CN108612513A - 除砂器 - Google Patents

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卢玖庆
王良贵
董庆丰
何峰
王彬臣
丁勇彬
刘刚
顾弘
何宇
罗世银
张虎
王红春
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Abstract

本发明提供了一种除砂器,其包括:流体接入管、流体分离管、储砂罐、流体输出管,其中流体分离管竖向设置,与流体接入管的末端连接,使得进入的气液流体中的固相颗粒依靠自身重力向下沉降;储砂罐横向设置于流体分离管的下方,其罐体上设置有与流体分离管的底端连通的沉积接纳部,以使流体分离管中沉降的固相颗粒通过沉积接纳部落入罐体内;流体输出管伸入流体分离管内,以供排出部分经过除砂后的气液流体;连通管的一端与连通于储砂罐的罐体上,另一端连通至流体输出管,使得进入储砂罐的气液流体通向流体输出管,利用气液流体带动储砂罐内堆积的固相颗粒流动,使其平铺于储砂罐内。本发明的除砂器结构紧凑、清理难度小、运营成本低。

Description

除砂器
技术领域
本发明涉及油气开采设备,特别是涉及除砂器。
背景技术
油气采出液中一般含有泥沙,需要去除,尤其是部分天然气井和压裂后的页岩气井,含砂量较高。随着石油天然气、页岩气快速开发,除砂器的需求越来越大。
现有技术中的除砂器一般分为多层网芯结构和体积较大的无网芯旋流结构两种,网芯结构由于网芯磨损需经常更换网芯,网芯价格不菲,人工更换维护量大,成本也较高。无网芯旋流结构体积庞大,一般应用在高压试井阶段,更换磨损件困难,造价成本高。因此现有除砂器普遍存在工程投资和运行费用高,清理淤积困难的问题。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种结构简单、易于维护的除砂器。
本发明一个进一步的目的是要使得除砂器部件磨损小、延长部件使用时间。
本发明另一个进一步的目的是要防止砂砾集中堆积。
特别地,本发明提供了一种除砂器,其包括:流体接入管,用于接收待进行除砂处理的气液流体;流体分离管,竖向设置,其中段与流体接入管的末端连接,使得进入的气液流体中的固相颗粒依靠自身重力向下沉降;储砂罐,横向设置于流体分离管的下方,其罐体上设置有与流体分离管的底端连通的沉积接纳部,以使流体分离管中沉降的固相颗粒通过沉积接纳部落入罐体内;流体输出管,从流体分离管的上段伸入流体分离管内,以供排出至少部分(一般为大部分)经过除砂后的气液流体;以及连通管,其一端与连通于储砂罐的罐体上,另一端连通至流体输出管,使得进入储砂罐的气液流体通向流体输出管,并且储砂罐的罐体连接连通管的位置与液砂分离部为间隔设置,从而利用流向流体输出管的气液流体带动储砂罐内堆积的固相颗粒流动,使其平铺于储砂罐内。
可选地,上述除砂器还包括:输出管阀门,设置于输出管内,连通管阀门,设置于连通管内,并且输出管阀门和连通管阀门分别通过调节开度,使得连通管的气液流体保持在设定的流量范围内。
可选地,上述除砂器还包括:砂位测量仪,设置于储砂罐的罐体一端,并用于测量储砂罐内的固相颗粒的堆积量;快拆盲板,设置于储砂罐的罐体另一端,以封闭罐体上用于清理淤积的开口。
可选地,砂位测量仪设置于罐体靠近于连通管的一端;而快拆盲板设置于罐体靠近于沉积接纳部的一端。
可选地,流体分离管包括:外管,其中段的管壁与流体接入管的末端连接;内筒,从外管的顶端套设于外管内部,并且内筒的底部低于与流体接入管的连接位置,并且在连接位置处设置有供待进行除砂处理的气液流体排入的开口;以及盲板法兰,设置于外管的顶端,以封闭流体分离管的顶端。
