CN104060978A - 一种多筒旋流除砂器及除砂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多筒旋流除砂器，涉及油田地面工程采出液处理技术领域，该多筒旋流除砂器包括多个集束旋流管筒、进液汇管、壳体、进液阀、出液管、排砂包、排砂阀和引流管。采用多个集束旋流管筒并联和在壳体右顶部设置引流口，引流口与引流管连通，在壳体中建立流体流动。本发明还公开了一种多筒旋流除砂方法，实现了旋流管的固液旋流分离、壳体的引流拽砂和沉降静液分离。本发明提供了一套完善的除砂设备及除砂方法，其除砂效率高，实现了处理量可调、增加了高效工作点数，提高了除砂器对油田产液量自然变化的适应性。

Description

一种多筒旋流除砂器及除砂方法

技术领域

本发明属于油田地面工程采出液处理技术领域，尤其涉及一种多筒旋流除砂器及除砂方法。

背景技术

油田采出液中均含有泥沙，属于石油产品中的杂质，需要除去。特别是含聚合物、含三元复合介质的采出液以及稠油采出液的含砂量较高，引起采出液净化处理十分困难，管道和处理设备淤积，工程投资和运行费用大幅度上升。由于这类油田采出液泥砂中的细小颗粒占较大比例，难以除去，因此，如何实现油田采出液高效除砂，已成为一个世界性难题。

目前，国内外油田采用旋流除砂技术，如图1A所示，使采出液进入旋流器，依靠离心力将密度大于油水介质的泥砂从采出液中分离出去。

但是，旋流除砂技术存在如下问题：

(1)结构不合理。旋流管旋下的砂子靠重力沉降到封闭的无流动静态壳体中，导致部分小粒径泥砂因旋流管内部流体的不停旋动，而不能进入到位于旋流管底流口端的壳体中，反而进入出液口，降低除砂效率。

(2)无法调节处理量，适应性差。在较大处理量的场合，采用多个旋流管并联布设在一个筒室的方式，按在最大处理量下达到最大除砂效率设置旋流管的个数。油田采出液处理站的处理能力均按未来10-15年间的最大预测产液量设计，在新建采出液处理站投产运行的初期阶段至少3-5年中，油田实际产液量将低于处理站的设计处理量，因现行单筒室除砂器无法调节处理量，导致旋流器在低处理负荷的低效区工作。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多筒旋流除砂器及除砂方法。

在采取的技术方案上，一方面，本发明提供了一种多筒旋流除砂器，包括多个集束旋流管筒、进液汇管、壳体、进液阀、出液管、排砂包、排砂阀和引流管；

多个集束旋流管筒通过所述进液汇管并联，所述集束旋流管筒在所述壳体顶部；

所述集束旋流管筒内部设置有多根并联的旋流管，所述集束旋流管筒的外侧壁设有环形进液分配管，所述环形进液分配管的输出端为所述旋流管的输入端，所述集束旋流管筒顶端设有出液口，所述集束旋流管筒底部设有所述总底流口；所述总底流口为所述壳体的输入端；

所述进液阀设置在所述环形进液分配管输入端；所述出液管通过所述出液口与所述集束旋流管筒连接；

所述排砂包固定在所述壳体下部，所述排砂包下端设置有所述排砂阀，所述壳体右顶部设置引流口，所述引流口为所述引流管的输入端，所述引流管的输出端设置在所述出液管输入端。

优选地，所述壳体包括折流板、储砂室和净液室；所述折流板包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和第二挡板之间留有间距；所述第一挡板和第二挡板将所述壳体分为所述储砂室和净液室；所述第一挡板一端与所述壳体底部连接，另一端与所述壳体顶部留有间距；所述第二挡板一端与所述壳体顶部连接，另一端与所述壳体底部留有间距；所述总底流口的泥砂依次经过所述储砂室、第一挡板、第二挡板和净液室，进行沉降静液分离。

