CN104594874A - 一种适用于高压高产气井的除砂装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气井的除砂领域,特别是一种适用于高压高产气井的除砂装置。本除砂装置的压力容器内主要由储砂区、旋流分离器、重力沉降区以及滤筒这四部分组成,其中旋流分离器对进入本装置含有砂砾的天然气进行Ⅰ级除砂,经过Ⅰ级除砂的天然气进入重力沉降区后受到重力作用进行Ⅱ级除砂,天然气最终经过滤筒进行Ⅲ级除砂后由出气口排出,含有砂砾的天然气经过Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级除砂后固相砂砾得到充分分离,能有效防止砂砾对后续管道及设备的冲刷和破坏。
Description
技术领域
本发明涉及气井的除砂领域,特别是一种适用于高压高产气井的除砂装置。
背景技术
苏东南区上古压裂气井支撑剂的回流是一个普遍的现象,特别是高压高产气井支撑剂回流更为严重,压裂气井出砂将导致人工裂缝的导流能力下降,同时给压后排液、测试、求产阶段和压后采集输带来较大安全隐患。
针对气井产气量大于12万方/天,压力高于20MPa,砂砾粒径较小时,目前应用的几种常用类型的单套除砂装置无法满足现场除砂需求。
如旋流除砂器适合压力较高,出砂量较大,产气量小于12万方/天的气井;过滤式除砂器适用于日均产气量5万方/天、压力低、出砂量小的气井;管道除砂装置适用于气量小于10万方/天、出砂量较小的气井。
根据上述常用三种出砂装置的特点,高压高产高砂量的气井需考虑两种或三种防砂装置进行组合除砂,这样投入成本较高,且多台除砂装置的日常运行管理难度较大,现场适应性较差。
因此需要设计一种适合高压高产气井的除砂装置,有效降低支撑剂回流造成的下游采集输系统运行风险,确保加砂压裂气井的安全平稳生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够有效清除高速气流携带的砂砾,且便于日常清砂管理的气井除砂装置,该装置适用于高压高产气井,特别是气量大于12万方/天,压力高于20MPa,砂砾粒径较小的气井。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是:一种适用于高压高产气井的除砂装置,它至少包括呈立式结构的压力容器,其特征是:压力容器内部下方设置有旋流分离器,进气口位于旋流分离器侧方的压力容器侧壁处,压力容器底部为排砂口,旋流分离器下方与排砂口之间为储砂区,旋流分离器上方的压力容器内部空间为重力沉降区,压力容器顶部开口出气口,出气口下方连接有滤筒,滤筒延伸至重力沉降区内。
所述的进气口沿压力容器的切线方向设置在其侧壁处。
所述的旋流分离器是由升气管、水平叶片以及垂直叶片组成,升气管上部通过固定隔板连接在进气口上方的压力容器内壁上,水平叶片呈螺旋状固定在固定隔板下方的升气管外壁处,螺旋状分布的水平叶片内径与升气管固定连接,相邻的两水平叶片外径之间连接有垂直叶片,垂直叶片将相邻的两水平叶片之间封堵为密闭空间,在升气管外形成螺旋状通道,螺旋状通道上端口位于压力容器的进气口处,螺旋状通道下端口位于临近升气管下端口的侧壁处。
所述的进气口和升气管的直径为:设压力容器内放置旋流分离器处的内径为D,进气口的直径为d1,升气管的直径为d2,则
进气口直径:d1=(0.15~0.25)D;
升气管直径:d2=(0.2~0.3)D。
所述的旋流器叶片组件构成的螺旋状通道入口角为60°,螺旋状通道的出口角为10°。
所述的压力容器的进气口上方的内壁上有凸台,固定隔板外沿通过螺栓可拆卸连接在凸台上,固定隔板内沿与升气管上部外壁固定连接,位于固定隔板上方的升气管上端口为喇叭口。
所述的压力容器上方通过法兰连接有容器上盖,容器上盖内口径与压力容器上部重力沉降区内径一致,出气口位于容器上盖中心位置。
