CN105385432A - 一种压裂液回收防冲蚀除砂系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压裂液回收防冲蚀除砂系统及方法，该系统至少包括一旋流除砂器，气液分离器，储砂筒；气液分离器的气体出口设有天然气出口针阀，气液分离器液体出口通连接有一压裂液回收罐；储砂筒的上部与气液分离器的入口连接，储砂筒的出砂口设有一储砂筒排砂远控阀，该储砂筒排砂远控阀的出口连接有一振动筛，该振动筛的储液罐的出口设有一远控排液泵，该远控排液泵的出口分为两支，一支与压裂液回收罐连接，另一支与储砂筒中部的入液口连接；还包括一PLC控制器，PLC控制器分别超声波探测器、冲含砂流体远控阀、气分离器液位计、远控高压阀、放压开关和储砂筒排砂远控阀电连接。解除放喷含砂流体对地面管汇的冲蚀。

Description

一种压裂液回收防冲蚀除砂系统及方法

技术领域

本发明涉及油气田勘探开发领域中的压裂液回收领域，具体的涉及一种压裂液回收防冲蚀除砂系统及方法。

背景技术

压裂施工作业就是为了对油气层进行改造，提高导流能力，使油气层具备开发条件，是一种油气田增产工艺措施，基本上每口井都要进行压裂作业；随着水平井及体积压裂工艺技术的发展，需求大量的地表水；因压裂液中加入了大量的添加剂及高强度的支撑剂，压后从井内返排出的液体要进行回收再利用，否则，当其排放在地面上时，会对地表水及环境造就污染。不管是压裂液的排放，还是回收再利用，首先遇到的是节流降压，形成的冲蚀问题。

1.压裂施工后，关井排放前，井内有一定的压力，常规情况下，压力要达到10-35MPa的范围；特别是高压气井的停泵关井压力多数在40MPa左右。

2.当井内高压液体向外返出的过程中，携带有一定量的支撑剂，如砂子，陶粒等。放压时，不能完全将井口阀门打开，以免大量液体返出时，将加入井内的支撑剂返排出来，必须控制以流量小于1方/分的流速，向外排液。因此，要采取节流降压措施。当井内液体在节流降压后，含砂流体通过节流器的流速高达100多米，相当于一个高速旋转切割的砂轮机，当高速含砂流体接触到管壁，罐壁，弯管等金属表面时，很快就会刺穿；井下作业公司每年要为更换节流放喷管件付出很高的代价，且要花费较多的工时费用，耽误施工生产。

3.压后地层局部高压节流放喷时形成高速液流：

压裂施工要注入地层几十至几百方的砂子，几千方的液体；地层不能及时吸入这些液体后将地层压力扩散，在井底周围形成高压区域，反映在井口上，就会有一定的井口压力；而这些压入地层的液体要及时排出井外，否则，压裂液就会造成伤害；而排放压裂液的过程中，要对返出液体的流量进行控制，否则，压入地层的大量砂子会随液体一道返出井外，使压开的裂缝闭合，达不到改造地层的效果。通常现场采用节流器的方式控制放压。根据井口压力的大小及放压过程中压力的变化，通常控制放喷流量为1方/分内；分别采用直径为6，8，10，12mm的节流器放喷。

4.高速含砂流体对地面管汇造成冲蚀：

高速流动的含砂流体，当流经金属表面，或砂粒以一定角度进行冲击时，会对金属本体形成冲蚀，其类似于砂轮切割机；当砂粒的流速越大时，对金属的冲蚀作用越强；含砂流体流速主要来自于井内压后积聚的能量，排放液体的过程，也是井内能量释放的过程。含砂流体在排放过程中产生的水功率，应是流量与压力的乘积，通过一段时间释放的能量应是功率与时间的乘积。若井口压力为30MPa，井内含含砂流体流，携带出比重为1.62的石英砂，达到1方时，通过能量守恒可计算出，1方砂子释放出约1.33度的电能，当这么大的能量，持续冲蚀某一管段或某一部位时，则这个部位很快就会被刺穿，如阀门，管段，容器壁等。

