CN102518406A - 气体除尘脱砂回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体除尘脱砂回收装置。该装置具有筒状壳体，在筒状壳体上开设有气体入口和气体出口，在筒状壳体的内腔顶部设置有气体过滤器，在筒状壳体的内腔中设置有一漏斗状分隔板，漏斗状分隔板下方的筒状壳体内腔构成排渣室，在漏斗状分隔板的底部开口处设置有中间切断阀门，在排渣室的室壁上设置有排渣控制阀门和检修及排渣清理人孔，其特征是筒状壳体内腔中设置有布满8至10mm气流孔的塔盘分隔钢板，气体入口的中轴线偏向筒状壳体内腔的一侧下方，塔盘分隔钢板上方的筒状壳体的侧壁上开设有人员进出口和进水管口，人员进出口下方和进水管口下方与塔盘分隔钢板上方的筒状壳体的内腔填充有填料层，筒状壳体外侧壁设置有液位计。

Description

气体除尘脱砂回收装置技术领域[0001] 本发明涉及一种气体除尘脱砂回收装置，适用于天然气田、煤层气勘探开发中的欠平衡钻井、泡沫钻井、气体钻井中的各种含砂尘气体回收利用，循环供气增压钻井等领域。背景技术[0002] 在低渗透天然气气藏的开发中，由于气层孔隙不发育，原先的钻井工艺用清水、泥浆钻开气层，气层污染堵塞严重，产气量低，勘探效果差。完井后产气效果很差，生产周期短，天然气开采成本高。现在在无水、不含硫气层的钻井作业中，广泛采用天然气、氮气钻井，即由天然气、氮气代替传统的钻井液，将钻进过程中产生的碎屑携带出井口，保护地层原生孔隙，使地层不受污染，完井后单井天然气产量可以提高9倍左右，大大的降低了天然气开采成本。但气体钻井中，每天10多万方的天然气、氮气，从井下出来后，带有大量的岩屑、粉尘、砂粒，只有排出后烧掉，大气污染严重。若能对上述天然气、氮气进行回收并循环增压使用，则会产生巨大的经济收益，且有利于节约能源，保护大气环境。如本申请人的中国实用新型专利ZL2004201056^.0公开的一种中低压天然气分离除尘回收装置，具有竖向设置的筒状壳体，在筒状壳体上开设有气体入口和气体出口，其特征是所述气体入口开设在筒状壳体的侧壁上，在筒状壳体的内腔顶部设置有气体过滤器，所述气体入口依次经筒状壳体的内腔和该气体过滤器而与气体出口相连通，在所述筒状壳体的内腔中设置有一漏斗状分隔板，所述漏斗状分隔板下方的筒状壳体内腔构成排渣室，在所述漏斗状分隔板的底部开口处设置有排渣控制阀门，在所述排渣室的室壁上设置有取渣门。该实用新型的装置可以有效地分离出天然气中颗粒较大的碎屑和渣尘，实现钻井天然气的回收。[0003] 但是，经过技术人员研究发现，现有钻井天然气的回收装置分离出天然气中的粉尘，需要回收的气质中含游离水，粉尘颗粒大于10微克，不能满足进空压机、压缩机增压回收条件。即除尘效果较差，不能满足生产需要。所以，怎样大量高效的分离气质中所含游离水和减小粉尘颗粒，用以满足生产需要，成为技术人员急需解决的技术难题。因此，急需提供一种能大量高效的分离气质中所含游离水和减小粉尘颗粒，满足进空压机、压缩机增压回收条件，能满足生产需要的气体除尘脱砂回收装置。发明内容[0004] 本发明的目的是一种能大量高效的分离气质中所含游离水和减小粉尘颗粒，满足进空压机、压缩机增压回收条件，能满足生产需要的气体除尘脱砂回收装置。[0005] 本发明基本构思是：提供一种适用于天然气田、煤层气勘探开发中的欠平衡钻井、 泡沫钻井、气体钻井中的各种气体回收循环增压利用，不外排燃烧，不污染大气环境的气体除尘脱砂回收装置。该产品属于国家、国际石油天然气行业首创和领先水平的发明创造。以上适用范围内通过本领域技术人员合理的逻辑推理得出的变形和等同替换都属于本发明保护的范围。本发明是原专利ZL2004201056^. 0中低压天然气分离除尘回收装置的技术改进专利，原专利除尘效果较差，大量的分离气质中含游离水和粉尘颗粒，不能满足进空压机、压缩机增压回收条件，即不能满足生产需要。本发明可以实现这部分气体不外排，回收净化、循环增压使用，即降低了投资成本、生产成本，也保护了大气环境。可以节约气体钻井设备投资70%，气体钻井生产成本30%以上，节能效果明显。