所述的储砂区与旋流分离器之间的压力容器内壁上固定有分隔装置,分隔装置呈环状固定在压力容器内壁上,分隔装置下表面水平,上表面由压力容器内壁端至中部开口端向下倾斜布置。
所述的滤筒包括连接法兰、筛网连接管以及过滤筛网,压力容器顶部出口上表面沿周向设置有法兰孔,连接法兰与法兰孔连接,连接法兰下方固定的筛网连接管经压力容器顶部出口延伸至压力容器内,连接法兰上方连接有出气口,筛网连接管下端通过螺纹连接有过滤筛网。
所述的过滤筛网分为两部分,上部为圆柱形结构,下部为锥形结构,过滤筛网的圆柱段上端有用于与筛网连接管连接的螺纹,过滤筛网的孔径为0.2mm。
本发明的有益效果是:本除砂装置的压力容器内主要由储砂区、旋流分离器、重力沉降区以及滤筒这四部分组成,其中旋流分离器对进入本装置含有砂砾的天然气进行Ⅰ级除砂,经过Ⅰ级除砂的天然气进入重力沉降区后受到重力作用进行Ⅱ级除砂,天然气最终经过滤筒进行Ⅲ级除砂后由出气口排出,含有砂砾的天然气经过Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级除砂后固相砂砾得到充分分离,能有效防止砂砾对后续管道及设备的冲刷和破坏。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明进一步说明。
图1是高压高产气井的除砂装置结构示意图;
图2是旋流分离器结构示意图;
图3是叶片结构示意图;
图4是滤筒结构示意图;
图中:1、压力容器;2、旋流分离器;3、进气口;4、排砂口;5、储砂区;6、重力沉降区;7、出气口;8、滤筒;9、升气管;10、水平叶片;11、垂直叶片;12、固定隔板;13、分隔装置;14、凸台;15、容器上盖;16、连接法兰;17、筛网连接管;18、过滤筛网。
具体实施方式
实施例1
如图1的本高压高产气井的除砂装置结构示意图所示,它至少包括呈立式结构的压力容器1,压力容器1内部下方设置有旋流分离器2,进气口3位于旋流分离器2侧方的压力容器1侧壁处,压力容器1底部为排砂口4,旋流分离器2下方与排砂口4之间为储砂区5,旋流分离器2上方的压力容器1内部空间为重力沉降区6,压力容器1顶部开口出气口7,出气口7下方连接有滤筒8,滤筒8延伸至重力沉降区6内。
进气口3沿压力容器1的切线方向设置在其侧壁处。
本装置的压力容器1内主要由储砂区5、旋流分离器2、重力沉降区6以及滤筒8这四部分组成,其中旋流分离器2对进入本装置含有砂砾的天然气进行Ⅰ级除砂,经过Ⅰ级除砂的天然气进入重力沉降区6后受到重力作用进行Ⅱ级除砂,天然气最终经过滤筒8进行Ⅲ级除砂后由出气口7排出。
含有砂砾的天然气经过Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级除砂后固相砂砾得到充分分离,能有效防止砂砾对后续管道及设备的冲刷和破坏。
进行地面除砂工艺设计时,若气井产气量大于12万方/天,压力高于20MPa,砂砾粒径较小时,需考虑两种或三种防砂装置进行组合除砂,投入成本较高,且多台除砂装置的日常运行管理难度较大,现场适应性较差。新型防砂装置是以联合重力和离心力实施气液或气固的分离,并主要以旋流分离为主,可取得较好的效果。含有砂砾的天然气经过重力沉降和离心分离后,较大颗粒和杂质可得到有效分离,增设三级精细除砂即过滤式除砂器,残留的微粒砂和地层泥沙可被过滤截留,从而彻底实现气液分离,适应于压力高、气量大的加砂压裂改造气井。
实施例2
如图2的旋流分离器结构示意图所示,本压力容器1内的旋流分离器是由升气管9、水平叶片10以及垂直叶片11组成。
升气管9上部通过固定隔板12连接在进气口3上方的压力容器1内壁上,水平叶片10呈螺旋状固定在固定隔板12下方的升气管9外壁处,螺旋状分布的水平叶片10内径与升气管9固定连接,相邻的两水平叶片10外径之间连接有垂直叶片11,垂直叶片11将相邻的两水平叶片10之间封堵为密闭空间,见图3,在升气管9外形成螺旋状通道,螺旋状通道上端口位于压力容器1的进气口3处,螺旋状通道下端口位于临近升气管9下端口的侧壁处。
