CN113279741A - 一种动能式除砂器 - Google Patents

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CN113279741A CN202110755595.1A CN202110755595A CN113279741A CN 113279741 A CN113279741 A CN 113279741A CN 202110755595 A CN202110755595 A CN 202110755595A CN 113279741 A CN113279741 A CN 113279741A
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赵立强
苏昶
徐宏宇
卫其美
刘姝
宋宇
杨万里
吕泽龙
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Abstract

本发明的实施例提供了一种动能式除砂器，涉及页岩气开采设备技术领域。该动能式除砂器包括分离罐、液位计及排砂阀。分离罐上开设有进入口、出气口和排砂口，分别用于通入固液混合气体、排出气体以及排出砂体。液位计安装于分离罐内，用于检测分离罐内的液体液位。在排砂口处安装排砂阀，只有当液位达到预设高度时，排砂阀才会打开，以保证分离罐内始终有液体存积。一方面可使砂体始终受到液体浮力的作用，避免砂体叠紧而难以排出；另一方面，当排砂阀打开时，砂体随着液体被带出分离罐，使排砂过程更加顺畅，且不易堵塞排砂口。

Description

一种动能式除砂器
技术领域
本发明涉及页岩气开采设备技术领域，具体而言，涉及一种动能式除砂器。
背景技术
页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源。目前使用较多的是通过水力压裂技术来开采页岩气，在开采的过程中，压裂砂会被页岩气流带出到地面的生产设备中，压裂砂随气流高速流动，会对采输气设备产生冲蚀，损坏设备，或在局部区域形成堵塞，影响正常生产。
现有的除砂器大多利用气体的旋转流动并通过滤筒达到除砂的目的，一方面，滤筒的分离效率不高，即使仅有少数的压裂砂进入到下游设备，也会冲蚀下游设备，影响生产甚至危及安全；另一方面，当砂体积集在除砂器底部并堵塞排砂口时，只能停产泄压后通过反冲口进行反冲解堵，影响生产效率。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种动能式除砂器，其排砂效果好，不易引起局部堵塞。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种动能式除砂器，包括分离罐、液位计及排砂阀。所述分离罐设有进入口，所述进入口用于通入带有固液杂质的固液混合气体；所述分离罐设有出气口，所述出气口用于排出所述固液混合气体中的气体；所述分离罐的底部设有排砂口，所述排砂口用于排出所述固液混合气体中的固液杂质。所述液位计安装于所述分离罐内，所述液位计用于检测所述分离罐内固液杂质的液体的液位。所述排砂阀安装于所述排砂口，当所述液位达到预设高度时，所述排砂阀打开，以排出所述固液杂质；当所述液位低于预设高度时，所述排砂阀关闭。
进一步地，所述液位计为双阀兰液位计，所述分离罐的侧壁上设置有与所述分离罐的内部空腔连通的第一检测口和第二检测口，所述第一检测口的高度高于所述第二检测口的高度，所述双阀兰液位计分别连接于所述第一检测口和所述第二检测口。
进一步地，所述分离罐的侧壁上设置有第一检测管和第二检测管；所述第一检测管的一端与所述分离罐连通，所述第一检测口设置于所述第一检测管的另一端，所述第一检测管设有所述第一检测口的一端倾斜向上设置；所述第二检测管的一端与所述分离罐连通，所述第二检测口设置于所述第二检测管的另一端，所述第二检测管设有所述第二检测口的一端倾斜向上设置。
进一步地，所述动能式除砂器还包括搅动装置，所述搅动装置包括受力板、传动件和搅拌件；所述传动件的两端分别与所述受力板和所述搅拌件连接；所述受力板用于接收固液杂质的冲击力，并通过所述传动件带动所述搅拌件运动，以对所述分离罐内的固液杂质进行搅拌。
进一步地，所述搅动装置还包括弹性件、第一固定件及第二固定件；所述第一固定件及所述第二固定件均与所述分离罐固定连接；所述弹性件一端与所述第二固定件固定连接，另一端与所述传动件连接。
