CN110284864A - 压裂放喷天然气不点火工艺方法和净化回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压裂放喷天然气不点火工艺方法和净化回收装置，解决了压力放喷天然气进行点火处理，污染环境，且无法进行净化回收的问题。该装置包括除砂装置、沉砂脱液分离装置，其与除砂装置的出液口连接；减压装置，其与沉砂脱液分离装置的出气口连接；气液分离装置，其与减压装置的出气口连接，且气液分离装置出气口处的气体与用电装置连接和/或与输气管网连接；气液分离装置出气口处的污水连接有污水收集装置；还提供了一种基于上述装置的压裂放喷天然气不点火工艺方法；本发明通过压裂放喷天然气不点火工艺方法和净化回收装置脱除气井放喷天然气中携带的砂、液及污水，避免了天然气燃烧放空，实现天然气放喷不点火，有效的回收天然气。

Description

压裂放喷天然气不点火工艺方法和净化回收装置

技术领域

本发明涉及天然气净化、分离、回收技术领域，尤其是涉及一种压裂放喷天然气不点火工艺方法和净化回收装置。

背景技术

目前受生产条件制约，国内大部分油气井开发压裂完成后，必须进行放喷，放喷一段时间后天然气中不含砂、液少后才能进入输气管网，在放喷初中期产出的天然气中含有大量的砂、返排液、油污及污水，致使天然气不能直接进入输气管网外输，只能进行放空或燃烧，以长庆油田苏里格气田为例，每年有1000余口天然气井滚动开发中，造成放空或燃烧的天然气达数亿立方米，造成资源浪费和环境污染。

现在石油天然气行业为了积极响应国家的环境保护政策，对天然气的勘探开发都提出了很高的环境保护要求，提出在钻井、试采、生产过程中不让油污、污水落地，减少天然气放空和燃烧。如何解决压力放喷天然气不点火，并且能进行净化回收，减少能源浪费，保护环境问题是当务之急。

放喷气井点多、覆盖面广，其产能和稳定期都不确定，工况变化大，气量和压力变化范围大，天然气中携带有大量的砂、返排液及污水，危险系数极高，输气管网中要求不含砂、液，目前主要采取就地进行放喷燃烧放空的方式，而市场上的其他除砂器因局限性、实用性无法满足需要。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：目前国内针对解决压裂放喷天然气方法措施有以下2种：

1、就地进行放喷燃烧放空。通过试气作业队伍原有放喷管线、放喷控制油嘴进入到火烧罐或是燃烧池中，通过点火燃烧放空，达到处理天然气的目的，燃烧10天左右至天然气中砂少液少后进入输气管网，这种生产模式造成天然气资源的白白浪费，且天然气高压敞口输送和火烧罐或燃烧池燃烧对人员、周围设备及建筑造成安全隐患，极易发生火灾、超压伤人等危害；

2、通过简易除砂装置和方法除砂后回收。这种除砂方式比较笨重，工艺装置繁多，而且只有除砂功能，没有脱液功能，除砂脱液能力不够，达不到压裂放喷天然气净化回收的功能；除砂不完全极易造成安全隐患和生产成本增加；脱液能力满足不了生产需要；只能在放喷中后期进行工作，前期仍然需要进行一段时间的燃烧造成资源浪费和环境污染。但都不能解决天然气资源浪费、环境污染、安全生产等问题。

目前国内针对解决压力放喷天然气净化回收的方法主要有以下2种：

1、通过试气测试求产工艺方法。此工艺配有简易除砂器和三相分离装置，设备承压能力在25兆帕以下，除砂能力极低，只有低压脱液能力。在气井放喷点着火后10天后砂量几乎没有液量减少时进入该设备。天然气通过进入除砂器除砂，进入三相分离装置低压脱液和直接进入输气管网。多应用为井口求产测试阶段。除砂脱液能力有限，之前7天的天然气没有得到回收，全部浪费。

2、通过简易除砂装置除砂后回收。此工艺配有二组除砂器，一级除砂器和二级除砂器，设备承压能力在23兆帕以下，没有脱液及沉砂装置，在气井放喷点着火后3-5天后砂液量减少时进入该设备。天然气通过进入一级除砂器和二级除砂器脱出砂后经过调压阀直接进入输气管网。处理后的天然气含液量大，不能直接进行CNG回收，而且加重了下游设备的负担。除砂不完全，造成下游设备损坏。且直接浪费3-5天天然气，得不到完全回收。此工艺方法有专利，为：撬装式放喷气回收系统及回收方法。无脱液能力，工序繁琐，设备众多，无自动化。

