CN109403945A - 多级递进式气液砂组合分离排放系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到油田采油设备领域，具体涉及到多级递进式气液砂组合分离排放系统及其使用方法。包括气液砂三相螺旋分离排放装置，气液砂三相螺旋分离排放装置上方设置有气液二相重力分离排放装置，气液二相重力分离排放装置上方设置有气液二相罩式螺旋分离排放装置。本发明，结构简单，使用方便，将气液砂分离结构组合成一体，形成具有自然分离、碰撞分离、流向分离、流态分离、重力分离和离心分离等多项分离技术于一体实现真正的多级递进式组合分离，实现气液砂多级递进式高效快速分离，分离出的气体经排气装置排放到油套环空，分离砂沉放于尾管，安装简便，组合灵活自由方便。
Description
技术领域
本发明涉及到油田采油设备领域，具体涉及到多级递进式气液砂组合分离排放系统及其使用方法。
背景技术
石油开采机械采油大都采用游梁式抽油机柱塞式抽油泵采油的方式，通过抽油泵的抽汲使井筒内的压力小于地层压力，地层液就会从地层孔隙渗流到井筒，抽油泵再将井筒中的气液砂混合物举升到地面；地层液在井筒流动上升，压力会逐渐下降，地层液中的溶解气会逐渐从液体中析出；由于气体具有很强的膨胀性和压缩性，含气液体进入抽油泵时因气体的膨胀占据泵筒空间，排出液体时因气体的压缩影响抽油泵的排出量，气体影响使抽油泵泵效降低，严重的气体影响造成气塞现象，而含砂井液则容易卡泵。因此，研究抽油泵的防砂及气体影响机理，应用防砂防气工艺技术是提高抽油机效率和抽油泵泵效进而提高抽油泵井单井产量的有效方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于能够实现使用方便，将气液砂分离结构组合成一体，多级递进式组合分离，气液砂多级递进式高效快速分离的多级递进式气液砂组合分离排放系统及其使用方法。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
多级递进式气液砂组合分离排放系统，包括气液砂三相螺旋分离排放装置，气液砂三相螺旋分离排放装置上方设置有气液二相重力分离排放装置，气液二相重力分离排放装置上方设置有气液二相罩式螺旋分离排放装置，
所述气液砂三相螺旋分离排放装置包括第一下接头，第一下接头内设置有沉沙通道，第一下接头上端螺纹连接有第一外套管，第一外套管与沉沙通道连通，第一外套管上部外缘上开设有多个第一进液孔，第一外套管上端螺纹连接有连接接箍，第一外套管上端的连接接箍上设置有与第一外套管内部连通的排气装置，第一外套管内设置有内管，内管固定在第一外套管上端的连接接箍上，内管外缘固定有螺旋排布的第一螺旋叶片，第一外套管上端的连接接箍上端螺纹连接有第一导流交换管，内管与第一导流交换管连通，第一导流交换管上端螺纹连接有第一上接头，
所述气液二相重力分离排放装置包括与第一上接头螺纹连接的第二下接头，第二下接头上端螺纹连接有第二外套管，第二外套管内设置有与其同轴心的隔离管，隔离管下端与第二下接头螺纹连接，第二外套管上端螺纹连接有连接接箍，第二外套管上端的连接接箍上设置有排气装置，隔离管上端与第二外套管上端的连接接箍螺纹连接，隔离管上部外缘设置有多个第三进液孔，隔离管下部内固定有隔板，隔板下方的隔离管管壁上开设有多个第二进液孔，隔离管内部设置有与其同轴心的中心管，中心管上端与第二外套管上端的连接接箍固定连接，第二外套管上端的连接接箍上的排气装置与中心管和隔离管之间的空腔连通，第二外套管上端的连接接箍上端螺纹连接有第二导流交换管，中心管与第二导流交换管连通，第二导流交换管上端螺纹连接有第二上接头，
