CN106988720B - 卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置及除砂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置及除砂方法。所述卧式油气水三相分离器内设有油池隔板，其将卧式油气水三相分离器内部分隔为油水分离区和聚油区，所述在线除砂装置设置于所述卧式油气水三相分离器内的底部，对应位于油水分离区；所述在线除砂装置包括：进水管，多个分砂板，至少一个聚砂板，至少一个稳流板和吸砂管。本发明装置功能模块配合紧密，占用三相分离器体积空间较小；对分离器内部油气水的正常分离过程影响程度小；可以实现分离器内部固体杂质的在线清除和该过程的自动控制，减少人力干预成本，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明属于油气田地面工程领域，具体涉及一种油气水三相分离器底部的在线除砂装置及除砂方法。
背景技术
在油气田地面工程中，油井采出液多为油、气、水等组成的混合流体，混合流体在地层孔隙及井筒中运移，不可避免地会携带泥砂等固体杂质。卧式油、气、水三相分离器是进行生产流体初步分离不可或缺的设备，固体杂质的存在会磨损阀门密封面，造成分离器内部构件的堵塞，并会在分离器底部沉积，减小油水分离的有效容积，降低分离效率，阻碍分离器的正常运行，增加生产成本。
现有卧式分离器通常会沿着轴向方向，在分离器底部设置若干个泄放口，进行人工排砂或者水力排砂。人工排砂需要停产分离器，人力进入分离器内部，清理粘附在罐底壁面的泥沙，并通过预留的排污口排出。该方法导致生产工艺不连续，降低了生产效率，操作繁冗，增加了人力干预成本；水力排砂是指在分离器运行过程中，开启分离器底部排砂口阀门，依靠分离器下层分离水的冲击，将泥砂从分离器中携带出去，这种方式只能将排砂口附近的杂质排出，而很难将粘附在罐壁上的固体杂质排除干净，况且长期的固体沉积极易造成排砂口的堵塞，在这种情况下仍然需要分离器停产、检修，并进行人工排砂。
专利CN 202508938 U公开了一套应用于三相分离器的在线除砂装置，采用内置分布式射流喷嘴将罐底壁面的固体杂质冲刷汇集到罐底若干个排砂口中，开启排砂口阀门，进行排砂。该方法虽然可以达到分离器内部固体杂质汇集的目的，但没有考虑射流喷嘴的扰动会给沉降室的油水分离过程带来影响，很有可能造成已经沉积的固体杂质翻滚重新进入油水沉降空间，导致分离效果变差。专利CN 204663511 U考虑了这个问题，在射流喷嘴的上方设置了一个孔板层，避免了射流翻滚的水与沉降空间的油水混合，但这也会导致大量固体杂质沉积于孔板层之上，而进入不到孔板层下方的除砂空间，不能保证沉积固体杂质的有效去除。上述两个装置还存在一个共同的缺点，就是通过喷嘴射流汇集的固体杂质首先聚集到了排砂口，固体杂质密度较大，堆积在排砂口内，时间愈久，愈发致密，在开启阀门排砂时，很有可能流动不畅，造成堵塞，导致排砂失败。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置，主要用于进行油气田采出液中所含固体杂质的分离和处理。
本发明提供的卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置，其中，所述卧式油气水三相分离器内设有油池隔板，其将卧式油气水三相分离器内部分隔为油水分离区和聚油区，所述在线除砂装置设置于所述卧式油气水三相分离器内的底部，对应位于油水分离区；所述在线除砂装置包括：
进水管，其包括：进水主管，其一端伸出所述卧式油气水三相分离器外，另一端位于所述卧式油气水三相分离器的油水分离区；进水支管，其一端与所述进水主管连通、另一端封闭，其固定在所述卧式油气水三相分离器的油水分离区的侧壁面，所述进水支管的管壁上设有多个射流喷嘴；
多个分砂板，垂直固定于所述卧式油气水三相分离器的油水分离区的底部，每两个相邻的分砂板之间为一个除砂单元，多个分砂板在所述卧式油气水三相分离器的底部分隔出至少一个除砂单元；所述除砂单元对应位于所述进水支管的射流喷嘴的下方；
