專利名稱：油水分離方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將油水兩相混合液進(jìn)行分離的方法，特別是關(guān)于一種應(yīng)用在海洋生產(chǎn)平臺、水下生產(chǎn)系統(tǒng)以及陸上油氣田分離系統(tǒng)中的油水分離方法及裝置。

背景技術(shù)：
目前，在海上油氣田和陸上油氣田生產(chǎn)過程中，油水分離工藝占據(jù)著很重要的地位，螺旋管分離技術(shù)作為一項新的分離技術(shù)，目前還沒有在工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。中國科學(xué)院力學(xué)所的一項實用新型專利“一種復(fù)合式油水分離裝置”(專利公開號CN 201101907Y)中首次將螺旋管分離技術(shù)與其它分離技術(shù)結(jié)合應(yīng)用在分離器中，它采用對螺旋管外壁進(jìn)行開孔將水相放出的方法實現(xiàn)油水的分離。在較低的螺旋管入口流速下，重力加速度對螺旋管內(nèi)油水分布情況起著重要的影響作用，當(dāng)入口流速較大、重力加速度相對于離心加速度較小時，此時管內(nèi)油水分布情況也不同于低流速下管內(nèi)的油水分布。通過連接管將螺旋管內(nèi)分離出的油輸送到中心集液管后，等旋轉(zhuǎn)半徑螺旋管內(nèi)流體流速會降低，分離效率會逐漸變差，并且螺旋管的開孔位置也影響螺旋管的整體分離效率。


發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種將油氣田中油水精確分離的油水分離方法及裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種油水分離方法，其包括以下內(nèi)容1)設(shè)置一螺旋管，所述螺旋管分為一體連通的等旋轉(zhuǎn)半徑的上部管和變旋轉(zhuǎn)半徑的下部管，所述下部管設(shè)置為倒錐形，在所述下部管的管壁內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置若干孔洞，在所述下部管的中心設(shè)置一集油管，所述集油管通過若干個連接管連接對應(yīng)的所述孔洞；2)利用油水之間的密度差以及油水混合液在所述螺旋管中旋轉(zhuǎn)流動產(chǎn)生的離心力，使密度較大的水相液體向下部管管壁外側(cè)移動，使油相液體在水相液體的壓力作用下，向下部管管壁內(nèi)側(cè)聚集，同時利用逐漸減小下部管的旋轉(zhuǎn)半徑，使得油水混合液在流速逐步降低的情況下，離心加速度保持穩(wěn)定，分離后的水相液體和油水液體，分別通過下部管底部的水相出液口和集油管底部的油相出液口流出。
所述上部管的長度為，根據(jù)所述上部管的長度得到所述上部管的圈數(shù)為，其中R為所述螺旋管的旋轉(zhuǎn)半徑；D為螺旋管內(nèi)徑；ucont為油相的動力粘度；d為水相顆粒直徑；ρdisp為水相顆粒的密度；ρcont為油相密度；u為油水混合液在所述螺旋管入口的流速。