进一步地，所述所述动能式除砂器还包括排砂管，所述排砂口设置于所述排砂管，所述搅拌件伸入至所述排砂管内，所述搅拌件在所述受力板及所述弹性件的作用下做直线往复运动。
进一步地，所述排砂管的入口高于所述分离罐的底壁，且所述排砂管的入口设有限流部，所述限流部用于减缓所述固液杂质的流速。
进一步地，所述搅动装置还包括导管，所述导管套设在所述传动杆外，所述导管的一端与所述第一固定件连接，另一端与所述第二固定件连接。
进一步地，所述搅动装置还包括浮球，所述浮球分别连接所述传动件及所述搅拌件；所述搅拌件在所述受力板及所述浮球的作用下做直线往复运动。
进一步地，所述动能式除砂器还包括防波板，所述防波板固定安装于所述分离罐内，所述防波板设有正对排砂口的开孔，所述开孔用于供所述传动件穿过所述防波板。
本发明实施例提供的动能式除砂器的有益效果是：由液位计检测到的液位值联锁排砂阀的开关状态，只有当液位达到预设高度时，排砂阀才会打开，以保证分离罐内始终有液体存积。一方面可使砂体始终受到液体浮力的作用，避免砂体叠紧从而难以排出；另一方面，当排砂阀打开时，砂体随着液体被带出分离罐，使排砂过程更加顺畅，且不易堵塞排砂口。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的动能式除砂器结构示意图；
图2为本发明实施例提供的搅动装置结构示意图之一；
图3为本发明实施例提供的搅动装置结构示意图之二；
图4为本发明实施例提供的动能式除砂器的流向示意图。
图标：10-动能式除砂器；100-分离罐；110-密封盖；120-进入口；130-出气口；140-排砂口；150-第一检测口；151-第一检测管；160-第二检测口；161-第二检测管；200-进入管；300-液位计；400-排砂阀；500-搅动装置；510-受力板；520-传动件；530-搅拌件；531-搅拌部；540-弹性件；550-弹性件罩；560-第一固定件；570-第二固定件；580-导管；590-浮球；600-防波板；610-开孔；700-排砂管；710-限流部。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
请参考图1，本实施例提供了一种动能式除砂器10，应用于页岩气开采除砂，通过除砂器分离罐100内存积的液体将砂体带出分离罐100，可避免砂体引起堵塞从而影响生产效率。
该动能式除砂器10包括分离罐100。分离罐100设有进入口120，进入口120用于通入带有固液杂质的固液混合气体。
在本实施例中，分离罐100为密封的容器，分离罐100顶部设置有密封盖110，密封盖110通过阀兰与分离罐100密封连接，便于动能式除砂器10的制造与维修。在密封盖110的正中心处安装有可拆卸的进入管200，进入管200一端伸入至分离罐100内并与分离罐100的内部空腔连通，进入管200另一端设置有进入口120，带有固液杂质的固液混合气体通过进入口120流经进入管200进入分离罐100内。进入管200通过阀兰与分离罐100安装连接，以便于更换或维修进入管200。因此，可依据固液混合气体中不同的含砂量更换不同内径的进入管200，以使固液混合气体进入分离罐100内时达到预设速度，从而使固液杂质在进入分离罐100内时能获得逃离气流束缚的动能，以获得更好的除砂效果。
可选地，在其他实施例中，进入管200也可设置在密封盖110的其他位置或分离罐100的侧壁上；也可无需设置进入管200，直接在密封盖110或分离罐100的侧壁上的开设一入口作为进入口120。在此不做具体限定。
需要说明的是，带有固液杂质的固液混合气体中，固液杂质主要为含有压裂砂和压裂液的混合物，气体的成分主要为页岩气及其它少量气体。固液混合气体以一定速度通过进入管200进入分离罐100后，在单位面积阻力相同的情况下，气体动能最先被阻力消耗，并在压差的作用下离开分离罐100进入到下游设备；因固液杂质密度远大于气体(页岩气的密度近似为0.7kg/m3；压裂液的密度近似为1000kg/m3；压裂砂的密度近似为2210kg/m3)，在相同的速度下，固液杂质单位体积所具有的动能远大于气体，在单位面积阻力相同的条件下，固液杂质能在原来的行进方向上运动一段距离后逃离气体的束缚进入分离罐100的底部，从而达到分离的目的。
进一步地，分离罐100还开设有出气口130，出气口130用于排出固液混合气体中的气体。
在本实施例中，出气口130对称的设置在靠近于密封盖110的侧壁，出气口130的数量为两个。可以理解，将出气口130对称设计以及将进入管200安装设置在密封盖110正中心，是为了避免产生偏向气流，改变固液杂质的运动方向，从而影响除砂效果。
