专利名称：油、水、气三相自动分离计量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油水气三相自动计量装置，尤其是油、水、气三相 自动分离计量。
背景技术：
在已有的技术中，三相分离器是应用最早、最广泛、也是最基本的油水 气分离计量装置，但目前油田所用的三相分离器体积大、结构复杂，且工作 效率低、运行稳定性和安全性差，其主要原因是由于分离器内油水界面、液 位控制不稳定，尤其是受分离器进口流态的影响比较大，从而导致油水实际 分离效率大大降低。
中国专利公开了一种"油水气三相自动计量装置"(专利号为ZL
200720032795X),该装置己经在陆上油田的生产中得到成功应用，但是，上 述装置对于油田后期高含水油井计量，尤其是对于含水率超过95%的油井油 量计量，测量精度会大大降低，因此，其技术有一定的局限性。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术中的缺点和局限性而提供一种 油、水、气三相流自动分离计量装置；该计量装置适用于单井、气液混输等 任何流型的油、水、气三相自动分相在线计量，尤其是超高含水油井的油水 气分相计量，且分相测量精确度可达到±0.5 2%。
本实用新型的目的可通过如下措施来实现
一种油、水、气三相自动分离计量装置，由卧式分离壳体、气液分离罐、 水相液位控制器、气液控制器、水堰溢流板、油堰溢流板、油水分离整流板、 气体除雾器、油水室隔板、气体流量计、气液缓冲罐、油水气组分仪、油流 量计、水流量计和油水气汇管组成，卧式分离壳体的左端置有倾斜波纹状的 油水分离整流板，油水分离整流板上部设有气体除雾器，右端部依次设有油堰溢流板和水堰溢流板，两溢流板之间用油水室隔板隔成油室和水室，油室 底部与气液控制器连通，水室底部通过水室连通管与水相液位控制器连通，
气液分离罐居卧式分离器壳体内、倾斜波纹状的油水分离整流板之上；气液 进口与气液分离罐内的旋流分离器相连，气液分离罐底部接U连接管与溢流 分离器相连；水相液位控制器和气液控制器分置于卧式分离器壳体内，水相 液位控制器和气液控制器出口分别连接水流量计、油流量计和气体流量计及 气液缓冲罐，通过出口接管汇集于油水气汇管，油水气汇管连接气液出口。
上述的旋流分离器为圆柱形结构，设有分离器外管与分离器内管，组成 套管形，竖直置于气液分离罐内，且中心对称；旋流管为方形或矩形管自上 而下螺旋置于套管内，螺旋一到二圈；分离器内管下端部设有导向喇叭口，凸
面向上，凸面与气液分离罐水平断面所成夹角e小于9(A凸面口与分离器内
管下端光滑连接，旋流管的流通面积小于气液进口的流通面积。
上述波纹状的油水分离整流板，右倾角<!>小于90G，其上端与溢流分离 器溢流口等高，下端与阻泥板等高。
上述的水相液位控制器内上、下部设有浮球导向环和阀座，阀座与阀座 连接管连接，固定于罐底，并与水室出口连接管贯通；阀座中心有一阀孔， 阀芯和阀体与浮球联杆连接，浮球联杆穿接浮球，其一端阀芯居于阀孔中， 另一端穿过浮球导向环，与罐体顶部的定位器同心；罐侧壁设有连通孔。
上述的气液控制器内上、下部置有上阀座和下阀座，上阀座和下阀座分 别与上阀座连接管和下阀座连接管连接，固定于罐顶部和底部，并分别与罐 顶部气体出口连接管和罐底部油室出口连接管连接；上阀座和下阀座中心各 有一阀孔，阀孔直径小于气体出口管；上阀体与下阀体为光滑球面形或圆台 形；其最小外径大于阀孔的内直径；上阀芯和下阀芯为圆锥体，上阀芯和下 阀芯的底面与上阀体与下阀体光滑过渡连接；浮球为空心球体或空心圆柱体， 浮球连杆为直径小于阀体的直径的圆管，浮球联杆的两端分别与上阀体与下 阀体中心对称光滑过渡连接，上阀芯和下阀芯浮居于阀孔中，并可上下自由 浮动；罐上侧壁设有连通孔。
