專利名稱：多層等流型聚并油水分離器及分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田采油領(lǐng)域一種采出液處理裝置，具體地說(shuō)是一種多層等流型聚并
油水分離器及分離方法。
背景技術(shù)：
目前油田污水系統(tǒng)中油珠的直徑是非常小的，99%以上的油珠直徑處于微米級(jí)， 根據(jù)斯托克定律可知，油珠在液體中的上升速度與油珠的直徑的平方成正比，因此污水中 的油、水分離相對(duì)而言難度更大。目前油田采取增加擋板及過(guò)濾的傳統(tǒng)油、水分離方法存在 擋板不等流及過(guò)濾器堵塞導(dǎo)致分離效率不理想問(wèn)題，盡管采取各種改進(jìn)措施，但在提高分 離效率上已經(jīng)達(dá)到了極限，無(wú)法滿足日益增加的污水處理量的要求，導(dǎo)致污水處理站污水 沉降罐多、管匯繁雜，占地面積大，這對(duì)今后污水的處理量需求是一個(gè)很大的制約。例如統(tǒng) 計(jì)大慶油田一個(gè)采油廠2008年污水處理量為1 X 108m3多，污水處理站44座，污水沉降罐共 計(jì)119個(gè)，污水過(guò)濾罐共計(jì)590個(gè)，占地面積達(dá)52X10V。同時(shí)由于現(xiàn)在大慶油田處于高 含水期，油井含水率較高，若能通過(guò)在井下安裝油水分離器，來(lái)實(shí)現(xiàn)油水分離，并將分離后 的水注入其它地層(即同井注采工藝)，可以減少地面污水處理系統(tǒng)負(fù)荷，同時(shí)采出液含水 率也將降低，從而延長(zhǎng)油井關(guān)閉時(shí)間，節(jié)省生產(chǎn)成本，提高效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多層等流型聚并油水分離器 及分離方法，該分離器有效地解決油田地面及井下油、水分離難問(wèn)題，成倍提高油水分離效 率，從而減少污水處理裝置數(shù)量、大小以及延長(zhǎng)高含水油井的壽命，可以減少地面污水處理 系統(tǒng)負(fù)荷，同時(shí)采出液含水率也將降低，節(jié)省生產(chǎn)成本，提高效益。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案內(nèi)容是該多層等流型聚并油水分離器包括中心管，中 心管的外壁從上至下等距安裝有一組沉降杯，沉降杯與沉降杯之間有間隙，沉降杯的杯體 底面為多棱面狀，沉降杯的杯體中部為空心圓柱狀，沉降杯的杯體最上沿為鋸齒形，沉降杯 的杯體與中心管之間有環(huán)形空間且環(huán)形空間對(duì)應(yīng)的中心管開(kāi)有一組進(jìn)液孔，進(jìn)液孔下方的 每個(gè)沉降杯的杯腔內(nèi)放置環(huán)形濾料容器，濾料容器套在中心管上。 上述的杯體底面相鄰兩棱面所形成的凸棱與水平方向夾角為30° ，沉降杯的上端
為與沉降杯的杯體底面棱狀相配合的齒形，沉降杯的杯座套在中心管上，杯座上開(kāi)有條形
缺口，杯座的兩側(cè)分別固定有限位柱，杯座的上端有與限位柱相配合的限位孔。 所述中心管在靠近每個(gè)沉降杯內(nèi)側(cè)底部的位置上開(kāi)進(jìn)液孔，個(gè)數(shù)為4-10個(gè)，孔徑
