CN117145446B - 一种用于天然气井口的净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了涉及一种用于天然气井口的净化装置，属于天然气技术领域，该净化装置包括斜管净化装置、旋流分离净化装置、细砂分离净化装置和干燥装置；通过设置斜管净化装置、旋流分离净化装置和细砂分离净化装置对天然气中的砂和水进行多次分离处理，而干燥装置用于干燥分离处理后的天然气，实现对天然气中的砂和水进行分离干净，避免因天然气出口带砂和水而导致给下游设备带来破坏和堵塞风险的问题。
Description
技术领域
本发明涉及天然气技术领域，特别涉及一种用于天然气井口的净化装置。
背景技术
致密气藏（页岩气）通常采用大型加砂压裂后投产，因压裂返排不彻底和快速投产，导致排采期及正常生产过程中压裂砂排出，严重影响天然气气井的正常生产、气井产量和地面设备与管线的安全。同时，多数气田天然气内含有液态水，在开采和输送过程中如果温度控制不好，容易形成天然气水合物，堵塞管道，造成生产甚至安全事故。
目前井口普遍采用除砂器或四相分离器除砂，因凝析油乳化变质及分砂工艺、设备难以满足现场工况，导致下游处理设备过流部件（水套炉盘管、针阀、排污阀门等）冲蚀、磨损而过早损坏，严重影响了气井的正常生产，降低了气井的生产时率，增加生产成本。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种用于天然气井口的净化装置，解决了现有技术中的天然气井口净化装置在净化过程中，可能出现天然气出口带砂，导致砂分离不净，给下游设备带来破坏和堵塞风险的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于天然气井口的净化装置，其包括斜管净化装置、旋流分离净化装置、细砂分离净化装置和干燥装置；
斜管净化装置包括倾斜设置的缓冲净化管，缓冲净化管的低端与进气管道连通，进气管道与天然气井口连通；缓冲净化管的高端与旋流分离净化装置连通；缓冲净化管的下方设置有用于存储砂水混合物的第一储存罐，缓冲净化管的底侧外壁通过多根排料管与第一储存罐连通；
旋流分离净化装置包括旋流筒体，旋流筒体顶部的侧壁上设置有与缓冲净化管的高端连通的进料口，进料口沿旋流筒体的切向方向设置；旋流筒体的顶部设置有与细砂分离净化装置连通的出气管，旋流筒体的底部设置有沉砂口，沉砂口通过管道与第二储存罐连通；
细砂分离净化装置包括分砂罐体，分砂罐体的底部设置有与出气管连通的进气口，分砂罐体的顶部设置有出气口，分砂罐体内设置有液体分砂介质，液体分砂介质的液面高度位于进气口和出气口之间；
出气口连接有天然气输气管道，干燥装置设置于天然气输气管道上且天然气输气管道与下游设备连接。
进一步地，缓冲净化管的外壁上缠绕有冷凝循环管，冷凝循环管沿缓冲净化管的长度方向缠绕设置，冷凝循环管与外部冷却设备连通。
进一步地，缓冲净化管的内底部沿其长度方向设置有导向沟槽，多根排料管的顶部均与导向沟槽连通；多根排料管间隔均匀竖直设置；
缓冲净化管的内顶部沿其长度方向设置有多块导流板，多块导流板与多根排料管的数量相同，导流板与排料管呈一一匹配关系；
每块导流板均呈扇形结构，导流板的半径与缓冲净化管的内径相同，导流板所在的平面与缓冲净化管端面所在的平面重合，导流板的圆弧外壁与缓冲净化管内顶部的圆周内壁固定连接，导流板的尖端竖直朝下设置且对准排料管的顶部。
进一步地，第一储存罐为水平设置的中空圆柱结构，第一储存罐内活动设置有活塞杆，活塞杆的直径与第一储存罐的内径相同；活塞杆的长度横跨多根排料管；
第一储存罐的一侧设置有与其内部连通的卸料管，卸料管上设置有开关阀，第一储存罐的另一侧设置有液压缸，液压缸的伸缩端穿过第一储存罐与活塞杆连接。
进一步地，旋流筒体的上部分为圆柱形筒体结构，旋流筒体的下部分为圆锥形筒体结构，出气管部分位于旋流筒体内，出气管底端插入旋流筒体的上部分与其内部连通，出气管顶端与进气口连通。
