CN103223277B - 一种多相激振除砂器及含砂流体的除砂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多相激振除砂器及含砂流体的除砂方法，安装在油气混输泵前端，包括一立式除砂器壳体，在壳体顶部设置有气液进口并连接一入口立管；在壳体内装有滤网框，滤网框下部的容器空间为集砂室，所述集砂室的底部设置有排砂口，侧壁设一加水口；滤网框上部为封闭导流体，下部为圆筒形滤网框，两者连为一体。在封闭导流体外侧壁上设置有下垂并向外散开的弹性激振板；圆筒形滤网框底部出口连接一波纹管，通向壳体底部设置的气液出口。本发明提供了一种全新结构的多相介质除砂器及除砂方法，可大幅度减小除砂器压差和滤网损坏更换周期，降低运行和维护成本，实现线洗砂、排砂，保障混输泵高效平稳运行。
Description
技术领域
本发明属于石油开采中地面工程油气混输技术领域，具体涉及一种增压混输工艺***中使用的多相激振除砂器及多相激振除砂方法。
背景技术
目前，在油田地面工程油气集输***中，越来越多地采用增压加热油气混输工艺，其***与流程如图1所示：井区油气混合物经容器式油气分离器1分离后，气液部分先通过进泵汇管2，经并联混输泵组3进行输送，再通过进炉汇管4进入管式加热炉5中进行加热，最后再进入长距离油气混输管道6中；而从油气分离器1中分离出来的一部分天然气则被引入管式加热炉5中作为燃料气使用。
生产实践证明，该工艺***中的主要设备并联混输泵组3和管式加热炉5的运行效率低、故障率高，维持***长期正常运行的操作维护难度大、成本高。其根本原因在于设备自身结构不合理，或未建立起科学合理的配置***，其中混输泵就存在这样的问题：混输泵的泵配过滤器除砂效果差，导致双螺杆混输泵磨损速度加快，更新维护费用高；过滤器采取人工拆卸排砂及更新维护方式，不符合SHE要求。
目前的泵配过滤器组装在混输泵的入口端，主要为网框式，分立式和卧式两种。工作原理为：流体进入网框内侧，将砂子等固体颗粒拦截在框内，气液介质穿过未被固体颗粒阻塞的滤网进入泵入口。这种过滤器的主要问题有两个：
（1）随着网框内固体颗粒的累积，被固体颗粒封堵的滤网面积将逐渐增大，可流通气液介质的滤网面积逐渐减少，引起过滤压差上升，易造成滤网压塌损坏；需要定期停泵，清理积砂或更换滤网，即增加维护费用又带来操作麻烦。
（2）清理或更换滤网时，需要就地打开过滤器的盲法兰盖，人工抽出滤网框，倒出其内的固体存积物。在寒冷地区，因混输泵及其过滤器均设在室内，在过滤器滤网清理或更换的操作过程中，原油流淌到地面、天然气散发到泵房空间，而且清理出的固体颗粒中粘附的油污无法清洗，造成难以避免的安全和环保问题。
发明内容
为解决现行增压油气混输工艺***中混输泵过滤器除砂效果差，维护费用高的问题，本发明目的在于提供一种连接在油气分离器和油气混输泵之间可不停产工况下在线清洗积砂、降低操作维护成本的新的多相激振除砂器。
为解决上述问题，本发明采取以下技术方案：一种多相激振除砂器，其特征在于：它包括一立式除砂器壳体，在所述壳体顶部设置有气液进口并连接一入口立管；在所述壳体内装有滤网框，所述滤网框下部的容器空间为集砂室，所述集砂室的底部设置有排砂口；所述滤网框上部为封闭导流体，下部为圆筒形滤网框，所述封闭导流体与所述圆筒形滤网框连为一体，在所述封闭导流体外侧壁上设置有下垂并向外散开的弹性激振板；所述圆筒形滤网框底部出口连接一波纹管，通向所述壳体底部设置的气液出口。
所述入口立管由倒U形段和竖直段组成，所述倒U形段连接于壳体顶部的气液进口，竖直段连接于油气混输管道。
所述封闭导流体为一圆锥形导流帽，所述导流帽的小端与所述壳体顶部的进口相对，在所述导流帽外壁上设置有所述弹性激振板，所述弹性激振板上端与圆锥形导流帽固定，下端为自由端。
所述弹性激振板为一弹簧钢板。
