CN103114838A - 高压自动排砂装置 - Google Patents

Abstract

一种高压自动排砂装置，包括冲排砂管路总成和集砂罐总成。集砂罐总成包括端盖、集砂筒和排砂管段，端盖上设有与进砂管相连的砂粒流道，进砂管上设有进砂阀。集砂筒筒壁上下错位设有泄压出口和射流进口，泄压出口的管路上设有泄压阀和压力表。集砂筒腔底设与排砂管段相通的排砂口。冲排砂管路总成包括总排砂管路、垂直排砂管路和水平排砂管路，总排砂管路的输出端经由三通接头分别与垂直排砂管路和水平排砂管路的输入端相连，垂直排砂管路的输出端与集砂筒的射流进口相连，排砂管段经由排砂阀与水平排砂管路相连。其具有排砂劳动强度小、处理作业范围大、除砂工作效率高等特点，能够与高压除砂器相配套在高压工况和强腐蚀环境下长期稳定运行。

Description

高压自动排砂装置

技术领域

本发明涉及油气井采出液除砂装置，具体地指一种配合高压除砂器使用的高压自动排砂装置。

背景技术

在原油试采作业中，从油气井中流到地面的流体中含有一定量的砂粒，砂粒在高压气流的作用下形成高速含砂射流。这种含砂射流对地面集输管道及设备形成非常严重的冲蚀和磨蚀破坏，甚至可能刺穿管路部件，发生泄漏事故，影响油田安全生产，造成周围环境严重污染和不必要的经济损失。

因此，油气井采出液在进入地面集输管道系统前，需要安装井口除砂器，对采出液进行除砂作业，将砂粒等固体颗粒尽可能分离出去。然而，当前油田使用的多是中低压除砂器，仅适于在井口中低压的工况下应用。随着油气井开采深度的不断发展，越来越多的井口处于高压工况，而适合井口高压工况使用的除砂器很少，尤其是配合高压除砂器使用的自动除砂装置更是鲜见。在恶劣的高压和强腐蚀环境下，现有的除砂装置存在排砂劳动强度大、处理作业范围窄、工作效率低下的不足，且容易在含砂射流的冲击下形成严重的冲蚀和磨蚀破坏，使用周期较短，运行成本较高。本领域科研人员一直在努力设计能与高压除砂器相适配的自动除砂装置，但至今为止尚未有成熟可行的产品面市。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种排砂劳动强度小、处理作业范围大、除砂工作效率高、且能够与高压除砂器相配套在高压工况和强腐蚀环境下长期稳定运行的高压自动排砂装置。

为实现上述目的，本发明所设计的高压自动排砂装置，包括冲排砂管路总成和集砂罐总成，其特殊之处在于：

所述集砂罐总成包括自上而下依次相连的端盖、集砂筒和排砂管段，所述端盖上设置有与进砂管相连的砂粒流道，所述进砂管上设置有进砂阀，砂粒可通过该流道由上方除砂器落入到集砂筒中。所述集砂筒筒壁上下错位设置有泄压出口和射流进口，所述泄压出口的管路上设置有泄压阀和压力表，这样可以在排砂作业前开启泄压阀，将集砂筒内的高压降至许用值，确保整个自动排砂作业在安全可靠的状态下进行。所述集砂筒腔底设置与排砂管段相通的排砂口。

所述冲排砂管路总成包括总排砂管路、垂直排砂管路和水平排砂管路，所述总排砂管路的输出端经由三通接头分别与垂直排砂管路和水平排砂管路的输入端相连，所述垂直排砂管路的输出端与所述集砂筒的射流进口相连，用于射流冲洗集砂筒内的砂粒，所述排砂管段经由排砂阀与水平排砂管路相连，用于导出砂粒和水的混合射流。可以根据不同的冲排砂工艺要求，在总排砂管路、垂直排砂管路和水平排砂管路上布置不同规格和数量的管段、阀门、高压喷头及水泵，通过控制高压喷头的喷射方向使整个冲排砂过程顺利完成。

