专利名称：超高压旋流除砂装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油气井采出液除砂装置，具体地指一种超高压旋流除砂装置。
背景技术：
在原油试采作业中，从油气井中流到地面的流体中含有一定量的砂粒，在气体高速运动下形成高速含砂射流。这种含砂射流对地面集输管道及设备形成非常严重的冲蚀和磨蚀破坏，甚至可能刺穿管路件，发生泄漏事故，影响油田安全生产，造成周围环境严重污染和不必要的经济损失。因此，油气井采出液在进入地面集输系统前，需要安装井口除砂装置，对采出液进行除砂作业，将砂粒等固体颗粒尽可能分离出去。目前，油田上使用的除砂装置根据除砂原理不同大致分为两种，即过滤式除砂装置和旋流式除砂装置。过滤式除砂装置通过内置滤砂筒能够过滤一定大小的固体颗粒，但由于其自身结构的限制，该装置无法实现自动排砂， 并且当井流含砂量较大时，不能及时清理滤砂筒，存在除砂效率不高，排砂劳动强度大的不足。旋流式除砂装置大多用于油气集输系统中，其工作压力一般较低，耐腐蚀性能较差，不能根据井流处理量和分级粒度的要求改变其旋流分离腔的结构尺寸，处理范围有限。
发明内容本实用新型的目的就是要提供一种除砂效率高、排砂劳动强度小、处理作业范围大、且能够在高压工况和强腐蚀环境下长期稳定运行的超高压旋流除砂装置。为实现上述目的，本实用新型所设计的超高压旋流除砂装置，包括自上而下依次相连的端盖、除砂筒、集砂筒和排砂管段。所述除砂筒的筒壁表面上、下错位布置有射流进口和射流出口，所述除砂筒的内腔中自上而下依次嵌置有防冲筒和可拆换的旋流筒，所述防冲筒的筒壁表面设有与射流出口相通的挖孔。所述旋流筒具有上圆筒形旋流腔和下圆锥形分离腔，所述上圆筒形旋流腔的筒壁表面设有与射流进口相通的切向挖孔，所述上圆筒形旋流腔的筒顶设有隔离罩板，所述隔离罩板的中间设有与防冲筒相通的溢流管，所述下圆锥形分离腔的锥底设有与集砂筒相通的沉砂口。所述集砂筒的内腔底部设有与排砂管段相通的排砂口，所述排砂口的上方设有高压喷头，所述高压喷头与设置在排砂管段内腔中的输水管路的一端相连，所述输水管路的另一端与排砂管段侧壁上的外部接口相连。进一步地，所述集砂筒的筒壁上设有排液口，排液口外部连接有排液管路并设有泄压控制阀。这样，可以在排砂作业前开启泄压控制阀，将集砂筒内的高压降至许用值，确保排砂作业安全可靠运行。进一步地，所述集砂筒的内腔底部呈倒锥台结构，所述倒锥台结构内沿周向均布有与排砂口相通的流砂槽。这样,便于在排砂作业时使砂水混合物顺畅地通过流砂槽进入排砂口，再由排砂管段排出。再进一步地，所述高压喷头与集砂筒的内腔底部之间通过键槽配合结构周向定位。以确保高压喷头定位牢固，能够承受高压水的巨大反冲击力，工作稳定可靠。[0009]更进一步地，所述防冲筒的顶部与端盖抵接，所述防冲筒的底部与隔离罩板抵接， 可满足旋流筒轴向定位的需要。所述除砂筒的内壁上设有环形台阶，所述环形台阶与隔离罩板的外边缘之间通过键槽配合结构周向定位，从而确保旋流筒的分离效果。更进一步地，所述旋流筒的内腔表面涂覆有耐磨陶瓷层。这样，可以保证其具有良好的耐磨耐蚀性，延长设备的工作寿命。本实用新型的工作原理是这样的在除砂作业时，井流由除砂筒的射流进口切向射入旋流筒的上圆筒形旋流腔，在离心力的作用下实现旋流分离。除砂后的井流向上经过隔离罩板上的溢流管进入防冲筒后，从除砂筒的射流出口流向下游。井流中的砂粒等固相颗粒及部分油、水经过旋流筒的沉砂口落入集砂筒，当油、水充满集砂筒后，井流中液相介质转向经溢流管流出。砂粒等固体颗粒在集砂筒内的液相介质中沉降，并在沉降过程中得到清洗。当集砂筒内的砂堆高度接近旋流筒的沉砂口时，需要进行排砂作业此时关闭除砂筒的射流进口，开启集砂筒上部排液管路上的泄压控制阀，将筒体内压力降至许用值后关闭。然后开启高压喷头和排砂管段上的控制阀，使高压水从集砂筒内腔底部射入筒体中，高压喷头附近的砂堆含水量提高后变得易于流动或流态化，在筒体内压力的作用下，砂水混合物经高压喷头下方的排砂口进入排砂管段，由排砂管段排出。筒内砂堆在重力作用下不断填补下方空隙，直至完全排出。与现有的井口除砂装置相比，本实用新型具有如下优点所设计旋流筒可拆卸式安装固定在厚壁的除砂筒内部，其结构简单、成本低廉，既能够在超高压力下有效进行井流除砂作业，又可以根据井流处理量和分级粒度的要求灵活更换；所设计旋流筒由上圆筒形旋流腔和下圆锥形分离腔组成，上下两部分功能分明，其内表面涂覆耐磨陶瓷层，既可以确保井流中的砂粒等固体颗粒快速沉降分离，又可以保证旋流筒具有良好的耐磨耐蚀性能， 延长设备使用周期；所设计在集砂筒内腔底部的高压喷头可以喷射高压水冲砂，进行自动排砂作业，提高排砂效率，降低人工作业劳动强度；所有部件均采用防硫材质制造，能够在含H2S腐蚀气体的高压环境下长期稳定工作。
