CN203948083U - 一种多相旋流除砂装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多相旋流除砂装置，该装置包括进液管、气液分离分流器和多筒旋流除砂器。所述进液管的输出端为所述气液分离分流器的输入端，所述气液分离分流器的输出分两路，一路从所述气液分离分流器的顶端将分离后的气相输出，另一路从所述气液分离分流器的底端将分离后的液相混合物传输给所述多筒旋流除砂器；多筒旋流除砂器引入引入引流管，建立了引流拽砂机制。本实用新型消除了气相对旋流除砂器稳定运行的扰动，除砂效率高，实现了处理量可调、增加了高效工作点数，提高了除砂器对油田产液量自然变化的适应性。

Description

一种多相旋流除砂装置

技术领域

本实用新型属于油田地面工程采出液处理技术领域，尤其涉及一种多相旋流除砂装置。

背景技术

油田采出液中均含有泥沙，属于石油产品中的杂质，需要除去。特别是含聚合物、含三元复合介质的采出液以及稠油采出液的含砂量较高，引起采出液净化处理十分困难，管道和处理设备淤积，工程投资和运行费用大幅度上升。由于这类油田采出液泥砂中的细小颗粒占较大比例，难以除去，因此，如何实现油田采出液高效除砂，已成为一个世界性难题。

目前，国内外油田采用旋流除砂技术，如图1A和图6所示，使采出液进入旋流器，依靠离心力将密度大于油水介质的泥砂从采出液中分离出去。

但是，旋流除砂技术存在如下问题：

(1)气相影响除砂器稳定工作。在为油井采出气液混合物除砂的场合，由于气相的存在，使旋流器中的流场复杂化，气体加剧了液相的扰动，导致液相的液-砂旋流分离难以达到稳定、高效。

(2)结构不合理。旋流管旋下的砂子靠重力沉降到封闭的无流动静态集砂舱中，导致部分小粒径泥砂因旋流管内部流体的不停旋动，而不能进入到位于旋流管底流口端的集砂舱(壳体)中，反而进入出液口，降低除砂效率。

(3)无法调节处理量，适应性差。在较大处理量的场合，采用多个旋流管并联布设在一个筒室的方式，按在最大处理量下达到最大除砂效率设置旋流管的个数。油田采出液处理站的处理能力均按未来10-15年间的最大预测产液量设计，在新建采出液处理站投产运行的初期阶段至少3-5年中，油田实际产液量将低于处理站的设计处理量，因现行单筒室除砂器无法调节处理量，导致旋流器在低处理负荷的低效区工作。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种多相旋流除砂装置。

本实用新型提供的一种多相旋流除砂装置，该装置包括进液管、气液分离分流器和多筒旋流除砂器；

所述进液管的输出端为所述气液分离分流器的输入端，所述气液分离分流器的输出分两路，一路从所述气液分离分流器的顶端将分离后的气相输出，另一路从所述气液分离分流器的底端将分离后的液相混合物传输给所述多筒旋流除砂器；

所述多筒旋流除砂器包括多个集束旋流管筒、进液汇管、集砂舱、进液阀、出液管、排砂包、排砂阀和引流管；

所述集束旋流管筒固定在所述集砂舱顶部，所述进液汇管通过所述进液阀将多个所述集束旋流管筒并联；

所述集束旋流管筒内部设置有多根并联的所述旋流管；所述集束旋流管筒设有所述环形进液分配管，所述环形进液分配管的输出端为所述旋流管的输入端，所述集束旋流管筒顶端设有出液口，所述集束旋流管筒底部设有所述总底流口；所述总底流口为所述集砂舱的输入端；

所述进液阀设置在所述环形进液分配管和所述进液汇管之间；所述出液管通过所述出液口与所述集束旋流管筒连接；

所述集砂舱右顶部设置引流口，所述引流口为所述引流管的输入端，所述引流管的输出端设置在所述出液管的输入端，所述排砂包固定在所述集砂舱下部，所述排砂包下端设置有所述排砂阀。

优选地，所述集砂舱包括折流板；所述折流板包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和第二挡板之间留有间距；所述第一挡板和第二挡板将所述集砂舱分为储砂室和净液室；所述第一挡板的一端与所述集砂舱的底部连接，另一端与所述集砂舱的顶部留有间距；所述第二挡板的一端与所述集砂舱的顶部连接，另一端与所述集砂舱的底部留有间距；所述总底流口的泥砂依次经过所述储砂室、第一挡板、第二挡板和净液室，进行沉降静液分离。

