本實(shí)用新型涉及一種海洋工程領(lǐng)域含水井流水下直接脫水外輸?shù)难b置，特別是涉及一種水下海底管道在線(xiàn)的三級(jí)旋流高效脫水裝置。

背景技術(shù)：

目前，國(guó)內(nèi)外海上油田的典型油氣集輸設(shè)施配置為“高壓井流→立管→平臺(tái)管匯→三相分離器→二級(jí)加熱器→二級(jí)分離器→電脫增壓泵→電脫加熱器→電脫水器→外輸泵→海底管道”，其中，整個(gè)油氣處理技術(shù)主要采用常規(guī)脫水設(shè)備且處理效率較低；此外，高壓井流經(jīng)過(guò)海底管道、立管和平臺(tái)管網(wǎng)長(zhǎng)距離輸送和各級(jí)處理系統(tǒng)脫水脫氣后，整個(gè)流程運(yùn)行的電能和熱能額外損耗嚴(yán)重，不僅增加了平臺(tái)電站設(shè)施的電負(fù)荷，而且還需要配備專(zhuān)門(mén)的熱介質(zhì)鍋爐、余熱回收裝置等熱站設(shè)施為油氣處理的各級(jí)加熱器提供大量的熱量。另一方面，海上平臺(tái)油氣處理系統(tǒng)脫水后的生產(chǎn)污水由于其較高的含油量，而需要配置專(zhuān)門(mén)的污水處理設(shè)施，即“斜板除油器→溶氣浮選機(jī)→核桃殼濾器→污水罐”或“污水增壓泵→水力旋流器→緊湊型氣浮→污水罐”處理成合格凈化水后回注地層或直接外排，且生產(chǎn)污水回注地層時(shí)還需要配置緩沖罐、注水泵、注水管匯和注水清管球發(fā)球筒等注水增壓設(shè)施增壓后才能滿(mǎn)足回注地層的壓力需求。目前應(yīng)用于海上平臺(tái)的緊湊型油水分離器通常采用水力旋流和單體旋流管并聯(lián)技術(shù)，以便縮小分離設(shè)備所占平臺(tái)甲板的空間，如美國(guó)FMC Technologies公司研發(fā)的脫水設(shè)備，然而目前國(guó)內(nèi)對(duì)海上平臺(tái)的緊湊型脫水技術(shù)研究尚處于試驗(yàn)研究階段。另外，針對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)專(zhuān)用的油氣水分離設(shè)備研究國(guó)內(nèi)外均還處于起步和試驗(yàn)階段。

由此，通過(guò)積極研制新型的海底管道在線(xiàn)高效脫水裝置，將現(xiàn)有的海上平臺(tái)油氣集輸和污水處理系統(tǒng)簡(jiǎn)化為水下海底管道在線(xiàn)油水分離系統(tǒng)，以便有效解決常規(guī)處理系統(tǒng)及其相關(guān)設(shè)施占地面積和重量大等弊端；而且無(wú)需配置立管和平臺(tái)管網(wǎng)等輸送管道、加熱器、增壓泵、外輸泵、污水處理等設(shè)備，同時(shí)無(wú)需額外配套熱站、加熱器等熱用戶(hù)設(shè)施以及增壓泵和外輸泵等電用戶(hù)設(shè)備，使得油氣集輸和污水處理的運(yùn)行耗能顯著下降，最終實(shí)現(xiàn)水下油水高效分離，達(dá)到提升深水油氣田開(kāi)發(fā)效益的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有海上平臺(tái)原油和生產(chǎn)污水處理設(shè)施存在的缺陷和不足，并改善水下油氣水分離設(shè)備尚處于起步和試驗(yàn)階段的研究現(xiàn)狀，本實(shí)用新型的目的是提供一種適合水下生產(chǎn)系統(tǒng)油井產(chǎn)液直接脫水外輸用的海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置。該脫水裝置與水下管匯和海底管道有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)海底管道在線(xiàn)安裝和運(yùn)行，同時(shí)依據(jù)水下三級(jí)旋流脫水系統(tǒng)和設(shè)備，具備原油和生產(chǎn)污水一體化處理，油氣水高效分離，生產(chǎn)污水快速深度處理等特點(diǎn)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是開(kāi)發(fā)一種海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置，主要由第一級(jí)脫水器、第二級(jí)脫水器、第三級(jí)脫水器和原油增壓器組成。水下油井產(chǎn)液由各井水下采油樹(shù)匯集至水下管匯并經(jīng)跨接管進(jìn)入第一級(jí)脫水器，實(shí)施第一級(jí)軸向高速渦流原油脫水處理，脫除油井產(chǎn)液中大部分的水相，第一級(jí)脫水處理后水中含油量較高的生產(chǎn)污水經(jīng)一級(jí)排水管進(jìn)入第二級(jí)脫水器，并實(shí)施第二級(jí)軸向分層旋流污水快速處理，脫除生產(chǎn)污水中大部分的油相，第二級(jí)脫水處理后水中含油量較低的生產(chǎn)污水經(jīng)二級(jí)排水管進(jìn)入第三級(jí)脫水器，實(shí)施第三級(jí)鼠籠式并聯(lián)旋流污水深度處理，脫除生產(chǎn)污水中剩余的油相，三級(jí)脫水處理后的油氣兩相流、二級(jí)油液和三級(jí)液流經(jīng)原油增壓器分別加壓后匯集于同一外輸海管內(nèi)形成高壓含氣原油并一起外輸，而合格的凈化水則經(jīng)三級(jí)排水管進(jìn)入輸水管匯中。