有鉴于此，如何解决压力放喷天然气不点火，并且能进行净化回收，减少能源浪费，保护环境问题是当务之急。

发明内容

本发明的目的在于提供压裂放喷天然气不点火工艺方法和净化回收装置，以解决现有技术中存在的压力放喷天然气进行点火处理，污染环境，且无法进行净化回收，能源浪费的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种压裂放喷天然气净化回收装置，包括：

除砂装置，其进液口与天然气井连接；

沉砂脱液分离装置，其与所述除砂装置的出液口连接；

减压装置，其与所述沉砂脱液分离装置的出气口连接，用于降低原料气进入管网的压力；

气液分离装置，其与所述减压装置的出气口连接，且所述气液分离装置出气口处的气体与用电装置连接和/或与输气管网连接，以将原料气进行循环利用；所述气液分离装置出气口处的污水连接有污水收集装置。

优选的，所述天然气井与所述除砂装置之间还设置有油嘴控制装置，以便于对井口原料气进行节流减压，控制井口排放。

优选的，所述减压装置还连接有加热装置，所述加热装置用于对所述减压装置进行加热，以防止天然气减压后冻堵管道。

优选的，所述加热装置为水套炉，其套设于所述减压装置外并对所述减压装置进行加热。

优选的，所述气液分离装置为三相分离器，所述三相分离器的一个出气口与用电装置连接，以对所述用电装置提供燃气；其另一个出气口连接有流量计计量阀组，原料气经过所述流量计计量阀组计量后进入所述输气管网。

优选的，所述三相分离器的出液口通过排污管连接有污水罐，且所述三相分离器与所述污水罐之间设置有液体流量计。

优选的，所述除砂装置以及所述沉砂脱液分离装置的底部连接有盛砂装置，且所述除砂装置以及所述沉砂脱液分离装置均设置有备用管线，以便于对储砂进行清理时启动备用管线。

优选的，所述沉砂脱液分离装置通过排污管连接有污水罐。

本发明还提供了一种根据上述压裂放喷天然气净化回收装置的压裂放喷天然气不点火工艺方法，包括以下步骤：

S1：除砂处理：天然气井中的原料气及裹挟的污水、砂进入所述除砂装置，滤除大部分的砂体；

S2：沉砂脱液处理：继续将原料气通入到所述沉砂脱液分离装置中，滤除绝大部分的砂、液及大部分污水；

S3：调压：将除砂、脱液后的原料气通入减压装置进行减压节流，减压至适合进入输气管网的压力；

S4：脱液分离：减压后的原料气通入所述气液分离装置中进行低压气液分离，一部分气体供给用电装置发电，另一部分原料气经过流量计计量阀组计量后进入输气管网；

S5：排污、排砂处理：所述沉砂脱液分离装置与所述气液分离装置产生的污水通过排污管并经过液体流量计计量后集中处理；所述除砂装置与所述沉砂脱液分离装置产生的压裂砂清理后用盛砂装置处理。

优选的，在步骤S1之前还包括，节流控制排放过程：将天然气井的原料气通入油嘴控制装置中进行初步节流降压。

本发明提供的压裂放喷天然气不点火工艺方法和净化回收装置，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、通过压裂放喷天然气不点火工艺方法和净化回收装置脱除气井放喷天然气中携带的砂、液及污水，同时对天然气井测试产量，保障进入输气管网或其他运输设备(CNG)的天然气无砂、液，保障气井连续稳定生产，提高单井最终累计产气量。解决了天然气在放喷期间不能进入输气管网的问题，避免了天然气燃烧放空的现象，提高了工艺装置的除砂、脱液、净化功能，实现了天然气放喷不点火，有效的回收天然气。

2、该工艺方法和净化回收装置适应性强，工作范围广，减少生产步骤，经过该工艺及系统处理回收得到的压裂放喷天然气可以直接进入输气管网或进行CNG槽车运输，从源头起到并且节能减排、保护环境的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是压裂放喷天然气净化回收装置的整体结构示意图；

图2是压裂放喷天然气不点火工艺方法的流程示意图；

图3是沉砂脱液分离装置的一种实施例的结构示意图。

图中1、天然气井；2、除砂器；4、减压装置；5、三相分离器；6、污水罐；7、水套炉；8、油嘴控制装置；91、气体流量计；92、液体计量；10、输气管网；11、旁通线；12、排污管；13、火烧罐；14、自动阀组；