所述封闭导流体顶部有一限位杆，间隙式***在所述壳体顶部的气液进口中。
在所述圆筒形滤网框的***，沿轴向固定套设几个圆台形导流罩，圆台形导流罩大端朝上，小端与所述圆筒形滤网框外壁具有一定的间隙；在所述圆台形导流罩的侧面与除砂器壳体之间连接几个肋板。
所述圆台形导流罩的竖截面为一梯形。
在所述集砂室的侧面还装设有加水管，通向所述集砂室。
本发明另一目的在于提供一种含砂流体的除砂方法。
该除砂方法使用前述的多相激振除砂器，含砂流体从所述入口立管流入，流体中气液介质经所述气液出口排出，流体中的砂子由集砂室的排砂口排出。
具体包括以下过程：含砂流体流进入口立管，在上升的管段内形成由液塞和气塞构成的段塞流，段塞流经圆锥形导流帽向下洒落，冲击弹性激振板使其产生指向壳体轴线的上、下弹性位移，并在弹簧钢板的弹力作用下复位的周期性振动，带动与之连接在一起的圆筒形滤网框产生周期性振动，含砂流体中气液介质穿过滤网进入到网内侧并汇集到波纹管，经气液出口排出；含砂流体中的砂子被拦截在滤网的外侧，在重力和圆筒形滤网框振动的共同作用下，沉落到集砂室中，由排砂口将砂子排出。
排砂时，先打开加水管的阀门向集砂室中通入热水，冲洗砂子中的油污，洗出的油污漂浮在热水上部并漫过集砂室进而穿过圆筒形滤网框的滤网与气液介质一起汇集到波纹管经气液出口排出；洗砂操作完成后，再打开排砂口的阀门排砂。
本发明提供的多相激振除砂器及除砂方法能够利用流体反向进入滤网框的原理，在不停产工况下在线清洗积砂并通过短程管道排放至室外运砂车中，降低操作维护成本，保障安全环保。
由于采取以上方案，本发明能够获得以下有益效果：
1、这种除砂器具有含砂流体反向进入滤网框，滤网框中无积砂；被拦截的固体颗粒在贴近网框外侧被振动的网框抖落，砂粒不阻塞滤网孔眼、不降低滤网过滤面积、保持其过滤压差不上升的功能。而且，被拦截的固体颗粒积存在设备底部的集砂室排出，与滤网不接触，可在不停产工况下实现在线清洗积砂并通过短程管道排放至室外运砂车中。
2、由于其特殊的结构与工作原理，该除砂器可消除由固体颗粒堵塞而产生的过滤压差上升，使滤网的损坏率大幅度降低、更换周期大幅度延长，实现了低维护费用和安全环保操作运行。
3、在该装置的入口设置入口立管，形成竖直向上的气液段塞流，由间歇流入的液塞冲击弹性激振板，激发除砂器网框整体上下振动、抖落贴近滤网的砂粒、防止孔眼堵塞的效果。
4、该除砂器可接在油气分离器之后油气混输泵组入口匀流装置之前，以集中除去总液气流体中的固体颗粒，减少固体颗粒在后续的混输泵组入口匀流装置中沉积和对混输泵的损害。它还可应用于与此类似的含砂流体的净化工艺中。
附图说明
图1显示现有技术中增压加热油气混输***及工艺流程。
图2显示本发明第一实施例中增压加热油气混输***的工艺流程。
图3显示本发明第二实施例中增压加热油气混输***的工艺流程。
图4显示本发明多相激振除砂器的结构图。
图5显示了滤网框的横截面图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清楚，下面结合附图和实施例具体的介绍。
本发明提供的一种多相激振除砂器10，可以布置在图2、图3所示的油气混输***和工艺流程中：多相激振除砂器10的进口与油气分离器20的气液出口连接，多相激振除砂器10的气液出口经过进泵汇管30与油气混输泵组40连接，油气混输泵组40再通过进炉汇管50进入管式加热炉60中进行加热，最后再进入长距离油气混输管道70中；或者，多相激振除砂器10的进口与油气分离器20的气液出口连接，多相激振除砂器10的气液出口与一匀流装置80连接，匀流装置80的出口再与油气混输泵组40连接。
多相激振除砂器10，自身结构如图4所示，包括一立式除砂器壳体11，在壳体11顶部设有气液进口并连接一较长的入口立管12，入口立管12由倒U形段121和竖直段122组成，倒U形段121连接于壳体顶部的进口，竖直段122连接于油气分离器20的出口。
