CN108222913B - 一种沉砂气锚 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉砂气锚，属于油井井下工具领域。该沉砂气锚包括自上而下顺次连通的上接头、外管、接箍、筛管、下接头、设置在外管内的气液分离器、设置在筛管内的液砂分离器。气液分离器包括下端封堵的中心管、绕中心管外壁螺旋设置的气液螺旋片；气液螺旋片外周缘与外管内壁接触；中心管上端通过直角管接头与外部连通，壁上设置有进气孔。液砂分离器包括中心柱、绕中心柱外壁螺旋设置的上螺旋片和下螺旋片，上螺旋片外周缘与筛管内壁之间设置有间隙，下螺旋片外周缘与筛管内壁接触；上螺旋片上表面螺旋设置有底端封堵而顶端开通的上螺旋通道；下螺旋片上表面螺旋设置有底端开通而顶端封堵的下螺旋通道。该沉砂气锚气液砂分离效果更好。

Description

一种沉砂气锚

技术领域

本发明涉及油井井下工具领域，特别涉及一种沉砂气锚。

背景技术

油田原油举升设备以柱塞式抽油泵为主，该抽油泵在井下工作时，抽吸的是气、油、水三相的原油混合液，而对于油田疏松砂岩油藏的开发来说，在利用抽油泵进行抽吸的过程中，还会有相当的砂粒等杂质存在于被抽吸的原油混合液中。对于抽油泵来说，其内进入了气体，会降低泵效，影响产量；其内进入了砂粒，不仅加速了抽油泵的磨损，严重时还会使抽油泵被卡死，无法工作。为解决上述的抽油泵内进砂和进气的问题，多采用沉砂气锚(也称气砂锚)来对原油混合液进行气、液、砂粒的分离，所以，提供一种沉砂气锚是十分必要的。

现有技术提供了一种气砂锚装置，该装置包括上接头、外管、排气孔、螺旋片、内管、接头、接箍、沉砂管、下接头、堵塞器，其中，上接头外顺次与外管、接头、接箍、沉砂管、下接头相连接，上接头内与内管相连接，外管与内管之间设有环形空间，内管上安装有螺旋片，外管上设有排气孔，下接头上安装有堵塞器。该气砂锚装置通过使进入的原油混合液在其内向上旋流进行离心式分离将气液分离，同时在旋流过程中砂粒依靠自身重力沉积下来，进而实现气、液、砂粒的分离。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术提供的气砂锚的气、液、砂粒的分离效果还有待提高。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种具有更好气、液、砂粒的分离效果的沉砂气锚。具体技术方案如下：

一种沉砂气锚，包括自上而下顺次连接并导通的上接头、外管、接箍、筛管和下接头，其特征在于，所述沉砂气锚还包括：设置在所述外管内的气液分离器、设置在所述筛管内的液砂分离器；

所述气液分离器包括下端封堵的中心管、绕所述中心管外壁螺旋设置的气液螺旋片；

所述气液螺旋片外周缘与所述外管内壁接触；所述中心管的上端通过直角管接头与外部连通，并且壁上设置有进气孔；

所述液砂分离器包括中心柱、绕所述中心柱外壁螺旋设置的上螺旋片和下螺旋片，所述上螺旋片外周缘与所述筛管内壁之间设置有间隙，所述下螺旋片外周缘与所述筛管内壁接触；

所述上螺旋片的上表面螺旋设置有底端封堵而顶端开通的上螺旋通道；所述下螺旋片的上表面螺旋设置有底端开通而顶端封堵的下螺旋通道。

具体地，作为优选，所述上接头的侧壁上设置有一个通孔，所述直角管接头的竖直端与所述中心管的上端连通，所述直角管接头的水平端与所述通孔连通。

具体地，作为优选，所述直角管接头的水平端内腔中设置有单流阀，用于将分离出的气体从所述中心管排至所述外管的外部。

具体地，作为优选，所述沉砂气锚还包括柱形封堵头；

所述柱形封堵头的上端与所述中心管的下端连接，以封堵所述中心管的下端；

所述柱形封堵头的下端与所述中心柱的上端连接。

具体地，作为优选，所述上螺旋片外周缘与所述筛管内壁之间的间隙的宽度为0.5mm-1mm。

具体地，作为优选，所述上螺旋片上设置有多条均匀分布且上下连通的径向割缝。

具体地，作为优选，所述径向割缝的宽度为0.1mm～0.4mm。

具体地，作为优选，所述上螺旋通道的宽度大于所述下螺旋通道的宽度。

具体地，作为优选，所述筛管上的进液孔与所述上螺旋通道相对，以使原油混合液由所述进液孔进入后直接进入所述上螺旋通道内。

具体地，作为优选，多个所述进液孔绕所述筛管的外壁螺旋设置，以与所述上螺旋通道相对应。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

