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CN105999868A - 油气井测试放喷用气液分离器 - Google Patents

油气井测试放喷用气液分离器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油气井测试放喷用气液分离器，所述分离器包括螺旋式起旋板(2)，所述螺旋式起旋板(2)的前端有分离器气液入口(1)，螺旋式起旋板(2)的上方有螺旋式起旋板上部顶板(10)和分离器上部分离空间(11)及分离器排气管(12)，螺旋式起旋板(2)的下方有分离器分离空间(3)和分离器底部锥体段(5)及分离器排液口(7)，螺旋式起旋板(2)的中心有分离器升气管(9)，并构成一二级分离连通区。本发明可以形成单个分离器内的两级气液分离过程，通过特殊设计的隔板及开缝结构实现了两级分离的液体流道的贯通，并基于离心和惯性分离原理，极大的简化了油气井测试放喷用气液分离器的装备结构及满足撬装小型化。

Description

油气井测试放喷用气液分离器
技术领域
本发明涉及一种油气井测试放喷用气液分离器，属于石油工程中油气井测试设备领域。
背景技术
在页岩气试气采气安全放空燃烧系统开发中，需要开发高效的页岩气试气放喷用气液分离器。试气过程具有放喷气量及带液量变化大、压力大的特点，放喷气带液对后续的试气流量计量及放喷气安全燃烧都会造成严重影响。现场一般采用的重力式气液分离器主要是利用气液两相的密度(比重)差实现两相的分离，即液体所受重力大于气体的浮力时，液滴将从气相中沉降出来而被分离。虽然重力分离器结构简单，但体积较大，停留时间长，分离效果较差，需要人工监测液位情况控制排凝，安全性和可靠性较差。目前对高效气液分离研究较多的为旋风分离技术，该技术具有分离效率高的特点，但对气体流量有较为严格的要求。在页岩气试气放喷时，井筒内的压力是逐渐释放的，气液分离器内的压力随产气量的增大而同步增大，放喷气量在50万方以内时，分离器内的压力在1.5～3.5MPa范围内。同时，由于页岩气储层特点，放喷初期含液量较大，气量较小；当井下液体及压力降低产生的凝析液释放后，井下压力逐步释放，气量逐渐增大，含液量也趋于稳定。总体来说，页岩气放喷气液分离的难点是初始阶段的大液量分离及变工况时分离器的高效分离能力。
页岩气放喷时气液比例变化规律较为复杂，传统三相分离器需要较长停留时间，分离器体积均较大，且分离器效率不高。因此，本发明旨在通过离心分离装置内特殊设计的旋流回转结构及两级分离器空间，采用离心分离结合惯性分离机理，在有限空间内实现不同气液工况条件下的缓冲及高效分离，并减小分离器的体积，并实现单个分离器内部的两级分离过程。
发明内容
本发明涉及的一种油气井测试放喷用气液分离器，由分离器内的螺旋式起旋板上部顶板把分离器构成上下两个分离器空间。气液流体进入分离器后可在螺旋式起旋板的作用下，在下部分离空间内形成的类似旋风分离器内双层旋流结构的离心分离过程，而第一次分离的气体携带少量液滴经中心升气管进入上部二次分离空间，由旋流及惯性作用实现再次分离，达到高效分离的目的及装备的简化目标，实现放喷设备的撬装小型化。
本发明的结构包括：
1.分离器气液入口，2.螺旋式起旋板，3.分离器分离空间，4.分离器壁面，5.分离器底部锥体段，6.分离器下部液滴沉降空间，7.分离器排液口，8.分离器锥体段排液口，9.分离器升气管，10.螺旋式起旋板上部顶板，11.分离器上部分离空间，12.分离器排气管，13.分离器净化气排出口，14.上部分离空间排液槽，15.锥体段外侧排液通道，16.锥体段下部环形挡板，螺旋式起旋板2的前端有分离器气液入口1，螺旋式起旋板2的上方有螺旋式起旋板上部顶板10，螺旋式起旋板2的中心有分离器升气管9，螺旋式起旋板2的下方有分离器底部锥体段5和分离器排液口7，螺旋式起旋板2的上方有分离器排气管12和分离器净化气排出口13，螺旋式起旋板上部顶板10和分离器排气管12之间有分离器上部分离空间11，分离器升气管9和分离器底部锥体段5之间有分离器分离空间3，分离器底部锥体段5的下端开有分离器锥体段排液口8，分离器底部锥体段5和分离器排液口7之间有分离器下部液滴沉降空间6。
本发明还采用如下实施方案：
分离器升气管9直径D2为分离器内径D1的0.4～0.8之间
分离器排气管9插入深度H4为分离器上部分离空间11高度H1的0.5～1.5之间
分离器锥体段5上部端口直径D3为分离器内径D1的0.8～0.95之间
分离器排气管12直径D4为分离器内径D1的0.05～0.25之间
螺旋式起旋板上部顶板10上边缘上沿圆周方向均布有6～12条上部分离空间排液槽14，开缝宽度在2～10mm，长度在5～25mm