作为优选方案，所述集砂筒的泄压出口处设置有防砂罩，这样可以有效阻止砂粒误入泄压出口。

进一步地，所述防砂罩由与集砂筒内壁形状相适配的一对弧面防砂挡板、设置在一对弧面防砂挡板两侧的竖立防砂挡板、设置在外侧弧面防砂挡板上的定位接管、以及底部支承板组成，所述定位接管插接在泄压出口中。

进一步地，所述底部支承板上设置有若干通气孔。

进一步地，所述防砂罩的上端与端盖的底部之间设置有间距，所述防砂罩的下端与泄压出口之间也设置有间距。

这样，防砂罩的定位接管以过盈配合的方式固定在集砂筒内壁上，工作稳定可靠。防砂罩的上端距端盖底部一定距离，在方便泄压气流顺利通过的同时，可以有效防止砂粒在高压气流的作用下堵塞泄压出口。防砂罩的下端距离泄压出口一定距离，可以增加整个气流流道，以便气流平稳流过。防砂罩的底部支撑板上开设通气孔，可以减小泄压时高压气流对防砂罩的冲击损坏。

又进一步地，所述集砂筒的排砂口上端呈倒锥台形。这样，便于在冲排砂作业时使砂水混合物顺畅流过排砂口、排砂管段、以及水平排砂管路，最后自动冲排出去。

更进一步地，所述端盖与集砂筒外侧采用可拆式卡箍连接，所述端盖与集砂筒内侧采用O型密封圈密封。这样，既便于布置在集砂筒内防砂罩的安装与更换，也可确保集砂筒密封耐高压。

再进一步地，所述总排砂管路包括水箱、高压泵和相应的开关阀；所述垂直排砂管路包括截止阀和高压喷头；所述水平排砂管路包括控制阀和三通接口。其结构简单，工作可靠，并可根据实际需要灵活调整或组配。

本发明的工作原理是这样的：将高压自动排砂装置与井口除砂器配合使用时，打开端盖上方的进砂阀，关闭集砂筒其他接口处的阀门，使其与井口排砂器形成一个封闭的集砂空间。当泄压出口管路上的压力表压力值与井口除砂器中压力值相近时，关闭进砂阀，与上方的高压空间隔开。接着打开泄压阀，待集砂筒内的高压降至许用值后，关闭泄压阀，使整个自动排砂作业在安全可靠状态下进行。然后开启总排砂管路及水平排砂管路上开关阀、控制阀和高压泵，开始冲洗出先前落入在其中的砂粒，接着打开垂直排砂管路上的截止阀，高压喷头处的高压水从集砂筒的射流进口射入筒体中，高压水入口附近的砂堆含水量提高后变得易于流动或流态化，在筒内压力的作用下，集砂筒内砂水混合物经下方的倒锥台形排砂口进入排砂管段，在水平排砂管路中高压水的冲击作用下排出，而集砂筒内砂堆在重力作用下不断填补下方空隙，直至完全排出。

本发明的优点在于：所设计的集砂罐总成与上方井口除砂器连通时是一个耐高压的容器，更适用于高压工矿下的井口除砂作业；所设计的端盖与集砂筒是一种可拆式结构，便于布置在集砂筒内防砂罩的安装与更换，且防砂罩结构巧妙，成本低廉；所设计的集砂筒内腔底部采用倒锥台结构，可减小砂粒滑落进入排砂管段的阻力；所设计的冲排砂管路总成作为一个相对独立的部分，可根据不同的冲排砂工艺要求，在各支路上布置不同规格、数量的管段、阀门和高压喷头，并且可以控制高压碰头的喷射方向，以使整个冲排砂过程顺利的进行，提高排砂效率，降低人工作业劳动强度。同时，其处理作业范围大，在强腐蚀环境下运行稳定可靠，特别适于在井口中、高压工况下应用。

