CN104100239A - 一种雾化装置及其泡排启动雾化排水采气方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雾化装置及其泡排启动雾化排水采气方法，所述雾化装置包括投放头、第一销钉、打捞头、锁环、第二销钉、剪切环、卡瓦座、悬挂套、卡瓦、锥体、胶筒、承压套、第三销钉、芯管、共振器、喷嘴、旋流器、外筒、滤砂筒。所述排水采气方法包括雾化装置的投放坐封、排水采气以及打捞施工。本发明的雾化装置深入油管积液液面以下，实现对积液的三次雾化，液滴雾化程度高，增强了雾化排水采气效果；马牙扣锁定与销钉解锁相配合，坐锚可靠；采用退出锥体的方式实现卡瓦和胶筒的解封解锚，解锁可靠，打捞顺利；可很好的满足低压低产气井排水采气施工要求。

Description

一种雾化装置及其泡排启动雾化排水采气方法

技术领域

本发明属于天然气开采的排水采气技术领域，涉及一种深入井筒积液液面以下的雾化装置，还涉及采用雾化装置实现泡排启动深度雾化的泡排启动雾化排水采气方法。

背景技术

低压低产气井进入开采后期，由于地层能量衰减，导致产气量下降，因而气井的携液能力下降，以致造成井筒积液，甚至水淹停产，影响气田采收率。因此，排水采气是低压低产气田的一项重要技术。井下雾化排水采气是以气井携液理论为基础的排水采气技术，该理论表明液滴直径越小越容易被气流携出井筒，将积液雾化为细小液滴，利用气井自身能量便可将积液持续排出井筒，对低压低产气井具有较好的适应性。

现有的雾化排水采气方法或者需要动力源，或者需要辅助设备，成本较大，井下雾化装置存在打捞困难，雾化排水效果较差等不足。专利文献CN2732994Y（申请号：ZL200420074768.5）公开了一种井下超声旋流雾化器，是利用凸轮卡定在油管节箍的凹槽内进行固定，此类固定方式由于油管节箍凹槽狭小，且凹槽倒角较大，卡定时操作难度较大。专利文献CN202832404U（申请号：201220420621.1）公开了一种气井井下简易超声雾化排水采气装置，其主要创新之处是一种所谓的“液哨”，针形激励器在射流冲击下产生高频振动，从而破碎液滴，但不知道能否达到超声频率。其缺点是打捞时靠上拉卡瓦进行解卡的，由于锥体对卡瓦的径向作用力没有解除，直接上拉卡瓦解卡是不合理的，因此打捞成功率较低。其它相关专利文献的雾化装置大多仍具有打捞困难的缺点，而且只能投放在井筒积液液面以上，排水采气能力较弱。

发明内容

为解决现有雾化装置存在的打捞困难，锚定不可靠以及雾化排水效果不理想的技术缺陷，本发明提供了一种雾化装置及其泡排启动雾化排水采气方法。

本发明采取的技术方案：

一种雾化装置，包括投放头、第一销钉、打捞头、锁环、第二销钉、剪切环、卡瓦座、悬挂套、卡瓦、锥体、胶筒、承压套、第三销钉、芯管、共振器、喷嘴、旋流器、外筒、滤砂筒。

所述投放头通过第一销钉与芯管的上端固定连接。

所述打捞头、锁环、剪切环套装在芯管上；打捞头安装在投放头的下方；锁环和剪切环置于芯管与打捞头之间的空隙中；锁环安装在剪切环的上方；打捞头和剪切环通过第二销钉固定相连。

