CN110342602A - 一种油气井废气处理用自旋流脱气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气井废气处理用自旋流脱气装置，包括罐体组件、自旋流组件、自动排液组件和检查孔组件，罐体组件为装置的主体，主要设置有罐体、支架、气体出口管、捕雾器、液体出口管、废渣出口管和压力表；自旋流组件通过自旋流管的自旋对返排流体产生多圆孔分散作用、旋流离心作用和碰撞离散作用，实现脱气过程；自动排液组件通过磁翻板式电子液位计助排罐体内的液体；检查孔组件便于拆装、检查和保养罐体内的设备，并可清理沉淀的废渣。油气井废气处理用自旋流脱气装置能够实现良好的脱气效果，且能够自动辅助排液，装置检查维护方便，废渣清理简便，提高油气井废气处理的工作效率。

Description

一种油气井废气处理用自旋流脱气装置

技术领域

本发明涉及一种油气井废气处理用自旋流脱气装置，适用于处理油气井废气之前的气液分离过程，属于油气井井下作业技术领域。

背景技术

试油井求产、酸化压裂、洗井等施工之后，返出液中夹带挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)、H₂S和酸性气体等有毒、有刺激性气味的气体，不仅对施工人员的人身安全造成威胁，还会对环境造成较大的污染。由于油气井内的废气与井内流体一起返排，所以，在处理废气之前需要进行气液分离。经过流体脱气过程后，有毒有害气体在返排液中脱离，之后进入废气处理流程，将混合废气进行中和吸收和物理吸附。目前，井下作业施工无专用的废气处理用脱气装置，一般采用气液两相分离器实现气液分离。分离出的废气主要采用点燃的方式处理，容易产生二次污染，不利于环境保护，也无法处理不可燃的酸性气体。

在进行气液分离时，油气井内流体伴生废气含量较高(伴生废气日产量小于5000方大于1000方)，但压力不能满足常规气液两相分离器启动条件时，无法使用气液分离器实现气液分离。常规使用的气液两相分离器属较大型设备，对于一般情况下油气井废气的脱气过程属“大材小用”，并且，该气液两相分离器占地面积较大，运输不便，安装费时费力，使用费用较高，不便于与混合废气处理系统进行综合集成，使得废气处理之前的准备工作效率较低。

因此，亟需一种操作简单、结构紧凑、便于集成、高效脱气的非常规小型简易流体脱气装置，提高油气井废气处理的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型简易的油气井废气处理用自旋流脱气装置，该装置可直接安装于油气井出口管线上，便于与混合废气处理装置综合集成，不受工作条件限制，实现高效脱气。

本发明采用的技术方案是：一种油气井废气处理用自旋流脱气装置，包括罐体组件、自旋流组件、自动排液组件、检查孔组件，罐体组件包括罐体、支架、气体出口管、捕雾器、液体出口管、废渣出口管和压力表，罐体为圆筒体，两端焊接半圆球形壳体，底部焊接支撑罐体的支架，中部水平方向开有焊接检查孔组件法兰盘的人孔，气体出口管向上设置在罐体顶部，气体出口管进口处，在罐体内壁设置捕雾器，废渣出口管设置在罐体底部中间位置，液体出口管设置在罐体一侧面偏下位置，紧邻气体出口管安装压力表；

自旋流组件包括保护套、自旋流管、支撑座、固定筒、调心球轴承、大密封圈和小密封圈，保护套内为阶梯通孔，中部车有内螺纹，焊接到与液体出口管相对的罐体的另一侧面偏上位置处的侧面圆孔上，固定筒一端为油壬公扣，与油气井出口管线相连，中部车有外螺纹，与保护套中部的内螺纹连接，通过大密封圈与保护套实现活塞密封，固定筒另一端为内台阶，内台阶中内插入自旋流管，通过小密封圈实现活塞密封，调心球轴承位于保护套中并套在自旋流管的外侧，自旋流管与调心球轴承过盈配合，支撑座焊接在罐体的内壁上，起到扶正自旋流管的作用，保证自旋流管水平自旋；

