CN102797437A - 一种气井排液用井下雾化器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气井排液用井下雾化器，包括可悬挂接头、外缸、容置腔、旋流气液分离结构、气液分流结构、雾化结构、底座，该旋流气液分离结构由切向旋流入口、一级旋流体、二级旋流体组成，该气液分流结构由分流管、套管与流道组成，该雾化结构由雾化喷嘴与雾化腔组成，通过该雾化器可以把气井积液雾化，有效解决气井井底积液问题。

Description

一种气井排液用井下雾化器

技术领域

本发明提供一种在天然气井中使用的井底积液雾化工具，具体地说，是一种气井中使用的排液井下雾化器。

背景技术

在天然气开采中，随着气藏压力下降以及边水、底水的锥进，产出水或凝析液不能随天然气自喷出井筒，滞留在井底形成积液柱，对气藏造成额外的静水回压，导致气井自喷能量持续下降，甚至导致气井被压死而停产，特别是在气井开发的中后期，严重影响气井开发效率以及气井采收率。

常规气井排液工艺包括柱塞气举气井排液工艺、优选管柱气井排液工艺、泡沫气井排液工艺、机抽气井排液工艺、电潜泵气井排液工艺等。还有涡轮泵气井排液工艺、同心毛细管技术、加速管、天然气连续循环采气工艺、组合气井排液工艺技术、超声波气井排液等。

泡沫气井排液的过程简单，易操作，主要针对那些产量不高的中小型气井。但泡沫排水，存在很大的局限性，它一般受井深、井温、日产液量及产层水质的矿化度等多种条件的限制。当连续加入时，不仅需要地面设备，也需要相当量的药品。

同心毛细管管柱技术应用后，使注入化学药品更加方便，高效，通过管柱注入化学剂，可以使气井产出水泡沫化，从而达到辅助气井气井排液的效果，但其也存在局限性，毛细管管柱的初始费用，介于柱塞气举与加速管之间，另外由于应用化学剂，操作费用会增加；此外，毛细管管柱，还经常发生化学剂粘连毛细管管柱的问题。

电潜泵排水采气工艺的优点是高效，操作管理方便，各种配件齐全，服务与维修方便，但最大问题在于要有充足的电源作保证，对于高气液比的井，举升效率低，经常因为气锁，使泵发生故障。

涡轮泵排水采气工艺利用高速水力涡轮代替昂贵的潜油电机来驱动井下离心泵采油，具有可靠性高、调节容易、重量轻体积小、耐高温和抗腐蚀等优点，但需要地面动力。

优选管柱排水采气工艺压裂后需要换管柱，工艺实施简单；但是压力消耗高，对含水量有适应性，适用于积液较少的气井，排水量有限制。

气举(连续、间歇)气井排液技术通过在油管加装气举阀后，在地面将高压天然气、液氮、或其它气体注入停产井中，利用注入气体的能量打开气举阀，举升井筒中的液体，降低气井生产压差，使井恢复生产能力。气举是目前油田应用最多的气井排液方法。气举排水的适应性强，排量变化灵活，对于高气液比，含沙及含腐蚀性介质的井，气举较其它举升方式更有效，缺点是施工需要有稳定的气源，且采用压缩机增压的地面设备一次性投资大。

球塞气举排水采气工艺是针对低压油气井在常规气举方式下普遍存在液体滑脱损失严重，举升效率低这一生产难题提出的一种特殊的气举方式。它采用U型双管柱(一注一采)，在注入气流中投入气举球作为气液相间的固体界面，实现了稳定的段塞流，有效地防止液体回落，降低滑脱损失和注气量，增大了采气压差；加之换小油管，改善了常规连续气举的两相不稳定性，在极低的地层压力下能连续气举，提高举升效率，最终提高气井采收率。

连续油管深井排水采气技术间歇助排，费用高。

机械抽油排水采气目前最大的排水量70m3/d，最大泵深2000m。排量受泵挂深度限制，维修费用高，对于高气液比井或出砂井，效率低。

水力射流泵气井排液技术是依据射流原理工作的，即高压流体(动力液)通过一小尺寸缩径端面时，其速度能增加，导致压能降低，从而在端面周围形成相对“负压”区，产生抽吸作用，吸入的地层流体与动力液经喉管混合，再经扩散管扩散，逐步恢复压能，完成混合液的输送或举升。排水量大，适用于含砂流体，投捞方便。适用于井底流压不低于6.0MPa；井下温度小于120℃；最大泵挂深度不超过3000m；最大排液量低于300m3/d的水淹气井复产。初期投资高，需要地面高压设备、喷嘴容易坏。