所述卡瓦座与打捞头的下部螺纹连接，且与悬挂套的上部相连接。

所述悬挂套套装在芯管上；悬挂套安装在剪切环的下方，且与剪切环之间具有间隙。

所述锥体置于悬挂套的下方，且套装在芯管上；锥体与悬挂套螺纹连接，锥体的锥面与卡瓦配合连接。

所述卡瓦的上端与卡瓦座的底部相连接。

所述胶筒、承压套套装在芯管上；胶筒安装在锥体和承压套之间；承压套通过第三销钉与芯管固定相连。

所述芯管下端的套装有外筒，外筒的上端与芯管的下端螺纹连接；外筒的上端与承压套之间具有间隙。

所述共振器安装在芯管的下端，且至于外筒的内部。

所述喷嘴安装在共振器的下方；旋流器安装在喷嘴的下方，且与喷嘴对焊连接；旋流器的底部与滤砂筒相连接；滤砂筒与外筒的下端螺纹连接。

所述喷嘴、旋流器和滤砂筒安装在外筒的内部，且共振器、喷嘴、旋流器和滤砂筒的垂直轴线与芯管的垂直轴线相重合。

进一步地，所述锁环与芯管的接触面內设置有內马牙扣，芯管的外管壁上设置和內马牙扣相配合的外马牙扣。

作为优选，所述共振器內安装有Hartmann共振管和Brocher激励器。

作为优选，所述滤砂筒的底部具有割缝结构。

本发明采取的技术方案进一步包括：

采用上述的雾化装置进行泡排雾化排水采气的方法，包括如下步骤：

1）雾化装置的投放坐封

用钢丝将雾化装置从井中油管内下放，下放时因重力作用卡瓦沿锥体下滑张开至与油管内壁接触。下放至积液液面之下的设计位置后上提钢丝，卡瓦卡定在油管内壁上；继续上提钢丝，剪断第三销钉，芯管带动共振器以下部件上行，锁环的內马牙扣与芯管的外马牙扣咬合；继续上提钢丝，达到设计坐封力时剪断第一销钉，起出投放头，完成雾化装置的投放坐封；

2）雾化装置的排水采气

从井口向油管内投入泡排棒，泡排棒落在雾化装置的上端面；泡排棒遇水反应产生大量泡沫，将雾化装置上部的积液排出井筒；雾化装置之上的液柱压力降低，雾化装置获得压差而开启，井底气液混合物从滤砂筒进入旋流器进行气液分离，分离出的气体经旋流器内部文氏加速管加速后从喷嘴喷出，分离出的液体经旋流器外部离心加速后通过喷嘴形成压力喷雾，在内部高速气流的作用下产生气动雾化，喷向共振器，共振器产生高频振动，将气动雾化后的雾滴进一步破碎细化，破碎细化的雾滴从芯管内上行，经油管流出井筒。

进一步地，所述雾化装置泡排雾化排水采气方法还包括雾化装置的打捞：

用钢丝下放打捞工具抓住打捞头，向下震击芯管，剪断第二销钉，芯管及承压套以下部件下行，胶筒收缩；继续向下震击芯管，芯管带动锁环和剪切环下击锥体，使锥体脱开卡瓦，卡瓦失去径向作用而解锁；上提钢丝，打捞头和卡瓦座带动卡瓦，卡瓦座带动悬挂套和锥体及以下部件依次上行，将雾化装置起出井筒。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明先用泡排棒排出部分积液，雾化装置下入积液液面以下的深度较深，大幅度恢复了井底能量，增强了雾化排水采气效果。