自动排液组件包括防爆电机、涡流泵和液位计，连接在液体出口管上，助排罐体内的液体。

所述捕雾器为波浪栅栏形式，在栅栏之间为捕雾丝网，增大与气雾的接触面积，便于去除废气中的微小雾滴。

所述支架为两根等长圆柱体成一定角度对称焊接到弧形钢板上，弧形钢板的弯曲弧度和直径与所述罐体的圆筒体外圆面一致。

所述自旋流管为一端锥形盲堵的空心圆管，在管壁切向螺旋开有若干个小直径喷射圆孔，每个切面上的圆孔中心对称，为4个，圆孔轴线均与切面中心线成一定角度，通过流体力学计算圆孔的直径和个数，使总水力有效直径与油气井出口管线的内径相等，保证在流体流过时不憋压。

所述支撑座整体呈圆锥台形，中间为圆锥孔，与自旋流管的锥形盲堵相配合，通过一个圆柱体焊接到罐体的内壁上，焊接高度使支撑座圆锥孔轴线与自旋流管安装后的轴线在同一直线上，起到扶正所述的自旋流管的作用。

与压力表的位置同侧，在罐体的正面，开有安装液位计的螺纹孔，液位计为磁翻板式电子液位计，安装在罐体正面的螺纹孔上，磁翻板式电子液位计不受罐体内杂质油的影响，直读罐体内的液位，并设定液位极限值，液位极限值低于自旋流管的安装高度，当罐体内的液面达到液位计的极限值时，液位计自动给防爆电机发送启动信号，启动涡流泵。

所述检查孔组件包括法兰盘、法兰盖、紧固螺栓、螺栓销和橡胶密封片，其中法兰盘焊接到罐体的人孔处，法兰盖通过螺栓销与法兰盘铰接，可直接旋转打开，通过紧固螺栓固定连接，法兰盘与法兰盖之间夹橡胶密封片，实现密封。

所述气体出口管、液体出口管和废渣出口管均通过油壬公扣与其他设备相连。

本发明的有益效果是：该油气井废气处理用自旋流脱气装置通过自旋流组件的多圆孔分散作用、旋流离心作用和碰撞离散作用，无需辅助动力即可实现良好的脱气效果，且能够自动辅助排液，装置检查维护方便，废渣清理简便，整体结构紧凑，小巧轻便，便于与废气处理装置集成，可有效节约成本，提高油气井废气处理的工作效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明整体结构的一侧示意图。

图3是本发明整体结构的另一侧示意图。

图4是本发明的罐主体部分的示意图。

图5是本发明图1中A处的5:1局部放大图。

图6是本发明图1中B处的5:1局部放大图。

图7是本发明的保护套全剖视图。

图8是本发明的固定筒的全剖视图。

图9是本发明的自旋流管的示意图。

图10是本发明的自旋流管的全剖视图和C-C视图。

图11是本发明的支撑座的示意图。

图12是本发明的法兰盖的示意图。

图中：1、保护套；2、自旋流管；2-1、圆孔；3、支撑座；4、固定筒；5、调心球轴承；6、法兰盖；7、紧固螺栓；8、液位计；9、压力表；10、气体出口管；11、捕雾器；12、罐体；13、液体出口管；14、支架；15、废渣出口管；16、螺栓销；17、防爆电机；18、涡流泵；19、法兰盘；20、橡胶密封片；21、大密封圈；22、小密封圈；23、螺纹孔。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

如图1-12所示，本发明油气井废气处理用自旋流脱气装置，包括罐体组件、自旋流组件、自动排液组件、检查孔组件。所述的罐体组件包括罐体12、支架14、气体出口管10、捕雾器11、液体出口管13、废渣出口管15、压力表9。罐体12是主体，由圆筒两端焊接半圆球形壳体而成，底部对称焊接两个支架14，中部水平开有人孔，一侧面偏上焊接所述的自旋流组件的保护套1，另一侧面偏下焊接液体出口管13，同侧顶部向上焊接气体出口管10，顶部中间向下焊接废渣出口管15。紧邻气体出口管10安装压力表9，与压力表9的位置同侧，在罐体12的正面，开有螺纹孔23，安装所述的自动排液组件的液位计8。在气体出口管10的进气口处，在罐体12内表面上焊接捕雾器11。