可选地,流体接入管包括:连接法兰,用于连接流体接入管;扩径管段,与连接法兰相连,并从连接法兰起始管径渐阔;主管段,连接于扩径管段与流体分离管之间,其管径与外管的管径相适配。
可选地,主管段的末端内部形成有导流部,导流部配置成使得气液流体贴合于内筒的筒壁沿切向进入内筒,以在内筒内形成旋流。
可选地,导流部为从主管段的首端至其末端呈逐渐凸出的楔块状,并且内筒的开口与导流部相配合。
可选地,流体输出管伸入流体分离管的管段位于内筒的轴向中央,并且端部高于主管段与内筒的开口。
可选地,流体分离管呈基本竖直设置;并且储砂罐,具有圆筒形罐体,且呈基本水平设置。
本发明的除砂器,流体分离管竖向设置,使得进入的气液流体中的固相颗粒依靠自身重力向下沉降至横向设置的除砂罐内,储砂罐还具有连通至流体输出管的连通管,从而利用进入储砂罐的气液流体带动储砂罐内堆积的固相颗粒流动,使其平铺于储砂罐内,防止沉砂堆积。
进一步地,由于储砂罐横向设置,可在储砂罐的端部分别设置砂位测量仪和快拆盲板,以便了解储砂罐内的堆积量,并方便地进行清理,相比于现有储砂罐往往需要大型吊装设备磨损件更换,节省了运行成本。
更进一步地,流体接入管具有导流部,使得气液流体贴合于流体分离管的内筒的筒壁沿切向进入内筒,以在内筒内形成旋流。旋流中心部分为气相,由液和砂形成的环状层贴靠于管壁,砂在最靠近管壁,水在砂和气相之间,由于气和液、砂快速分离,使得液携砂旋转速度大大减慢,形成的旋转液砂层保护了后续进入的高速气相携载砂粒直接冲击管壁,大大减小对管壁的磨损,经测试,更换磨损件周期可达3-5年。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述,本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解,这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
图1是根据本发明一个实施例的除砂器的示意图;
图2是根据本发明一个实施例的除砂器中流体分离管与流体接入管的示意图;
图3是图2中的流体接入管沿剖切线A-A截取的示意性剖视图;
图4是图3中的流体接入管沿剖切线B-B截取的示意性剖视图;
图5是根据本发明一个实施例的除砂器中流体分离管的部件爆炸图;
图6是根据本发明一个实施例的除砂器中储砂罐的示意图;以及
图7是根据本发明一个实施例的除砂器中储砂罐的内部示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的除砂器10的示意图。该除砂器10包括:流体接入管200、流体分离管300、储砂罐400、流体输出管500、连通管600。
在上述部件中,流体接入管200用于接收待进行除砂处理的气液流体。流体接入管200可以包括:连接法兰210、扩径管段220、主管段230。连接法兰210用于连接流体输入管,其与流体输入管相适配。扩径管段220与连接法兰210相连,并从连接法兰210起始管径渐阔。主管段230连接于扩径管段220与流体分离管300之间,其外管径与流体分离管300的外管径相适配。
图2是根据本发明一个实施例的除砂器10中流体分离管300与流体接入管200的示意图,图3是图2中的流体接入管200的剖切线A-A截取的示意性剖视图;图4是图3中的流体接入管沿剖切线B-B截取的示意性剖视图;图5是根据本发明一个实施例的除砂器10中流体分离管300的部件爆炸图。
流体分离管300可竖向设置,其中段与流体接入管200的末端连接,使得进入的气液流体中的固相颗粒依靠自身重力向下沉降。优选地,流体分离管300可以呈基本竖直,例如竖直设置,或者相对于竖直方向稍有倾斜,保证固相颗粒可以依靠自身重力向下沉降。
流体分离管300为易磨损件,受到固相颗粒的冲击,因此设置为分体式结构,其包括:外管320、内筒330、以及盲板法兰310。
