下，从而减轻了地面的后处理负担，达到提高油井经济性，延长油井寿命的目的(B.E.Bowers,and R.F.Brownlee,Development of a Downhole Oil/WaterSeparation and Reinjection System for Offshore Application,OffshoreTechnology Conference,Houston,1998.)。

目前，取得实际应用的油水分离方法包括重力分离和离心分离，都是利用液液两相间的密度差和不相溶性。采用重力沉降的油水分离器结构简单、分离效率高，在实际工业生产中得到了广泛的应用，但是两相分离需要较长的滞留时间，意味着重力式分离器往往结构尺寸较大，限制了此类分离器在井下的进一步应用(“箱型油水分离器”，CN2675219Y；A.Ghaffarkhah,M.Ameri Shahrabi,M.Keshavarz Moraveji,and H.Eslami,Applicationof CFD for designing conventional three phase oilfield separator,EgyptianJournal of Petroleum,vol.26,pp.413-420,2017.)。离心分离器借助离心力实现两相分离，与重力式分离器相比，具有体积小、处理量大的优点，符合井下分离的条件。按照不同的入口方式，离心式分离器又可分为切向入口分离器和轴向入口分离器。切向入口分离器典型的是水力旋流器，流体通过切向入口进入分离器筒体，在圆柱形壁面的作用下，形成旋流场。水力旋流器也是目前应用最为广泛的油水分离器，从发明至今得到了广泛的应用和充分发展(“带新型入口、溢流结构的油水分离旋流器”，CN2528510Y；L.G.M.Vieira,B.C.Silvério,J.J.R.Damasceno,and M.A.S.Barrozo,Performance of hydrocyclones withdifferent geometries.The Canadian Journal of Chemical Engineering 89(2011)655-662.)，但是由于其独特的切向入口，使得分离器内部流场不对称，局部湍流度高，限制了分离效率的进一步提高(R.Maddahian,M.Asadi,and B.Farhanieh,Numericalinvestigation of the velocity field and separation efficiency of deoilinghydrocyclones.Petrol.Sci.9(2012)511-520.；J.Wang,Z.Bai,Q.Yang,Y.Fan,andH.Wang,Investigation of the simultaneous volumetric 3-component flow fieldinside a hydrocyclone.Sep.Purif.Technol.163(2016)120-127.)。为了改善切向入口分离器的不足，提出了轴向入口的离心分离器。轴向入口分离器利用固定在管道内的导流部件，使得流体得到加速，并具有了切向速度，产生了离心力。目前来说，公开的轴向入口离心分离器的资料不多，分离器的效率也有待提高。