[发明专利]两级气液混合锥形螺旋场分离装置

说明书

本发明提供了一种两级气液混合锥形螺旋场分离装置及在线控制系统，应用于气液两相流的高效分离，实现远程自动控制两级气液均匀混合和气液两相高效快速分离，第一级均混器依据外微孔瓷管、中微孔瓷管和内微孔瓷管实施第一级气液破碎均匀混合作业并将气液两相流中的大气泡破碎为小气泡，第二级均混器依据均混齿轮实施第二级气液破碎均匀混合作业并形成微小气泡均匀分布的气液均混流，造旋集气器依据变螺距造旋叶片和双层锥罩将两级气液均匀混合后的气液均混流调整为空芯式高速两相螺旋流，锥形脱气器实施高速锥形螺旋场气液高效分离作业，两级均混控制系统和气液分离控制系统自动调控气液两相流、气液均混流以及脱气后气流与液流的流量和流压。

技术领域

本发明涉及一种油气开采领域高效脱气装置及其方法，特别是涉及一种两级气液均匀混合、U型管网、锥形螺旋场动态气液分离装置及其在线控制系统。

背景技术

目前，一种紧凑型气液分离器，即管柱式气液分离器，具备含气井液停留时间短、处理量大、脱气率高、工作压力高、成本低等特点，在油气开采领域，尤其是海洋油气开发领域逐步取代传统重力式气液分离器。

传统重力式气液分离器的分离原理为重力沉降分离，分离效率通常较低，分离精度通常仅为70～100μm，而管柱式气液分离器为高速旋流沉降分离，分离效率非常高，设置捕雾网后的分离精度可以达到10μm，且同等含气井液处理量时，管柱式气液分离器的单体直径仅为常规卧式分离器的1/4，成撬设备的操作重量仅为常规卧式分离器的1/64，同时易于成撬、集成度高并易于移动。

管柱式气液分离器的工程应用受到上部管腔液流带出现象的影响，其脱气效率依然较为有限，对此当前采用两种解决方法：一种解决方法为限定管柱式气液分离器单体的气液处理量，防止发生上部管腔液流带出现象；另一种解决方法为将上部管体的管壁液流膜导出，防止溢出大量的液流。然而这两种解决方法都只是暂时缓解了上部管腔液流带出现象，在气液处理量增大以及存在大幅波动的情况下，便会超出安全工况范围，此外上部管体加装液流膜导出部件也会增加新的结构应力和结构强度，并提升潜在的维修成本。最后需要指出的是，目前国内对紧凑、高效和智能控制气液分离技术的研究尚处于试验阶段。

发明内容

为了克服现有重力式气液沉降分离方法和管柱式气液分离液流膜导出方法存在的缺陷和不足，并改善国内紧凑、高效和智能控制气液分离技术尚处于试验阶段的研究现状，本发明的目的是提供一种适合油气开采领域气液两相流进行高效快速分离用的两级气液混合锥形螺旋场分离装置。该两级气液混合锥形螺旋场分离装置依据两级气液破碎均匀混合和锥形螺旋场动态气液分离工艺及其在线控制系统，能够适应不同含气量的气液两相流，实现远程自动控制两级气液均匀混合和气液两相高效快速分离，并自动调控气液两相流、气液均混流以及脱气后气流与液流的流量和流压。

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气液混合锥形螺旋场分离装置，主要由第一级均混器、第二级均混器、造旋集气器、锥形脱气器、两级均混控制系统和气液分离控制系统组成。第一级均混器、第二级均混器和锥形脱气器沿垂向布置，且第二级均混器和锥形脱气器通过造旋集气器相连而使得整个分离装置组合成倒置的U型管网，第一级均混器和第二级均混器通过法兰连接并实现不同含气量气液两相流的两级均匀混合，两级均混控制系统和气液分离控制系统分别实现远程自动控制第一级气液破碎均匀混合作业、第二级气液破碎均匀混合作业和高速锥形螺旋场气液高效分离作业流程。

第一级均混器依据外微孔瓷管、中微孔瓷管和内微孔瓷管实施第一级气液破碎均匀混合作业，并将气液两相流中的大气泡破碎为小气泡，它包括一级混合管及其内的外微孔瓷管、中微孔瓷管和内微孔瓷管以及由上而下布置的上隔板、下挡板、进液缓冲管和两相进液管。

两相进液管用于输送气液两相流并由进液水平管段和进液垂向管段组成，进液水平管段水平布置并通过弯头与进液垂向管段相连，进液垂向管段与进液缓冲管和一级混合管自下而上同轴心布置。