外管320的中段的管壁与流体接入管200的末端连接,其顶端和底端分别用于连接储砂罐400以及盲板法兰310。
内筒330从外管320的顶端套设于外管320内部,并且内筒330的底部低于与流体接入管200的连接位置,并且在连接位置处设置有供待进行除砂处理的气液流体排入的开口340,从而使得待进行除砂处理的气液流体从该开口340进入内筒330,进行分离。
盲板法兰310设置于外管320的顶端,以封闭流体分离管300的顶端,在一些可选实施例中,内筒330利用盲板法兰310进行固定,由于气液流体直接冲击内筒330,因此内筒330为易磨损件,通过上述结构可以使得内筒330便于更换。
流体接入管200中主管段230的末端内部形成有导流部240,导流部240配置成使得气液流体贴合于内筒330的筒壁沿切向进入内筒330,也即尽量使气液流体沿切向进入内筒330,以在流体分离管300内形成旋流。旋流中心部分为气相,由液和砂形成的环状层贴靠于管壁,砂在最靠近管壁,水在砂和气相之间,由于气和液、砂快速分离,使得液携砂旋转速度大大减慢,形成的旋转液砂层保护了后续进入的高速气相携载砂粒直接冲击管壁。
一种可选的结构为,导流部240为从主管段230的首端至其末端呈逐渐凸出的楔块状,从而使得主管段230与流体分离管300相接处收窄。可替换地,导流部240也可以为与楔块形状相似的导流板。导流部240相对于流体接入管200的主管段230的管壁倾斜角度(或可标为导流部240表面相对于流体接入管200轴线的倾斜角度)可以设置为α,α的取值范围可以为0~90°,其中优选的取值范围可以为10~60°,更加优选的范围为25~45°,尽量使得气液流体的流向沿内筒330的内筒壁的切线方向。
导流部240可以至少遮挡流体接入管200与流体分离管300相接界面的一半以上,也即如图4所示,开口H的长度小于段230的内管径半径,从而使得气液流体尽量贴合于内筒330的内筒壁,沿切向进入流体分离管300,进入内筒330的气液流体快速旋转,避免了高速油气携带砂粒直接冲击内筒330的内筒壁,造成内筒330快速磨损。
内筒330的开口340与导流部240相配合,其形状、大小分别与流体接入管200未被导流部240遮挡部分的形状、大小相适配,例如开口340的形状可以为圆缺状、月牙状等,在一些可选实施例中,可以优选设置为圆缺状。
气液流体沿切向贴合于内筒330的内筒壁进入流体分离管300,以在内筒330内形成高速旋流。由于各相物质的比重不同,旋流中心部分为气相,由液和砂形成的环状层贴靠于管壁,固相颗粒在最靠近内筒壁,水在砂和气相之间,避免了高速气相携载砂粒直接冲击管壁,减小对管壁的磨损,经测试,更换内筒330等磨损件周期可达3-5年。固相颗粒逐渐下沉落入下方的储砂罐400中。
流体输出管500从流体分离管300的上段伸入流体分离管300内,以供排出至少部分(部分或全部,一般为绝大部分)经过除砂后的气液流体;流体输出管500伸入流体分离管300的管段520位于内筒330的轴向中央,并且该管段520的下端部高于内筒330的开口340,如前所述,旋流中心部分为气相,由液和砂形成的环状层贴靠于管壁,固相颗粒在最靠近内筒壁。中央的气液可进入流体输出管500伸入流体分离管300的管段520内并从流体输出管500流出,而固相颗粒位于外侧,逐渐由于重力向下沉降。
流体分离管300的顶端设置有盲板法兰310,以封闭流体分离管300使得流体分离管300仅具有通向底部储砂罐400的出口以及从流体输出管500输出流体的出口。
图6是根据本发明一个实施例的除砂器10中储砂罐400的示意图,以及图7是根据本发明一个实施例的除砂器10中储砂罐400的内部示意图。
