一种新型气井井口管式旋流脱水装置的制作方法

本实用新型涉及天然气开采领域，尤其涉及一种新型气井井口管式旋流脱水装置。

背景技术：

常规陆上天然气开采领域，基于生产计量、安全输送及高效管理等方面的考虑，需要在天然气生产的上游进行气液混合物的相间分离。所采用的分离装置多是以重力分离技术为主的卧式和立式沉降罐，该类型装置占地面积大、工程造价高、处理时间长、生产效率低。因地制宜，以旋流分离技术为关键技术的气液分离装置应用广泛，依据不同的流体流动方向，可以将分离装置分为切向逆流式、轴向逆流式和轴向直流式等；依据不同的结构形式，可以将分离装置分成柱状旋流式、柱—锥状旋流式、螺旋通道式和导流叶片式等。这其中以气液柱状旋流分离器(GLCC)的研究与应用最为成熟，经过国内外各大院校与石油公司三十多年来的不懈努力，其在分离机理、结构设计、仪控等方面的研究取得了重要成就。从工程应用来看，GLCC主要面向低气液比、低流速的流动工况，在非设计工况试验测试及应用过程中，比如油气处于环雾状流以及气液流速较高的工况，分离性能会遭到恶化，导致分离液膜沿器壁的轴向爬升，降低分离效率。高流速下气相出流通道聚集液膜的爬升损失以及高含液量下液相冲击撕裂导致的短路流损失，也是其他气液旋流分离装置应用过程中存在的问题。

国外石油公司计划应用的气液分离装置，可以总结其在设计过程中遵循的原则：设备高效紧凑化，将离心分离技术作为气液分离装置的关键技术，满足分离设备的高效性要求；避免分离器内部存在细小的孔洞与间隙，减少设备的磨损和堵塞，延长使用寿命，满足分离设备的安全性要求；分离器附加储液空间，提供液位检测装置足够的响应时间，便于远程监控，满足分离设备的稳定性要求。

目前，气田天然气井口无相关气液分离设备，导致集气管线含液较多，管线积液严重，国内相关气液分离器研究大多集中于面向试验室中理想的气液两相混合物，实际应用情况不理想，专利技术主要是对传统工艺或设备进行改进。中国石油大学(北京)孙国刚教授“一种前级分离器排气分级净化的多级旋风分离器系统”(CN103056048B)专利提供了一种可应用于炼油、化工、环保等行业的气固、气液多用途旋流分离器，其特点为多级分离，但该发明未见工业应用；为增强旋流分离器应用的目标性、高效性申请了专利“一种气液分离装置”(CN2832267Y)和“一种气液分离器”(CN100358638C)，这两项专利均保护同一种气液旋流分离设备，其特点为专门针对气液分离，且耐高压能够实现二次旋流分离，分离效率高，但入口流速要求苛刻，较多应用在工况稳定的炼厂；天津鑫宇环保科技发展有限公司杜红斌的发明专利“一种气液旋风分离器”(CN103240191B)完全借鉴了原始气固分离器的结构形式，实际应用过程中难免适应性不强；河北科技大学董金华的发明专利“一种气液分离器”(CN204280328U)借鉴了重力分离设备的原理，设备本身体积较大，很难适应天然气井场高压、集约、高效的要求；中石化上海工程有限公司陈愈安的发明专利“高效气液旋风分离器”(CN103816724A)为了解决现有技术中气液分离器设备直径较大、使用效率较低的问题，提出了该专利，其特点分为内外筒，且内筒包含填料，导致该设备应用过程中压降较大，且需定期清理填料，操作复杂，不利于无人值守的现场应用。发明专利“输气管道高效旋风分离器”(CN1133504C)开发了一种用于输气管道的高效旋风分离器，但该分离器仍然借鉴了气固分离器的结构形式，分离效率有待进一步提高。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种新型气井井口管式旋流脱水装置，包括：装置本体，装置本体设有入口和气相出口；

装置本体内部设有轴向导流机构，轴向导流机构一边附着在轴向导流轴，与轴向导流轴的附着处密封连接，轴向导流机构的另一边附着在分离室的内壁，与分离室内壁的附着处密封连接，保证气液混合流沿轴向导流机构的表面流动，轴向导流轴的端部设有半球形结构，半球形结构延伸进入分离室，分离室的外层设有二次分离导流室；分离室与气相出口之间设有环形缝隙；分离室和二次分离导流室通过环形缝隙连通，二次分离导流室下端连接有液相捕集装置，液相捕集装置的端部设有出液口；

分离后的气液混合物重相通过环形缝隙进入二次分离导流室，再由二次分离导流室进入下端的液相捕集装置，液相捕集装置侧边安装液位计。

优选地，轴向导流机构包括：多片轴向导流叶片；

轴向导流机构的轴向导流叶片数量为四片、或六片、或八片或者十二片；轴向导流叶片均匀布设在装置本体内部。

优选地，所述轴向导流机构的入口端线垂直于装置本体的纵切面，轴向导流机构的出口端线与装置本体的纵切面呈10-30度夹角。

优选地，所述轴向导流机构的入口端线与出口端线呈30-120度夹角。

优选地，装置本体为筒状结构；

所述轴向导流机构的长度为装置本体筒体直径的1-2.5倍，宽度约为装置本体筒体直径的0.125-0.375倍直径。

优选地，所述二次分离导流室设置于分离室的外部，二次分离导流室和分离室同轴心设置，所述二次分离导流室用于收集分离室分离的液相，以及收集分离室溢出的气相；还对分离室与液相捕集装置的连通进行缓冲。

