[发明专利]一种海底沉箱式气液分离器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海底沉箱式气液分离器及方法，属于海洋石油工程领域。

背景技术

目前，世界范围内的油气资源开发正在向深水、极深水延伸。深海油田的开采过程一般包括水下生产井完井、采油树与井口回接采集油气资源、各油井管线通过跨接管与管汇系统连接、海底立管输送油气至海上平台、海上平台处理油气及贮存输送等环节。

随着油气资源的开采不断加剧，海底油田面临一系列问题：产出水不断增加，浮式生产设施的水处理负荷加重；井口背压增大，造成油井产量下降；储层压力不断降低，采收率下降；海底立管油气水混输，易在管道中形成水合物造成管道冰堵；井口采出液中含砂对生产系统存在潜在破坏。

在水下生产系统中增设各种水下处理设施来解决上述问题，而水下分离器在其中扮演着至关重要的角色。井口采出的多相流体经管汇汇集后，没有经海底立管直接输往水上处理设施，而进入水下分离器在海底完成气液分离。现有的传统卧式分离器利用液体和气、固密度的不同而受到重力的不同来实现分离，但是其应用于海底气液分离，体积较大，安装困难，投资高，且大口径的筒体不利于克服深海水压；而利用离心力原理实现气液分离的旋流分离器处理空间较狭小，对气液比的变化过于敏感，可靠性不足。

为了适应海底气液分离环境，有必要发明一种海底分离装置，该装置应克服现有分离器在深海环境中的缺点，结构更加紧凑、承压能力更好及对气液比的适应能力较强，为深水油气田的经济、安全开采提供保障。

发明内容

本发明的目的在于克服现有分离器在深海环境中分离性能不足，提供一种海底沉箱式气液分离器及方法，实现气液分离、液相增压输送、气相自然举升、液位控制、液塞捕集、控砂消泡等功能。

本发明提供的一种海底沉箱式气液分离器，它包括上部的气液旋流分离模块、下部的沉箱模块，所述的气液旋流分离模块与沉箱模块中的沉箱通过螺纹连接，所述的沉箱内部还设有电潜泵管串。

所述气液旋流模块入口段为扩径缓冲加螺旋下倾的入口整流管设计，包括依次连接的入口来流管、扩径缓冲管、大角度弯管、螺旋下倾管及渐缩喷管。所述扩径缓冲管角度不大于15°，且立管段容积可容纳一个液塞液量；所述大角度弯管作为扩径缓冲管与螺旋下倾管的连接构件；所述螺旋下倾管下倾角度为27°；所述减缩喷管的长度取2-5倍的螺旋管管径。所述气液旋流模块主分离筒体段依据柱状气液旋流分离器设计公式进行设计，所述主分离筒体顶部设有电潜泵管串悬挂装置。所述气液旋流模块出口段包括气相出口和液相出口，分布在主分离筒体上部侧面。

所述气液旋流分离模块与所述沉箱模块应用螺纹连接，螺纹规格参考API 6A/17D，连接处设有一支撑框架，所述支撑框架位于海底泥线处，从而使所述的气液旋流分离模块与沉箱模块分别位于海底泥线以上和海底泥线以下；所述支撑框架中部设有一朝下渐扩的喇叭口，所述沉箱顶部自支撑框架下方连接于喇叭口的下端口处，所述主分离筒体自支撑框架上方连接于喇叭口的上端口处。

所述沉箱模块包括一个沉箱，该沉箱外部有套管进行保护，所述沉箱内的电潜泵管串包括位于沉箱下部的电机，电机上部有保护器，保护器上部依次为离心泵的吸入口及离心泵，整个由电机、保护器、吸入口、离心泵组成的电潜泵被护罩包围；

所述护罩上部设有一圈轴向导叶、底部设有一圈止旋叶片，沉箱底部位于止旋叶片下方的部分为储砂室，沉箱底部设有向上的凸起，护罩底部为过滤装置；所述离心泵顶部的出口连接有液相管，液相管上安装有单流阀及泄油阀；所述液相管向上延伸至所述气液旋流分离模块的主分离筒体内部，并与主分离筒体侧面的液相出口管相连；

所述电潜泵管串上还设有上、中、下三个压力传感器，其中上压力传感器始终位于沉箱的气相空间内，中、下压力传感器位于沉箱的液相空间内，所述压力传感器通过传输电缆连接。所述沉箱设定液位处的液相管上，安装有泡沫消除装置，泡沫消除装置下部为平行板加热器、中部为不锈钢筛网、上部为保护挡板。

本发明的工作过程如下：

1、多相流体经过入口管段的扩径缓冲段及沿切线方向与主分离筒体相连的螺旋下倾段时产生初步分离，螺旋下倾管与主分离筒体之间的倾斜角度为27°；

2、气液相预分离后进入主分离筒体，由于密度不同导致所受离心力不同，密度大的液相沿主分离筒体的筒壁流到沉箱液相空间，通过电潜泵增压沿液相管线输送至水面设施；其中，电潜泵出口相连液相管上安装有单流阀及泄油阀，单流阀防止泵反转，泄油阀防止起泵时液相管中的井液在卸油管时流到地面上；