在壳体11的底部设置有气液出口13和排砂口14；在壳体11内装有滤网框，滤网框下部的容器空间为集砂室16，排砂口14设在集砂室16的底部。
滤网框上部为封闭导流体151，下部为圆筒形滤网框152。封闭导流体的小端与壳体顶部的进口相对，并设有一限位杆，***在气液进口中；封闭导流体151与圆筒形滤网框152连为一体，圆筒形滤网框152的底部出口通过一波纹管通向壳体底部设置的气液出口。
一个具体的实施例是：如图4所示，封闭导流体包括一圆锥形导流帽，圆锥形导流帽为全封闭结构并且小端朝上，在小端顶部设一限位杆穿入在壳体顶部的气液进口中。在圆锥形导流帽外壁上设置有下垂并向外散开的弹性激振板153，弹性激振板153为一弹簧钢板，上端与圆锥形导流帽固定，下端为自由端。圆筒形滤网框152是由在内的滤网支撑筋板154和在外的滤网155围成的筒形结构（如图5所示），固定在导流帽的底端。
在圆筒形滤网框152的***，沿轴向固定套设几个圆台形导流罩156，圆台形导流罩156大端朝上，小端朝下，小端与圆筒形滤网框152之间留有足够的间隙，为滤网框振动产生径向位移留出空间；在圆台形导流罩156的侧面连接几个肋板157，以将圆台形导流罩固定到壳体11上。
进一步讲，圆台形导流罩156的竖截面为一梯形。
在圆筒形滤网框152的底端封闭且有一出口，出口连接一波纹管17，波纹管17通向气液出口13。
进一步讲，在集砂室16的侧面还装设有加水管18，通过操作其上的阀门适时向集砂室16中通入热水，一是为了冲洗砂子中的油污，二是当砂子堆积较多时，有利于排砂。
多相激振除砂器10的工作方式为：气液混合物（含砂流体）流进较长的入口立管12，在上升的管段内形成段塞流（段塞流由液塞和气塞构成），当液塞进入除砂器顶部时，经圆锥形导流帽151向下洒落，冲击弹性激振板153，使其产生指向壳体11轴线的上、下弹性位移，当随后的气塞来临、液塞冲击力解除时，弹性激振板153在弹簧钢板的弹力作用下，恢复到原位。因段塞流是一种具有一定频率的周期性液塞冲击流动，弹性激振板153在这种冲击流动作用下呈现位移与复位的周期性振动状态，从而带动与之连接在一起的圆筒形滤网框152产生周期性振动，气液介质穿过滤网进入到网内侧，并汇集到圆筒形滤网框152下部的波纹管17，经气液出口13排出；流体中的砂子被拦截在滤网的外侧，在重力和圆筒形滤网框152振动的共同作用下，沉落到圆筒形滤网框152下部的集砂室16中，从而避免了由滤网堵塞、压降增大引起的滤网框压塌损坏。打开排砂口14的阀门，可将砂子在线（指在除砂器的正常工作状态下，而不是停产状态下；排砂是是间歇的，周期性的）排出。
当集砂室16中的砂子积累到接近波纹管17下部边缘，需要排砂时，先打开加水管18的阀门，向集砂室16中通入热水，冲洗砂子中的油污，洗出的油污漂浮在热水上部并漫过集砂室16进而穿过圆筒形滤网框152的滤网与气液介质一起汇集到波纹管17经气液出口13排出，排出的油气水混合介质进入油气混输泵组40，洗砂操作完成后，再打开排砂口14的阀门，排砂。
本发明多相激振除砂器10，通过在线清洗积砂并经短程管道排放到室外运砂车中，避免了固体颗粒堵塞滤网。多相激振除砂器10除去油气混合物中的砂子等固体颗粒，也减缓了对混输泵的磨损。工程应用结果表明，使用本发明多相激振除砂器后，滤网框的更换周期达到了2年以上，比在单泵入口设置的常规过滤器延长了2倍以上，并实现了在线除砂、集砂、洗砂和排砂，到达了安全环保操作要求。
在一个可选的应用实例中，多相激振除砂器10是在油气分离器和进泵汇管之间增设的除砂装置，请比较图1和图2；另一可选的应用实例中，如图3所示，多相激振除砂器10的气液出口可以先与一匀流装置80连接，匀流装置80的出口再与并联的多个油气混输泵相连。这样一股油气混合流体等分成若干股相同气液流量的油气混合流体进入混输泵组，可确保并联运行的混输泵组中各台泵的入***气率一致，避免偏流的发生，消除由入***气率超限引起的混输泵螺杆过热磨损与运行故障。
