CN211974953U - 一种连续作业的高压井口旋流除砂装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型包括两组并联的旋流除砂组件，两组旋流除砂组件可由入口管汇控制而交替进行旋流分离作业和冲砂作业，旋流除砂组件包括壳体和流体进出管路；壳体包括由上至下依次连通的旋流分离区和沉砂区；流体进出管路包括进口管路、溢流管路和液砂出口管路，进口管路和溢流管路均连通旋流分离区，液砂出口管路连通沉砂区。本实用新型解决高压油气的相间分离和除砂无法连续进行、生产效率低的问题，适用范围广，人工劳动强度低和操作简单，能够有效减少乃至消除高压油气井试油试气、压裂返排及生产过程中出砂对下游设备的危害。

Description

一种连续作业的高压井口旋流除砂装置

技术领域

本实用新型属于油气集输系统多相分离技术领域，具体涉及一种连续作业的高压井口旋流除砂装置。

背景技术

高压油气井试油、试气，压裂返排生产过程中，地层中的固体颗粒随油气流从井筒流出，高压油气流(35～140MPa)携砂给地面设备和管线的安全平稳运行带来了极大威胁，对油气田的正常生产造成难以估量的负面影响。

传统的除砂装置无法满足高压及大砂量除砂的问题，如沉降式分离装置体积大，沉降时间长，且装置的压力等级提高会大幅增加制造和加工成本；过滤式装置需要经常更换滤网，劳动强度大，存在安全隐患，出砂量大时由于作业不及时会导致关井，且不适用于含胶液的粘度较大的液相介质；传统的旋流式分离装置许多只适用是中、低压工况，现行研发的几种井口高压旋流除砂装置，由于高压与大出砂出液量这一对主要矛盾，以及井口工况复杂：即井口返出物(气、液、砂等时而一相，时而两相、三相)物性变化大、返出量(气、液、砂不仅量大而且压力高)变化大以及返出的液体粘度高(例如含有压裂液等)、成分杂(例如含有铁)时，只能适应单一工况，或者需要数台除砂器联合运用才能保证连续作业。

综上，一种连续作业的高压井口旋流除砂装置亟待研究开发。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种连续作业的高压井口旋流除砂装置，以解决高压油气的相间分离和除砂无法连续进行、生产效率低的问题。

本实用新型提供了如下的技术方案：

一种连续作业的高压井口旋流除砂装置，包括两组并联的旋流除砂组件，两组所述旋流除砂组件可由入口管汇控制而交替进行旋流分离作业和冲砂作业，所述旋流除砂组件包括壳体和流体进出管路；

所述壳体包括由上至下依次连通的旋流分离区和沉砂区；

所述流体进出管路包括进口管路、溢流管路和液砂出口管路，所述进口管路和所述溢流管路均连通所述旋流分离区，所述液砂出口管路连通所述沉砂区；所述进口管路上安装所述入口管汇。

优选的，所述旋流分离区内可拆卸地固定有旋流内衬筒，所述旋流内衬筒包括沿纵向设置的溢流管和固接于所述溢流管上且以所述溢流管为轴心螺旋上升的旋流引流片。

优选的，所述进口管路的流体出口垂直安装于所述壳体上，所述进口管路内的流体可冲击所述旋流引流片而旋转所述旋流引流片。

优选的，所述溢流管路垂直安装于所述壳体的顶部，所述旋流引流片向上延伸至所述溢流管路处。

优选的，所述旋流除砂组件还包括冲砂管路，所述冲砂管路包括泄压管线、冲砂管线和冲砂喷头；所述泄压管线和所述冲砂管线均安装于所述壳体的纵向中部，所述泄压管线上安装泄压阀；所述冲砂管线的两端分别连接冲砂喷头和冲砂泵，所述冲砂喷头固定于所述壳体内。

优选的，所述冲砂喷头包括互相连通的环形喷头和直喷头，所述环形喷头安装于所述旋流内衬筒的下侧，所述直喷头向下伸入所述沉砂区。

优选的，所述旋流内衬筒的下侧为向下渐缩的锥筒结构，所述环形喷头固定于所述锥筒的外壁上。

优选的，所述进口管路上安装两个入口阀门，所述泄压管线上安装两个泄压阀，所述溢流管路、所述液砂出口管路和所述冲砂管线均设置两个控制阀。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型用于高压油气井(35～140MPa)的试油、试气或者压裂返排生产中去除油气携砂，设置两组并联的旋流除砂组件，每组旋流除砂组件均设置旋流分离区和沉砂区，因此可交替实施分离和冲砂作业，从而保证设备能够连续有效地除砂，工序间衔接紧凑，除砂效率高，性能稳定；本装置采用旋流分离方式，仅需操作阀门即可切换旋流除砂组件，操作简单安全，工人劳动强度低。