图I为一种超高压旋流除砂装置的总体装配结构示意图。图2为图I中A-A剖视结构示意图。图3为图I中除砂筒的详细标示结构示意图。图4为图I中防冲筒的详细标示结构示意图。图5为图I中旋流筒的详细标示结构示意图。图6为图I中集砂筒的详细标示结构示意图。图7为图6中B-B剖视结构示意图。图8为图I中排砂管段的详细标示结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
4[0022]图中所示的超高压旋流除砂装置，包括自上而下依次相连的端盖I、除砂筒7、集砂筒8和排砂管段10。端盖I与除砂筒7上端之间、除砂筒7下端与集砂筒8上端之间均采用卡箍4固定连接，其接触端面通过O型密封圈3密封。集砂筒8下端与排砂管段10之间采用螺栓连接，金属密封垫密封。在除砂筒7的筒壁表面上、下错位布置有射流进口 7. I和射流出口 7. 2。除砂筒7 内壁上位于射流进口 7. I和射流出口 7. 2之间设有环形台阶7. 3。在除砂筒7的内腔中自上而下依次安装有防冲筒5和旋流筒6。旋流筒6包括上圆筒形旋流腔6. I和下圆锥形分离腔6. 2，其内腔表面涂覆有耐磨陶瓷层。上圆筒形旋流腔6. I的筒壁表面开有与射流进口 7. I相通的切向挖孔6. 3，射流进口 7. I与切向挖孔6. 3的配合间隙处通过橡胶密封圈密封。上圆筒形旋流腔6. I的筒顶设有隔离罩板6. 4,隔离罩板6. 4的外边缘与环形台阶7. 3之间通过键槽配合结构周向定位。 隔离罩板6. 4的中间设有与防冲筒5相通的溢流管6. 5，下圆锥形分离腔6. 2的锥底设有与集砂筒8相通的沉砂口 6.6。防冲筒5的顶部与端盖I抵接，防冲筒5的底部与隔离罩板6. 4抵接。这样可将旋流筒6轴向定位牢靠。防冲筒5的筒壁表面设有与射流出口 7. 2相通的挖孔5. 1，除砂后的井流从此处流出。端盖I和旋流筒6的隔离罩板6. 4上设有便于起吊装卸的吊环2。通过气动葫芦起吊，可方便地更换、清理旋流筒6。集砂筒8的内腔底部呈倒锥台结构8. 4，该倒锥台结构8. 4的底面设有与排砂管段 10相通的排砂口 8. I，该倒锥台结构8. 4内沿周向均布有与排砂口 8. I相通的流砂槽8. 5。 在排砂口 8. I的上方设有闻压喷头9,闻压喷头9与设置在排砂管段10内腔中的输水管路 11的一端螺纹相连，输水管路11的另一端与排砂管段10侧壁上的外部接口 10. I螺纹相连。在高压喷头9与集砂筒8的内腔底部之间设置有键槽配合结构，使其周向定位稳固。 开启高压喷头9后，被高压水冲动的砂粒可沿流砂槽8. 5进入排砂口 8. I，再通过排砂管段 10顺利排除。在集砂筒8的筒壁上部还设有排液口 8. 2，排液口连接有排液管路并设有泄压控制阀，可将筒内压力降至设计许用值后，再进行排砂作业。本实用新型工作时，可以将两台超高压旋流除砂装置安装固定在框架中，并通过管路和阀件连接，可在三种不同作业工况应用。一、非除砂工况当从油气井中射出的井流含砂量较低无需除砂时，可通过阀件关闭两台超高压旋流除砂装置，使井流直接通过管路流向下游。二、单级除砂工况当从油气井中射出的井流含砂量较多需要除砂时，将两台超高压旋流除砂装置并联起来，正常工作时交替使用，第一台超高压旋流除砂装置工作时，第二台超高压旋流除砂装置处于备用状态。当第一台超高压旋流除砂装置中堆积的砂粒高度接近限位值时，将井流切换至第二台超高压旋流除砂装置中继续进行除砂作业，而第一台超高压旋流除砂装置进入排砂作业，如此循环。切换井流时，由于两台超高压旋流除砂装置之间的压差较大，导致阀门开启较为困难。因此，可设置压力平衡管路，联通两除砂筒射流出口端的管路，并在压力平衡管路上设置控制针阀，平衡两筒内压力后再切换井流进行排砂作业。三、双级除砂工况[0033]将两台超高压旋流除砂装置串联起来，并在两台超高压旋流除砂装置中安装不同规格的旋流筒，使井流先经过第一台超高压旋流除砂装置除砂，第一台超高压旋流除砂装置的溢流产物进入第二台超高压旋流除砂装置，进行二次除砂作业。
