CN113027412A - 一种用于页岩气开采的自沉沙分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于页岩气开采的自沉沙分离装置，包括卧式分离器罐体、进气管、排气管、螺旋管、排砂管、排液管，所述罐体设置在支撑架一上，所述罐体上设有压力监测装置和液位监测装置，所述进气管设置在所述罐体的左端顶部，所述排气管设置在所述罐体的右端顶部，所述螺旋管通过支撑架二设置在所述罐体内且沿所述罐体的轴线方向设置，所述螺旋管的左端靠近所述进气管，所述螺旋管的右端靠近所述排气管，所述螺旋管上设有多个沿所述螺旋管螺旋方向分布的通孔，所述排砂管和所述排液管设置在所述罐体的底部，所述排液管的入口处设有防止固相进入的滤网。本发明能够分离页岩气中的气、液、砂三相，避免砂体堵塞排液管线。

Description

一种用于页岩气开采的自沉沙分离装置

技术领域

本发明涉及页岩气开发技术领域，特别涉及一种用于页岩气开采的自沉沙分离装置。

背景技术

页岩气是指附存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，是连续生成的生物化学成因气、热成因气或二者的混合，可以游离态存在于天然裂缝和孔隙中，以吸附态存在于干酪根、黏土颗粒表面，还有极少量以溶解状态储存于干酪根和沥青质中，游离气比例一般在20％～85％。

随着社会对清洁能源需求不断扩大，天然气价格不断上涨，人们对页岩气的认识迅速提高。特别是因水平井与压裂技术水平不断进步，人类对页岩气的勘探开发正在形成热潮。目前，页岩气开采一般采用水力压裂，从井场开采出来的页岩气一般包括气液砂三相，而其中的固体杂质在现有技术中心的除砂器中并不能被有效的完全除掉，进而使得页岩气中所含的固体杂质在分离器中沉降，造成分离器排液管线堵塞，并对阀门造成严重冲蚀，由此，将会造成安全隐患。

综上所述，我们急需设计一种用于页岩气开采的自沉沙分离装置解决上述技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种用于页岩气开采的自沉沙分离装置，使页岩气中的气液砂三相分离。

本发明的技术方案如下：

一种用于页岩气开采的自沉沙分离装置，包括卧式分离器罐体、进气管、排气管、螺旋管、排砂管、排液管，所述罐体设置在支撑架一上，所述罐体上设有压力监测装置和液位监测装置，所述进气管设置在所述罐体的左端顶部，所述排气管设置在所述罐体的右端顶部，所述螺旋管通过支撑架二设置在所述罐体内且沿所述罐体的轴线方向设置，所述螺旋管的左端靠近所述进气管，所述螺旋管的右端靠近所述排气管，所述螺旋管上设有多个沿所述螺旋管螺旋方向分布的通孔，所述排砂管和所述排液管设置在所述罐体的底部，所述排液管的入口处设有防止固相进入的滤网。

作为优选，还包括冲洗管，所述冲洗管的一端穿过所述罐体，且与所述罐体同轴设置，所述冲洗管上设有多个冲洗孔。

作为优选，所述冲洗孔设置在所述冲洗管的底部，且多个所述冲洗孔沿所述冲洗管的轴向阵列分布。

作为优选，还包括挡板，所述挡板设置在所述螺旋管与所述排液管之间。

作为优选，所述挡板顶部所处的水平位置高于所述螺旋管底部所处的水平位置。

作为优选，所述排砂管设置在所述挡板的左端，所述排液管设置在所述挡板的右端。

作为优选，所述支撑架一包括承载底板和设置在所述承载底板上的支撑杆，所述支撑杆的顶部与所述罐体相连。

作为优选，所述排气管的进气口处还设有除雾器。

作为优选，所述罐体的顶部还设有放空阀、安全阀、以及回气口。

作为优选，所述螺旋管内沿其中心轴方向设有连接轴，所述连接轴上活动套设有叶轮。

本发明的有益效果是：

本发明能够实现页岩气中固体杂质、液相和气相的三相分离，通过离心方式的分离设计，能够使得分离效果更好。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明用于页岩气开采的自沉沙分离装置的一个实施例结构示意图；

图2为本发明用于页岩气开采的自沉沙分离装置螺旋管的一个实施例结构示意图。

图中标号：1-罐体、2-进气管、3-排气管、4-螺旋管、5-排砂管、6-排液管、7-支撑架一、8-压力监测装置、9-液位监测装置、10-支撑架二、11-通孔、12-冲洗管、13-冲洗孔、14-挡板、15-除雾器、16-放空阀、17-安全阀、18-回气口、19-连接轴、20-叶轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语；使用的术语中“上”、“下”、“左”、“右”等通常是针对附图所示的方向而言，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言；同样地，为便于理解和描述，“内”、“外”等是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。但上述方位词并不用于限制本发明。