分离器锥体段5上部与分离器壁面4间有环形锥体段外侧排液通道15
本发明提供的油气井测试放喷气液分离器是基于离心分离和惯性分离机理，具有一定波动工况缓冲能力的高效分离器装置，在其内特殊设计的上下两个分离空间内，气液首先经过下部分离空间内进行离心分离然后经过升气管进入到上部分离空间，进行旋流加惯性分离过程，同时上部分离空间内的液滴在螺旋式起旋板上部顶板汇聚并通过边缘的开缝沿壁面向下流动最后经下部分离空间和锥体段外侧排液通道流向排液口，通过两次分离过程实现了基于密度差的离心分离及惯性分离过程，可以有效地简化放喷设备的结构及实现放喷设备的撬装小型化。
附图说明
图1为本发明的油气井测试放喷用气液分离器结构示意图。
图1中，1.分离器气液入口，2.螺旋式起旋板，3.分离器分离空间，4.分离器壁面，5.分离器底部锥体段，6.分离器下部液滴沉降空间，7.分离器排液口，8.分离器锥体段排液口，9.分离器升气管，10.螺旋式起旋板上部顶板，11.分离器上部分离空间，12.分离器排气管，13.分离器净化气排出口。
图2为本发明的油气井测试放喷用气液分离器上部分离空间排液槽14和锥体段外侧排液通道15及锥体段下部环形挡板16的结构示意图；
图2中，14.上部分离空间排液槽，15.锥体段外侧排液通道，16.锥体段下部环形挡板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的油气井测试放喷用气液分离器进行说明。
参考图1，油气井测试放喷用气液分离器嘴包括1.分离器气液入口，2.螺旋式起旋板，3.分离器分离空间，4.分离器壁面，5.分离器底部锥体段，6.分离器下部液滴沉降空间，7.分离器排液口，8.分离器锥体段排液口，9.分离器升气管，10.螺旋式起旋板上部顶板，11.分离器上部分离空间，12.分离器排气管，13.分离器净化气排出口，14.上部分离空间排液槽，15.锥体段外侧排液通道，16.锥体段下部环形挡板，螺旋式起旋板2的前端有分离器气液入口1，螺旋式起旋板2的上方有螺旋式起旋板上部顶板10，螺旋式起旋板2的中心有分离器升气管9，螺旋式起旋板2的下方有分离器底部锥体段5和分离器排液口7，螺旋式起旋板2的上方有分离器排气管12和分离器净化气排出口13，螺旋式起旋板上部顶板10和分离器排气管12之间有分离器上部分离空间11，分离器升气管9和分离器底部锥体段5之间有分离器分离空间3，分离器底部锥体段5的下端开有分离器锥体段排液口8，分离器底部锥体段5和分离器排液口7之间有分离器下部液滴沉降空间6。
分离器升气管9直径D2为分离器内径D1的0.4～0.8之间，分离器排气管9插入深度H4为分离器上部分离空间11高度H1的0.5～1.5之间；分离器锥体段5上部端口直径D3为分离器内径D1的0.8～0.95之间；分离器排气管12直径D4为分离器内径D1的0.05～0.25之间。
参考图2，螺旋式起旋板上部顶板10上边缘上沿圆周方向均布有6～12条上部分离空间排液槽14，开缝宽度在2～10mm，长度在5～25mm；分离器锥体段5上部与分离器壁面4间有环形锥体段外侧排液通道15。
放喷气体夹带液滴通过分离器气液入口1进入分离器螺旋式起旋板2内形成螺旋向下的旋转运动，随后在分离空间3内形成双层强旋流流场结构(内部为刚性涡上行流，外部为准自由涡下行流)，液滴在离心力的作用下向壁面运动并随下行流向分离器底部锥体段5运动，绝大多数液滴从锥体段外侧排液通道15进入分离器下部液滴沉降空间6，实现初步分离及流量波动的缓冲作用；少量液滴随气体在分离器底部锥体段5内旋转加速后反向向上随上行流向分离器升气管9内旋转运动，由于旋转半径缩小旋转加速，少量液体在离心力的作用下向分离器升气管9内壁运动，并与其出口处继续保持旋转扩散式运动，由于分离器排气管12直径小于分离器升气管9直径，气液需在分离器上部分离空间11内进行大曲率转弯才能进入分离器排气管12内，进而实现旋转及惯性分离过程；未进入分离器排气管12内液滴在螺旋式起旋板上部顶板10上汇聚，形成一定量后平衡分离器上部分离空间11和分离器分离空间3压差后，液滴通过上部分离空间排液槽14向下部壁面运动，随分离器分离空间3内外旋流向下运动，实现二次分离过程。通过上述的过程可以看出，由于气液分离器内螺旋式起旋板上部顶板的特殊设计使单个分离器内形成了两级分离器空间，同时采用特殊设计的上部分离空间排液槽，实现了两个分离空间的顺利排液，此外分离器锥体段上部与分离器壁面间有环形锥体段外侧排液通道也确保了壁面上液体能顺利排除分离器不再进入内旋流，基于以上原理，形成了单个分离器内基于离心和惯性分离原理的两次分离过程，因此本发明可以有效缩短气液停留时间，并替代传统气液分离器的使用，减少占地面积及地面工程的复杂性。

