CN111607444A - 天然气除砂装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了天然气除砂装置，通过在装置主体内设置两个对称的旋转板，使其在与调节杆接触时，旋转板上的加热层对堆积的砂石进行加热，并通过调节杆的上下移动，带动旋转板的一端上下移动，进而在移动的过程中，对没有和旋转板接触的砂石进行冲击，本装置对砂石进行加热的同时还设置射线发射装置，可对除砂后的天然气进行动态的监测，不仅能有效避免砂石粘连在一起，增加砂石的流动性，使其能快速高效的进入排砂管中进行排出；还可监测天然气含砂量。

Description

天然气除砂装置

技术领域

本发明涉及天然气领域，具体涉及天然气除砂装置。

背景技术

现有的油气田开采中，采出的天然气中由于各种原因，含有大量的砂石、岩屑等固体颗粒，这些固体颗粒被高速流动的天然气带出井口，进入天然气运输管道中，固体颗粒在运输管道中会对管道造成冲蚀，严重时会将管道冲穿，导致天然气泄漏等危险事故。

因此在天然气的生产过程中，必须先要对天然气进行除砂处理，在生产过程中常常利用重力沉降分离、旋风分离器和过滤分离技术进行除砂处理。

现有的天然气除砂装置在分离出砂石后，将其堆积在下端的沉积腔中，但是长期在野外低温环境中如果不及时除砂会导致除砂装置内部的砂石凝固，堵住除砂装置下端的砂石出口，使砂石不能从砂石出口中排出，严重时还会造成设备损坏。

专利号为CN201721346587.7的一种除砂装置利用分离出的天然气进行自保温加热，防止分离沉降在设备底部的砂砾低温凝固，砂砾通过重力作用自行流出设备，完成除砂作业，但是天然气中含有硫化氢等腐蚀性气体，在增加天然气流动区域的过程中，必定提高了该区域对使用材料的要求，增加了成本。并且，天然气比空气轻，为了满足天然气对除砂口的砂石进行加热的要求，需要在加热层中蓄满天然气，才能使其对除砂装置下端的砂石沉积区域进行加热，效率低下。

同时，现有的除砂装置在长期使用的过程中，砂石分离装置可能会出现需要更换维修的情况，但是现有的除砂装置不能快速准确的发现需要更换的时机，影响天然气的质量，在不能较好的除砂的情况下，持续使用，会造成砂石对管道造成冲蚀的情况，影响使用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供天然气除砂装置，通过在装置主体内设置两个对称的旋转板，使其在与调节杆接触时，旋转板上的加热层对堆积的砂石进行加热，并通过调节杆的上下移动，带动旋转板的一端上下移动，进而在移动的过程中，对没有和旋转板接触的砂石进行冲击，避免砂石粘连在一起，增加砂石的流动性，使其能快速高效的进入排砂管中进行排出。

并且，本装置对砂石进行加热的同时，还设置监测装置，监测装置包括射线发射装置和射线接收装置，可对除砂后的天然气的含砂量进行动态的监测，在加热层对砂石进行加热的过程中，射线发射装置位于保护杆内，保护杆对射线发射装置进行保护；砂石从排砂管排出时，射线发射装置对流过的天然气进行监测。因此本装置在使用的过程中，一方面可避免天然气持续的作用在射线发射装置上，影响射线发射装置的使用寿命；另一方面，本装置可实时对除砂效果进行监测，在效果不佳时，及时对装置进行维护更换，提高使用效率。

该目的采用以下技术方案实现：装置主体的下端设置有排砂口，装置主体的侧面设置有排气口，排砂口内壁与排砂管的上端连接，排砂管的下端位于装置主体的下方，排砂管的内部设置有调节杆，调节杆可在排砂管内上下移动；装置主体内包括两个对称设置的旋转板，两个旋转板的上端均设置有加热层，两个旋转板的一端均与装置主体的内壁铰接；

调节杆上端的初始位置、终端位置分别为排砂管内部、装置主体内，调节杆的上端位于装置主体内时，调节杆的上端与旋转板相接触，加热层开始加热，调节杆带动两个旋转板的一端共同移动；调节杆的上端位于排砂管内时，调节杆的上端与旋转板分离，加热层停止加热，两个旋转板的一端位于排砂口上，砂石通过两个旋转板进入排砂管中；

