一种高压气液分离方法
技术领域
本发明涉及一种高压气液分离方法,属于油气田污水处理、地面测试、试气作业领域。
背景技术
油气田压裂后放喷排液或地面测试后,压裂返排液混合支撑剂、井底岩石碎屑以及天然气或者其他气体从井内冲出,井口喷出后约带有35MPa的压力,这种气液固混合体,需要经过一步分离之后,才能进行压裂返排液回收利用或者地面测试工作。目前的做法是混合体从井内喷出,直接放喷到排液池中进沉淀分离,待气体量达到一定程度后收集点燃。这种做法需要时间长,且压裂返排液易被污染,不利于重复利用。
现场情况使用分离装置来除去砂等颗粒,避免对管汇造成磨损。目前所使用的分离装置大致可分为沉降式、过滤式和旋流分离式。
沉降式一般运用于低压状况,尤其在高压情况下是不适用的,装置体积大、需要时间长。
过滤式目前应用较典型的是双筒滤砂器,优点是除砂效率高、适合高压以及集装较好,缺点是在于人工操作不安全,劳动强度大,而且由于不是自动排砂,在一个筒卸砂,另一个筒砂体装满时,不得不关井,停止作业。
离心旋流式装置适合小型化、且分离作用时间短、也适于进行自动化控制,故是新装置设计的选择。
发明内容
为了克服现有气液分离装置中操作不安全、磨损管汇和劳动强度大的问题,本发明提供一种高压气液分离方法,气流从井下无节流不降压地流出,保持了井下地层大部分的状态参数。通过旋流分离装置,在装置的上出口是相对纯净的气流,依然保持同井口一致的压力,这时由于它相对干净,不会出现磨蚀情况。
本发明的技术方案为:
一种高压气液分离方法,
具体步骤如下
1)油气井压裂后从井口放喷返排混合液,返排混合液经入口通过管线均等进入五个分离作业筒;
2)分离作业筒进行气液分离,分离出的气体通过上出气管线排出;分离后的砂、液向下沉淀,通过其中一个分离作业筒上设置的检测液位的液位计,通过液位的变化来控制液位控制阀的打开与闭合,排放液体;
3)步骤3)中分离后的液体通过下出液管线进入储液罐进行储存。
所述分离作业筒内部下方设置有锥形内衬,锥形内衬与分离作业筒上部设置的分离筒入口之间设置有导流板,所述锥形内衬下方连接有集砂罐,分离作业筒上出气口通过上直角弯头与上出气管线连接,分离作业筒下出液口通过下直角弯头与下出液管线连接,分离作业筒的上出气口设置有上开关阀,分离作业筒的下出液口上设置有下开关阀。
所述安装有液位计的一个作业分离筒,其上部出气口通过管线连接有第二电磁阀,该管线上还连接有气体压力计和气体流量计;分离作业筒的下部出口连接有液位控制阀;还包括控制元件,所述控制元件接收液位计检测到的信号,分析处理后控制液位控制阀的打开与闭合;控制元件接收气体压力计和气体流量计发出的信号并进行分析处理,来控制第二电磁阀的打开与闭合。
所述步骤2)中分离后的砂、液通过分离作业筒内部设置的导流板和锥形内衬一起作用将砂、液抛出,砂、液向下沉淀,由于砂粒密度大,沉淀过程中将液挤出,液体又被带前行,直至砂粒充满分离作业筒内部下面的积砂罐。
步骤2)中,在分离作业筒上集砂罐14与锥形内衬15之间依次设置有A线、B线和C线,当液位计4检测到的液位到达A线时,打开设置在下出液管线末端的液位控制阀,保持液位在A线波动,液位高于A线时,向右旋转液位控制阀打开,液位低于A线时,向左旋转液位控制阀。
所述分离作业筒上部出气口与上出气管线连通,下出液口与下出液管线连通,所述分离作业筒为五个,并列设置在上出气管线和下出液管线之间,相邻两个分离作业筒通过锻件弯头连通,上出气管线的末端与下出液管线的末端之间设置有液位控制阀,液位控制阀与下出液管线位于同一水平线上。
所述分离作业筒的入口通过2-7/8"TBG内螺纹转3"1502由壬直接与井口相连。
本发明的有益效果为:
气流从井下无节流不降压地流出,保持了井下地层大部分的状态参数。通过旋流分离装置,在装置的上出口是相对纯净的气流,依然保持同井口一致的压力,这时由于它相对干净,不会出现磨蚀情况,五个分离作业筒同时工作,增加了作业效率,同时解决了不用关井实现气液分离。
本发明的气体去除率达到98%以上,承压强度达到35MPa,出口压力≤35MPa。
以下将结合附图进行详细的说明。
附图说明
图1为高压气液分离装置结构示意图。
