[發明專利]雙筒式兩級軸流井下脫氣裝置

有效

• 申請號: 201410480040.0
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104196516A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 劉春花;劉新福;張明
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B43/38
• 分類號: E21B43/38
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明適用于油氣井和非常規氣井的井下脫氣裝置，特別是涉及一種產出液進泵前氣油、氣油水或氣水分離用的裝置。

背景技術

油氣井的抽油系統中，井下抽油泵效率的高低對整個系統的效率起到關鍵性作用。在油氣井的生產作業期間，不可避免地存在井下產出液中氣體伴隨液體一起進泵的現象，這些氣體的存在直接導致抽油系統效率偏低；另外，對于高氣液比油氣井的抽油過程，如果沒有采用必要的脫氣措施，容易導致氣液兩相產出液在沒有得到充分分離前，大量氣體即進入抽油泵，從而造成氣鎖現象的發生。為此，如何減小產出液中氣體的影響，提高機采系統效率，同時防止氣鎖現象發生，是油氣井正常生產作業和高效開采中亟待解決的問題。

由于產出液中氣體的存在是抽油泵泵效降低的主要影響因素，為此最為直接而有效的措施是采用井下脫氣裝置保證產出液在進入抽油泵之前即實現氣液兩相分離，最大限度地降低進泵井液中的氣體含量。目前，加拿大C—FER(The?Centre?for?Engineering?Research?Inc.)正在與設備制造商REDA、Vortoil共同合作，推進一種螺旋分離器進行井下氣液兩相分離系統的工業化，該螺旋分離器技術是采用類似螺紋的固定不動的整塊螺旋葉片，螺旋葉片使氣流受力旋轉而實現分離，實現了氣液分離和采出水同時注入地層的設想；然而，該分離器的工作性能取決于螺旋葉片的螺距、頭數、直徑、以及氣流的流量，不適用于處理大體積流量的含液氣流，同時螺旋葉片加工制造存在一定的難度，而且螺旋葉片與罐體間焊接的技術難度較大且焊縫質量難以保證。國內以大慶石油學院為主設計了井下氣液分離設備，并進行了相關工藝研究，將井下氣液分離后的水流回注到注水層，氣體經由排氣裝置進入開采層，但目前還主要處于地面分離試驗的階段，尚未見到其在井下氣液分離方面進行實際應用。

綜上所述，國外的井下氣液分離和回注技術存在工作性能受限和加工制造較難等諸多問題，而國內的研究也只是處于地面試驗階段。為此，在依托現有可行性技術的基礎上，采用抽油泵內氣液兩相流動仿真分析結果并結合勝利油田油氣井和鄂爾多斯盆地非常規氣井現場試驗結果，研究不同氣體含量對抽油泵正常運行和泵效的影響，為脫氣裝置的優化設計提供重要依據；同時采用新技術、新材料及加工工藝，研制出新型兩級軸流井下脫氣裝置，對提高機采系統抽油效率以及油氣井節能降耗和提升綜合開發效益均具有重要意義。

發明內容

為了克服現有井下氣液分離技術存在的缺陷和不足，本發明的目的是研制一種適用于油氣井產出液氣液分離用的新型雙筒式兩級軸流井下脫氣裝置。該井下脫氣裝置與常規井下機采系統結合后，首次實現產出液在進泵前的氣液兩相分離，同時依據其雙筒式特殊結構和兩級軸流技術，達到提高機采系統效率，防止氣鎖現象發生，以及保證油氣井高效開采的目標。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是開發一種雙筒式兩級軸流井下脫氣裝置，主要由進液器、內液筒、軸流管總成、整流器、排液器、排氣器、外液筒和導流器幾部分組成。井下脫氣裝置是通過油管柱和輔助井下工具隨抽油泵和防砂篩管直接懸掛于井內產液層位的上部，其脫氣機理是，經篩管除砂后的油氣井產出液通過進液器流入井下脫氣裝置，而使內液筒充滿具有井底流動壓力的氣液兩相液體，產出液經軸流管總成上部進液口切向進入軸流管內進行兩級軸流氣液分離處理，首先產出液在上直管段內形成兩股同軸向流動和同旋向的旋轉流，流進上錐段后，增加的角動量使產出液與錐壁間的摩擦系數較小，產出液高速旋轉，氣體運移至軸流管中央形成反向上升的氣柱，而初步氣液分離后的產出液逐步甩向管壁，由此實現第一級軸流氣液分離，此后產出液繼續流入下直管段，在軸流場中停留一段時間后，流入下錐段，管道截面迅速收縮，獲得大角加速度的產出液在軸向流動的過程中不斷加速旋轉，產出液中剩余的氣體運移至軸流管中央形成氣柱并與第一級軸流的氣柱匯合后，經排氣器升壓后排出脫氣裝置并進入井下油管和套管的環形空間，而液體被甩向管壁并向下軸流至整流器反向整合成平穩流后，經排液器流入內液筒和外液筒的環形空間，最終由導流器進入抽油泵，進而舉升至地面，自此實現第二級軸流氣液分離。