是目前国内外石油行业中，实现气体除尘脱砂循环供气钻井的先例。[0006] 本发明的基本工作原理是：含砂及粉尘带压气体，经进气口进入气体除尘脱砂回收装置在清水中产生旋流，砂粒自然沉降到装置底部，粉尘被清水溶入水中，除尘脱砂气体从上部出过滤后排出。[0007] 本发明是在原专利基础上在分离器内增加了清水除尘工艺，由液位计控制水位高度；进气口侧向向下进入分离器，在水中形成向下旋流脱砂；脱砂除尘气体通过塔盘、金属过滤网，从上部出气口排出，达到除尘脱砂效果，排出气体不含游离水，粉尘颗粒小于10微克。底部砂尘根据计算沉降量，在关闭中间切断阀后定时排出，使分离器保持0.3Mpa压力下正常运行，保证气体不从排砂口排出。塔盘45号钢板布满了孔，填料为不锈钢材料、塑料或玻璃等不吸水材料。为了便于观察和控制，在分离装置外增加了液位计和安全阀。为了减小砂尘气的对设备的冲刷切割，还增加了砂尘气体缓冲设施，进气口外管两个直角设计同时增加缓冲胶垫等。本发明经过技术升级后，除尘脱砂效果明显，除砂尘气体经过除尘脱砂过滤后，气质中不含游离水(与原先的设备相比，通过过滤后达到不含游离水的效果)，粉尘颗粒含量彡lOum，油含量彡lOppm，完全满足进空压机、压缩机增压回收条件。解决了废弃的含砂尘天然气不被放空燃掉的，造成大气污染。也解决了砂尘空气、砂尘氮气向大气外排污染大气的问题。有效的回收了可用气体，降低了生产成本。[0008] 具体来说，本发明的气体除尘脱砂回收装置具有竖向设置的筒状壳体，在筒状壳体上开设有气体入口和气体出口，所述气体入口开设在筒状壳体的侧壁上，在筒状壳体的内腔顶部设置有气体过滤器，所述气体入口依次经筒状壳体的内腔和该气体过滤器而与气体出口相连通，在所述筒状壳体的内腔中设置有一漏斗状分隔板，所述漏斗状分隔板下方的筒状壳体内腔构成排渣室，在所述漏斗状分隔板的底部开口处设置有中间切断阀门，在所述排渣室的室壁上设置有排渣控制阀门和检修及排渣清理人孔，其特征是所述筒状壳体内腔中设置有布满8至IOmm气流孔的塔盘分隔钢板，所述气体入口位于塔盘分隔钢板下方筒状壳体的侧壁上并与外接进气管线相连通，所述气体入口的中轴线偏向筒状壳体内腔的一侧下方，所述塔盘分隔钢板上方的筒状壳体的侧壁上开设有人员进出口和进水管口，所述人员进出口下方和进水管口下方与塔盘分隔钢板上方的筒状壳体的内腔填充有填料层， 所述筒状壳体外侧壁设置有液位计，所述液位计的一端与塔盘分隔钢板上方的筒状壳体内腔相连通，所述液位计的另一端与塔盘分隔钢板下方的筒状壳体内腔相连通。[0009] 在本发明中，所述气体入口的中轴线偏向筒状壳体内腔的一侧下方，即让气体入口不要正对筒状壳体内腔的中轴线，并且倾斜一定角度向下，这样，可以使进入筒状壳体内腔的气体在内腔内冲击清水产生旋流，并让较大粉尘颗粒随冲击向下沉降，抵消一部分气体对较大粉尘颗粒产生的浮力，进一步增强气体和固体的分离效果。[0010] 在本发明中，为了监测上述气体过滤器是否需要更换或清洗，可以在气体过滤器至气体出口之间的连通通道侧壁上设置气体出口监测压力表和安全阀，通过气体出口检测压力表观察气压值确定气体过滤器是否堵塞，通过安全阀控制是否切断输出气体对气体过滤器进行维修。本发明中，在所述排渣室的侧壁上设置排渣冲洗水阀的作用是，当排S室内碎屑及残渣附着于排渣室内壁上不能顺利从排渣控制阀门排出时，就可以启动排渣冲洗水阀对排渣室内壁进行冲洗，让碎屑及残渣随流动的液体顺利从排渣控制阀门排出。 [0011 ] 在本发明中，为了减轻气体及碎屑对筒状壳体的冲蚀，还可以在在筒状壳体的内腔侧壁上衬垫有耐冲蚀板。[0012] 在本发明中，与所述气体入口相连通的外接进气管线还可以具有第一直角弯头和第二直角弯头，所述第二直角弯头高于液位计的水位控制上线，在所述第一直角弯头和第二直角弯头内可以设置有缓冲胶垫，该缓冲胶垫可以是现有橡胶层或橡胶气囊等缓冲结构。这样一来，外部气体进入过程中，就会在第一直角弯头和第二直角弯头处得到有效缓冲，更利于减轻气体及碎屑对筒状壳体的冲蚀，并且所述第二直角弯头高于液位计的水位控制上线可以防止筒状壳体内清水从气体入口处倒流进入外接进气管线(砂尘气管线)。