可选地，在其他实施例中，出气口130的数量可以为多个，出气口130可设置在分离罐100侧壁的其他位置，也可设置在密封盖110上。在此不做具体限定。
进一步地，在分离罐100的底部开设有排砂口140，排砂口140用于排出固液混合气体中的固液杂质。
在本实施例中，排砂口140开设于分离罐100的底部正中心，当分离罐100的底部还设置有其他设备或装置时，排砂口140可设置于该设备或装置上。
进一步地，动能式除砂器10还包括液位计300和排砂阀400。液位计300安装于分离罐100内，并用于检测分离罐100内固液杂质中的液体的液位。排砂阀400安装于排砂口140处，当液位达到预设高度时，排砂阀400打开，以排出固液杂质；当液位低于预设高度时，排砂阀400关闭。
实际生产中，将液位计300检测到的液位值联锁排砂阀400的开关状态。排砂阀400一开始处于关闭状态，以使得固液杂质在分离罐100内存积。当固液杂质中的液体的液位达到预设液位时，排砂阀400打开以排出固液杂质；一旦固液杂质中的液体液位低于预设高度，排砂阀400关闭以继续存积固液杂质，直至下一次排放。此外，还可通过检测到的液位，依据固液杂质的比例关系推算出砂体的存积高度。
在本实施例中，液位计300采用双阀兰液位计。排砂阀400采用平板阀，平板阀为全开全关阀门，该平板阀在全开或全关状态下均不会引起固液杂质的流动状态发生变化。且由于分离罐100内始终存积有液体，砂体不会叠紧且附着在排砂阀400处，因此在排砂阀400打开或关闭时可减轻排砂阀400的磨损。
进一步地，分离罐100的侧壁上设置有与分离罐100的内部空腔连通的第一检测口150和第二检测口160，第一检测口150的高度高于第二检测口160的高度，双阀兰液位计分别连接于第一检测口150和第二检测口160。
进一步地，分离罐100的侧壁上设置有第一检测管151和第二检测管161；第一检测管151的一端与分离罐100连通，第一检测口150设置于第一检测管151的另一端，第一检测管151设有第一检测口150的一端倾斜向上设置；第二检测管161的一端与分离罐100连通，第二检测口160设置于第二检测管161的另一端，第二检测管161设有第二检测口160的一端倾斜向上设置。第一检测管151和第二检测管161倾斜向上设置可防止砂体在检测管内存积从而影响液位计300正常工作。
进一步地，动能式除砂器10还包括搅动装置500，搅动装置500包括受力板510、传动件520和搅拌件530。传动件520的一端与受力板510固定连接，另一端与搅拌件530固定连接。受力板510用于接收固液杂质的冲击力，并通过传动件520带动搅拌件530运动，以对分离罐100内的固液杂质进行搅拌。
在本实施例中，受力板510正对密封盖110的正中心。传动件520可以为传动杆，搅拌件530可以为搅拌杆。在实际生产过程中，进入分离罐100的固液杂质由于速度较快而具有较大的动能，受力板510在固液杂质的冲击下运动，并通过传动件520带动搅拌件530运动，以对分离罐100内的固液杂质进行搅拌，防止砂体叠紧堵塞排砂口140。
进一步地，动能式除砂器10还包括防波板600，防波板600固定安装于分离罐100内，防波板600设有正对排砂口140的开孔610，开孔610用于供传动件520穿过防波板600。
具体地，防波板600用于防止气流搅动存积的固液杂质，同时对进入分离罐100内的固液杂质进行缓冲，减少固液杂质的冲击，防止存积的固液杂质飞溅并跟随气流通过出气口130进入下游流程冲蚀下游设备。
可以理解的是，为了使防波板600始终能够起到缓冲的作用，上述的预设液位始终低于防波板600所在平面，同时搅动装置500的受力板510的安装平面高于防波板600的所在平面，且受力板510的面积远小于防波板600的面积，只要能保证受力板510在固液杂质的冲击下有略微运动即可，因受力板510引起的固液杂质的飞溅可忽略不计。
请结合参阅图1和图2，在本发明的其中一个实施例中，搅动装置500还包括弹性件540、弹性件底座(图未示出)、弹性件罩550、第一固定件560、第二固定件570及导管580。第一固定件560及第二固定件570均与分离罐100固定连接；弹性件540一端与第二固定件570固定连接，另一端与传动件520连接。导管580套设在传动件520外，导管580的一端与第一固定件560连接，另一端与第二固定件570连接。