优选地，所述集束旋流管筒、排砂包和排砂阀的数量为4个，呈对称分布。

优选地，每个集束旋流管筒的总处理液量≤25％。

优选地，该多筒旋流除砂器还包括引流管流量计和排污口，所述引流管流量计设置在所述引流管上，所述排污口设置在所述壳体的底部。

优选地，该多筒旋流除砂器还包括三相分离器，所述三相分离器设置在所述出液管和引流管的输出端。

另一方面，本发明还提供了一种多筒旋流除砂方法，该方法包括如下步骤：

步骤1、将含砂气液混合物进行均匀分配；

步骤2、对含砂气液混合物进行液固旋流分离，实现第一次除砂，将第一次除砂后的低含砂气液混合物输出；

步骤3、将第一次除砂后的泥砂进行沉降分离和静液分离，实现第二次除砂，输出第二次除砂后的引流液，排除第二次除砂后的泥砂经过排砂包和排砂阀。

又一方面，本发明采用上述多筒旋流除砂器进行除砂，提供了一种多筒旋流除砂方法，该除砂方法包括如下步骤：

步骤1、进液汇管通过进液阀将含砂气液混合物均匀分配给各个集束旋流管筒；

步骤2、含砂气液混合物经过旋流管进行液固旋流分离，实现第一次除砂，将第一次除砂后的低含砂气液混合物输人出液管；

步骤3、第一次除砂后的泥砂进入储砂室，进行沉降分离，沉降分离后的上清液流经第一挡板、第二挡板和静液室，进行静液分离，实现第二次除砂，第二次除砂后的引流液经引流管输出，第二次除砂后的泥砂经过排砂包和排砂阀排除。

优选地，在步骤3后，该方法还包括：

步骤4、将第一次除砂后和第二次除砂后的低含砂气液混合物进行混合，通过三相分离器进行分离。

其中，上述步骤3中所述的引流液通过引流管流量计进行流量控制。

本发明通过在现有的旋流除砂器的壳体顶部设置引流管，构建旋流除砂器的引流拽砂机制，并采用多筒并联式和多根旋流管除砂，从而提高除砂效率。采用本发明提供的多筒旋流除砂器和除砂方法，具有如下技术效果：

(1)本发明通过在壳体的顶部设置引流管，建立引流拽砂机制，将壳体中的上清液引至引流管，促使壳体的流体流动，将旋流管中分离出的泥砂通过总底流口被主动拽入壳体中，避免了小粒径泥砂因旋流管内部流体的不停旋动进入出液口，从而提供了除砂效率

(2)本发明通过采用多筒并联的方式，实现了处理量可调、增加了高效工作点数，提高了除砂器对油田产液量自然变化的适应性。

(3)本发明所提供的多筒旋流除砂器，具有旋流除砂(第一次除砂)、集砂、储砂、沉降净液除砂(第二次除砂)、引流拽砂、在线排砂功能，形成了一套最为完善的除砂设备。

附图说明

图1A为现有技术中的重力沉降导砂的常规除砂器原理图；

图1B为本发明引流拽砂的多筒旋流除砂器原理图；

图2为本发明一个优选实施例的多筒旋流除砂器的剖面图；

图3为本发明一个优选实施例的多筒旋流除砂器的左视图；

图4为本发明一个优选实施例的多筒旋流除砂器俯视图；

图5为本发明一个优选实施例的多筒旋流除砂工艺流程图。

1-集束旋流管筒、11-旋流管、12-环形进液分配管、13-出液口、14-总底流口、16-排污口、2-进液汇管、3-壳体、31-折流板，32-储砂室、33-净液室、311-第一挡板、312-第二挡板、4-进液阀、5-出液管、6-排砂包、7-排砂阀、8-引流管、9-引流口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1B所示的原理图，通过在现有的旋流除砂器的壳体(即集砂舱)顶部设置引流管，构建一个引流拽砂机制，彻底改变现行旋流除砂器的旋流管底流口处封闭式无流动壳体的结构形式，实现高效率除砂；采用多筒并联式，实现处理量可调、增加了高效工作点数。

基于上述原理，本实施例首先提出了一种多筒旋流除砂器，参见图1B和图2，该多筒旋流除砂器包括多个集束旋流管筒1、进液汇管2、壳体3、进液阀4、出液管5、排砂包6、排砂阀7和引流管8。

