一种页岩气高效除砂装置、除砂系统及除砂方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种页岩气高效除砂装置，包括壳体、转轴、涡轮、加速叶轮、分散叶轮和过滤器；所述壳体的上方设置出口，所述壳体的下方设置入口，所述壳体的底部设置排砂口；所述转轴设置于所述壳体内部；所述涡轮设置于所述转轴上，包括多个涡轮叶片，所述涡轮叶片的位置与入口相对；所述加速叶轮设置于所述涡轮上方的转轴上，所述分散叶轮设置于所述涡轮下方的转轴上；所述过滤器设置于所述出口与所述加速叶轮之间，所述过滤器下方设置加液口。一种包括除砂装置的除砂系统和除砂方法，利用井下高压流体带动轴向涡轮旋转，充分搅拌携砂液并带动径向加速叶轮旋转，对气

【技术实现步骤摘要】
一种页岩气高效除砂装置、除砂系统及除砂方法


[0001]本专利技术涉及一种页岩气高效除砂装置、除砂系统及除砂方法，属于页岩气开采净化


技术介绍

[0002]井口天然气大量含砂一直是困扰油气开采及集输的重要问题之一，它的压力高、含砂量大，对输送管道、阀门等管道元件造成严重的磨蚀，给管线和系统造成极大的安全隐患。页岩气开发工艺又多以加砂压裂工艺，这就更加剧了井口天然气含砂量，给后续装置提出了严峻的挑战。例如，在用于控制液位报警的油水界面浮子上若有砂沉积可以造成操作和控制失灵。在加热装置的表面沉积有砂能够影响热传导，甚至可以造成局部过热，引起穿孔；另外含砂流体可以引起容器内壁、阀门及管道金属表面迅速腐蚀，而且还可以造成机泵的泵壳、盘根和叶轮等的磨损。沉积在管道和设备中的砂，不仅降低设备处理的能力，甚至容易造成工艺设备和管道的堵塞，造成极大的安全隐患。
[0003]目前页岩气开采中的除砂设备主要是旋流除砂器和过滤除砂器两种。旋流式除砂器多为立式结构，是利用离心原理将不同密度的砂粒与油气分离除去，但是旋流式除砂器的分离精度较低，脱除砂粒的精度只能达到60μm左右，主要是气井中流体性质、流态的复杂性造成。在垂直管流过程中极易形成液态、气态相间的段塞流，还因气体的可压缩性，使得除砂器中旋流不连续，离心力变化大，再加之排出的压裂液未全部降解，还具备一定的携砂能力，会间断性的造成部分砂粒混合于油气流进入到后续的装置管道系统。
[0004]过滤除砂器是应用筛分技术，具有下列缺点:1、分离精度低，天然气需从滤筒中穿过，天然气使已被脱除的砂粒反复扰动，砂粒易在滤筒上的除砂缝上卡住，当卡住砂粒较多时，除砂器压降增大后除砂缝会被局部胀开，部分较大的砂粒会通过除砂缝，使除砂器达不到除砂的精度和效率，脱除砂粒的精度只能达到100μm；2、卧式滤筒式除砂器的滤筒较小，单台设备天然气处理量较小，容砂量较小，仅适用于高压单井站，集气站使用需多台并联，现场操作维护工作量较大。
[0005]可见常规除砂器存在以下问题：1、除砂器分离效率低(一般在0.25mm)；2、除砂效果不稳定性；3、采用人工出砂；4、无法实现不停产作业，进行清砂或更换滤芯。