所述上部管的長度采用以下步驟得到1)假設(shè)油水混合液在所述上部管中的流動為理想狀態(tài)的層流，且油水兩相液體之間不存在剪切作用，則水相顆粒受到的離心加速度為，從而可得到水相顆粒的離心力為其中u為油水混合液在所述螺旋管入口的流速，g為水相顆粒的重力加速度，R為所述螺旋管的旋轉(zhuǎn)半徑，ρdisp為水相顆粒的密度，V為水相顆粒的體積；由于所述上部管內(nèi)的流動為層流，將離心加速度的公式帶入斯托克斯重力沉降公式中，可得水相顆粒的沉降速度為，其中d為水相顆粒直徑；ρcont為油相密度；μcont為油相的動力粘度；2)根據(jù)沉降速度和所述螺旋管的管內(nèi)徑確定水相顆粒在所述上部管內(nèi)的沉降時間為t＝D/υ′；3)根據(jù)水相顆粒的沉降時間和油水混合液在所述螺旋管入口的流速確定所述上部管的長度為 所述下部管的螺旋線方程為，其中ρ0為螺旋線上的一點到原點的長度；t為螺旋線上一點的旋轉(zhuǎn)角度，其取值范圍為0<t<2π；γ為錐面素線與中心線的夾角；α為第m圈螺旋線與錐面素線的夾角。
所述下部管的螺旋線采用以下步驟得到1)根據(jù)所述下部管第m圈的入口處旋轉(zhuǎn)半徑與第m圈出口處的旋轉(zhuǎn)半徑之間的約束條件，確定所述下部管第m圈的螺旋曲線為，其中α為第m圈螺旋線與錐面素線的夾角；ρ為螺旋線上的一點到原點的長度；τ為螺旋線的旋轉(zhuǎn)角；2)根據(jù)第m圈螺旋線方程得到所述下部管的螺旋線參數(shù)方程為 所述螺旋管的螺距大于等于所述螺旋管的管外徑的1倍、小于所述螺旋管的管外徑的2倍。
實現(xiàn)上述方法的裝置包括一螺旋管，所述螺旋管分為一體連通的等旋轉(zhuǎn)半徑的上部管和變旋轉(zhuǎn)半徑的下部管，所述下部管為倒錐形，在所述下部管的管壁內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置若干孔洞，在所述下部管的中心設(shè)置一集油管，所述集油管通過若干個連接管連接對應(yīng)的所述孔洞。
所述上部管的長度為，根據(jù)所述上部管的長度得到所述上部管的圈數(shù)為，其中R為所述螺旋管的旋轉(zhuǎn)半徑；D為螺旋管內(nèi)徑；ucont為油相的動力粘度；d為水相顆粒直徑；ρdisp為水相顆粒的密度；ρcont為油相密度；u為油水混合液在所述螺旋管入口的流速。
所述下部管的螺旋線方程為其中ρ0為螺旋線上的一點到原點的長度；t為螺旋線上一點的旋轉(zhuǎn)角度，其取值范圍為0<t<2π；γ為錐面素線與中心線的夾角；α為第m圈螺旋線與錐面素線的夾角。
所述螺旋管的螺距大于等于所述螺旋管的管外徑的1倍、小于所述螺旋管的管外徑的2倍。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明由于采用了一螺旋管，并將螺旋管分為一體連通的等旋轉(zhuǎn)半徑的上部管和變旋轉(zhuǎn)半徑的下部管，當(dāng)油水混合液經(jīng)過上部等旋轉(zhuǎn)半徑螺旋管流動后，可以產(chǎn)生離心力，使密度較大的水相液體向下部管管壁外側(cè)移動，同時油相液體在水相液體的壓力作用下向下部管管壁內(nèi)側(cè)聚集，因此實現(xiàn)了油水分離的狀態(tài)。2、本發(fā)明由于采用在下部管的管壁內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置若干個孔洞，以及在下部管的中心設(shè)置有集油管，使集油管通過若干個連接管與對應(yīng)的孔洞連接，從而使得聚集在下部管管壁內(nèi)側(cè)的油相液體可以通過連接管流入集油管，并由集油管底部油相出液口流出，水相液體則由下部管底部的水相出液口流出，因此實現(xiàn)了油水分離的目的。3、本發(fā)明由于采用倒錐形的下部管，使下部管的旋轉(zhuǎn)半徑逐漸減小，使得油水混合液在流速逐步降低的情況下，油水混合液在螺旋管出口處的離心加速度不小于在螺旋管入口處的離心加速度，提高了油水混合液的分離效果。