0. 9mm_l. 2mm。 上述的濾料容器內(nèi)裝有弱親油性核桃殼濾料，料濾層厚度在10-100mm之間，濾層 滲透率為10-100 ii m2，核桃殼濾料的直徑在0. 5-3mm之間。 上述的中心管上套有上定位套，上定位套的下端與最上面的沉降杯的限位孔插接 后由螺釘與中心管相固定，最下面的沉降杯的杯座上套有下定位套，下定位套由螺釘與中心管相固定。 地面及井下油水分離方法是在沉降分離罐內(nèi)或抽油泵下放置多組通過(guò)串、并聯(lián) 方式組合而成的多層等流型聚并油水分離器；油水混合液先流經(jīng)分離器中心管上的每個(gè)沉 降杯，并與沉降杯下部多個(gè)棱狀表面接觸，沉降杯表面具有親油憎水特性，沉降杯底部外兩 瓦棱狀表面夾角棱線表面具有輕微親油特性；油水混合液中分離出的油珠在浮力和親油特 性的表面材料作用下沿棱形面傾角聚集并加速上升，并在棱線部位碰撞聚并、聚集形成更 大直徑油珠后再沿沉降杯上部的外壁聚集上升溢出沉降杯；油水混合液再流經(jīng)分離器沉降 杯內(nèi)底部放置的濾料，沉降杯中的濾料也具有輕微親油特性；油水混合液中的小油珠在流 經(jīng)濾層時(shí)被吸附、聚集到濾料顆粒表面而形成大油膜，大油膜在克服吸附力和重力的情況 下上浮出濾層；分離后的混合液通過(guò)中心管上的進(jìn)液孔流入中心管被排出；沉降分離器所 有進(jìn)液孔的總處理量應(yīng)使所有沉降杯中的液體在杯中的停留時(shí)間滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，且 中心管上所有進(jìn)液孔的進(jìn)液量應(yīng)近似相等。 上述的沉降分離過(guò)程中，沉降分離器所有進(jìn)液孔的總處理量應(yīng)使所有沉降杯中的 液體在杯中的停留時(shí)間滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，且中心管上所有進(jìn)液孔的進(jìn)液量應(yīng)近似相等 (即等流)，可通過(guò)改變進(jìn)液孔的過(guò)流面積、每個(gè)沉降杯內(nèi)側(cè)底部的位置上開(kāi)有的進(jìn)液孔的 個(gè)數(shù)及沉降杯的個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使中心管最上面沉降杯的單個(gè)孔口流量與最下面沉降杯 的單個(gè)孔口流量相對(duì)差值小于5%，即近似相等。 本發(fā)明的有益效果是1、多沉降杯把油水混合液分成若干份，利用具有選擇性且 呈棱面狀上升型的底部外輪廓，使分離后的油珠迅速聚集、上升，達(dá)到有效分離油珠的目 的。2、所有進(jìn)液孔的總處理量可以使所有沉降杯中的液體在杯中有足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間，且 中心管上所有進(jìn)液孔的進(jìn)液量應(yīng)近似相等，從而保證了油珠在沉降杯中進(jìn)行充分有效的分 離。3、沉降杯內(nèi)放置有環(huán)形弱親油性核桃殼濾料層，利用油藏理論，油水混合液中的小油珠 在流經(jīng)濾層時(shí)被吸附、聚集到弱親油性濾層顆粒表面而形成大油膜，大油膜再在克服吸附 力和重力的情況下上浮出濾層，保證了油水混合液中一次分離不出的油珠再次分離出來(lái)。 4、克服了現(xiàn)有各類油、水分離方法存在的缺陷，特別是能解決傳統(tǒng)分離方法中不等流問(wèn)題， 使在相同時(shí)間內(nèi)處理的液流中油的含量降到最低，達(dá)到提高分離效率、增加處理能力及節(jié) 能降耗的目的。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是附圖1中沉降杯的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中l(wèi)-中心管，2-沉降杯，3-濾料容器，4-進(jìn)液孔，5-杯體底面，6-杯座，7-條 形缺口，8_限位孔，9_限位柱，10-上定位套，11-下定位套，12-未處理液體，13-處理后液 體。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
