CN103015958A - 井下螺旋气液分离回注装置及回注方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种井下螺旋气液分离回注装置及回注方法，所述装置结构简单，由井下螺旋气液分离器和有杆注入泵配合使用，在井下自动实现气液分离，并将气采出地面、将分离液注入同井注水层。其中井下螺旋气液分离器由内筒、外筒、起导流作用的螺旋片和挡板组成；内筒上下端设有螺纹接头，外筒上端有螺纹接头，内筒与外筒形成的环形空间上端为排气通道，挡板与外筒形成的环形空间下端为排液通道，挡板与内筒形成的环形空间下端为气液混合物进入螺旋分离器的入口。所述装置结构简单，由井下螺旋气液分离器和有杆泵配合使用，在井下自动实现气液分离，并将气、液分别举升到地面。

Description

井下螺旋气液分离回注装置及回注方法

技术领域

本发明属于采气工程领域，是一种在井下利用生产压差做动力，自动实现气液分离，并将气采出地面、将分离液注入同井注水层的井下螺旋气液分离回注装置。

背景技术

随着气藏开发程度的提高，越来越多的气井开始产水，产水量也越来越高，产水量增加，造成的危害主要有：(1)井筒积水、回压增大、井口压力下降、气井生产能力受到严重影响；(2)井底近区积液，产层由于“水侵”、“水锁”、“水敏性粘土矿物的膨胀”等原因，使得气相渗透率受到极大伤害，这将严重地影响气田最终采收率。

现有排水采气技术虽然能够有效地将井筒中的产出液采至地面，但也为地面的气液分离带来了困难，不仅需要建设大量的地面气液分离设备，而且分离出的地层水的处理也需要投入大量的资金。

井下螺旋气液分离回注装置可在井下利用螺旋分离器将地层产出的气液进行分离，然后将富气流(气多水少)举升到地面，而将富水流(水中气很少)在井下直接回注到某个选定的含水层或报废地层中，实现采气、气液分离和采出液同时注入同井地层。

与井下气液分离回注防砂采气装置(申请号200420096603)相比，结构简单，活动部件少。

发明内容

本发明的目的是提供一种井下螺旋气液分离回注装置及回注方法，所述装置结构简单，由井下螺旋气液分离器和有杆注入泵配合使用，在井下自动实现气液分离，并将气采出地面、将分离液注入同井注水层。

所述井下螺旋气液分离回注装置包括井下螺旋气液分离器和有杆注入泵。

其中井下螺旋气液分离器由内筒、外筒、起导流作用的螺旋片和挡板组成；内筒上下端设有螺纹接头，外筒上端有螺纹接头，内筒与外筒形成的环形空间上端为排气通道，挡板与外筒形成的环形空间下端为排液通道，挡板与内筒形成的环形空间下端为气液混合物进入螺旋分离器的入口。

起导流作用的螺旋片由同宽等厚的钢板螺旋状焊接在内筒外侧，其中一部分螺旋片的另一侧与挡板焊接在一起，螺旋片螺旋长度(螺旋数×螺距)为1个单位长度，则内筒长度为2.5个单位长度，外筒长度为2个单位长度，挡板长度为1个单位长度；挡板和外筒均为钢管，挡板和外筒的下端对齐，且下端向上对称分别切去钢管圆周四分之一，形成两豁口，豁口长0.25个单位长度，顶端为弧形，外筒豁口与挡板豁口用钢板焊接形成排液通道；外筒下端位于内筒下端向上0.25处，螺旋片下端位于内筒下端向上0.75处。

有杆注入泵由上泵筒、下泵筒、抽油杆、上活塞、上游动阀、空心连杆、固定阀、下活塞、下游动阀组成，上泵筒上端有螺纹接头、下泵筒下端有螺纹接头。

上游动阀和固定阀由底座、压帽和凡尔球组成，底座内侧有内螺纹、外侧有外螺纹，且有阀腔室，阀腔室下端有排液口；压帽中心有进液口，压帽与底座螺纹连接，用密封圈密封；安装时将凡尔球放入底座的阀腔室，旋紧压帽即可；静止状态时，凡尔球靠自身重力坐在底座的排液口，阀处于关闭状态，当凡尔球下端受到的压力大于上端压力时，凡尔球被顶起，阀处于开启状态。

下游动阀由底座、压帽、弹簧和凡尔球组成；底座外侧有上螺纹和下螺纹，且中空有进液口和阀腔室；压帽中心有排液口，与底座螺纹连接，用密封圈密封；安装时将凡尔球放入底座的阀腔室，装入弹簧，旋紧压帽即可；静止时，凡尔球在弹簧的作用下坐在底座的进液口，阀处于关闭状态，当凡尔球上端压力克服下端压力后，弹簧处于压缩状态，凡尔球离开进液口，阀处于开启状态。