4、本發(fā)明由于較精確地設(shè)計了上部等旋轉(zhuǎn)半徑螺旋管的長度和圈數(shù)，并確定螺旋管的螺距大于等于螺旋管管外徑的1倍或小于螺旋管管外徑的2倍，因此能有效地減小分離系統(tǒng)的體積，并有效地提高了油水混合液的分離效率，使油水分離更加精確。5、本發(fā)明由于精確地設(shè)計了下部管的螺旋線參數(shù)方程，因此進(jìn)一步提高了油水混合液的分離效率。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用在各種油氣田分離系統(tǒng)中。



圖1是本發(fā)明的整體示意圖 圖2是圖1的剖面示意圖 圖3是本發(fā)明的水相顆粒受力分析 圖4是本發(fā)明的下部管段螺旋線示意圖 圖5是本發(fā)明在低流速下螺旋管內(nèi)油水界面示意圖 圖6是本發(fā)明在高流速下螺旋管內(nèi)油水界面示意圖
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1、圖2所示，本發(fā)明設(shè)置一螺旋管1，螺旋管1分為一體連通的圓筒形等旋轉(zhuǎn)半徑的上部管2和倒錐形變旋轉(zhuǎn)半徑的下部管3。在下部管3的管壁內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置有若干個孔洞4，并在下部管3的中心設(shè)置一集油管5，集油管5通過若干個連接管6與下部管3內(nèi)壁上對應(yīng)的孔洞4連接。
本發(fā)明利用油水之間的密度差以及油水混合液在螺旋管1中旋轉(zhuǎn)流動產(chǎn)生的離心力，使油水混合液在上部管2內(nèi)逐漸產(chǎn)生分離，并進(jìn)入下部管3中，利用下部管3的變旋轉(zhuǎn)半徑實現(xiàn)進(jìn)一步精確的油水分離。密度較大的水相液體向下部管3的外側(cè)移動，油相液體則在水相液體壓力作用下沿徑向向下部管3的管壁內(nèi)側(cè)逐漸聚集，并使聚集在下部管3內(nèi)側(cè)管壁的油相液體可通過連接管6流入集油管5內(nèi)。此時，由于分離出的油相液體通過連接管6不斷的流入集油管5，導(dǎo)致了螺旋管1內(nèi)剩余的油水混合液整體流速降低，從而導(dǎo)致了油水混合液的離心加速度減小，因此本發(fā)明采用逐漸減小下部管3的旋轉(zhuǎn)半徑，從而使得油水混合液的離心加速度不會逐漸變小。最終實現(xiàn)了油水的分離，使下部管3內(nèi)為體積份數(shù)較大的水相液體，并由下部管3底部的水相出液口7流出；集油管5內(nèi)為體積份數(shù)較大的油相液體，并由集油管5底部的油相出液口8流出。
上述實施例中，可以采用以下步驟求出油水混合液基本分離時所需要的m-1圈上部管2的長度和圈數(shù) 1)假設(shè)油水混合液在上部管2中的流動為理想狀態(tài)的層流，水相顆粒直徑為d，上部管2的螺旋半徑為R，油水混合液的在入口流速為u，且油水兩相液體之間不存在剪切作用，則體積為V的水相顆粒受到的離心加速度a為 a＝u2/R(1) 如圖3所示，由于考慮到水相顆粒還受到重力加速度g的作用，實際上體積為V的水相顆粒受到離心加速度a的方向并不是水平向外的，而是與水平方向存在一定的夾角

由公式(1)可推得水相顆粒運移速度與水平方向夾角為