基于流体力学和不同密度介质的移动规律，本发明实施例提供的沉砂气锚通过设置上螺旋通道和下螺旋通道，使原油混合物在旋流上升的过程中实现液砂分离，并且通过甩、筛、沉等过程将砂粒彻底从其中分离出去。通过设置具有气液螺旋片的气液分离器，使气体从液体中有效分离出来并排至井筒内。如此设置使得该沉砂气锚具有更好的气、液、砂粒的分离效果，从而有效解决泵效降低及卡、磨、埋泵等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的沉砂气锚的剖面图。

附图标记分别表示：

1 上接头，

2 外管，

3 接箍，

4 筛管，

401 进液孔，

5 下接头，

6 气液分离器，

601 中心管，

602 气液螺旋片，

7 液砂分离器，

701 中心柱，

702 上螺旋片，

703 下螺旋片，

8 直角管接头，

9 柱形封堵头。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种沉砂气锚，如附图1所示，该沉砂气锚包括自上而下顺次连接并导通的上接头1、外管2、接箍3、筛管4和下接头5。进一步地，该沉砂气锚还包括：设置在外管2内的气液分离器6、设置在筛管4内的液砂分离器7。

其中，气液分离器6包括下端封堵的中心管601、绕中心管601外壁螺旋设置的气液螺旋片602；气液螺旋片602外周缘与外管2内壁接触；中心管601的上端通过直角管接头8与外部连通，并且壁上设置有进气孔。

液砂分离器7包括中心柱701、绕中心柱701外壁螺旋设置的上螺旋片702和下螺旋片703，上螺旋片702外周缘与筛管4内壁之间设置有间隙，下螺旋片703外周缘与筛管4内壁接触；上螺旋片702的上表面螺旋设置有底端封堵而顶端开通的上螺旋通道；下螺旋片703的上表面螺旋设置有底端开通而顶端封堵的下螺旋通道。

以下就本发明实施例提供的沉砂气锚的工作原理给予概述：

将该沉砂气锚的上接头1与泵下油管连接，下接头5与沉砂油管连接，然后将该沉砂气锚下入井筒内进行气、液、砂的分离，具体是：在抽油泵的抽吸作用下，原油混合液由筛管4上的进液孔401进入其内部的液砂分离器7中。由于液砂分离器7的上螺旋片702上设置底端封堵而顶端开通的上螺旋通道，此时原油混合液将围绕中心柱701沿着上螺旋通道向上螺旋运动，而不会从上螺旋通道的底端排出。在原油混合液向上螺旋运动的过程中，基于离心力的作用，密度相对于液体较大的砂粒将被抛贴在筛管4的内壁上，并且基于砂粒的自重力，在剪切力作用下这些砂粒将从上螺旋片702外周缘与筛管4内壁之间的间隙中下落至下螺旋片703上。由于下螺旋片703上的下螺旋通道为底端开通而顶端封堵，此时砂粒只能顺着该下螺旋通道下沉直至从下接头5中排至沉砂油管中。可见，通过液砂分离器7将原油混合液分离成向上螺旋运动的液体和下沉的砂粒，从而有效实现了液、砂分离。

完成液、砂分离的液体在筛管4内向上螺旋运动直至进入外管2内部，此时液体将在气液分离器6的作用下进行气液分离，具体是：液体绕着中心管601上的气液螺旋片602继续向上螺旋运动，在此过程中，气液螺旋片602靠近中心管601处的压力较低，而靠近外管2处的压力较高，因此液体中的溶解气将快速分离出来并在中心管601的外壁上聚集。由于中心管601的壁上设置有进气孔，聚集的气体将由该进气孔进入中心管601内部，中心管601的上端通过直角管接头8与外部即井筒连通，基于气体的自溢性，则分离出的气体将顺着中心管601向压力低的上端聚集并排至井筒内。完成气、液分离的液体在外管2内继续向上运动并举升至油管，最后由抽油泵抽吸至井口。可见，通过气液分离器6继续完成了气、液分离。