排气口内设置有用于监测含砂量的监测装置，监测装置包括射线发射装置和射线接收装置，射线发射装置中的连杆的一端与排气口的内壁连接，连杆的另一端与γ射线源连接，射线接收装置设置在排气口的内壁上，射线接收装置与射线发射装置中的γ射线源发出的射线一一对应。排气口的下端设置有连接孔，连接孔的内壁与连接管的上端连接，连接管的下端位于排气口下方，连接管中连接有保护杆，保护杆可在连接管内上下移动，保护杆上端的初始位置、终端位置分别为连接管内部、排气口的内壁上；保护杆位于终端位置时，射线发射装置位于保护杆内；保护杆和调节杆上端的初始位置相互对应，保护杆和调节杆上端的终端位置相互对应。

本装置在使用时，调节杆的上端、保护杆的上端首先均位于初始位置，即调节杆的上端在排砂管侧面的通孔的下方，砂石进入排砂管后，通过排砂管侧面的通孔排出。保护杆的上端在连接孔的内壁上。此时，旋转板的一端铰接在装置主体的内壁上，另一端与排砂口的上端接触，砂石可从排砂口进入排砂管中，并从排砂管留出；射线发射装置对通过排气口的天然气含砂量进行监测，并将信号发送给射线接收装置进行接收；在使用的过程中，调节杆和保护杆从初始位置向上移动，当调节杆的上端与旋转板的一端相接触时，加热层开始加热，调节杆持续向上移动，并带动旋转板的一端向上移动，旋转板对砂石提供冲击力，进而使没有与加热板接触的砂石松动，能使其更好的从装置主体内流出。

本装置的监测装置对天然气进行监测时，排砂管进行排砂，旋转板对砂石提供冲击力并加热时，保护杆对射线发射装置进行保护，停止监测。因此射线发射装置对天然气监测的数据与当时从排砂管流出的砂石量相结合，可得到该时间段开采的天然气的含砂总量，可通过长期的监测，可得到该油气田开采的天然气的砂石含量的变化情况，对于油气田开发研究有重要的参考作用。因此本装置的调节杆和保护杆共同移动。

同时，对除砂后的天然气的含砂量进行监管，能直观得到装置主体的除砂效率，以便及时对更换或维护装置主体，防止天然气中的砂石进入集输管道。

具体的，本装置的调节杆和保护杆可采用多种移动方式，例如通过气缸分别带动调节杆和保护杆上下移动，还可通过螺纹的连接方式，通过旋转调节杆和保护杆，使其分别在排砂管和连接管中上下移动。本装置优选采用螺纹的连接方式进行上下移动，

调节杆、保护杆分别与排砂管、连接孔通过螺纹连接，调节杆的下端与第一齿轮连接，保护杆的下端与第二齿轮连接，第一齿轮和第二齿轮之间设置有第三齿轮，第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮共平面，并且第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮之间通过传送带连接，第三齿轮上连接有电机。

在使用时，电机带动第三齿轮旋转，第三齿轮为主动轮，第三齿轮在旋转的过程中通过传送带带动第一齿轮和第二齿轮旋转，第一齿轮和第二齿轮在旋转的过程中分别带动调节杆和保护杆旋转，调节杆、保护杆由于和排砂管、连接孔通过螺纹连接，因此在其旋转的过程中可实现上下移动。当从初始位置移动到终端位置后，电机反向工作，进而使调节杆和保护杆从终端位置移动到初始位置。

更进一步的，对于本装置的加热层也可为多种结构，例如加热丝、加热管等，本装置的加热层采用加热丝进行加热，调节杆的上端设置有相对应的电源，当调节杆的上端与旋转板的下端上的电极相接触时，加热丝通电开始进行加热，继而对与旋转板接触的砂石进行加热，防止砂石粘结在一起，造成堵塞。

调节杆继续向上移动，直到调节杆的上端位于终端位置时，旋转板靠近调节杆的一端高于旋转板靠近装置主体的一端；这样的设置能有效的提高旋转板对砂石的挤压力，使装置主体内的砂石松动，使其更好的从排砂口排出；

调节杆的上端位于初始位置时，旋转板靠近调节杆的一端低于旋转板靠近装置主体的一端，这样在排出砂石时，砂石能直接根据其自身重力快速的从排砂口排出。

优选的，保护杆从上到下依次包括空心层和实心层，空心层的上端敞口；排气口的上端内壁设置有固定槽，保护杆的上端位于终端位置时，空心层的上端位于固定槽中。空心层上设置有若干沿排气口轴线方向设置的通道，通道贯穿空心层的侧面，并且通道的下端位于保护杆内，上端敞口；保护杆的上端位于终端位置时，射线发射装置位于空心层中的两个相邻的通道之间，天然气从通道穿过保护杆。

