一种基于GLCC的气液分离计量装置的设计

一种基于GLCC的气液分离计量装置的设计

孙晓飞陈涛熊森孙祖臣王崇峰

（西安思坦仪器股份有限公司，陕西西安710065）

摘要：对于井口产出液的分离计量一般采用重力式分离计量罐，设备尺寸大、体积大，制造成本相对较高。本论文设计了一种基于GLCC分离计量装置，该装置结合了GLCC分离结构和浮子液位控制机构。通过现场实验数据对比，该装置测试精度高，尺寸小，制造成本低。

关键词：GLCC;液位控制；流体仿真;井口计量

1.引言

目前随着油田采油工艺的不断改进，井口产出液的精确计量已经越来越重要，其直接关系到整个油田的年产量。油田井口产出液通常都是油气水三相，如果要精确的计量原油，首先要做的就是对油气水三相进行有效分离，分离之后便可以对气液两相分别计量。分离器在油田是很常见的分离设备，传统的分离器都属于容积式，其主要原理就是依靠气液两相密度差实现重力分离，需要较长的停留时间，因此容器式分离器体积大、笨重、投资高。为了控制分离器的高度和体积，减少现场计量的费用，研制了一种基于GLCC(gas-liquidcylindricalcyclone，简称GLCC)的气液分离计量装置[1]，它具有结构简单、紧凑、能耗低、质量轻、应用方便等优点。通过旋流分离管的流场分析，优化射流管结构，提高气液分离效率，并通过试验分析评价其分离性能[2]。

2.结构原理

2.1工作原理

基于GLCC的气液分离计量装置主要由柱状旋流分离管和浮子液位控制机构组成，其在结构上综合了GLCC分离器和传统重力式分离器的优点，总体尺寸较传统重力式分离器有大幅的降低，同时采用了先进的柱状旋流技术，分离效果比传统重力式分离器有大幅的提高[3]。

气液分离计量装置它的主体结构由带有倾斜切向入口的垂直管和气、液相出口组成。待分离的气液混合物在一定压力下通过倾斜切向入口进入柱状气液旋流分离器中，并在分离器内高速旋转，产生强大的离心力场。由于流体中气液两相密度的不同，导致其所受的离心力不同，从而气相向气液旋流分离器轴心处运动，形成向上的内旋流气核，液相向器壁运动，形成向下的外旋流，促使两相迅速分离。柱体内气液将形成旋涡形界面，上部为气体空间，下部为液体空间。气液分离后，气从气体出口排出，液从液体出口排出。

柱状旋流分离器内部所产生的离心力代替重力来实现气液两相的分离。一般情况下，柱状旋流分离器内的离心力一般是重力的几百倍甚至上千倍，从而实现高效的分离[4]。顶部气流中的含液量和底部液流中的含气量将直接影响GLCC的的分离效果。为了避免气相中夹带液滴或者液相中夹带气泡的现象，分离计量装置同时设置浮子液位控制机构，对气液两相再进行二次分离，二次分离的原理主要是基于浮子平衡设计的。通过建立正确的浮子平衡方程式，采用浮子控制结构，使分离器实现良好的气液平衡，达到理想的分离效果。

2.2基本结构设计

基于GLCC的气液分离计量装置的结构主要由入口管、过滤器组件、射流管组件、柱状旋流管、液体控制组件、液位控制组件、气体控制组件组成。井口产出液经过过滤器组件的初步过滤，通过射流管进入柱状旋流分离管内进行初步分离，初步分离后的气相向上运动，分离后的液相向下运动。气相和液相通过浮子控制结构后实现二次分离，分离后的气相通过上方的气体流量计进行计量，分离后的液相通过液体流量计进行计量，最后两相汇合后进入集油管道。

3.结构分析

分离计量装置中射流管对于装置的分离效果作用很大，一般射流管有单管型和双管型，同时射流管又分为直管和变径管。

旋流分离管不变，我们在不同流量下对单射流管、双射流管、变径射流管分别用FLENT进行流体仿真[5]，可以得到其轴向、切向速度分布图，如图1、2所示。

图1流量390m³/d下轴向速度分布图图2流量390m³/d下切向速度分布图

从以上四个图中可以看出，双射流管中心的速度分布较其他两种类型的要大很多，这种类型的流场更有助于气液的分离，故在分离计量装置中我们采用双射流管。

4.总结

（1）双射流管有利于气液混合物的旋流分离，有利于形成气液两相稳定流场；

（2）基于GLCC和浮子液位控制的气液分离计量装置能够避免分离过程中气相中夹带液相，液相夹带气相的现象，有利于提高分离效率。

参考文献

[1]王红玲.一种新型的气液旋流分离器设计[J].机械设计与制造.2009,8(8):35～37；

[2]王晓莉.GLCC多相流计量装置用于单井计量[J].油气田地面工程，2005;24(3):37；

[3]只伟.基于GLCC技术的油气水三相流测量技术研究与应用[D].天津：天津大学，2011；

[4]RosnayiD.Arismendi.UTILIZATIONOFGAS-LIQUIDCYLINDRICALCYCLONE(GLCC)COMPACTSEPARATORFORSOLIDSREMOVALINGASDRILING[D].THEUNIVERSITYOFTULSA

[5]王福军.计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004

作者简介：孙晓飞（1983年—）男，机械工程师，单位为西安思坦仪器股份有限公司，主要研究方向为三相分离技术。