上述壳体3(即集砂舱)内置折流板31，折流板31将壳体3分为储砂室32和净液室33。其中，折流板31包括第一挡板311和第二挡板312，第一挡板311和第二挡板312之间留有间距；第一挡板311和第二挡板312将壳体3分为储砂室32和净液室33。第一挡板311一端与壳体3底部连接，另一端与壳体3顶部留有间距；第二挡板312一端与壳体3顶部连接，另一端与壳体3底部留有间距。本实施中的折流板31的各个间距(如第一挡板311和第二挡板312之间的间距、第一挡板311与壳体3顶部之间的间距、第二挡板312与壳体3底部之间的间距)的大小，能使第一挡板311和第二挡板312形成的流通面积保证介质(如含砂的油气水混合液)通过时的流速为0.5m/s左右，避免间距过大起不到折流作用；过小形成的流通面积过小，流速高，压降大，从而降低净液室33的沉降净液分离效果。

上述进液汇管2将多个集束旋流管筒1并联起来，集束旋流管筒1固定在壳体3内的储砂室32的顶部。其中，每个集束旋流管筒1内部设置有多根并联的旋流管11，在旋流管11的输入端设置有环形进液分配管12，环形进液分配12的输入端设有进液阀4，环形进液分配12对各个旋流管11均匀分配进液。旋流管11将使固液分离后的含砂油水混合物产生旋动离心力，从而将泥砂以固液密度差从液体中分离出来，实现固液旋流分离(即第一次除砂)。

优选为4个集束旋流管筒1通过进液汇管2并联，且呈对称分布在壳体3内的储砂室32的顶部，如图3和图4所示。其中，每个集束旋流管筒的总处理液量≤25％，这样可使进入多筒旋流除砂器的处理液量以其最大处理的25％、50％、75％、100％的档位进行流量调节，使高效除砂工作点达到4个。

集束旋流管筒1顶端设有出液口13，集束旋流管筒1底部设有总底流口14；总底流口14为壳体3内的储砂室32的输入端。

壳体3用于存储来自集束旋流管筒1底部的总底流口14的泥砂，并使液体中的泥砂依靠重力沉降下来，净化被引流出去的液体。

上述进液阀4设置在环形进液分配管12输入端，出液管5通过出液口13与集束旋流管筒1连接，这样可使第一次除砂后的气液混合物通过出液口13输入到出液管5。

壳体3内的静液室33的顶部设置引流口9用于连接引流管8，引流管8的输出端设置在出液管5输入端。由于在静液室33顶部设置了引流管8，使得静液室33中的液体以适度流量引出，在壳体3中建立液体持续流动，使集束旋流管筒1的总底流口14产生重力沉降加液体携带的向下拖拽流动，迫使泥砂沉降到储砂室32，并进行沉淀，澄清出的上清液从储砂室32的顶部经第一挡板311和第二挡板312进入净液室33的底部，进行沉降静液分离(第二次除砂)，第二次除砂后的引流液沿与净液室33顶部的引流管8呈对角线的方向流向引流管8。这样在储砂室32中建立液体流动，并将集束旋流管筒1中分离出的泥砂经总底流口14拖拽至储砂室32中。从而使得储砂室32内的上清液在净液室33中获得了最长的沉降路径和最大的沉降时间，使引流液的含砂率降至最低。

为了将储砂室32和净液室33中积存的泥砂进行定期经排出，在壳体3内的储砂室32的底部设置有排砂包6，排砂包6下端设置有排砂阀7，用于将沉降在集砂舱3的底部的泥砂定期派出。优选排砂包和排砂阀的数量为4个，呈对称分布在壳体3内的储砂室32的底部。

本实施例在引流管上设置有引流管流量计，可以将壳体3的液体以适度流量引出，保证壳体3中的液体持续流动，使集束旋流管筒的总底流口产生重力沉降加液体携带的向下拖拽流动，迫使泥砂进入壳体3中。

本实施例在壳体3的底端设置有排污口16，方便对多筒旋流除砂器的污水进行排除。

多筒旋流除砂器21还包括三相分离器(参见图5)，这样多筒旋流除砂器21除砂后，一路将除砂后的低含砂油水混合物传输给三相分离器，三相分离器将接收到的分离出来的气相和除砂后的低含砂油水混合物进行固液气分离，进一步降低除砂后的混合物的含砂量，提高了除砂效率。