本实用新型相比现有技术具有如下优点1、 本实用新型适用于任何流型的油、水、气三相自动分相在线计量，尤
其是高含水来液(含水率高于80%)、间歇来液、及气液变化比较大的气液混 输多相流量测量，且测量精确度高，分相油量测量精确度可达到±0.5 2%。
2、 本实用新型长期运行安全、稳定、可靠整个装置内外部无辅助电控 系统(无源控制)和传动部件，且压力损失小；
3、 本实用新型的测量量程宽，量程比可达到l: 30以上，且测量线性、 重复性好。
4、 本实用新型的结构简单、体积小、重量轻、拆装便捷省时、维修简便， 便于车载或撬装使用。
5、 本发明的分相测量平稳，计量精度不受气液流型和流体状态影响；适 用介质粘度范围宽(稀油、重油等)。
图1是油、水、气三相自动分离计量装置结构示意图
图2是图1气液分离罐的结构示意图
图3是图2旋流分离器结构示意图
图4是图1水相液位控制器结构示意图
图5是图1气液液位控制器结构示意图
附图标记说明如下
1-卧式分离器壳体2-气液进口 3-气液出口
4- 气液分离罐41-连通管42-溢流分离器43-U连接管
5- 旋流分离器51-分离器外管52-分离器内管 53-导向喇叭口 54-
旋流管
6- 水相液位控制器61-浮球导向环 62-浮球联杆63-连通孔64-浮球 65-阀体66-阀芯67-阀座68-阀座连接管69-定位器
7- 气液控制器71-上阀座连接管72-上阀座73-上阀芯74-上阀体 75-连通孔 76-浮球联杆 77-浮球 78-下阀体 79-下阀芯 80-下阀座 81-下阀座连接管
68-水堰溢流板9-油堰溢流板 10-油水分离整流板11-气体除雾器12-油水分离沉降室13-油室14-油水室隔板15-水室
16-气体出口连接管17-气体流量计 18-气液缓冲罐19-油水气汇管20-油室连通管21-油水气组分仪22-油流量计23-水流量计 24-油室出口连接管25-水室出口连接管26水室连通管27阻泥板28 排污阀29-支架
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型再作进一步的描述
如图1所示， 一种油、水、气三相自动分离计量装置，由卧式分离器壳
体l、气液分离罐4 、水相液位控制器6 、气液控制器7、水堰溢流板8、 油堰溢流板9、油水分离整流板IO、气体除雾器ll、油水室隔板14、气体流 量计17、气液缓冲罐18、油水气组分仪21、油流量计22、水流量计23和油 水气汇管19组成，卧式分离器壳体1的左端置有2块倾斜波纹状的油水分离 整流板10,油水分离整流板10上部设有气体除雾器11，右端部依次设有油 堰溢流板9和水堰溢流板8，两溢流板之间用油水室隔板14隔成油室13和 水室15，油室13底部通过油室连通管20与气液控制器7连通，水室15底 部通过水室连通管26与水相液位控制器6连通。气液分离罐4居卧式分离器 壳体1左端上部、倾斜波纹状的油水分离整流板10之上；气液进口 2与气 液分离罐4内的旋流分离器5相连，气液分离罐4底部接U连接管43与溢 流分离器42相连；水相液位控制器6和气液控制器7分置于卧式分离器壳体 l内，水相液位控制器6和气液控制器7的出口管线上分别接水流量计23、 油流量计22、油水气组分仪21和气体流量计17及气液缓冲罐18，通过出口 连接管线汇集于油水气汇管19，油水气汇管19连接气液出口 3。
本实用新型采用了一罐两器气液分离无源控制技术，用离心旋流分离技 术实现对气液混合液中游离气的完全分离和部分孵化气的自动分离，采用浮 球液位控制技术，借助出口汇管的高度和液路流阻形成的差压，通过油水室 液位高低直接控制气体出口的流量、油相流体出口的流量和水相流体出口的流量，起到了对气液流量的自动平稳控制作用，从而实现气液分相精确计量。