所述气液二相罩式螺旋分离排放装置包括与第二上接头螺纹连接的第三下接头，第三下接头上螺纹连接有第三导流交换管，第三导流交换管上端螺纹连接有接箍，接箍上端螺纹连接有第三外套管，第三外套管内设置有与其同轴心的内杆，内杆固定在接箍内，接箍内圆周均布开设有多个竖直的通孔，通孔连通第三导流交换管和第三外套管，内杆外缘固定有第二螺旋叶片，第三外套管上端螺纹连接有第三上接头，第三上接头内螺纹连接有与其同轴心的旋流分离伞，旋流分离伞外缘与第三外套管内缘之间形成旋流分离腔，内杆上端延伸至旋流分离伞下部内，旋流分离伞上方的第三上接头内设置有与旋流分离伞连通的阀球腔，阀球腔内设置有阀球，阀球与旋流分离伞上端球面密封配合，第三上接头外缘上开设有与阀球腔连通的排气孔，阀球腔一侧的第三上接头上开设有多个竖直出液孔，第三上接头与油管螺纹连接，出液孔连通油管和第三外套管。
具体的，所述排气装置包括贯穿连接接箍侧壁的倾斜开孔，开孔靠近连接接箍轴心的一端向下倾斜，开孔为上大下小的阶梯孔，开孔的大孔内放置有密封球，密封球与开孔的小孔上端球面密封配合，开孔上方的连接接箍上固定有防止密封球从开孔的大孔中脱出的挡环，挡环与密封球之间设置有允许密封球在开孔的大孔内活动的间隙。
具体的，所述第一导流交换管的内径大于内管的内径。
具体的，所述第二导流交换管的内径等于第三导流交换管的内径，第二导流交换管的内径大于中心管的内径。
具体的，所述第二进液孔内均设置有破泡器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明，结构简单，使用方便，将气液砂分离结构组合成一体，形成具有自然分离、碰撞分离、流向分离、流态分离、重力分离和离心分离等多项分离技术于一体，实现真正的多级递进式组合分离，实现气液砂多级递进式高效快速分离，分离出的气体经排气装置排放到油套环空，分离砂沉放于尾管，安装简便，组合灵活自由方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A区域的放大图。
图3为B区域的放大图。
图4为接箍的俯视图。
附图中的零部件名称为：
1、第三上接头，2、阀球，3、旋流分离伞，4、旋流分离腔，5、内杆，6、第三外套管，7、接箍，8、第三导流交换管，9、第三下接头，10、第二上接头，11、第二导流交换管，12、排气装置，12.1、阶梯孔，12.2、阀球，12.3挡环，13、第三进液孔，14、第二外套管，15、隔离管，16、中心管，17、隔板，18、第二进液孔，19、第二下接头，20、第一上接头，21、第一导流交换管，22、连接接箍，23、第一进液孔，24、第一外套管，25、内管，26、沉砂通道，27、第一下接头，28、出液孔，29、通孔，30、排气孔，31、第一螺旋叶片，32、第二螺旋叶片，33、阀球腔。
具体实施方式
如图1-4所示，多级递进式气液砂组合分离排放系统，包括气液砂三相螺旋分离排放装置，气液砂三相螺旋分离排放装置上方设置有气液二相重力分离排放装置，气液二相重力分离排放装置上方设置有气液二相罩式螺旋分离排放装置。
所述气液砂三相螺旋分离排放装置包括第一下接头31，第一下接头31内设置有沉沙通道26，第一下接头31上端螺纹连接有第一外套管24，第一外套管24与沉沙通道26连通，第一外套管24上部外缘上开设有多个第一进液孔23，第一外套管24上端螺纹连接有连接接箍22，第一外套管24上端的连接接箍22上设置有与第一外套管24内部连通的排气装置12，第一外套管24内设置有内管25，内管25固定在第一外套管24上端的连接接箍22上，内管25外缘固定有螺旋排布的第一螺旋叶片31，第一外套管24上端的连接接箍22上端螺纹连接有第一导流交换管21，内管25与第一导流交换管21连通，所述第一导流交换管21的内径大于内管25的内径，第一导流交换管21上端螺纹连接有第一上接头20。