在其它应用实例中，本发明多相激振除砂器还可以扩展应用到类似的含砂液流的输送以及净化工艺设备中。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (12)
1.一种多相激振除砂器，其特征在于：它包括一立式除砂器壳体，在所述壳体顶部设置有气液进口并连接一入口立管；在所述壳体内装有滤网框，所述滤网框下部的容器空间为集砂室，所述集砂室的底部设置有排砂口；
所述滤网框上部为封闭导流体，下部为圆筒形滤网框，所述封闭导流体与所述圆筒形滤网框连为一体，在所述封闭导流体外侧壁上设置有下垂并向外散开的弹性激振板；所述圆筒形滤网框底部出口连接一波纹管，通向所述壳体底部设置的气液出口。
2.根据权利要求1所述的多相激振除砂器，其特征在于：所述入口立管由倒U形段和竖直段组成，所述倒U形段连接于壳体顶部的气液进口，竖直段连接于油气混输管道。
3.根据权利要求1或2所述的多相激振除砂器，其特征在于：所述封闭导流体为一圆锥形导流帽，所述导流帽的小端与所述壳体顶部的进口相对，在所述导流帽外壁上设置有所述弹性激振板，所述弹性激振板上端与圆锥形导流帽固定，下端为自由端。
4.根据权利要求3所述的多相激振除砂器，其特征在于：所述弹性激振板为一弹簧钢板。
5.根据权利要求4所述的多相激振除砂器，其特征在于：所述封闭导流体顶部有一限位杆，间隙式***在所述壳体顶部的气液进口中。
6.根据权利要求5所述的多相激振除砂器，其特征在于：在所述圆筒形滤网框的***，沿轴向固定套设若干个圆台形导流罩，所述圆台形导流罩大端朝上，小端与所述圆筒形滤网框外壁具有一定的间隙；在所述圆台形导流罩的侧面与除砂器壳体之间连接若干个肋板。
7.根据权利要求3所述的多相激振除砂器，其特征在于：在所述圆筒形滤网框的***，沿轴向固定套设若干个圆台形导流罩，所述圆台形导流罩大端朝上，小端与所述圆筒形滤网框外壁具有一定的间隙；在所述圆台形导流罩的侧面与除砂器壳体之间连接若干个肋板。
8.根据权利要求1或2所述的多相激振除砂器，其特征在于：在所述圆筒形滤网框的***，沿轴向固定套设若干个圆台形导流罩，所述圆台形导流罩大端朝上，小端与所述圆筒形滤网框外壁具有一定的间隙；在所述圆台形导流罩的侧面与除砂器壳体之间连接若干个肋板。
9.根据权利要求6所述的多相激振除砂器，其特征在于：在所述集砂室的侧面还装设有加水管，通向所述集砂室。
10.一种含砂流体的除砂方法，其特征在于：使用权利要求1至9任一所述的多相激振除砂器，含砂流体从所述入口立管流入，流体中气液介质经所述气液出口排出，流体中的砂子由集砂室的排砂口排出。
11.根据权利要求10所述含砂流体的除砂方法，其特征在于，包括以下过程：含砂流体流进入口立管，在上升的管段内形成段塞流，段塞流经圆锥形导流帽向下洒落，冲击弹性激振板使其产生指向壳体轴线的上、下弹性位移，并在弹簧钢板的弹力作用下复位的周期性振动，带动与之连接在一起的圆筒形滤网框产生周期性振动，含砂流体中气液介质穿过滤网进入到网内侧并汇集到波纹管，经气液出口排出；含砂流体中的砂子被拦截在滤网的外侧，在重力和圆筒形滤网框振动的共同作用下，沉落到集砂室中，由排砂口将砂子排出。
12.根据权利要求11所述含砂流体的除砂方法，其特征在于：排砂时，先打开加水管的阀门向集砂室中通入热水，冲洗砂子中的油污，洗出的油污漂浮在热水上部并漫过集砂室进而穿过圆筒形滤网框的滤网与气液介质一起汇集到波纹管经气液出口排出；洗砂操作完成后，再打开排砂口的阀门排砂。
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