所述第二直角弯头高于液位计的水位控制上线，即第二直角弯头上部高于筒状壳体内上限水[0013] 在发明中，内腔顶部设置的气体过滤器可以直接采用现有的市售气体过滤器，如由过滤网或过滤毡构成的气体过滤器，但也可以自行制作。该过滤器的作用是对天然气进行过滤除尘，并防止气体中带游离水，以便回收到净化的天然气。当然也可以直接采用金属过滤网，推荐采用钢丝状金属过滤丝网。[0014] 本发明中所述填料层可以为不锈钢材料、塑料或玻璃材料制成的环状或球状填料堆积而成的不吸水填料层。也就是说，所述填料层可以是不吸收水分并且耐水腐蚀的不锈钢环、不锈钢球、塑料环、塑料球、玻璃环或者玻璃球等填料堆积而成的填料层。所述填料根据实际需要制作成各种大小，只要不会从8至IOmm气流孔的塔盘分隔钢板上泄漏到塔盘分隔钢板下方即可。该填料层所起的作用是阻止随气流上升和随水流旋转的微小粉尘颗粒， 让其在填料层中减速，加快微小粉尘颗粒沉降，并且让气流能顺利的通过。[0015] 本发明中所述塔盘分隔钢板可以采用45号钢板制成，所述布满8至IOmm气流孔， 即是该塔盘分隔钢板上开设多个8至IOmm能让气流穿过塔盘分隔钢板的通孔。这样设置可以起到初步过滤大于8至IOmm气流孔的粉尘颗粒，让这些粉尘颗粒不会随气体上升和水流旋转进入填料层中，相应保持了填料层的进一步过滤效果。并且较大的粉尘颗粒在气流孔处受阻，即抵消其随气流和水流上升的浮力后，能更快的加速其沉降速度。[0016] 本发明中所述气体入口处还可以设置有进气缓冲及分配器旋流管，所述进气缓冲及分配器旋流管为沿筒状壳体内腔曲线弯曲的一段环形管，该进进气缓冲及分配器旋流管能引导含砂及粉尘带压气体，经进气口进入筒状壳体的内腔(气体除尘脱砂回收装置）在清水中产生旋流并尽量减小含砂及粉尘带压气体直接冲击筒状壳体的内腔造成的磨损。该进进气缓冲及分配器旋流管还能起到让含砂及粉尘带压气体中砂及粉尘快速自然沉降到装置底部的作用。当然，为了达到最佳效果，还可以在进气缓冲及分配器旋流管上增加气体向下旋流孔。[0017] 在使用本发明的气体除尘脱砂回收装置时，先关闭排渣控制阀门和人员进出口， 然后通过进水管口向筒状壳体内腔注入清水，直到清水液面高度通过液位计观察到低液位时(液位计的水位控制上线)，也就是基本淹没塔盘分隔钢板上面的填料即可停止注入清水并且关闭进水管口。这时的清水液面高度低于外接进气管线第二直角弯头，清水不会从气体入口通过外接进气管线倒流进入更远端的砂尘气管线。此时，再将带有碎屑的天然气通过外接进气管线引入本装置的气体入口。在含有碎屑的天然气进入本装置筒状壳体的内腔之后，其气体部分经内腔顶部设置的气体过滤器而由气体出口向外输出，得到回收的天然气；其固体部分，即碎屑及残渣部分则经处于常开状态的中间切断阀门落入排渣室。在此过程中，排渣室室壁上设置的排渣控制阀门和检修及排渣清理人孔处于关闭状态，不会让气体和清水从该处逸出。此时，进入筒状壳体内腔的气体在内腔中冲击清水产生旋流，并让较大粉尘颗粒随冲击向下沉降，清水可以有效减小较大粉尘颗粒的速度，并抵消一部分气体对较大粉尘颗粒产生的浮力，进一步增强气体和固体的分离效果。同时气体冲击清水后产生气泡上升，气质中所含游离水与旋转水流进行大面积接触，进而融入旋转水流中，可以有效分离大量气质中所含游离水，让初步过滤的气体继续上升通过塔盘分隔钢板上的气流孔。通过塔盘分隔钢板上气流孔的气体进入填料层中继续向气体出口汇集，气体在填料层中通过时，随气流上升和随水流旋转的能通过气流孔的微小粉尘颗粒在填料层中减速，一部分自然沉降，另一部分被填料层中填料表面摩擦产生吸附，能产生的作用是加快微小粉尘颗粒沉降并有效清除气流中的微小粉尘颗粒。并且8至IOmm气流孔能让气流更细，产生的作用是让气体与清水的接触面进一步增大，能更好的分离气质中所含游离水，让气流中微小粉尘颗粒和所含游离水能高效过滤。最后从清水液体中分离出来的气体，再经过气体过滤器从气体出口排出。[0018] 当需要排渣时，可以先将中间切断阀门关闭，再开启排渣控制阀门，从排渣室内卸出碎屑及残渣，排渣过程中可以开启排渣冲洗水阀对排渣室内的碎屑和残渣进行冲洗，如果出现问题，还可以开启检修及排渣清理人孔让维修人员进入对排渣室内设施进行维护。 