当需要对射线发射装置进行保护时，保护杆的上端位于终端位置，保护杆的上端插入排气口上端内壁的固定槽中，保护杆所在直线与排气口的轴线相垂直，射线发射装置位于保护杆的空心层中，此时，天然气通过空心层上的通道贯穿保护杆，因此，本装置的保护杆在保护了射线发射装置的同时，还不会影响天然气流动的效率，进一步的提高使用效率。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明天然气除砂装置，本装置对堆积的砂石进行加热，有效避免砂石在堆积的情况下粘连在一起，同时，在加热的过程中，通过旋转板的一端旋转，对堆积的砂石内层提供冲击，砂石收到冲击力，能有效地促进分散，结合加热和外力的双重作用，能有效的防止砂石粘连在一起。

同时，本装置通过设置保护杆对位于排气管中的射线发射装置进行保护，避免天然气持续不断的作用在射线发射装置上，长期使用造成元器件损坏，并且，在监测装置监测的同时，砂石从排砂管中排出，不仅可动态监测除砂处理后的天然气的含砂量，还可在通过该时段排砂管排出的砂石的含量以及射线发射装置监测到的砂石含量相结合，得到该时段采集的天然气总的含砂量，长期监测，有利于对该油气田的开发研究。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为调节杆和保护杆位于初始位置时，本装置结构示意图；

图2为调节杆和旋转板分离时，本装置结构示意图；

图3为调节杆和保护杆位于终端位置时，本装置结构示意图；

图4为第一齿轮、第二齿轮以及第三齿轮的位置示意图；

图5为保护杆示意图；

图6为保护杆局部放大图；

图7为保护杆俯视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-装置主体，2-入气口，3-排砂管，4-排气口，5-调节杆，6-旋转板，7-电极，8-通道，9-通孔，10-射线发射装置，11-保护杆，12-空心层，13-实心层，14-固定槽，15-传送带，16-第一齿轮，17-第二齿轮，18-第三齿轮，19-电机。

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明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”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装置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保护范围的限制。

【实施例1】

装置主体1的下端设置有排砂口，装置主体1的侧面设置有排气口4，装置主体1的上端设置有入气口2，排砂口内壁与排砂管3的上端连接，排砂管3的下端位于装置主体1的下方，排砂管3的内部设置有调节杆5，调节杆5可在排砂管3内上下移动；调节杆5的下端连接有电动伸缩杆，调节杆在排砂管内的位置通过电动伸缩杆调节。

装置主体1内设有两个对称设置的旋转板6，两个旋转板6的上端均设置有加热层，加热层包括上下两层，上层为若干均匀分布的加热丝，下层为与加热丝连通的电源，旋转板的下端还设置有压力传感器，两个旋转板6的一端均与装置主体1的内壁铰接；

调节杆5上端的初始位置、终端位置分别为排砂管3内部、装置主体1内，调节杆5的上端位于装置主体1内时，调节杆5的上端与旋转板6下端的压力传感器相接触，调节杆5持续向上移动，并带动旋转板的活动端共同向上移动，在该过程中，旋转板下端的压力传感器接收到压力信号，并将压力信号传送给电源，电源开始对加热层上的加热丝通电，进而实现加热层开始加热。

调节杆的上端位于装置主体内，并持续上升，直到旋转板的活动端高于旋转板的铰接端，此时，旋转板6与装置主体1的内壁之间的夹角为60度，如图3所示，旋转板的活动端在向上移动的过程中，对堆积在其上的砂石进行挤压，砂石收到的冲击力可使砂石没有和旋转板接触的部分松动，进而在旋转板对砂石进行加热的过程中，从内部松动砂石，防止砂石粘接在一起。

调节杆5的上端终端位置后，调节杆向下移动，移动的过程中，旋转板随调节杆共同向下移动，压力传感器始终受到压力，加热丝持续加热，当调节杆的上端进入排砂管3内部时，如图2所示，旋转板的活动端位于排砂口的上方，并且压力传感器没有与排砂口相接触，旋转板与调节杆分离，压力传感器没有收到压力信号，进而加热层停止通电，加热丝停止加热，调节杆持续向下移动，直到调节杆的上端位于排砂管侧面的通孔的下方，即调节杆位于初始位置，其结构如图1所示，装置主体分离出的砂石，通过排砂口进入排砂管中，并通过排砂管侧面的通孔排出。调节杆5的上端位于初始位置时，旋转板6靠近调节杆5的一端低于旋转板6靠近装置主体1的一端，并且旋转板6与装置主体1的内壁之间的夹角为60度。

同时，本装置的排气口4内设置有用于监测天然气含砂量的监测装置，监测装置包括射线发射装置和射线接收装置，排气口4的下端设置有连接孔，连接孔的内壁与连接管的上端连接，连接管的下端位于排气口4下方，连接管中连接有保护杆11，保护杆11可在连接管内上下移动。保护杆11的下端连接有连接有电动伸缩杆，保护杆在连接管内的位置通过电动伸缩杆调节。