超声波排水采气属于气体动力学法的一种，目前处于实验室研究阶段。其利用超声波能量使液体形成微细雾滴，雾滴直径与振动频率及液体的物理参数有关，可以细小到几十个微米的量级，极大降低液滴的临界速度，雾化的液滴可在在非常小的气流作用下自喷到井口。超声波雾化排液系统主要包括超声波发生器、超声波雾化器、电源、线缆等部分，物理装备复杂，而且需要电缆，不利于现场实施。超声波排水采气方法目前尚处于机理研究。

因此，本领域急需一种在井下把积液雾化以彻底解决井底积液问题的雾化工具。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在天然气井中使用的、可安装在油管上的井下积液雾化工具。油管中的气液两相来流，经过该井下雾化器可以把大尺寸的液滴雾化为微小液滴，雾化后的微小液滴可以很容易的被气流从井下携带到井口，彻底解决气井积液问题。

本发明的技术方案如下，一种气井排液用井下雾化器，其特征在于，该雾化器包括具有中心管的可悬挂接头、外缸、容置腔、旋流气液分离结构、气液分流结构、雾化结构、底座，所述的具有中心管的可悬挂接头设置于所述的外缸的一端并与外缸连接，所述的底座设置于外缸的另一端并与外缸连接，所述的容置腔设置于所述的具有中心管的可悬挂接头与所述的底座之间的外缸内部，所述的旋流气液分离结构设置于所述的容置腔靠近所述的底座的一端，所述气液分流结构设置于旋流气液分离结构内部靠近底座的一端，所述的雾化结构设置于所述的容置腔的另一端，通过该雾化器可以把气井积液雾化，彻底解决井底积液问题。

本发明的井下雾化器利用可悬挂接头，通过扣连接的方式固定安装在座封上，井下座封可以通过投捞的方式安装在天然气井油管的任意深度位置。油管中携带液体的天然气流首先进入所述的井下雾化器的旋流气液分离结构，液体聚集在所述的旋流气液分离结构的内壁面上，并向上运动到雾化结构。比液体密度较小的天然气聚集在所述的旋流气液分离结构中间，一部分气流直接向上运动到所述的雾化结构，一部分气流直接向上运动到所述的雾化结构。液体与两股气体同时进入到所述的雾化结构中，液体在所述的雾化结构内部被高速的气流雾化成微小尺寸的液滴。被雾化后的微小液滴通过具有中心管的可悬挂接头，在油管中继续向上运动，很容易被气流携带到井口。

本发明的气井排液用井下雾化器，其特征还在于，所述的旋流气液分离结构由切向旋流入口、一级旋流体、二级旋流体组成，所述的切向旋流入口设置于一级旋流体的内径比较大的一端。

本发明的气井排液用井下雾化器，其特征还在于，所述的切向旋流入口为1个或1个以上，并呈对称分布，所述的一级旋流体、二级旋流体各具有一个逐渐收缩的内径。

油管中的气液两相来流由所述的切向旋流入口进入所述的井下雾化器，所述的切向旋流入口可以使携带液体的气流在所述旋流气液分离结构中产生高速旋转，气液两相流体可以在离心力的作用下，实现气液分离，密度大的液体聚集在所述的一级旋流体与二级旋流体的内壁面，密度比液体小的气体则聚集在所述的旋流气液分离结构腔室的中间。

所述的一级旋流体、二级旋流体的逐渐收缩的内径，可以加强所述的旋流气液分离流场的旋流强度与离心力，从而提高气液分离的效果。

本发明的气井排液用井下雾化器，其特征还在于，所述的气液分流结构由分流管、套管、流道组成。所述的气体分流管具有中空的结构，一端设置于所述的旋流气液分离结构腔的中间，另一端通过所述的套管固定在所述的一级旋流体上，所述的气体分流管中空的结构与所述的流道连通。

本发明的气井排液用井下雾化器，其特征还在于，所述的套管设置在所述的一级旋流体与所述的分流管中间，通过扣连接或焊接的形式固定在所述的一级旋流体上，所述的分流管通过扣连接或焊接的方式固定在所述的套管上，这样所述的分流管就通过所述的套管固定在了所述的一级旋流体上。

本发明的气井排液用井下雾化器，其特征还在于，所述的流道设置在所述的气液旋流分离结构的外壁上，由所述的气液旋流分离结构外壁面与外缸内壁围成，所述的流道一端与所述的气液分流管连通，另一端与所述的雾化结构连通，所述的流道一般多于1条，呈对称形式分布。

