气体除砂器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及气体净化领域，更具体地涉及从气流移除固体，特别是从来自生产油井的天然气流移除固体。
【背景技术】
[0002]成熟气田中的油井气流具有随着时间的增长产生越来越多固体比如砂的趋势。为了防止固体积聚和对下游设备(包括阻流阀、分离器、立管、管线、水力旋流器和栗)的腐蚀，并且为了保证生产设备的连续操作，移除固体是很重要的，优选地在分离步骤中尽早进行。
[0003]气流中存在固体在生产天然气中是一个主要挑战。这种气流的速度可以高于1m/S，导致下游设备的严重腐蚀，以及设备的堵塞。
[0004]现有的从气流移除固体的方案通常对较大类型的固体，如砂来说，是有效的。然而，当使用用于串列式(inline)分离系统的现有技术时，对于小颗粒尺寸固体(颗粒尺寸小于5微米)的移除，如在细砂和粘土中发现的，并不有效。这对于相对较干的气流来说尤其如此，其中液体的同时凝聚无助于固体的移除。当气流相对较湿时，在比如气液分离器中分离的液体也会有助于移除大量的固体，即使是细砂和粘土。
[0005]在现有技术的角度来说，需要一种从连续气流将固体移除的设备和方法。特别地，需要从相对较干气流中移除细砂和粘土的方案。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种从连续气流移除固体的装置。除了从连续气流分离较大尺寸的固体如砂外，该装置也能够将较小尺寸的颗粒比如细砂和粘土分离。这种分离即便是针对干的气流来说也是有效的。根据本发明的装置由所附的权利要求限定，并限定如下:
[0007]在本发明的第一方面，从气流移除固体的装置包括纵向中空元件，纵向中空元件包括:入口 ；第一出口和第二出口 ；和用于气流的内部旋转生成元件，旋转生成元件使气流绕着中空元件的中心线旋转，并且在中空元件的纵向方向上布置在第一出口与第二出口之间，并且旋转生成元件包括中心轴向通道，所述通道经由抽取管线流体连接到第一出口，所述第一出口在中空元件的纵向方向上布置在入口和旋转生成元件之间，其中中空元件的部段布置在第二出口和旋转生成元件之间，并具有在中空元件纵向方向上朝向第二出口递减的内周。具有递减内周的部分可布置成相对于中空元件的中心线同心或者偏心，且有利地可包括大致水平的下部。当中空元件的中心线处于水平时，具有大致水平下部的部段将有助于在第二出口方向上更为有效地传输固体。
[0008]旋转生成元件的中心轴向通道可进一步被限定为具有入口和出口，并且旋转生成元件具有旋转生成装置。旋转生成装置可比如包括叶片或者轮叶，该叶片或轮叶被布置为在与中空元件的纵向方向偏离的方向上引导气流。旋转生成元件的中心轴向通道的入口位于旋转生成装置下游，且所述通道的出口与气体抽取管线流体连接。
[0009]在根据本发明的装置的另一个方面，纵向中空元件的第二出口与用于积聚固体的容器流体连接。
[0010]在本发明的又一个方面，该装置包括具有至少第一出口的壳体，在壳体内布置纵向中空元件的至少部分，从而在壳体的内表面与中空元件的外表面之间形成空间，所述空间与中空元件的第一出口和壳体的第一出口流体接触。该空间可被中空元件与壳体之间的密封连接部限界，其中这些连接部布置在中空元件的第一出口的沿所述元件纵向的相反侧上。该空间有利地可为环形，或者适合于将壳体的第一出口流体连接到纵向中空元件的第一出口的任何其它形状或形式。
[0011 ] 在一个方面，壳体包括入口，且壳体的入口与纵向中空元件的入口流体接触。
[0012]在根据本发明的装置的一些方面，整个纵向中空元件布置在壳体内，且所述元件的入口和第一出口分别与壳体的入口和第一出口流体接触。
[0013]在另一个方面，该装置包括用于积聚固体的容器，且该容器的内部经由具有第一端和第二端的循环管线而流体连接到所述空间或壳体的第一出口，循环管线的第一端布置在容器内部，且第二端布置在纵向中空元件的第一出口的下游。循环管线的第一端有利地位于在竖直方向上比循环管线的第二端的位置低的位置处。
[0014]在根据本发明装置的其它方面，循环管线的第一端包括轴颈或者凸缘以及被布置在所述开口前方的盖，以防止固体进入循环管线。
[0015]在某些方面，盖成形为中空锥，该中空锥布置成使得顶点在上游方向上，循环管线的第一端的开口位于中空锥内，且轴颈呈截头锥或者正平截锥体的形状。
[0016]在本发明的一个方面，容器包括固体出口。