优选地，所述集束旋流管筒、排砂包和排砂阀的数量为4个，呈对称分布。

优选地，每个集束旋流管筒的总处理液量≤25％。

优选地，所述多筒旋流除砂器还包括引流管流量计和排污口，所述引流管流量计设置在所述引流管上，所述排污口设置在所述集砂舱的底部。

优选地，所述多筒旋流除砂器还包括三相分离器，所述三相分离器连接所述集束旋流管筒的出液管和所述气液分离分流器的气相输出管路。三相分离器用于接收所述气液分离分流器分离后的气相、出液管输出和引流管输出的低含砂液相混合物，并进行固液气分离。

采用本实用新型提供的多相多筒旋流除砂装置，构建了分气式多相分离和引流拽砂机制，并采用多筒并联的方式，提高了除砂效率。其具有如下技术效果：

(1)本实用新型改变气液混合物直接进入旋流除砂器的现行工艺流程，由气液分离分流器和多筒旋流除砂器构成一套组合除砂装置。气液混合物先进入气液分离分流器，分出游离气后，液相被引入到旋流除砂器中进行除砂，从而消除气相对旋流除砂器稳定运行的扰动，提高液相除砂效率。

(2)本实用新型通过在集砂舱的顶部设置引流管，建立引流拽砂机制，将集砂舱中的上清液引至引流管，使集砂舱的流体保持流动状态，从而将旋流管中分离出的泥砂通过总底流口被主动拽入集砂舱中，避免了小粒径泥砂因旋流管内部流体的不停旋动进入出液口，提高了除砂效率。

(3)本实用新型通过采用多筒并联的方式，实现了处理量可调、增加了高效工作点数，提高了除砂装置对油田产液量自然变化的适应性。

(4)本实用新型所提供的多相多筒旋流除砂装置在应用中，具有气液分离、旋流除砂(第一次除砂)、集砂、储砂、沉降净液除砂(第二次除砂)、引流拽砂、在线排砂功能，能形成一套最为完善的除砂设备及完善的除砂方法。

附图说明

图1A为重力沉降导砂的常规除砂器原理图；

图1B为本实用新型引流拽砂的除砂器原理图；

图2为本实用新型的一个优选实施例多相多筒旋流效除砂装置结构示意图；

图3为本实用新型的一个优选实施例多筒旋流除砂器结构示意图；

图4为本实用新型的一个优选实施例多筒旋流除砂器左视图；

图5为本实用新型的一个优选实施例多筒旋流除砂器俯视图；

图6为常规旋流除砂装置系统工艺流程图；

图7为本实用新型的分气式多相除砂装置工艺流程图；

图8为本实用新型的引流拽砂式旋流除砂工艺流程图；

图9为本实用新型的分气引流式旋流除砂装置系统工艺流程图。

1-集束旋流管筒、11-旋流管、12-环形进液分配管、13-出液口、14-总底流口、16-排污口、2-进液汇管、3-集砂舱、31-折流板，32-储砂室、33-净液室、311-第一挡板、312-第二挡板、4-进液阀、5-出液管、6-排砂包、7-排砂阀、8-引流管、9-引流口、17-气液分离分流器、18-进液管、19-引流管流量计、20-三相分离器、21-多筒旋流除砂器。

具体实施方式：

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

为了消除气相对旋流器的干扰，本实施例构建了一种多相旋流除砂装置，参见图2和图1B，该装置包括：进液管18、气液分离分流器17、多筒旋流除砂器21。

其中，在进液管18的输出端与多筒旋流除砂器21的输入端之间设置气液分离分流器17，使得在进行除砂前，先对采出液中的高含砂油气水混合物进行气液分离，一路将游离气从高含砂油气水混合物中分离传输出去(通过气相输出管路输出至三相分离器20)，另一路仅将液相的含砂油水混合物导入多筒旋流除砂器21中进行除砂，从而消除气相对多筒旋流除砂器21稳定运行的扰动，提高液相除砂效率。