上游动阀外侧螺纹和上活塞螺纹连接，下游动阀外侧下螺纹与下活塞螺纹连接；空心连杆上端与上游动阀内侧螺纹连接，空心连杆的下端和下游动阀外侧上螺纹连接，空心连杆上端与抽油杆螺纹连接，活塞与泵筒之间由密封圈密封；上泵筒下端与固定阀底座外侧螺纹连接，下泵筒上端与固定阀底座内侧螺纹连接。

本发明是通过以下步骤来实现的：

(1)将油管与井下螺旋气液分离器的内筒上接头螺纹连接；

(2)将封隔器与井下螺旋气液分离器的外筒上接头螺纹连接；

(3)将有杆注入泵与井下螺旋气液分离器的内筒下接头螺纹连接；

(4)将封隔器与有杆注入泵的泵筒下接头螺纹连接；

(5)将连接好的装置下入气井，封隔器下到采气层上部，封隔器下至注入层上部，坐封；若封隔器和封隔器无法同时达到下至采气层和注入层上部时，可在有杆注入泵与井下螺旋气液分离器之间连接油管；

(6)抽油杆与游梁式抽油机的光杆连接；

(7)气液混合物经入口进入气液螺旋分离器，由于离心力的作用，液体向外侧移动，气体向内侧移动，从而达到气液分离；分离后的气体经出口进入气井的油管和井壁形成的环形空间采至地面；液体在重力的作用下经出口进入位于封隔器上端的有杆泵与井壁形成的环形空间，最后由有杆注入泵将分离的液体注入注水层；

(8)游梁式抽油机驱动光杆向上运行时，光杆带动抽油杆、上活塞和下活塞一起向上运动，上游动阀在重力和上活塞上部液体压力作用下关闭，上活塞下部压力降低，固定阀在环形空间液柱压力和上活塞下部液体压力之差的作用下打开，井筒内的液体进入上活塞下部腔室；与此同时，上活塞上部液体经过空心连杆挤开下游动阀进入注水层；

(9)游梁式抽油机驱动光杆向下运行时，光杆带动抽油杆、上活塞和下活塞一起向下运动，固定阀在重力作用下关闭，下游动阀在弹簧的作用下关闭，上活塞下部压力增加，当上活塞下部压力大于上活塞上部液柱压力时，上游动阀被顶开，上柱塞下部的液体通过上游动阀进入上柱塞上部；

(10)如此往复运动，井下螺旋气液分离回注装置将产出层的混合物由螺旋气液分离器分离，分离后的气体经油管和井筒之间的环空采至地面，分离后的液体由有杆注入泵注入注水层。

有益效果

本发明与已有技术相比具有如下优点：井下螺旋气液分离回注装置结构简单，活动部件少，在井下自动实现气液分离，并将分离后的天然气采出地面、将分离液注入同井注水层；该井下螺旋气液分离回注装置可大幅度降低举升成本和操作成本，节省地面水处理费用，可以延长气田的开采期，提高采收率，减少环境污染，提高投资效益。

附图说明

图1为本发明的螺旋气液分离器结构图；

图2为本发明的有杆注入泵结构图；

图3为本发明固定阀和上游动阀结构图；

图4为下本发明下游动阀结构图；

图5为本发明的使用示意图；

图6为挡板和外筒的分别切去钢管圆周四分之一的示意图；

图7为外筒豁口与挡板豁口用钢板焊接形成排液通道的示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步详述，本发明由井下螺旋气液分离器、有杆注入泵组合使用。

其中井下螺旋气液分离器由内筒9、外筒4、起导流作用的螺旋片5和挡板6组成；内筒9上下端设有螺纹接头，外筒4上端有螺纹接头3，内筒9与外筒4形成的环形空间上端为排气通道2，挡板6与外筒4形成的环形空间下端为排液通道8，挡板6与内筒9形成的环形空间下端为气液混合物进入螺旋分离器的入口7。

起导流作用的螺旋片5由同宽等厚的钢板螺旋状焊接在内筒外侧，其中一部分螺旋片的另一侧与挡板焊接在一起，假设螺旋片螺旋长度(螺旋数×螺距)为1个单位长度，则内筒长度为2.5个单位长度，外筒长度为2个单位长度，挡板长度为1个单位长度；挡板和外筒均为钢管，挡板和外筒的下端对齐，且下端向上对称分别切去钢管圆周四分之一，形成两豁口，豁口长0.25个单位长度，顶端为弧形，外筒豁口与挡板豁口用钢板焊接形成排液通道；外筒下端位于内筒下端向上0.25处，螺旋片下端位于内筒下端向上0.75处。

