CN101025082A - 井下气体分离器 - Google Patents

Abstract

一种井下气体分离器，包括：具有封闭底端和开口顶端的外管；以及偏心设置在所述外管内并且具有开口底端和适于连接至生产管线的顶端。所述内管能够可选择地与泵的吸入口连接。分离器偏心地设置于套管内，以便在流体进入生产管线和/或泵之前使气体从采出液中分离。

Description

井下气体分离器

技术领域

本发明涉及一种用于在地下生产井、特别是生产碳氢化合物的生产井中从采出液中分离气体的井下气体分离器。

背景技术

通过生产井从地层中获得碳氢化合物流体对于本领域的技术人员来说是公知的。通过连通井孔的生产管线接收来自地层的流体，并且这些流体通过生产管线向上流至地面进行储存、炼制、加工和/或进一步的运输设施。

经常需要或要求利用泵来加强通过井的流量。不幸的是，当采出液第一次进入碳氢化合物生产井时通常具有大量的夹带气体，这些气体给泵提供了困难。井下气体分离器是公知的并且用于在采出液进入泵之前分离气体。McCoy等人的加拿大专利号为2,164,145的专利申请公开了已知的井下气体分离器的一个例子。McCoy等人的装置提供了某些气体分离，因此非常有用。然而，仍然需要提供更好的井下气体分离器。

因此，本发明的主要目的是提供改进的井下气体分离器。

本发明的另一个目的是提供具有在制造、安装和使用上简单可靠的装置的改进的气体分离。

在下文中，将会阐述本发明的其它目的和优点。

发明内容

根据本发明，将会很容易地获得前述的目的和优点。

根据本发明，提供了一种井下气体分离器，该气体分离器包括具有封闭底端和开口顶端的外管；以及偏心设置在所述外管内并且具有开口底端和适于连接至生产管线的顶端的内管。内管在外管内的定位有助于集中进入生产管线区域内的流体，并集中通过生产管线外部区域的气体。

进一步地，根据本发明，提供了一种设置在套管(casing)内的用于生产管线的井下气体分离器，该生产管线接收包括气体和液体的采出液流，其中分离器包括具有封闭底端和开口顶端的外管，所述外管偏心设置在套管内；以及偏心设置在所述外管内并且具有开口底端和适于连接至生产管线的顶端的内管。

附图说明

下面将参考附图对本发明的优选实施例进行详细描述，其中：

图1为本发明的井下气体分离器的一个实施例的侧剖视图；

图2为根据本发明的井下气体分离器的一个可替换实施例的侧剖视图；

图3为说明根据本发明的井下气体分离器的流量剖面的又一剖视图；以及

图4为根据本发明的井下气体分离器的示意性的截面透视图，其进一步说明了通过分离器的气体和液体流。

具体实施方式

本发明涉及一种将气体从包含该气体的采出的碳氢化合物流体中井下分离的井下气体分离器。请参考图1，其说明了根据本发明的井下气体分离器10。图1示出了具有套管12形式的流体生产井，该套管12设置在生产流体的地层14内。如箭头18所示，穿过套管12侧壁的射孔16允许流体从地层进入套管12。在套管12内，设置生产管线20以便从井中输送流体，气体通常通过在生产管线20与套管12之间限定的环形空间22进行生产。泵(以附图标记24示意性地示出)可设置在生产管线20内或其端部，并且用于通过生产管线20将流体举升到地面。

根据本发明的气体分离器10优选地包括内管26和外管28。

内管26优选为一个具有开口底端或下端30并且具有连接于生产管线20或与生产管线20连通的上端32的大致圆柱形或管形部件。如将在下面进一步讨论的那样，内管26的下端30具有一个最好相对于水平位置倾斜的下缘34。相对于内管26底部的长度来说，倾斜的下缘34限定了一个相对长的壁36和一个相对短的壁38。

外管28最好也为一个大致圆柱形或管形部件，其直径比内管26的直径大，并且具有封闭的底端40和开口顶端42。

外管28最好具有一个向下越过封闭底端40延伸至下缘44的侧壁，该下缘44最好相对于水平方向倾斜，从而相对于外管28底部的长度来说限定相对长的壁46和相对短的壁48。外管28的向下延伸用于限定一个向下的开口腔50，该腔将在下文进一步描述。

外管28最好也具有一个向上延伸至上缘的侧壁，该上缘最好相对于水平方向倾斜，从而相对于外管28顶部的向上延伸方向来说限定一个相对长的壁52和一个相对短的壁54。

根据本发明，内管26相对于外管28偏心设置，并且外管28相对于套管12偏心设置。该偏心定位用于在套管12内和外管28内限定一个流体集中区域，该区域促使液体分离并流经内管26，并且促使气体分离并流经环形空间22。