上述多筒旋流除砂器21除砂，参见图3、图4和图5：

包括多个集束旋流管筒1、进液汇管2、集砂舱3、进液阀4、出液管5、排砂包6、排砂阀7和引流管8。

其中，本实施例优选4个集束旋流管筒1，呈对称分布在集砂舱3顶部，进液汇管2通过进液阀4均匀分配给各个集束旋流管筒1的含砂油水混合物，从而将各个集束旋流管筒1并联在一起。根据实际情况需要，调节各个集束旋流管筒1承担的处理液量。本实施例优选每个集束旋流管筒承担的最大总处理液量为25％，从而使多筒旋流除砂器21在25％、50％、75％、100％最大总处理量下，以4个档位调节处理液量，提高了多筒旋流除砂器21对油田产液量自然变化的适应性，高效运行工作点由1个(100％总处理液量)增加到了4个。

上述集束旋流管筒1内部设置有多根并联的旋流管11，在旋流管11的输入端设置有环形进液分配管12，环形进液分配12的输入端设有进液阀4，环形进液分配12对各个旋流管11均匀分配进液。旋流管11将使固液分离后的含砂油水混合物产生旋动离心力，从而将泥砂以固液密度差从液体中分离出来。

集束旋流管筒1顶端设有出液口13，出液口13将经过旋流管11除砂后的液相混合物从集束旋流管筒1导入出液管5，并输入到三相分离器20。集束旋流管筒1底部设有总底流口14，总底流口14用于将集束旋流管筒1中的各个旋流管底流口排出的泥砂及其液体汇集起来，并排入集砂舱3中。

上述集砂舱3存储来自集束旋流管筒1底部的总底流口14的泥砂，并使液体中的泥砂依靠重力沉降下来，净化被引流出去的液体。

其中，集砂舱3包括折流板31，折流板31包括第一挡板311和第二挡板312，第一挡板31和第二挡板312之间留有间距，第一挡板311和第二挡板312将集砂舱3分为储砂室32和净液室33。第一挡板311的一端与集砂舱3的底部连接，另一端与集砂舱3的顶部留有间距。第二挡板312的一端与集砂舱3的顶部连接，另一端与集砂舱3的底部留有间距。总底流口14的泥砂依次经过储砂室32、第一挡板311、第二挡板312和净液室33，进行沉降静液分离。

本实施中的折流板31的各个间距(如第一挡板311和第二挡板312之间的间距、第一挡板311与壳体3顶部之间的间距、第二挡板312与壳体3底部之间的间距)的大小，能使第一挡板311和第二挡板312形成的流通面积保证介质(如含砂的油气水混合液)通过时的流速为0.5m/s左右，避免间距过大起不到折流作用；过小形成的流通面积过小，流速高，压降大，从而降低净液室33的沉降净液分离效果。

折流板31将储砂室32中的上清液引入净液室33，并在净液室33中建立长行程泥砂沉降路径，提高了沉降净液分离效果。

集砂舱3的下部布置有排砂包6，排砂包6下面设置有排砂阀7，用于将沉降在集砂舱3的底部的泥砂定期派出。排砂包6和排砂阀7的数量优选为4个，且呈对称分布。另外，集砂舱3的下端还设有排污口16，方便清洗集砂舱3。

集砂舱3右顶部设置引流口9，引流口9为引流管8的输入端，引流管8的输出端为出液管5输入端，引流管8设有引流管流量计19。将静液室33中的液体以适度流量引出，在集砂舱3中建立液体持续流动，使集束旋流管筒1的总底流口14产生重力沉降加液体携带的向下拖拽流动，迫使泥砂进入集砂舱3中。

同时，多筒旋流除砂器21还包括三相分离器20，这样多筒旋流除砂器21除砂后，一路将除砂后的低含砂油水混合物传输给三相分离器20，三相分离器20将接收到的分离出来的气相和除砂后的低含砂油水混合物进行固液气分离，进一步将低含砂量，提高了除砂效率。

本实施例中的多筒旋流除砂器用于除去采出液中的泥砂，具有除砂、集砂、净液、排砂以及通过多个集束旋流管筒的级差匹配实现调节除砂器处理量的功能。

本实施例给出的一种多相多筒旋流除砂装置的工作原理如下：

油井群来的高含砂油水混合物经进液管18进入气液分离分流器17，仅使分出的液体进入多筒旋流除砂器21，消除气相对旋流除砂器工作效率的不良影响。

液体一步均匀分配进入进液汇管2，经进液阀4导入环形进液分配管12，然后以4个对称方向均匀进入集束旋流管筒1，在该筒内进入多根并联设置的旋流管11进行液固旋流分离，分离出来的泥砂经总底流口14沉降到储砂室32中，除砂后的油水混合物经出液口13排出，进入下一个生产单元。