如图1-2所示，一种用于页岩气开采的自沉沙分离装置，包括卧式分离器罐体1、进气管2、排气管3、螺旋管4、排砂管5、排液管6，所述罐体1设置在支撑架一7上，所述罐体1上设有压力监测装置8和液位监测装置9，所述进气管2设置在所述罐体1的左端顶部，所述排气管3设置在所述罐体1的右端顶部，所述螺旋管4通过支撑架二10设置在所述罐体1内且沿所述罐体1的轴线方向设置，所述螺旋管4的左端靠近所述进气管2，所述螺旋管4的右端靠近所述排气管3，所述螺旋管4上设有多个沿所述螺旋管4螺旋方向分布的通孔11，所述排砂管5和所述排液管6设置在所述罐体1的底部，所述排液管6的入口处设有防止固相进入的滤网(图中未示出)。

使用上述实施例进行页岩气自沉沙分离时，通过所述进气管2向所述罐体1内通入页岩气，页岩气在所述罐体1内流动时，页岩气进入所述螺旋管4内，由于螺旋管4的路径为弧形，使得所述页岩气在所述螺旋管4内做旋转离心运动，页岩气在做离心运动时，其中的固体杂质(砂)从所述螺旋管4的通孔处甩出，部分液体也从所述螺旋管4的通孔处甩出，剩余的液体从所述螺旋管4的右端排出，分离后的气相从所述排气管3排出，所述罐体1内的固相和液相通过所述排砂管5和所述排液管6排出，具体的，可先打开所述排液管6的阀门排出液相，然后打开所述排砂管5的阀门排出固相。

可选地，所述排砂管5和所述排液管6分别设置多个，如此能够加快排出效率。

可选地，所述压力监测装置8采用压力表，所述液位监测装置9包括高液位计和低液位计，所述高液位计设置在所述罐体1的上部，所述低液位计设置在所述罐体1的下部。所述压力表是指以弹性元件为敏感元件，测量并指示高于环境压力的仪表，应用极为普遍，它几乎遍及所有的工业流程和科研领域。在热力管网、油气传输、供水供气系统、车辆维修保养厂店等领域随处可见。尤其在工业过程控制与技术测量过程中，由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性，使得机械式压力表得到越来越广泛的应用。因此，其具体结构在此不再赘述。

在一个具体的实施例中，所述支撑架二10设置多个，且其中一个靠近所述螺旋管4的左端进气口；所述支撑架二10为环形板，所述环形板的内圈轮廓形状与所述螺旋管4的外壁轮廓形状相同，所述环形板的外径与所述罐体1的内径相同(即螺旋管4穿过所述环形板封闭罐体1内的通道)，如此使得进气管2通入的页岩气必须经过所述螺旋管4才能从所述排气管3排出，使得气相分离更加彻底，气相纯度更高。

可选地，所述支撑架二10设置两个，且关于所述螺旋管4的中部对称设置。可选地，在本实施例中，所述排砂管6设置三个，分别设置在所述支撑架二10隔开的三个区间内。

为了使罐体1内部的固体杂质排出的更加彻底，可选地，所述分离装置还包括冲洗管12，所述冲洗管12的一端穿过所述罐体1，且与所述罐体1同轴设置，所述冲洗管12上设有多个冲洗孔13。可选地，所述冲洗孔13设置在所述冲洗管12的底部，且多个所述冲洗孔13沿所述冲洗管12的轴向阵列分布。可选地，所述冲洗管12的径向上也分布有多个所述冲洗孔13。可选地，所述冲洗孔13处设有喷嘴(图中未示出)。可选地，位于所述罐体1内部的冲洗管12的端口密封，如此能够增大冲洗孔13喷射处的水压。

在上述实施例中，通过冲洗管12的自由端接入水源，水源进入所述罐体1内部的冲洗管12，通过所述冲洗孔13喷出，冲洗所述罐体1内部的固体杂质，冲洗后的固体杂质从排砂管5排出，避免固体在所述罐体1内淤积堵塞。

为了提高固液分离效率，可选地，所述分离装置还包括挡板14，所述挡板14设置在所述螺旋管4与所述排液管6之间。可选地，所述挡板14顶部所处的水平位置高于所述螺旋管4底部所处的水平位置。可选地，所述排砂管5设置在所述挡板14的左端，所述排液管6设置在所述挡板14的右端。