参照图2，离心旋流分离器5为圆柱形结构，设有分离器外管51与分离 器内管52，组成套管形，竖直置于气液分离罐4内，且中心对称；旋流管54 为矩形管自上而下螺旋置于套管内，螺旋二圈；下端部设有导向喇叭口 53,凸 面向上，凸面与气液分离罐4水平断面所成夹角e小于9(A凸面口与分离器 内管52下端光滑连接，旋流管54的流通面积小于气液进口 2的流通面积； 混合流体通过气液进口 2切向进入置于气液分离罐4内的旋流分离器5，通 过旋流分离器5的分离初歩实现气液分离；经过旋流离心分离的含气液体在 惯性——重力和离心力的作用下沿导向分离器外管51内继续离心分离，从 套管旋流落下来的液体能顺气液分离罐4内壁流下，使液体内少量余留气体 进一步析出。液体顺着气液分离罐4内壁流下，并通过U连接管43经溢流 分离器42进入油水分离沉降室12;经气液离心旋流分离器分离的气体则上 流到气液分离罐4顶部，并经连通管41与卧式分离器壳体1相连通；由此经 旋流分离器5的离心分离，管线来的气液混合液中的游离气可达到完全分离 以及大部分孵化气离心分离，保证了气、液分离效果。
在气液分离罐4的下部依次倾斜设有2块波纹状的油水分离整流板10， 右倾角O小于90°，油水分离整流板10上端与溢流分离器42溢流口等高， 下端与阻泥板27等高；设置的整流板一方面用来抑制或消除沉降段前部的短 路流、沟流、涡流和脉冲流，起整流、稳流作用，避免油气扰动产生的泡沫， 另一方面起到延长油水分离时间，加快油水的分离速度，提高分离器油水分 离效果。在波纹状的油水分离整流板10上部设有气体除雾器11，气体除雾 器ll是由金属丝网组成，主要功能是将带液气体与金属丝网相撞时，气体穿 网而过，气中所含液滴与金属丝相撞，聚集并往下流动，形成较大液滴，克 服液滴表面张力和上升气体速度的限制而降落下来。气体除雾器11利用碰 撞、聚结的分离方法，把气中所含的较小油滴除去。在波纹状的油水分离整 流板10下部设有阻泥板27，能有效阻止液体中沉降泥沙的流动，便于沉积 泥沙从排污口 28排出。
参照图4，水相液位控制器6由浮球导向环61、浮球联杆62、连通孔63、
8浮球64、阀体65、阀芯66、阀座67、阔座连接管68、定位器69组成。其 上、下部设有浮球导向环61和阀座67，阀座67与阀座连接管68连接，固 定于罐底，并与水室出口连接管25连接；阀座67中心有一阀孔，阀芯66 和阀体65与浮球联杆62连接，浮球联杆62穿接浮球64，其一端阀芯66居 于阀孔中，另一端穿过浮球导向环61，与罐体顶部的定位器69同心；罐上 侧壁设有连通孔63。
参照图5，气液控制器7由罐主体、上阀座连接管71、上阀座72、上阀 芯73、上阀体74、连通孔75、浮球联杆76、浮球77、下阀体78、下阀芯 79、下阀座80、下阀座连接管81组成。上阀座72和下阀座80分别与上阀 座连接管71和下阀座连接管81连接，固定于罐顶部和底部，并分别与气体 出口连接管16、油室出口连接管24连接；上阀座72和下阀座80中心有一 阀孔，阀孔直径小于气体出口管；上阀体74与下阀体78为光滑球面形或圆 台形；其最小外径大于阀孔的内直径；上阀芯73和下阀芯79为圆锥体，上 阀芯73和下阀芯79的底面与上阀体74与下阀体78光滑过渡连接；浮球77 为空心球体或空心圆柱体，浮球连杆76为直径小于阀体的直径的圆管，浮球 联杆76的两端分别与上阀体73与下阀体79中心对称光滑过渡连接，上阀芯 73和下阔芯79浮居于阀孔中，并可上下自由浮动；罐壁设有连通孔75。