图2为分离作业筒结构示意图。
图3为液位控制系统原理图。
附图中,1、入口;2、分离作业筒;3、上出气管线;301、下出液管线;4、液位计;5、上开关阀;6、液位控制阀;7、第一电磁阀;8、第二电磁阀;9、气
体压力计;10、气体流量计;11、控制元件;12、下开关阀;13导流板;14、集砂罐;15、锥形内衬;16、上直角弯头;1601、下直角弯头;17分离筒入口。
具体实施方式
实施例1:
为了克服现有气液分离装置中操作不安全、磨损管汇和劳动强度大的问题,本发明提供了如图1所示一种高压气液分离方法,气流从井下无节流不降压地流出,保持了井下地层大部分的状态参数。通过旋流分离装置,在装置的上出口是相对纯净的气流,依然保持同井口一致的压力,这时由于它相对干净,不会出现磨蚀情况。
一种高压气液分离方法,其特征在于:
具体步骤如下
1)油气井压裂后从井口放喷返排混合液,返排混合液经入口1通过管线均等进入五个分离作业筒2;
2)分离作业筒2进行气液分离,分离出的气体通过上出气管线3排出;分离后的砂、液向下沉淀,通过其中一个分离作业筒2上设置的检测液位的液位计4,通过液位的变化来控制液位控制阀6的打开与闭合,排放液体;
3)步骤2)中分离后的液体通过下出液管线301进入储液罐进行储存。
本实施例中所述的分离作业筒2为立式气液分离器,其内部设置有导板13和锥形内衬15,保证进入的液体呈旋流式前进。分离作业筒2上下均设置有开关阀,分离作业筒2的上下出口均通过直角弯头与管线连接,直角弯头有效的防御液体直冲带来的冲蚀。
所述分离作业筒2上部出气口与上出气管线3连通,下出液口与下出液管线301连通,所述分离作业筒2为五个,并列设置在上出气管线3和下出液管线301之间,相邻两个分离作业筒2通过锻件弯头连通,上出气管线3的末端与下出液管线301的末端之间设置有液位控制阀6,液位控制阀6与下出液管线301位于同一水平线上。
如图2中所示,所述分离作业筒2内部下方设置有锥形内衬15,锥形内衬15与分离作业筒2上部设置的分离筒入口17之间设置有导流板13,所述锥形内衬15下方连接有集砂罐14,分离作业筒2上出气口通过上直角弯头16与上出气管线3连接,分离作业筒2下出液口通过下直角弯头1601与下出液管线301连接,分离作业筒2的上出气口设置有上开关阀5,分离作业筒2的下出液口上设置有下开关阀12。
所述步骤1)中,分离作业筒2的上出气口设置有上开关阀5,上出气管线
3排除残余的气体通过打开上开关阀5排尽气体。其中一个分离作业筒2上设置有检测液位的液位计4。
所述步骤3)中还设置有出液直流通道,分离后的液体可直接通过出液直流
通道排出液体。
所述高压气液分离方法,其装置外观尺寸:宽≦2300㎜,高≦2800㎜,长≦6600㎜;作业环境:含硫(<2000PPm)、耐酸性(适合PH值5-7)的油、气、水;环境温度范围:-20℃~50℃;工作温度:0℃~60℃;连接方式:出入口连接:2-7/8"TBG内螺纹转3"1502由壬。
额定工作压力:35MPa;最大气处理量:10×104m3/d;最大液(含砂)处理量:1 m3/min。
进气(液)管线是将进气(液)各均匀分离到分离筒当中,采用加强弯头、三通抵御直冲带来的冲蚀;本是私立中采用了上直角弯头16和下直角弯头1601来抵御直冲带来的冲蚀。
所述分离作业筒2采用 35铬钼合金钢材质,进气口冲击面敷焊耐磨材料;本实施例中的耐磨材料为碳化硅。分离作业筒2内置放锥型内衬15,便于更换.所述分离筒上出气管线为3"无缝加厚管,并采用由壬1502连接,出口安装捕雾器、除泡沫装置;分离作业筒2下出液管线301为3"无缝加厚管,并采用由壬1502连接,便于拆卸、维修。下出液管线301为进出液直流通道,可供手动选择使用。
所述步骤2)中分离后的砂、液通过分离作业筒2内部设置的导流板13和锥形内衬15一起作用将砂、液抛出,砂、液向下沉淀,由于砂粒密度大,沉淀过程中将液挤出,液体又被带前行,直至砂粒充满分离作业筒2内部下面的积砂罐14。
实施例2:
