一種油井采出液預(yù)脫水用軸向入口靜態(tài)水力旋流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油井采出液的預(yù)脫水處理裝置，尤其涉及一種油井采出液預(yù)脫水用軸向入口靜態(tài)水力旋流器。
【背景技術(shù)】
[0002]油井采出液是由原油、伴生氣、地層水、砂子和機(jī)械雜質(zhì)等組成的混合物，其中地層水在采出液中占據(jù)著較大的比例。油井采出液經(jīng)井口節(jié)流閥、井口除砂器后相繼進(jìn)入一級或兩級三相分離器、電脫水(鹽)器，進(jìn)行脫氣、脫水(鹽)等處理，待原油含水率達(dá)標(biāo)(<0.5%)后外輸。為確保電脫水(鹽)器處理后的原油含水率低于0.5%，一般要求進(jìn)入電脫水(鹽)器的原油含水率不高于15%，這就相應(yīng)需要在一級或兩級三相分離器中除去采出液中大部分的水。然而，隨著國內(nèi)外大部分油田逐漸進(jìn)入開采的中后期，油井采出液中的含水率逐漸升高，部分油田往往超過90% (少部分油井甚至高達(dá)到95%以上)，因此為了保證原油產(chǎn)量甚至增產(chǎn)上量而不得不舉升出相應(yīng)足夠量的采出液。這就致使在開發(fā)初期建設(shè)的三相分離器等設(shè)施往往不足以處理如此大量的高含水采出液，導(dǎo)致進(jìn)入電脫水(鹽)器的原油含水率大幅增加(可達(dá)30%左右)，不僅增加了電脫水(鹽)器的工作負(fù)荷，有時甚至使得電脫水(鹽)器無法正常工作，從而難以保證外輸原油的品質(zhì)；與此同時，三相分離器排出污水的含油量升高，增加了后續(xù)采油污水的處理難度。
[0003]為了應(yīng)對上述油井采出液含水率升高帶來的一系列問題，生產(chǎn)單位采取過改進(jìn)三相分離器的結(jié)構(gòu)、擴(kuò)大三相分離器容積和增加重力沉降罐等一系列措施，并取得了一些效果，但是同時也增加了生產(chǎn)成本，影響了總體開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提高。對于甲板空間和承載能力有限的已有海上固定導(dǎo)管架式采油平臺或浮動式生產(chǎn)系統(tǒng)(FPS或FPSO)而言，依靠單元處理設(shè)備簡單擴(kuò)容的措施往往難以有效實(shí)施；而對于深水油田開發(fā)用張力腿平臺(TLP)和單柱式平臺(Spar)等而言，要求上部油氣集輸工藝流程必須選用緊湊高效型多相分離設(shè)備來減輕上部荷重，而主要基于重力分離的常規(guī)油氣集輸流程因水力停留時間長、分離效率低恰恰在這方面難以滿足要求。因此，研制開發(fā)緊湊高效型油井采出液預(yù)脫水設(shè)備勢在必行。
[0004]在業(yè)已得到應(yīng)用的諸多油井采出液分離技術(shù)中，基于靜態(tài)液-液水力旋流器的旋流分離技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、占地少、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)80年代問世以來得到了國內(nèi)外石油公司的高度青睞并逐漸在石油開采行業(yè)迅速推廣。但客觀而言，傳統(tǒng)靜態(tài)液-液水力旋流器采用的切向入口結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其存在要求入口壓力較高、最小分割粒徑較大、單體處理能力較低、流量波動適應(yīng)能力較差等不足，限制了該類設(shè)備的進(jìn)一步推廣使用。為克服傳統(tǒng)切入式水力旋流器的不足，人們對其進(jìn)行了大量改進(jìn)研宄，所采用的技術(shù)路線不外乎分為如下幾類:一是改進(jìn)旋流管的外形結(jié)構(gòu)，例如袁惠新在專利CN1318425A中介紹了一種旋流加速腔母線采用對稱曲線的水力旋流器，雖然有助于減小湍流程度、提高分離效率，但存在曲線方程不具有普遍適用性、需要根據(jù)不同的旋流管直徑或底流口直徑設(shè)計不同的曲線方程、壓降損失較高(0.5MPa左右)等不足。二是改進(jìn)溢流管的結(jié)構(gòu)，采用不同形狀的溢流管或在溢流管外面添加導(dǎo)流結(jié)構(gòu)以減輕或消除短路流的問題，例如王振波等在專利CN2438508Y中介紹的一種帶螺旋曲面溢流管的水力旋流器，所用溢流管上部為螺旋結(jié)構(gòu)、底部外壁為雙曲面結(jié)構(gòu)，雖然有助于減輕溢流跑粗現(xiàn)象、強(qiáng)化二次分離，但存在溢流管結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、螺旋結(jié)構(gòu)和雙曲面結(jié)構(gòu)微小的變化就會對流場產(chǎn)生較大擾動等不足；周先桃等在專利CN2522174Y中介紹的水力旋流器在溢流管外壁加裝導(dǎo)流螺旋，雖然可使短路流得到大幅的減弱，但存在引入復(fù)雜結(jié)構(gòu)、在水力旋流器內(nèi)部流場產(chǎn)生新問題等不足；三是采用多場協(xié)同分離機(jī)理，如美國猶他大學(xué)的Jan D.Miller教授在專利US4279743中介紹的將旋流離心分離和氣浮選分離相結(jié)合的充氣式水力旋流器(Air-SpargedHydrocyclone, ASH)，雖然分離效率有一定程度提高，但存在微細(xì)氣泡粒徑過大、注氣不均勻、氣泡與油滴粘附不充分、氣柱阻礙油相排出等不足。