附图说明

图1为一种高压自动排砂装置的整体结构示意图。

图2为图1中集砂罐总成的装配结构示意图。

图3为图2中防砂罩的主视放大结构示意图。

图4为图3俯视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图中所示的高压自动排砂装置，主要由冲排砂管路总成1和集砂罐总成2组合而成。

集砂罐总成2包括自上而下依次相连的端盖2.1、集砂筒2.5和排砂管段2.6，端盖2.1与集砂筒2.5外侧采用可拆式卡箍2.2连接，端盖2.1与集砂筒2.5内侧接触壁面采用O型密封圈2.3密封。端盖2.1中心设置有与进砂管相连的砂粒流道2.1.1，进砂管上设置有进砂阀3。集砂筒2.5筒壁上下错位设置有泄压出口2.5.1和射流进口2.5.4，泄压出口2.5.1的管路上设置有泄压阀4和压力表5。集砂筒2.5腔底设置与排砂管段2.6相通的排砂口2.5.3，排砂口2.5.3上端呈倒锥台形2.5.2。

在集砂筒2.5的泄压出口2.5.1处还设置有防砂罩2.4。防砂罩2.4由与集砂筒2.5内壁形状相适配的一对弧面防砂挡板2.4.2、设置在一对弧面防砂挡板2.4.2两侧的竖立防砂挡板2.4.1、设置在外侧弧面防砂挡板2.4.2上的定位接管2.4.3、以及底部支承板2.4.4组成。防砂罩2.4的上端与端盖2.1的底部之间设置有间距，防砂罩2.4的下端与泄压出口2.5.1之间也设置有间距。底部支承板2.4.4上均布有若干通气孔。合理设计定位接管2.4.3的尺寸，使其插接在泄压出口2.5.1中并与其过盈配合，从而将整个防砂罩2.4固定在集砂筒2.5内壁上。

冲排砂管路总成1主要由总排砂管路1.1、垂直排砂管路1.2和水平排砂管路1.3组成。总排砂管路1.1主要包括依次相连的水箱、高压泵和相应的开关阀。总排砂管路1.1的输出端经由三通接头7分别与垂直排砂管路1.2和水平排砂管路1.3的输入端相连。垂直排砂管路1.2主要包括截止阀和高压喷头，垂直排砂管路1.2的输出端与集砂筒2.5的射流进口2.5.4相连，且高压喷头安装在射流进口2.5.4处（图中未示出），以便射流顺畅。水平排砂管路1.3主要包括三通接口和设置在三通接口两端的控制阀，该三通接口的第三端经由排砂阀6与排砂管段2.6相连，从而将集砂筒2.5中的砂粒射流引出到水平排砂管路1.3中。

在集砂筒2.5的泄压出口2.5.1与泄压管路之间、集砂筒2.5的射流进口2.5.4与垂直排砂管路1.2之间、排砂管段2.6上端与集砂筒2.5下端之间、排砂管段2.6下端与水平排砂管路1.3之间均采用螺栓连接，金属密封垫密封。

整个冲排砂管路总成1也可根据不同的冲排砂工艺要求，在各支路上布置不同规格、数量的管段、阀门、高压泵和高压喷头，并控制高压喷头的喷射方向，以使整个冲排砂过程顺利的进行。此为成熟技术，于此不多赘述。

本发明的工作过程可分为砂粒收集阶段和自动冲排砂阶段两大部分，现分述如下：

一、砂粒收集阶段

关闭集砂筒2.5的射流进口2.5.4处和冲排砂管路总成1上各处的阀门，关闭集砂筒2.5的泄压出口2.5.1管路上的泄压阀4，打开端盖2.1上方进砂管上的进砂阀3，使其与井口排砂器形成一个封闭的集砂空间。集砂筒2.5开始收集上方除砂器排除的砂粒，当泄压出口2.5.1管路上的压力表5的压力值与上方除砂器中压力值相近时，关闭进砂阀3，与上方的高压空间隔开，从而停止砂粒收集作业。