5
該多層等流型聚并油水分離器是由多組中心管1、沉降杯2、濾料容器3及核桃殼 濾料構(gòu)成；沉降罐內(nèi)并、串聯(lián)安裝多組中心管l，中心管1上等間距安裝多個(gè)沉降杯2，沉降 杯2與沉降杯2之間有間隙，沉降杯2的杯體底面5為多棱面狀，棱面及棱線部位能夠使油 珠碰撞聚并、聚集形成更大直徑油珠，沉降杯2的杯體與中心管1之間有環(huán)形空間且環(huán)形空 間對(duì)應(yīng)的中心管1開(kāi)有一組等徑的進(jìn)液孔4，每個(gè)沉降杯2對(duì)應(yīng)的中心管1上開(kāi)有的進(jìn)液孔 4的個(gè)數(shù)為4-10個(gè)，進(jìn)液孔4的過(guò)流面積在0. 2mm2-7mm2之間，能夠保證液體在杯中的停留 時(shí)間有利于分離，進(jìn)液孔4下方的每個(gè)沉降杯2的杯腔內(nèi)放置環(huán)形濾料容器3，濾料容器3 內(nèi)放置有弱親油性濾料，濾料容器3套在中心管1上。 杯體底面5相鄰兩瓦棱面所形成的凸棱與水平方向夾角為30° ，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示， 凸棱與水平方向夾角為30。時(shí)，油珠沿斜面上升速度最快、聚并最充分，油水分離效果最 好，沉降杯2的杯體中部為空心圓柱狀，沉降杯2的上沿為與沉降杯2的杯體底面5瓦棱狀 相配合的鋸齒形，沉降杯2的杯座6套在中心管1上，杯座6上開(kāi)有條形缺口 7，杯座6的兩 側(cè)分別固定有限位柱9，杯座6的上端有與限位柱9相配合的限位孔8，上一個(gè)沉降杯2杯 座6上的限位柱9插入到下一個(gè)沉降杯2杯座6內(nèi)的限位孔8內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了沉降杯之間的連 接，這種連接方式穩(wěn)固有利油水分離。 濾料容器3內(nèi)裝有弱親油性核桃殼濾料，料濾層厚度在10-100mm之間，濾層滲透 率為10-100 ii m2，核桃殼濾料的直徑在0. 5-3mm之間。濾料對(duì)經(jīng)沉降杯2分離過(guò)的混合液 二次分離，使液流中油的含量降到最低，提離了分離效率。 在上述方案中中心管1上安裝有一組等距的沉降杯2，根據(jù)短距離運(yùn)移原理當(dāng)液 流速度、油珠直徑一定時(shí)，油珠分離出來(lái)所運(yùn)移的垂直距離直接影響油水分離效果。如果油 珠從底部開(kāi)始到分離出來(lái)所運(yùn)移的垂直距離為10m，現(xiàn)在將10m垂直距離用隔板等分成100 等份，則油珠分離出來(lái)的所運(yùn)移的垂直距離變?yōu)橹挥蠴. lm，在速度不變的情況下所用時(shí)間 下降了 IOO倍，分離效率提高了 100倍。因此在聚并分離器每根中心管上等間距安裝多個(gè) 沉降杯，減少油珠分離運(yùn)移距離，從而提高分離效率。 本發(fā)明采用等流原理分離器工作時(shí)，污水只有先進(jìn)入沉降杯2，而后通過(guò)中心管 1上的進(jìn)液孔才能進(jìn)入中心管1被排出，而等流的關(guān)鍵在于分離器工作時(shí)保持污水流經(jīng)每 個(gè)沉降杯2和進(jìn)液孔的流量相等。因此需要對(duì)進(jìn)液孔的孔徑設(shè)計(jì)進(jìn)行理論計(jì)算。
進(jìn)液孔的大小根據(jù)污水處理量精確計(jì)算，使得每個(gè)杯進(jìn)入油水分離器中心管的液