Claims (4)

1.一种油气井测试放喷用气液分离器，其特征在于所述气液分离器包括螺旋式起旋板(2)，所述螺旋式起旋板(2)的前端有分离器气液入口(1)，螺旋式起旋板(2)的上方有螺旋式起旋板上部顶板(10)，螺旋式起旋板(2)的中心有分离器升气管(9)，螺旋式起旋板(2)的下方有分离器底部锥体段(5)和分离器排液口(7)，螺旋式起旋板(2)的上方有分离器排气管(12)和分离器净化气排出口(13)；所述螺旋式起旋板上部顶板(10)和分离器排气管(12)之间有分离器上部分离空间(11)。
2.根据权利要求1所述一种油气井测试用气液分离器，其特征在于所述分离器升气管(9)和分离器底部锥体段(5)之间有分离器分离空间(3)；所述分离器底部锥体段(5)的下端开有分离器锥体段排液口(8)，分离器底部锥体段(5)和分离器排液口(7)之间有分离器下部液滴沉降空间(6)。
3.根据权利要求1或2所述一种油气井测试用气液分离器，其特征在于所述螺旋式起旋板上部顶板(10)上边缘上沿圆周方向均布有6～12条上部分离空间排液槽(14)，开缝宽度在2～10mm，长度在5～25mm；所述分离器锥体段(5)上部与分离器壁面(4)间有环形锥体段外侧排液通道(15)。
4.根据权利要求1或2所述一种油气井测试用气液分离器，其特征在于所述分离器升气管(9)的直径D2为分离器内径D1的0.4～0.8之间，分离器排气管(9)的插入深度H4为分离器上部分离空间(11)高度H1的0.5～1.5之间；所述分离器锥体段(5)上部端口直径D3为分离器内径D1的0.8～0.95之间；所述分离器排气管(12)的直径D4为分离器内径D1的0.05～0.25之间。
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