所述气液二相重力分离排放装置包括与第一上接头20螺纹连接的第二下接头19，第二下接头19上端螺纹连接有第二外套管14，第二外套管14内设置有与其同轴心的隔离管15，隔离管15下端与第二下接头19螺纹连接，第二外套管14上端螺纹连接有连接接箍22，第二外套管14上端的连接接箍22上设置有排气装置12，隔离管15上端与第二外套管14上端的连接接箍22螺纹连接，隔离管15上部外缘设置有多个第三进液孔13，隔离管15下部内固定有隔板17，隔板17下方的隔离管15管壁上开设有多个第二进液孔18，所述第二进液孔18内均设置有破泡器，隔离管15内部设置有与其同轴心的中心管16，中心管16上端与第二外套管14上端的连接接箍22固定连接，第二外套管14上端的连接接箍22上的排气装置12与中心管16和隔离管15之间的空腔连通，第二外套管14上端的连接接箍22上端螺纹连接有第二导流交换管11，中心管16与第二导流交换管11连通，第二导流交换管11上端螺纹连接有第二上接头10。
所述气液二相罩式螺旋分离排放装置包括与第二上接头10螺纹连接的第三下接头9，第三下接头9上螺纹连接有第三导流交换管8，第三导流交换管8上端螺纹连接有接箍7，接箍7上端螺纹连接有第三外套管6，第三外套管6内设置有与其同轴心的内杆5，内杆5固定在接箍7内，接箍7内圆周均布开设有多个竖直的通孔29，通孔29连通第三导流交换管8和第三外套管6，内杆5外缘固定有第二螺旋叶片32，第三外套管6上端螺纹连接有第三上接头1，第三上接头1内螺纹连接有与其同轴心的旋流分离伞3，旋流分离伞3外缘与第三外套管6内缘之间形成旋流分离腔4，内杆5上端延伸至旋流分离伞3下部内，旋流分离伞3上方的第三上接头1内设置有与旋流分离伞3连通的阀球腔33，阀球腔33内设置有阀球2，阀球2与旋流分离伞3上端球面密封配合，第三上接头1外缘上开设有与阀球腔33连通的排气孔30，阀球腔33一侧的第三上接头1上开设有多个竖直出液孔28，第三上接头1与油管螺纹连接，出液孔28连通油管和第三外套管6。
所述排气装置包括贯穿连接接箍22侧壁的倾斜开孔12.1，开孔12.1靠近连接接箍22轴心的一端向下倾斜，开孔12.1为上大下小的阶梯孔，开孔12.1的大孔内放置有密封球12.2，密封球12.2与开孔12.1的小孔上端球面密封配合，开孔12.1上方的连接接箍22上固定有防止密封球12.2从开孔12.1的大孔中脱出的挡环12.3，挡环12.3与密封球12.2之间设置有允许密封球12.2在开孔12.1的大孔内活动的间隙。
使用时，将第三上接头1与油管下端螺纹连接，将尾管连接在第一下接头27下端，然后将该装置随油管在套管内下放，直到第一进液孔23位于套管内井液的液面下方，抽油泵启动后，井液就会通过第一进液孔23进入到第一外套管24和内管25之间，在内管25外缘上第一螺旋叶片31的作用下，井液螺旋下行，在离心力和重力的作用下，井液中的砂就会向第一外套管24内缘方向靠近并下行，此时从井液逸出的气体就会向内管25方向靠近并上行后聚集在第一外套管24上端的连接接箍22内，当井液进入到内管25后，井液中的砂就会经过第一下接头27中的沉沙通道26落入尾管，第一外套管24上端连接接箍22内聚集的气体逐渐增多后就会推动密封球12.2并从开孔12.1中排向油套环空内，去除掉砂和部分气体的井液通过内管25进入到第一导流交换管21内，因为第一导流交换管21的内径大于内管25的内径，流经第一导流交换管21的井液的压强和压力均减少，因此当井液进入到第一导流交换管21内部后又有部分的气体从井液中逸出并聚集扩大成较大气泡，并随着井液通过第一上接头20进入到第二下接头19和隔离管15内，