量相等，因此在每個(gè)沉降杯中液流下降速度為
&=^環(huán)=丄^" (1) "F環(huán) 式中n——為沉降杯的個(gè)數(shù) q——為單個(gè)沉降杯中的液量 Fg——油水分離器中心管與沉降杯外徑之間的的環(huán)形面積 對(duì)于油水混合物而言，由于存在密度差，因此二者要分離的話應(yīng)保證VT< Vff， Vff
是油水分離的速度。 由式(1)可以看出，液體流經(jīng)油水分離器時(shí)液流下降的速度VT減少了n倍(實(shí)驗(yàn) 用190個(gè)杯子，現(xiàn)場(chǎng)一般用好幾千個(gè)杯子)，這樣就比較容易實(shí)現(xiàn)Vff〈V^同時(shí)通過(guò)改變
6進(jìn)液孔的孔徑和沉降杯的個(gè)數(shù)，讓不同處理量的沉降罐每次處理的液體總量Q占所有沉降 杯總?cè)萘康谋壤荒苓^(guò)大，使得油水混合物有足夠的時(shí)間分離。
本發(fā)明采用聚并原理 若想油水分離效果好，必須使VT〈Vff (其中V T為液體向下流動(dòng)的速度；V^為油
珠在液體中的上升速度)。
用斯托克定律建立Vff表達(dá)式
P 從斯托克定律可以看出，油珠的直徑越大，Vff越大，油珠越容易上浮分離出來(lái)。因
此增大污水中油珠直徑可以有效提高油水分離效果。通過(guò)分離器沉降杯形狀設(shè)計(jì)來(lái)使油珠
聚并當(dāng)無(wú)數(shù)微小油珠聚集在一個(gè)狹窄的空間里，則油珠相互之間碰撞、聚并的幾率將會(huì)大
大增加；同時(shí)，通過(guò)阻擋的方式使狹窄的空間內(nèi)的油珠有足夠的時(shí)間碰撞、聚并成足夠大的
油滴。為此，設(shè)計(jì)了沉降杯底部結(jié)構(gòu)為傾斜的凸凹棱狀體，棱數(shù)12個(gè)，斜面24個(gè)。兩個(gè)斜
面夾角內(nèi)凹部分形成一個(gè)有利于油珠碰撞、聚并的狹窄空間，同時(shí)兩個(gè)斜面及內(nèi)凹夾角線
形成半封閉的阻擋區(qū)域，從而使油珠有較多的碰撞、聚并時(shí)間。 本發(fā)明利用油藏理論使油珠被吸附在濾料表面形成大油膜 根據(jù)油藏理論，在一定滲透率的親油巖層通道中，小油珠會(huì)粘附在親油通道壁上， 與后面來(lái)的小油珠碰觸聚并在一起，隨著不斷碰觸聚并，小油珠逐漸變大形成較大的油膜。 根據(jù)壓力梯度AP/L與流量Q的關(guān)系
,]n 其中，K是滲透率；A是截面積；L是液柱長(zhǎng)度；P是液體的粘度。 當(dāng)流量Q的值使得壓力梯度AP/L《0. 0016MPa/m時(shí)，油膜很容易上浮被帶出通 道。因此在分離器沉降杯內(nèi)底部增加1. 2cm厚的濾料層，在污水通過(guò)親油濾層時(shí)，小油珠聚 集在親油顆粒表面形成油膜，通過(guò)調(diào)整處理量，使向下抽汲力小于油膜的上浮力，這樣油膜 可以通過(guò)濾層孔隙通道上浮出濾層而被分離出來(lái)。 中心管1上套有上定位套IO，上定位套10的下端與最上面的沉降杯2的限位孔8 插接后由螺釘與中心管1相固定，上定位套10將最上面的沉降杯2與中心管1相固定，最 下面的沉降杯2的杯座6上套有下定位套ll，下定位套11由螺釘與中心管1相固定，下定 位套11將最下面的一個(gè)沉降杯2與中心管1相固定。 上述沉降杯2表面噴涂有具有親油憎水特性的表面性質(zhì)材料，有利于水油分離。