同样参考图3，内管26在外管28内的偏心定位用于限定一个月牙形的流动区域。相似地，外管28在套管12内的偏心定位也用于限定一个大致月牙形的流动区域。

已经发现，在这样的流动区域中，在所述壁间隔更大的地方气体浓度趋于增大，在所述壁最靠近的地方液体浓度趋于最大。同样发现，倾斜的边缘在内管26和外管28上的定位用于影响更多流体从其侧面进入管子。根据这些发现，内管26和外管28最好如此定位：短壁朝向液体浓度将会最大的区域，其用于增加本发明分离器10的效果和效率。

图3示出了内管26、外管28和套管12各自的中心26a、28a和12a。如图所示，内管26的定位用于限定外管28的第一区域56，该第一区域56与内管26的中心26a相对间隔较大，并且用于限定外管28的第二区域58，该第二区域58与内管26的中心26a相对间隔较小。同样地，外管28相对于套管12的定位用于限定套管12的第一区域60，该第一区域60与外管28的中心28a相对间隔较大，并且用于限定套管12的第二区域62，该第二区域62与外管28的中心28a相对间隔较小。

根据本发明，在外管28底部的相对短的壁48最好与外管28的第一区域56和套管12的第二区域62对准。这样就定位了具有较高液体浓度的流体在某一位置流出腔50的区域，在所述的某一位置，较高液体浓度的流体向上流动并按照需要进入外管28。

在这一点上进一步描述腔50的功能是适当的。限定于外管28底部的腔50用于收集产自地层14的流体并且使这些流体“平静”流动以便气体和液体能够开始分离。通过外管28侧壁的气体排出通道64最好定位于沿相对长的壁46上的一点并且恰好位于封闭的底端40的下方。如所期望的，通道64允许在腔50内分离的气体排至环形空间22并且通过该环形空间向上流动。相对短的壁48限定了围绕外管周围的区域，高浓度液体首先将通过该区域流动。如附图所示，该区域的定位用于使更多液体向上流向外管28上端入口区域。

仍然参考图1，外管28上端相对短的壁54用于促进来自外管28这一侧的流体进入外管28。由于该区域基本垂直地位于由相对短的壁48形成的集中流体流动区域的上部，所以流体以所需的较高流体浓度进入外管28。

外管28内的流体继续分离成气体和更浓缩的液体，气体从外管28顶部排出从而通过环形空间22向上流动，浓缩液体流入内管26的下端。如上所述的内管26的倾斜底面在泵的辅助下进一步用于强化液体流入内管26并向上通过生产管线20。

为了将分离器10保持在相对于套管12的所需位置，最好在外管28和套管12之间设置一个弹性部件66。在图1的实施例中，这形成了套管12内表面和外管28的外表面之间的线接触。弹性部件66的强度最好可被选择，以便在分离器10通过套管12被定位于正确位置时保持合适的位置而不会出现阻塞现象。考虑到其它类型的井下工具的定心，这样的间隔部件对于本领域的普通技术人员来说是公知的。

图3示出了本发明的一个可替换的实施例，其中分离器10具有与图1中的实施例基本相同的部件。然而，在图3中，分离器10的正确定位是通过一个如图所示的作用于生产管线20上的定心或间隔弹性组件68所保持的。在该实施例中，外管28可被偏心定位在套管12内，但是在外管28的第一区域和套管12的第二区域的管壁彼此靠近但不接触。由于弹性部件在生产管线20的端部而不是设置在分离器10上，因此，在一定情况下，这种结构可以产生更高的分离效率，并且也可以更容易地布置在套管12内。

图4提供了根据本发明的分离器10的进一步的说明，附加说明了操作过程中的流动。相对黑色的箭头说明了高液体含量的流体流，而气泡代表分离出的气体。如图所示，气体通常围绕腔50流动并且向上通过外管28和套管12之间限定的较大的流通面积。浓缩的液体趋于流向套管12另外一侧靠近设置的壁面，并且也在腔50内聚集并向下和围绕短壁48流动。如箭头70所示，液体含量高的流体流向上流至外管28的顶部边缘，在那里进入外管28的内部空间。如图所示，气体的小气泡在这个阶段仍然被从流动的流体中分离出来，能够聚结并通过环形空间22向上流动，和/或与液体一起通过内管26被携带入生产管线20。然而，根据本发明，基本上大部分气体按照预期得到分离并根据需要通过环形空间22被采出。

应该意识到，当内管26和外管28被称为偏心定位时，这里指的是管子的定位不是同心的。这样的定位最好如此设置以至于内管26几乎触及或触及到外管28，并且外管28几乎触及或触及到套管12。

同样应该意识到，本发明的某些部件或组件已经被提及到了它们的定向，例如水平的、垂直的、倾斜的等等。关于附图尤其是附图1所示的方向，这些参数中的每一个参数都应当被采用。