另外，在气井进行气液两相分离的过程中，分离器的出液口，会出现气液同出的现象，要不停地在分离器上进行气液阀的开关与调整，若有操作不当，有分离器爆炸的风险；分离器只是在气体中含有少量气体时才使用，严重限制了分离器的使用，致使在气液同出时，采用在排液池点火燃烧的方式进行排液，严重限制了分离器的使用，给气井排液方面的安全环保带来了极大的隐患。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种解除放喷含砂流体对地面管汇的冲蚀的压裂液回收防冲蚀除砂系统及方法。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：一种压裂液回收防冲蚀除砂系统，至少包括一旋流除砂器，所述旋流除砂器的除砂器流体入口连接有一含沙流体管线，所述旋流除砂器顶部的气液出口通过气液管线连接有一气液分离器，旋流除砂器底部出口通过旋流器排砂远控阀0连接有一储砂筒；

所述的气液分离器的气体出口设有天然气出口针阀，气液分离器液体出口通过分离器排液管线连接有一压裂液回收罐；

所述的储砂筒的上部通过放压开关与气液分离器的入口连接，储砂筒底部的出砂口设有一储砂筒排砂远控阀，该储砂筒排砂远控阀的出口连接有一振动筛，该振动筛的储液罐的出口设有一远控排液泵，该远控排液泵的出口分为两支，一支通过储液罐排液管线与压裂液回收罐连接，另一支通过储砂筒冲砂管线与储砂筒中部的入液口连接；

还包括一PLC控制器，所述的PLC控制器分别与储砂筒内设有的超声波探测器、储砂筒冲砂管线上设有的冲含砂流体远控阀、气液分离器内设有的分离器液位计、分离器排液管线上设有的远控高压阀、放压开关和储砂筒排砂远控阀电连接。

所述的气液管线上设有一高压针阀。

所述的气液分离器包括一分离器本体，该分离器本体的气入液口设有一进液针阀，分离器本体的液体出口处设有一出液管，该液管上设有一排液针阀，分离器本体的气体出口设有一排气针阀，分离器本体内设有一筛管，该筛管一端封堵，另一端与出液管连接，所述的分离器液位计设在筛管上的液位计入口处。

所述旋流除砂器的工作压力为35MPa；分离流量：液1.5方/分；气5×10⁴方/天；分离粒径：20um。

所述的储砂筒的额定承压为35MPa。

一种压裂液回收防冲蚀除砂方法，按照以下步骤进行：

1）、将压裂液回收防冲蚀除砂系统中的旋流除砂器接到井口油管阀门上；

2）、降低井内返排液进入到管线之前的压力：打开井口油管阀门，并同时关闭高压针阀，打开旋流器排砂远控阀，并通过PLC控制器控制关闭储砂筒排砂远控阀，观察井内返排液进入到旋流除砂器的液体流量；

3）、经过降压后返排液的气液分离：当井内返排液进入到旋流除砂器的液体流量≤1方/分时，打开高压针阀，经过旋流除砂器处理的返排液的气液混合物通过高压针阀进入到气液分离器中，调整气液分离器出液口处的远控高压阀，使气液分离器中的压力保持在1MPa，当气液分离器内的液面下到分离器液位计设置的下限值时，开大气液分离器出气口的天然气出口针阀，进行天然气的排放，当气液分离器内的液面上升到分离器液位计设置的上限值时，关小气液分离器出气口的天然气出口针阀的开度，使气液分离器中的液体保持在分离器液位计设置的上下限值之间；

4）、排砂：当储砂筒内的超声波探测器检测到储砂筒内的砂粒装满时，关闭旋流器排砂远控阀，同时打开储砂筒排砂远控阀和放压开关，储砂筒中的砂粒通过储砂筒排砂远控阀进入到振动筛中，进行固液分离；同时打开冲含砂流体远控阀，经过气液分离器分离后的液体一部分进入到压裂液储存罐中进行储存，另一部分进入到储砂筒中，对储砂筒中的砂粒进行冲洗。