100、沉砂脱液分离装置；101、进气/液口；102、天然气出口；103、排液口；104、排砂口；105、手孔；106、压力表口；107、液位计口；108、安全阀口；109、椭圆封头；110、防冲板；111、格挡板；112、导流板；113、鞍式支座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图1，图1是压裂放喷天然气净化回收装置的整体结构示意图；本发明提供了一种压裂放喷天然气净化回收装置，包括：

除砂装置，其进液口与天然气井1连接；

沉砂脱液分离装置100，其与除砂装置的出液口连接；

减压装置4，其与沉砂脱液分离装置100的出气口连接，用于降低原料气进入管网的压力；

气液分离装置，其与减压装置4的出气口连接，且气液分离装置出气口处的气体与用电装置连接和/或与输气管网10连接，以将原料气进行循环利用；气液分离装置出气口处的污水连接有污水收集装置。

本发明的有益效果是：通过压裂放喷天然气净化回收装置能够脱除气井放喷天然气中携带的砂、液及污水，同时对天然气井测试产量，保障进入输气管网10或其他运输设备(CNG)的天然气无砂、液，保障气井连续稳定生产，提高单井最终累计产气量。

本装置净化回收装置适应性强，工作范围广，减少生产步骤，经过该工艺及系统处理回收得到的压裂放喷天然气可以直接进入输气管网10或进行CNG槽车运输，从源头起到并且节能减排、保护环境的目的。

其中，上述除砂装置可以采用现有技术中的除砂器2。

放喷作业完成后，井口原料气(3-25Mpa)中仍会裹挟大量污水、液和砂，为了保证进入管网天然气不含砂及液，确保下游管线及设备安全。作为可选的实施方式，参照图1所示，天然气井1与除砂装置之间还设置有油嘴控制装置8，以便于对井口原料气进行节流减压，控制井口排放。

此阶段井口原料气从井口出来直接进入油嘴控制装置8初步节流降压，控制井口排放(不需要控制排放也可以直接进入除砂器2)，油嘴装置一备一用，二者切换运行。上述油嘴控制庄装置包括多个平板闸阀组成的阀组，其为现有技术，在此对其结构不再赘述。

其中，沉砂脱液分离装置100可采用现有技术中的高压卧式分离器或优选的采用以下结构：沉砂脱液分离装置100包括罐体，罐体底部固定在鞍式支座113上。罐体的一端设置有进气/液口101，进气/液口101与进气/液管道相连接；罐体的顶部设有压力表口106、手孔105、安全阀口108、天然气出口102，天然气出口102与后方减压装置连接，罐体底部设有排砂口104、排液口103，沉积的砂液分别用过排砂口4、排液口3排出；

其中，压力表口106与仪表连接，通过仪表随时监测卧式沉砂脱液分离器封闭内腔中的压力数值；

安全阀口108与安全阀连接，当设备运行出现故障或者井口压力突然增大导致卧式沉砂脱液分离器内压カ过大，安全阀自动启动，将卧式沉砂脱液分离器内的压力排出，起到保护卧式沉砂脱液分离器的作用。

罐体侧面设有液位计口107，液位计口107与液位计连接，通过液位计随时监测卧式沉砂脱液分离器封闭内腔中的液位数值。

另外罐体内部上方设有防冲板110、格挡板111，防冲板110、格挡板111靠近进气/液口101的罐内顶部，罐体内部下方设有导流板112，防冲板110的作用是将进气/液方向改变，使天然气流速大大降低，有效的提高沉砂脱液效率，并防止压裂砂、液直接对罐体的伤害，格挡板111是对防冲板110作用的进一步加强和固定防冲板110的作用，导流板112是对所沉积的压裂砂和压裂液倒入排砂口104、排液口103，使排砂、排液更顺畅。

该卧式沉砂脱液分离器的工作过程如下所述:压力低于30MPa并携带大量压裂砂和压裂液的天然气通过进气/液口101进入卧式沉砂脱液分离器的封闭内腔后，在沉秒罐罐体的防冲板110、格挡板111作用下，天然气的流速大大降低，此时天然气内的气相、液相和固相逐渐分离，气体上升并通过天然气出口102流出，液体和固体沉积在卧式沉砂脱液分离器的内壁，其中固体通过排砂口104转移排泄，其中的液体通过排液口103进行排出，通过卧式沉砂脱液分离器，可以排除从进气液口王喷入的天然气中99％的压裂砂和压裂液。