而實際上水相顆粒的離心加速度a為 從而可得到水相顆粒的離心力F為 上述各公式中，u為油水混合液在螺旋管1的入口流速；g為水相顆粒的重力加速度；R為上部管2的旋轉(zhuǎn)半徑；ρdisp為水相顆粒的密度，即分散相密度； 由于上部管2內(nèi)的流動為層流，將離心加速度a的公式(2)帶入Stokes(斯托克斯)重力沉降公式中，可得出油水混合液在螺旋管1入口的流速為u時水相顆粒的沉降速度υ′為 式中，d為水相顆粒直徑；ρcont為油相顆粒密度，即連續(xù)相密度；μcont為油相的動力粘度。由公式(4)可以看出，上部管2內(nèi)水相顆粒在油相中的沉降速度υ′與水相顆粒直徑d、油水混合液在螺旋管1入口的流速u成二次方關(guān)系，與水相和油相的兩相液體之間密度差(ρdisp-ρcont)成正比。
2)根據(jù)沉降速度υ′和螺旋管1的管徑D確定沉降時間t螺旋管1管徑D的尺寸選擇要綜合考慮油水混合液在螺旋管1入口時的流速u、油水混合液的流量Q以及系統(tǒng)整體壓降ΔP等因素，即D＝f(Q，u，ΔP，…)。在螺旋管1的管徑為D時，水相顆粒在上部管2內(nèi)的沉降時間t為 t＝D/υ′　　　　(5) 3)根據(jù)沉降時間t和水相顆粒在螺旋管1入口的流速u確定使油水充分分離所需要的上部管2的長度L為 由公式(6)可知，當(dāng)水相顆粒受到水平方向的加速度比較大時，水相顆粒受到的重力加速度g可以忽略，則此式可簡化為 根據(jù)上部管2的長度L可確定為達(dá)到油水混合液充分分離所需要的上部管2的圈數(shù)m-1為 由公式(8)可以計算出在流體流速與管徑一定時，不同情況下的水相顆粒充分沉降所需要的上部管2的圈數(shù)。
由上述步驟1)中離心加速度a的公式(1)可知，若本發(fā)明采用等旋轉(zhuǎn)半徑的螺旋管，油水混合液在螺旋管1出口處的離心加速度aout要小于在入口處的離心加速度ain，即aout<ain。若要保證油水混合液有效地分離，則油水混合液在螺旋管1出口處的離心加速度aout應(yīng)不小于在入口處的離心加速度ain，也就是aout≥ain，因此本發(fā)明采用了變旋轉(zhuǎn)半徑的下部管3，從而使油水混合液在螺旋管1出口處的離心加速度不會變小，保證了油水混合液的分離效果不會變差。
上述實施例中，可以根據(jù)公式(1)對油水混合液在螺旋管1出口處的離心加速度aout和在入口處的離心加速度ain進(jìn)行求解。當(dāng)油水混合液在第m-1圈上部管2分離后，進(jìn)入第m圈下部管3內(nèi)繼續(xù)不斷的分離。此時，設(shè)在螺旋管1入口的油水混合液流量為Q，在第m圈下部管3的管壁內(nèi)側(cè)開的孔洞4的數(shù)量為n，則從每一孔洞4通過連接管6流入集油管5的油相液體流量為Δq，螺旋管1的管徑為D，集油管5的管徑為dcen?？傻玫接退旌弦涸诼菪?入口處的流速u為 u＝4Q/πD2 (9) 在第m圈末端出口處油水混合液的流速為 u1＝4(Q-nΔq)/πD2 (10) 設(shè)下部管3第m圈的入口處旋轉(zhuǎn)半徑為R0，即m-1圈上部管2的旋轉(zhuǎn)半徑為R0；下部管3第m圈的出口處旋轉(zhuǎn)半徑為R1，則油水混合液在下部管3入口處的離心加速度為 ain＝u2/R0＝16Q2/π2D4R0(11) 油水混合液在下部管3末端出口處的離心加速度為 aout＝u12/R1＝16(Q-nΔq)2/π2D4R1(12) 因此，為保證油水混合液在螺旋管1出口處離心加速度不會變小，要逐漸減小螺旋管1的旋轉(zhuǎn)半徑。所以本發(fā)明采用了下部管3。