步骤3）中，当气液分离器中排气口有液滴出现时，增加气液分离器内的压力，使其工作压力达到3-4MPa。

本发明采用以上技术方案，具有以下优点，在高压状态下除去井内液流的砂粒，就可以解决地面管汇及阀门的冲蚀问题；采用高压旋流除砂器技术，将砂粒在高压流动状态下除去，并保存在一个高压储砂罐之中；采用超声波探测技术，探测储砂筒内的砂面高度，砂粒存储满以后，自动关闭旋流器下部的远控阀门，打开旋流器上的放压开关，释放掉储砂筒内的压力，使储砂筒内的砂粒处于常压状态，使砂粒具有的势能得以释放，达到解除砂粒对管汇及阀门的冲蚀作用。通过泵送的常压液流，将储砂筒内的砂粒，冲洗到振动筛上，通过振动分离出砂粒与液体。振动筛储液罐中的液体，通过远控离心泵，输送到压裂液回收罐之中；分离器的排液阀须采用针阀，便于控制分离器的排液速度，当速度过快时，由于分离器内压力的作用下，在阀门出口处会形成一个气锥现象，当控制不好时，气液会同时从该阀门处流入压裂液回收罐中。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2是本发明中的气液分离器结构示意图；

图3是现有的气液分离器结构示意图；

图中：1.含沙流体管线；2.旋流除砂器入口；3.旋流除砂器气液出口；4.气液管线；5.高压针阀；6.天然气出口针阀；7.气液分离；8.远控高压阀；9.分离器排液管线；10.储液罐排液管线；11.远控排液泵；12.储砂筒冲砂管线；13.振动筛；14.压裂液回收罐；15.储砂筒排砂远控阀；16.冲含砂流体远控阀；17.PLC控制器;18.超声波探测器；19.放压开关；20.旋流器排砂远控阀；21.分离器液位计；22.旋流除砂器；23.储砂筒；701.气液分离器本体；702.排气针阀；703.排液针阀；704.出液管；705.位计入口；706.筛管；707.分离腔内液体；708.进液针阀；709.分离腔内气体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

实施例1

如图1、一种压裂液回收防冲蚀除砂系统，其特征在于，至少包括一旋流除砂器22，所述旋流除砂器22的除砂器流体入口2连接有一含沙流体管线1，所述旋流除砂器22顶部的气液出口3通过气液管线4连接有一气液分离器7，旋流除砂器22底部出口通过旋流器排砂远控阀20连接有一储砂筒23；

所述的气液分离器7的气体出口设有天然气出口针阀6，气液分离器7液体出口通过分离器排液管线9连接有一压裂液回收罐14；

所述的储砂筒23的上部通过放压开关19与气液分离器7的入口连接，储砂筒23底部的出砂口设有一储砂筒排砂远控阀15，该储砂筒排砂远控阀15的出口连接有一振动筛13，该振动筛13的储液罐的出口设有一远控排液泵11，该远控排液泵11的出口分为两支，一支通过储液罐排液管线10与压裂液回收罐14连接，另一支通过储砂筒冲砂管线12与储砂筒23中部的入液口连接；

还包括一PLC控制器17，所述的PLC控制器17分别与储砂筒23内设有的超声波探测器18、储砂筒冲砂管线12上设有的冲含砂流体远控阀16、气液分离器7内设有的分离器液位计21、分离器排液管线9上设有的远控高压阀8、放压开关19和储砂筒排砂远控阀15电连接。

利用液流中砂粒的质量大，惯性大的原理，采用高压旋流除砂器22技术，将砂粒在高压流动状态下除去，并保存在一个高压储砂筒23之中；采用超声波探测器18，探测储砂筒22内的砂面高度，砂粒存储满以后，自动关闭旋流除砂器22下部的旋流器排砂远控阀20，打开储砂筒20上的放压开关19，释放掉储砂筒20内的压力，使储砂筒20内的砂粒处于常压状态，使砂粒具有的势能得以释放，达到解除砂粒对管汇及阀门的冲蚀作用。通过泵送的常压液流，将储砂筒20内的砂粒，冲洗到振动筛13上，通过振动分离出砂粒与液体。振动筛储液罐中的液体，通过远控离心泵11，输送到压裂液回收罐之中。