在隔板17的阻挡作用下，井液经过第二进液孔18进入到第二外套管14和隔离管115之间的空腔内，同时第二进液孔18中的破泡器能够将井液中的气泡破坏，使得气泡内的气体逸出，进入到第二外套管14和隔离管15之间空腔内的井液上行并从第三进液孔13进入到中心管16和隔离管15之间的空腔内下行，井液经过第三进液孔13后就会改变流向，此时位于中心管16和隔离管15之间的气体就会上行并在第二外套管14上端的连接接箍22内聚集，由于井液的抽汲流动，第二外套管14上端连接接箍22内聚集的气体逐渐增多后就会推动密封球12.2并从开孔12.1中排向油套环空内，聚集在第二外套管14上端的连接接箍22内气体排出后，第二外套管14上端连接接箍22内气体聚集腔体内的压力降低形成相对负压，同时，井液流向改变处顶端的压力最小，因此中心管16与隔离管15之间的井液会不断有气体逸出并上行聚集在第二外套管14上端的连接接箍22内，当井液进入到中心管16后上行，井液的流向再次发生改变，此时会有部分气体再次从井液流向改变处逸出并上行聚集在第二外套管14上端的连接接箍22内，第二外套管14上端的连接接箍22内聚集的气体持续排出，进入到中心管16内的井液流经第二导流交换管11、第二上接头10、第三下接头9进入到第三导流交换管8内，因为第二导流交换管11的内径等于第三导流交换管8的内径，第二导流交换管8的内径大于中心管16的内径，因此当井液流经第二导流交换管11和第三导流交换管8时，会有部分的气体逸出，气体和井液经过接箍7的通孔29进入到第三外套管6内，在内杆5外缘第二螺旋叶片32的作用下，井液螺旋上行，在离心力的作用下，气体向内杆5方向靠近并上行后聚集在旋流分离伞3内，当旋流分离伞3内的气体逐渐增多后，气体就会克服阀球2的重力将阀球2顶起后排向油套环空内，井液进入到旋流分离腔4内经过出液孔28进入到油管内被抽出。
可以根据油井内井液及气体的多少增加或者减少气液二相重力分离排放装置的节数，利用多节气液二相重力分离排放装置对液量大、含气量高的井液进行气液分离。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.多级递进式气液砂组合分离排放系统，其特征在于，包括气液砂三相螺旋分离排放装置，气液砂三相螺旋分离排放装置上方设置有气液二相重力分离排放装置，气液二相重力分离排放装置上方设置有气液二相罩式螺旋分离排放装置，
所述气液砂三相螺旋分离排放装置包括第一下接头(31)，第一下接头(31)内设置有沉沙通道(26)，第一下接头(31)上端螺纹连接有第一外套管(24)，第一外套管(24)与沉沙通道(26)连通，第一外套管(24)上部外缘上开设有多个第一进液孔(23)，第一外套管(24)上端螺纹连接有连接接箍(22)，第一外套管(24)上端的连接接箍(22)上设置有与第一外套管(24)内部连通的排气装置(12)，第一外套管(24)内设置有内管(25)，内管(25)固定在第一外套管(24)上端的连接接箍(22)上，内管(25)外缘固定有螺旋排布的第一螺旋叶片(31)，第一外套管(24)上端的连接接箍(22)上端螺纹连接有第一导流交换管(21)，内管(25)与第一导流交换管(21)连通，第一导流交换管(21)上端螺纹连接有第一上接头(20)，
