1.本发明涉及天然气开采领域，更具体地，涉及一种页岩气的砂液分离装置。


背景技术：

2.页岩气的开采在钻井后需要进行压裂，同时注入压裂砂作为裂缝的支撑介质。还需要加入相关化学药剂，在页岩气气田的返排液中除了砂粒，还常见油性介质，粘度较高。并且在返排过程中，受地层结构影响，前期段塞流现象严重。
3.因此在页岩气开采的前期和中期，将有大量的返排液和砂粒随页岩气从井口排出。为保证页岩气下游处理设备和运输管道的安全，在页岩气井口通常需要设置除砂器和气液分离设备分别对砂粒和返排液进行分离排放。
4.目前，国内除砂器主要有两种结构型式：一种为过滤分离结构，在除砂器内部设备一个滤筒，主要靠拦截作用对大于滤筒过滤精度的砂粒进行分离；一种为离心分离结构，利用介质流速在特定的流道中形成离心力，从而将密度更大的砂粒分离至设备边缘，再利用重力沉降至设备底部。
5.过滤结构除砂器对小于滤筒过滤精度的砂粒无法拦截，会进入下游气液分离器；过滤滤筒在段塞流和油性介质影响下形成大压差，滤筒容易变形损坏。离心分离结构除砂器受段塞流影响，除砂器内部基本达到满液状态时，砂粒容易随液体进入下游气液分离器；由于无法连续排砂，在只有一个进口和一个出口的条件下，无法保证液位，旋流效果很差甚至没有；页岩气产量衰减很快，介质产量的变化对离心分离效果影响较大。因此当前两种结构的除砂器在页岩气气田中使用效果均不太好，在下游分离器中时常出现砂粒，导致气液分离器排污系统损坏或堵塞。
6.因此，需要一种新型高效的页岩气分离装置，能够解决上述问题。


技术实现要素：

7.本发明的一个目的是提供一种页岩气分离的新技术方案。
8.根据本发明的第一方面，提供了一种页岩气的砂液分离装置，包括卧式的分离罐，所述分离罐前端连接有进气管，所述分离罐的后端顶部连接有气体出口，所述分离罐的后端底部连接有废液出口，所述分离罐中从前端到后端依次设置有段塞流捕集区、沉降分离区以及旋流除砂区，所述段塞流捕集区中设置有段塞流捕集器，所述旋流除砂区设置有旋流除砂器，所述进气管连通至所述段塞流捕集器，所述气体出口连通至所述旋流除砂器。
9.通过本方案，采出气进入段塞流捕集器中，捕集段塞流并对气液初步分开，气液进入沉降分离区进行缓冲分离，当流量较小时沉降分离区能够直接达到分离的要求，使气体直接通过旋流除砂器到达气体出口排出；当流量较大时，采出气能够通过沉降分离区预分离直接进入旋流除砂器中，采用旋流分离天然气中液滴和砂粒，从而使本装置既能够适用于高流量的采出气分离，又能够适应采出气流量突然下降的情况。
10.优选地，所述分离罐底部设置有若干排液口，所述排液口均连通至所述废液出口。
11.通过本方案，若干排液口能够及时排除分离罐中的油液和砂粒，避免分离罐中某处的砂粒堆积影响排渣效果。
12.优选地，所述进气管上连通有若干支管，所述支管连通至所述分离罐底部的鼓泡器。
13.通过本方案，支管能够将进气管中的上游气体引到分离罐底部的鼓泡器处，用于鼓泡，将沉积的砂粒搅动起来，避免砂粒堆积后堵塞废液出口。
14.优选地，所述段塞流捕集器包括两侧开口的分流筒，所述分流筒的两侧平行固定有若干分流板，所述分流板垂直于所述分流筒的轴线，所述分流筒的前端连通所述进气管，所述分流筒越远离所述进气管其宽度越小。
15.通过本方案，采出气进入分流筒后，能够逐渐从两侧的开口经分流板向两侧分流并从分流板的狭缝中排出，减小采出气的动能，并保证其均匀分散，实现对段塞流的捕集以及页岩气的初步分离。
16.优选地，所述段塞流捕集器还包括捕集筒，所述分流筒沿所述捕集筒的直径方向固定至所述捕集筒中。
17.通过本方案，分流处的采出气向两侧冲击至捕集筒内壁上，能够进一步降低动能，使液滴和砂粒分离出来，提高初步分离的效果。
18.优选地，所述旋流除砂器中设置有若干旋流管，所述旋流管的顶部连通至所述气体出口，所述旋流管的底部为锥形并连通至所述分离罐中，所述旋流管沿切线方向连通至所述分离罐中。
19.通过本方案，气体沿切线方向进入旋流管中后，能够在旋流管中旋转，使液滴和砂粒在离心力的作用下粘附至旋流管内壁上并向下流出旋流管，分离后的气体通过顶部的气体出口排出。
