本发明涉及分离器，尤其涉及一种用于深水环境的沉箱式气、液两相水下分离器。
背景技术：
随着海上石油天然气工业技术的迅速发展和人们对能源的需求，深水油气田的开发已成为今后海洋石油发展的重点。其中，水下分离器是水下生产系统的关键设备，其主要功能包括：气、液两相分离或油、气、水三相分离。水下分离系统越来越多的使用在水下生产系统开发中，它的使用不仅支持水下生产系统的流动保障，提高采收率，而且，减少了上部依托设施设备等，为水下生产系统提供了有力的技术支持。
目前，水下分离系统的深水项目既包括：油、气、水三相分离系统，也包括：气、液两相分离系统；既有重力式分离器，又有立式沉箱式分离器。已经运营的水下沉箱式分离器与水下管汇组装为整体设备进行气、液重新分配及外输。由于其结构庞大，不够紧凑，安装程序较复杂；且由于其电潜泵不能独立回收，当电潜泵出现故障时，必须将整个水下分离器及沉箱提出水面进行维修或更换，给设备的维修或更换带来一定的困难。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种沉箱式气、液两相水下分离器，其结构简单，不仅能够对气、液气外输，解决了必须依赖于水下管汇才能进行外输的问题，大大提高工程效率；而且，当电潜泵出现故障时，能够单独回收电潜泵，并对其进行维修或更换，大大节省了工程费用；为其在中国南海的工程化应用，提供了技术保障。
本发明的目的是由以下技术方案实现的：
一种沉箱式气、液两相水下分离器，其特征在于：包括：为实现气液旋流分离的上部容器本体、与上部容器本体连接的管道系统、与外部设施连接的连接系统、安装在上部容器本体，管道系统及连接系统上的保护结构、安装在保护结构上的控制设备，其中，上部容器本体与位于分离器下部的沉箱进行连接；来自海底各井口的采出物，首先经过多相流输送管路汇集，然后，通过管道进入上部容器本体内，分离出的液相通过电潜泵和出液管道输送到水上处理设施；分离出的气相以自身压力为动力向上流动，通过出气管道输送到水上处理设施；出液管道一路输送至处理设施，另一路重新汇入多相流入口管道进行二次分离；上部容器本体内安装有定位油管和承受油管自身重力的油管挂，油管采用滑道式对中，用以实现电潜泵的单独回收。
所述上部容器本体为锻件，包括：数个出气、出液及入口管嘴；上部容器本体的顶部装有防屑帽，上部容器本体的下面安装有底部连接装置；底部连接装置的下部与连接器母头连接在一起，最终与沉箱连接；底部连接装置的侧面需要和井口连接器组装在一起，最终与虚拟井口头在水下连接锁定。
所述保护结构为数层板状结构，保护结构包括：上层分离器保护结构和间隔一定距离设在下层的下层分离器保护结构由数根立柱连接构成，其中，上层分离器保护结构和下层分离器保护结构上分别设有透水孔；且上层分离器保护结构上设有数个水下阀门操作和开关位置指示孔和节流阀操作孔；上层分离器保护结构上还分别设置有水下机器人操作把手和数个吊耳，保护结构上设置数个阳极块，为分离器模块提供阴极保护；且立柱上分别设置有钢丝绳套筒。
所述出液管道中的两路管道上分别设置有数个第一水下阀门；出气管道上设置有第二水下阀门和节流阀，通过调节节流阀的开度来控制分离器内气相的压力。
所述管道系统中分别设置有出液管道水下连接器公头、出气管道水下连接器公头、入口管道水下连接器公头；海上安装时，出液管道水下连接器公头、出气管道水下连接器公头、入口管道水下连接器公头分别与橇外的跨接管连接。
所述控制设备包括：水下控制模块、安装在保护结构上的水下机器人电飞线操作面板和水下机器人液飞线操作面板，其中，水下控制模块将分离器中的压力数据传递给控制室，用来控制分离器工艺参数，同时接收控制室的指令，并将指令转化成液压信号，用来操作水下阀门；水下机器人液飞线操作面板上设置有多路快速接头和临时停放多路快速接头，海上连接时，用来连接脐带缆。
所述沉箱为圆柱形结构，沉箱的下面设有沉箱下封头，沉箱下封头为平盖封头，沉箱位于泥面以下，与上部容器本体在水上连接后，一起下放到水下的虚拟井口中；沉箱内固定有电潜泵，该沉箱将分离出的液相通过管串外输到处理终端；沉箱的管串外壁上固定有管道扶正器。
所述底部连接装置为台阶式圆柱形锻件；底部连接装置上设有密封圈固定槽，用来定位井口连接器的密封圈。