从总底流口14沉降到储砂室32中的泥砂在该室中沉淀后，澄清出的上清液从储砂室32的顶部经折流板31进入净液室33的底部，并沿与净液室33顶部的引流口9成对角线的方向流向该引流口，从而在储砂室32中建立液体流动，并将集束旋流管筒1中分离出的泥砂经总底流口14拖拽至储砂室32中。保证了上清液(上清液比第一次除砂后的低含砂油气水混合物的砂含量低)在净液室33中获得了最长的沉降路径和最大的沉降时间，使引流液(引流液比上清液的含砂油气水混合物的砂含量低，即含砂量降至最低)的含砂率降至最低。

在储砂室32和净液室33中积存的泥砂定期经排砂包6和排砂阀7排出除砂器。

利用本实用新型装置实施多相旋流除砂方法，参考图7，该方法包括：

步骤1、将高含砂油气水混合物进行气液相分离，将分离后的气相输出；

步骤2、将分离后的高含砂油水混合物进行均匀分配；

步骤3、对分离后的高含砂油水混合物进行液固旋流分离，实现第一次除砂，将第一次除砂后的低含砂油水混合物输出；

步骤4、将第一次除砂后的泥砂进行沉降分离和静液分离，实现第二次除砂，输出第二次除砂后的引流液(低含砂油水混合物)，排除第二次除砂后的泥砂经过排砂包和排砂阀。

本实施例在现有技术基础上，构建了除砂前的气液分离机制和多筒并联的方式，高含砂油水混合物被引入到旋流除砂器中进行除砂，从而消除气相对旋流除砂器稳定运行的扰动，提高液相除砂效率，实现了处理量可调、增加了高效工作点数，提高了适应性。

采用本实用新型上述多相旋流除砂装置进行除砂的另一多相多筒旋流除砂方法，如图8和图9所示，包括如下步骤：

步骤1、将进液管中的高含砂油气水混合物经过气液分离分流器气液分离，输出分离后的气相；

步骤2、将气液分离后的高含砂油水混合物均匀分配给各个集束旋流管筒；

步骤3、将气液分离后的高含砂油水混合物均匀分配给旋流管，旋流管根据固液密度差和引流拽砂对气液分离后的高含砂油水混合物进行固液旋流分离，实现第一次除砂，输出第一次除砂后的低含砂油水混合物；

步骤4、第一次除砂后的泥砂经过储砂室沉降分离，沉降分离后的上清液经过静液室静液分离，实现第二次除砂，第二次除砂后的引流液经引流管输出，第二次除砂后的泥砂经过排砂包和排砂阀排除。

其中，引流液经引流管输出控制采用引流管流量计流量。

除砂后，本实施例采用三相分离器20将分离后的气相和除砂后的低含砂油水混合物进行固液气分离，以提高除砂效果。

针对给出实施例，下面给出了3个实例，以说明采用上述实施例提供的技术方案的效果。

实例1：

在大庆油田采油三厂萨北15^#转油站，以工业化规模应用了1台本实用新型的多相旋流高效除砂装置，其规格为φ1.6×4.37m，最大处理液量为2500m³/d，被处理了油井群采出液为含聚合浓度300-400mg/L的聚合物驱油采出液，含砂量较高。

表1 试验条件数据表

序号	项目	数据
			1	装置进口压力	0.22～0.24MPa
2	装置进液温度	37～41℃
			3	装置处理液量	1600～2500m3/d
4	装置处理气量	8000～17000m3/d
			5	采出液含水率	90.9％
6	采出液中聚合物含量	300-410mg/L