基于上述可知，基于流体力学和不同密度介质的移动规律，本发明实施例提供的沉砂气锚通过设置上螺旋通道和下螺旋通道，使原油混合物在旋流上升的过程中实现液砂分离，并且通过甩、筛、沉等过程将砂粒彻底从其中分离出去。通过设置具有气液螺旋片602的气液分离器6，使气体从液体中有效分离出来并排至井筒内。如此设置使得该沉砂气锚具有更好的气、液、砂粒的分离效果，从而有效解决泵效降低及卡、磨、埋泵等问题。

需要说明的是，气液分离器6和液砂分离器7分别竖直地固定在外管2内和筛管4内。中心管601为空心管状，而中心柱701为实心圆柱状。对于液砂分离器7来说，其中的上螺旋片702和下螺旋片703平行相对，两者之间的距离根据产液量多少、含砂量高低来确定，以使液体旋转速度、离心力达到期望值。上螺旋通道沿着上螺旋片702的轴向开设，下螺旋通道沿着下螺旋片703的轴向开设，两者均为相同的螺旋状。对于上螺旋通道来说，通过将其底端封堵即位于中心柱701底部的端部封堵住，同时将其顶端开通即位于中心柱701顶部的端部开通使其与外筒2的内腔连通，以使液体只能向上螺旋运动。对于下螺旋通道来说，通过将其底端开通即位于中心柱701底部的端部开通以与下接头5的内腔连通，同时将其顶端封堵即位于中心柱701顶部的端部封堵，以使被分离的砂粒汇集在该下螺旋通道内并在重力作用下顺着该通道下沉。(此处上螺旋通道和下螺旋通道也可以理解为明(液)升暗(砂)降两个通道)。

在本发明实施例中，使用上接头1与泵下油管连接，优选将上接头1的上端设置成21/2平式油管扣，以便于与本领域常见的油管实现可拆卸连接；同时将上接头1的下端的内壁上设置内螺纹，而在外管2的上端外壁上设置外螺纹，以使上接头1与外管2螺纹连接。具体地，在上接头1的侧壁上设置有一个通孔，直角管接头8的竖直端与中心管601的上端连通，直角管接头8的水平端与通孔连通。通过在上接头1的上端设置与井筒连通的通孔，以确保气液分离的路径足够长，使气液分离更彻底。作为优选，上述进气孔设置在气液螺旋片602与中心管601的外壁相接的根部处，以保证被分离的气体能顺利进入中心管601内部。

进一步地，为了便于气体的排出，在直角管接头8的水平端内腔中设置有单流阀，用于将分离出的气体从中心管601排至外管2的外部。通过设置单流阀能够在气体汇集并上升至直角管接头8处后，顶开该单流阀排出，而在排出后单流阀自动关闭，实现单向放气，从而为外管2内部提供稳定的工作压力环境，便于下一次的气体的上升汇集。

为了使中心管601的下端封堵，同时便于完成液砂分离的液体在顺着中心柱701进入外管2后，直接顺着中心管6向上运动，如附图1所示，该沉砂气锚还包括柱形封堵头9；柱形封堵头9的上端与中心管601的下端连接优选螺纹连接，以封堵中心管601的下端；柱形封堵头9的下端与中心柱701的上端连接优选螺纹连接。通过使中心管6、柱形封堵头9、中心柱701同心同轴设置，以顺利实现上述效果。

在本发明实施例中，通过在上螺旋片702外周缘与筛管4内壁之间设置间隙以便于大砂粒由此下沉至下螺旋片703上，为了实现上述效果，同时保证液体不会从该间隙中漏失，上螺旋片702外周缘与筛管4内壁之间的间隙的宽度为0.5mm-1mm，例如0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm等。

进一步地，为了便于细小泥砂从上螺旋片702直接下落至下螺旋片703上，在上螺旋片702上设置有多条均匀分布且上下连通的径向割缝，此时细小泥砂将直接由该径向割缝下落至下螺旋片703上。同时，为了实现砂粒的下沉，同时保证液体不会从其中漏失，纵向割缝和径向割缝的宽度均为0.1mm-0.4mm，例如0.1mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm等。

在本发明实施例中，上螺旋通道的宽度大于下螺旋通道的宽度，根据产液量多少、含砂量高低，靠螺距大小确定上螺旋通道的宽窄，螺距大小确定后液体旋转速度、离心力也确定。作为优选，上螺旋通道的宽度优选比下螺旋通道的宽度大3倍，上螺旋通道的宽度一般为90mm。

