CN109488277B - 分层笼式筛分一体旋流脱气装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分层笼式筛分一体旋流脱气装置，应用于油气开采井下脱气处理。该旋流脱气装置主要由双层管、初步脱气器、造旋流器、深度脱气器和导气器组成，其整体设计为分层笼式管体，双层管采用直缝筛砂管和导液管的双层直管而实现产液的固液分离和脱气液体的缓冲和导出，初步脱气器采用锥孔射流管实现产液的初步气液分离和初步脱气产液的缓冲，造旋流器依据内造旋流筒、外造旋流筒和变距式造旋螺齿而将多束分层密集旋流汇集成整束高速旋流，深度脱气器采用细长旋流分段锥管实现产液的深度气液分离，导气器将深度分离气体增速和升压后导入油管和套管的环形空间，并防止产液回流，由此最终实现油气井产液进泵前的筛分一体化处理。

Description

分层笼式筛分一体旋流脱气装置

技术领域

本发明涉及一种油气开采领域的井下脱气装置，特别是涉及一种同轴心分层布置和筛分一体化处理的笼式旋流脱气装置。

背景技术

油气井开采中，产液中的气液比较低时，气体的存在会降低抽油泵的充满程度和泵效，而当气液比较高时，大量气体尚未分离前，即进入抽油泵，大大增加泵发生气锁的概率，此时需要在抽油泵的入口处设置脱气装置，以便将油气井产液中的气体在入泵之前充分分离出来，与此同时由于砂粒或煤粒等固体颗粒的存在，现场经常出现卡泵等问题。

目前有关筛分一体化脱气装置的专门研究还较少，主要是一些针对高气液比工况而研发的井下脱气器，归纳起来可以分为两类：一类是重力分离式脱气器，主要有回转式脱气器、多级式脱气器和封隔器式脱气器，其脱气机理主要是利用气液两相间的密度差，气相朝上运移的过程中，小气泡逐步聚集成大气泡，并且经由脱气器上部的溢流孔排出，此类脱气器的成本较低，主要应用于产液量较低和气液比不高的油气井，而且其脱气效率也较低。另一类是离心分离式脱气器，主要有螺旋式脱气器、碗环式脱气器和组合式脱气器，其脱气机理主要是利用气液两相间的离心力差异，气液两相产液旋转的过程中，气相在内侧流动，同时液相在外侧流动，此类脱气器采用单体构造，同时相较于重力分离式，离心分离式脱气器的加工制造也存在一定难度，且不适用于处理大体积流量的含气液流。此外，目前的井下脱气器无法实现筛分一体化处理，不能同时解决现场气锁和卡泵等问题。

发明内容

为了有效解决油气开采井下脱气技术问题并克服现有井下脱气设备存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种油气井筛分一体的分层笼式旋流脱气装置。该旋流脱气装置采用双层直管、锥孔射流管、细长旋流分段锥管、内造旋流筒、外造旋流筒和变距式造旋螺齿，可实现油气井产液进泵前的固液分离、初步脱气和深度脱气的筛分一体化处理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种分层笼式筛分一体旋流脱气装置，该旋流脱气装置整体设计为分层笼式管体，它主要由双层管、初步脱气器、造旋流器、深度脱气器和导气器组成。该旋流脱气装置通过直缝筛砂管接于抽油泵入口处，造旋流器与深度脱气器相配合并在锥孔射流管内呈笼式排列，双层管的导液管、深度脱气器、初步脱气器、双层管的直缝筛砂管沿径向由内而外依次同轴心分层布置，导气器和初步脱气器置入直缝筛砂管的管腔且由上而下依次同轴心布置。

双层管采用直缝筛砂管和导液管的双层直管而实现油气井产液的固液分离和脱气液体的缓冲和导出，它包括直缝筛砂管、筛砂管帽、导液隔板、导液管和导液端盖。

直缝筛砂管和导液管沿径向由外至内同轴心布置而构成环形空间，直缝筛砂管和导液管的环形空间内依次容纳锥孔射流管以及造旋流器和深度脱气器，并实施初步脱气和深度脱气作业。直缝筛砂管和导液管分别采用粗直管和细直管，直缝筛砂管的上下两端均车制管螺纹并分别与抽油泵和筛砂管帽相连，且直缝筛砂管的环腔内壁由上而下依次设有排气孔眼、射流卡环、条状直缝和筛管卡环，排气孔眼与排气管通过圆周焊的方式连为一体，射流卡环车制管螺纹并实现射流隔板的轴向固定，筛管卡环采用柱面并与导液隔板相配合。直缝筛砂管的管壁上切割有沿轴向等间距分层排列的条状直缝，各层间的条状直缝交错布置，每层条状直缝沿周向均布，各条状直缝的中心线与双层管的轴线保持平行，且条状直缝的剖面呈等腰梯形，条状直缝沿径向外窄内宽，以避免油气井产液所携带的砂粒卡死于各条状直缝的窄边处而发生砂堵现象，由此直缝筛砂管具备自清洁功能，同时油气井产液中超过条状直缝窄边宽度的砂粒被过滤掉，最终实现油气井产液的固液分离处理。