20.优选地，所述旋流管划分为若干处理组，所述旋流管的顶部出口处分别设置有电磁阀。
21.通过本方案，在不同的流量情况下，可以通过电磁阀的开关来使不同数量的处理组投入系统中进行分离，例如流量大时全部打开，流量较小时关闭几组，使得单根旋流管始终处于高效分离的区间。
22.优选地，所述气体出口处连接有流量计。
23.通过本方案，监控气体出口处的流量，不仅能够及时监控采出气流量，还能够根据流量对本装置进行调节，提高分离效果。
24.优选地，所述分离罐的一侧设置有液位计。
25.通过本方案，对分离罐中的液体以及砂粒的沉降量进行监控，当出现砂粒堆积情况及时进行处理。
26.根据本公开的一个实施例，本装置集成段塞流捕集、重力分离以及旋流分离于一体，能够同时适应各种出气流量，实现了高流量旋流分离以及低流量重量分离的有效结合，适用于段塞流、高含砂量以及产出气流量迅速降低的工况环境；
27.本装置同时解决了段塞流问题以及流量迅速衰减的问题，无需更换设备，大大降低了设备成本。
28.通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其
优点将会变得清楚。
附图说明
29.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
30.图1是本发明实施例的页岩气分离装置的结构示意图。
31.图2是图1中页岩气分离装置的截面结构示意图。
32.图3是图2中段塞流捕集器的结构示意图。
33.图4是图3中分流筒的俯视结构示意图。
34.图5是图2中旋流管的结构示意图。
具体实施方式
35.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
36.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
37.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
38.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
40.实施例
41.如图1至图5所示，本实施例中的页岩气的砂液分离装置，包括卧式的分离罐100，所述分离罐100前端连接有进气管101，所述分离罐100的后端顶部连接有气体出口102，所述分离罐100的后端底部连接有废液出口103，所述分离罐100中从前端到后端依次设置有段塞流捕集区110、沉降分离区120以及旋流除砂区130，所述段塞流捕集区110中设置有段塞流捕集器200，所述旋流除砂区130设置有旋流除砂器310，所述进气管101连通至所述段塞流捕集器200，所述气体出口102连通至所述旋流除砂器300。
42.通过本实施例该方案，采出气进入段塞流捕集器100中，捕集段塞流并对气液初步分开，气液进入沉降分离区120进行缓冲分离，当流量较小时沉降分离区120能够直接达到分离的要求，使气体直接通过旋流除砂器到达气体出口排出，液体以及砂粒能够沉降至分离罐底部并通过废液出口103排出；
43.当流量较大时，采出气能够通过沉降分离区120直接进入旋流除砂器300中，采用旋流方式分离天然气中液滴和砂粒，从而使本装置既能够适用于高流量的采出气分离，又能够适应采出气流量突然下降的情况，大大提高了适用范围，无需配备多台不同种类的分离装置，降低了设备成本，提高了使用的便捷性。
44.在本实施例或其他实施例中，所述分离罐100底部设置有若干排液口141，所述排
液口141均连通至所述废液出口103。提高分离罐100的排液排渣的能力，及时排出分离罐100中的油液和砂粒，避免砂粒长时间留存分离罐中造成的堆积。
45.在本实施例或其他实施例中，所述进气管101上连通有若干支管142，所述支管142连通至所述分离罐100底部的鼓泡器(图中未示出)，鼓泡器位于排液口141处。支管142能够将进气管101中的上游气体引到分离罐100底部的鼓泡器处，用于鼓泡，将沉积的砂粒搅动起来，使之能够顺利跟随分离出的液体排出分离罐，避免砂粒堆积后堵塞废液出口103。