第一級(jí)脫水器采用柱狀單筒構(gòu)造，通體外覆海水防腐層，依據(jù)渦錐場(chǎng)中的離心分離作用實(shí)施第一級(jí)軸向高速渦流原油脫水處理，脫除水下油井產(chǎn)液中大部分的水相，它包括造渦流體、一級(jí)脫水筒、一級(jí)集油管、一級(jí)整流片、排油襯套和一級(jí)排油管，其中，造渦流體、一級(jí)集油管和一級(jí)整流片的材質(zhì)均選用超級(jí)雙向不銹鋼，而一級(jí)脫水筒的材質(zhì)采用不銹鋼且內(nèi)襯金屬陶瓷。造渦流體位于一級(jí)脫水筒的入口處，用來(lái)產(chǎn)生分股高速旋流束并使各股旋流束沿一級(jí)脫水筒的筒壁切向傾斜射出，它由渦流錐和渦流輪組成，渦流錐和渦流輪由同一材料一體切割成形；渦流錐采用圓錐體和圓柱體相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，其上錐體的錐度大于下錐體的錐度，同時(shí)渦流錐的上錐體和下錐體大端圓面的直徑均等于其中間柱體外環(huán)面的直徑，渦流錐的上錐體用來(lái)將油井產(chǎn)液順利引入渦流輪的各渦流齒上，而其下錐體則用來(lái)防止各股旋流束射出后的中央部位過(guò)早匯流而導(dǎo)致脫水后的油氣兩相流反向上升。渦流輪由16～24個(gè)渦流齒構(gòu)成，且各渦流齒沿渦流錐中間柱體的外環(huán)面均勻排列。每個(gè)渦流齒的軸向長(zhǎng)度均等于渦流錐中間柱體的高度，渦流齒的齒線(xiàn)采用組合曲線(xiàn)，其齒線(xiàn)頂端的切線(xiàn)與渦流錐的軸線(xiàn)保持平行，且其齒線(xiàn)的斜率由上而下依次減小，齒線(xiàn)底端的斜率為15°～20°；渦流齒的高度等于一級(jí)脫水筒入口處的內(nèi)表面直徑與渦流錐中間柱體外環(huán)面直徑的差值，且渦流齒上部倒角而切割成半圓錐面，所有渦流齒的半圓錐面均處于同一錐面上并與渦流錐上錐體的錐面重合；渦流齒的寬度由上而下逐漸加寬，由此渦流齒之間所在齒隙的截面面積不斷縮小，流經(jīng)渦流齒齒隙的油井產(chǎn)液流速得以不斷提升并最終形成高速旋流束后射出。

一級(jí)脫水筒內(nèi)分股高速旋流束形成渦錐場(chǎng)并實(shí)施油井產(chǎn)液的第一級(jí)脫水處理，它采用厚壁筒體且其內(nèi)表面采用圓柱面和圓錐面相結(jié)合的形式，一級(jí)脫水筒依次由造渦管、渦錐管、整流管、三通型排油管和一級(jí)排水管組成，造渦管、渦錐管和整流管的軸向長(zhǎng)度依次增大，且渦錐管內(nèi)錐面大端圓面的直徑等于造渦管的內(nèi)徑而渦錐管內(nèi)錐面小端圓面的直徑則等于整流管和一級(jí)排水管的內(nèi)徑，整流管和一級(jí)排水管間設(shè)置三通型排油管，并通過(guò)排油襯套與一級(jí)排油管進(jìn)行聯(lián)接。造渦管的管壁與渦流齒的齒頂面之間采用過(guò)盈配合而實(shí)現(xiàn)造渦流體的定位，同時(shí)整流管的管壁與各整流片的片頂面間采用過(guò)盈配合而實(shí)現(xiàn)一級(jí)整流片的定位。

一級(jí)集油管位于一級(jí)脫水筒中整流管的中央部位，用來(lái)及時(shí)收集第一級(jí)脫水處理后含少量水的油氣兩相流并將其導(dǎo)入一級(jí)排油管后再排出第一級(jí)脫水器，它采用90°等徑彎管，一級(jí)集油管的起始端所在端面被切割成圓錐狀，且該起始端面的錐度等于一級(jí)脫水筒中渦錐管的錐度；一級(jí)集油管的末端通過(guò)螺紋與排油襯套進(jìn)行聯(lián)接，其軸線(xiàn)與一級(jí)脫水筒中三通型排油管的軸線(xiàn)重合。排油襯套的法蘭盤(pán)與三通型排油管和一級(jí)排油管的法蘭盤(pán)直徑均相等，排油襯套內(nèi)表面采用錐面和柱面相結(jié)合的形狀，且排油襯套內(nèi)表面中的柱面直徑等于一級(jí)集油管的內(nèi)徑，而排油襯套內(nèi)表面中的錐面大端圓面直徑則等于一級(jí)脫水筒中的一級(jí)排油管內(nèi)部錐面大端圓面的直徑。