所述气液二相重力分离排放装置包括与第一上接头(20)螺纹连接的第二下接头(19)，第二下接头(19)上端螺纹连接有第二外套管(14)，第二外套管(14)内设置有与其同轴心的隔离管(15)，隔离管(15)下端与第二下接头(19)螺纹连接，第二外套管(14)上端螺纹连接有连接接箍(22)，第二外套管(14)上端的连接接箍(22)上设置有排气装置(12)，隔离管(15)上端与第二外套管(14)上端的连接接箍(22)螺纹连接，隔离管(15)上部外缘设置有多个第三进液孔(13)，隔离管(15)下部内固定有隔板(17)，隔板(17)下方的隔离管(15)管壁上开设有多个第二进液孔(18)，隔离管(15)内部设置有与其同轴心的中心管(16)，中心管(16)上端与第二外套管(14)上端的连接接箍(22)固定连接，第二外套管(14)上端的连接接箍(22)上的排气装置(12)与中心管(16)和隔离管(15)之间的空腔连通，第二外套管(14)上端的连接接箍(22)上端螺纹连接有第二导流交换管(11)，中心管(16)与第二导流交换管(11)连通，第二导流交换管(11)上端螺纹连接有第二上接头(10)，
所述气液二相罩式螺旋分离排放装置包括与第二上接头(10)螺纹连接的第三下接头(9)，第三下接头(9)上螺纹连接有第三导流交换管(8)，第三导流交换管(8)上端螺纹连接有接箍(7)，接箍(7)上端螺纹连接有第三外套管(6)，第三外套管(6)内设置有与其同轴心的内杆(5)，内杆(5)固定在接箍(7)内，接箍(7)内圆周均布开设有多个竖直的通孔(29)，通孔(29)连通第三导流交换管(8)和第三外套管(6)，内杆(5)外缘固定有第二螺旋叶片(32)，第三外套管(6)上端螺纹连接有第三上接头(1)，第三上接头(1)内螺纹连接有与其同轴心的旋流分离伞(3)，旋流分离伞(3)外缘与第三外套管(6)内缘之间形成旋流分离腔(4)，内杆(5)上端延伸至旋流分离伞(3)下部内，旋流分离伞(3)上方的第三上接头(1)内设置有与旋流分离伞(3)连通的阀球腔(33)，阀球腔(33)内设置有阀球(2)，阀球(2)与旋流分离伞(3)上端球面密封配合，第三上接头(1)外缘上开设有与阀球腔(33)连通的排气孔(30)，阀球腔(33)一侧的第三上接头(1)上开设有多个竖直出液孔(28)，第三上接头(1)与油管螺纹连接，出液孔(28)连通油管和第三外套管(6)。
2.根据权利要求1所述多级递进式气液砂组合分离排放系统，其特征在于，所述排气装置包括贯穿连接接箍(22)侧壁的倾斜开孔(12.1)，开孔(12.1)靠近连接接箍(22)轴心的一端向下倾斜，开孔(12.1)为上大下小的阶梯孔，开孔(12.1)的大孔内放置有密封球(12.2)，密封球(12.2)与开孔(12.1)的小孔上端球面密封配合，开孔(12.1)上方的连接接箍(22)上固定有防止密封球(12.2)从开孔(12.1)的大孔中脱出的挡环(12.3)，挡环(12.3)与密封球(12.2)之间设置有允许密封球(12.2)在开孔(12.1)的大孔内活动的间隙。
3.根据权利要求1所述多级递进式气液砂组合分离排放系统，其特征在于，所述第一导流交换管(21)的内径大于内管(25)的内径。
4.根据权利要求1所述多级递进式气液砂组合分离排放系统，其特征在于，所述第二导流交换管(11)的内径等于第三导流交换管(8)的内径，第二导流交换管(11)的内径大于中心管(16)的内径。
5.根据权利要求1所述多级递进式气液砂组合分离排放系统，其特征在于，所述第二进液孔(18)内均设置有破泡器。
