原油井口管流除砂器

本发明涉及一种用于去除原油中砂粒的装置。

在石油开采过程中，由于油气水三相混合物的流动对油层的冲刷， 油井产物中不可避免地夹带有一些砂子，这些砂子即随油气水三相混 合物带到地面。目前我国东部各大油田的生产已进入高含水开发期， 由于水量的大幅度上升(综合含水达85～90％)，油井产物中砂子的 含量也相应增高。在油气集输过程中，砂子的存在严重影响到油气水 三相混和物的分离、计量、加热、脱水以及污水处理等各个工艺环节 及设备的正常运行。例如，砂子的存在可能堵塞计量设备仪器流道， 影响计量的准确性，损坏仪表接触部件，对计量仪器的危害极大；由 于砂粒的存在将加速动力部件(如泵)与管道弯头、阀门的磨损、腐 蚀，降低设备的效率与寿命，甚至损坏设备，造成极大危害；另外， 砂子对污水处理、密闭集输、原油加热、脱水分离等工艺设备也有很 大的影响及危害。

对于象原油除砂这样的粗分离任务而言，目前技术经济性均好， 行之有效的办法仍然是借助于混合物中气、液、固三相物质间的密度 差来实现分离。其中最为简单的是完全依靠重力进行的自然沉降分 离，这种方法目前十分常见，但分离效率低，初始投资大，所需场地、 设备都十分庞大。

为提高分离效率，目前世界各国普遍采用了水力旋流器除砂方法， 即在井中含砂油气水混合物经破乳和气液分离后，再将含砂油水混合 物高速切向喷入水力旋流器形成高速旋切向下流动，使得密度较大的 砂子在重力和离心力的作用下甩向水力旋流器壁面并沉淀到底部，再 将砂子从底部排除。例如美国BEST公司现用的除砂工艺即是这种类 型，国内一些单位也在研究开发或改进这种除砂工艺。与普通的重力 自然沉降型分离工艺比较，水力旋流除砂法具有结构紧凑、占地面积 小、分离效率高等优点。但这种工艺流程复杂、流动阻力大，工艺流 程中间不得不使用升压泵，利用泵动力驱动携砂油水混合物来实现高 速旋流状态，无法避免砂子对泵体的损害，因此升压泵很容易出现故 障。为减少或消除水力旋流法中中间升压泵易发事故所造成的损失， 世界各国都在积极研制开发多种形式的特殊多相泵或特殊的材料与零 件，但欧美各先进国家已有的成熟技术都是整套工艺设备配套整机销 售，价格过高，并且并未从根本上解决上述问题，实际运行中仍存在 一些无法克服的困难，因而未在我国得到广泛使用。

此外还有将含砂油水混合物送进一容器，容器壁依靠电动力作高 速旋转，或者容器内加装高速旋转的搅动器带动流体形成高速旋流以 实现除砂目的。其原理特点和工艺过程与水力旋流除砂器基本类似， 同样具有水力旋流除砂工艺的一些优缺点，目前在我国推广应用仍有 很大难度。

本发明的目的在于克服现有除砂工艺技术中的问题，从油气水砂 四相混合物在管流中作多相流动的基本规律出发，研究开发出流程简 单、无易损部件、低阻力、借助油井剩余能量而无需外加驱动力从管 道中直接除砂的除砂装置。

本发明包括一螺旋管线，螺旋管线一端包括一可连接到油井的集 输管线的入口，螺旋管线的另一端配置一出砂口及一无砂油气水出 口。螺旋管线与出砂口的交汇处配置一楔片。

图1是本发明的工艺结构图。

图2是本发明的结构原理图。

图3是本发明的A-A剖视图。

图4是本发明的级分离效率曲线。

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细的说明。

参照图1、2，本发明包括一螺旋管线2，螺旋管线2的端口配置 一出砂口7，管线2与出砂口7的交汇处配置一楔片6。另外，图1、 2中，P是压力表，T是热电偶，D是螺旋管螺旋直径，DP是差压， 1，3，5是阀门，4是无砂油气水气液分离器。

参照图3，楔片6的安装角θ1≥θ2。

来自油进油气水砂混合物由阀门1流进本发明的螺旋管线2，混 合物在离心力作用下形成高速旋转运动，并形成按密度由大到小从螺 旋管线2外侧逐渐向内侧的分相分层流动。砂子因其密度大大高于气 体和油水液体而密集于螺旋管某一局部侧壁(一般为外侧)附近的薄 层内贴壁流动，即将大多数砂子方便高效地送入出砂口7。

这种除砂工艺在原理上仍然继承了水力旋流器中高速旋转运动中 产生极高的离心加速度、从而加大因混合物中各相的密度差而引起的 场力差来强化除砂分离的思想，因而具有水力旋流器的优点，并且在 这一工艺流程中，混合物高速旋转运动的实现是在气液分离之前，利 用油井剩余能量，借助大量高速气流的卷携作用使液相(油水混合物) 及砂子形成高速流动，不必引入中间升压泵来驱动液体(油水混合物) 及砂子实现高速流动，避免了因使用中间升压泵所带来的许多难以解 决的问题；另一方面，直接从混合物集输管线中除砂，除砂工艺流程 中不需要再附加其它任何的气液预分离器，以及储液与缓冲设备，既 减小工艺设备的实始投资，又使流程简化。流动阻力及其它损失也可 减到最小；而整个除砂工艺只需在原集输管线上加装一螺旋型除砂管 段，改造施工量也小，并且结构简单、加工方便。与水力旋流器相比， 其流动阻力大大减小(仅为其数分乃至十数分之一)，流程简单，操 作方便，无特殊设备和部件，运行费用极低，初始投资大大减小，可 以说非常适合油田生产实际，是最理想的除砂工艺。

同一除砂方法和结构，对不同粒径的砂粒有不同的分离效率(级 效率)，而进料砂粒的粒径分布在很大程度上决定了总的分离效率(即 除砂率)，此外，受出砂口排液量的影响，从除砂器方法和结构上来 说完全可以分离出来的砂粒不一定被分离出来，这只是选择最佳出砂 口的结构和布置方式的问题，与除砂器的原理及工艺方法是否正确和 合理是没有关系的。通过对比除砂器进口粒径分布和除出砂粒的粒径 分布得出除砂器的除砂级效率是一种比较准确的方法。

附图4是本发明装置在试验中除砂器分离级效率曲线。

从粒径分布和分离级效率曲线可算得，使用本发明的原油井口管 流除砂器对74μm以上砂粒的总分离效率为92.39％。