为了确保原油混合液由筛管4上的进液孔401直接进入上螺旋通道中，而不会进入下螺旋通道，从而提高液砂分离效果，使筛管4上的进液孔401与上螺旋通道相对，以使原油混合液由进液孔401进入后直接进入上螺旋通道内。进一步地，多个进液孔401绕筛管4的外壁螺旋设置，以与上螺旋通道相对应，通过使多个进液孔401排布成螺旋线状，不仅便于实现其与上螺旋通道的对应连通，并且还保证液砂分离的均匀性。

此外，本发明实施例采用接箍3将外管2和筛管4连接并导通，其中接箍3优选以螺纹连接的方式分别套装在外管2的下端和筛管4的上端。还可以在柱形封堵头9和接箍3的内壁之间设置几个扶正连杆，以将两者进行同心连接，同时又可在两者之间形成便于液体上行的环形空间。

为了便于上述各部件的制备，以下给出一些简单易行的实施方式：外管2是上端和下端都有连接普通公丝扣并且壁厚5mm的圆管。气液分离器6可以由有一根厚壁无缝钢管加工成，其内腔作为气体通道，其外壁上设置可以旋流气液的气液螺旋片602，气液螺旋片602外周缘与外管2内壁配合接触。筛管4可以由一根厚度为5mm的钢管，四周壁上开设有向上螺旋排列的进液孔401，上端有与接箍3连接的普通公丝扣，下端由与下接头5连接的普通公丝扣。液砂分离器7可以由一根圆柱钢材加工而成，柱体外壁上是加工成一宽一窄围绕中心柱701向上旋的双螺旋通道，并且液砂分离器7下端坐在下接头7上。此外，筛管4和液砂分离器7的长短根据地层产液量和含砂量而定，当两者量越多时，则相应地增加筛管4和液砂分离器7的长度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种沉砂气锚，包括自上而下顺次连接并导通的上接头（1）、外管（2）、接箍（3）、筛管（4）和下接头（5），其特征在于，所述沉砂气锚还包括：设置在所述外管（2）内的气液分离器（6）、设置在所述筛管（4）内的液砂分离器（7）；

所述气液分离器（6）包括下端封堵的中心管（601）、绕所述中心管（601）外壁螺旋设置的气液螺旋片（602）；

所述气液螺旋片（602）外周缘与所述外管（2）内壁接触；所述中心管（601）的上端通过直角管接头（8）与外部连通，并且壁上设置有进气孔；

所述液砂分离器（7）包括中心柱（701）、绕所述中心柱（701）外壁螺旋设置的上螺旋片（702）和下螺旋片（703），所述上螺旋片（702）外周缘与所述筛管（4）内壁之间设置有间隙，所述下螺旋片（703）外周缘与所述筛管（4）内壁接触；

所述上螺旋片（702）的上表面螺旋设置有底端封堵而顶端开通的上螺旋通道；所述下螺旋片（703）的上表面螺旋设置有底端开通而顶端封堵的下螺旋通道；

所述筛管（4）上的进液孔（401）与所述上螺旋通道相对，以使原油混合液由所述进液孔（401）进入后直接进入所述上螺旋通道内。

2.根据权利要求1所述的沉砂气锚，其特征在于，所述上接头（1）的侧壁上设置有一个通孔，所述直角管接头（8）的竖直端与所述中心管（601）的上端连通，所述直角管接头（8）的水平端与所述通孔连通。

3.根据权利要求2所述的沉砂气锚，其特征在于，所述直角管接头（8）的水平端内腔中设置有单流阀，用于将分离出的气体从所述中心管（601）排至所述外管（2）的外部。

4.根据权利要求1所述的沉砂气锚，其特征在于，所述沉砂气锚还包括柱形封堵头（9）；

所述柱形封堵头（9）的上端与所述中心管（601）的下端连接，以封堵所述中心管（601）的下端；

所述柱形封堵头（9）的下端与所述中心柱（701）的上端连接。

5.根据权利要求1所述的沉砂气锚，其特征在于，所述上螺旋片（702）外周缘与所述筛管（4）内壁之间的间隙的宽度为0.5mm-1mm。

6.根据权利要求1所述的沉砂气锚，其特征在于，所述上螺旋片（702）上设置有多条均匀分布且上下连通的径向割缝。

7.根据权利要求6所述的沉砂气锚，其特征在于，所述径向割缝的宽度为0.1 mm ~0.4mm。

8.根据权利要求1所述的沉砂气锚，其特征在于，所述上螺旋通道的宽度大于所述下螺旋通道的宽度。

9.根据权利要求1所述的沉砂气锚，其特征在于，多个所述进液孔（401）绕所述筛管（4）的外壁螺旋设置，以与所述上螺旋通道相对应。

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