进一步地，旋流筒体的内壁上环向间隔均匀设置有多条沟壑，每条沟壑的横截面均呈“V”字形结构，每条沟壑的长度方向与旋流筒体的长度方向同向，每条沟壑的顶部与进料口所在高度位置平齐，每条沟壑的底部延伸至沉砂口；
旋流筒体的顶部设置有环形冲洗管道，环形冲洗管道通过水管与高压水源连通，环形冲洗管道上设置有多根冲洗支管，多根冲洗支管的数量与多条沟壑的数量相同，冲洗支管与沟壑呈一一匹配关系，每根冲洗支管均穿过旋流筒体的顶部对准对应沟壑的顶部。
进一步地，第二储存罐的顶部设置有与其内部连通的进砂口，进砂口通过管道与沉砂口连通；第二储存罐的底部设置有第一排砂管，第一排砂管上设置有开关阀。
进一步地，分砂罐体的内底面为倾斜结构，进气口位于分砂罐体的内底面的高侧，出气口位于分砂罐体的内底面的低侧；
分砂罐体外壁的底部设置有与其内部连通的第二排砂管，第二排砂管位于分砂罐体的内底面的低侧，第二排砂管上设置有开关阀。
进一步地，干燥装置包括干燥罐体，干燥罐体的顶部上设置有与天然气输气管道连通的入口，干燥罐体的底部设置有与下游设备连通的出口；干燥罐体内部由上至下依次设置有瓷球层、干燥分子筛层和过滤网层。
进一步地，干燥分子筛层的高度为干燥罐体总高度的1/2~2/3；过滤网层的中间设置有活性炭。
本发明的有益效果为：本发明中的用于天然气井口的净化装置，通过设置斜管净化装置、旋流分离净化装置和细砂分离净化装置对天然气中的砂和水进行多次分离处理，而干燥装置用于干燥分离处理后的天然气，实现对天然气中的砂和水进行分离干净，避免因天然气出口带砂和水而导致给下游设备带来破坏和堵塞风险的问题。
附图说明
图1为一种用于天然气井口的净化装置的结构示意图。
图2为斜管净化装置的结构示意图。
图3为导流板的结构示意图。
图4为旋流筒体内部的结构示意图。
图5为多条沟壑设置在旋流筒体内的结构示意图。
图6为细砂分离净化装置的结构示意图。
图7为干燥装置的结构示意图。
其中，1、斜管净化装置；101、缓冲净化管；102、第一储存罐；103、排料管；2、旋流分离净化装置；201、旋流筒体；202、进料口；203、出气管；204、沉砂口；205、第二储存罐；206、进砂口；207、第一排砂管；3、细砂分离净化装置；301、分砂罐体；302、进气口；303、出气口；304、液体分砂介质；305、第二排砂管；4、干燥装置；401、入口；402、出口；403、瓷球层；404、干燥分子筛层；405、过滤网层；406、干燥罐体；5、进气管道；6、天然气输气管道；7、冷凝循环管；8、导向沟槽；9、导流板；10、活塞杆；11、卸料管；12、液压缸；13、沟壑；14、环形冲洗管道；15、冲洗支管。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，本发明提供了一种用于天然气井口的净化装置，其包括斜管净化装置1、旋流分离净化装置2、细砂分离净化装置3和干燥装置4；
具体地，如图2所示，斜管净化装置1包括倾斜设置的缓冲净化管101，缓冲净化管101的低端与进气管道5连通，进气管道5与天然气井口连通；缓冲净化管101的高端与旋流分离净化装置2连通；缓冲净化管101的下方设置有用于存储砂水混合物的第一储存罐102，缓冲净化管101的底侧外壁通过多根排料管103与第一储存罐102连通。
斜管净化装置1对天然气中的水和砂进行初步分离，分离过程为：天然气从天然气井口输出，天然气中夹杂着砂和水，天然气通过进气管道5进入倾斜的缓冲净化管101时，在重力作用下，天然气中的大部分砂和水会落在缓冲净化管101内，然后砂和水会经过多根排料管103进入到第一储存罐102内，完成对天然气中砂和水的初步分离，初步分离后的天然气中还是有少量的砂和水并且会随着天然气进入到旋流分离净化装置2内。
如图4所示，旋流分离净化装置2包括旋流筒体201，旋流筒体201顶部的侧壁上设置有与缓冲净化管101的高端连通的进料口202，进料口202沿旋流筒体201的切向方向设置；旋流筒体201的顶部设置有与细砂分离净化装置3连通的出气管203，旋流筒体201的底部设置有沉砂口204，沉砂口204通过管道与第二储存罐205连通。