有杆注入泵由上泵筒21、下泵筒16、抽油杆11、上活塞13、上游动阀14、空心连杆15、固定阀17、下活塞18和下游动阀19组成，上泵筒21上端有螺纹接头12、下泵筒下端有螺纹接头20。

上游动阀14和固定阀17由底座32、压帽33和凡尔球34组成，底座32内侧有内螺纹35、外侧有外螺纹36，且有阀腔室42，阀腔室42下端有排液口；压帽33中心有进液口，压帽33与底座32螺纹连接，用密封圈密封；安装时将凡尔球34放入底座32的阀腔室42，旋紧压帽33即可；静止状态时，凡尔球34靠自身重力坐在底座32的排液口，阀处于关闭状态，当凡尔球34下端受到的压力大于上端压力时，凡尔球34被顶起，阀处于开启状态。

下游动阀19由底座37、压帽38、弹簧39和凡尔球40组成；底座37外侧有上螺纹41和下螺纹44，且中空有进液口和阀腔室43；压帽38中心有排液口，与底座37螺纹连接，用密封圈密封；安装时将凡尔球34放入底座32的阀腔室43，装入弹簧39，旋紧压帽38即可；静止时，凡尔球40在弹簧39的作用下坐在底座37的进液口，阀处于关闭状态，当凡尔球40上端压力克服下端压力后，弹簧39处于压缩状态，凡尔球40离开进液口，阀处于开启状态。

上游动阀14外侧螺纹和上活塞13螺纹连接，下游动阀19外侧下螺纹44与下活塞18螺纹连接；空心连杆15上端与上游动阀14内侧螺纹35连接，空心连杆15的下端和下游动阀19外侧上螺纹41连接，空心连杆15上端与抽油杆11螺纹连接，活塞与泵筒之间由密封圈密封；上泵筒21下端与固定阀17底座外侧螺纹36连接，下泵筒16上端与固定阀17底座内侧螺纹35连接。

本发明是通过以下步骤来实现的：

(1)将油管24与井下螺旋气液分离器25的内筒上接头螺纹1连接；

(2)将封隔器27与井下螺旋气液分离器25的外筒上接头螺纹3连接；

(3)将有杆注入泵26与井下螺旋气液分离器25的内筒下接头螺纹10连接；

(4)将封隔器30与有杆注入泵26的泵筒下接头螺纹20连接；

(5)将连接好的装置下入气井，封隔器27下到采气层28上部，封隔器29下至注入层29上部，坐封；若封隔器27和封隔器30无法同时达到下至采气层和注入层上部时，可在有杆注入泵26与井下螺旋气液分离器25之间连接油管；

(6)抽油杆11与游梁式抽油机31的光杆22连接；

(7)气液混合物经入口7进入井下螺旋气液分离器25，由于离心力的作用，液体向外侧移动，气体向内侧移动，从而达到气液分离；分离后的气体经出口2进入气井的油管和井壁形成的环形空间23采至地面；液体在重力的作用下经出口8进入位于封隔器30上端的有杆泵26与井壁形成的环形空间，最后由有杆注入泵26将分离的液体注入注水层29；

(8)游梁式抽油机31驱动光杆22向上运行时，光杆22带动抽油杆11、上活塞13和下活塞18一起向上运动，上游动阀14在重力和上活塞13上部液体压力作用下关闭，上活塞13下部压力降低，固定阀17在环形空间液柱压力和上活塞13下部液体压力之差的作用下打开，井筒内的液体进入上活塞13下部腔室；与此同时，上活塞13上部液体经过空心连杆15挤开下游动阀19进入注水层29；

(9)游梁式抽油机31驱动光杆22向下运行时，光杆22带动抽油杆11、上活塞13和下活塞18一起向下运动，固定阀17在重力作用下关闭，下游动阀19在弹簧39的作用下关闭，上活塞13下部压力增加，当上活塞13下部压力大于上活塞13上部液柱压力时，上游动阀14被顶开，上柱塞13下部的液体通过上游动阀14进入上柱塞13上部；

(10)如此往复运动，井下螺旋气液分离回注装置将产出层28的混合物由螺旋气液分离器25分离，分离后的气体经油管和井筒之间的环空23采至地面，分离后的液体由有杆注入泵26注入注水层29。

Claims (3)