在高压旋流除砂器22出口上，由于将砂粒已除去，消除了冲蚀作用，因此，只安装一个针阀；不采用节流器，以便于根据井口压力的变化，更好地调节控制放喷流量，加快排液速度。通过针阀的气液可直接进入气液分离器7进行分离，将分离出的气体排入天然气集输管道；在分离器上安装分离器液位计21，通过液位计的液位信号变化，通过PLC控制器17控制分离器的远程高压阀8，及时将分离器内的液体，输送到压裂液回收罐14中。

气液分离器7的排液阀须采用针阀，便于控制分离器的排液速度，当速度过快时，由于分离器内压力的作用下，在阀门出口处会形成一个气锥现象，当控制不好时，气液会同时从该阀门处流入压裂液回收罐中。

实施例2

在实施例1的基础上，所述的气液管线4上设有一高压针阀5，所述旋流除砂器22的工作压力为35MPa；分离流量：液1.5方/分；气5×10⁴方/天；分离粒径：20um；所述的储砂筒23的额定承压为35MPa。在工作的过程中，打开井口油管阀门，并同时关闭高压针阀5，打开旋流器排砂远控阀20，并通过PLC控制器17控制关闭储砂筒排砂远控阀15，观察井内返排液进入到旋流除砂器22的液体流量；当井内返排液进入到旋流除砂器22的液体流量≤1方/分时，打开高压针阀5，经过旋流除砂器22处理的返排液的气液混合物通过高压针阀5进入到气液分离器7中，调整气液分离器7出液口处的远控高压阀8，使气液分离器7中的压力保持在1MPa，当气液分离器7内的液面下到分离器液位计21设置的下限值时，PLC控制器17控制开大气液分离器7出气口的天然气出口针阀6，进行天然气的排放，当气液分离器7内的液面上升到分离器液位计21设置的上限值时，PLC控制器17控制关小气液分离器7出气口的天然气出口针阀6的开度，使气液分离器7中的液体保持在分离器液位计21设置的上下限值之间；当储砂筒23内的超声波探测器18检测到储砂筒23内的砂粒装满时，PLC控制器17控制关闭旋流器排砂远控阀20，PLC控制器17控制打开储砂筒排砂远控阀15和放压开关19，储砂筒23中的砂粒通过储砂筒排砂远控阀进入到振动筛13中，进行固液分离；同时PLC控制器17控制打开冲含砂流体远控阀16，经过气液分离器7分离后的液体和经过振动筛13分离后的液体进入到储砂筒23中，对储砂筒23中的砂粒进行冲洗。

实施例3

在实施例1或2的基础上，目前如图3所示的容积式气液分离器，须在有一定的压力条件下进行分离，否则，常压下气体的体积太大，气液流速太快，在一定体积的容积式分离器内不能达到气液的重力分离条件；当容积式分离器，采用一定压力进行分离时，其气体的体积会缩小，可以大量地降低分离器内流体的速度；若分离器内的压力达到5MPa时，气体的体积是常压下的1/50，分离器内流体的流速也可以按气液比的大小，在小于常压下体积50倍的范围内变化，达到更好地进行气液分离的效果；

但当分离器内有压力后，分离器在排液时，即使分离器内分离腔内液体707的液面很高，也会出现气液同出现象，达不到分离效果。究其原因，就是由于分离器内的分离腔内气体709在排液过程中，发生了膨胀所致；当出液口有一定的液体流出时，作用在液体上部的气体膨胀，占据液体流出的空间；当持续排出液体时，气体和液体会在出液口混和，形成气液同出的现象。