所述油管挂包含：一个油通道和数个气通道，从电潜泵提升上来的液相，通过油通道和分离器出液管嘴进入出液管道；
所述上部容器本体的内部安装有内部压力帽，内部压力帽用以隔离分离器本体介质与外部的海水，内部压力帽内设置有数个密封圈。
本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，其结构简单，不仅能够对气、液气外输，解决了必须依赖于水下管汇才能进行外输的问题，大大提高工程效率；而且，当电潜泵出现故障时，能够单独回收电潜泵，并对其进行维修或更换，大大节省了工程费用；为其在中国南海的工程化应用，提供了技术保障。
附图说明
图1-1为本发明整体立体结构示意图。
图1-2为本发明整体结构侧视示意图。
图2-1为本发明管道布置立体结构示意图。
图2-2为本发明管道布置俯视示意图。
图3-1为本发明分离器上部容器本体立体结构示意图。
图3-2为本发明分离器上部容器本体俯视示意图。
图3-3为本发明分离器上部容器本体另一方向立体结构示意图。
图3-4为图3-1中a向示意图。
图3-5为图3-1中b向示意图。
图3-6为图3-3中c向示意图。
图4为本发明分离器沉箱剖面图。
图中主要标号说明：
1-上层分离器保护结构、2-钢丝绳套筒、3-水下控制模块、4-水下机器人电飞线的操作面板、5-第一水下阀门操作和开关位置指示孔、6-下层分离器保护结构、7-出液管道水下连接器公头、8-法兰、9-节流阀操作孔、10-水下机器人操作把手、11-第二水下阀门操作和开关位置指示孔、12-阳极块、13-出气管道水下连接器公头、14-吊耳、15-保护结构、16-透水孔、17-第三水下阀门操作和开关位置指示孔、18-上部容器本体、19-防屑帽、20-入口管道水下连接器公头、21-管道系统、22-沉箱、23-电潜泵、24-管道扶正器、25-多路快速接头、26-水下机器人液飞线的操作面板、27-入口螺旋管管道、28-出气管道、29-出液管道、30-第一水下阀门、31-第二水下阀门、32-节流阀、33-第三水下阀门、34-入口直管段管道、35-直管段水下阀门、36-管道支撑、37-三通、38-分离器出气管嘴、39-分离器出液管嘴、40-分离器入口管嘴、41-底部连接装置、42-内部压力帽、43-第一电飞线通道、44-油管挂、45-气通道、46-油通道、47-第二电飞线通道、48-密封圈固定槽、49-第三电飞线通道、50-连接器、51-沉箱下封头。
具体实施方式
本发明设计原理为气液旋流分离，来自海底各井口的采出物进入沉箱，液体进入沉箱的集液区，经电潜泵和输油管线送往水上处理设施，气相以自身压力，即：沉箱内部工作压力为动力向上流动，经气体输送管线送往水上处理设施。
如图1-1至图4所示，本发明包括：为气液分离提供空间，并实现气液旋流分离的上部容器本体18、实现气液旋流分离，并与上部容器本体18连接的的管道系统21、与外部设施连接的连接系统、安装在上部容器本体18，管道系统21及连接系统上的保护结构15、安装在保护结构15上的控制设备，其中，上部容器本体18与位于分离器下部的沉箱22进行连接；
上述上部容器本体18上安装有内部压力帽42，内部压力帽42用以隔离分离器本体介质与外部的海水，内部压力帽42内设置有数个密封圈；上部容器本体18的顶部装有防屑帽19，目的是为了保证上部容器本体18内部压力帽42顶部的清洁，防止附着海生物。
上述保护结构15为数层板状结构，保护结构15包括：上层分离器保护结构1和间隔一定距离设在下层的下层分离器保护结构6两部分，并由设在上层分离器保护结构1和下层分离器保护结构6四角的立柱并采用焊接方式连接构成，其中，上层分离器保护结构1和下层分离器保护结构6上分别设有透水孔16，以减小整个结构的入水阻力；且上层分离器保护结构1上设有数个水下阀门操作和开关位置指示孔(本实施例为：第一水下阀门操作和开关位置指示孔5,第二水下阀门操作和开关位置指示孔11,第三水下阀门操作和开关位置指示孔17)和节流阀操作孔9，便于水下机器人对水下阀门和节流阀进行操作；上层分离器保护结构1和立柱上设置有水下机器人操作把手10，用以辅助水下机器人作业；同时，其四个角分别设置有钢丝绳套筒2，用以海上安装定位提供辅助；其顶部还设置数个吊耳14(本实施例为4个)，且保护结构15上还设置有阳极块12，为分离器模块提供阴极保护。