储砂罐400,横向设置于流体分离管300的下方,其罐体410上设置有与流体分离管300的底端连通的沉积接纳部420,以使流体分离管300中沉降的固相颗粒通过沉积接纳部420落入罐体410内。
储砂罐400可以具有圆筒形罐体410,受载应力均匀,承载压力较高。圆筒形罐体410的呈基本水平设置,例如水平设置,或者相对于水平方向稍有倾斜。
连通管600的一端与连通于储砂罐400的罐体410上,另一端连通至流体输出管500,使得进入储砂罐400的气液流体通向流体输出管500,并且储砂罐400的罐体410连接连通管600的位置与液砂分离部为间隔设置,从而利用流向流体输出管500的气液流体带动储砂罐400内堆积的固相颗粒流动,使其平铺于储砂罐400内。
流体输出管上设有输出管阀门510,连通管600上设置有连通管阀门610以及流量计620,输出管阀门510和连通管阀门610可以分别通过调节开度,使得连通管的气液流体保持在设定的流量范围内,该流量范围需要保证部分气液流体从连通管600经过,以带动储砂罐400内堆积的固相颗粒流动,另外也需要避免连通管600内流量过大导致固相颗粒经由连通管600排出。
利用输出管阀门510和连通管阀门610开度可以调节通过连通管600的气液流体的流量。流量计620可以用于测量通过连通管600的气液流体的流量,其可以采用压差流量计。
输出管阀门510和连通管阀门610可以根据油气的开采情况进行调节,例如在高压试井阶段,待进行除砂处理的气液流体流量较大的情况下,输出管阀门510全开,连通管阀门610减小开度,避免连通管600内流量过大;,随着开采进行,待进行除砂处理的气液流体流量变小的情况下,连通管阀门610可以全开,如不能满足上述流量范围的要求,可以减小输出管阀门510的开度,保证气液流体可以带动固相颗粒流动。从而根据压力以及含砂量相应调整开度。从而满足不同阶段的开采要求。
沉积接纳部420以及连通管600连接罐体410的位置可以分别靠近储砂罐400的两端,例如图5及图6中,沉积接纳部420靠近于储砂罐400的左端部,而连通管600连接罐体410的位置靠近于储砂罐400的右端部。由于重力落下的砂粒首先落入沉积接纳部420的下方,部分油气也进入储砂罐400并从堆积的砂粒上方向连通管600的方向流动,从而带动堆积砂粒沿同样的方向移动,充分利用储砂罐400的容量。在图6中,罐体410内上层为向右侧流动气液流体,而下层为沉积物。
除砂器10还可以设置包括:砂位测量仪430、快拆盲板440。砂位测量仪430设置于储砂罐400的罐体410一端,并用于测量储砂罐400内的固相颗粒的堆积量。快拆盲板440设置于储砂罐400的罐体410另一端,以封闭罐体410上用于清理淤积的开口。当砂位测量仪430检测到储砂罐400的堆积量达到一定范围后,操作人员可以通过打开快拆盲板440,清理罐体410内的淤积。
一种优选的实例为,砂位测量仪430设置于罐体410靠近于连通管600的一端(也即图中的左端);而快拆盲板440设置于罐体410靠近于沉积接纳部420的一端(也即图中的左端)。
相比于现有的立式安装的除砂器10,需要通过大型吊装机械才能进行磨损件更换,本实施例的除砂器10可以方便地进行清理,大大减小了维护费用。
通过上述介绍可以明确得出,本实施例的除砂器10,流体分离管300竖向设置,使得进入的气液流体中的固相颗粒依靠自身重力向下沉降至横向设置的储砂罐400内,并利用进入储砂罐400的气液流体带动储砂罐400内堆积的固相颗粒流动,使其平铺于储砂罐400内,防止沉砂堆积。经过实际测量本实施例的除砂器10的除砂率可以达到90%以上,满足除砂要求。
而且储砂罐400横向设置,可在储砂罐400的端部分别设置砂位测量仪430和快拆盲板440,以便了解储砂罐400内的堆积量并方便地进行清理,相比于现有储砂罐400往往需要大型吊装设备进行磨损件更换,节省了运行成本。