所述的自旋流组件包括保护套1、自旋流管2、支撑座3、固定筒4、调心球轴承5、大密封圈21、小密封圈22。保护套1内为阶梯通孔，中部车有内螺纹，焊接到罐体12的一侧面圆孔上。固定筒4一端为油壬公扣，与油气井出口管线相连，另一端为内台阶，中部车有外螺纹，与保护套1螺纹连接。自旋流管2一端为锥形盲堵，另一端安装小密封圈22，在管壁切向螺旋开有若干个小直径喷射圆孔2-1，每个切面上的圆孔2-1为4个，圆孔2-1轴线均与切面中心线成一定角度。支撑座3呈圆锥台形，中间为圆锥孔，与自旋流管2的锥形盲堵相配合，通过一个圆柱体焊接到罐体12的内壁上。在安装时，首先将自旋流管2的锥形盲堵端插入固定筒4的油壬公扣端，直到固定筒4的内台阶处。然后将调心球轴承5由锥形盲堵端套入，直到紧贴固定筒4。最后在固定筒4上安装大密封圈21，整体由锥形盲堵端旋转插入保护套1内，通过螺纹连接紧固。此时，自旋流管2的锥形盲堵端插入支撑座3的圆锥孔内。若需拆出自旋流管2进行检查更换时，只需旋转固定筒4进行倒扣，在固定筒4的内台阶的拉动作用下，可将自旋流管2和调心球轴承5整体抽出。

所述的自动排液组件包括防爆电机17、涡流泵18和液位计8。液位计8为磁翻板式电子液位计，安装在罐体12正面的螺纹孔23上，不仅可以直读罐体12内的液位，还能设定液位极限值，该值低于自旋流管2的安装高度。涡流泵18可通过防爆电机17启动，助排罐体12内的液体。所述的检查孔组件包括法兰盘19、法兰盖6、紧固螺栓7、螺栓销16、橡胶密封片20。法兰盘19焊接到罐体12的人孔处，法兰盖6通过螺栓销16与法兰盘19铰接，通过8个紧固螺栓7固定连接，可直接旋转打开，无需完全拆掉。法兰盘19与法兰盖6之间夹橡胶密封片20，实现密封。

在安装油气井废气处理用自旋流脱气装置时，通过固定筒4连接到油气井出口管线上，通过气体出口管10连接废气处理装置，通过液体出口管13连接自动排液组件，继而连接到液体出口罐，通过废渣出口管15连接到废渣回收罐。在工作过程中，油气井内的返排液进入自旋流管2，通过若干个圆孔2-1将流体分散成若干股射流，向罐体12内喷射。由于圆孔2-1为切向开孔，射流流过圆孔2-1向外喷射时，对自旋流管2产生反向切力，经过力的叠加后，驱动自旋流管2在罐体12内自旋。圆孔2-1内的射流在旋流作用下向外喷射甩出，在该离心力的作用下，利于废气的分离。同时，甩出的射流冲击碰撞罐体12的内壁，使流体进一步的离散为雾状，废气自动游离出液体。在自旋流管2的多圆孔分散作用、旋流离心作用和碰撞离散作用下，无需辅助动力就可使废气在返排液中脱出，达到理想的气液分离效果。

在此过程中，为了保证自旋流管2的自旋作用，罐体12内的液体不能淹没自旋流管2。当流入罐体12内的流体流量较小时，液体出口管13可自行排液，不影响自旋流管2的自旋。当大量流体流入罐体12内时，液面达到液位计8的极限值，液位计8自动给防爆电机17发送启动信号，启动涡流泵18，助排罐体12内的液体。

脱气过程结束后，通过卸掉紧固螺栓7，旋转打开法兰盖6，检查和保养自旋流管2、调心球轴承5以及大密封圈21和小密封圈22的密封效果,并将罐体12内沉淀的废渣清理进废渣出口管15，排至废渣回收罐内。

所述支架14为两根等长圆柱成一定角度对称焊接到弧形钢板上，弧形钢板的弯曲弧度和直径与所述罐体12的圆筒体外圆面一致。罐体12一侧面中间偏上部位开圆孔，与自旋流组件的保护套1外径一致。另一侧面中间偏下部位开圆孔，焊接液体出口管13，同侧圆筒体顶部位置向上开圆孔，焊接气体出口管10，底部中间位置向下开圆孔，焊接废渣出口管15。紧邻气体出口管安装压力表9。与压力表的位置同侧，在罐体的正面，开有安装液位计的螺纹孔23。捕雾器11为波浪栅栏形式，在栅栏之间为捕雾丝网，可增大与气雾的接触面积，便于去除废气中的微小雾滴。气体出口管10、液体出口管13和废渣出口管15均通过油壬公扣与其他设备相连。