一級(jí)整流片用來(lái)將第一級(jí)脫水處理后的生產(chǎn)污水由旋渦流整流成均勻的軸向流，它由8～16片結(jié)構(gòu)相同的整流片組成并沿一級(jí)集油管的管壁均勻排列，一級(jí)整流片通過(guò)圓周焊的方式而內(nèi)接于一級(jí)集油管，同時(shí)各整流片的旋向相同并且分別與渦流輪中各渦流齒的旋向保持一致。一級(jí)整流片各整流片的輪廓線(xiàn)均為弧線(xiàn)段與直線(xiàn)段相組合的旋線(xiàn)，其弧線(xiàn)段中的上弧線(xiàn)下凹而下弧線(xiàn)上凸，且弧線(xiàn)段中上弧線(xiàn)起始端的切線(xiàn)和下弧線(xiàn)末端的切線(xiàn)均與一級(jí)脫水筒的軸線(xiàn)間保持平行。各整流片的厚度沿其輪廓線(xiàn)的弧線(xiàn)段逐漸增大，并在弧線(xiàn)段中上弧線(xiàn)的起始端收縮為一條斜線(xiàn)同時(shí)在下弧線(xiàn)的末端達(dá)到最大，然后各整流片的厚度沿其輪廓線(xiàn)的直線(xiàn)段保持不變，由此旋渦流可以順利切入各整流片上并逐漸整流成軸向流。

第二級(jí)脫水器采用管狀短三筒構(gòu)造，通體外覆海水防腐層，依據(jù)旋流場(chǎng)實(shí)施第二級(jí)軸向分層旋流污水快速處理，脫除生產(chǎn)污水中大部分的油相，它包括二級(jí)脫水筒、二級(jí)軸流筒、二級(jí)排油管、左墊板和右隔板，二級(jí)軸流筒通體采用超級(jí)雙向不銹鋼，二級(jí)脫水筒則采用不銹鋼且內(nèi)襯金屬陶瓷。二級(jí)脫水筒采用變徑三通筒式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高速流動(dòng)生產(chǎn)污水的緩沖，其筒體的軸線(xiàn)與一級(jí)脫水筒和三級(jí)脫水筒的軸線(xiàn)處于同一平面且三條軸線(xiàn)相互間垂直布置，整體呈現(xiàn)出類(lèi)U形的特殊結(jié)構(gòu)；二級(jí)脫水筒的入口管段位于第二級(jí)脫水器的中間部位，且其入口管段內(nèi)徑小于二級(jí)脫水筒的內(nèi)徑，而等于一級(jí)脫水筒中一級(jí)排水管的內(nèi)徑。二級(jí)脫水筒筒體的左端通過(guò)左墊板與二級(jí)排油管進(jìn)行聯(lián)接并實(shí)現(xiàn)密封，且其右端通過(guò)右隔板與第三級(jí)脫水筒的二級(jí)排水管進(jìn)行聯(lián)接并實(shí)現(xiàn)密封；左墊板采用盤(pán)狀法蘭，其中央內(nèi)環(huán)面采用螺紋通孔并與二級(jí)軸流筒相聯(lián)接，同時(shí)右隔板中央的通孔與二級(jí)軸流筒外環(huán)面間過(guò)盈配合，共同實(shí)現(xiàn)二級(jí)軸流筒在二級(jí)脫水筒內(nèi)的定位。

二級(jí)軸流筒內(nèi)分層旋轉(zhuǎn)的生產(chǎn)污水形成旋流場(chǎng)實(shí)施油井產(chǎn)液的第二級(jí)污水快速處理，它采用分體式雙筒結(jié)構(gòu)，其軸線(xiàn)與二級(jí)脫水筒的軸線(xiàn)重合，由此形成由內(nèi)而外三筒同心布置的特殊構(gòu)造。二級(jí)軸流筒包括造旋流筒、螺旋齒、內(nèi)收油筒和外軸流筒，造旋流筒設(shè)計(jì)為內(nèi)外雙筒，其造旋外筒的壁厚等于外軸流筒的壁厚，同時(shí)造旋外筒的外環(huán)面與外軸流筒直筒段的外環(huán)面處于同一柱面上，而造旋內(nèi)筒的壁厚則等于內(nèi)收油筒的壁厚，且造旋內(nèi)筒的內(nèi)部錐面小端圓面直徑等于內(nèi)收油筒中出油筒段的內(nèi)徑。造旋流筒的造旋外筒和造旋內(nèi)筒相互組合并構(gòu)成環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽內(nèi)容納有螺旋齒，造旋外筒的筒壁上鉆有沿圓周方向均勻排列且分層的射水孔。每個(gè)射水孔均采用圓柱形孔眼，其軸線(xiàn)均與造旋流筒的軸線(xiàn)相垂直，同時(shí)射水孔的孔壁外側(cè)與造旋外筒的內(nèi)表面相切且射水孔的孔壁內(nèi)側(cè)與造旋內(nèi)筒的外環(huán)面相切，以保證生產(chǎn)污水由射水孔射出后可以沿造旋外筒和造旋內(nèi)筒的筒壁同時(shí)形成旋轉(zhuǎn)流。造旋內(nèi)筒的外環(huán)面采用柱面而內(nèi)表面則采用錐面，以便于將第二級(jí)脫水處理后的二級(jí)油液及時(shí)排出。造旋外筒和造旋內(nèi)筒右側(cè)的筒壁上均加工有密封性管螺紋，并分別與外軸流筒和內(nèi)收油筒連接在一起。