另外本实施例的除砂器10可以根据除砂要求配置各种管径以及储砂罐400的容量,并达到相应压力要求。在需要油气开采量加大的场合,可以采用多个除砂器10并联的方式运行。
至此,本领域技术人员应认识到,虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例,但是,在不脱离本发明精神和范围的情况下,仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此,本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种除砂器,包括:
流体接入管,用于接收待进行除砂处理的气液流体;
流体分离管,竖向设置,其中段与所述流体接入管的末端连接,使得进入的气液流体中的固相颗粒依靠自身重力向下沉降;
储砂罐,横向设置于所述流体分离管的下方,其罐体上设置有与所述流体分离管的底端连通的沉积接纳部,以使所述流体分离管中沉降的固相颗粒通过所述沉积接纳部落入所述罐体内;
流体输出管,从所述流体分离管的上段伸入所述流体分离管内,以供排出部分经过除砂后的气液流体;以及
连通管,其一端与连通于所述储砂罐的罐体上,另一端连通至所述流体输出管,使得进入所述储砂罐的气液流体通向所述流体输出管,并且所述储砂罐的罐体连接所述连通管的位置与所述沉积接纳部为间隔设置,从而利用流向所述流体输出管的气液流体带动所述储砂罐内堆积的固相颗粒流动,使其平铺于所述储砂罐内。
2.根据权利要求1所述的除砂器,还包括:
输出管阀门,设置于所述流体输出管内;
连通管阀门,设置于所述连通管内,并且
所述输出管阀门和所述连通管阀门分别通过调节开度使得所述连通管的气液流体保持在设定的流量范围内。
3.根据权利要求1所述的除砂器,还包括:
砂位测量仪,设置于所述储砂罐的罐体一端,并用于测量所述储砂罐内的固相颗粒的堆积量;
快拆盲板,设置于所述储砂罐的罐体另一端,以封闭所述罐体上用于清理淤积的开口。
4.根据权利要求3所述的除砂器,其中
所述砂位测量仪设置于所述罐体靠近于所述连通管的一端;而所述快拆盲板设置于所述罐体靠近于沉积接纳部的一端。
5.根据权利要求1所述的除砂器,其中所述流体分离管包括:
外管,其中段的管壁与所述流体接入管的末端连接;
内筒,从所述外管的顶端套设于所述外管内部,并且所述内筒的底部低于与所述流体接入管的连接位置,并且在所述连接位置处设置有供待进行除砂处理的气液流体排入的开口;以及
盲板法兰,设置于所述外管的顶端,以封闭所述流体分离管的顶端。
6.根据权利要求5所述的除砂器,其中所述流体接入管包括:
连接法兰,用于连接流体接入管;
扩径管段,与所述连接法兰相连,并从所述连接法兰起始管径渐阔;
主管段,连接于所述扩径管段与所述流体分离管之间,其管径与所述外管的管径相适配。
7.根据权利要求6所述的除砂器,其中
所述主管段的末端内部形成有导流部,所述导流部配置成使得所述气液流体贴合于所述内筒的筒壁沿切向进入所述内筒,以在所述内筒内形成旋流。
8.根据权利要求7所述的除砂器,其中
所述导流部为从所述主管段的首端至其末端呈逐渐凸出的楔块状,并且所述内筒的开口与所述导流部相配合。
9.根据权利要求7所述的除砂器,其中
所述流体输出管伸入所述流体分离管的管段位于所述内筒的轴向中央,并且端部高于所述内筒的开口。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的除砂器,其中
所述流体分离管呈基本竖直设置;并且
所述储砂罐,具有圆筒形罐体,且呈基本水平设置。
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