保护套1内为阶梯通孔，中部车有内螺纹，焊接到罐体一侧面圆孔上。固定筒一端为油壬公扣，与油气井出口管线相连，另一端为内台阶，中部车有外螺纹，与保护套1螺纹连接，通过大密封圈21与保护套实现活塞密封。自旋流管为一端锥形盲堵的空心圆管，另一端开有小密封圈安装沟槽，在管壁切向螺旋开有若干个小直径喷射圆孔，每个切面上的圆孔为4个，圆孔轴线均与切面中心线成一定角度。为了在流体流过时不憋压，圆孔的直径和个数通过流体力学计算，使总水力有效直径与油气井出口管线的内径相等。自旋流管插入固定筒，通过小密封圈实现活塞密封。支撑座整体呈圆锥台形，中间为圆锥孔，与自旋流管的锥形盲堵相配合，通过一个圆柱体焊接到罐体的内壁上，焊接高度使支撑座圆锥孔轴线与自旋流管安装后的轴线在同一直线上，起到扶正自旋流管的作用。调心球轴承套在自旋流管上，为过盈配合，当自旋流管在旋转时有3°以内的偏斜时，可自动调心，保证不会产生较大的旋转阻力。

在安装自旋流组件时，首先在自旋流管一端安装小密封圈，由锥形盲堵端插入固定筒的油壬公扣端，直到固定筒的内台阶处。然后将调心球轴承由锥形盲堵端套入，直到紧贴固定筒。最后在固定筒上安装大密封圈，整体由锥形盲堵端旋转插入保护套内，通过螺纹连接紧固。此时，自旋流管的锥形盲堵端插入支撑座的圆锥孔内。若需拆出自旋流管进行检查更换时，只需旋转固定筒进行倒扣，在固定筒的内台阶的拉动作用下，可将自旋流管和调心球轴承整体抽出。

当油气井内返排出的流体进入自旋流管时，通过若干个圆孔将流体分散成若干股射流，向罐体内喷射。由于圆孔为切向开孔，射流流过圆孔向外喷射时，对自旋流管产生反向切力，切力的叠加使得自旋流管在罐体内自旋。螺旋形均匀布置的圆孔，保证自旋流管旋转的稳定性。圆孔内的射流在旋流作用下向外喷射甩出，在该离心力的作用下，利于废气的分离。同时，甩出的射流冲击碰撞罐体的内壁，使流体进一步的离散为雾状，废气自动游离出液体。所以，自旋流组件在多圆孔的分散作用、旋流离心作用和碰撞离散作用的综合作用下，无需辅助动力就可使废气在返排液中脱出，达到理想的气液分离效果。

自动排液组件包括防爆电机、涡流泵和液位计。液位计为磁翻板式电子液位计，安装在罐体正面的螺纹孔上，不受罐体内杂质油的影响，不仅可以直读罐体内的液位，还能设定液位极限值，该值低于自旋流管的安装高度。为了保证自旋流组件的正常工作，自旋流管必须安装在罐体内液面高度以上才能自旋。当流入罐体内的流体流量较小时，液体出口管可自行排液，不影响自旋流管的自旋。当大量流体流入罐体内时，完全依靠液体出口管无法及时将流体排出，使得罐体内的液面升高，影响自旋流管的自旋运动。此时，液面达到液位计的极限值，液位计自动给防爆电机发送启动信号，启动涡流泵，助排罐体内的液体。

法兰盘焊接到罐体的人孔处，侧面焊接两个侧耳。法兰盖通过螺栓销与法兰盘铰接，通过8个紧固螺栓固定连接。法兰盘与法兰盖之间夹橡胶密封片，实现密封。橡胶密封片为具有一定厚度的圆片，对应于法兰盘和法兰盖，开有8个通孔。法兰盖可直接旋转打开，无需完全拆掉，一是便于自旋流管和调心球轴承的拆装、检查和保养，二是方便将罐体内的废渣清理进废渣出口管。