螺旋齒采用螺旋形齒條構(gòu)造，整體呈現(xiàn)圓環(huán)外形，螺旋齒的內(nèi)柱面與造旋內(nèi)筒的外環(huán)面之間采用過(guò)盈配合，而螺旋齒的外柱面則與造旋外筒的內(nèi)表面之間采用間隙配合，同時(shí)螺旋齒的左端面被切割成與二級(jí)軸流筒軸線(xiàn)相垂直的平面并與造旋流筒環(huán)形凹槽的槽底面緊密貼合以實(shí)現(xiàn)螺旋齒的定位。螺旋齒的齒線(xiàn)為一條螺距相等的螺旋線(xiàn)，其齒隙間布置分層的射水孔，與此同時(shí)垂直于螺旋齒齒線(xiàn)的法面端面采用外窄內(nèi)寬的類(lèi)梯形狀，該法面端面的右側(cè)邊采用上凸曲線(xiàn)，而法面端面的左側(cè)邊則采用下凹曲線(xiàn)，該下凹曲線(xiàn)的外側(cè)末端與射水孔的孔壁相切同時(shí)下凹曲線(xiàn)的內(nèi)側(cè)末端與造旋內(nèi)筒的筒壁相切，以保證螺旋齒的強(qiáng)度，同時(shí)使生產(chǎn)污水由各射水孔射出后可以順利切入螺旋齒的齒面上，并最終形成分層旋流。

內(nèi)收油筒和外軸流筒均采用V形厚壁筒體，內(nèi)收油筒由進(jìn)油筒段、變徑筒段和出油筒段組成，進(jìn)油筒段的內(nèi)錐面不斷收縮，保證二級(jí)油液順利收油，而變徑筒段的內(nèi)錐面截面面積則逐漸增大，且變徑筒段內(nèi)錐面大端圓面的直徑等于出油筒段的內(nèi)徑，二級(jí)油液減速穩(wěn)流后由出油筒段順利排出。外軸流筒的內(nèi)外環(huán)面采用圓柱面和圓錐面相結(jié)合的形式，外軸流筒依次由直筒段、寬錐筒段、窄錐筒段和出水筒段組成，寬錐筒段的內(nèi)錐面大端圓面直徑等于直筒段的內(nèi)徑而寬錐筒段內(nèi)錐面小端圓面的直徑則等于窄錐筒段內(nèi)錐面大端圓面的直徑，同時(shí)窄錐筒段內(nèi)錐面小端圓面的直徑等于出水筒段的內(nèi)徑；寬錐筒段的錐度大于窄錐筒段的錐度，而其錐高則遠(yuǎn)小于窄錐筒段的錐高。與此同時(shí)，外軸流筒中直筒段的軸向長(zhǎng)度大于內(nèi)收油筒的出油筒段長(zhǎng)度，而外軸流筒中寬錐筒段內(nèi)錐面的錐度則小于內(nèi)收油筒中變徑筒段外錐面的錐度，同時(shí)外軸流筒中窄錐筒段的錐度小于內(nèi)收油筒中進(jìn)油筒段外錐面的錐度，由此分層旋流的流道面積不斷增大，并最終沿軸向匯流為整股高速旋轉(zhuǎn)流。

第三級(jí)脫水器采用鼠籠式長(zhǎng)筒構(gòu)造，通體外覆海水防腐層，依據(jù)多旋流場(chǎng)實(shí)施第三級(jí)鼠籠式并聯(lián)旋流污水深度處理，脫除生產(chǎn)污水中剩余的油相，從而將生產(chǎn)污水徹底處理成水中含油量達(dá)標(biāo)的凈化水，它包括三級(jí)脫水筒、三級(jí)軸流筒、三級(jí)整流器、三級(jí)集油管、三級(jí)排油管、上隔板、下墊板和三級(jí)排水管，其中，三級(jí)軸流筒和三級(jí)整流器通體采用超級(jí)雙向不銹鋼，三級(jí)脫水筒的材質(zhì)則選用不銹鋼且內(nèi)襯金屬陶瓷。三級(jí)脫水筒采用等徑厚壁筒，實(shí)現(xiàn)水中含油量較低生產(chǎn)污水流的緩沖，且三級(jí)脫水筒的下部布置有二級(jí)排水管，二級(jí)排水管的內(nèi)表面由其錐管段的錐面逐漸減小并收縮至直管段的柱面，且二級(jí)排水管的直管段內(nèi)徑小于二級(jí)脫水筒入口管段的內(nèi)徑。三級(jí)脫水筒筒體的上端通過(guò)上隔板與三級(jí)集油管進(jìn)行聯(lián)接并實(shí)現(xiàn)密封，且其筒體下端通過(guò)下墊板與三級(jí)排水管進(jìn)行聯(lián)接并實(shí)現(xiàn)密封。上隔板采用盤(pán)狀法蘭，其中部布置有沿圓周方向等間距排列的螺紋通孔，各螺紋通孔分別與三級(jí)軸流筒進(jìn)行聯(lián)接，同時(shí)下墊板相同位置處設(shè)置有帶錐形凸臺(tái)的通孔，各通孔的孔壁分別與三級(jí)軸流筒外環(huán)面間采用過(guò)盈配合，由此通過(guò)上隔板和下墊板共同實(shí)現(xiàn)三級(jí)軸流筒在三級(jí)脫水筒內(nèi)的定位。