可见，在本实施例中，由于在壳体内部形成了一个引流拽砂机制，使得壳体内的液体处于流动状态，将集束旋流管筒1中分离出的泥砂经总底流口14拖拽至储砂室32中，在总底流口14处形成重力沉降加液体流动拖拽的流场，使集束旋流管筒1中分出泥砂的排出得到大大强化，从而提高除砂效率；而将多个集束旋流管筒1并联，提高了多筒旋流除砂器对油田产液量自然变化的适应性，增加了高效运行工作点。

本实施例给出的一种多筒旋流除砂器的工作原理如下：

油井群来的高含砂油水混合物首先均匀分配进入进液汇管2，经进液阀4导入环形进液分配管12，然后以4个对称方向均匀进入集束旋流管筒1，在该筒内进入多根并联设置的旋流管11进行液固旋流分离，分离出来的泥砂经总底流口14沉降到储砂室32中，除砂后的油水混合物经出液口13排出，进入下一个生产单元。

从总底流口14沉降到储砂室32中的泥砂在该室中沉淀后，澄清出的上清液从储砂室32的顶部经折流板31进入净液室33的底部，并沿与净液室33顶部的引流口9成对角线的方向流向该引流口，从而在储砂室32中建立液体流动，并将集束旋流管筒1中分离出的泥砂经总底流口14拖拽至储砂室32中。保证了上清液在净液室33中获得了最长的沉降路径和最大的沉降时间，使引流液的含砂率降至最低。

在储砂室32和净液室33中积存的泥砂定期经排砂包6和排砂阀7排出除砂器。

同时，本发明另一实施例提出了一种多筒旋流除砂方法，该方法包括如下步骤：

步骤1、将高含砂油气水混合物进行均匀分配。

步骤2、对高含砂油气水混合物进行液固旋流分离，实现第一次除砂，将第一次除砂后的低含砂油气水混合物输出。

步骤3、将第一次除砂后的泥砂进行沉降分离和静液分离，实现第二次除砂，输出第二次除砂后的引流液，排除第二次除砂后的泥砂经过排砂包和排砂阀。

另外，针对上述多筒旋流除砂器和油田的采出液(含砂油气水混合物)，本发明又一实施例提出了一种多筒旋流除砂方法，利用上述多筒旋流除砂器进行除砂，如图5所示，该除砂方法包括如下步骤：

步骤1、进液汇管2通过进液阀4将高含砂油气水混合物均匀分配给各个集束旋流管筒1。

首先进液汇管2将高含砂油气水混合物经进液阀4均匀分配给各个集束旋流管筒1，通过环形进液分配管12，以对称方向均匀进入旋流管11。本实施优选4个集束旋流管筒1，对称布置。

步骤2、高含砂油气水混合物经过旋流管12的液固旋流分离，进行第一次除砂，将第一次除砂后的低含砂油气水混合物输入至出液管5。

多根并联设置的旋流管11，根据固液密度差以及引流拽砂机制，将高含砂油气水混合物进行液固旋流分离，实现第一次除砂。除砂后的低含砂油气水混合物经引流管8排出，进入下一个生产单元。

步骤3、第一次除砂后的泥砂进入储砂室32，进行沉降分离，沉降分离后的上清液(上清液比第一次除砂后的低含砂油气水混合物的砂含量低)流经第一挡板311、第二挡板312和静液室33，进行静液分离，实现第二次除砂，第二次除砂后的引流液(引流液比上清液的含砂油气水混合物的砂含量低，即含砂量降至最低)经引流管8输出，第二次除砂后的泥砂经过排砂包6和排砂阀7排除。

从总底流口14沉降到储砂室32中的泥砂在该室中沉淀后，澄清出的上清液从储砂室32的顶部流经第一挡板311、从第二挡板312进入净液室33的底部，并延与净液室33顶部的引流管8成对角线的方向流向该引流管8。从而，实现了在储砂室32中建立液体流动，并将集束旋流管筒1中分离出的泥砂经总底流口14拖拽至储砂室32中。上清液在净液室33中获得了最长的沉降路径和最大的沉降时间，使引流液的含砂率降至最低。