取渣过程结束后，可以先关闭排渣控制阀门，再让中间切断阀门开启。[0019] 由于本发明的装置可以有效快速地分离出天然气中的碎屑和渣尘，实现钻井天然气的回收，从而有利于自然资源的有效利用，减少大气污染，并能大量高效的分离气质中所含游离水和减小粉尘颗粒，满足进空压机、压缩机增压回收条件，能满足生产需要，能产生巨大的经济效益。本发明的装置可以用于天然气田、煤层气勘探开发中的欠平衡钻井、泡沫钻井、气体钻井中的各种气体回收循环利用，不外排燃烧，不污染大气环境。[0020] 与前述现有同类产品相比，本发明的气体除尘脱砂回收装置能大量高效的分离气质中所含游离水和减小粉尘颗粒，满足进空压机、压缩机增压回收条件，能满足生产需要。[0021] 本发明的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。附图说明[0022] 图1是实施例1中气体除尘脱砂回收装置的结构示意图。[0023] 图2是图1的A——A剖面图。[0024] 图3是实施例2中气体除尘脱砂回收装置的结构示意图。[0025] 图4是实施例3中气体除尘脱砂回收装置的结构示意图。[0026] 图5是实施例4中气体除尘脱砂回收装置的结构示意图。具体实施方式[0027] 实施例1 ：如图1〜2所示，本实施例中气体除尘脱砂回收装置具有竖向设置的筒状壳体1，在筒状壳体1上开设有气体入口 2和气体出口 3，所述气体入口 2开设在筒状壳体1的侧壁上，在筒状壳体1的内腔顶部设置有气体过滤器4，所述气体入口 2依次经筒状壳体1的内腔和该气体过滤器4而与气体出口 3相连通，在所述筒状壳体1的内腔中设置有一漏斗状分隔板5，所述漏斗状分隔板5下方的筒状壳体内腔构成排渣室6，在所述漏斗状分隔板5的底部开口处设置有中间切断阀门7，在所述排渣室6的室壁上设置有排渣控制阀门8和检修及排渣清理人孔9，其特征是所述筒状壳体1内腔中设置有布满8mm气流孔的塔盘分隔钢板10，所述气体入口 2位于塔盘分隔钢板10下方筒状壳体1的侧壁上并与外接进气管线11相连通，所述气体入口 2的中轴线偏向筒状壳体1内腔的一侧下方，所述塔盘分隔钢板10上方的筒状壳体1的侧壁上开设有人员进出口 12和进水管口 13，所述人员进出口 12下方和进水管口 13下方与塔盘分隔钢板10上方的筒状壳体1的内腔填充有填料层14，所述筒状壳体1外侧壁设置有液位计15，所述液位计15的一端与塔盘分隔钢板上方的筒状壳体内腔相连通，所述液位计15的另一端与塔盘分隔钢板10下方的筒状壳体1内腔相连通。[0028] 本实施例中，在气体过滤器4至气体出口 3之间的连通通道侧壁上设置有气体出口监测压力表16和安全阀17，在所述排渣室6的侧壁上设置有排渣冲洗水阀18。[0029] 本实施例中，在筒状壳体1的内腔侧壁上衬垫有耐冲蚀板19。[0030] 本实施例中，与所述气体入口 2相连通的外接进气管线11具有第一直角弯头20 和第二直角弯头21，所述第二直角弯头21高于液位计15的水位控制上线，所述第二直角弯头21内设置有缓冲胶垫22。[0031] 本实施例中所述气体过滤器4采用钢丝状金属过滤丝网，能防止气体中带游离水。[0032] 本实施例中所述填料层13为不锈钢材料制成的环状填料堆积而成的填料层，环状填料可以有效增大气流通过量。[0033] 本实施例中所述塔盘分隔钢板10采用45号钢板制成。[0034] 本实施例中所述气体入口 2处设置有进气缓冲及分配器旋流管23。[0035] 实施例2 ：如图3所示，本实施例与实施例1相似，所不同的是本实施例中所述填料层14为不锈钢材料制成的球状填料堆积而成的填料层，球状填料能有效增大微小粉尘颗粒的吸附作用。所述筒状壳体1内腔中设置有布满IOmm气流孔的塔盘分隔钢板10。[0036] 实施例3 ：如图4所示，本实施例与实施例1相似，所不同的是本实施例中所述填料层14为玻璃材料制成的环状填料堆积而成的填料层。[0037] 实施例4 ：如图5所示，本实施例与实施例1相似，所不同的是本实施例中所述填料层14为玻璃材料制成的球状填料堆积而成的填料层。所述筒状壳体1内腔中设置有布满IOmm气流孔的塔盘分隔钢板10。