三級(jí)軸流筒采用多筒并聯(lián)的方式而形成鼠籠式多旋流場(chǎng)構(gòu)造，實(shí)施油井產(chǎn)液的第三級(jí)污水深度處理，各三級(jí)軸流筒的軸線(xiàn)均與三級(jí)脫水筒的軸線(xiàn)保持平行。每個(gè)三級(jí)軸流筒均采用標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)，其各組成部件的構(gòu)造與二級(jí)軸流筒相似，但三級(jí)軸流筒采用管狀長(zhǎng)筒，其造旋流筒射水孔的層數(shù)和每層數(shù)量均多于二級(jí)軸流筒中造旋流筒的射水孔數(shù)，而其造旋流筒射水孔的孔徑則小于二級(jí)軸流筒的射水孔孔徑；三級(jí)軸流筒中螺旋齒的圈數(shù)多于二級(jí)軸流筒的螺旋齒圈數(shù)，而其螺旋齒的螺距則小于二級(jí)軸流筒螺旋齒的螺距；三級(jí)軸流筒中內(nèi)收油筒和外軸流筒各錐面的錐高均大于二級(jí)軸流筒中內(nèi)收油筒和外軸流筒對(duì)應(yīng)錐面的錐高，而其內(nèi)收油筒和外軸流筒各錐面的錐度則小于二級(jí)軸流筒相應(yīng)錐面的錐度。

三級(jí)整流器內(nèi)嵌于三級(jí)軸流筒中外軸流筒下部的出水筒段并與三級(jí)軸流筒一一對(duì)應(yīng)，用來(lái)將處理合格的凈化水流由旋轉(zhuǎn)流調(diào)整為軸向穩(wěn)定流，三級(jí)整流器由整流錐和三級(jí)整流片組成，三級(jí)整流器的整流錐由錐體和柱體結(jié)合而成，整流錐上錐體的錐高小于下錐體的錐高，且整流錐的下錐體用于避免凈化水由三級(jí)整流片流出后產(chǎn)生局部紊流，其下錐體的錐頂與下墊板的下端面相平齊。三級(jí)整流片內(nèi)焊于整流錐的柱體上且通過(guò)過(guò)盈配合而外接于三級(jí)軸流筒中外軸流筒的出水筒段，由此實(shí)現(xiàn)三級(jí)整流器在三級(jí)軸流筒內(nèi)的定位，各三級(jí)整流片的旋向與三級(jí)整流筒螺旋齒的旋向保持一致，三級(jí)整流片的片數(shù)多于一級(jí)整流片的數(shù)量且其軸向長(zhǎng)度大于一級(jí)整流片的軸向長(zhǎng)度。

原油增壓器用來(lái)將各級(jí)脫水處理后的油液加壓至相同高壓值后匯集于同一外輸海管內(nèi)一起外輸，它包括各級(jí)增壓泵、各級(jí)進(jìn)油管、各級(jí)出油管和外輸海管，各級(jí)增壓泵均采用變頻式螺桿泵，依據(jù)各級(jí)進(jìn)油管內(nèi)油液的壓力和流量自動(dòng)調(diào)整變頻器的頻率，改變螺桿的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到各級(jí)出油管內(nèi)油液壓力統(tǒng)一和滿(mǎn)足外輸壓力需求的目的。

一級(jí)增壓泵采用變頻式四螺桿多相混輸泵，其入口連接一級(jí)進(jìn)油管且出口連接一級(jí)出油管，一級(jí)增壓泵內(nèi)的四螺桿分為兩組，每組螺桿與軸體均一體成型，且每組螺桿上的螺紋沿軸體中心反向?qū)ΨQ(chēng)布置，兩組螺桿采用同一材質(zhì)，且兩組螺桿相同位置處的螺紋旋向相反。二級(jí)增壓泵和三級(jí)增壓泵均采用變頻式雙螺桿原油輸送泵，其入口分別連接二級(jí)進(jìn)油管和三級(jí)進(jìn)油管且出口分別連接二級(jí)出油管和三級(jí)出油管，且二級(jí)增壓泵和三級(jí)增壓泵的兩螺桿與軸體也一體成型并采用同一材質(zhì)，同時(shí)兩螺桿上的螺紋旋向相反。各級(jí)增壓泵的主動(dòng)螺桿一端伸出泵外且通過(guò)聯(lián)軸器與變頻電機(jī)聯(lián)接并提供動(dòng)力，主動(dòng)螺桿均通過(guò)人字形同步齒輪將動(dòng)力傳遞至從動(dòng)螺桿，主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿間高精度配合并與泵體間緊密貼合，且其最大允許偏移量低于螺桿與泵體內(nèi)襯之間徑向間隙的50％。另外，各級(jí)增壓泵均采用單獨(dú)潤(rùn)滑的外置軸承構(gòu)造以及整合式密封沖洗系統(tǒng)，以適應(yīng)水下工況。