至少一个聚砂板，其包括：由两个侧板连接构成的横截面呈倒V字形的长条板，两个侧板上均开设有多个扰动孔，两个侧板的连接边为顶边，顶边的相对边为底边；聚砂板的底边固定在所述卧式油气水三相分离器的底部，对应位于每一个除砂单元的中间；
至少一个稳流板，其是由两个侧面板连接构成的横截面呈倒V字形的长条板，两个侧面板的连接边固定在所述聚砂板的顶边，两个侧面板向下倾斜；所述稳流板的两个侧面板的夹角大于所述聚砂板的两个侧板的夹角；所述稳流板的竖直投影的宽度不大于所述聚砂板的竖直投影的宽度；
吸砂管，包括：吸砂管汇和至少一个吸砂支管，吸收支管的一端与所述吸砂管汇连通，另一端连通所述聚砂板与所述卧式油气水三相分离器的底部围成的空间。
优选地，所述进水支管为两个，其一端与所述进水主管连通、另一端封闭，分别固定在所述卧式油气水三相分离器内的油水分离区的两侧壁面。
优选地，所述进水支管通过支撑件固定在所述卧式油气水三相分离器内的富水区的侧壁面。
优选地，所述稳流板的两个侧面板沿垂直方向对称，两个侧面板向下倾斜的角度不大于15º。
优选地，所述聚砂板的其中一侧板上开设有至少一个吸砂孔，所述吸砂支管的另一端连接所述聚砂板的吸砂孔。
优选地，所述聚砂板的吸砂孔对应位于侧板在垂直方向高度的三分之一到二分之一处。
优选地，所述吸砂管汇的一端与所述吸砂支管连通，另一端连接吸砂泵。
优选地，所述聚砂板还包括两个端面板，其固定在卧式油气水三相分离器底部的除砂装置的底部，并封堵所述长条板的倒V字形的端面，所述两个端面板上均开设有多个扰动孔。
优选地，所示进水主管，其一端伸出所述卧式油气水三相分离器外连接进水增压泵。
优选地，所述扰动孔的孔径在1~3cm；所述扰动孔在侧板上均匀开设，300~500个/m2。
本发明还提供了一种在线除砂系统，包括：进水增压泵、设置有所述的在线除砂装置的卧式油气水三相分离器、吸砂泵、水力旋流器、取样器和集水罐，
进水增压泵的出口端连接所述在线除砂装置进水主管的伸出所述卧式油气水三相分离器外的一端；
所述吸砂泵的入口连接所述在线除砂装置的吸砂管汇；其中，所述吸砂管汇的一端与所述吸砂支管连通，另一端连接吸砂泵；
所述吸砂泵的出口连接水力旋流器的入口；
所述吸砂泵与所述水力旋流器之间的连接管线上设置取样器；
所述水力旋流器的上清液出口连接集水罐的入口；
所述集水罐底部的出口连接进水增压泵的入口。
本发明还提供上述的在线除砂系统的除砂方法，包括如下步骤：
1）开启进水增压泵，调节流量，保证在线除砂装置的射流喷嘴的流速控制在5~10m/s；
2）在进水增压泵开启3~5秒后，开启吸砂泵；
3）通过取样器进行取样，检测取样器中的泥砂含量；
4）待取样器中水质澄清后，关闭吸砂泵；
5）吸砂泵关闭3~5秒后，关闭进水增压泵；
6）除砂过程结束。
本发明能够达到如下技术效果：
1、本发明装置功能模块配合紧密，占用三相分离器体积空间较小；对分离器内部油气水的正常分离过程影响程度小；可以实现分离器内部固体杂质的在线清除和该过程的自动控制，减少人力干预成本，提高生产效率。
2、本发明提供的卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置，装置的设计是建立在充分认识分离器内部分离机理及固体杂质沉积流动规律的基础上，可以保证对整个罐底区域沉降固体杂质的充分汇集，在此过程中极大程度地减小对上部油水分离空间的扰动，并保证聚集的固体杂质能顺利从排砂口流出，而不至于产生堵塞。整个的装置运行可以在线进行，便于实现自动控制，降低操作成本，提高生产效率。详述如下：
a、本发明通过分砂板将除砂空间分为若干个除砂单元，可以有效防止已沉降泥砂的轴向运移，避免其在分离器尾部堆积或随分离器从排水口流出，降低分离效果；可以平均分配除砂负荷，保证除砂效果；
b、本发明通过在聚砂板上设置若干个扰动孔，保证汇集的泥砂在搅动效应下以流质态进入聚砂板内部三角空间，并以流质态从吸砂管吸出，保证除砂过程流畅，降低泥砂堵塞排砂口的风险；