上述管道系统21中分别设置有出液管道水下连接器公头7、出气管道水下连接器公头13、入口管道水下连接器公头20；海上安装时，出液管道水下连接器公头7、出气管道水下连接器公头13、入口管道水下连接器公头20分别与橇外的跨接管连接；管道系统21中的水下阀门均为焊接连接，但节流阀与管道之间通过法兰8连接。
上述控制设备包括：水下控制模块3、安装在保护结构15上的水下机器人电飞线操作面板4和水下机器人液飞线操作面板26，其中，水下控制模块3将分离器中的压力数据传递给控制室，用来控制分离器工艺参数，同时，可以接收控制室的指令，并将指令转化成液压信号，用来操作水下阀门；水下机器人液飞线操作面板26上设置有多路快速接头25和临时停放多路快速接头，海上连接时，用来连接脐带缆。
上述沉箱22内固定有电潜泵23，该沉箱22将分离出的液相通过管串外输到处理终端；沉箱22的管串外壁上固定有管道扶正器24，用以避免沉箱22碰撞而损坏。
如图2-1，图2-2所示，来自海底各井口的采出物，首先经过多相流输送管路汇集，然后，通过入口直管段管道34和入口螺旋管管道27进入上部容器本体18内，分离出的液相通过电潜泵23和出液管道29输送到水上处理设施；分离出的气相以自身压力为动力向上流动，通过出气管道28输送到水上处理设施。出液管道29通过三通37分为两路，一路通过出液管道水下连接器公头7输送至处理设施，另一路重新汇入多相流入口管道进行二次分离，在两路管道中分别设置有第一水下阀门30和第二水下阀门31。出气管道28中设置有第三水下阀门33和节流阀32，通过调节节流阀32的开度来控制分离器内气相的压力。多相流入口管道上设置有直管段水下阀门35，入口螺旋管管道27上设置管道支撑36，用来承载管道载荷，管道支撑36采用焊接方式安装在分离器上部容器本体18上。
如图3-1，图3-2，图3-3所示，上部容器本体18为锻件，包括：数个管嘴(本实施例为：分离器出气管嘴38、分离器出液管嘴39、分离器入口管嘴40三个管嘴)及分别安装在分离器出气管嘴38上面的防屑帽19和分离器入口管嘴40下面的底部连接装置41，其中，底部连接装置41是用来连接沉箱22和虚拟井口头。
如图3-4，图3-5，图3-6所示，本发明为实现电潜泵23的单独回收，油管对中采用滑道式对中。油管挂44位于上部容器本体18内，油管挂44是一个截面复杂的锻件，其功能是定位油管和承受油管自身重力，在油管挂44下放到分离器本体内的某一位置时，油管挂44沿着分离器本体内壁的导向轨边下放边旋转，最终实现油管与分离器筒体管道的对中定位。
上述油管挂44内包含：一个油通道46和数个气通道45，从电潜泵23提升上来的液相，通过油通道46和分离器出液管嘴39进入出液管道29。气通道45的个数和直径需根据工艺参数进行计算确定。本发明使用内部压力帽42隔离分离器本体介质与外部的海水，内部压力帽42内可设置2-3个密封圈，在分离器顶部设置防屑帽19，用以防止附着海生物。第一电飞线通道43为气相压力传感器预留电接头；分离器下部同样设置若干传感器，用来测量液位和油水分解位，其电接头预留在第二电飞线通道47内；为电潜泵23供电的电缆及信号缆，通过第三电飞线通道49穿越，第三电飞线通道49预留电接头，在油管挂44内提前开孔，油管旋转对中的同时，实现第三电飞线通道49与油管挂44内预留孔的对中。
上述底部连接装置41为台阶式圆柱形锻件，其下部与连接器50母头采用焊接方式连接在一起，最终与沉箱22通过连接器50连接；底部连接装置41侧面需要和井口连接器组装在一起，最终与虚拟井口头在水下连接锁定；底部连接装置41上设有密封圈固定槽48，用来定位井口连接器的密封圈。
如图4所示，本发明分离器下部沉箱22为圆柱形结构，沉箱22的下面设有沉箱下封头51，沉箱下封头51为平盖封头，沉箱22位于泥面以下，与分离器上部容器本体18在水上通过连接器50连接后一起下放到水下的虚拟井口中。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。