在卧式分离器壳体1的右端部依次设有油堰溢流板9和水堰溢流板8，两 溢流板之间用油水室隔板14隔成油室13和水室15，其中油室13的底部距 离卧式分离器壳体1底部的高度为卧式分离壳体1直径的五分之一，油室13 的下部通过油室连通管20与气液控制器7连通；经油水分离沉降室12沉降 分离的油相(含少量水和气)在油水分离沉降室12上部并通过油堰溢流板9 溢入油室13，后通过油室连通管20流入气液控制器7，再经油室出口连接管 24排出；水室15底部与水相液位控制器6通过水室连通管26连通，经油水 分离沉降室12沉降分离的水相在油水分离沉降室12底下部并通过穿过油室 13底部，经水堰溢流板8溢流到水室15，后通过水室连通管26流入水相液 控制器6，再经水室出口连接管25排出。
气液控制器7的上阀座连接管71通过气体出口连接管16与油水气汇管
919相连，在气体出口连接管16上依次安装气体流量计17及气液缓冲罐18， 气体流量计17用于被分离的气体流量的出口计量；气液控制器7的下阀座连 接管81通过油室出口连接管24与油水气汇管19相连相连，在油室出口连接 管24上依次安装油流量计22、油水气组分仪21，用于被分离油相流体的出 口流量和含水、含气监测计量；水相液位控制器6底部与水室出口连接管25 相连，并与油水气汇管19相连接，水流量计23安装在水室出口连接管线上， 水流量计23用于分离水流量的出口计量。气液缓冲罐18下端竖直与油水气 汇管19连接，上端与气体流量计17出口连接，气液缓冲罐18的容积需大于 气体出口管到气液缓冲罐18上端之间管道内容积的1.5倍，其目的是为了阻 止回避气液出口 3的压力波动引起油水气汇管19处液体反灌到气体流量计 17影响气量计量精度。
水室出口连接管25和油室出口连接管24都水平与油水气汇管19相连 接，其水平连接高度分别高于置于气液控制器7和水相液控制器6内浮球77 和浮球64起浮时各自的液位高度。
卧式分离器壳体1置在支架29上，卧式分离器壳体1底部左端设有排污 阀28,用于排除由油水分离整流板10沉积的泥沙。
在水相液位控制器6、气液控制器7正常液位没有建立起来之前，浮球 64、浮球77在重力的作用小分别处于最底位，气体出口处于完全打开状态， 经分离的气体通过打开的阀孔和阀芯73之间无阻排出，此时由于两控制器内 液位低于出口连接管与油水气汇管19连接的出口高度，无液量排出；随着气 液流体由气液进口 2进入卧式分离器1，经气液旋流分离和油水沉降分离， 被分离的油和水分别通过油堰溢流板9、水堰溢流板8溢入油室13和水室15， 气液控制器7、水相液位控制器6内的液位逐渐上升到控制范围下限并继续 上升，浮球77、浮球64在浮力的作用下向上浮升，气液控制器7、水相液位 控制器6内的液位波动由浮球77、浮球64通过浮球连杆76、浮球连杆62作 用阀芯在阀座的阀孔内上下动作，以调节油流和水流出口的有效截面，达到 自动调节气液控制器7、水相液位控制器6内液体出口流量的大小。
权利要求1、一种油、水、气三相自动分离计量装置，由卧式分离壳体(1)、气液分离罐(4)、水相液位控制器(6)、气液控制器(7)、水堰溢流板(8)、油堰溢流板(9)、油水分离整流板(10)、气体除雾器(11)、油水室隔板(14)、气体流量计(17)、气液缓冲罐(18)、油水气组分仪(21)、油流量计(22)、水流量计(23)和油水气汇管(19)组成，卧式分离壳体(1)的左端置有倾斜波纹状的油水分离整流板(10)，油水分离整流板(10)上部设有气体除雾器(11)，右端部依次设有油堰溢流板(9)和水堰溢流板(8)，两溢流板之间用油水室隔板(14)隔成油室(13)和水室(15)，油室(13)底部与气液控制器(7)连通，水室(15)底部通过水室连通管(26)与水相液位控制器(6)连通，其特征是气液分离罐(4)居卧式分离器壳体(1)内、倾斜波纹状的油水分离整流板(10)之上；气液进口(2)与气液分离罐(4)内的旋流分离器(5)相连，气液分离罐(4)底部接U连接管(43)与溢流分离器(42)相连；水相液位控制器(6)和气液控制器(7)分置于卧式分离器壳体(1)内，水相液位控制器(6)和气液控制器(7)出口分别连接水流量计(23)、油流量计(22)和气体流量计(17)及气液缓冲罐(18)，通过出口接管汇集于油水气汇管(19)，油水气汇管(19)连接气液出口(3)。