多層等流型聚并油水分離器安裝在沉降罐內(nèi)或抽油泵下，沉降罐內(nèi)或抽油泵下 并、串聯(lián)安裝多組分離器。油水混合液先流經(jīng)分離器中心管1上的每個(gè)由兩部分形態(tài)組成 的沉降杯l，油水混合液中分離出的油珠沿沉降杯1下部棱形面傾角加速上升，并在棱線部 位碰撞聚并、聚集形成更大直徑油珠后再沿沉降杯2上部的外壁聚集上升溢出沉降杯2 ;沉 降杯2內(nèi)的經(jīng)過(guò)初次分離后液體再通過(guò)杯子內(nèi)底部放置的濾料，濾料顆粒表面吸附、聚集 小油珠使之形成大油膜上浮出濾層，最后分離液再通過(guò)進(jìn)液孔4流入中心管1 ;中心管1上 所有進(jìn)液孔4的進(jìn)液量應(yīng)近似相等即等流，目的是使所有沉降杯2中的液體在杯中有足夠
7長(zhǎng)的停留時(shí)間，從而保證油珠在沉降杯1中進(jìn)行充分有效的分離。可通過(guò)改變進(jìn)液孔4的 過(guò)流面積、進(jìn)液孔4的個(gè)數(shù)及沉降杯2的個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)液體在杯中的停留時(shí)間滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)
際需要。 本發(fā)明可以適用于除油田以外的其它領(lǐng)域的油、水分離，實(shí)現(xiàn)油、水分離，提高分
離效率。
權(quán)利要求
一種多層等流型聚并油水分離器，包括中心管(1)、沉降杯(2)、濾料容器(3)及核桃殼濾料，其特征在于中心管(1)的外壁從上至下等距安裝有一組沉降杯(2)，沉降杯(2)與沉降杯(2)之間有間隙，沉降杯(2)的杯體底面(5)為多棱面狀，沉降杯(2)的杯體中部為空心圓柱狀，沉降杯(2)的杯體最上沿為與杯底棱面形狀對(duì)應(yīng)的鋸齒形，沉降杯(2)的杯體與中心管(1)之間有環(huán)形空間且環(huán)形空間對(duì)應(yīng)的中心管(1)開(kāi)有一組進(jìn)液孔(4)，進(jìn)液孔(4)下方的每個(gè)沉降杯(2)的杯腔內(nèi)放置環(huán)形濾料容器(3)，濾料容器(3)套在中心管(1)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層等流型聚并油水分離器，其特征在于杯體底部(5)相 鄰兩棱面所形成的凸棱與水平方向夾角為30。，沉降杯(2)的上端為與沉降杯(2)的杯體 底面(5)棱狀相配合的齒形，沉降杯(2)的杯座(6)套在中心管(1)上，杯座(6)上開(kāi)有條 形缺口 (7)，杯座(6)的兩側(cè)分別固定有限位柱(9)，杯座(6)的上端有與限位柱(9)相配 合的限位孔(8)。
3. 如權(quán)利要求l或2所述的多層等流型聚并油水分離器，其特征在于所述中心 管(1)在靠近每個(gè)沉降杯(2)內(nèi)側(cè)底部的位置上開(kāi)進(jìn)液孔(4)，個(gè)數(shù)為4-10個(gè)，孔徑 0. 9rnrn—1. 2mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層等流型聚并油水分離器，其特征在于濾料容器(3)內(nèi)裝有弱親油性核桃殼濾料，料濾層厚度在10-100mm之間，濾層滲透率為10-100 iim、核桃殼 濾料的直徑在0. 5-3mm之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多層等流型聚并油水分離器，其特征在于中心管(1)上套 有上定位套(IO)，上定位套(10)的下端與最上面的沉降杯(2)的限位孔(8)插接后由螺 釘與中心管(1)相固定，最下面的沉降杯(2)的杯座(6)上套有下定位套(ll)，下定位套 (11)由螺釘與中心管(1)相固定。