为解决上述问题，本实施例采取如图2所示的气液分离器7包括一分离器本体701，该分离器本体701的气入液口设有一进液针阀708，分离器本体701的液体出口处设有一出液管704，该液管704上设有一排液针阀703，分离器本体701的气体出口设有一排气针阀702，分离器本体701内设有一筛管706，该筛管706一端封堵，另一端与出液管704连接，所述的分离器液位计21设在筛管706上的液位计入口705处。在分离器出液口的阀门上，安装一根不锈筛管706，该筛管706要水平插入分离器内；其长度以分离器内容腔的长度为宜；其内径与分离器出口阀门的内径相同；其壁厚根据其内径的大小，不能低于2mm;不锈钢筛管706插入罐内的端部，采用球形封头；以其内径形成的过流面积为参考，在不锈钢管各个位置，均匀分布直径小于0.5孔眼。

由于将出液口通过细小的通孔，均匀分布在分离器内腔底部的不锈钢筛管706上，气体的压力会均匀地作用在分离器内的液面上，各个出液孔的直径相等，其出液速度也大致相等，因此，分离器内的分离腔内液体707液面下降速度也会相同，可以使液面均匀下降，消除了因分离器内的分离腔内气体709压力使气体膨胀，形成气锥现象，使气液同出的现象。

实施例4

一种压裂液回收防冲蚀除砂方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

1、将压裂液回收防冲蚀除砂系统中的旋流除砂器22接到井口油管阀门上；

2、降低井内返排液进入到管线之前的压力：打开井口油管阀门，并同时关闭高压针阀5，打开旋流器排砂远控阀20，并通过PLC控制器17控制关闭储砂筒排砂远控阀15，观察井内返排液进入到旋流除砂器22的液体流量；

3、经过降压后返排液的气液分离：当井内返排液进入到旋流除砂器22的液体流量≤1方/分时，打开高压针阀5，经过旋流除砂器22处理的返排液的气液混合物通过高压针阀5进入到气液分离器7中，调整气液分离器7出液口处的远控高压阀8，使气液分离器7中的压力保持在1MPa，当气液分离器7内的液面下到分离器液位计21设置的下限值时，开大气液分离器7出气口的天然气出口针阀6，进行天然气的排放，排放的天然气进行点火燃烧，当气液分离器7内的液面上升到分离器液位计21设置的上限值时，关小气液分离器7出气口的天然气出口针阀6的开度，使气液分离器7中的液体保持在分离器液位计21设置的上下限值之间；当气液分离器7中排气口有液滴出现时，此时，增加气液分离器7内的压力，使其工作压力达到3-4MPa；经过气液分离器7分离后的液体进入到压裂液回收罐14中进行储存。

4、排砂：当储砂筒23内的超声波探测器18检测到储砂筒23内的砂粒装满时，关闭旋流器排砂远控阀20，同时打开储砂筒排砂远控阀15和放压开关19，储砂筒23中的砂粒通过储砂筒排砂远控阀进入到振动筛13中，进行固液分离；固液分离后的液体一部分进入压裂液回收罐14中进行储存，另一部分通过远程排液泵11泵入到储砂筒23中，对储砂筒23的砂粒进行冲洗，方便储砂筒23的砂粒能够快速的进入到振动筛13中。

上述实施例中，储砂筒额定承压：35MPa；体积：100L；远程放压开关：直径为3/4″具有远控功能；储砂筒排砂远控阀20：35MPa，直径为3/4″具有远控功能；旋流器排砂远控阀15：35MPa，直径为3/4″；直径为3/4″；振动筛13目数：可将50um的砂粒清理出来，面积：约为1m^2；气液分离器17，气液分离能力达到5×10⁴方；远控高压阀8和高压针阀5所承受压力为35MPa。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压裂液回收防冲蚀除砂系统，其特征在于，至少包括一旋流除砂器（22），所述旋流除砂器（22）的除砂器流体入口（2）连接有一含沙流体管线（1），所述旋流除砂器（22）顶部的气液出口（3）通过气液管线（4）连接有一气液分离器（7），旋流除砂器（22）底部出口通过旋流器排砂远控阀（20）连接有一储砂筒（23）；