各級(jí)出油管均采用彎管并通過(guò)圓周焊的方式而接于外輸海管，外輸海管采用長(zhǎng)管并與海底管道的型號(hào)相匹配，外輸海管的一端通過(guò)法蘭與海底管道進(jìn)行聯(lián)接，而其另一端則采用盲端法蘭，便于維護(hù)與清洗，外輸海管的軸線(xiàn)與一級(jí)脫水筒和三級(jí)脫水筒的軸線(xiàn)相互間保持平行。三級(jí)脫水處理后的油液，包括油氣兩相流、二級(jí)油液和三級(jí)液流分別經(jīng)各級(jí)進(jìn)油管進(jìn)入各級(jí)增壓泵，加壓至相同高壓值后由各級(jí)出油管輸出并匯集于外輸海管內(nèi)，形成高壓含氣原油后一起外輸。

本實(shí)用新型所能達(dá)到的技術(shù)效果是，該脫水裝置可以與水下管匯和海底管道有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)海底管道在線(xiàn)安裝和運(yùn)行，將原油和生產(chǎn)污水處理設(shè)施由海上平臺(tái)組塊移至水下系統(tǒng)，可減小平臺(tái)占地面積并降低設(shè)備和平臺(tái)結(jié)構(gòu)重量，同時(shí)依據(jù)水下三級(jí)旋流脫水系統(tǒng)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)原油和生產(chǎn)污水一體化處理以及油氣水高效分離；第一級(jí)脫水器依據(jù)柱狀單筒渦錐場(chǎng)中的離心分離作用實(shí)施第一級(jí)軸向高速渦流原油脫水處理，脫除油井產(chǎn)液中大部分的水相；第二級(jí)脫水器依據(jù)管狀短三筒旋流場(chǎng)實(shí)施第二級(jí)軸向分層旋流污水快速處理，脫除生產(chǎn)污水中大部分的油相；第三級(jí)脫水器依據(jù)鼠籠式長(zhǎng)筒多旋流場(chǎng)實(shí)施第三級(jí)并聯(lián)旋流污水深度處理，脫除生產(chǎn)污水中剩余的油相；原油增壓器將各級(jí)脫水處理后的油液加壓并匯集于同一外輸海管內(nèi)一起外輸。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本實(shí)用新型并不局限于以下實(shí)施例。

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型所提出的海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置的典型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2是海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置中第一級(jí)脫水器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖3是海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置中第二級(jí)脫水器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖4是海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置中二級(jí)軸流筒的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖5是海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置中第三級(jí)脫水器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖6是海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置中三級(jí)軸流筒和三級(jí)整流器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖7是海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置中原油增壓器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖8是海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置的水下三級(jí)旋流油水分離流程簡(jiǎn)圖。

圖中1－第一級(jí)脫水器，2－原油增壓器，3－第二級(jí)脫水器，4－第三級(jí)脫水器，5－造渦流體，6－一級(jí)脫水筒，7－一級(jí)集油管，8－一級(jí)整流片，9－排油襯套，10－一級(jí)排油管，11－二級(jí)排油管，12－左墊板，13－二級(jí)軸流筒，14－二級(jí)脫水筒，15－右隔板，16－造旋流筒，17－螺旋齒，18－內(nèi)收油筒，19－外軸流筒，20－三級(jí)排油管，21－三級(jí)集油管，22－上隔板，23－三級(jí)軸流筒，24－三級(jí)脫水筒，25－下墊板，26－三級(jí)整流器，27－三級(jí)排水管，28－三級(jí)出油管，29－三級(jí)增壓泵，30－三級(jí)進(jìn)油管，31－一級(jí)出油管，32－一級(jí)增壓泵，33－一級(jí)進(jìn)油管，34－二級(jí)出油管，35－二級(jí)增壓泵，36－二級(jí)進(jìn)油管，37－外輸海管。

具體實(shí)施方式

在圖1中，海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置由第一級(jí)脫水器1、第二級(jí)脫水器3、第三級(jí)脫水器4和原油增壓器2組成。第一級(jí)脫水器1的一級(jí)脫水筒與井口水下管匯之間通過(guò)跨接管和法蘭進(jìn)行聯(lián)接，第三級(jí)脫水器4的三級(jí)排水管與輸水管匯之間通過(guò)法蘭進(jìn)行聯(lián)接，同時(shí)原油增壓器2的外輸海管與海底管道通過(guò)法蘭進(jìn)行聯(lián)接，由此該脫水裝置與水下管匯和海底管道有機(jī)結(jié)合，并可實(shí)現(xiàn)海底管道在線(xiàn)安裝。第二級(jí)脫水器3分別與第一級(jí)脫水器1和第三級(jí)脫水器4連接在一起后，三者的軸線(xiàn)相互垂直并呈現(xiàn)類(lèi)U形的特殊結(jié)構(gòu)；原油增壓器2的各級(jí)進(jìn)油管通過(guò)法蘭分別與第一級(jí)脫水器1、第二級(jí)脫水器3和第三級(jí)脫水器4的排油管相連接，原油增壓器2的外輸海管、第一級(jí)脫水器1的一級(jí)脫水筒和第三級(jí)脫水器4的三級(jí)脫水筒24的軸線(xiàn)相互間保持平行。