筛砂管帽采用半封闭盒体，其环腔内壁的截面变化处形成轴肩并实现导液隔板的轴向固定，由此筛砂管帽的盒底部被封隔成下密封盒腔，用来存储脱气液体。

导液隔板和射流隔板自下而上同轴心布置，且均采用厚圆板，导液隔板的外环面采用柱面且其上端沿径向由内而外依次设有锥状凸台、梯形圆环和环状凹沟，导液隔板的环状凹沟与锥孔射流管的下环状卡箍相配合，导液隔板中锥状凸台的中央部位钻有导液圆孔，且导液隔板的梯形圆环上钻有沿周向均布的整流圆孔。导液隔板的导液圆孔和整流圆孔均采用上细下粗的变截面孔道，其中导液圆孔的细孔道与导液管相配合，同时导液圆孔的粗孔道与导液端盖相配合，进而实现导液管下端部的轴向固定；整流圆孔的细孔道与整流管相配合，同时整流圆孔的粗孔道与旋流端盖相配合，进而实现深度脱气器的轴向固定。

导液管的下端车制管螺纹，其上端与储气管形成环形空间，且导液管的上端同时与封气板的封气圆孔和射流隔板的导液圆孔之间采用过盈配合，实现导液管上部的轴向固定，同时导液管的顶端面与封气板的上端面相平齐，且导液管的底端面与导液隔板的下端面相平齐。

导液端盖与导液管相配合，导液端盖和旋流端盖均采用空心阶梯轴构造，且导液端盖和旋流端盖的截面变化处形成的轴肩同时与导液隔板的下端面相结合。

初步脱气器采用锥孔射流管实现油气井产液的初步气液分离和初步脱气产液的缓冲，它包括锥孔射流管和射流隔板。

射流隔板的外环面车制管螺纹，且射流隔板沿径向由内而外依次设有射流圆孔、造旋螺孔和环状凹沟，射流圆孔位于射流隔板的中央部位，造旋螺孔车制管螺纹并沿周向均布，且射流隔板的造旋螺孔与内造旋流筒相配合，进而实现造旋流器的轴向固定，同时射流隔板的环状凹沟与锥孔射流管的上环状卡箍相配合。

导液管、锥孔射流管和直缝筛砂管沿径向由内而外同轴心布置而构成内外双环形空间，锥孔射流管和导液管构成内环形空间且其内设有呈笼式排列的造旋流器与深度脱气器，锥孔射流管和直缝筛砂管构成外环形空间且其内实施油气井产液的初步脱气作业。

锥孔射流管沿轴向由上而下依次设有上环状卡箍、锥状射孔和下环状卡箍，锥孔射流管的上环状卡箍和下环状卡箍均采用截面呈矩形的环体。锥状射孔位于锥孔射流管的中下部并沿轴向等间距分层排列，各层间的锥状射孔交错布置，且每层锥状射孔沿周向均布，各锥状射孔倾斜放置，锥状射孔的剖面呈锥面且外粗内细，由此初步脱气产液流经各锥状射孔时的孔道截面不断收缩且流压逐步提升。

油气井产液初步脱气作业流程为，油气井产液流经外窄内宽的条状直缝时流道截面不断扩大而流压逐步降低，而后进入锥孔射流管和直缝筛砂管构成的外环形空间，由此完成初步脱气，脱出的初步分离气体在气液两相流中朝上运移，并经由锥孔射流管和直缝筛砂管的外环形空间上部的条状直缝溢出而进入油管和套管的环形空间，与此同时初步脱气后的初步脱气产液在气液两相流中朝下流动，且流经各锥状射孔时由于孔道截面不断收缩而使得初步脱气产液的流压逐步提升，并最终进入锥孔射流管的管腔内进行缓冲。

造旋流器依据内造旋流筒、外造旋流筒和变距式造旋螺齿而将多束分层密集旋流汇集成整束高速旋流，它包括内造旋流筒、外造旋流筒、造旋螺齿和排气筒。

造旋螺齿采用变距式螺旋齿，造旋螺齿的齿线为沿内造旋流筒外环面展开的单头螺旋线，且其齿距沿轴向由上而下逐渐增大，由此形成高速旋转流。造旋螺齿在垂直于其齿线的法面端面呈类锯齿状，造旋螺齿的上齿侧面采用凹面，且该凹面与内造旋流筒外环面的结合处保持相切，造旋螺齿的下齿侧面采用凸面，且该凸面与内造旋流筒外环面的结合处保持垂直，由此多束分层密集旋流可以顺利切入同一造旋螺齿的齿面上并最终汇集成整束高速旋流。造旋螺齿的齿根面位于同一柱面上并通过圆周焊的方式将造旋螺齿固定于内造旋流筒上，造旋螺齿的齿顶面位于同一柱面上并与外造旋流筒的环腔内壁之间采用过盈配合。