旋流分离区作用采用旋流内衬筒结构，内衬筒内设计有旋流引流片，强迫进入的流体做旋流运动，有利于混合流体中气相的高效分离；旋流内衬筒还避免了高压射流对外承压壳体内壁的磨损；以及避免了采用锥筒形壳体制造的工艺困难和高成本；旋流内衬筒可以定期更换，降低设备维护成本；此外还可以在必要的时候，根据介质流量和分级粒度的要求，设计不同尺寸的旋流内衬筒以拓展井口除砂器的适用性。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的一个旋流除砂组件的侧视结构示意图，图中未体现旋流内衬筒；

图中标记为：1.上法兰封头；2.上筒体；3.下筒体；4.下法兰封头；5.旋流分离区；6.沉砂区；7.旋流内衬筒；8.溢流管；9.旋流引流片；10.进口管路；11.溢流管路；12.液砂出口管路；13.入口阀门；14.泄压管线；15.冲砂管线；16.冲砂喷头；17.泄压阀；18.环形喷头；19.直喷头；20.锥筒；21.控制阀；22.排砂口。

具体实施方式

如图1和图2所示，本公开提供一种连续作业的高压井口旋流除砂装置，用于高压油气井试油、试气或者压裂返排生产中去除油气携砂，其高压范围为35～140MPa。本装置包括两组并联的旋流除砂组件，两组旋流除砂组件可分别由入口管汇控制而交替进行旋流分离作业和冲砂作业，入口管汇上安装有入口阀门、方管和方三通。

旋流除砂组件包括壳体和流体进出管路。

壳体由上法兰封头1、上筒体2、下筒体3和下法兰封头4由上至下依次通过螺栓固定组装而成，壳体内部包括由上至下依次连通的旋流分离区5和沉砂区6。

旋流分离区5内通过螺栓连接等活接方式固定有旋流内衬筒7，旋流内衬筒7包括沿纵向设置的溢流管8和固接于溢流管8上且以溢流管8为轴心螺旋上升的旋流引流片9。进入旋流分离区5的携砂流体高速冲击旋流引流片9，使其旋转而引导较轻的气体和/或大部分液体向上运移，砂及重质部分流体由旋流内衬筒7的底部出口流出，进而连续下沉到沉砂区6中，实现流体中的采出气与固砂分离。

流体进出管路包括进口管路10、溢流管路11和液砂出口管路12。进口管路10和溢流管路11均连通旋流分离区5，其中进口管路10的流体出口垂直安装于上筒体2上且连通于旋流内衬筒7的侧壁上，进口管路10上安装入口阀门13，开启入口阀门13后，进口管路10内的流体可沿壳体的径向冲击旋流内衬筒7内的旋流引流片9而使旋流引流片9高速旋转，径向冲击力大，高速旋转的旋流引流片9反过来分离并引导流体中的气相和/或大部分液相向上流出旋流内衬筒7，实现了对采出混合流体的无外驱动分离，操作安全简单，工人的劳动强度低。

如图1所示，溢流管路11垂直于壳体且安装于上法兰封头1上，旋流引流片9向上延伸至溢流管路11处，从而引导流体沿壳体的径向流入溢流管路11中，排出壳体外。进口管路10和溢流管路11均平行于壳体的径向布置，可增加旋流内衬筒7内的气压，有助于使旋流引流片9高速旋转，提高采出气的分离效率。

液砂出口管路12安装于下法兰封头4上，液砂出口管路12连通于沉砂区6的底部，开启该管路上的控制阀后，沉砂由液砂出口管路12的排砂口22排出壳体。

旋流除砂组件还包括冲砂管路，用于快速冲洗沉砂区6内的液砂，提高组件切换效率。冲砂管路包括泄压管线14、冲砂管线15和冲砂喷头16。

如图2所示，泄压管线14和冲砂管线15均安装于下筒体3的上侧、接近整个壳体的纵向中部，泄压管线14与液砂出口管路12连通，泄压管线14上安装泄压阀17，旋流分离作业中泄压阀17是关闭的，当沉砂区内的液砂将满而需要排砂时，打开泄压阀17可快速对壳体内部泄压，便于更快地排砂。

冲砂管线15的两端分别连接冲砂喷头16和冲砂泵，冲砂泵连接外部的冲砂水箱，冲砂喷头16固定于壳体内。冲砂泵可将冲砂水由冲砂管线泵入冲砂喷头16内，将壳体内壁以及壳体底部的沉砂快速冲入液砂出口管路12内排走，提高了排砂效率。