在圖1中，海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置將原油和生產(chǎn)污水處理設(shè)施的功能合為一體，同時(shí)將海底油井產(chǎn)液的處理由海上平臺(tái)組塊移至水下系統(tǒng)，并通過(guò)第一級(jí)脫水器1、第二級(jí)脫水器3和第三級(jí)脫水器4完成三級(jí)旋流油水高效分離。三級(jí)脫水處理后合格的凈化水由第三級(jí)脫水器4進(jìn)入輸水管匯直接外排入?；蛘呋刈⒌貙?，而含氣原油則由原油增壓器2的各級(jí)增壓泵加壓至相同高壓值后經(jīng)原油增壓器2的外輸海管進(jìn)入海底管道并直接外輸。

在圖1中，海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置調(diào)試時(shí)，首先對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行耐壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力需達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的1.25倍；然后再依次檢查各管線(xiàn)系統(tǒng)接頭是否有泄露以及閥門(mén)的開(kāi)關(guān)是否正確。整個(gè)脫水裝置維護(hù)時(shí)，需要依次嚴(yán)格檢查第一級(jí)脫水器1的一級(jí)脫水筒、原油增壓器2的外輸海管、第二級(jí)脫水器3的二級(jí)脫水筒和第三級(jí)脫水器4的三級(jí)脫水筒內(nèi)是否有異物堆積，第一級(jí)脫水器1的一級(jí)脫水筒、第二級(jí)脫水器3的二級(jí)軸流筒和第三級(jí)脫水器4的三級(jí)軸流筒內(nèi)壁是否有銹蝕，第一級(jí)脫水器1的造渦流體和一級(jí)整流片、第二級(jí)脫水器3的螺旋齒以及第三級(jí)脫水器4的螺旋齒和三級(jí)整流器表面是否有銹蝕，最小壁厚接近1mm時(shí)，需要及時(shí)進(jìn)行更換；同時(shí)檢查第一級(jí)脫水器1的一級(jí)集油管、第二級(jí)脫水器3的內(nèi)收油筒以及第三級(jí)脫水器4的內(nèi)收油筒上的污垢，厚度達(dá)到3mm時(shí)，需要進(jìn)行必要的沖洗。

在圖2中，油井產(chǎn)液的井流處理量通過(guò)調(diào)整第一級(jí)脫水器1的筒徑或并聯(lián)的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，第一級(jí)脫水處理后生產(chǎn)污水中的含油量通過(guò)一級(jí)脫水筒6渦錐段的錐度和軸向長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，而第一級(jí)脫水處理后油氣兩相流中的含水量則通過(guò)一級(jí)集油管7的管徑和長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)排油襯套9和一級(jí)排油管10的型號(hào)與一級(jí)集油管7的管徑保持一致。造渦流體5的渦流齒與一級(jí)脫水筒6的造渦管管壁之間采用過(guò)盈配合而進(jìn)行固定，從而將油井產(chǎn)液分流成分股高速旋流束，一級(jí)集油管7和一級(jí)整流片8通過(guò)各整流片與一級(jí)脫水筒6的整流管管壁之間采用過(guò)盈配合而進(jìn)行固定，一級(jí)整流片8將第一級(jí)脫水處理后的生產(chǎn)污水由旋渦流直接整流成均勻軸向流。

在圖3和圖4中，第一級(jí)脫水處理后生產(chǎn)污水處理量的調(diào)整通過(guò)改變第二級(jí)脫水器3中二級(jí)脫水筒14和二級(jí)軸流筒13的筒徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，第二級(jí)脫水處理后生產(chǎn)污水中的含油量通過(guò)同時(shí)改變二級(jí)軸流筒13的造旋流筒16上射水孔層數(shù)和每層數(shù)量、螺旋齒17圈數(shù)以及外軸流筒19寬錐筒段和窄錐筒段的錐度和軸向長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行調(diào)整，而第二級(jí)脫水處理后二級(jí)油液中的含水量則通過(guò)內(nèi)收油筒18各筒段的內(nèi)徑和軸向長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。二級(jí)軸流筒13分別通過(guò)左墊板12和右隔板15而與二級(jí)脫水筒14保持同軸心，同時(shí)二級(jí)排油管11的型號(hào)與造旋流筒16外環(huán)面上螺紋的公稱(chēng)直徑相一致。

在圖5和圖6中，第二級(jí)脫水處理后生產(chǎn)污水處理量的調(diào)整通過(guò)改變第三級(jí)脫水器4中三級(jí)脫水筒24的筒徑以及三級(jí)軸流筒23的筒徑和筒數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，第三級(jí)脫水處理后合格凈化水中的含油量通過(guò)同時(shí)改變?nèi)?jí)軸流筒23的造旋流筒上射水孔層數(shù)和每層孔數(shù)、螺旋齒圈數(shù)以及外軸流筒各錐面的錐度和軸向長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行調(diào)整，而第三級(jí)脫水處理后三級(jí)液流中的含水量則通過(guò)三級(jí)軸流筒23內(nèi)收油筒各筒段的內(nèi)徑和軸向長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。三級(jí)軸流筒23分別通過(guò)上隔板22和下墊板25而均勻布置于三級(jí)脫水筒24內(nèi)，同時(shí)三級(jí)排油管20和三級(jí)集油管21的型號(hào)與三級(jí)排水管27的型號(hào)保持一致，三級(jí)整流器26通過(guò)三級(jí)整流片與三級(jí)軸流筒23中外軸流筒的出水筒段筒壁之間采用過(guò)盈配合而進(jìn)行固定，同時(shí)三級(jí)整流器26將凈化水由旋轉(zhuǎn)流調(diào)整為軸向穩(wěn)定流。