所述的气液分离器（7）的气体出口设有天然气出口针阀（6），气液分离器（7）液体出口通过分离器排液管线（9）连接有一压裂液回收罐（14）；

所述的储砂筒（23）的上部通过放压开关（19）与气液分离器（7）的入口连接，储砂筒（23）底部的出砂口设有一储砂筒排砂远控阀（15），该储砂筒排砂远控阀（15）的出口连接有一振动筛（13），该振动筛（13）的储液罐的出口设有一远控排液泵（11），该远控排液泵（11）的出口分为两支，一支通过储液罐排液管线（10）与压裂液回收罐（14）连接，另一支通过储砂筒冲砂管线（12）与储砂筒（23）中部的入液口连接；

还包括一PLC控制器（17），所述的PLC控制器（17）分别与储砂筒（23）内设有的超声波探测器（18）、储砂筒冲砂管线（12）上设有的冲含砂流体远控阀（16）、气液分离器（7）内设有的分离器液位计（21）、分离器排液管线（9）上设有的远控高压阀（8）、放压开关（19）和储砂筒排砂远控阀（15）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种压裂液回收防冲蚀除砂系统，其特征在于，所述的气液管线（4）上设有一高压针阀（5）。

3.根据权利要求1所述的一种压裂液回收防冲蚀除砂系统，其特征在于，所述的气液分离器（7）包括一分离器本体（701），该分离器本体（701）的气入液口设有一进液针阀（708），分离器本体（701）的液体出口处设有一出液管（704），该液管（704）上设有一排液针阀（703），分离器本体（701）的气体出口设有一排气针阀（702），分离器本体（701）内设有一筛管（706），该筛管（706）一端封堵，另一端与出液管（704）连接，所述的分离器液位计（21）设在筛管（706）上的液位计入口（705）处。

4.根据权利要求1所述的一种压裂液回收防冲蚀除砂系统，其特征在于，所述旋流除砂器（22）的工作压力为35MPa；分离流量：液1.5方/分；气5×10⁴方/天；分离粒径：20um。

5.根据权利要求1所述的一种压裂液回收防冲蚀除砂系统，其特征在于，所述的储砂筒（23）的额定承压为35MPa。

6.根据权利要求1至5所述的任意一种压裂液回收防冲蚀除砂系统提供了一种压裂液回收防冲蚀除砂方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

1）、将压裂液回收防冲蚀除砂系统中的旋流除砂器（22）接到井口油管阀门上；

2）、降低井内返排液进入到管线之前的压力：打开井口油管阀门，并同时关闭高压针阀（5），打开旋流器排砂远控阀（20），并通过PLC控制器（17）控制关闭储砂筒排砂远控阀（15），观察井内返排液进入到旋流除砂器（22）的液体流量；

3）、经过降压后返排液的气液分离：当井内返排液进入到旋流除砂器（22）的液体流量≤1方/分时，打开高压针阀（5），经过旋流除砂器（22）处理的返排液的气液混合物通过高压针阀（5）进入到气液分离器（7）中，调整气液分离器（7）出液口处的远控高压阀（8），使气液分离器（7）中的压力保持在1MPa，当气液分离器（7）内的液面下到分离器液位计（21）设置的下限值时，开大气液分离器（7）出气口的天然气出口针阀（6），进行天然气的排放，当气液分离器（7）内的液面上升到分离器液位计（21）设置的上限值时，关小气液分离器（7）出气口的天然气出口针阀（6）的开度，使气液分离器（7）中的液体保持在分离器液位计（21）设置的上下限值之间；

4）、排砂：当储砂筒（23）内的超声波探测器（18）检测到储砂筒（23）内的砂粒装满时，关闭旋流器排砂远控阀（20），同时打开储砂筒排砂远控阀（15）和放压开关（19），储砂筒（23）中的砂粒通过储砂筒排砂远控阀进入到振动筛（13）中，进行固液分离；同时打开冲含砂流体远控阀（16），经过气液分离器（7）分离后的液体一部分进入到压裂液储存罐（14）中进行储存，另一部分进入到储砂筒（23）中，对储砂筒（23）中的砂粒进行冲洗。

7.根据权利要求6所述的一种压裂液回收防冲蚀除砂方法，其特征在于，步骤3）中，当气液分离器（7）中排气口有液滴出现时，此时，增加气液分离器（7）内的压力，使其工作压力达到3-4MPa。