具体地，作为第二储存罐205的具体设置方式，第二储存罐205的顶部设置有与其内部连通的进砂口206，进砂口206通过管道与沉砂口204连通；第二储存罐205的底部设置有第一排砂管207，第一排砂管207上设置有开关阀。
初步分离后的天然气夹杂着少量的砂和水通过进料口202进入到旋流筒体201内，由于进料口202是沿旋流筒体201的切向方向设置且初步分离后的天然气具有一定的压力，天然气夹杂着少量的砂和水在旋流筒体201内做旋转离心运动，使得砂和水沉淀在沉砂口204进入到第二储存罐205内，天然气通过出气管203输出，完成对天然气夹杂着少量的砂和水的二次分离处理，但是此时小颗粒的砂也会随着天然气输出，无法彻底完成对天然气中的砂进行分离，则需要设置细砂分离净化装置3，进一步地对天然气中小颗粒的砂进行分离处理。
具体地，如图6所示，细砂分离净化装置3包括分砂罐体301，分砂罐体301的底部设置有与出气管203连通的进气口302，分砂罐体301的顶部设置有出气口303，分砂罐体301内设置有液体分砂介质304，液体分砂介质304的液面高度位于进气口302和出气口303之间。
二次分离处理的天然气夹杂着小颗粒的砂通过出气管203和进气口302进入分砂罐体301内，由于分砂罐体301内有液体分砂介质304，液体分砂介质304可以为水等介质，天然气夹杂着小颗粒的砂进过液体分砂介质304时，小颗粒的砂会沉淀在液体分砂介质304内，而天然气会通过出气口303输出至下一处理设备，完成对天然气中小颗粒的砂的分离处理。
优选地，为了便于分砂罐体301的排砂，分砂罐体301的内底面为倾斜结构，进气口302位于分砂罐体301的内底面的高侧，出气口303位于分砂罐体301的内底面的低侧。分砂罐体301外壁的底部设置有与其内部连通的第二排砂管305，第二排砂管305位于分砂罐体301的内底面的低侧，第二排砂管305上设置有开关阀。
出气口303连接有天然气输气管道6，干燥装置4设置于天然气输气管道6上且天然气输气管道6与下游设备连接。
因为天然气经过细砂分离净化装置3会夹杂着水蒸气，干燥装置4的设置实现干燥处理天然气；最后经过干燥处理后的天然气通过天然气输气管道6进入下游设备。
作为干燥装置4的具体设置，如图7所示，干燥装置4包括干燥罐体406，干燥罐体406的顶部上设置有与天然气输气管道6连通的入口401，干燥罐体406的底部设置有与下游设备连通的出口402；干燥罐体406内部由上至下依次设置有瓷球层403、干燥分子筛层404和过滤网层405。
为了保证天然气干燥效果，干燥分子筛层404的高度为干燥罐体406总高度的1/2~2/3；过滤网层405的中间设置有活性炭。
瓷球层403使得天然气气体均匀分布；干燥分子筛层404用于对天然气进行第一次干燥，活性炭对天然气进行第二次干燥。
在本实施例中，如图2所示，缓冲净化管101的外壁上缠绕有冷凝循环管7，冷凝循环管7沿缓冲净化管101的长度方向缠绕设置，冷凝循环管7与外部冷却设备连通。
因为天然气刚从天然气井口通过进气管道5进入倾斜的缓冲净化管101时，不仅会夹杂着大量的砂和水，同时天然气中还混合有大量的水蒸气，而设置冷凝循环管7的目的在于使得天然气中的大量水蒸气冷凝，大量水蒸气冷凝形成液态水，在倾斜的缓冲净化管101和重力作用下通过经过多根排料管103进入到第一储存罐102内，减少天然气中水蒸气含量。
优选地，缓冲净化管101的内底部沿其长度方向设置有导向沟槽8，多根排料管103的顶部均与导向沟槽8连通；多根排料管103间隔均匀竖直设置。导向沟槽8的设置，可以加快砂和水的排出效率。
缓冲净化管101的内顶部沿其长度方向设置有多块导流板9，多块导流板9与多根排料管103的数量相同，导流板9与排料管103呈一一匹配关系。
如图2和图3所示每块导流板9均呈扇形结构，导流板9的半径与缓冲净化管101的内径相同，导流板9所在的平面与缓冲净化管101端面所在的平面重合，导流板9的圆弧外壁与缓冲净化管101内顶部的圆周内壁固定连接，导流板9的尖端竖直朝下设置且对准排料管103的顶部。