在一个具体的实施例中，所述支撑架一7包括承载底板和设置在所述承载底板上的支撑杆，所述支撑杆的顶部与所述罐体1相连。在本实施例中，所述承载底板设置在地面上，所述承载底板与所述支撑杆配合达到支撑所述罐体1的目的，通过所述承载底板，能够使所述支撑架一7整体结构更加稳定。可选地，所述支撑杆与所述罐体1焊接，避免所述罐体1在所述支撑杆上滑动。可选地，所述支撑杆设置两根，分别支撑所述罐体1的左端和右端，如此能够减少单个支撑杆的载荷，提高支撑杆的使用寿命。可选地，所述支撑杆的顶部设有弧形卡扣(图中未示出)，所述罐体1放置在所述弧形卡扣上。

在一个具体的实施例中，所述排气管3的进气口处还设有除雾器15，所述罐体1的顶部还设有放空阀16、安全阀17、以及回气口18。

在一个具体的实施例中，所述螺旋管4内沿其中心轴方向设有连接轴19，所述连接轴19上活动套设有叶轮20。在本实施例中，页岩气通过所述螺旋管4时，能够带动所述叶轮20转动，所述叶轮20能够使页岩气旋流(叶轮使页岩气部分横向方向的风能转化为机械能，所述机械能使所述页岩气进行离心运动)，使所述页岩气的离心效果更好。

在一个具体的实施例中，所述罐体1包括筒体，所述筒体的左右两侧分别设有封头，可选地，所述封头与所述筒体通过焊接的方式进行连接。所述焊接也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术，现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。焊接具有连接性能好、焊接结构刚度大、整体性、成本低等优点。需要说明的是，所述封头与所述筒体通过焊接方式连接仅仅是本发明上述实施例的一种实施方式，并不是对封头与筒体的连接方式进行限定，在其它实施例中，能实现封头和筒体的连接方式均能应用在此处，这里就不再进行一一赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于页岩气开采的自沉沙分离装置，其特征在于，包括卧式分离器罐体、进气管、排气管、螺旋管、排砂管、排液管，所述罐体设置在支撑架一上，所述罐体上设有压力监测装置和液位监测装置，所述进气管设置在所述罐体的左端顶部，所述排气管设置在所述罐体的右端顶部，所述螺旋管通过支撑架二设置在所述罐体内且沿所述罐体的轴线方向设置，所述螺旋管的左端靠近所述进气管，所述螺旋管的右端靠近所述排气管，所述螺旋管上设有多个沿所述螺旋管螺旋方向分布的通孔，所述排砂管和所述排液管设置在所述罐体的底部，所述排液管的入口处设有防止固相进入的滤网。

2.根据权利要求1所述的用于页岩气开采的自沉沙分离装置，其特征在于，还包括冲洗管，所述冲洗管的一端穿过所述罐体，且与所述罐体同轴设置，所述冲洗管上设有多个冲洗孔。

3.根据权利要求2所述的用于页岩气开采的自沉沙分离装置，其特征在于，所述冲洗孔设置在所述冲洗管的底部，且多个所述冲洗孔沿所述冲洗管的轴向阵列分布。

4.根据权利要求1所述的用于页岩气开采的自沉沙分离装置，其特征在于，还包括挡板，所述挡板设置在所述螺旋管与所述排液管之间。

5.根据权利要求4所述的用于页岩气开采的自沉沙分离装置，其特征在于，所述挡板顶部所处的水平位置高于所述螺旋管底部所处的水平位置。

6.根据权利要求4所述的用于页岩气开采的自沉沙分离装置，其特征在于，所述排砂管设置在所述挡板的左端，所述排液管设置在所述挡板的右端。

7.根据权利要求1所述的用于页岩气开采的自沉沙分离装置，其特征在于，所述支撑架一包括承载底板和设置在所述承载底板上的支撑杆，所述支撑杆的顶部与所述罐体相连。

8.根据权利要求1所述的用于页岩气开采的自沉沙分离装置，其特征在于，所述排气管的进气口处还设有除雾器。

9.根据权利要求1所述的用于页岩气开采的自沉沙分离装置，其特征在于，所述罐体的顶部还设有放空阀、安全阀、以及回气口。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的用于页岩气开采的自沉沙分离装置，其特征在于，所述螺旋管内沿其中心轴方向设有连接轴，所述连接轴上活动套设有叶轮。

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