在本实施例中，弹性件540一端与弹性件底座固定连接，弹性件底座固定安装于第二固定件570，弹性件540另一端与传动件520连接。弹性件罩550套设在弹性件540外，弹性件罩550用于保护弹性件540，且弹性件罩550最下端低于弹性件540极限拉伸长度时弹性件540的最下端。导管580为传动件520的运动起导向作用，保证传动件520始终沿竖直方向做直线运动。
可选地，第一固定件560可以设置在防波板600上方，也可以设置在防波板600下方，还可以以防波板600作为第一固定件560。本实施例优选防波板600作为第一固定件560。弹性件540可以是，但不限于弹簧。在其他实施例中，弹性件540的设置可以有多种方式，例如弹性件540还可设置在受力板510与防波板600之间，在此不做具体限制。
在本实施例中，受力板510受到固液杂质的冲击竖直向下运动，并通过传动件520带动搅拌件530竖直向下运动，同时传动件520拉伸弹性件540，使弹性件540产生竖直向上的弹性回复力。当受力板510受到的冲击力小于弹性回复力时，传动件520便在弹性件540的作用下带动搅拌件530竖直向上运动。因此，传动件520在受到冲击的受力板510以及弹性件540的作用下带动搅拌件530做直线往复运动以对分离罐100内的固液杂质进行搅拌。
请结合参阅图1和图3，在本发明的另一个实施例中，搅动装置500还包括浮球590。浮球590分别连接传动件520及搅拌件530，搅拌件530在受力板510及浮球590的作用下做直线往复运动。
具体地，在浮球590正对密封盖110正中心的一端连接传动件520，浮球590正对排砂口140的一端连接搅拌件530。传动件520穿过防波板600的开孔610与受力板510固定连接，开孔610为传动件520的运动起导向作用。
在本发明实施例中，浮球590受到分离罐100内积液产生的浮力带动搅拌件530竖直向上运动，受力板510受到固液杂质的冲击力，通过传动件520带动搅动装置500竖直向下运动。因此，传动件520在受到冲击的受力板510以及浮球590的作用下带动搅拌件530做直线往复运动以对分离罐100内的固液杂质进行搅拌。
因此，本发明实施例提供的动能式除砂器10，通过设置搅动装置500，达到了一边排砂，一边由搅动装置500疏通排砂口140的目的，避免了在排砂过程中排砂口140出现堵塞的情况。解决了现有的排砂口140堵塞时，只能停产泄压后进行解堵，从而影响生产效率的问题。
请继续参阅图1，动能式除砂器10还包括排砂管700，排砂口140设置于排砂管700，搅拌件530伸入至排砂管700内。
具体地，排砂管700可拆卸地安装设置于分离罐100的底部正中心，排砂管700通过阀兰与分离罐100安装连接，便于更换或维修排砂管700。在实际生产中，可根据不同的排砂需求更换不同内径的排砂管700。排砂管700的入口与分离罐100内的内部空腔连通，排砂口140设置于排砂管700的出口处，并在排砂口140处安装排砂阀400。搅拌件530伸入至排砂管700内，排砂管700可为搅拌件530的运动起到导向作用，以使搅拌件530在受力板510及弹性件540或浮球590的作用下在排砂管700内做直线往复运动，从而对排砂管700内的固液杂质进行搅拌，防止排砂管700内砂体叠紧堵塞排砂管700。
另外，伸入排砂管700内的搅拌件530还设有多个搅拌部531，多个搅拌部531均匀地分布于搅拌件530。搅拌部531可以为杆体、片状或螺旋扇形等，只要搅拌部531能起到搅拌排砂管700并防止排砂管700堵塞的作用即可，在此不限制搅拌部531的具体形状。
进一步地，排砂管700的入口高于分离罐100的底壁，以使分离罐100内始终存积有一定高度的砂体，可防止固液杂质冲蚀分离罐100底壁。排砂管700的入口设有限流部710，限流部710用于限制在排砂时砂体单位时间内的流量，防止固液杂质流速过快冲蚀排砂管700。
进一步地，动能式除砂器10可以采用同规格的管材和管件，管材和管件可以采用搪陶工艺，以提高抗细菌腐蚀和抗冲蚀能力。在排砂管700后可接加大直径的钢骨架复合管，可进一步降低流出动能式除砂器10的固液杂质的流速，以减少固液杂质对后续设备的冲蚀，同时杜绝细菌腐蚀。