c、本发明在聚砂板尖端设置稳流板，体积小巧，具有一定的倾斜度。一方面不会妨碍沉降的泥砂进入除砂单元；另一方面对射流引起的翻滚起到稳流作用，减小对分离器上方油水分离过程的影响；
d、整个除砂装置，具有高度的在线性，并容易实现自动控制，可以减小人力干预成本，提高生产效率。
附图说明
图1是本发明的卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置结构示意图。
图2是本发明的卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置聚砂板等局部构件的结构放大图。
图3是本发明的在线除砂装置在卧式油气水三相分离器内部相对位置示意图。
图4是本发明的在线除砂系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明的一种卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置1，包括分砂板9、聚砂板10、扰动孔8、稳流板5、吸砂管11、吸砂管汇12、进水主管4、进水分支管6和射流喷嘴7等。
结合图3所示，卧式油气水三相分离器2内设有油池隔板3，其将卧式油气水三相分离器内部分隔为油水分离区（对应位于进水侧）和聚油区(对应位于出水侧)，在线除砂装置1设置于卧式油气水三相分离器2内的底部，对应位于油水分离区。
进水管，其包括：进水主管4，其一端伸出所述卧式油气水三相分离器2外连接进水增压泵15，另一端位于卧式油气水三相分离器2内部的油水分离区；至少一进水支管6（一般为两个），其一端与所述进水主管连通、另一端封闭（两进水分支管6的端头通过堵头14封闭，止于油池隔板3的左方），分别固定在所述卧式油气水三相分离器油水分离区的两个侧壁面（沿分离器罐底侧板长度方向布置，通过支撑13固定在罐底侧板上，并贴近分砂板9的上方）。进水主管4用以向整个在线除砂装置提供高压洗砂水流。
所述进水支管的管壁上设有多个射流喷嘴；所均布在两进水分支管6上，一端与进水分支管6联通，另一端贴近罐底侧板，指向各个除砂单元，高压洗砂水流通过进水主管4，分配到两支进水分支管6，通过与进水分支管6联通的射流喷嘴7对罐底侧板下方沉积的泥砂进行冲洗，使其汇集到聚砂板10周边；
多个分砂板，垂直固定于卧式油气水三相分离器油水分离区的底部罐底板上，每两个相邻的分砂板之间为一个除砂单元，多个分砂板在所述卧式油气水三相分离器的底部分隔出至少一个除砂单元；所述除砂单元对应位于所述进水支管的射流喷嘴的下方。分离器运行过程中，固体杂质密度大，会逐渐沉降在分离器罐底及罐侧板下方，分砂板可有效防止固体杂质顺着分离水向分离器排水口方向运移，避免造成固体杂质在分离器尾部堆积，甚至从排水口流出，造成游离水的分离效果变差。
结合图2所示，至少一个聚砂板10，其包括：由两个侧板连接构成的横截面呈倒V字形的长条板，两个侧板上均开设有多个扰动孔8（所述扰动孔的孔径在1~3cm；所述扰动孔在侧板上均匀开设，300~500个/m2），两个侧板的连接边为顶边，顶边的相对边为底边；聚砂板10的底边固定在卧式油气水三相分离器2的底部罐底板上，对应位于每一个除砂单元的中间；汇集到聚砂板10边缘的泥砂，由于喷嘴水流的冲击，同时在扰动孔8的碰撞下产生翻滚，泥砂伴随高压射流水以流质态从各扰动孔8进入聚砂板10内部三角空间。
至少一个稳流板5，其是由两个侧面板连接构成的横截面呈倒V字形的长条板，两个侧面板的连接边固定在聚砂板10的顶边，两个侧面板向下倾斜（不超过15º的向下的倾斜角）；稳流板5的两个侧面板的夹角大于所述聚砂板的两个侧板的夹角；所述稳流板的竖直投影的宽度h不大于所述聚砂板的竖直投影的宽度H，以保证不对沉降的泥砂产生阻挡作用，使其能够顺利进入除砂单元，稳流板5对喷嘴射流泥砂产生的翻滚起到稳定流动的作用，使扰动控制在一定的区域，减小对上方的油水分离产生影响。