2、本发明中锁环的內马牙扣和芯管的外马牙扣锁定与第二销钉解锁相配合，坐锚可靠；采用退出锥体的方式实现卡瓦和胶筒的解封解锚，解锁可靠，打捞顺利。

3、本发明具有深度雾化效果：工具下的深度较深，液滴雾化程度较深，排水采气能力较强。

以下将结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是雾化装置结构示意图。

图2是雾化装置芯管以上部件的结构示意图。

图3是雾化装置芯管以下部件的结构示意图。

图4是雾化装置泡排雾化排水采气方法原理示意图。

附图标记说明：1、投放头；2、第一销钉；3、打捞头；4、锁环；5、第二销钉；6、剪切环；7、卡瓦座；8、悬挂套；9、卡瓦；10、锥体；11、胶筒；12、承压套；13、第三销钉；14、芯管；15、共振器；16、喷嘴；17、旋流器；18、外筒；19、滤砂筒；20、井筒；21、油管；22、积液液面；23、泡排棒；24、雾化装置；25、封隔器。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种雾化装置24，可以很好的解决现有雾化装置存在的打捞困难，锚定不可靠以及雾化排水效果不理想的技术缺陷。所述雾化装置24的结构特征如图1、图2和图3所示，由投放头1、第一销钉2、打捞头3、锁环4、第二销钉5、剪切环6、卡瓦座7、悬挂套8、卡瓦9、锥体10、胶筒11、承压套12、第三销钉13、芯管14、共振器15、喷嘴16、旋流器17、外筒18、滤砂筒19等部件组成。

投放头1通过第一销钉2与芯管14的上端固定连接。打捞头3安装在投放头1的下方。锁环4和剪切环6置于芯管14与打捞头3之间的空隙中。锁环4安装在剪切环6的上方，特别地，锁环4与芯管14的接触面內设置有內马牙扣。打捞头3和剪切环6通过第二销钉5固定相连。卡瓦座7与打捞头3的下部螺纹连接，且与悬挂套8的上部相连接。

悬挂套8套装在芯管14上。特别地，悬挂套8安装在剪切环6的下方，且与剪切环6之间留有间隙。锥体10置于悬挂套8的下方，且套装在芯管14上。锥体10与悬挂套8螺纹连接，锥体10的锥面与卡瓦9配合连接。

卡瓦9的上端与卡瓦座7的底部相连接。胶筒11、承压套12套装在芯管14上。特别地，胶筒11安装在锥体10和承压套12之间。承压套12通过第三销钉13与芯管14固定相连。

芯管14下端的套装有外筒18，外筒18的上端与芯管14的下端螺纹连接。外筒18的上端与承压套12之间具有间隙。

共振器15安装在芯管14的下端，且至于外筒18的内部。特别地，共振器15內安装有Hartmann共振管和Brocher激励器，强化振动效果，实现喷雾的深度雾化。喷嘴16安装在共振器15的下方。旋流器17安装在喷嘴16的下方，且与喷嘴16对焊连接。旋流器17的底部与滤砂筒19相连接。滤砂筒19与外筒18的下端螺纹连接。作为优选，所述滤砂筒19的底部具有割缝结构。

需要说明的是，喷嘴16、旋流器17和滤砂筒19安装在外筒18的内部，且共振器15、喷嘴16、旋流器17和滤砂筒19的垂直轴线与芯管14的垂直轴线相重合。

还需说明的是，所述芯管14为中空管状结构，芯管14与悬挂套8相接触的外管壁上设置和內马牙扣相配合的外马牙扣。在下放雾化装置24时，锁环4的內马牙扣和芯管14的外马牙扣不咬合，上提坐封时锁环4的內马牙扣和芯管14的外马牙扣咬合。

利用上述雾化装置24进行泡排启动深度雾化排水采气的工作原理如图4所示。带封隔器25的油管21下在井筒20之内，封隔器25隔离油管21与井筒20的环形空间，在地层压力作用下，含水天然气（气液混合物）从油管21内部产出地面。将雾化装置24从油管21内下到积液液面22之下，再投入泡排棒23至雾化装置24上部，利用泡排棒23排出雾化装置以上的积液，雾化装置24获得压差而启动，将下部的气液混合物雾化成细小雾滴排出井筒20。

实施例2

结合上述雾化装置24的结构特征以及采用雾化装置24实现泡排启动深度雾化排水采气的工作原理，按照施工顺序对排水采气的施工过程进行描述。

（1）雾化装置的投放坐封

用钢丝将雾化装置24从井中油管21内下放，下放时因为重力作用卡瓦9沿锥体10下滑张开至与油管21内壁接触。下放至积液液面22之下的设计位置后上提钢丝，卡瓦9卡定在油管21内壁。继续上提钢丝，剪断第三销钉13，芯管14带动共振器15以下部件上行，锁环4的內马牙扣与芯管14的外马牙扣开始咬合，使芯管14只能上行不能下行，保证了卡瓦9和胶筒11的锚定坐封。继续上提钢丝，达到设计坐封力时剪断第一销钉2（可向上震击），起出投放头1，完成雾化装置24投放坐封。