内管26相对于外管28的安装可利用焊接或螺栓连接，或本领域技术人员熟知的其它方法进行。

应当注意，内管26可选择地连接到泵24或与泵24连通，以代替生产管线20。例如，尤其在泵24被安装到生产管线20底部并且具有一个可安装内管26的泵吸入口(未示出)的情况下。

应该意识到，根据本发明的分离器最好在流体进入泵之前提供气体从井下产出液的有效分离。这将较佳地提供更有效的泵运行、更长的泵寿命以及更高的产量。

应该理解，本发明不限于这里所描述和说明的例子，这些例子被认为是仅仅对实现本发明的最佳方式进行了说明，可以对操作细节以及部件的布置、形状和尺寸进行修改。本发明更倾向于包含所有的这些落入由所述权利要求限定的范围和精神内的修改。

Claims (20)

1、一种井下气体分离器，包括：

一外管，所述外管具有封闭底端和开口顶端；以及

一内管，所述内管偏心设置在所述外管内，并且具有开口底端和适于连接至生产管线的顶端。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内管相对于所述外管的偏心设置限定了所述外管的第一区域，该第一区域与所述内管中心的间隔相对较大，并且还限定了所述外管的第二区域，该第二区域与所述中心的间隔相对较小。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述外管具有越过封闭底端延伸的侧壁，从而限定了一个具有底部边缘的下部腔室，并且其中所述底部边缘为斜面，从而限定了一个相对短的侧边和一个相对长的侧边。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，外管的所述相对短的侧边基本与所述第一区域对准。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述内管具有倾斜的底部边缘从而限定了一个相对短的侧边和一个相对长的侧边，并且其中内管的所述相对短的侧边基本与所述第一区域对准。

6、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述内管具有倾斜的底部边缘从而限定了一个相对短的侧边和一个相对长的侧边，并且其中内管的所述相对短的侧边基本与所述第一区域对准。

7、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述外管具有倾斜的上部边缘从而限定了一个相对短的上部侧边和一个相对长的上部侧边，并且其中外管的所述相对短的上部侧边基本与所述第一区域对准。

8、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述外管具有倾斜的上部边缘从而限定了一个相对短的上部侧边和一个相对长的上部侧边，并且其中外管的所述相对短的上部侧边基本与所述第一区域对准。

9、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外管在外管的内侧壁表面和内管的外侧壁表面之间的接触线处固定于所述内管。

10、一种用于设置在套管内的生产管线的井下气体分离器，该生产管线接收包括气体和液体的采出液流，该分离器包括：

一具有封闭底端和开口顶端的外管，所述外管偏心设置在所述套管内；以及

一内管，所述内管偏心设置在所述外管内，并且具有开口底端和连接至所述生产管线的顶端。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述内管相对于所述外管的偏心定位限定了所述外管的第一区域，该第一区域与所述内管中心的间隔相对较大，并且还限定了所述外管的第二区域，该第二区域与所述中心的间隔相对较小，并且

其中所述外管相对于所述套管的偏心定位限定了所述套管的第一区域，该第一区域与所述外管中心的间隔相对较大，并且还限定了所述套管的第二区域，该第二区域与所述中心的间隔相对较小。

12、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述外管具有越过所述封闭底端延伸的侧壁从而限定了一个具有底部边缘的下部腔，并且其中所述底部边缘为斜面从而限定了一个相对短的侧边和一个相对长的侧边。

13、根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述相对短的侧边基本与所述外管的第一区域和所述套管的第二区域对准。

14、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述内管具有倾斜的底部边缘从而限定了一个相对短的侧边和一个相对长的侧边，并且其中所述相对短的侧边基本与所述外管的第一区域和所述套管的第二区域对准。

15、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述内管具有倾斜的底部边缘从而限定了一个相对短的侧边和一个相对长的侧边，并且其中所述相对短的侧边基本与所述外管的第一区域和所述套管的第二区域对准。

16、根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述外管具有倾斜的上部边缘从而限定了一个相对短的上部侧边和一个相对长的上部侧边，并且其中所述相对短的上部侧边基本与所述外管的第一区域和所述套管的第二区域对准。

17、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述外管具有倾斜的上部边缘从而限定了一个相对短的上部侧边和一个相对长的上部侧边，并且其中所述相对短的上部侧边基本与所述外管的第一区域和所述套管的第二区域对准。

18、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述外管在外管的内侧壁表面和内管的外侧壁表面之间的第一接触线处安装于所述内管。

19、根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述外管在外管的外侧壁表面和套管的内侧壁表面之间的第二接触线处定位成接触所述套管。

20、根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述接触线和另一接触线位于所述外管相对的两侧。

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