46.在本实施例或其他实施例中，所述段塞流捕集器200包括两侧开口211的分流筒210，所述分流筒210的两侧平行固定有若干分流板220，所述分流板220垂直于所述分流筒210的轴线，所述分流筒210的前端连通所述进气管101，所述分流筒210越远离所述进气管101其宽度越小，采出气进入分流筒210后，能够逐渐从两侧的开口经分流板220向两侧分流并从分流板220之间的狭缝中排出，减小采出气的动能，并保证其均匀分散，实现对段塞流的捕集以及页岩气的初步分离，避免直接冲击沉降分离区120影响沉降效果。
47.在本实施例或其他实施例中，所述段塞流捕集器200还包括捕集筒230，所述分流筒210沿所述捕集筒230的直径方向固定至所述捕集筒230中。分流出的采出气向两侧冲击至捕集筒230内壁上，能够进一步降低动能，使液滴和砂粒分离出来，液滴和砂粒粘附至捕集筒230内壁上滴落至分离罐100底部，提高初步分离的效果。
48.在本实施例或其他实施例中，所述旋流除砂器300中设置有若干旋流管310，所述旋流管310的顶部为排气口312，排气口312均连通至所述气体出口102，所述旋流管310的底部为锥形并通过排渣口313连通至所述分离罐100中，所述旋流管310的侧面沿切线方向设置有进气口，进气口均连通至所述分离罐100中。
49.气体沿切线方向进入旋流管310中后，能够在旋流管310中旋转，使液滴和砂粒在离心力的作用下粘附至旋流管310内壁上并向下流出旋流管310，分离后的气体通过顶部的排气口312排出。
50.在本实施例或其他实施例中，若干所述旋流管310划分为若干处理组，所述旋流管310的顶部出口(即排气口312)处分别设置有电磁阀(图中未示出)，由于旋流管310在的最佳旋流分离需要一定的流量和流速，因此在不同的流量情况下，可以通过电磁阀的开关来使不同数量的旋流管310投入系统中进行分离工作，例如流量大时将旋流管310全部打开，流量较小时关闭几组旋流管310，使得单根旋流管310始终处于高效分离的区间，避免因流速或流量过小而影响旋流管310的分离效果，导致液滴或砂粒通过顶部的排气口312排出。
51.在本实施例或其他实施例中，所述气体出口102处连接有流量计(图中未示出)。监控气体出口处的流量，不仅能够及时监控采出气流量，还能够根据流量对本装置进行调节(例如调节电磁阀的启闭)，提高分离效果；根据来气量进行判断电磁阀的开关状态，假如100万方/天，自动电磁阀可根据60～100万方/天打开两个阀门，开通两个处理组进行旋流除砂除液；当流量为20～60万方/天，开通一个处理组处理；当流量10～20万方/天，阀门可以不用操作，但处理方式为重力沉降为主。
52.在本实施例或其他实施例中，所述分离罐100的一侧设置有液位计150。对分离罐100中的液体以及砂粒的沉降量进行监控。
53.本装置在使用时，将采出气通入进气管101中，使段塞流捕集器200对采出气进行预分离，分离后的气体通过沉降分离区的沉降，再通过后端的旋流分离器分离出洁净气体，
通过气体排出口排出；同时流量计对排出气体进行流量监控，若流量过小，仅利用沉降分离即可实现所有的分离作业，则气体直接通过旋流管的顶部出口排出，不会起到旋流沉降的作用；若流量较大，紧靠沉降分离无法达到预期效果，则关闭部分旋流管使剩余的旋流管保持最佳的旋流分离状态，实现沉降与旋流分离的配合作业，保证分离效果；若流量很大(即采集初期)，将全部的旋流管打开，进行饱和式作业，保证分离效果。
54.根据本实施例，本装置集成段塞流捕集、重力分离以及旋流分离于一体，能够同时适应各种出气流量，实现了高流量旋流分离以及低流量重量分离的有效结合，适用于产出气流量迅速降低的工况环境；
55.本装置同时解决了段塞流问题以及流量迅速衰减的问题，无需更换设备，大大降低了设备成本。
56.虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。