（2）雾化装置的排水采气

从井口向油管21内投入泡排棒23，泡排棒23落在雾化装置24之上。泡排棒23遇水反应产生大量泡沫，将雾化装置24之上的积液排出井筒20。雾化装置24之上的液柱压力降低，雾化装置24获得压差而开启，将雾化装置24下部的气液混合物雾化成细小雾滴排出井筒20。

井底气液混合物从滤砂筒19进入旋流器17进行气液分离。内侧气体被文丘里管加速后从喷嘴16内出口高速喷出，外侧液体经过旋流器17离心加速后动能转化为压能，通过喷嘴16形成压力喷雾，在内部高速气流的作用下产生气动雾化。二次雾化的喷雾再喷向共振器15，产生高频振动，将雾滴进一步破碎细化，实现三次雾化。深度雾化的雾流从芯管14内上行，经油管21流出井筒20，实现排水采气的目的。

雾化装置24完成排水采气作业后，雾化装置24的打捞过程如下：

用钢丝下放打捞工具抓住打捞头3，向下震击芯管14，剪断第二销钉5，芯管14的马牙扣失去锁定能力，芯管14及承压套12以下部件下行，胶筒11失去轴向压力而收缩。继续下击芯管14，芯管14带动锁环4和剪切环6下击锥体10，使锥体10脱开卡瓦9，没有锥体10的径向作用，卡瓦9就失去了锚定油管21的能力。上提钢丝，打捞头3和卡瓦座7带动卡瓦9，卡瓦座7带动悬挂套8和锥体10依次上行，进而起出井筒20，避免了卡瓦9的意外坐卡和胶筒11的意外坐封。

从上述施工过程可以看出，芯管14的外马牙扣和锁环4的內马牙扣锁定与第二销钉5解锁相配合，负责卡瓦9和胶筒11的锚定坐封，投放时芯管14的外马牙扣和锁环4的內马牙扣不咬合，上提坐封时开启咬合，坐锚可靠；第二销钉5负责卡瓦9和胶筒11的解封解锚，采用退出锥体10的方式实现卡瓦9和胶筒11的解封解锚，解锁可靠，打捞顺利。

上面结合附图对本发明的实施方式作了说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种雾化装置，其特征在于，包括投放头（1）、第一销钉（2）、打捞头（3）、锁环（4）、第二销钉（5）、剪切环（6）、卡瓦座（7）、悬挂套（8）、卡瓦（9）、锥体（10）、胶筒（11）、承压套（12）、第三销钉（13）、芯管（14）、共振器（15）、喷嘴（16）、旋流器（17）、外筒（18）、滤砂筒（19）；

所述投放头（1）通过第一销钉（2）与芯管（14）的上端固定连接；

所述打捞头（3）、锁环（4）、剪切环（6）套装在芯管（14）上；打捞头（3）安装在投放头（1）的下方；锁环（4）和剪切环（6）置于芯管（14）与打捞头（3）之间的空隙中；锁环（4）安装在剪切环（6）的上方；打捞头（3）和剪切环（6）通过第二销钉（5）固定相连；

所述卡瓦座（7）与打捞头（3）的下部螺纹连接，且与悬挂套（8）的上部相连接；

所述悬挂套（8）套装在芯管（14）上；悬挂套（8）安装在剪切环（6）的下方，且与剪切环（6）之间具有间隙；

所述锥体（10）置于悬挂套（8）的下方，且套装在芯管（14）上；锥体（10）与悬挂套（8）螺纹连接，锥体（10）的锥面与卡瓦（9）配合连接；

所述卡瓦（9）的上端与卡瓦座（7）的底部相连接；

所述胶筒（11）、承压套（12）套装在芯管（14）上；胶筒（11）安装在锥体（10）和承压套（12）之间；承压套（12）通过第三销钉（13）与芯管（14）固定相连；