下部管3第m圈的入口處旋轉(zhuǎn)半徑R0與第m圈出口處的旋轉(zhuǎn)半徑R1應(yīng)滿足如下條件 如圖4所示，上述實施例中，油水混合液從上向下流入第m圈下部管3的管段時，可根據(jù)下部管3第m圈的入口處旋轉(zhuǎn)半徑R0與第m圈出口處的旋轉(zhuǎn)半徑R1之間的約束條件(13)確定下部管3的螺旋曲線，即確定變旋轉(zhuǎn)半徑，以進(jìn)一步提高油水分離的效率，其步驟包括 1)假設(shè)下部管3的管距為常數(shù)Δh，并保證Δh>D時，設(shè)在第m圈螺旋線終端處有一點M0，M0沿螺旋線即Z軸正向旋轉(zhuǎn)一角度τ后到達(dá)點M1，M1再旋轉(zhuǎn)一角度dτ后到達(dá)點M2，其中點M0和點A在一條錐面素線上，點M2和點B在一條錐面素線上。如圖4所示，由于在OM2上存在一點N使得M1N⊥OM2，則在直角三角形M1NM2中有M1N＝ρ·dτ，NM2＝OM2-OM1＝dρ。
則由可知cotα·dτ＝dρ/ρ，對此式兩邊積分有 ∫cotα·dτ＝∫dρ/ρ (14) 由公式(14)可求得lnρ＝cotα·τ+c，即 ρ＝c·eτ·cotα (15) 其中α下部管3第m圈上的螺旋線與錐面素線的夾角；ρ為OM1的長度，c為積分常數(shù)，τ為OM0與OM1的夾角，α為第m圈螺旋線與錐面素線的夾角； 當(dāng)τ＝0時，有因此可求出常數(shù)c的公式為 將公式(16)帶入公式(15)中可得下部管3的第m圈螺旋線方程為 2)確定下部管3的各圈螺旋線的方程如圖4所示，由弧長公式可知弧AB＝O1A×t，同時弧AB＝OA×(τ+dτ)＝OA×τ，則有O1A×t＝OA×τ，又因為因此可求得 τ＝sinγ·t (18) 上式式中γ為OA與中心線OO1之間的夾角，t為點M0的旋轉(zhuǎn)角度，即O1A與O1B之間的夾角； 將式(18)帶入式(17)中得 將式(19)轉(zhuǎn)變?yōu)閰?shù)方程后，可得到第m圈螺旋線的參數(shù)方程為 其中t為點M0旋轉(zhuǎn)角度，其取值范圍為0<t<2π；Δh為下部管3的管距； 第m圈以后每圈的螺旋線參數(shù)方程依次類推，第m+1圈變螺旋管入口處的旋轉(zhuǎn)半徑為第m圈變螺旋管出口處的旋轉(zhuǎn)半徑，并且第m+1圈螺旋管出口處旋轉(zhuǎn)半徑要滿足公式(13)的約束條件。
上述各實施例中，螺旋管1的螺距應(yīng)大于等于螺旋管1管外徑的1倍或小于螺旋管1管外徑的2倍，考慮到加工以及施工等其它因素，螺距還可適當(dāng)增大。因此這樣設(shè)計螺距能有效地減小分離系統(tǒng)的體積，并且提高了油水混合液的分離效率，這種分離系統(tǒng)尤其適合在海洋采油平臺的分離系統(tǒng)中使用。
本發(fā)明在使用時，系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)完全依靠系統(tǒng)進(jìn)出口壓差進(jìn)行工作，不需要外部動力輸入，沒有可移動部件。主要是利用油水之間的密度差以及通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使油水混合液產(chǎn)生分離，使油相液體聚集在下部管3的管壁內(nèi)側(cè)，當(dāng)油水混合液在螺旋管1入口流速u較低、油水混合物的離心加速度a相對于重力加速度g不大時，下部管3管壁內(nèi)側(cè)聚集的油相液體與水想液體之間的界面近似呈斜“C”型(如圖5所示)；當(dāng)油水混合液在螺旋管1入口流速u增大時，離心加速度a也會逐漸增大，螺旋管1內(nèi)油水重力沉降分離作用相對于離心分離作用逐漸變得不明顯，也就是當(dāng)離心加速度a與重力加速度g的比值u2/Rg足夠大，此時下部管3管壁內(nèi)側(cè)聚集的油相液體與水相液體之間的界面近似呈倒“V”字型(如圖6所示)。由此可知，無論何種情況本發(fā)明都能實現(xiàn)將油相液體集中在螺旋管1管壁的內(nèi)側(cè)，不受限于油水混合液在螺旋管1入口的流速u。在不同工況下，在下部管3管壁內(nèi)側(cè)不同位置開孔以及選擇合理的開孔數(shù)量，會給整個分離系統(tǒng)的總體分離效率造成影響，螺旋管1的變旋轉(zhuǎn)半徑的選取、開孔位置以及孔間距越合理，螺旋管1分離效率將會越高。