基于实施例1的基础上,本实施例中提供如图3所示的液位控制系统,所述安装有液位计2的一个作业分离筒2,其上部出气口通过管线连接有第二电磁阀8,该管线上还连接有气体压力计9和气体流量计10;分离作业筒2的下部出口连接有液位控制阀6;还包括控制元件11,所述控制元件11接收液位计4检测到的信号,分析处理后控制液位控制阀6的打开与闭合;控制元件11接收气体压力计9和气体流量计10发出的信号并进行分析处理,来控制第二电磁阀8的打开与闭合。
步骤2)中,在分离作业筒2上集砂罐14与锥形内衬15之间依次设置有A线、B线和C线,当液位计4检测到的液位到达A线时,打开设置在下出液管线301末端的液位控制阀6,保持液位在A线波动,液位高于A线时,向右旋转液位控制阀6打开,液位低于A线时,向左旋转液位控制阀6。本实施例中的液位控制阀6为电磁阀。
集砂罐14的容积保证沉集的液砂在罐内有10~20秒的停顿,且只有当集砂罐14内液砂达到A线液位后,分离作业筒2下出液口的下开关阀12开启,液砂在分离作业筒2内的的气压下开始流动,这一过程液体流动由急速到静止再到重新启动,其后时间通过液位控制阀6对流动进行调节,以保持集砂罐14中液体在A线液位上徘徊。正是由于集砂罐14的减缓,大部分时间里液体流速是降低的,同时,由于液体的润滑,砂的磨蚀作用亦降低。这一路液砂流体通过液位控制阀6时得以降压,流入下一个环节,做低压的进一步处理。
控制元件11是由液位检测控制模块、气体压力控制模块和气体流量控制模块集合而成,本实施例中采用的液位检测控制模块为深圳市酷达科技有限公司的FU—95S,气体流量控制模块是HORIBA集团公司的型号为SEC-N100 ,气体压力控制模块型号HORIBA集团公司的UR-Z700。
液位计4检测分离作业筒2内的液面高度,将信号传输给控制元件11,当液面最低接近A点时,打开控制第二电磁阀8的阀门,关闭与液位控制阀6并联连接的第一电磁阀7的阀门,保证立式气液分离器有“水垫”;当液面最高接近C点时,第二电磁阀8的阀门向左旋转关小,或者开启并联的第二电磁阀7上的阀门通路,同时打开液位控制阀6和第二电磁阀7上设置的阀门向右旋转开大,甚至全开,使得液面下降,若液位继续上升,则关闭液位控制阀6从而迫使液面下降。当流量一定或者继续上升的情况下,液位达到B点时,先行全部开启液路上设置的阀门,使液位回归且继续上升。
气量减小,直至无气全部是液体情况:此装置气路由气体流量计10和气体压力计9来监控,气路的压力主要取决于对井口的回压,气量减小时,气路阀关紧以保持回压,到全部是液体时,气压亦为零,此时气路可关闭,并不影响液体回路。全部是液体时,液体通过旋流而沉集,液位达到A时,液路阀开启,调节情况如上。
这样控制排放液体,使得集砂罐14中始终保持有“水垫”,隔离上部气体,不使其窜入其下的液路。就保证了出气口只出气,出液口只出液,气体的分离值达到为98%。
实施例3:
基于上述两个实施例,本实施例中所述分离作业筒2的入口1通过2-7/8"TBG内螺纹转3"1502由壬直接与井口相连。
本发明的应用方式为:
油气井压裂后放喷排液,分离作业筒2的入口1通过2-7/8"TBG内螺纹转3"1502由壬直接与井口相连,出口也2-7/8"TBG内螺纹转3"1502由壬连接。
当返排混合液体进入通过管线进入分离作业筒2,气液旋流前行,由于分离作业筒2内的导流板13和锥形内衬15的共同作用,使得将砂、液抛出,砂、液向下沉淀,由于砂粒密度大,沉淀过程中将液挤出,液体又被带前行,直至砂粒充满下面的积砂罐14。
在积砂罐14定时排放砂粒,本实施例中设定一个小时排放一次,后续进行冲砂作业。
气液分离后的液体进入储液罐储存,储液罐起着隔离上部高压气流的作用;由于实际进液量是不稳定的,在下出液管线301上设置液位控制阀6,并与上出气口管线3上的压力控制阀联动来控制液位在安全范围内上下浮动,不使气流下冲,也不使液流上窜。
气体管线收集天然气集中处理或者燃烧。
本发明的气体去除率达到98%以上,承压强度达到35MPa,出口压力≤35MPa。气流从井下无节流不降压地流出,保持了井下地层大部分的状态参数。通过分离作业筒2,在装置的上出口是相对纯净的气流,依然保持同井口一致的压力,这时由于它相对干净,不会出现磨蚀情况,五个分离作业筒2同时工作,增加了作业效率,同时解决了不用关井实现气液分离。