保护杆的上端的初始位置、终端位置分别为连接孔内部、排气口4的内壁上；保护杆所在直线与排气口的轴线相互垂直，保护杆11位于终端位置时，保护杆的上端插入排气口内壁上的固定槽14中，射线发射装置10位于保护杆11内，此时，本装置结构如图3所示，由于保护杆和调节杆的移动同时进行，因此当保护杆的上端位于终端位置时，调节杆的上端也同样位于终端位置，保护杆位于终端位置后，保护杆向下移动，当调节杆的上端位于排砂口处时，保护杆的上端位于连接孔处，如图2所示。

保护杆持续向下移动，保护杆的上端位于连接管内，直到保护杆位于初始位置时，如图1所示，调节杆的上端也位于初始位置。

【实施例2】

在实施例1的基础上，旋转板上设置有加热层，旋转板和调节杆之间还可通过本实施例的结构进行通电，加热层内设置有若干均匀分布的加热丝，两个旋转板6的下端分别设置有相应的电极7，调节杆5内设置有电源，调节杆5的上端与两个旋转板6接触时，相应的电极7与电源连通，加热层通电开始加热。

当调节杆的上端位于排砂管内时，调节杆与旋转板分离，旋转板上的电极与调节杆上的电源断开连接，即停止通电。

【实施例3】

在实施例1的基础上，调节杆和保护杆下端还可通过其他结构实现移动。本实施例中，如图4所示，调节杆5的下端与第一齿轮16同轴连接，保护杆11的下端与第二齿轮17同轴连接，第一齿轮16和第二齿轮17之间设置有第三齿轮18，第一齿轮16、第二齿轮17和第三齿轮18位于同一水平面上，并且第一齿轮16、第二齿轮17和第三齿轮18之间通过传送带15连接，第三齿轮18上连接有电机19。

当调节杆和保护杆位于初始位置要向上移动时，电机工作，带动第三齿轮旋转，第三齿轮为主动轮，第三齿轮通过传送带带动第一齿轮和第二齿轮共同旋转，第一齿轮、第二齿轮分别带动调节杆、保护杆旋转，调节杆5、保护杆11分别与排砂管3、连接管通过螺纹连接，因此，在调节杆和保护杆旋转的过程中，调节杆、保护杆分别在排砂管3、连接管中旋转并向上移动，当调节杆、保护杆均位于终端位置后，电机反转，带动第三齿轮反向旋转，第一齿轮和第二齿轮在传送带的带动下反向旋转，进而调节杆、保护杆分别在排砂管3、连接管中反向旋转并向下移动。

【实施例4】

在实施例1的基础上，保护杆11从上到下依次包括空心层12和实心层13，空心层12的上端敞口；如图5、6所示，空心层12上设置有10个沿排气口4轴线方向设置的通道8，通道8贯穿空心层12的侧面，并且通道8的下端位于保护杆11内，上端敞口；当保护杆位于终端位置时，射线发射装置位于第五个和第六个通道之间，在终端位置时，天然气通过通道穿过保护杆，天然气不与射线发射装置接触。空心层12的高度大小与排气口4的内径大小相同。因此，射线发射装置可完全位于保护杆的空心层中，保护杆11和调节杆5的侧面上均设置有橡胶层和海绵层。

本装置的射线发射装置可为γ射线结构，监测装置包括射线发射装置和射线接收装置，射线发射装置中的连杆的一端与排气口的内壁连接，连杆的另一端与γ射线源连接，γ射线源设置在准直器内，γ射线源在准直器的作用下，以180°平面角出射六条窄束γ光，六条窄束γ光分别与六个位于排气口内壁上的射线接收装置对应，射线接收装置包括闪烁探头和放大器。γ射线源经准直器以窄束射线形式照射在检测管道中的天然气中；每个闪烁探头接收与之相对的γ窄束射线的强度；闪烁探头输出的电脉冲信号经放大器放大后成为可测量的脉冲，对脉冲进行计数，计数率可表征入射的γ射线束的强度，进而通过γ射线束的强度表征天然气的含砂量和状态。