携带液体的天然气流经过所述的旋流气液分离结构实现气液分离后，密度高的液体沿着所述的旋流气液分离结构的内壁面向前运动到雾化结构，比液体密度小的气体聚集中所述的旋流气液分离结构的中间并分成两部分，一部分气体直接向前运动到所述的雾化结构，一部分气体会进入所述的分流管，并通过所述的流道到达所述的雾化结构，这样气体由一股分流成两股，从而实现了一部分气体的分流。

在本发明的气井排液用井下雾化器中，其特征还在于，所述的雾化结构由雾化喷嘴与雾化腔组成。

在本发明的气井排液用井下雾化器中，其特征还在于，所述的雾化喷嘴由主雾化喷嘴与副雾化喷嘴组成，所述的副雾化喷嘴直径比主雾化喷嘴小，数量1个以上，一般呈对称形式分布在主雾化喷嘴周围。

所述的主雾化喷嘴来流为来自所述的旋流气液分离结构分离出来的液体与一部分气体。液体在所述的主雾化喷嘴内壁上形成环状液膜，并经过所述的主雾化喷嘴喷射到所述的雾化腔中。气体在所述的主雾化喷嘴中间，经过所述的主雾化喷嘴喷射进入所述的雾化腔中。喷射到所述雾化腔中的环状液膜在喷射到所述雾化腔中的高速气流的作用下被快速撕裂形成小液滴，并进一步雾化破碎成粒径更小的液滴，雾化后的液滴尺寸远远小于进入雾化器前的液滴的尺寸。所述的副雾化喷嘴中为所述的分流管中分流出来的那部分气体，经过所述的副雾化喷嘴喷射到所述的雾化腔中，强化环状液膜与液滴的雾化。

在本发明的气井排液用井下雾化器中，其特征还在于，所述的底座与所述的外缸之间为扣连接或者焊接，可以通过所述的底座来压紧所述容置腔内各部件。

在本发明的气井排液用井下雾化器中，其特征还在于，所述的可悬挂的接头中间具有与所述的雾化腔相匹配的中心管，所述的可悬挂的接头通过扣的形式与油管座封连接。

气井排液用雾化器可以雾化气井中的积液，预防井底出现积液，彻底杜绝积液压井和死井问题，延长天然气井开采时间，提高气藏开发效率和采收率。雾化器可以悬挂在油管座封上，以投捞的方式下入到油管某一位置，通过座封与油管密封，不改变现有管柱结构，简单可靠，不需要任何附加设备与动力，结构简单可靠，可操作性强，具有比其他气井排液方法更好的应用前景。

具体优点有：

(1)利用油管中气流压力做功，不需要额外动力。可容许增大生产管柱的管径，不用更换管柱，结构与工艺简单，成本低，可以大幅降低采气成本。与连续泡排相比成本降低20％，与气举相比成本下降28％。

(2)有效利用地层能量，提高单位压降产量，与常规方法(泡排、气举)相比，单位压降产量提高15％左右，日产气量与总气产量高，经济效益好。

(3)能够及时排水，随产随排，不会造成间歇减产、停产，不会造成频繁关井，避免形成封闭气，特别是在地层压力接近衰竭压力时，仍然可以生产，从而提高采收率，采用雾化式气井排液工艺气藏采收率可以提高1.4％。

附图说明

图1：本发明气井排液用井下雾化器的剖面图；

附图标号：

1——可悬挂接头    2——外缸        3——底座         4——容置腔

5——气液分离结构  51——切向入口   52——一级旋流体  53——二级旋流体

6——气液分离结构  61——分流管     62——套管        63——流道

7——雾化结构      71——主雾化喷嘴 72——副雾化喷嘴  73——雾化腔

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。其中，本文中所述“上、下”是针对图1所示的位置关系而言的。

实施例1.