权利要求1.一种超高压旋流除砂装置，包括自上而下依次相连的端盖(I)、除砂筒(7)、集砂筒(8)和排砂管段(10)，其特征在于所述除砂筒(7)的筒壁表面上、下错位布置有射流进口 (7. I)和射流出口(7.2)，所述除砂筒(7)的内腔中自上而下依次嵌置有防冲筒(5)和可拆换的旋流筒(6)，所述防冲筒(5)的筒壁表面设有与射流出口(7.2)相通的挖孔(5. I), 所述旋流筒(6)具有上圆筒形旋流腔(6. I)和下圆锥形分离腔(6. 2)，所述上圆筒形旋流腔(6. I)的筒壁表面设有与射流进口(7. I)相通的切向挖孔￠. 3)，所述上圆筒形旋流腔 (6. I)的筒顶设有隔离罩板(6. 4)，所述隔离罩板(6. 4)的中间设有与防冲筒(5)相通的溢流管(6. 5)，所述下圆锥形分离腔(6.2)的锥底设有与集砂筒(8)相通的沉砂口(6.6);所述集砂筒⑶的内腔底部设有与排砂管段(10)相通的排砂口(8. I)，所述排砂口(8. I)的上方设有高压喷头(9)，所述高压喷头(9)与设置在排砂管段(10)内腔中的输水管路(11) 的一端相连，所述输水管路(11)的另一端与排砂管段(10)侧壁上的外部接口(10. I)相连。
2.根据权利要求I所述的超高压旋流除砂装置，其特征在于所述集砂筒(8)的筒壁上部设有排液口(8.2)。
3.根据权利要求I或2所述的超高压旋流除砂装置，其特征在于所述集砂筒(8)的内腔底部呈倒锥台结构(8. 4)，所述倒锥台结构(8. 4)沿周向均布有与排砂口(8. I)相通的流砂槽(8. 3)。
4.根据权利要求3所述的超高压旋流除砂装置，其特征在于所述高压喷头(9)与集砂筒(8)的内腔底部之间通过键槽配合结构周向定位。
5.根据权利要求I或2所述的超高压旋流除砂装置，其特征在于所述防冲筒(5)的顶部与端盖(I)抵接，所述防冲筒(5)的底部与隔离罩板(6.4)抵接。
6.根据权利要求5所述的超高压旋流除砂装置，其特征在于所述除砂筒(7)的内壁上设有环形台阶(7. 3)，所述环形台阶(7. 3)与隔离罩板(6. 4)的外边缘之间通过键槽配合结构周向定位。
7.根据权利要求I或2所述的超高压旋流除砂装置，其特征在于所述端盖(I)与除砂筒(7)上端之间、以及除砂筒(7)下端与集砂筒(8)上端之间采用卡箍(4)连接、O型密封圈(3)密封；所述集砂筒(8)下端与排砂管段(10)之间采用螺栓连接、金属密封垫密封。
8.根据权利要求7所述的超高压旋流除砂装置，其特征在于所述除砂筒(7)的射流进口(7. I)与上圆筒形旋流腔(6. I)的切向挖孔(6.3)的配合间隙处设有橡胶密封圈。
9.根据权利要求I或2所述的超高压旋流除砂装置，其特征在于所述端盖(I)和旋流筒(6)的隔离罩板(6.4)上均设有便于起吊装卸的吊环(2)。
10.根据权利要求I或2所述的超高压旋流除砂装置，其特征在于所述旋流筒(6)的内腔表面涂覆有耐磨陶瓷层。
专利摘要本实用新型公开了一种超高压旋流除砂装置，包括自上而下相连的端盖、除砂筒、集砂筒和排砂管段。除砂筒的筒壁表面上、下错位布置有射流进口和射流出口，除砂筒的内腔中嵌置有防冲筒和旋流筒，防冲筒的筒壁表面设有与射流出口相通的挖孔。旋流筒具有上圆筒形旋流腔和下圆锥形分离腔，上圆筒形旋流腔的筒壁表面设有与射流进口相通的切向挖孔，上圆筒形旋流腔的筒顶设有隔离罩板，隔离罩板的中间设有溢流管，下圆锥形分离腔的锥底设有沉砂口。集砂筒的内腔底部设有排砂口，排砂口的上方设有高压喷头。其除砂效率高、排砂劳动强度小、处理作业范围大，且能够在高压工况和强腐蚀环境下长期稳定运行。
文档编号B04C5/18GK202343336SQ201120481519
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者刘刚, 刘程超, 唐顺杰, 戴青, 曾嵘, 李辉, 罗友高, 胡火焰, 范卫卫, 蔡天舒, 谢寅兵, 钟汶岑, 陈渝, 齐军 申请人:武汉海王机电工程技术公司