Claims (8)

1. 一种气体除尘脱砂回收装置，具有竖向设置的筒状壳体，在筒状壳体上开设有气体入口和气体出口，所述气体入口开设在筒状壳体的侧壁上，在筒状壳体的内腔顶部设置有气体过滤器，所述气体入口依次经筒状壳体的内腔和该气体过滤器而与气体出口相连通， 在所述筒状壳体的内腔中设置有一漏斗状分隔板，所述漏斗状分隔板下方的筒状壳体内腔构成排渣室，在所述漏斗状分隔板的底部开口处设置有中间切断阀门，在所述排渣室的室壁上设置有排渣控制阀门和检修及排渣清理人孔，其特征是所述筒状壳体内腔中设置有布满8至IOmm气流孔的塔盘分隔钢板，所述气体入口位于塔盘分隔钢板下方筒状壳体的侧壁上并与外接进气管线相连通，所述气体入口的中轴线偏向筒状壳体内腔的一侧下方，所述塔盘分隔钢板上方的筒状壳体的侧壁上开设有人员进出口和进水管口，所述人员进出口下方和进水管口下方与塔盘分隔钢板上方的筒状壳体的内腔填充有填料层，所述筒状壳体外侧壁设置有液位计，所述液位计的一端与塔盘分隔钢板上方的筒状壳体内腔相连通，所述液位计的另一端与塔盘分隔钢板下方的筒状壳体内腔相连通。

2.如权利要求1所述的气体除尘脱砂回收装置，其特征是在气体过滤器至气体出口之间的连通通道侧壁上设置有气体出口监测压力表和安全阀，在所述排渣室的侧壁上设置有排渣冲洗水阀。

3.如权利要求1所述的气体除尘脱砂回收装置，其特征是在筒状壳体的内腔侧壁上衬垫有耐冲蚀板。

4.如权利要求1所述的气体除尘脱砂回收装置，其特征是与所述气体入口相连通的外接进气管线具有第一直角弯头和第二直角弯头，所述第二直角弯头高于液位计的水位控制上线，所述第二直角弯头内设置有缓冲胶垫。

5.如权利要求1所述的气体除尘脱砂回收装置，其特征是所述气体过滤器为金属过滤网。

6.如权利要求1所述的气体除尘脱砂回收装置，其特征是所述填料层为不锈钢材料、 塑料或玻璃材料制成的环状或球状填料堆积而成的填料层。

7.如权利要求1所述的气体除尘脱砂回收装置，其特征是所述塔盘分隔钢板采用45号钢板制成。

8.如权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的气体除尘脱砂回收装置，其特征是所述气体入口处设置有进气缓冲及分配器旋流管。