1.井下螺旋气液分离回注装置，包括井下螺旋气液分离器和有杆注入泵，其特征在于：所述井下螺旋气液分离器由内筒、外筒、起导流作用的螺旋片和挡板组成；内筒上下端设有螺纹接头，外筒上端有螺纹接头，内筒与外筒形成的环形空间上端为排气通道，挡板与外筒形成的环形空间下端为排液通道，挡板与内筒形成的环形空间下端为气液混合物进入螺旋分离器的入口；有杆注入泵由上泵筒、下泵筒、抽油杆、上活塞、上游动阀、空心连杆、固定阀、下活塞和下游动阀组成，上泵筒上端有螺纹接头、下泵筒下端有螺纹接头；上游动阀和固定阀由底座、压帽和凡尔球组成，底座内侧有内螺纹、外侧有外螺纹，且有阀腔室，阀腔室下端有排液口；压帽中心有进液口，压帽与底座螺纹连接，用密封圈密封；安装时将凡尔球放入底座的阀腔室，旋紧压帽即可；静止状态时，凡尔球靠自身重力坐在底座的排液口，阀处于关闭状态，当凡尔球下端受到的压力大于上端压力时，凡尔球被顶起，阀处于开启状态；下游动阀由底座、压帽、弹簧和凡尔球组成；底座外侧有上螺纹和下螺纹，且中空有进液口和阀腔室；压帽中心有排液口，与底座螺纹连接，用密封圈密封；安装时将凡尔球放入底座的阀腔室，装入弹簧，旋紧压帽即可；静止时，凡尔球在弹簧的作用下坐在底座的进液口，阀处于关闭状态，当凡尔球上端压力克服下端压力后，弹簧处于压缩状态，凡尔球离开进液口，阀处于开启状态；上游动阀外侧螺纹和上活塞螺纹连接，下游动阀外侧下螺纹与下活塞螺纹连接；空心连杆上端与上游动阀内侧螺纹连接，空心连杆的下端和下游动阀外侧上螺纹连接，空心连杆上端与抽油杆螺纹连接，活塞与泵筒之间由密封圈密封；上泵筒下端与固定阀底座外侧螺纹连接，下泵筒上端与固定阀底座内侧螺纹连接；使用时，将有杆注入泵与井下螺旋气液分离器的内筒下接头螺纹连接。

2.如权利要求1所述的井下螺旋气液分离回注装置，其特征在于：起导流作用的螺旋片由同宽等厚的钢板螺旋状焊接在内筒外侧，其中一部分螺旋片的另一侧与挡板焊接在一起；螺旋片螺旋长度为1个单位长度，则内筒长度为2.5个单位长度，外筒长度为2个单位长度，挡板长度为1个单位长度；挡板和外筒均为钢管，挡板和外筒的下端对齐，且下端向上对称分别切去钢管圆周四分之一，形成两豁口，豁口长0.25个单位长度，顶端为弧形，外筒豁口与挡板豁口用钢板焊接形成排液通道；外筒下端位于内筒下端向上0.25处，螺旋片下端位于内筒下端向上0.75处。

3.井下螺旋气液分离回注方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将油管与井下螺旋气液分离器的内筒上接头螺纹连接；

(2)将封隔器与井下螺旋气液分离器的外筒上接头螺纹连接；

(3)将有杆注入泵与井下螺旋气液分离器的内筒下接头螺纹连接；

(4)将封隔器与有杆注入泵的泵筒下接头螺纹连接；

(5)将连接好的装置下入气井，封隔器下到采气层上部，封隔器下至注入层上部，坐封；若封隔器和封隔器无法同时达到下至采气层和注入层上部时，在有杆注入泵与井下螺旋气液分离器之间连接油管；

(6)抽油杆与游梁式抽油机的光杆连接；

(7)气液混合物经入口进入井下螺旋气液分离器，由于离心力的作用，液体向外侧移动，气体向内侧移动，从而达到气液分离；分离后的气体经出口进入气井的油管和井壁形成的环形空间采至地面；液体在重力的作用下经出口进入位于封隔器上端的有杆泵与井壁形成的环形空间，最后由有杆注入泵将分离的液体注入注水层；

(8)游梁式抽油机驱动光杆向上运行时，光杆带动抽油杆、上活塞和下活塞一起向上运动，上游动阀在重力和上活塞上部液体压力作用下关闭，上活塞下部压力降低，固定阀在环形空间液柱压力和上活塞下部液体压力之差的作用下打开，井筒内的液体进入上活塞下部腔室；与此同时，上活塞上部液体经过空心连杆挤开下游动阀进入注水层；

(9)游梁式抽油机驱动光杆向下运行时，光杆带动抽油杆、上活塞和下活塞一起向下运动，固定阀在重力作用下关闭，下游动阀在弹簧的作用下关闭，上活塞下部压力增加，当上活塞下部压力大于上活塞上部液柱压力时，上游动阀被顶开，上柱塞下部的液体通过上游动阀进入上柱塞上部；

(10)如此往复运动，井下螺旋气液分离回注装置将产出层的混合物由螺旋气液分离器分离，分离后的气体经油管和井筒之间的环空采至地面，分离后的液体由有杆注入泵注入注水层。

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