6.基于权利要求1所述的多级递进式气液砂组合分离排放系统的使用方法，其特征在于，使用时，将第三上接头(1)与油管下端螺纹连接，将尾管连接在第一下接头(27)下端，然后将该装置随油管在套管内下放，直到第一进液孔(23)位于套管内井液的液面下方，抽油泵启动后，井液就会通过第一进液孔(23)进入到第一外套管(24)和内管(25)之间，在内管(25)外缘上第一螺旋叶片(31)的作用下，井液螺旋下行，在离心力和重力的作用下，井液中的砂就会向第一外套管(24)内缘方向靠近并下行，此时从井液逸出的气体就会向内管(25)方向靠近并上行后聚集在第一外套管(24)上端的连接接箍(22)内，当井液进入到内管(25)后，井液中的砂就会经过第一下接头(27)中的沉沙通道(26)落入尾管，第一外套管(24)上端连接接箍(22)内聚集的气体逐渐增多后就会推动密封球(12.2)并从开孔(12.1)中排向油套环空内，去除掉砂和部分气体的井液通过内管(25)进入到第一导流交换管(21)内，因为第一导流交换管(21)的内径大于内管(25)的内径，流经第一导流交换管(21)的井液的压强和压力均减少，因此当井液进入到第一导流交换管(21)内部后又有部分的气体从井液中逸出并聚集扩大成较大气泡，并随着井液通过第一上接头(20)进入到第二下接头(19)和隔离管(15)内，
在隔板(17)的阻挡作用下，井液经过第二进液孔(18)进入到第二外套管(14)和隔离管(115)之间的空腔内，同时第二进液孔(18)中的破泡器能够将井液中的气泡破坏，使得气泡内的气体逸出，进入到第二外套管(14)和隔离管(15)之间空腔内的井液上行并从第三进液孔(13)进入到中心管(16)和隔离管(15)之间的空腔内下行，井液经过第三进液孔(13)后就会改变流向，此时位于中心管(16)和隔离管(15)之间的气体就会上行并在第二外套管(14)上端的连接接箍(22)内聚集，由于井液的抽汲流动，第二外套管(14)上端连接接箍(22)内聚集的气体逐渐增多后就会推动密封球(12.2)并从开孔(12.1)中排向油套环空内，聚集在第二外套管(14)上端的连接接箍(22)内气体排出后，第二外套管(14)上端连接接箍(22)内气体聚集腔体内的压力降低形成相对负压，同时，井液流向改变处顶端的压力最小，因此中心管(16)与隔离管(15)之间的井液会不断有气体逸出并上行聚集在第二外套管(14)上端的连接接箍(22)内，当井液进入到中心管(16)后上行，井液的流向再次发生改变，此时会有部分气体再次从井液流向改变处逸出并上行聚集在第二外套管(14)上端的连接接箍(22)内，第二外套管(14)上端的连接接箍(22)内聚集的气体持续排出，进入到中心管(16)内的井液流经第二导流交换管(11)、第二上接头(10)、第三下接头(9)进入到第三导流交换管(8)内，因为第二导流交换管(11)的内径等于第三导流交换管(8)的内径，第二导流交换管(8)的内径大于中心管(16)的内径，因此当井液流经第二导流交换管(11)和第三导流交换管(8)时，会有部分的气体逸出，气体和井液经过接箍(7)的通孔(29)进入到第三外套管(6)内，在内杆(5)外缘第二螺旋叶片(32)的作用下，井液螺旋上行，在离心力的作用下，气体向内杆(5)方向靠近并上行后聚集在旋流分离伞(3)内，当旋流分离伞(3)内的气体逐渐增多后，气体就会克服阀球(2)的重力将阀球(2)顶起后排向油套环空内，井液进入到旋流分离腔(4)内经过出液孔(28)进入到油管内被抽出,
可以根据油井内井液的气体的含量增加或者减少气液二相重力分离排放装置的节数，利用多节气液二相重力分离排放装置对含气量高的井液进行气液分离。
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