冲砂喷头16包括互相连通的环形喷头18和直喷头19，旋流内衬筒7的下侧为向下渐缩的锥筒结构，环形喷头18固定安装于锥筒20的外壁上，靠近锥筒20的纵向中部，从而清除锥筒20外壁以及壳体内壁上附着的固砂；直喷头19向下伸入沉砂区6，可快速排出沉砂区6底部的固砂，环形喷头18与直喷头19协同作业，对壳体内的上侧和下侧不同部位同时清砂，作业效率高，清砂效果好。

进口管路10上安装两个入口阀门13，泄压管线14上安装两个泄压阀17，溢流管路11、液砂出口管路12和冲砂管线15上均设置两个控制阀21，保证高压条件下各个管路无泄露。

本装置的两组旋流除砂组件撬装安装，便于运输，占地面积小，便于井场的安装和作业，安全稳定，防磨损，维修更换成本低。

本实用新型工作过程如下：先开启其中一个旋流除砂组件的入口阀门13，从井口喷出的气、液、砂三相或气、砂/液、砂两相的混合高压流体(35～140MPa)沿壳体的径向方向经进口管路10进入旋流内衬筒7，在旋流内衬筒7的旋流引流片的引导下作高速旋转运动，从而分离流体中的采出气和/或大部分液体且引导它们向上运移，最终由上法兰封头1上的溢流管路11流出；旋流分离出的砂及重质部分流体由旋流内衬筒7的锥筒20的底部出口流出，继而持续下沉至下筒体的沉砂区6中。当下筒体3的储砂量达到一定容积时(可通过定时判断或者配置物位计测量储砂高度)，该旋流除砂组件通过以下操作进入冲砂模式：关闭进口管路10的入口阀门13，打开该组件的泄压阀17，泄压至常压后，关闭泄压阀17，打开冲砂管线15和液砂出口管路12的控制阀，启动冲砂泵，冲砂水流经冲砂管线15后从环形喷头18和直喷头19喷出，对壳体内部实施冲砂作业，使沉砂快速由液砂出口管路12排出壳体。在上述组件即将执行冲砂模式前，开启另一组件的入口阀门，将其切换成旋流分离模式，从而不间断地进行旋流分离和排砂，作业效率高。

此外本装置还可根据砂量以及冲砂作业时间等不同需求，实施两组旋流除砂组件共同作业，从而具有更广泛的适用性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种连续作业的高压井口旋流除砂装置，其特征在于，包括两组并联的旋流除砂组件，两组所述旋流除砂组件可由入口管汇控制而交替进行旋流分离作业和冲砂作业，所述旋流除砂组件包括壳体和流体进出管路；

所述壳体包括由上至下依次连通的旋流分离区和沉砂区；

所述流体进出管路包括进口管路、溢流管路和液砂出口管路，所述进口管路和所述溢流管路均连通所述旋流分离区，所述液砂出口管路连通所述沉砂区；所述进口管路上安装所述入口管汇。

2.根据权利要求1所述的连续作业的高压井口旋流除砂装置，其特征在于，所述旋流分离区内可拆卸地固定有旋流内衬筒，所述旋流内衬筒包括沿纵向设置的溢流管和固接于所述溢流管上且以所述溢流管为轴心螺旋上升的旋流引流片。

3.根据权利要求2所述的连续作业的高压井口旋流除砂装置，其特征在于，所述进口管路的流体出口垂直安装于所述壳体上，所述进口管路内的流体可冲击所述旋流引流片而旋转所述旋流引流片。

4.根据权利要求3所述的连续作业的高压井口旋流除砂装置，其特征在于，所述溢流管路垂直安装于所述壳体的顶部，所述旋流引流片向上延伸至所述溢流管路处。

5.根据权利要求3所述的连续作业的高压井口旋流除砂装置，其特征在于，所述旋流除砂组件还包括冲砂管路，所述冲砂管路包括泄压管线、冲砂管线和冲砂喷头；所述泄压管线和所述冲砂管线均安装于所述壳体的纵向中部，所述泄压管线上安装泄压阀；所述冲砂管线的两端分别连接冲砂喷头和冲砂泵，所述冲砂喷头固定于所述壳体内。

6.根据权利要求5所述的连续作业的高压井口旋流除砂装置，其特征在于，所述冲砂喷头包括互相连通的环形喷头和直喷头，所述环形喷头安装于所述旋流内衬筒的下侧，所述直喷头向下伸入所述沉砂区。

7.根据权利要求6所述的连续作业的高压井口旋流除砂装置，其特征在于，所述旋流内衬筒的下侧为向下渐缩的锥筒结构，所述环形喷头固定于所述锥筒的外壁上。

8.根据权利要求5所述的连续作业的高压井口旋流除砂装置，其特征在于，所述进口管路上安装两个入口阀门，所述泄压管线上安装两个泄压阀，所述溢流管路、所述液砂出口管路和所述冲砂管线均设置两个控制阀。

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