作为可选的实施方式，参照图1所示，由于天然气经过调压橇减压后温度下降至零下，为防止冻堵，减压装置4还连接有加热装置，加热装置用于对减压装置4进行加热，以防止天然气减压后冻堵管道。

作为可选的实施方式，上述加热装置为水套炉7，其套设于减压装置4外并对减压装置4进行加热。

其中水套炉7为现有的成熟技术，通过水套炉7对上述减压装置4进行加热，可有效防止天然气减压后的冻堵现象。

作为可选的实施方式，参照图1，气液分离装置为三相分离器5，三相分离器5的一个出气口与用电装置连接，以对用电装置提供燃气；其另一个出气口连接有流量计计量阀组，原料气经过流量计计量阀组计量后进入输气管网10。

其中，上述流量计计量阀组采用气体流量计91；上述用电装置可以为水套炉7发电机，减压后的原料气经过低压气液分离后，一部分气体进入水套炉7橇提供燃料气，一部分供给燃气发电机(由甲方自备)发电，一部分经过气体流量计91计量后进入输气管网10；上述设置实现了经过三相分离器5分离后气体的有效利用，节约了资源。

对于三相分离器5中产生的污水，作为可选的实施方式，参照图1所示，三相分离器5的出液口通过排污管12连接有污水罐6，且三相分离器5与污水罐6之间设置有液体流量计92。

三相分离器5产生的污水统一进入污水罐6中，排液自动和手动控制，液体靠自身压力排至污水罐6。总排液口安装液体流量计92计量后排至污水罐6中集中处理。

为了对储砂进行处理，作为可选的实施方式，参照图1，除砂装置以及沉砂脱液分离装置100的底部连接有盛砂装置，且除砂装置以及沉砂脱液分离装置100均设置有备用管线，即旁通线11，以便于对储砂进行清理时启动旁通线11。

对于立式除砂器2、高压卧式分离器产生的压裂砂清理后用盛砂桶储存并计量后统一进行处理。

对于沉砂脱液分离装置100产生的污水，作为可选的实施方式，参照图1，沉砂脱液分离装置100通过排污管12连接有污水罐6。

其中沉砂脱液分离装置100与三相分离器5均可通过排污管12连接至相同的污水罐6中对污水进行集中处理，防止污染环境。

为了实现整个装置的自动化过程，沉砂脱液分离装置100与三相分离器5的出液口设置自动阀组14，通过PLC控制自动阀组14的开启与闭合；同时装置所有监控数据(可燃报警、压力、温度、液位)远传至仪表柜，仪表柜通过PLC显示，排液自动控制。运行一段时间后，天然气井1中不再有砂排出，含液量少，满足进入输气管网10的条件，整个工作完成。

除此之外，为了防止整个装置发生故障影响设备的正常运行，作为备用，在油嘴控制装置之后通过平板闸阀连接火烧罐，经天然气进行燃烧处理，作为临时救急使用。

参照图2，图2是压裂放喷天然气不点火工艺方法的流程示意图；本发明还提供了一种根据上述压裂放喷天然气净化回收装置的压裂放喷天然气不点火工艺方法，包括以下步骤：

S1：除砂处理：天然气井1中的原料气及裹挟的污水、砂进入除砂装置，滤除大部分的砂体；

S2：沉砂脱液处理：继续将原料气通入到沉砂脱液分离装置100中，滤除绝大部分的砂、液及大部分污水；

S3：调压：将除砂、脱液后的原料气通入减压装置4进行减压节流，减压至适合进入输气管网10的压力；

S4：脱液分离：减压后的原料气通入气液分离装置中进行低压气液分离，一部分气体供给用电装置发电，另一部分原料气经过流量计计量阀组计量后进入输气管网10；

S5：排污、排砂处理：沉砂脱液分离装置100与气液分离装置产生的污水通过排污管12并经过液体流量计92计量后集中处理；除砂装置与沉砂脱液分离装置100产生的压裂砂清理后用盛砂装置处理。

本发明上述压裂放喷天然气不点火工艺方法的有益效果是：解决了天然气在放喷期间不能进入输气管网的问题，避免了天然气燃烧放空的现象，避免污染环境以及资源的浪费问题，实现了天然气放喷不点火，有效的回收天然气。