由于冷凝循环管7的设置，会使得缓冲净化管101内的天然气中的大量水蒸气快速冷凝，多块导流板9的设置，可以起到增大水蒸气的附着冷凝面积，使得大量水蒸气在多块导流板9上进行冷凝形成液态，同时冷凝水在重力的作用下直接滴入到排料管103进入第一储存罐102内。如果不设置多块导流板9，那么在缓冲净化管101内顶部的冷凝水会沿着缓冲净化管101集的顶部内壁集中朝向缓冲净化管101集低端流动，大量的冷凝水会进入到靠近缓冲净化管101集低端的排料管103，造成这根排料管103排水不及时的问题。
而设置多块导流板9将缓冲净化管101的内顶部分割为多个冷凝区域，隔断冷凝水沿缓冲净化管101集的顶部内壁的流通路径，避免了大量的冷凝水集中通过一根排料管103排水的问题。
在本实施例中，如图2所示，作为第一储存罐102的具体设置方式，第一储存罐102为水平设置的中空圆柱结构，第一储存罐102内活动设置有活塞杆10，活塞杆10的直径与第一储存罐102的内径相同。
第一储存罐102的一侧设置有与其内部连通的卸料管11，卸料管11上设置有开关阀，第一储存罐102的另一侧设置有液压缸12，液压缸12的伸缩端穿过第一储存罐102与活塞杆10连接。
液压缸12通过带动活塞杆10在第一储存罐102内直线运动，可以自动化地完成第一储存罐102的排砂排水工作，具体地，在常规情况下，卸料管11上的开关阀为常闭状态，活塞杆10位于第一储存罐102内部的左侧；当第一储存罐102内的砂和水收集满后，打开卸料管11上的开关阀，液压缸12推动活塞杆10朝向第一储存罐102的右侧运动，实现将收集的砂和水通过卸料管11排除，然后液压缸12拉动活塞杆10回到初始位置，关闭卸料管11上的开关阀。
优选地，活塞杆10的长度横跨多根排料管103，这样设置是可以实现第一储存罐102在线完成排砂排水工作，假如活塞杆10的长度很小，则在排砂排水过程中，活塞杆10会依次经过多根排料管103，如果此时排料管103向第一储存罐102排砂排水，则会导致砂和水进入到活塞杆10的左侧空间，导致无法排除。
液压缸12通过带动活塞杆10还可以起到清洗多根排料管103的作用，当多根排料管103发生堵塞时，将卸料管11上的开关阀关闭，液压缸12通过带动活塞杆10在第一储存罐102内往复直线运动，挤压砂、水和气体朝向多根排料管103运动，达到清洗多以及避免多根排料管103堵塞的问题。
在本实施例中，如图4和图5所示，旋流筒体201的上部分为圆柱形筒体结构，旋流筒体201的下部分为圆锥形筒体结构，出气管203部分位于旋流筒体201内，出气管203底端插入旋流筒体201的上部分与其内部连通，出气管203顶端与进气口302连通。
旋流筒体201的内壁上环向间隔均匀设置有多条沟壑13，每条沟壑13的横截面均呈“V”字形结构，每条沟壑13的长度方向与旋流筒体201的长度方向同向，每条沟壑13的顶部与进料口202所在高度位置平齐，每条沟壑13的底部延伸至沉砂口204；沟壑13的设置，增加旋流筒体201内壁的表面积，进而使得粒径很小的砂砾与旋流筒体201内壁的接触面积更大，使得粒径很小的砂砾吸附在旋流筒体201内壁上，可以尽量避免粒径很小的砂随着天然气进入到后续设备。
旋流筒体201的顶部设置有环形冲洗管道14，环形冲洗管道14通过水管与高压水源连通，环形冲洗管道14上设置有多根冲洗支管15，多根冲洗支管15的数量与多条沟壑13的数量相同，冲洗支管15与沟壑13呈一一匹配关系，每根冲洗支管15均穿过旋流筒体201的顶部对准对应沟壑13的顶部。当沟壑13内累计到有大量的砂时，多根冲洗支管15对沟壑13进行冲洗，达到清洁沟壑13的目的。
综上所述，本发明中的用于天然气井口的净化装置，通过设置斜管净化装置1、旋流分离净化装置2和细砂分离净化装置3对天然气中的砂和水进行多次分离处理，而干燥装置4用于干燥分离处理后的天然气，实现对天然气中的砂和水进行分离干净，避免因天然气出口402带砂和水而导致给下游设备带来破坏和堵塞风险的问题。
Claims (7)
1.一种用于天然气井口的净化装置，其特征在于，包括斜管净化装置、旋流分离净化装置、细砂分离净化装置和干燥装置；