在圖7中，三級(jí)旋流脫水處理后的油氣兩相流、二級(jí)油液和三級(jí)液流的壓力和流量分別通過(guò)調(diào)整一級(jí)增壓泵32、二級(jí)增壓泵35和三級(jí)增壓泵29的轉(zhuǎn)速而加壓至相同高壓值，其中油氣兩相流經(jīng)一級(jí)進(jìn)油管33輸入至一級(jí)增壓泵32且經(jīng)加壓后由一級(jí)出油管31輸出，二級(jí)油液經(jīng)二級(jí)進(jìn)油管36輸入至二級(jí)增壓泵35且加壓后由二級(jí)出油管34輸出，而三級(jí)液流則經(jīng)三級(jí)進(jìn)油管30輸入至三級(jí)增壓泵29且加壓后由三級(jí)出油管28輸出，最終三股油液匯集于外輸海管37內(nèi)而形成整股的含氣原油。

在圖8中，海底管道在線(xiàn)三級(jí)旋流脫水裝置的水下三級(jí)旋流油水分離流程為，油井產(chǎn)液由井口水下管匯和跨接管進(jìn)入一級(jí)脫水筒6內(nèi)，經(jīng)造渦流體5形成分股高速旋流束，并沿一級(jí)脫水筒6的筒壁切向傾斜射出后產(chǎn)生渦流，然后繼續(xù)向前推進(jìn)并保持高速旋轉(zhuǎn)，渦錐場(chǎng)中油氣兩相流逐漸運(yùn)移至一級(jí)脫水筒6的中央部位并軸向推進(jìn)至一級(jí)脫水筒6的整流管管段后進(jìn)入一級(jí)集油管7內(nèi)，再依次流經(jīng)排油襯套9、一級(jí)排油管10和一級(jí)進(jìn)油管33進(jìn)入一級(jí)增壓泵32，加壓后由一級(jí)出油管31輸出并匯集于外輸海管37內(nèi)，而含油量較高的生產(chǎn)污水則沿一級(jí)脫水筒6的筒壁導(dǎo)入一級(jí)整流片8，整流成均勻軸向流后經(jīng)一級(jí)脫水筒6的一級(jí)排水管進(jìn)入二級(jí)脫水筒14，由此油井產(chǎn)液經(jīng)第一級(jí)脫水器1完成第一級(jí)軸向高速渦流原油脫水處理。第一級(jí)脫水處理后含油量較高的生產(chǎn)污水在二級(jí)脫水筒14內(nèi)充分緩沖后，經(jīng)二級(jí)軸流筒13中造旋流筒16上的射水孔和螺旋齒17形成分層旋流，二級(jí)軸流筒13的外軸流筒19內(nèi)分層旋流軸向推進(jìn)并匯流為整股高速旋轉(zhuǎn)流，旋流場(chǎng)中水中含油量較低的生產(chǎn)污水甩向筒壁并經(jīng)三級(jí)脫水筒24的二級(jí)排水管進(jìn)入三級(jí)脫水筒24，而二級(jí)油液則逐步運(yùn)移至二級(jí)軸流筒13的中央部位并反向上升，依次流經(jīng)內(nèi)收油筒18、二級(jí)排油管11和二級(jí)進(jìn)油管36進(jìn)入二級(jí)增壓泵35，加壓后由二級(jí)出油管34輸出并匯集于外輸海管37內(nèi)，由此油井產(chǎn)液經(jīng)第二級(jí)脫水器3完成第二級(jí)軸向分層旋流污水快速處理。第二級(jí)脫水處理后含油量較低的生產(chǎn)污水經(jīng)在三級(jí)脫水筒24內(nèi)緩沖后，同時(shí)進(jìn)入并聯(lián)的多筒式三級(jí)軸流筒23內(nèi)，先形成分層旋流并在加速軸向推進(jìn)后匯流為整股高速旋轉(zhuǎn)流，最終形成鼠籠式多旋流場(chǎng)，旋流場(chǎng)中合格的凈化水甩向三級(jí)軸流筒23筒壁并經(jīng)三級(jí)整流器26調(diào)整為軸向穩(wěn)定流后由三級(jí)排水管27匯至輸水管匯中，而三級(jí)液流則逐步運(yùn)移至三級(jí)軸流筒23的中央部位并反向上升，依次流經(jīng)三級(jí)軸流筒23的內(nèi)收油筒、三級(jí)集油管21、三級(jí)排油管20和三級(jí)進(jìn)油管30進(jìn)入三級(jí)增壓泵29，加壓后由三級(jí)出油管28輸出并與相同高壓值的油氣兩相流和二級(jí)油液一起匯集于外輸海管37內(nèi)進(jìn)行外輸，由此油井產(chǎn)液經(jīng)第三級(jí)脫水器4完成第三級(jí)鼠籠式并聯(lián)旋流污水深度處理。

上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之外。