所述芯管（14）下端的套装有外筒（18），外筒（18）的上端与芯管（14）的下端螺纹连接；外筒（18）的上端与承压套（12）之间具有间隙；

所述共振器（15）安装在芯管（14）的下端，且至于外筒（18）的内部；

所述喷嘴（16）安装在共振器（15）的下方；旋流器（17）安装在喷嘴（16）的下方，且与喷嘴（16）对焊连接；旋流器（17）的底部与滤砂筒（19）相连接；滤砂筒（19）与外筒（18）的下端螺纹连接；

所述喷嘴（16）、旋流器（17）和滤砂筒（19）安装在外筒（18）的内部，且共振器（15）、喷嘴（16）、旋流器（17）和滤砂筒（19）的垂直轴线与芯管（14）的垂直轴线相重合。

2.根据权利要求1所述的雾化装置，其特征在于：所述锁环（4）与芯管（14）的接触面內设置有內马牙扣，芯管（14）的外管壁上设置和內马牙扣相配合的外马牙扣。

3.根据权利要求1所述的雾化装置，其特征在于：所述共振器（15）內安装有Hartmann共振管和Brocher激励器。

4.根据权利要求1所述的雾化装置，其特征在于：所述滤砂筒（19）的底部具有割缝结构。

5.采用权利要求1至4中任一项所述的雾化装置进行泡排雾化排水采气的方法，其特征在于包括如下步骤： 

1)雾化装置的投放坐封 

用钢丝将雾化装置(24)从井中油管(21)内下放，因重力作用卡瓦(9)沿锥体(10)下滑并张开至与油管(21)内壁接触；下放至积液液面(22)以下的设计位置后上提钢丝，卡瓦(9)卡定在油管(21)内壁上；继续上提钢丝，剪断第三销钉(13)，芯管(14)带动共振器(15)以下部件上行，锁环(4)的內马牙扣与芯管(14)的外马牙扣咬合；继续上提钢丝，达到设计坐封力时剪断第一销钉(2)，起出投放头(1)，完成雾化装置(24)的投放坐封； 

2)雾化装置的排水采气 

从井口向油管(21)内投入泡排棒(23)，泡排棒(23)落在雾化装置(24)的上端面；泡排棒(23)遇水反应产生大量泡沫，将雾化装置(24)上部的积液排出井筒(20)；雾化装置(24)之上的液柱压力降低，雾化装置(24)获得压差而开启，井底气液混合物从滤砂筒(19)进入旋流器(17)进行气液分离，分离出的气体经旋流器(17)内部文氏加速管加速后从喷嘴(16)喷出，分离出的液体经旋流器(17)外部离心加速后通过喷嘴(16)形成压力喷雾，在内部高速气流的作用下产生气动雾化，喷向共振器(15)，共振器(15)产生高频振动，将气动雾化后的雾滴进一步破碎细化，破碎细化的雾滴从芯管(14)内上行，经油管(21)流出井筒(20)。 

6.根据权利要求5所述的雾化装置泡排启动雾化排水采气方法，其特征在于还包括雾化装置（24）的打捞：

用钢丝下放打捞工具抓住打捞头（3），向下震击芯管（14），剪断第二销钉（5），芯管（14）及承压套（12）以下部件下行，胶筒（11）收缩；继续向下震击芯管（14），芯管（14）带动锁环（4）和剪切环（6）下击锥体（10），使锥体（10）脱开卡瓦（9），卡瓦（9）失去径向作用而解锁；上提钢丝，打捞头（3）和卡瓦座（7）带动卡瓦（9），卡瓦座（7）带动悬挂套（8）和锥体（10）及以下部件依次上行，将雾化装置（24）起出井筒（20）。