[0005]鑒于常規(guī)切向入口靜態(tài)水力旋流器結(jié)構(gòu)上的固有缺陷，國內(nèi)外研宄人員嘗試從設(shè)計理念上進(jìn)行突破。1996年，荷蘭⑶S Engineering公司和荷蘭Delft理工大學(xué)合作，率先設(shè)計出軸向入口靜態(tài)水力旋流器，通過周向?qū)ΨQ布置的導(dǎo)流葉片產(chǎn)生旋流流場，消除了切向入口不對稱產(chǎn)生的非軸對稱流動，降低了入口的湍流脈動強(qiáng)度，在提高分離效率的同時降低了壓力損失；更重要的是，軸向入口靜態(tài)水力旋流器將切向入口的二維布局變?yōu)橐痪S布局，降低了旋流器所占的空間。荷蘭⑶S Engineering公司被美國FMC Technologies公司收購后，在“內(nèi)聯(lián)化(inline)、緊湊化(compact) ”理念的引領(lǐng)下，對軸向入口靜態(tài)水力旋流器的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)，推出了內(nèi)聯(lián)脫水器(inlineDeffater)和內(nèi)聯(lián)水力旋流器(inline Hydrocyclone)兩種工業(yè)化產(chǎn)品；受此啟發(fā)，一些涉足油氣開采多相分離的公司紛紛推出了軸向入口靜態(tài)水力旋流器產(chǎn)品，如法國VeoliaWater Solut1ns&Technologies(VffS)Westgarth 公司的 Streamliner?、美國 EnergySpecialties Internat1nal (ESI)公司的LQ-R、荷蘭ASCOM公司的混流式水力旋流器(Mixed-Flow Hydrocyclone)等。在上述軸向入口水力旋流器中，美國FMC Technologies公司和荷蘭ASCOM公司均進(jìn)行過大處理量(30m3/h)單體軸向靜態(tài)水力旋流器的室內(nèi)試驗(yàn)研宄和海上試驗(yàn)研宄，分離效果較好，但未見有相關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計類知識產(chǎn)權(quán)方面的公開報道。
[0006]國內(nèi)關(guān)于軸向入口靜態(tài)水力旋流器的研宄起步較晚，東北石油大學(xué)蔣明虎等在專利CN102728487B中介紹了一種變截面多葉片導(dǎo)流式內(nèi)錐型軸向水力旋流器，但所設(shè)計的軸流式水力靜態(tài)旋流器存在著切向出水口 ；中國石油大學(xué)(華東)王振波等在專利CN2882798中介紹了一種軸流式高效水力旋流器，但所設(shè)計的軸流式水力旋流器依然采用切向進(jìn)液口 ；中科院力學(xué)研宄所吳應(yīng)湘等在專利CN102626561A中介紹了一種管道式導(dǎo)流片型油水分離器，但所設(shè)計的軸向水力旋流器排水管與分離管垂直。因此從某種程度上來說，上述幾種結(jié)構(gòu)設(shè)計均削弱了軸向入口靜態(tài)水力旋流器結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢。更為重要的是，國內(nèi)相關(guān)單位關(guān)于軸向入口靜態(tài)水力旋流器的研宄全部以常規(guī)切向入口靜態(tài)水力旋流器為藍(lán)本來開展，在單體處理量上未能突破常規(guī)切向入口靜態(tài)水力旋流器的能力范圍(6m3/h左右)。
[0007]不僅目前尚處于單體旋流管的室內(nèi)研發(fā)測試階段，離工程化應(yīng)用還有較長的路要走，而且即使研發(fā)測試成功后推向工業(yè)化應(yīng)用，也未能解決大處理量下需要將數(shù)十甚至上百根單體旋流管并聯(lián)組合運(yùn)行的弊端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、單體處理量大、進(jìn)出口壓降小、油水分離效率高的油井采出液預(yù)脫水用軸向入口靜態(tài)水力旋流器。
[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]本發(fā)明的油井采出液預(yù)脫水用軸向入口靜態(tài)水力旋流器，包括圓柱狀容器，所述圓柱狀容器包括圓柱形外筒體、封頭式排油腔和排水腔，所述圓柱形外筒體內(nèi)軸向設(shè)有一個或多個單體旋流管；
[0011]所述圓柱形外筒體的中部上壁和下