2、 根据权利要求l所述的一种油、水、气三相自动分离计量装置，其特 征是旋流分离器(5)为圆柱形结构，设有分离器外管(51)与分离器内管(52)， 组成套管形，竖直置于气液分离罐(4)内，且中心对称；旋流管(54)为方 形或矩形管自上而下螺旋置于套管内，螺旋一到二圈；分离器内管(52)下 端部设有导向喇叭口 (53)，凸面向上，凸面与气液分离罐(4)水平断面所 成夹角e小于90°，凸面口与分离器内管(52)下端光滑连接，旋流管(54) 的流通面积小于气液进口 (2)的流通面积。
3、 根据权利要求l所述的一种油、水、气三相自动分离计量装置，其特 征是波纹状的油水分离整流板(10)，右倾角①小于90°，其上端与溢流分离 器(42)溢流口等高，下端与阻泥板(27)等高。
4、 根据权利要求1所述的一种油、水、气三相自动分离计量装置，其特 征是水相液位控制器(6)内上、下部设有浮球导向环(61)和阀座(67)，阀 座(67)与阀座连接管(68)连接，固定于罐底，并与水室出口连接管(25)贯通；阀座(67)中心有一阀孔，阀芯(66)和阀体(65)与浮球联杆(62) 连接，浮球联杆(62)穿接浮球(64)，其一端阀芯(66)居于阀孔中，另一 端穿过浮球导向环(61),与罐体顶部的定位器(69)同心；罐侧壁设有连通 孔(63)。
5、根据权利要求l所述的一种油、水、气三相自动分离计量装置，其特 征是气液控制器(7)内上、下部置有上阀座(72)和下阀座(80)，上阀座 (72)和下阀座(80)分别与上阀座连接管(71)和下阀座连接管(81)连 接，固定于罐顶部和底部，并分别与罐顶部气体出口连接管(16)和罐底部 油室出口连接管(24)连接；上阀座(72)和下阀座(80)中心各有一阀孔， 阀孔直径小于气体出口管；上阔体(74)与下阀体(78)为光滑球面形或圆 台形；其最小外径大于阀孔的内直径；上阀芯(73)和下阀芯(79)为圆锥 体，上阀芯(73)和下阀芯(79)的底面与上阀体(74)与下阀体(78)光 滑过渡连接；浮球(77)为空心球体或空心圆柱体，浮球连杆(76)为直径 小于阀体的直径的圆管，浮球联杆(76)的两端分别与上阀体(73)与下阀 体(79)中心对称光滑过渡连接，上阔芯(73)和下阀芯(79)浮居于阀孔 中，并可上下自由浮动；罐上侧壁设有连通孔(75)。
专利摘要本实用新型涉及一种油、水、气三相自动分离计量装置。其主要结构特征是气液分离罐居卧式分离器壳体内、倾斜波纹状的油水分离整流板之上；气液进口与气液分离罐内的旋流分离器相连，气液分离罐底部接U连接管与溢流分离器相连；水相液位控制器和气液控制器分置于卧式分离器壳体内，水相液位控制器和气液控制器出口分别连接水流量计、油流量计和气体流量计及气液缓冲罐，通过出口接管汇集于油水气汇管，油水气汇管连接气液出口。本实用新型体积小、重量轻、结构简单整个装置内外部无辅助电控系统，长期运行稳定可靠，且压力损失小；适用于任何流型的气液自动分相在线计量、尤其是间歇来液、气液变化比较大的气液混输多相流量测量，分相油量测量精确度可达到±0.5～2％。
文档编号E21B43/34GK201241690SQ200820030089
公开日2009年5月20日 申请日期2008年8月19日 优先权日2008年8月19日
发明者寿焕根 申请人:寿焕根