二、自动冲排砂阶段

待砂粒收集阶段结束后，打开泄压出口2.5.1管路上的泄压阀4，待集砂筒2.5内的高压降至许用值后，关闭泄压阀4，使整个自动排砂作业在安全可靠状态下进行。然后开启总排砂管路1.1和水平排砂管路1.3上的所有阀门，高压泵开始冲洗出先前落入其中的砂粒，接着打开垂直排砂管路1.2上的阀门，开始自动冲排砂作业。此时，高压喷头处的高压水从集砂筒2.5的射流进口2.5.4射入筒体中，高压水入口附近的砂堆含水量提高后变得易于流动或流态化，在筒内压力的作用下，集砂筒2.5内砂水混合物经下方的倒锥台形2.5.2的排砂口2.5.3进入排砂管段2.6，在水平排砂管路1.3中高压水的冲击作用下排出，而集砂筒2.5内砂堆在重力作用下不断填补下方空隙，直至完全排出。

Claims (8)

1.一种高压自动排砂装置，包括冲排砂管路总成（1）和集砂罐总成（2），其特征在于：

所述集砂罐总成（2）包括自上而下依次相连的端盖（2.1）、集砂筒（2.5）和排砂管段（2.6），所述端盖（2.1）上设置有与进砂管相连的砂粒流道（2.1.1），所述进砂管上设置有进砂阀（3），所述集砂筒（2.5）筒壁上下错位设置有泄压出口（2.5.1）和射流进口（2.5.4），所述泄压出口（2.5.1）的管路上设置有泄压阀（4）和压力表（5），所述集砂筒（2.5）腔底设置与排砂管段（2.6）相通的排砂口（2.5.3）；

所述冲排砂管路总成（1）包括总排砂管路（1.1）、垂直排砂管路（1.2）和水平排砂管路（1.3），所述总排砂管路（1.1）的输出端经由三通接头（7）分别与垂直排砂管路（1.2）和水平排砂管路（1.3）的输入端相连，所述垂直排砂管路（1.2）的输出端与所述集砂筒（2.5）的射流进口（2.5.4）相连，所述排砂管段（2.6）经由排砂阀（6）与水平排砂管路（1.3）相连。

2.根据权利要求1所述的高压自动排砂装置，其特征在于：所述集砂筒（2.5）的泄压出口（2.5.1）处设置有防砂罩（2.4）。

3.根据权利要求2所述的高压自动排砂装置，其特征在于：所述防砂罩（2.4）由与集砂筒（2.5）内壁形状相适配的一对弧面防砂挡板（2.4.2）、设置在一对弧面防砂挡板（2.4.2）两侧的竖立防砂挡板（2.4.1）、设置在外侧弧面防砂挡板（2.4.2）上的定位接管（2.4.3）、以及底部支承板（2.4.4）组成，所述定位接管（2.4.3）插接在泄压出口（2.5.1）中。

4.根据权利要求3所述的高压自动排砂装置，其特征在于：所述底部支承板（2.4.4）上设置有若干通气孔。

5.根据权利要求4所述的高压自动排砂装置，其特征在于：所述防砂罩（2.4）的上端与端盖（2.1）的底部之间设置有间距，所述防砂罩（2.4）的下端与泄压出口（2.5.1）之间也设置有间距。

6.根据权利要求1~5中任一项所述的高压自动排砂装置，其特征在于：所述集砂筒（2.5）的排砂口（2.5.3）上端呈倒锥台形（2.5.2）。

7.根据权利要求1~5中任一项所述的高压自动排砂装置，其特征在于：所述端盖（2.1）与集砂筒（2.5）外侧采用可拆式卡箍（2.2）连接，所述端盖（2.1）与集砂筒（2.5）内侧采用O型密封圈（2.3）密封。

8.根据权利要求1~5中任一项所述的高压自动排砂装置，其特征在于：所述总排砂管路（1.1）包括水箱、高压泵和相应的开关阀；所述垂直排砂管路（1.2）包括截止阀和高压喷头；所述水平排砂管路（1.3）包括控制阀和三通接口。

Images