CN116163703A - 一种除砂分离器及除砂分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种除砂分离器及除砂分离方法，涉及油气开采技术领域。除砂分离器包括筒体、进气口、旋流分离器、出气口、液位监测器和排污口。本发明的创新点在于，通过连通集液腔与集气腔，在集气腔上部设置溢流口，并将出气口设置于上筒体处，同时通过设置液位监测器，限制最高液位不高于出气口高度，避免了含有大量水的天然气突然涌出时，夹带大量砂粒的浑水从出气口排出。本发明还进一步改善了下筒体内部结构，使得经过过滤的砂粒容易排出，不易堵塞。
Description
技术领域
本发明涉及油气田地面工程采出物杂质处理技术领域，更具体地，本发明涉及一种除砂分离器及其除砂分离方法。
背景技术
页岩气井采用加砂压裂增产方式，放喷测试过程中，气液混合物排至地面时会带有砂粒，砂粒会冲蚀地面流程设备的节流装置、弯头等，并造成刺漏损毁设备，引发安全事故伤害操作人员，影响地面测试安全作业。页岩气井中常用的除砂分离设备主要为旋流除砂器和过滤除砂器。旋流除砂器通过离心沉降和重力作用来分离流体和砂石颗粒，结构简单，体积小，成本较低。
现有的旋流除砂器有三个腔：环空腔、集液腔、集气腔，出气口设置于集气腔上部，由于分离效率随着分离器筒体直径增大而降低，所以除砂器容积不会太大，这导致当含有大量水的天然气突然涌出时，会短时间充满集液腔并涌入集气腔，通过集气腔上部的出气口排出，使夹带大量砂粒的浑水从出气口进入下一工序。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种除砂分离器及其除砂分离方法，以期望可以解决出气口有含砂浑水进入下道工序的问题。
为解决上述的技术问题，本发明一方面提供了一种除砂分离器，采用以下技术方案：
一种除砂分离器，包括筒体、进气口、旋流分离器、出气口、液位监测器、排污口；
所述筒体分为上筒体、下筒体，所述下筒体上方设置有下筒体入口，上筒体、下筒体通过下筒体入口连通；
所述旋流分离器安装于上筒体中，所述旋流分离器分为环空腔、集液腔、集气腔，所述环空腔与进气口连接，所述集气腔上部设置有溢流口，所述集液腔与所述集气腔连通，旋流分离器出口设置于下筒体入口；
所述出气口设置于上筒体中，所述排污口设置于所述下筒体底部。
当含有大量水的天然气进入除砂分离器时，通过环空腔后会短时间充满集液腔并涌入集气腔，本设计将集液腔与集气腔连通，气体通过集气腔上部的溢流口排出，出气口设置在上筒体中，避免夹带大量砂粒的浑水从出气口进入下一工序。
进一步的技术方案为，所述除砂分离器包括液位监测器，所述液位监测器控制筒体内部液位不高于出气口。
当上筒体内的液体高度达到液位监测器高度时，液位监测器控制进气口停止进气，能够避免液体从出气口排出。
更进一步的技术方案为，所述除砂分离器还包括筛管，所述筛管设置于下筒体入口处。
更进一步的技术方案为，所述筛管滤网采用不锈钢丝滤网，所述不锈钢丝滤网的过滤精度＜0.1mm。
更进一步的技术方案为，所述除砂分离器还包括冲洗装置，所述冲洗装置包括，进水口、冲洗环管；
所述进水口与所述冲洗环管连通，所述冲洗环管安装于筛管外侧，冲洗环管上设置有多个出水口。
旋流分离器出口排出液主要含水、大颗粒的砂和少量天然气，天然气仍可通过筛管过滤进入分离器上筒体，并经由出气口进入下一工序。
通过增加冲洗装置，定期用清水对滤网进行冲洗，能够防止滤网堵塞。
更进一步的技术方案为，所述除砂分离器还包括冲砂口，所述冲砂口设置于下筒体内。
常规除砂分离器为了使砂粒集中排出，下筒体底部有一定锥度，但由于形状的限制，该内锥的锥角往往小于砂粒的安息角，即砂粒仍要在内锥体上堆积。本设计中，为了增大排液口下的存砂容积，取消了内锥结构，当砂粒堆积在下筒体底部时，冲砂口会喷出水流，将底部砂粒冲出，避免了砂粒在下筒体底部过度堆积。