表2 多相旋流高效除砂装置分气、引流工况试验数据表

从表2可以看出，由于本实用新型的多相旋流高效除砂装置采用了分气、引流工艺，使除砂效率达到了85％左右，比常规除砂装置提高20％以上。

实例2：

在大庆油田采油三厂萨北15^#聚驱转油站工业化应用了1台规格为φ2.6×8.4m、处理液量为为4000m³/d的本实用新型的多相旋流高效除砂装置。

表3 φ2.6×8.4m多相旋流高效除砂装置除砂效率数据表

从表3可以看出，在开启装置分离分流器将气相从采出液中分出、关闭引流的工艺条件下，本实用新型的多相旋流高效除砂装置除砂效率达到了72.5％左右，比常规除砂装置提高10％以上。

实例3：

在大庆油田采油一厂三元217试验站工业化应用了1台规格为φ1.6×4.37的本实用新型的多相旋流高效除砂装置，通过拆除部分旋流管，使其处理液量由额定的2500m³/d将为1400m³/d，考察该装置在三元复合驱油介质条件下的除砂效果。被处理采出液的聚合物含量为800mg/L、表面活性剂含量为40mg/L、碱含量为3000mg/L。

表4 多相旋流高效除砂装置除砂效率数据表

从表4可以看出，在开启装置分离分流器将气相从采出液中分出、开启引流的工艺条件下，本实用新型的多相旋流高效除砂装置对含砂量高、介质条件差的三元复合驱采出液的除砂效率达到了65.7％，比常规除砂装置提高20％以上。

需要说明的是，上述实施例的旋流管的工作个数根据进液量的大小可适当进行调整，如进液量大就开启多个旋流管；进液量小就关闭部分旋流管，保证旋流管工作在高效区，提高除砂效果。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，本领域普通技术人员在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (6)

1.一种多相旋流除砂装置，其特征在于，该装置包括进液管、气液分离分流器和多筒旋流除砂器； 

所述进液管的输出端为所述气液分离分流器的输入端，所述气液分离分流器的输出分两路，一路从所述气液分离分流器的顶端将分离后的气相输出，另一路从所述气液分离分流器的底端将分离后的液相混合物传输给所述多筒旋流除砂器； 

所述多筒旋流除砂器包括多个集束旋流管筒、进液汇管、集砂舱、进液阀、出液管、排砂包、排砂阀和引流管； 

所述集束旋流管筒固定在所述集砂舱顶部，所述进液汇管通过所述进液阀将多个所述集束旋流管筒并联； 

所述集束旋流管筒内部设置有多根并联的所述旋流管；所述集束旋流管筒设有环形进液分配管，所述环形进液分配管的输出端为所述旋流管的输入端，所述集束旋流管筒顶端设有出液口，所述集束旋流管筒底部设有总底流口；所述总底流口为所述集砂舱的输入端； 

所述进液阀设置在所述环形进液分配管和所述进液汇管之间；所述出液管通过所述出液口与所述集束旋流管筒连接； 

所述集砂舱右顶部设置引流口，所述引流口为所述引流管的输入端，所述引流管的输出端设置在所述出液管的输入端，所述排砂包固定在所述集砂舱下部，所述排砂包下端设置有所述排砂阀。 

2.根据权利要求1所述的多相旋流除砂装置，其特征在于，所述集砂舱包括折流板； 

所述折流板包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和第二挡板之间留有间距；所述第一挡板和第二挡板将所述集砂舱分为储砂室和净液室； 

所述第一挡板的一端与所述集砂舱的底部连接，另一端与所述集砂舱的顶部留有间距；所述第二挡板的一端与所述集砂舱的顶部连接，另一端与所述集砂舱的底部留有间距； 

所述总底流口的泥砂依次经过所述储砂室、第一挡板、第二挡板和净液室，进行沉降静液分离。 

3.根据权利要求1所述的多相旋流除砂装置，其特征在于，所述集束旋流管筒、排砂包和排砂阀的数量为4个，呈对称分布。 

4.根据权利要求1所述的多相旋流除砂装置，其特征在于，每个集束旋流管筒的总处理液量≤25％。 

5.根据权利要求1所述的多相旋流除砂装置，其特征在于，所述多筒旋流除砂器还包括引流管流量计和排污口，所述引流管流量计设置在所述引流管上，所述排污口设置在所述集砂舱的底部。 

6.根据权利要求1-5任一项所述的多相旋流除砂装置，其特征在于，所述多筒旋流除砂器还包括三相分离器，所述三相分离器连接所述集束旋流管筒的出液管和所述气液分离分流器的气相输出管路。