吸砂管，包括：吸砂管汇12和至少一个吸砂支管11，吸收支管11的一端与所述吸砂管汇连通，另一端连通聚砂板10与所述卧式油气水三相分离器的底部围成的空间（吸砂管可以通过分离器侧面板与聚砂板联通，也可以通过其他方位置于聚砂板内部的三角空间中，但前提是吸砂口在聚砂板内部空间要有一定的悬空度，保证翻滚的泥砂是被吸入吸砂管，而不在吸砂管内产生堆积）。吸砂管汇12的一端与各个吸砂支管11在分离器外面的一端联通，其另一端通向管道吸砂泵16。通过扰动孔8进入聚砂板10内部三角空间的流质泥砂，在管道吸砂泵16抽吸作用下，通过吸砂支管11进入吸砂管汇12，最终排出分离器。
在本发明的一优选实施方式中，聚砂板10的两个侧板上均开设有至少一个吸砂孔，吸砂支管11的另一端连接聚砂板10的吸砂孔。聚砂板10的吸砂孔对应位于侧板在垂直方向高度的三分之一到二分之一处。吸砂支管11的一端连接在聚砂板10其中一个面板上，位置在左右方向居中，上下方向居中或略靠下，与面板内部的三角空间联通，保证进入聚砂板10内部三角空间的泥砂是以流质态被吸出，不致于在吸砂管11内堆积，造成吸砂管11的堵塞。
在本发明的一优选实施方式中，为了更好地对聚集的泥砂产生搅动效应，可以将聚砂板的各端部三角截面也通过带有扰动孔的面板进行封闭，即聚砂板10还可包括两个端面板，其固定在卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置的底部，并封堵所述长条板的倒V字形的端面，两个端面板上均开设有多个扰动孔（所述扰动孔的孔径在1~3cm；所述扰动孔在侧板上均匀开设，300~500 个/m2）。
结合图4所示，本发明还提供了一种在线除砂系统，其包括：
进水增压泵15、设置有在线除砂装置的卧式油气水三相分离器2、吸砂泵16、水力旋流器17、取样器18和集水罐19，
进水增压泵15的出口端连接在线除砂装置1的进水主管4的伸出所述卧式油气水三相分离器2外的一端；
吸砂泵16的入口连接在线除砂装置的吸砂管汇12；其中，吸砂管汇12的一端与吸砂支管11连通，另一端连接吸砂泵16；
吸砂泵16的出口连接水力旋流器17的入口；
吸砂泵16与水力旋流器17之间的连接管线上设置取样器18；
水力旋流器17的上清液出口连接集水罐19的入口；
集水罐19底部的出口连接进水增压泵的入口。
本发明还提供上述在线除砂系统的除砂方法，包括如下步骤：
1）开启进水增压泵15，调节流量，保证在线除砂装置的射流喷嘴7的流速控制在5~10m/s；
2）在进水增压泵15开启3~5秒后，开启吸砂泵16；
3）每隔20分钟，通过取样器18进行取样，检测取样器18中的泥砂含量；
4）待取样器中水质澄清后，关闭吸砂泵16；
5）吸砂泵关闭3~5秒后，关闭进水增压泵15。
6）除砂过程结束。
本发明的吸砂过程特点：
流质态的泥砂通过吸砂泵进入到水力旋流器。由于泥砂和水的密度不同导致二者在水力旋流器中所受的离心力不同，固液产生分离。固态泥砂沉积在水力旋流器底部，被定期清除；澄清的水通过水力旋流器的出口进入集水罐；集水罐中的水进入进水增压泵，重新参与卧式油气水三相分离器内部的洗砂、排砂流程。整个过程较为简洁，可以实现洗砂用水的重复利用，降低了操作管理成本，提高了经济和环境效益。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置，其特征在于，所述卧式油气水三相分离器内设有油池隔板，其将卧式油气水三相分离器内部分隔为油水分离区和聚油区，所述在线除砂装置设置于所述卧式油气水三相分离器内的底部，对应位于油水分离区；所述在线除砂装置包括：
进水管，其包括：进水主管，其一端伸出所述卧式油气水三相分离器外，另一端位于所述卧式油气水三相分离器的油水分离区；进水支管，其一端与所述进水主管连通、另一端封闭，其固定在所述卧式油气水三相分离器的油水分离区的侧壁面，所述进水支管的管壁上设有多个射流喷嘴；
多个分砂板，垂直固定于所述卧式油气水三相分离器的油水分离区的底部，每两个相邻的分砂板之间为一个除砂单元，多个分砂板在所述卧式油气水三相分离器的底部分隔出至少一个除砂单元；所述除砂单元对应位于所述进水支管的射流喷嘴的下方；