上述各實施例中，還可以在結(jié)構(gòu)和連接上有其它變化，例如，集油管5與下部管3的管壁內(nèi)側(cè)上孔洞4的連接是可以變化的，凡是基于本發(fā)明技術(shù)方案上的變化和改進(jìn)，不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1、一種油水分離方法，其包括以下內(nèi)容
1)設(shè)置一螺旋管，所述螺旋管分為一體連通的等旋轉(zhuǎn)半徑的上部管和變旋轉(zhuǎn)半徑的下部管，所述下部管設(shè)置為倒錐形，在所述下部管的管壁內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置若干孔洞，在所述下部管的中心設(shè)置一集油管，所述集油管通過若干個連接管連接對應(yīng)的所述孔洞；
2)利用油水之間的密度差以及油水混合液在所述螺旋管中旋轉(zhuǎn)流動產(chǎn)生的離心力，使密度較大的水相液體向下部管管壁外側(cè)移動，使油相液體在水相液體的壓力作用下，向下部管管壁內(nèi)側(cè)聚集，同時利用逐漸減小下部管的旋轉(zhuǎn)半徑，使得油水混合液在流速逐步降低的情況下，離心加速度保持穩(wěn)定，分離后的水相液體和油水液體，分別通過下部管底部的水相出液口和集油管底部的油相出液口流出。
2、如權(quán)利要求1所述的油水分離方法，其特征在于所述上部管的長度為
根據(jù)所述上部管的長度得到所述上部管的圈數(shù)為
其中R為所述螺旋管的旋轉(zhuǎn)半徑；D為螺旋管內(nèi)徑；ucont為油相的動力粘度；d為水相顆粒直徑；ρdisp為水相顆粒的密度；ρcont為油相密度；u為油水混合液在所述螺旋管入口的流速。
3、如權(quán)利要求2所述的油水分離方法，其特征在于所述上部管的長度采用以下步驟得到
1)假設(shè)油水混合液在所述上部管中的流動為理想狀態(tài)的層流，且油水兩相液體之間不存在剪切作用，則水相顆粒受到的離心加速度為
從而可得到水相顆粒的離心力為
其中u為油水混合液在所述螺旋管入口的流速，g為水相顆粒的重力加速度，R為所述螺旋管的旋轉(zhuǎn)半徑，ρdisp為水相顆粒的密度，V為水相顆粒的體積；
由于所述上部管內(nèi)的流動為層流，將離心加速度的公式帶入斯托克斯重力沉降公式中，可得水相顆粒的沉降速度為
其中d為水相顆粒直徑；ρcont為油相密度；μcont為油相的動力粘度；
2)根據(jù)沉降速度和所述螺旋管的管內(nèi)徑確定水相顆粒在所述上部管內(nèi)的沉降時間為
t＝D/v′
3)根據(jù)水相顆粒的沉降時間和油水混合液在所述螺旋管入口的流速確定所述上部管的長度為
4、如權(quán)利要求1所述的油水分離方法，其特征在于所述下部管的螺旋線方程為
其中ρ0為螺旋線上的一點到原點的長度；t為螺旋線上一點的旋轉(zhuǎn)角度，其取值范圍為0<t<2π；γ為錐面素線與中心線的夾角；α為第m圈螺旋線與錐面素線的夾角。
5、如權(quán)利要求4所述的油水分離方法，其特征在于所述下部管的螺旋線采用以下步驟得到
