CN102536759A - 一种用于低产量天然气井的涡流排液采气的井下工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于低产量天然气井的涡流排液采气的井下工具，包括有螺旋体、导流体，所述螺旋体上有螺旋凸台和过流槽，过流槽在螺旋体入口处为变截面过流槽，变截面过流槽向内部的延伸其面积呈由大到小的渐变。可以提高排水采气工艺中的携液率，稳定并增加气井的天然气产量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于低产量天然气开采中的涡流采气排液工具。特别是针对于低产低压气井开采过程中用于排出井下积液，提高天然气的产量。也可以用于煤层气井等相似领域应用。运用涡流原理，以天然气为动力排出井下积液。属于石油天然气井下工具领域。
技术背景
在天然气开采过程中，由于复杂的地质情况一般会伴随着天然气产生一定的液体(如水；原油等)和细小的固体物质。在开采初期由于井下的天然气在底下有很大的储存压力，一般初期开采时井下不会产生积液现象。但随着开采时间的延续，井下气体压力和底层发生了一定的变化。慢慢地会使得相应地层内的液体也随之流入井筒内。随着开采时间的延长，井下积液会由于积液流入量的加大和产气量下降使得携液量的减少造成井下积液逐步加大而造成天然气井无法自喷开采。
对于产气量相对较大的天然气井可以采用相应的涡流排液采气工具，该工具已经申请专利并授权，其专利号为200920034544.4，专利名称为：天然气开采中的涡流排液输送器，该工具能较好的解决大气量井的排液问题，但对于小产量的天然气井，上述工具的使用受到了一定的限制，在工具的螺旋体处的过流面积急剧减小，在螺旋体的多相流进口处会形成相应的过流面积突变而产生很大的紊流，使得涡流产生效果大打折扣。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明公开了一种用于低产量天然气井的涡流排液采气的井下工具。
本发明的技术方案是：一种用于低产量天然气井的涡流排液采气的井下工具，包括有螺旋体、导流体，其特征在于：所述螺旋体上有螺旋凸台和过流槽，过流槽在螺旋体入口处为变截面过流槽，变截面过流槽向内部的延伸其面积呈由大到小的渐变。和200920034544.4专利相比，本专利的螺旋体相对于前述专利的中间体，导流体相对于前述专利的导流套，螺旋凸台相对于前述专利的螺旋导流叶片，其不同之处在于：螺旋导流叶片仅仅是一个薄型的面板，而螺旋凸台则具有一定的厚度和宽度，螺旋凸台间的过流槽就其深度和宽度相对而言，要比螺旋导流叶片间所形成的过流槽要浅要窄，这样螺旋凸台的过流槽和井筒内壁就形成了一个较狭小的空间，对于小流量的多相流在井下的压力作用下，就会很快充满其间，并螺旋上升而排出井外。
多相流在螺旋体入口部的过流槽面积向内部的延伸呈由大到小的渐变。在小产量气井中，由于要求多相流在螺旋体中的流态要达到以环膜流为主的层流状态。因此螺旋体的过流面积相对于井管的截面积会占很小的比例，但从环膜流的多相流要求来说不允许过流槽的深度太低，这样会影响环膜流的产生和强度。因此螺旋体的过流槽保持一定深度，从而使得其宽度会变得比较小。在螺旋体的进口处凸台的出现，从而影响油管中的多相流平稳体进入螺旋体，且产生极大地紊流。及大地消耗了多相流的动能。进而影响到涡流态在油管中的存在强度和有效距离。所以，在螺旋体的多相流入口处将螺旋型的过流面积从大到小在一定距离内实现渐变的过流面积。实现大进口的小出口的局部的过流面积形状的过度变化。
所述螺旋体与导流体的结合部的两个结合面形状相近，面积基本相等。就200920034544.4专利，其对应的结合处的结构差异较大，但因为多相流的流量大，该部不会形成紊流，多相流会直接进入螺旋体。对于小流量的多相流，当两个结合面差异较大，特别是螺旋体的结合面比导流体的结合面的面积要大时，会在螺旋体的底部形成突出导流体结合面的凸台，当小流量的多相流从导流体的导流孔出来后，就会在此发生紊流，而影响输送效果。两个结合面各自的外边缘线为不完整的圆，圆的直径相等，或者螺旋体的圆的直径略小于导流体的圆的直径。
螺旋凸台的起始位置的截面形成了起始面，该起始面最外边的边为起始边，导流体的终止位置的截面形成了终止面，也是前述的导流体的结合面，该终止面的不完整的圆形成了凸边，该凸边的中点和上述起始边的中点的连线基本和螺旋体和导流体形成的中轴线平行。该改进的意义在于：如果凸边和起始边不对应，比如起始边的中点和导流孔的圆心的连线和中轴线平行，当多相流从导流孔出来后，多相流会直接冲击螺旋凸台的起始面，而发生紊流，影响输送效果。
以下通过附图对本发明进一步的说明。
附图说明
图1为涡流排水采气的井下工具结构及使用示意图；
图2为螺旋体和导流体的结合部位主视图；
图3为螺旋体和导流体的结合部位右视图；
图4为螺旋体和导流体的结合部位螺旋体结合面的截图；
图5为螺旋体和导流体的结合部位导流体结合面的截图。