进气口3和升气管9的直径为:设压力容器1内放置旋流分离器2处的内径为D,进气口3的直径为d1,升气管9的直径为d2,则
进气口3直径:d1=(0.15~0.25)D;
升气管9直径:d2=(0.2~0.3)D。
本旋流分离器中水平叶片10和垂直叶片11构成的旋流器叶片组件是影响旋流分离器除砂效果的关键部件,其中叶片形状采用圆弧面垂直叶片,叶片的内侧与升气管外壁相切,以减少气流扰动和阻力。
旋流器叶片组件构成的螺旋状通道入口角为60°,螺旋状通道入口角是指进气口3连接在压力容器1处切线方向与螺旋状通道进口之间形成的夹角。
螺旋状通道的出口角为10°,螺旋状通道的出口角是指升气管9水平切面与螺旋状通道出口之间形成的夹角。
Ⅰ级除砂,即旋流分离器分离的具体工作过程如下:
由进气口3进入压力容器1的含砂天然气首先经过旋流分离器2进行一级除砂。带砂气流径向进入旋流分离器2,在截面面积逐渐减小的叶片螺旋状通道内被加速并改变方向,在切向分速度作用下,气体在筒体内形成旋涡流场,从而使气体中密度较大的固体颗粒运移到筒壁处,在流场轴向分速度的作用下,筒壁附近的固体颗粒进入储砂区5。净化后的气体形成中心内旋流由升气管9进入重力沉降区6。
实施例3
在实施例2的基础上,本实施例中压力容器1的进气口3上方的内壁上有凸台14,固定隔板12外沿通过螺栓可拆卸连接在凸台14上,固定隔板12内沿与升气管9上部外壁固定连接,位于固定隔板12上方的升气管9上端口为喇叭口。
压力容器1上方通过法兰连接有容器上盖15,容器上盖15内口径与压力容器1上部重力沉降区6内径一致,出气口7位于容器上盖15中心位置。
固定隔板12不仅将压力容器1内分割成上下两部分空间,这两部分空间即旋流分离区和重力沉降区6,两个区域互不干扰,各子独立完成各子环节的除砂,而且固定隔板12与旋流分离器2固定焊接,又与压力容器1内壁通过螺栓可拆卸连接,需要对旋流分离器2进行检修时,打开容器上盖15,旋下连接固定隔板12与压力容器1之间的螺旋,便可将旋流分离器2整体从压力容器1内取出进行检修或更换。
实施例4
储砂区5与旋流分离器2之间的压力容器1内壁上固定有分隔装置13,分隔装置13呈环状固定在压力容器1内壁上,分隔装置13下表面水平,上表面由压力容器1内壁端至中部开口端向下倾斜布置,经旋流分离器2分离的砂砾经分隔装置13的上倾斜面下滑到储砂区,并最终由排砂口4排出,分隔装置13能够有效格挡旋流分离器2排出的天然气对储砂区内砂砾的冲击。
排砂口4为喇叭口状的收口,便于砂砾从排砂口4内排出。
实施例5
如图4的滤筒结构示意图,滤筒8包括连接法兰16、筛网连接管17以及过滤筛网18,压力容器1顶部出口上表面沿周向设置有法兰孔,连接法兰16与法兰孔连接,连接法兰16下方固定的筛网连接管17经压力容器1顶部出口延伸至压力容器1内,连接法兰16上方连接有出气口7,筛网连接管17下端通过螺纹连接有过滤筛网18。
过滤筛网18分为两部分,上部为圆柱形结构,下部为锥形结构,过滤筛网18的圆柱段上端有用于与筛网连接管17连接的螺纹,过滤筛网18的孔径为0.2mm。
本滤筒8由于是从压力容器1顶部出口处插接至压力容器1内部,通过法兰固定,在需要清理过滤筛网18时便于取出,从顶部出口抽出即可,而且过滤筛网18与筛网连接管17之间通过螺纹连接,便于过滤筛网18的更换。
Ⅱ级除砂,即重力沉降分离的具体工作过程如下:未得到分离的砂砾和液体的天然气以一定的流速通过旋流器升气管9进入重力沉降区6,由于筒体直径大,整个流体在扩容的容器内的流速降低,密度较大的砂砾和液体因重力作用,在扩容腔室内沉降,通过重力作用又经升气管9流入储砂区5。
Ⅲ级除砂,即过滤隔离的具体工作过程如下:未得到充分分离的微小颗粒和细沙通过滤筒8时在过滤筛网18的分筛作用下实现完全气固隔离。
Claims (10)