在储砂室32和净液室33中积存的泥砂定期经排砂包6和排砂阀7排出多筒旋流除砂器。

在本实施例中，在步骤3后，进一步包括：

步骤4、将第一次除砂后和第二次除砂后的低含砂气液混合物进行混合，通过三相分离器进行分离。

需要说明的是，上述实施例的旋流管的工作个数根据进液量的大小可适当进行调整，如进液量大就开启多个旋流管；进液量小就关闭部分旋流管，保证旋流管工作在高效区，提高除砂效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，本领域普通技术人员在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种多筒旋流除砂器，其特征在于，该多筒旋流除砂器包括多个集束旋流管筒、进液汇管、壳体、进液阀、出液管、排砂包、排砂阀和引流管；

所述集束旋流管筒固定在所述壳体顶部，所述进液汇管通过所述进液阀将多个所述集束旋流管筒并联；

所述集束旋流管筒内部设置有多根并联的所述旋流管；所述集束旋流管筒设有所述环形进液分配管，所述环形进液分配管的输出端为所述旋流管的输入端，所述集束旋流管筒顶端设有出液口，所述集束旋流管筒底部设有所述总底流口；所述总底流口为所述壳体的输入端；

所述进液阀设置在所述环形进液分配管和所述进液汇管之间；所述出液管通过所述出液口与所述集束旋流管筒连接；

所述壳体右顶部设置引流口，所述引流口为所述引流管的输入端，所述引流管的输出端设置在所述出液管的输入端，所述排砂包固定在所述壳体下部，所述排砂包下端设置有所述排砂阀。

2.根据权利要求1所述的多筒旋流除砂器，其特征在于，所述壳体包括折流板；

所述折流板包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和第二挡板之间留有间距；所述第一挡板和第二挡板将所述壳体分为储砂室和净液室；

所述第一挡板一端与所述壳体底部连接，另一端与所述壳体顶部留有间距；所述第二挡板一端与所述壳体顶部连接，另一端与所述壳体底部留有间距；

所述总底流口的泥砂依次经过所述储砂室、第一挡板、第二挡板和净液室，进行沉降静液分离。

3.根据权利要求1所述的多筒旋流除砂器，其特征在于，所述集束旋流管筒、排砂包和排砂阀的数量为4个，呈对称分布。

4.根据权利要求3所述的多筒旋流除砂器，其特征在于，每个集束旋流管筒的总处理液量≤25％。

5.根据权利要求1所述的多筒旋流除砂器，其特征在于，该多筒旋流除砂器还包括引流管流量计和排污口，所述引流管流量计设置在所述引流管上，所述排污口设置在所述壳体的底部。

6.根据权利要求1-5任一项所述的多筒旋流除砂器，其特征在于，该多筒旋流除砂器还包括三相分离器，所述三相分离器用于接收所述出液管输出和引流管输出的低含砂气液相混合物，并进行固液气分离。

7.一种多筒旋流除砂方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1、将含砂气液混合物进行均匀分配；

步骤2、对含砂气液混合物进行液固旋流分离，实现第一次除砂，将第一次除砂后的低含砂气液混合物输出；

步骤3、将第一次除砂后的泥砂进行沉降分离和静液分离，实现第二次除砂，输出第二次除砂后的引流液，排除第二次除砂后的泥砂经过排砂包和排砂阀。

8.一种多筒旋流除砂方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的多筒旋流除砂器进行除砂，包括如下步骤：

步骤1、进液汇管通过进液阀将含砂气液混合物均匀分配给各个集束旋流管筒；

步骤2、含砂气液混合物经过旋流管进行液固旋流分离，实现第一次除砂，将第一次除砂后的低含砂气液混合物输出给出液管；

步骤3、第一次除砂后的泥砂进入储砂室，进行沉降分离，沉降分离后的上清液流经第一挡板、第二挡板和静液室，进行静液分离，实现第二次除砂，第二次除砂后的引流液经引流管输出，第二次除砂后的泥砂经过排砂包和排砂阀排除。

9.根据权利要求8所述的多筒旋流除砂方法，其特征在于，在步骤3后，该方法还包括：

步骤4、将第一次除砂后和第二次除砂后的低含砂气液混合物进行混合，通过三相分离器进行固液气分离。

10.根据权利要求7-9任一项所述的多筒旋流除砂方法，其特征在于，采用引流管流量计对步骤3中所述引流液的输出进行流量控制。