综上所述，本发明的内容并不局限于上述的实施例，相同领域内的有识之士可以按照本发明的技术指导思想轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种油气井废气处理用自旋流脱气装置，其特征在于,包括罐体组件、自旋流组件、自动排液组件、检查孔组件，罐体组件包括罐体(12)、支架(14)、气体出口管(10)、捕雾器(11)、液体出口管(13)、废渣出口管(15)和压力表(9)，罐体(12)为圆筒体，两端焊接半圆球形壳体，底部焊接支撑罐体的支架，中部水平方向开有焊接检查孔组件法兰盘的人孔，气体出口管(10)向上设置在罐体顶部，气体出口管进口处，在罐体内壁设置捕雾器(11)，废渣出口管(15)设置在罐体底部中间位置，液体出口管(13)设置在罐体一侧面偏下位置，紧邻气体出口管(10)安装压力表(9)；

自旋流组件包括保护套(1)、自旋流管(2)、支撑座(3)、固定筒(4)、调心球轴承(5)、大密封圈(21)和小密封圈(22)，保护套(1)内为阶梯通孔，中部车有内螺纹，焊接到与液体出口管(13)相对的罐体的另一侧面偏上位置处的侧面圆孔上，固定筒(4)一端为油壬公扣，与油气井出口管线相连，中部车有外螺纹，与保护套(1)中部的内螺纹连接，通过大密封圈与保护套实现活塞密封，固定筒(4)另一端为内台阶，内台阶中内插入自旋流管(2)，通过小密封圈(22)实现活塞密封，调心球轴承(5)位于保护套(1)中并套在自旋流管(2)的外侧，自旋流管(2)与调心球轴承(5)过盈配合，支撑座(3)焊接在罐体的内壁上，起到扶正自旋流管的作用，保证自旋流管水平自旋；

自动排液组件包括防爆电机(17)、涡流泵(18)和液位计(8)，连接在液体出口管(13)上，助排罐体内的液体。

2.根据权利要求1所述油气井废气处理用自旋流脱气装置，其特征在于,所述捕雾器(11)为波浪栅栏形式，在栅栏之间为捕雾丝网，增大与气雾的接触面积，便于去除废气中的微小雾滴。

3.根据权利要求1所述气井废气处理用自旋流脱气装置，其特征在于,所述支架(14)为两根等长圆柱体成一定角度对称焊接到弧形钢板上，弧形钢板的弯曲弧度和直径与所述罐体的圆筒体外圆面一致。

4.根据权利要求1所述气井废气处理用自旋流脱气装置，其特征在于,所述自旋流管(2)为一端锥形盲堵的空心圆管，在管壁切向螺旋开有若干个小直径喷射圆孔，每个切面上的圆孔中心对称，为4个，圆孔轴线均与切面中心线成一定角度，通过流体力学计算圆孔的直径和个数，使总水力有效直径与油气井出口管线的内径相等，保证在流体流过时不憋压。

5.根据权利要求4所述气井废气处理用自旋流脱气装置，其特征在于,所述支撑座(3)整体呈圆锥台形，中间为圆锥孔，与自旋流管的锥形盲堵相配合，通过一个圆柱体焊接到罐体的内壁上，焊接高度使支撑座圆锥孔轴线与自旋流管安装后的轴线在同一直线上，起到扶正所述的自旋流管的作用。

6.根据权利要求1所述气井废气处理用自旋流脱气装置，其特征在于，与压力表(9)的位置同侧，在罐体的正面，开有安装液位计的螺纹孔(23)，液位计(8)为磁翻板式电子液位计，安装在罐体正面的螺纹孔(23)上，磁翻板式电子液位计不受罐体内杂质油的影响，直读罐体内的液位，并设定液位极限值，液位极限值低于自旋流管的安装高度，当罐体内的液面达到液位计的极限值时，液位计自动给防爆电机(17)发送启动信号，启动涡流泵(18)。

7.根据权利要求1所述气井废气处理用自旋流脱气装置，其特征在于，所述检查孔组件包括法兰盘(19)、法兰盖(6)、紧固螺栓(7)、螺栓销(16)和橡胶密封片(20)，其中法兰盘(19)焊接到罐体的人孔处，法兰盖(6)通过螺栓销(16)与法兰盘(19)铰接，可直接旋转打开，通过紧固螺栓(7)固定连接，法兰盘(19)与法兰盖(6)之间夹橡胶密封片(20)，实现密封。

8.根据权利要求1所述气井废气处理用自旋流脱气装置，其特征在于，所述气体出口管、液体出口管和废渣出口管均通过油壬公扣与其他设备相连。