技术实现思路

[0006]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种页岩气高效除砂装置、除砂系统及除砂方法，本专利技术除砂精度高，分离速度快效率高。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种页岩气高效除砂装置，包括壳体、转轴、涡轮、加速叶轮、分散叶轮和过滤器；
[0009]所述壳体的上方设置出口，所述壳体的下方设置入口，所述壳体的底部设置排砂口；
[0010]所述转轴设置于所述壳体内部；
[0011]所述涡轮设置于所述转轴上，包括多个涡轮叶片，所述涡轮叶片的位置与入口相对；
[0012]所述加速叶轮设置于所述涡轮上方的转轴上，所述分散叶轮设置于所述涡轮下方的转轴上；
[0013]所述过滤器设置于所述出口与所述加速叶轮之间，所述过滤器下方设置加液口。
[0014]本专利技术除砂的工作流程是：壳体内设置高于入口高度的絮凝液，井下的高压流体通过入口进入除砂装置，高压流体会冲击涡轮叶片带动涡轮转动(实现流体动能转换为转动机械能)，涡轮转动带动转轴转动，最终使得转轴上的加速叶轮和分散叶轮转动。
[0015]高压流体进入除砂装置后与絮凝液混合，气固液分离，气体随液雾和微小固体颗粒溢出上升向顶部运动，固相液相在分散叶轮带动下与絮凝液充分混合絮凝，从底部的排砂口排出，实现一级分离(气
‑‑
固液分离)。
[0016]加速叶轮作为压缩叶轮，流体通过加速叶轮作用后的压力会提高，对上升的流体进行加速，流体中气固雾的质量不同，同样条件下得到的加速度不同，使得气体从流体中分离出来；并且加速叶轮转动会在背部形成低压区，有利于高压流体中气体溢出，最终经过分离的流体达到过滤器，气体通过过滤器从出口排出进入生产流程，实现二级分离(气
‑‑
固(雾)分离)；在此过程中加速叶轮会切割流体束，使得流体不连续，便于气体与液固分离从过滤器溢出。
[0017]本专利技术中通过加液口补充絮凝液，排砂口排出携砂液体，在除砂装置中保持有液体流出，带动砂砾不断排出，从而不需要停产进行人工排砂，提高除砂效率。而返排液作为一种携砂液具有携砂功能，在本专利技术中可以作为絮凝液使用。
[0018]本专利技术中利用高压流体的压能转化成分离所需的机械转动能予以利用，除砂精度在50μm以下，固液分离速度快效率高达到(1
‑
20)x104m3/d的处理量。
[0019]作为优选，所述涡轮与加速叶轮之间设置反向安装的减速机。
[0020]在上述方案中，通过反向安装减速机，从而达到加速的作用，从而使得加速叶轮的转速更快，更有利于气体分离。
[0021]作为优选，所述加速叶轮上方设置分离板。
[0022]作为优选，所述分离板设置于内壳上，所述内壳上设置砂孔。
[0023]作为优选，所述分离板从内壳向下倾斜设置。
[0024]在上述方案中，上升的流体经过加速叶轮加速后会碰撞分离板，经过碰撞后使得气固雾分离，气体继续上升，液滴和固体微颗粒随着倾斜的分离板通过砂孔抛向壳体的内壁，在内壁随加液口注入絮凝液形成的水幕流回底部液面。
[0025]作为优选，所述转轴上设置多个加速叶轮。
[0026]在上述方案中，通过多级设置的加速叶轮，使上升的流体经过多次的分离，从而提高除砂的精度。
[0027]作为优选，所述分离板包括多层间隔设置的分离板层，分离板层包括多块间隔设置的挡板，相邻两分离板层上的挡板交错设置。
[0028]作为优选，所述分离板包括间隔设置的第一分离板层和第二分离板层，所述第一分离板层和第二分离板层均包括多块间隔设置的挡板，所述第一分离板层和第二分离板层上的挡板交错设置。
[0029]在上述方案中，多块挡板间隔设置围合形成第一分离板层和第二分离板层，第二分离板层上的挡板完全挡住第一分离板层上挡板之间的间隔；上升流体与分离板碰撞时，部分流体与第一分离板层发生碰撞分离，剩余流体通过第一分离板层的间隙与第二分离板层发生碰撞分离，流体中的气体通过第一分离板层和第二分离板层的间隙继续上升，而流体中的液滴和颗粒则会被第一分离板层和第二分离板层挡下来，抛到壳体的内壁流下。
[0030]作为优选，所述加速叶轮的下方设置从下到上收拢的聚气板。
[0031]作为优选，所述加速叶轮的下方设置圆台形的聚气板。
[0032]作为优选，所述聚气板的顶面直径不大于加速叶轮的转动直径
[0033]在上述方案中，聚气板能够将从絮凝液中溢出的气体聚拢，上升到加速叶轮下方，经过加速叶轮搅拌、切割，有利于壳体和气体分离。
[0034]作为优选，所述转轴与所述壳体同轴。
[0035]作为优选，所述过滤器为丝网除沫器。
[0036]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种页岩气高效除砂装置，其特征在于：包括壳体、转轴、涡轮、加速叶轮、分散叶轮和过滤器；所述壳体的上方设置出口，所述壳体的下方设置入口，所述壳体的底部设置排砂口；所述转轴设置于所述壳体内部；所述涡轮设置于所述转轴上，包括多个涡轮叶片，所述涡轮叶片的位置与入口相对；所述加速叶轮设置于所述涡轮上方的转轴上，所述分散叶轮设置于所述涡轮下方的转轴上；所述过滤器设置于所述出口与所述加速叶轮之间，所述过滤器下方设置加液口。2.如权利要求1所述的页岩气高效除砂装置，其特征在于：所述涡轮与加速叶轮之间设置反向安装的减速机。3.如权利要求1所述的页岩气高效除砂装置，其特征在于：所述加速叶轮上方设置分离板。4.如权利要求3所述的页岩气高效除砂装置，其特征在于：所述分离板设置于内壳上，所述内壳上设置砂孔。5.如权利要求4所述的页岩气高效除砂装置，其特征在于：所述分离板从内壳向下倾斜设置。6.如权利要求3所述的页岩气高效除砂装置，其特征在于：所述分离板包括间隔设置的第一分...

【专利技术属性】
技术研发人员：马梓瀚，段向华，刘书豪，廖玉华，梁锋，侯均辉，李丞，张利艳，周娟，
申请(专利权)人：四川宏华石油设备有限公司，
类型：发明
国别省市：