至少一个聚砂板，其包括：由两个侧板连接构成的横截面呈倒V字形的长条板，两个侧板上均开设有多个扰动孔，两个侧板的连接边为顶边，顶边的相对边为底边；聚砂板的底边固定在所述卧式油气水三相分离器的底部，对应位于每一个除砂单元的中间；
至少一个稳流板，其是由两个侧面板连接构成的横截面呈倒V字形的长条板，两个侧面板的连接边固定在所述聚砂板的顶边，两个侧面板向下倾斜；所述稳流板的两个侧面板的夹角大于所述聚砂板的两个侧板的夹角；所述稳流板的竖直投影的宽度不大于所述聚砂板的竖直投影的宽度；
吸砂管，包括：吸砂管汇和至少一个吸砂支管，吸收支管的一端与所述吸砂管汇连通，另一端连通所述聚砂板与所述卧式油气水三相分离器的底部围成的空间。
2.根据权利要求1所述的卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置，其特征在于，所述进水支管为两个，其一端与所述进水主管连通、另一端封闭，分别固定在所述卧式油气水三相分离器内的油水分离区的两侧壁面。
3.根据权利要求1或2所述的卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置，其特征在于，所述进水支管通过支撑件固定在所述卧式油气水三相分离器内的富水区的侧壁面。
4.根据权利要求1所述的卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置，其特征在于，所述稳流板的两个侧面板沿垂直方向对称，两个侧面板向下倾斜的角度不大于15º。
5.根据权利要求1所述的卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置，其特征在于，所述聚砂板的其中一侧板上开设有至少一个吸砂孔，所述吸砂支管的另一端连接所述聚砂板的吸砂孔。
6.根据权利要求5所述的卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置，其特征在于，所述聚砂板的吸砂孔对应位于侧板在垂直方向高度的三分之一到二分之一处。
7.根据权利要求1所述的卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置，其特征在于，所述聚砂板还包括两个端面板，其固定在卧式油气水三相分离器底部的除砂装置的底部，并封堵所述长条板的倒V字形的端面，所述两个端面板上均开设有多个扰动孔。
8.根据权利要求1所述的卧式油气水三相分离器底部的在线除砂装置，其特征在于，所述扰动孔的孔径在1~3cm；所述扰动孔在侧板上均匀开设，300~500个/m2。
9.一种在线除砂系统，其特征在于，包括：进水增压泵、设置有权利要求1~8任一项所述的在线除砂装置的卧式油气水三相分离器、吸砂泵、水力旋流器、取样器和集水罐，
进水增压泵的出口端连接所述在线除砂装置进水主管的伸出所述卧式油气水三相分离器外的一端；
所述吸砂泵的入口连接所述在线除砂装置的吸砂管汇；其中，所述吸砂管汇的一端与所述吸砂支管连通，另一端连接吸砂泵；
所述吸砂泵的出口连接水力旋流器的入口；
所述吸砂泵与所述水力旋流器之间的连接管线上设置取样器；
所述水力旋流器的上清液出口连接集水罐的入口；
所述集水罐底部的出口连接进水增压泵的入口。
10.权利要求9所述的在线除砂系统的除砂方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）开启进水增压泵，调节流量，保证在线除砂装置的射流喷嘴的流速控制在5~10m/s；
2）在进水增压泵开启3~5秒后，开启吸砂泵；
3）通过取样器进行取样，检测取样器中的泥砂含量；
4）待取样器中水质澄清后，关闭吸砂泵；
5）吸砂泵关闭3~5秒后，关闭进水增压泵；
6）除砂过程结束。
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