[0017]在本发明的又一个方面，容器由壳体的部段构成。
[0018]在本发明的一个方面，纵向中空元件可从壳体移除。由于包括可移除且因此可更换的中空元件，根据本发明的装置将提供具有低维护成本的除砂器。
[0019]在本发明的一些方面，壳体包括适于串列式连接的管道元件，所述元件优选地为1-形、T-形或Y形。
[0020]本发明进一步包括上述装置用以从气流移除固体的用途。
[0021]本发明也提供了从气流移除固体的方法，该方法包括以下步骤:
[0022]-将气流引入到纵向中空元件中，其中使用旋转生成元件迫使所述气流旋转；
[0023]-将气流的大部分在引入气流的逆流方向上引导通过旋转生成元件的中央，并且通过纵向中空元件的出口 ；及
[0024]-在与引入气流的共流方向上，引导气流的小部分和固体。
[0025]从气流移除固体的方法可进一步包括以下步骤:
[0026]-将气流的小部分和固体引导到用于积聚固体的容器；
[0027]-将气流的小部分与固体分离，
[0028]-通过循环管线使气流的小部分循环，以使气流的小部分与大部分组合。
【附图说明】
[0029]通过使用附图，将更为详细地说明本发明。附图包括了本发明的两个不同实施例。
[0030]图1显示了具有水平构造的实施例的横截面侧视图。
[0031]图2显示了具有竖直构造的实施例的横截面侧视图。
【具体实施方式】
[0032]将通过图1和2中所示的两个实施例更详细地说明本发明。
[0033]从气流分离固体的装置(下文称之为“除砂器”)，如图1中所示，适于定位为水平串列式布置。除砂器由如下三个主要部分构成:壳体I ;纵向中空元件2 (下文称为内部分离器)，该纵向中空元件2位于壳体I的内部；以及容器3，该容器3用以积聚从气流所分离的固体。壳体I由直的管道构成，该直的管道具有位于一端的用于气流的第一入口 4和位于相反端的用于气流的出口 5。此外，壳体具有:用于从气流分离的固体的出口 6 ;以及第二入口 7，该第二入口 7经由气体循环管线8连接到固体积聚容器3。内部分离器2具有:与壳体的第一入口 4流体接触的用于气流的入口 9 ;第一出口 10和第二出口 11 ;以及以环形方式布置在分离器2内的静态漩涡或者旋转生成元件12。内部分离器2在其外周处密封地连接到壳体1，使得空间15或者环形流动区域被限定在所述分离器和壳体之间。在内部分离器外周(靠近其入口 9)与壳体I之间的密封连接部22将进入的气流引导到内部分离器中。内部分离器的主要部分(至少包括旋转生成元件12下游的纵向部分)具有圆形内周，从而维持气体的旋转运动。旋转生成元件12包括诸如叶片的成角度的旋转生成装置，从而导致穿过内部分离器2的气流绕着所述分离器的中心线Y旋转，并且旋转生成元件12具有沿着所述中心线Y穿过其中间的敞开通道13。在旋转生成元件12中间的通道13具有出口20和入口 21。通道的入口 21布置在旋转生成装置的下游，且通道的出口 20经由气体抽取管线14而与分尚器的第一出口 10流体连接。内部分尚器2的第二出口 11被布置在所述分离器的部段23之后，该部段23具有内周节流。具有递减内周的部分在当前方案中布置为与分离器的中心线同心，但是也可以选择性地布置成相对于所述中心线偏心。气体抽取管线14 (该气体抽取管线14连接到穿过旋转生成元件12的通道13的出口 20，或者是通道13的一部分，)经由在内部分离器2和壳体I之间的空间15或者环形流动区域，而连接到壳体的气体出口 5。容器3的内部经由气体循环管线8而流体连接到空间15。气体循环管线的上游部分(位于容器3的内部中)布置有“双草帽”结构。所述结构包括布置成使顶点在上游方向上(相对于进入到容器中的固体流来说)的中空锥16，且气体循环管线的开口位于该中空锥内。呈截头锥形状或者正平截锥体形状的轴颈17位于中空锥16下方。轴颈相对于气体循环管线8以环形方式布置，并位于开口下方。“双草帽”限制了将固体再夹带到壳体的清洁气体出口 5。固体积聚容器3进一步包括位于容器底部中的固体出口 18。
[0034]根据本发明的另一个除砂器实施例在图2中示出。这个实施例适于定位成竖直串列式布置。在这个实施例中，除砂器包括两个主要部分:壳体I和位于壳体内部的纵向中空元件2 (被称为内部分离器)。除砂器还包括容器3，该容器3用于积聚从气流分离的固体。在这个实施例中，容器3被设计为壳体I的一体部分。该壳体由T形管道构成，其具有位于一端的用于竖直气流的第一入口 4以及在与进入的气流的方向垂直的方向上布置的用于气流的出口。此