6. —種地面及井下油水分離方法，其特征在于是在沉降分離罐內(nèi)或抽油泵下放置多 組通過(guò)串、并聯(lián)方式組合而成的權(quán)利要求1或2所述的多層等流型聚并油水分離器；油水 混合液先流經(jīng)分離器中心管(1)上的每個(gè)沉降杯(2)，并與沉降杯(2)下部多個(gè)棱狀表面 接觸，沉降杯(2)表面具有親油憎水特性，沉降杯(2)底部外兩瓦棱狀表面夾角棱線表面具 有輕微親油特性；油水混合液中分離出的油珠在浮力和親油特性的表面材料作用下沿棱形 面傾角聚集并加速上升，并在棱線部位碰撞聚并、聚集形成更大直徑油珠后再沿沉降杯(2) 上部的外壁聚集上升溢出沉降杯(2);油水混合液再流經(jīng)分離器沉降杯(2)內(nèi)底部放置的 濾料，沉降杯(2)中的濾料也具有輕微親油特性；油水混合液中的小油珠在流經(jīng)濾層時(shí)被 吸附、聚集到濾料顆粒表面而形成大油膜，大油膜在克服吸附力和重力的情況下上浮出濾 層；分離后的混合液通過(guò)中心管(1)上的進(jìn)液孔(4)流入中心管(1)被排出；沉降分離器所 有進(jìn)液孔(4)的總處理量應(yīng)使所有沉降杯(2)中的液體在杯中的停留時(shí)間滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際 需要，且中心管(1)上所有進(jìn)液孔(4)的進(jìn)液量應(yīng)近似相等。
7. 如權(quán)利要求6所述的地面及井下油水分離方法，其特征在于上述的沉降分離過(guò)程 中，沉降分離器所有進(jìn)液孔(4)的總處理量應(yīng)使所有沉降杯(2)中的液體在杯中的停留時(shí) 間滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，且中心管(1)上所有進(jìn)液孔(4)的進(jìn)液量應(yīng)近似相等(即等流)， 可通過(guò)改變進(jìn)液孔(4)的過(guò)流面積、每個(gè)沉降杯(2)內(nèi)側(cè)底部的位置上開(kāi)有的進(jìn)液孔(4) 的個(gè)數(shù)及沉降杯(2)的個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使中心管(1)最上面沉降杯(2)的單個(gè)孔口流量與最下面沉降杯(2)的單個(gè)孔口流量相對(duì)差值小于5%，即近似相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多層等流型聚并油水分離器及分離方法。該多層等流型聚并油水分離器包括中心管(1)，中心管(1)的外壁從上至下安裝有一組沉降杯(2)，沉降杯(2)與沉降杯(2)之間有間隙，沉降杯(2)的杯體底面(5)為瓦棱狀，沉降杯(2)的杯體與中心管(1)之間有環(huán)形空間且環(huán)形空間對(duì)應(yīng)的中心管(1)開(kāi)有一組進(jìn)液孔(4)，進(jìn)液孔(4)下方的每個(gè)沉降杯(2)的杯腔內(nèi)放置環(huán)形濾料容器(3)，濾料容器(3)套在中心管(1)上。該分離器有效地解決油田地面及井下油、水分離難問(wèn)題，成倍提高油水分離效率，從而減少污水處理裝置數(shù)量、大小以及延長(zhǎng)高含水油井的壽命，同時(shí)采出液含水率也將降低，節(jié)省生產(chǎn)成本，提高效益。
文檔編號(hào)B01D17/025GK101773742SQ201010110839
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月21日
發(fā)明者彭占剛, 朱榮杰, 王德民, 王洪巖, 王研, 鐘榮 申請(qǐng)人:大慶油田有限責(zé)任公司