CN104689931B - 一种高压气液分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压气液分离方法，油气井压裂后从井口放喷返排混合液，返排混合液通过管线进入入口；从入口进入的返排混合液体通过管线均匀注入五个分离作业筒，分离出的气体通过上出气管线排出；分离后的液体通过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，直至砂粒充满分离作业筒内部下面的积砂罐，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，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。

Description

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。

Claims (6)

1.一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；所述安装有液位计（4）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）；液位计（4）检测到的信号传输给控制元件（11），经控制元件（11）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，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。

2.根据权利要求1所述的一种高压气液分离方法，其特征在于：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）。

3.根据权利要求1所述的一种高压气液分离方法，其特征在于：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）。

4.根据权利要求1所述的一种高压气液分离方法，其特征在于：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）。

5.根据权利要求1所述的一种高压气液分离方法，其特征在于：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。

6.根据权利要求1所述的一种高压气液分离方法，其特征在于：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。