1)根據(jù)所述下部管第m圈的入口處旋轉(zhuǎn)半徑與第m圈出口處的旋轉(zhuǎn)半徑之間的約束條件確定所述下部管第m圈的螺旋曲線為
其中α為第m圈螺旋線與錐面素線的夾角；ρ為螺旋線上的一點到原點的長度；τ為螺旋線的旋轉(zhuǎn)角；
2)根據(jù)第m圈螺旋線方程得到所述下部管的螺旋線參數(shù)方程為
6、如權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的油水分離方法，其特征在于所述螺旋管的螺距大于等于所述螺旋管的管外徑的1倍、小于所述螺旋管的管外徑的2倍。
7、一種如權(quán)利要求1～6所述方法的油水分離裝置，其特征在于它包括一螺旋管，所述螺旋管分為一體連通的等旋轉(zhuǎn)半徑的上部管和變旋轉(zhuǎn)半徑的下部管，所述下部管為倒錐形，在所述下部管的管壁內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置若干孔洞，在所述下部管的中心設(shè)置一集油管，所述集油管通過若干個連接管連接對應(yīng)的所述孔洞。
8、如權(quán)利要求7所述的油水分離裝置，其特征在于所述上部管的長度為
根據(jù)所述上部管的長度得到所述上部管的圈數(shù)為
其中R為所述螺旋管的旋轉(zhuǎn)半徑；D為螺旋管內(nèi)徑；ucont為油相的動力粘度；d為水相顆粒直徑；ρdisp為水相顆粒的密度；ρcont為油相密度；u為油水混合液在所述螺旋管入口的流速。
9、如權(quán)利要求7所述的油水分離裝置，其特征在于所述下部管的螺旋線方程為
其中ρ0為螺旋線上的一點到原點的長度；t為螺旋線上一點的旋轉(zhuǎn)角度，其取值范圍為0<t<2π；γ為錐面素線與中心線的夾角；α為第m圈螺旋線與錐面素線的夾角。
10、如權(quán)利要求7或8或9所述的油水分離裝置，其特征在于所述螺旋管的螺距大于等于所述螺旋管的管外徑的1倍、小于所述螺旋管的管外徑的2倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油水分離方法及裝置，其包括以下內(nèi)容設(shè)置一螺旋管，螺旋管分為一體連通的等旋轉(zhuǎn)半徑的上部管和變旋轉(zhuǎn)半徑的下部管，下部管設(shè)置為倒錐形，在下部管的管壁內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置若干孔洞，在下部管的中心設(shè)置一集油管，集油管通過若干個連接管連接對應(yīng)的孔洞；利用油水之間的密度差以及油水混合液在螺旋管中旋轉(zhuǎn)流動產(chǎn)生的離心力，使密度較大的水相液體向下部管管壁外側(cè)移動，使油相液體在水相液體的壓力作用下，向下部管管壁內(nèi)側(cè)聚集，同時利用逐漸減小下部管的旋轉(zhuǎn)半徑，使得油水混合液在流速逐步降低的情況下，離心加速度保持穩(wěn)定，分離后的水相液體和油水液體，分別通過下部管底部的水相出液口和集油管底部的油相出液口流出。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用在各種油氣田分離系統(tǒng)中。
文檔編號B01D17/02GK101518696SQ20091008113
公開日2009年9月2日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者濤 王, 李清平 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心