所述斜管净化装置包括倾斜设置的缓冲净化管，所述缓冲净化管的低端与进气管道连通，所述进气管道与天然气井口连通；缓冲净化管的高端与所述旋流分离净化装置连通；缓冲净化管的下方设置有用于存储砂水混合物的第一储存罐，缓冲净化管的底侧外壁通过多根排料管与所述第一储存罐连通；
旋流分离净化装置包括旋流筒体，所述旋流筒体顶部的侧壁上设置有与缓冲净化管的高端连通的进料口，所述进料口沿旋流筒体的切向方向设置；旋流筒体的顶部设置有与所述细砂分离净化装置连通的出气管，旋流筒体的底部设置有沉砂口，所述沉砂口通过管道与第二储存罐连通；
细砂分离净化装置包括分砂罐体，所述分砂罐体的底部设置有与所述出气管连通的进气口，分砂罐体的顶部设置有出气口，分砂罐体内设置有液体分砂介质，所述液体分砂介质的液面高度位于所述进气口和出气口之间；
所述出气口连接有天然气输气管道，所述干燥装置设置于所述天然气输气管道上且天然气输气管道与下游设备连接；
所述缓冲净化管的外壁上缠绕有冷凝循环管，所述冷凝循环管沿缓冲净化管的长度方向缠绕设置，冷凝循环管与外部冷却设备连通；
所述缓冲净化管的内底部沿其长度方向设置有导向沟槽，多根所述排料管的顶部均与所述导向沟槽连通；多根排料管间隔均匀竖直设置；
缓冲净化管的内顶部沿其长度方向设置有多块导流板，多块所述导流板与多根排料管的数量相同，导流板与排料管呈一一匹配关系；
每块导流板均呈扇形结构，导流板的半径与缓冲净化管的内径相同，导流板所在的平面与缓冲净化管端面所在的平面重合，导流板的圆弧外壁与缓冲净化管内顶部的圆周内壁固定连接，导流板的尖端竖直朝下设置且对准排料管的顶部；
所述第一储存罐为水平设置的中空圆柱结构，所述第一储存罐内活动设置有活塞杆，所述活塞杆的直径与第一储存罐的内径相同；活塞杆的长度横跨多根所述排料管；
第一储存罐的一侧设置有与其内部连通的卸料管，所述卸料管上设置有开关阀，第一储存罐的另一侧设置有液压缸，所述液压缸的伸缩端穿过第一储存罐与活塞杆连接。
2.根据权利要求1所述的用于天然气井口的净化装置，其特征在于，所述旋流筒体的上部分为圆柱形筒体结构，旋流筒体的下部分为圆锥形筒体结构，所述出气管部分位于旋流筒体内，出气管底端插入旋流筒体的上部分与其内部连通，出气管顶端与所述进气口连通。
3.根据权利要求2所述的用于天然气井口的净化装置，其特征在于，所述旋流筒体的内壁上环向间隔均匀设置有多条沟壑，每条沟壑的横截面均呈“V”字形结构，每条沟壑的长度方向与旋流筒体的长度方向同向，每条沟壑的顶部与所述进料口所在高度位置平齐，每条沟壑的底部延伸至所述沉砂口；
旋流筒体的顶部设置有环形冲洗管道，所述环形冲洗管道通过水管与高压水源连通，所述环形冲洗管道上设置有多根冲洗支管，多根所述冲洗支管的数量与多条沟壑的数量相同，冲洗支管与沟壑呈一一匹配关系，每根冲洗支管均穿过旋流筒体的顶部对准对应沟壑的顶部。
4.根据权利要求3所述的用于天然气井口的净化装置，其特征在于，所述第二储存罐的顶部设置有与其内部连通的进砂口，所述进砂口通过管道与所述沉砂口连通；第二储存罐的底部设置有第一排砂管，所述第一排砂管上设置有开关阀。
5.根据权利要求1所述的用于天然气井口的净化装置，其特征在于，所述分砂罐体的内底面为倾斜结构，所述进气口位于所述分砂罐体的内底面的高侧，所述出气口位于所述分砂罐体的内底面的低侧；
分砂罐体外壁的底部设置有与其内部连通的第二排砂管，所述第二排砂管位于分砂罐体的内底面的低侧，第二排砂管上设置有开关阀。
6.根据权利要求1所述的用于天然气井口的净化装置，其特征在于，所述干燥装置包括干燥罐体，所述干燥罐体的顶部上设置有与所述天然气输气管道连通的入口，干燥罐体的底部设置有与下游设备连通的出口；干燥罐体内部由上至下依次设置有瓷球层、干燥分子筛层和过滤网层。
7.根据权利要求6所述的用于天然气井口的净化装置，其特征在于，所述干燥分子筛层的高度为所述干燥罐体总高度的1/2~2/3；所述过滤网层的中间设置有活性炭。
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