其中：1为采气油管；2为经过螺旋体后的多相流流态；3为鱼头；4为螺旋体；5为过流槽；6为螺旋体中的多相流流态；7为变截面过流槽；8为导流体；9为导流体中的多相流流态；10为座封器心轴；11为座封器弹簧爪；12为解封弹簧；13为油管接箍；14为采气油管中的多相流流态；15为采气油管；16为螺旋凸台起始边；17为导流体凸边；18为螺旋凸台。
具体实施方式
如图1所示的低产量涡流排水采气井下工具。整个工具主要由鱼头3、螺旋体4、导流体8、座封器心轴10、座封器弹簧爪11、解封弹簧12组成。其中，鱼头3、螺旋体4和导流体8和座封器心轴10通过各自的螺纹相连接。11座封器弹簧爪则滑套在10座封器心轴上，并通过8导流体的外径和10座封器心轴的大端实现对11座封器弹簧爪的上下定位。12解封弹簧则用螺钉安装在11座封弹簧爪的端部。
由座封器心轴10、座封器弹簧爪11和解封弹簧12组成的座封器实现整个工具串在油管内的纵向座封，将整个工具串固定在油管需要的深度位置上。
如图2、图3、图4和图5所示，所述螺旋体4上有螺旋凸台18和过流槽5。和200920034544.4专利相比，本专利的螺旋体4相对于前述专利的中间体，导流体相对于前述专利的导流套，螺旋凸台18相对于前述专利的螺旋导流叶片，其不同之处在于：螺旋导流叶片仅仅是一个薄型的面板，而螺旋凸台18则具有一定的厚度和宽度，螺旋凸台18间的过流槽5就其深度和宽度相对而言，要比螺旋导流叶片间所形成的过流槽要浅要窄，这样螺旋凸台18之间的过流槽5和采气油管1内壁就形成了一个较狭小的空间，对于小流量的多相流在井下的压力作用下，就会很快充满其间，并螺旋上升而排出井外。
多相流在螺旋体4入口处的变截面过流槽7面积向内部的延伸呈由大到小的渐变。在小产量气井中，由于要求多相流在螺旋体4中的流态要达到以环膜流为主的层流状态。因此螺旋体4的过流面积相对于采气油管1的截面积会占很小的比例，但从环膜流的多相流要求来说不允许过流槽5的深度太低，这样会影响环膜流的产生和强度。因此螺旋体4的过流槽5保持一定深度，从而使得其宽度会变得比较小。在螺旋体4的进口处螺旋凸台18的出现，从而影响采气油管1中的多相流平稳进入螺旋体4，产生极大地紊流。极大地消耗了多相流的动能。进而影响到涡流态在采气油管1中的存在强度和有效距离。所以，在螺旋体4的多相流入口处将螺旋型的过流面积从大到小在一定距离内实现渐变的过流面积，实现大进口的小出口的局部的过流面积形状的过度变化。
螺旋体4与导流体8的结合部的两个结合面形状相近，面积基本相等。就200920034544.4专利，其对应的结合处的结构差异较大，但因为多相流的流量大，该部不会形成紊流，多相流会直接进入螺旋体4。对于小流量的多相流，当两个结合面差异较大，特别是螺旋体4的结合面比导流体8的结合面的面积要大时，会在螺旋体4的底部形成突出导流体8结合面的凸台，当小流量的多相流从导流体8的导流孔出来后，就会在此发生紊流，而影响输送效果。两个结合面各自的外边缘线为不完整的圆，圆的直径相等，或者螺旋体4的圆的直径略小于导流体8的圆的直径。
螺旋凸台18的起始位置的截面形成了起始面，该起始面最外边的边为起始边16，导流体8的终止位置的截面形成了终止面，也是前述的导流体8的结合面，该终止面的不完整的圆形成了三个凸边17，凸边17的中点和上述起始边16的中点的连线基本和螺旋体4和导流体8形成的中轴线平行。该改进的意义在于：如果凸边17和起始边16不对应，比如起始边16的中点和导流孔的圆心的连线和中轴线平行，当多相流从导流孔出来后，多相流会直接冲击螺旋凸台18的起始面，而发生紊流，影响输送效果。
变截面过流槽7的槽边曲线可以是各种曲线，但必须是连续无拐点的。通过这种入口处的渐变过流截面积可以使小产量、低压气井生产中进一步减少动能损失，大大提高气井生产中的携液率。提高气井产量，减少气井的停产排液时间。
相比较200920034544.4专利，螺旋体4上的过流槽5宽度小于螺旋体4外径的70％时，采用该工具效果好。
Claims (4)
1.一种用于低产量天然气井的涡流排液采气的井下工具，包括有螺旋体(4)、导流体(8)，其特征在于：所述螺旋体(4)上有螺旋凸台(18)和过流槽(5)，过流槽(5)在螺旋体(4)入口处为变截面过流槽(7)，变截面过流槽(7)向内部的延伸其面积呈由大到小的渐变。
2.根据权利要求1所述的一种用于低产量天然气井的涡流排液采气的井下工具，其特征在于：所述螺旋体(4)与导流体(8)的结合部的两个结合面各自的外边缘线为不完整的圆，圆的直径相等或者螺旋体(4)的圆的直径略小于导流体(8)的圆的直径。
3.根据权利要求1所述的一种用于低产量天然气井的涡流排液采气的井下工具，其特征在于：所述螺旋凸台(18)的起始位置的截面形成了起始面，该起始面最外边的边为起始边(16)，导流体(8)的终止位置的截面形成了终止面，该终止面的不完整的圆形成了凸边(17)，该凸边(17)的中点和上述起始边的中点的连线基本和螺旋体(4)和导流体(8)形成的中轴线平行。
4.根据权利要求1所述的一种用于低产量天然气井的涡流排液采气的井下工具，其特征在于：变截面过流槽(7)的槽边曲线是连续无拐点的曲线。
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