从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：

新型气井井口管式旋流脱水装置采用轴向导流叶片获得旋流效果，因此可直接安装在采气管线上，分离器结构紧凑，缩小了设备体积，安装方便；轴向导流叶片，可以依据入口条件获得所需的旋流强度，提高了气液分离效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为新型气井井口管式旋流脱水装置整体示意图；

图2为图1中A-A向视图；

图3为新型气井井口管式旋流脱水装置整体示意图；

图4为轴向导流机构及导流轴示意图；

图5为轴向导流机构及导流轴侧向示意图；

图6为轴向导流叶片示意图；

图7为新型气井井口管式旋流脱水装置横向截面切向速度云图；

图8为轴向导流叶片长度对装置切向速度的影响图；

图9为轴向导流叶片片数对装置切向速度的影响图；

图10为轴向导流叶片入口端线与出口端线角度对装置切向速度的影响图；

图11为轴向导流叶片宽度对装置切向速度的影响图。

具体实施方式

为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

本实用新型提供了一种新型气井井口管式旋流脱水装置，如图1至11所示，包括：装置本体12，装置本体12设有入口1和气相出口8；

装置本体12内部设有轴向导流机构2，轴向导流机构2一边附着在轴向导流轴3，与轴向导流轴3的附着处密封连接，轴向导流机构2的另一边附着在分离室5的内壁，与分离室5内壁的附着处密封连接，保证气液混合流沿轴向导流机构2的表面流动，轴向导流轴3的端部设有半球形结构4，半球形结构4延伸进入分离室5，分离室5的外层设有二次分离导流室6；分离室5与气相出口8之间设有环形缝隙7；分离室5和二次分离导流室6通过环形缝隙7连通，二次分离导流室6下端连接有液相捕集装置9，液相捕集装置9的端部设有出液口11；

分离后的气液混合物重相通过环形缝隙7进入二次分离导流室6，再由二次分离导流室6进入下端的液相捕集装置9，液相捕集装置9侧边安装液位计10。

其中，轴向导流叶片一边密封焊接在轴向导流轴的表面，与轴向导流轴的附着处保持密封，另一边附着在分离室的内壁，与分离室内壁的附着处保持密封，保证气液混合流沿轴向导流叶片的表面流动。依据对所获取旋流强度的不同要求，轴向导流机构2包括：多片轴向导流叶片14；轴向导流机构2的轴向导流叶片14数量为四片、或六片、或八片或者十二片；轴向导流叶片14均匀布设在装置本体12内部。轴向导流叶片的入口端线垂直于纵切面，依据对所获取旋流强度的不同要求，轴向导流叶片的出口端线与纵切面之间的夹角a的范围为10-30度夹角。

轴向导流叶片的入口端线与出口端线的旋转夹角范围为30-120度。

装置本体12为筒状结构；依据对所获取旋流强度的不同要求，轴向导流机构2的长度为装置本体12筒体直径2d的1-2.5倍，宽度约为装置本体12筒体直径2d的0.125-0.375倍直径。二次分离导流室6设置于分离室5的外部，二次分离导流室6和分离室5同轴心设置，所述二次分离导流室6用于收集分离室分离的液相，以及收集分离室5溢出的气相；还对分离室5与液相捕集装置9的连通进行缓冲。

下面详细说明本发明提供的一种新型气井井口管式旋流脱水装置的运行过程。本发明提供的新型气井井口管式旋流脱水装置运行时，气液混合物由入口1轴向进入脱水装置，经轴向导流机构2，由轴向流转变为旋转流，产生切向速度，进入分离室5，进入分离室5的气液混合物中的重相液态水和部分重组分，因为切向速度导致的离心力存在，被加速甩向分离室5内壁，使气液两相分离，被甩向内壁的重相液态水和部分重组分沿分离室5内壁旋流前进，经由分离室5与出口8之间环形缝隙7进入二次分离导流室6，进入二次分离导流室6的主要包括重相液态水和部分重组分，这些重相进入二次分离导流室6之后，由于重力作用进入液相捕集装置9，当液相捕集装置9内液相达到设计位置，经由排液口11排除。由图7可以知道，气液混合物由入口1轴向进入脱水装置，经轴向导流机构2后，气液混合物由典型的轴向流转变为具有明显切向速度的旋转流。由图8可以知道，随着导流叶片长度的增加，本发明获得的切向速度，即旋流强度逐渐减小。由图9可以知道，随着导流叶片片数的增加，本发明获得的切向速度，即旋流强度逐渐增强。由图10可以知道，随着导流叶片入口端线与出口端线角度的增加，本发明获得的切向速度，即旋流强度逐渐增强。由图11可以知道，随着导流叶片宽度的增加，本发明获得的切向速度，即旋流强度逐渐增强。因此可根据所需旋流强度强弱，改变导流叶片宽度、长度、片数以及叶片入口端线与出口端线角度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。