更进一步的技术方案为，所述排污口包括排液口、排砂口；
所述排液口设置于下筒体下部，所述排砂口设置于下筒体底部，所述排液口高于排砂口。
将排液排砂分开的原因是，井口排砂、排液不是均匀排出的，当采用连续除砂、间断排砂流程时，由于排液口下方的工作腔有一定容积，开启排液口时，可避免排液口窜气；关闭排液口，可避免排液口被堵塞。
更进一步的技术方案为，所述排砂口为T型结构，所述排砂口T型结构竖直端口与所述下筒体底部连接；
所述排砂口T型结构的其中一个水平端口为排污口，另一个水平端口为掏砂口，所述掏砂口可以打开。
当液体夹砂量大，排污口无法及时排砂时，可通过掏砂口手动排砂。
更进一步的技术方案为，所述筒体顶部设置有人孔。
该设计可以方便工作人员对除砂器进行更换，满足页岩气井在不同生产阶段的处理量需求。
本发明另一方面还提供了一种除砂分离方法，使用上述除砂分离器进行，具体包括以下步骤：井口天然气通过进气口进入所述除砂分离器，密度低的天然气从所述旋流分离器顶部溢流口流出，密度大的水和砂所述旋流分离器底部出口排出，天然气从溢流口排出后进入上筒体，再由出气口排出，进入下一工序，大颗粒的水和砂由于重力作用，进入到下筒体，通过排砂口排出。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：通过连通集液腔与集气腔，在集气腔上部设置溢流口，并将出气口设置于上筒体处，同时通过设置液位监测器，限制最高液位不高于出气口高度，避免了含有大量水的天然气突然涌出时，夹带大量砂粒的浑水从出气口排出。本发明还进一步改善了下筒体内部结构，使得经过过滤的砂粒容易排出，不易堵塞。
附图说明
图1为除砂分离器的结构图；
图2为冲洗装置和出气口的俯视图。
图中，1、筒体；1a、上筒体；1b、下筒体；2、人孔；3、进气口；4、旋流分离器；4a、环空腔；4b、集气腔；4c、集液腔；5、出气口；6、液位监测器；7、排砂口；7a、排污口；7b、掏砂口；8、排液口；9、筛管；10、冲洗装置；10a、进水口；10b、冲洗环管；11、冲砂口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
一种除砂分离器，参照图1，包括筒体1、人孔2、进气口3、旋流分离器4、出气口5、液位监测器6、排砂口7、排液口8、筛管9、冲洗装置10、冲砂口11；
所述筒体分为上筒体1a、下筒体1b，所述下筒体1b上方设置有下筒体1b入口，上筒体1a、下筒体1b通过下筒体1b入口连通；
所述筒体1顶部设置有人孔2；
所述旋流分离器4安装于上筒体1a中，所述旋流分离器4分为环空腔4a、集气腔4b、集液腔4c，所述环空腔4a与进气口3连接，所述集气腔4b上部设置有溢流口，所述集液腔4c与所述集气腔4b连通，旋流分离器4出口设置于下筒体1b入口；
所述出气口5设置于上筒体1a中；
所述液位监测器6控制筒体内部液位不高于出气口5，在本实施例中，液位监测器6为磁翻板液位计，安装于筒体1外部，当液位监测器6监测到筒体1内液位高度接近出气口5后，液位监测器6发出信号，控制进气口3进气。
所述筛管9设置于下筒体1b入口处，筛管9滤网采用不锈钢丝滤网，所述不锈钢丝滤网的过滤精度＜0.1mm。
所述冲洗装置10包括，进水口10a、冲洗环管10b；
所述进水口10a与所述冲洗环管10b连通，所述冲洗环管10b安装于筛管9外侧，冲洗环管10b上设置有多个出水口。
所述冲砂口11设置于下筒体1b内。
所述排液口8设置于下筒体1b下部，所述排液口8高度高于排砂口7。
所述排砂口7为T型结构，T型结构竖直端口与所述下筒体1b底部连接，所述T型结构的其中一个水平端口为排污口7a，另一个水平端口为掏砂口7b，所述掏砂口7b可以打开。