本装置装置主体1通过过滤板和旋流分离器对天然气进行除砂，除砂后的天然气通过排气口排出，砂石堆积在装置主体的下方，通过排砂管排出。

本文中所使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等(例如第一齿轮、第二系列、第三齿轮)只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.天然气除砂装置，包括装置主体(1)，装置主体(1)的下端设置有排砂口，装置主体(1)的侧面设置有排气口(4)，其特征在于，排砂口内壁与排砂管(3)的上端连接，排砂管(3)的下端位于装置主体(1)的下方，排砂管(3)的内部设置有调节杆(5)，调节杆(5)可在排砂管(3)内上下移动；装置主体(1)内包括两个对称设置的旋转板(6)，两个旋转板(6)的上端均设置有加热层，两个旋转板(6)各自的一端均与装置主体(1)的内壁铰接；

调节杆(5)上端的初始位置、终端位置分别为排砂管(3)内部、装置主体(1)内，调节杆(5)的上端位于装置主体(1)内时，调节杆(5)的上端与两个旋转板(6)均接触，加热层开始加热，调节杆(5)带动两个旋转板(6)各自的另一端共同移动；调节杆(5)的上端位于排砂管(3)内时，调节杆(5)的上端与两个旋转板(6)均分离，加热层停止加热，两个旋转板(6)各自的另一端位于排砂口上，砂石通过两个旋转板(6)进入排砂管(3)中；

排气口(4)内设置有用于监测含砂量的监测装置，监测装置包括射线发射装置(10)和射线接收装置；排气口(4)上设置有连接孔，连接孔的轴线与排气口的轴线相互垂直，连接孔的内壁与连接管的上端连接，连接管的下端位于排气口(4)下方，连接管中连接有保护杆(11)，保护杆(11)可在连接管内上下移动，保护杆(11)上端的初始位置、终端位置分别为连接管内部、排气口(4)的内壁上；保护杆(11)位于终端位置时，射线发射装置(10)位于保护杆(11)内；保护杆(11)和调节杆(5)上端的初始位置相互对应，保护杆(11)和调节杆(5)上端的终端位置相互对应。

2.根据权利要求1所述的天然气除砂装置，其特征在于，排砂管(3)的侧面设置有若干用于排出砂石的通孔(9)，调节杆(5)的上端位于初始位置时，砂石通过所述通孔(9)排出。

3.根据权利要求1所述的天然气除砂装置，其特征在于，加热层内设置有若干加热丝，两个旋转板(6)的下端分别设置有相应的电极(7)，调节杆(5)内设置有电源，调节杆(5)的上端与两个旋转板(6)接触时，电极(7)与电源连通，加热层通电开始加热。

4.根据权利要求1-3任一所述的天然气除砂装置，其特征在于，调节杆(5)的下端与第一齿轮(16)连接，保护杆(11)的下端与第二齿轮(17)连接，第一齿轮(16)和第二齿轮(17)之间设置有第三齿轮(18)，第一齿轮(16)、第二齿轮(17)和第三齿轮(18)共平面，并且第一齿轮(16)、第二齿轮(17)和第三齿轮(18)之间通过传送带(15)连接，第三齿轮(18)上连接有电机(19)。

5.根据权利要求1所述的天然气除砂装置，其特征在于，保护杆(11)从上到下依次包括空心层(12)和实心层(13)，空心层(12)的上端敞口；排气口(4)的内壁上设置有固定槽(14)，保护杆(11)的上端位于终端位置时，空心层的上端位于固定槽(14)中。

6.根据权利要求5所述的天然气除砂装置，其特征在于，空心层(12)上设置有若干沿排气口(4)轴线方向设置的通道(8)，通道(8)贯穿空心层(12)的侧面，并且通道(8)的下端位于保护杆(11)内，上端敞口；保护杆(11)的上端位于终端位置时，射线发射装置(10)位于空心层(12)中的两个相邻的通道(8)之间，天然气从通道(8)穿过保护杆(11)。

7.根据权利要求5所述天然气除砂装置，其特征在于，空心层(12)的高度大小与排气口(4)的内径大小相同。

8.根据权利要求4所述天然气除砂装置，其特征在于，调节杆(5)、保护杆(11)分别与排砂管(3)、连接孔通过螺纹连接，调节杆(5)和保护杆(11)均通过电机(19)控制上下移动。

9.根据权利要求1所述的天然气除砂装置，其特征在于，调节杆(5)的上端位于终端位置时，旋转板(6)靠近调节杆(5)的一端高于旋转板(6)靠近装置主体(1)的一端；调节杆(5)的上端位于初始位置时，旋转板(6)靠近调节杆(5)的一端低于旋转板(6)靠近装置主体(1)的一端。

10.根据权利要求1所述的天然气除砂装置，其特征在于，射线发射装置(10)包括γ射线源和连杆，连杆的一端与排气口(4)连接，另一端与γ射线源连接，连杆的轴线与保护杆(11)的轴线重合。

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