请参阅图4，带有固液杂质的固液混合气体通过进入口120流经进入管200进入分离罐100内，气体与固液杂质分离后，通过出气口130离开分离罐100，气体的大致流经路线如图4虚线所示。同时，与气体分离的固液杂质以图示方向经由防波板600到达分离罐100底部。利用液位计300检测的液位值联锁排砂阀400的开关状态，只有当液位达到预设高度时，排砂阀400才会打开，以保证分离罐100内始终有液体存积。当打开排砂阀400进行排砂时，砂体随着液体被带出分离罐100，使排砂过程更加顺畅。在分离罐100内设置搅动装置500，可一边进行排砂，一边由搅动装置500疏通排砂口140，以防止在排砂过程中排砂口140堵塞。防波板600对进入分离罐100的带有固液杂质的固液混合气体起到缓冲作用，防止带有固液杂质的固液混合气体冲击存积的固液杂质产生飞溅，进而避免存积的固液杂质跟随气流进入出气口130。
综上所述，本发明实施例提供的动能式除砂器10既能避免砂体跟随气流进入出气口130进而冲蚀下游设备，也能通过积液顺畅地排砂，在排砂的同时疏通排砂口140，避免停工解堵影响生产效率，还能减缓固液杂质对分离罐100底壁及排砂管700的冲蚀，延长动能式除砂器10使用寿命。
以上，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，可轻易想到的变化或替换，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权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种动能式除砂器，其特征在于，包括分离罐、液位计及排砂阀；
所述分离罐设有进入口，所述进入口用于通入带有固液杂质的固液混合气体；
所述分离罐设有出气口，所述出气口用于排出所述固液混合气体中的气体；
所述分离罐的底部设有排砂口，所述排砂口用于排出所述固液混合气体中的固液杂质；
所述液位计安装于所述分离罐内，所述液位计用于检测所述分离罐内固液杂质的液体的液位；
所述排砂阀安装于所述排砂口，当所述液位达到预设高度时，所述排砂阀打开，以排出所述固液杂质；当所述液位低于预设高度时，所述排砂阀关闭。
2.根据权利要求1所述的一种动能式除砂器，其特征在于，所述液位计为双阀兰液位计，所述分离罐的侧壁上设置有与所述分离罐的内部空腔连通的第一检测口和第二检测口，所述第一检测口的高度高于所述第二检测口的高度，所述双阀兰液位计分别连接于所述第一检测口和所述第二检测口。
3.根据权利要求2所述的一种动能式除砂器，其特征在于，所述分离罐的侧壁上设置有第一检测管和第二检测管；
所述第一检测管的一端与所述分离罐连通，所述第一检测口设置于所述第一检测管的另一端，所述第一检测管设有所述第一检测口的一端倾斜向上设置；
所述第二检测管的一端与所述分离罐连通，所述第二检测口设置于所述第二检测管的另一端，所述第二检测管设有所述第二检测口的一端倾斜向上设置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种动能式除砂器，其特征在于，所述动能式除砂器还包括搅动装置，所述搅动装置包括受力板、传动件和搅拌件；
所述传动件的两端分别与所述受力板和所述搅拌件连接；
所述受力板用于接收固液杂质的冲击力，并通过所述传动件带动所述搅拌件运动，以对所述分离罐内的固液杂质进行搅拌。
5.根据权利要求4所述的一种动能式除砂器，其特征在于，所述搅动装置还包括弹性件、第一固定件及第二固定件；所述第一固定件及所述第二固定件均与所述分离罐固定连接；所述弹性件一端与所述第二固定件固定连接，另一端与所述传动件连接。
6.根据权利要求5所述的一种动能式除砂器，其特征在于，所述动能式除砂器还包括排砂管，所述排砂口设置于所述排砂管，所述搅拌件伸入至所述排砂管内，所述搅拌件在所述受力板及所述弹性件的作用下做直线往复运动。
7.根据权利要求6所述的一种动能式除砂器，其特征在于，所述排砂管的入口高于所述分离罐的底壁，且所述排砂管的入口设有限流部，所述限流部用于减缓所述固液杂质的流速。
8.根据权利要求5所述的一种动能式除砂器，其特征在于，所述搅动装置还包括导管，所述导管套设在所述传动件外，所述导管的一端与所述第一固定件连接，另一端与所述第二固定件连接。
9.根据权利要求4所述的一种动能式除砂器，其特征在于，所述搅动装置还包括浮球，所述浮球分别连接所述传动件及所述搅拌件；所述搅拌件在所述受力板及所述浮球的作用下做直线往复运动。
10.根据权利要求4所述的一种动能式除砂器，其特征在于，所述动能式除砂器还包括防波板，所述防波板固定安装于所述分离罐内，所述防波板设有正对排砂口的开孔，所述开孔用于供所述传动件穿过所述防波板。
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