除砂分离器工作时，井口天然气通过进气口3进入旋流分离器4，密度低的天然气从所述旋流分离器4顶部溢流口流出，密度大的砂和水从所述旋流分离器4底部出口排出，排出液中还含有少量天然气，其中天然气仍可通过筛管9过滤进入分离器上筒体1a，并经由出气口5进入下一工序。
筛管9在过滤过程中，排出液中的部分砂会堵塞滤网，水从筛管9外侧的冲洗装置10会定期对滤网进行冲洗。
经过筛管9的排出液到达下筒体1b后，液体经过排液口8排出，固体的砂经过排砂口7排出，完成除砂作业。
除砂分离器工作时，当含有大量水的天然气进入除砂分离器时，混合物中的水会在短时间内充满集液腔4c并涌入集气腔4b，天然气通过溢流口排出，排出后，天然气进入上筒体1a，由出气口5排出，当上筒体1a内部的水位接近出气口5后，液位监测器6控制停止进气，限制最高液位不超过出气口5高度。
当下筒体1b内部砂粒堆积后，冲砂口11对下筒体1b内部进行冲砂处理；当排砂口7被堵塞后，打开掏砂口7b，将排砂口7内部的砂粒掏出。
实施例二
一种除砂分离的方法，使用上述除砂分离器作业，井口天然气通过进气口3进入所述旋流分离器4，密度低的天然气从所述旋流分离器4顶部溢流口流出，密度大的水和砂所述旋流分离器4底部出口排出，天然气从溢流口排出后进入上筒体1a，再由出气口5排出，进入下一工序，大颗粒的水和砂由于重力作用，进入到下筒体，通过排砂口7排出。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (10)
1.一种除砂分离器，其特征在于，包括筒体、进气口、旋流分离器、出气口、液位监测器、排污口；
所述筒体分为上筒体、下筒体，所述下筒体上方设置有下筒体入口，上筒体、下筒体通过下筒体入口连通；
所述旋流分离器安装于上筒体中，所述旋流分离器分为环空腔、集液腔、集气腔，所述环空腔与进气口连接，所述集气腔上部设置有溢流口，所述集液腔与所述集气腔连通，旋流分离器出口设置于下筒体入口；
所述出气口设置于上筒体中，所述排污口设置于所述下筒体底部。
2.如权利要求1所述的一种除砂分离器，其特征在于，还包括液位监测器，所述液位监测器控制筒体内部液位不高于出气口。
3.如权利要求1所述的一种除砂分离器，其特征在于，还包括筛管，所述筛管设置于下筒体入口处。
4.如权利要求3所述的一种除砂分离器，其特征在于，所述筛管滤网采用不锈钢丝滤网，所述不锈钢丝滤网的过滤精度＜0.1mm。
5.如权利要求1所述的一种除砂分离器，其特征在于，还包括冲洗装置，所述冲洗装置包括，进水口、冲洗环管；
所述进水口与所述冲洗环管连通，所述冲洗环管安装于筛管外侧，冲洗环管上设置有多个出水口。
6.如权利要求1所述的一种除砂分离器，其特征在于，还包括冲砂口，所述冲砂口设置于下筒体内。
7.如权利要求1所述的一种除砂分离器，其特征在于，所述排污口包括排液口、排砂口；
所述排液口设置于下筒体下部，所述排砂口设置于下筒体底部，所述排液口高于排砂口。
8.如权利要求7所述的一种除砂分离器，其特征在于，所述排砂口为T型结构，所述排砂口T型结构竖直端口与所述下筒体底部连接；
所述排砂口T型结构的其中一个水平端口为排污口，另一个水平端口为掏砂口，所述掏砂口可以打开。
9.如权利要求1所述的一种除砂分离器，其特征在于，所述筒体顶部设置有人孔。
10.一种除砂分离的方法，其特征在于，利用如权利要求1-9任一项所述的除砂分离器进行，具体包括以下步骤：井口天然气通过进气口进入所述除砂分离器，密度低的天然气从所述旋流分离器顶部溢流口流出，密度大的水和砂所述旋流分离器底部出口排出，天然气从溢流口排出后进入上筒体，再由出气口排出，进入下一工序，大颗粒的水和砂由于重力作用，进入到下筒体，通过排砂口排出。
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