在气井生产初期、中期、后期，在底水或边水比较严重的天然气藏气井生产时，气井中都会出现井底积液。采用图1所示的结构，该气井排液用井下雾化器包括可悬挂接头1、外缸2、底座3、容置腔4、旋流气液分离结构5、切向旋流入口51、一级旋流体52、二级旋流体53、气液分离结构6、分流管61、套管62、流道63、雾化结构7、主雾化喷嘴71、副雾化喷嘴72、雾化腔73。

在气井生产时，油管中的液体以液滴形式分散在气流中，当油管中的气流中携带液体向上流动并经过井下雾化器时，油管中的气液两相来流由切向旋流入口51进入井下雾化器旋流气液分离结构5，在一级旋流体52与二级旋流体53作用下，液体在离心力的作用下聚集在旋流气液分离结构5的内壁上，并以液膜的形式向上运动到主雾化喷嘴71。气体在离心力的作用下聚集在旋流气液分离结构5的中间，其中一部分气体向上运动到主雾化喷嘴71，另外一部分气体则向下运动进入分流管61，并经过流道63再向上运动进入副雾化喷嘴72。进入主雾化喷嘴71的液膜与进入主雾化喷嘴71气体经主雾化喷嘴加速喷射进入雾化腔73，液膜被高速运动的气体撕裂雾化。另外被分流到副喷嘴72的气体经过副喷嘴72的高速喷射也进入雾化腔73，并喷射到雾化腔73中的液膜上，加速液膜的雾化。雾化后的微小液滴很容易被气流携带到井口，防止气井井底出现积液，从而有效解决天然气井井底积液问题。

在本实施例中，本发明的气井排液用井下雾化器在使用时，上端通过可悬挂接头2悬挂在油管的座封上，与座封一起通过投捞的方式下到油管设计深度位置。

Claims (13)

1.一种气井排液用井下雾化器，其特征在于，该雾化器包括具有中心管的可悬挂接头、外缸、容置腔、旋流气液分离结构、气体分流结构、雾化结构、底座，所述的具有中心管的可悬挂接头设置于所述的外缸的一端并与外缸连接，所述的底座设置于外缸的另一端并与外缸连接，所述的容置腔设置于所述的具有中心管的可悬挂接头与所述的底座之间的外缸内部，所述的旋流气液分离结构设置于所述的容置腔靠近所述的底座的一端，所述气体分流结构设置于旋流气液分离结构内部靠近底座的一端，所述的雾化结构设置于所述的容置腔的另一端，通过所述的雾化器可以把气井积液雾化，彻底解决井底积液问题。

2.如权利要求1所述的气井排液用井下雾化器，其特征在于，所述的旋流气液分离结构由切向旋流入口、一级旋流体、二级旋流体组成，所述的切向旋流入口位于一级旋流体的内径比较大的一端。

3.如权利要求1所述的气井排液用井下雾化器，其特征在于，所述的切向旋流入口为1个或1个以上，呈周向对称分布。

4.如权利要求1所述的气井排液用井下雾化器，其特征在于，所述的一级旋流体与所述的二级旋流体各有1个逐渐收缩的内径。

5.如权利要求1所述的气井排液用井下雾化器，其特征在于，所述的气体分流结构由分流管、套管、流道组成。

6.如权利要求1所述的气井排液用井下雾化器，其特征在于，所述的气体分流管具有中空的结构，一端设置于所述的旋流气液分离结构中间，一端通过所述的套管固定在所述的一级旋流体上，所述的气体分流管的中空结构与所述的流道连通。

7.如权利要求1所述的气井排液用井下雾化器，其特征在于，所述的套管设置在所述的一级旋流体与所述的分流管中间，所述的套管与所述的一级旋流体为扣连接或者焊接，所述的套管与所述的分流管为扣连接或焊接。

8.如权利要求1所述的气井排液用井下雾化器，其特征在于，所述的流道设置在所述的气液旋流分离结构的外壁上，由所述的气液旋流分离结构外壁面与外缸内壁围成，所述的流道一端与所述的分流管连通，另一端与所述的雾化结构连通，所述的流道一般多于1条，呈对称形式分布。

9.如权利要求1所述的气井排液用井下雾化器，其特征在于，所述的雾化结构由雾化喷嘴与雾化腔组成。

10.如权利要求1所述的气井排液用井下雾化器，其特征在于，所述的雾化喷嘴由主雾化喷嘴与副雾化喷嘴组成，所述的副雾化喷嘴直径比所述的主雾化喷嘴小，所述的副雾化喷嘴数量1个以上，一般呈对称形式分布在所述的主雾化喷嘴周围。

11.如权利要求1所述的气井排液用井下雾化器，其特征在于，所述的底座与所述的外缸之间为扣连接或焊接。

12.如权利要求1所述的气井排液用井下雾化器，其特征在于，所述的具有中心管的可悬挂接头与所述的外缸连接方式为扣连接或焊接。

13.如权利要求1所述的气井排液用井下雾化器，其特征在于，所述的可悬挂的接头中间具有与雾化腔相匹配的中心管，并通过扣的形式与油管座封连接。