1.一种适用于高压高产气井的除砂装置,它至少包括呈立式结构的压力容器(1),其特征是:压力容器(1)内部下方设置有旋流分离器(2),进气口(3)位于旋流分离器(2)侧方的压力容器(1)侧壁处,压力容器(1)底部为排砂口(4),旋流分离器(2)下方与排砂口(4)之间为储砂区(5),旋流分离器(2)上方的压力容器(1)内部空间为重力沉降区(6),压力容器(1)顶部开口出气口(7),出气口(7)下方连接有滤筒(8),滤筒(8)延伸至重力沉降区(6)内。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高压高产气井的除砂装置,其特征是:所述的进气口(3)沿压力容器(1)的切线方向设置在其侧壁处。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高压高产气井的除砂装置,其特征是:所述的旋流分离器是由升气管(9)、水平叶片(10)以及垂直叶片(11)组成,升气管(9)上部通过固定隔板(12)连接在进气口(3)上方的压力容器(1)内壁上,水平叶片(10)呈螺旋状固定在固定隔板(12)下方的升气管(9)外壁处,螺旋状分布的水平叶片(10)内径与升气管(9)固定连接,相邻的两水平叶片(10)外径之间连接有垂直叶片(11),垂直叶片(11)将相邻的两水平叶片(10)之间封堵为密闭空间,在升气管(9)外形成螺旋状通道,螺旋状通道上端口位于压力容器(1)的进气口(3)处,螺旋状通道下端口位于临近升气管(9)下端口的侧壁处。
4.根据权利要求3所述的一种适用于高压高产气井的除砂装置,其特征是:所述的进气口(3)和升气管(9)的直径为:设压力容器(1)内放置旋流分离器(2)处的内径为D,进气口(3)的直径为d1,升气管(9)的直径为d2,则
进气口(3)直径:d1=(0.15~0.25)D;
升气管(9)直径:d2=(0.2~0.3)D。
5.根据权利要求3所述的一种适用于高压高产气井的除砂装置,其特征是:所述的旋流器叶片组件构成的螺旋状通道入口角为60°,螺旋状通道的出口角为10°。
6.根据权利要求3所述的一种适用于高压高产气井的除砂装置,其特征是:所述的压力容器(1)的进气口(3)上方的内壁上有凸台(14),固定隔板(12)外沿通过螺栓可拆卸连接在凸台(14)上,固定隔板(12)内沿与升气管(9)上部外壁固定连接,位于固定隔板(12)上方的升气管(9)上端口为喇叭口。
7.根据权利要求1所述的一种适用于高压高产气井的除砂装置,其特征是:所述的压力容器(1)上方通过法兰连接有容器上盖(15),容器上盖(15)内口径与压力容器(1)上部重力沉降区(6)内径一致,出气口(7)位于容器上盖(15)中心位置。
8.根据权利要求1所述的一种适用于高压高产气井的除砂装置,其特征是:所述的储砂区(5)与旋流分离器(2)之间的压力容器(1)内壁上固定有分隔装置(13),分隔装置(13)呈环状固定在压力容器(1)内壁上,分隔装置(13)下表面水平,上表面由压力容器(1)内壁端至中部开口端向下倾斜布置。
9.根据权利要求1所述的一种适用于高压高产气井的除砂装置,其特征是:所述的滤筒(8)包括连接法兰(16)、筛网连接管(17)以及过滤筛网(18),压力容器(1)顶部出口上表面沿周向设置有法兰孔,连接法兰(16)与法兰孔连接,连接法兰(16)下方固定的筛网连接管(17)经压力容器(1)顶部出口延伸至压力容器(1)内,连接法兰(16)上方连接有出气口(7),筛网连接管(17)下端通过螺纹连接有过滤筛网(18)。
10.根据权利要求9所述的一种适用于高压高产气井的除砂装置,其特征是:所述的过滤筛网(18)分为两部分,上部为圆柱形结构,下部为锥形结构,过滤筛网(18)的圆柱段上端有用于与筛网连接管(17)连接的螺纹,过滤筛网(18)的孔径为0.2mm。
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