为了保证进入管网天然气不含砂及液，确保下游管线及设备安全，作为可选的实施方式，在步骤S1之前还包括，节流控制排放过程：将天然气井1的原料气通入油嘴控制装置8中进行初步节流降压。

其中，经过油嘴装置控制排量的原料气进入除砂装置，在此滤除超过95％的砂后进入高压分离器(切换运行时可直接进入沉砂脱液分离装置100)，进入除砂装置的天然气在此精细滤除砂，产出的砂积存于尾端，待储存满后，切换备用管线运行，将除砂器2泄压后清理储存的压裂砂，排砂方式为手动排砂。

其中，原料气进入沉砂脱液分离装置100在此滤除绝大部分的砂(超过99％)、液及大部分污水，天然气去减压装置4。进入高压卧式分离器的天然气产出的污水、液经过排污管12排至污水罐6，砂待储存一定量后切换备用管线清理。脱液为手动和自动方式。

上述工艺方法的工艺参照可参照下表所示：

在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种压裂放喷天然气净化回收装置，其特征在于，包括：

除砂装置，其进液口与天然气井连接；

沉砂脱液分离装置，其与所述除砂装置的出液口连接；

减压装置，其与所述沉砂脱液分离装置的出气口连接，用于降低原料气进入管网的压力；

气液分离装置，其与所述减压装置的出气口连接，且所述气液分离装置出气口处的气体与用电装置连接和/或与输气管网连接，以将原料气进行循环利用；所述气液分离装置出气口处的污水连接有污水收集装置。

2.根据权利要求1所述的压裂放喷天然气净化回收装置，其特征在于，所述天然气井与所述除砂装置之间还设置有油嘴控制装置，以便于对井口原料气进行节流减压，控制井口排放。

3.根据权利要求1所述的压裂放喷天然气净化回收装置，其特征在于，所述减压装置还连接有加热装置，所述加热装置用于对所述减压装置进行加热，以防止天然气减压后冻堵管道。

4.根据权利要求3所述的压裂放喷天然气净化回收装置，其特征在于，所述加热装置为水套炉，其套设于所述减压装置外并对所述减压装置进行加热。

5.根据权利要求1所述的压裂放喷天然气净化回收装置，其特征在于，所述气液分离装置为三相分离器，所述三相分离器的一个出气口与用电装置连接，以对所述用电装置提供燃气；其另一个出气口连接有流量计计量阀组，原料气经过所述流量计计量阀组计量后进入所述输气管网。

6.根据权利要求5所述的压裂放喷天然气净化回收装置，其特征在于，所述三相分离器的出液口通过排污管连接有污水罐，且所述三相分离器与所述污水罐之间设置有液体流量计。

7.根据权利要求1所述的压裂放喷天然气净化回收装置，其特征在于，所述除砂装置以及所述沉砂脱液分离装置的底部连接有盛砂装置，且所述除砂装置以及所述沉砂脱液分离装置均设置有备用管线，以便于对储砂进行清理时启动备用管线。

8.根据权利要求1所述的压裂放喷天然气净化回收装置，其特征在于，所述沉砂脱液分离装置通过排污管连接有污水罐。

9.一种根据权利要求书1-8任一所述的压裂放喷天然气净化回收装置的压裂放喷天然气不点火工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：除砂处理：天然气井中的原料气及裹挟的污水、砂进入所述除砂装置，滤除大部分的砂体；

S2：沉砂脱液处理：继续将原料气通入到所述沉砂脱液分离装置中，滤除绝大部分的砂、液及大部分污水；

S3：调压：将除砂、脱液后的原料气通入减压装置进行减压节流，减压至适合进入输气管网的压力；

S4：脱液分离：减压后的原料气通入所述气液分离装置中进行低压气液分离，一部分气体供给用电装置发电，另一部分原料气经过流量计计量阀组计量后进入输气管网；

S5：排污、排砂处理：所述沉砂脱液分离装置与所述气液分离装置产生的污水通过排污管并经过液体流量计计量后集中处理；所述除砂装置与所述沉砂脱液分离装置产生的压裂砂清理后用盛砂装置处理。

10.根据权利要求书9所述的压裂放喷天然气不点火工艺方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括，节流控制排放过程：将天然气井的原料气通入油嘴控制装置中进行初步节流降压。