内造旋流筒和外造旋流筒组成内外双筒并形成深环形沟槽，深环形沟槽内配置造旋螺齿。外造旋流筒采用薄壁筒，其上端通过圆周焊的方式与内造旋流筒相连，且外造旋流筒的下端通过管螺纹将造旋流器与深度脱气器连为一体，外造旋流筒的筒壁上设有旋流入射孔，旋流入射孔沿造旋螺齿的齿隙分层排列，且每层旋流入射孔沿周向均布。旋流入射孔采用细圆孔，且其孔壁同时与外造旋流筒的环腔内壁和造旋螺齿的上齿侧面保持相切，由此初步脱气产液经由各旋流入射孔射入内造旋流筒和外造旋流筒的深环形沟槽内并形成多束分层密集旋流。

内造旋流筒的上端面与射流隔板的上端面相平齐，内造旋流筒的外环面采用阶梯回转面，且其环腔内壁采用锥状轴流面，内造旋流筒的锥状轴流面采用倒锥面，锥状轴流面的流道截面不断扩大，由此其内的深度分离气体可以逐步减速。

排气筒采用锥形分段筒体并由收气筒、变径筒和出气筒组成，排气筒的外环面由柱面和锥面组合而成并与旋流分离管上部的环腔内壁之间形成整束高速旋流运移的变截面流道。收气筒的内锥面不断收缩，保证深度分离气体顺利流入排气筒内，变径筒的筒壁采用倒锥面，且其筒壁的截面不断扩大，出气筒通过管螺纹接于内造旋流筒的底部，且出气筒的环腔内壁所在柱面的直径等于内造旋流筒锥状轴流面所在倒锥面的小端圆面直径和变径筒筒壁所在倒锥面的大端圆面直径。

深度脱气器采用细长旋流分段锥管实现初步脱气产液的深度气液分离，它包括旋流分离管、整流管、整流叶轮、整流杆和旋流端盖。

旋流端盖与整流管相配合，旋流分离管由柱状分离管、粗锥分离管和细锥分离管组成，柱状分离管的内外环面均采用柱面，且粗锥分离管和细锥分离管的内外环面均采用倒锥面，粗锥分离管的内外环面所在倒锥面的锥度大于细锥分离管的内外环面所在倒锥面的锥度，而细锥分离管的内外环面所在倒锥面的锥高则超过粗锥分离管的内外环面所在倒锥面锥高的十倍，同时柱状分离管的外径等于外造旋流筒的外径，柱状分离管的内径等于粗锥分离管的内环面所在倒锥面的大端圆面直径，粗锥分离管的内环面所在倒锥面的小端圆面直径等于细锥分离管的内环面所在倒锥面的大端圆面直径。

整流管采用细直管，其环腔内壁配置整流叶轮和整流杆，且整流管的内径和外径分别等于细锥分离管的内外环面所在倒锥面的小端圆面直径。整流杆由上下锥体和杆体组合而成，且整流杆上锥体的锥度大于其下锥体的锥度，以保证脱气液体顺利导入整流叶轮，且整流后的脱气液体顺利流入筛砂管帽的下密封盒腔并避免产生涡流。整流叶轮由沿整流杆的杆体均匀布置的整流叶片组成，各整流叶片采用矩形薄钢板，整流叶轮的上下叶片侧面采用三菱柱面，保证脱气液体的顺利切入及流出，整流叶轮的叶片根面位于同一柱面上并通过圆周焊的方式将各整流叶片固定于整流杆上，整流叶轮的叶片顶面位于同一柱面上并与整流管的环腔内壁之间采用过盈配合。

油气井产液深度脱气作业流程为，初步脱气产液在锥孔射流管内充分缓冲后，经由各旋流入射孔射入内造旋流筒和外造旋流筒的深环形沟槽内并形成多束分层密集旋流，而后多束分层密集旋流通过同一造旋螺齿而汇集成整束高速旋流，整束高速旋流经旋流分离管的柱状分离管进入粗锥分离管并继续高速旋转而后旋流进细锥分离管，细锥分离管的管腔截面迅速收缩并使整束高速旋流进一步加速旋转而实施深度脱气，分离出初步脱气产液中的剩余气体，脱出的深度分离气体运移至细锥分离管的中央并形成上升细气柱，而后经排气筒集气并由内造旋流筒的锥状轴流面逐步减速后进入储气管的上密封管腔，与此同时深度脱气后的脱气液体经整流叶轮和整流杆整流并由整流管排入筛砂管帽的下密封盒腔。

导气器用来将深度分离气体进行增速和升压后导入油管和套管的环形空间，并防止油气井产液经排气管回流至旋流脱气装置内，它包括一套储气管和封气板以及两套增压管、流压控制阀和排气管。储气管采用短粗管，且其上下两端通过法兰盘分别与封气板和射流隔板相连而被封隔成上密封管腔，用来存储深度分离气体。封气板采用薄圆板，其上钻有一个封气圆孔和两个通气圆孔，封气板的封气圆孔位于中央部位，两通气圆孔对称布置且位于封气圆孔的两侧，封气板的外径等于储气管两法兰盘的直径且均小于直缝筛砂管的内径。

增压管由直管、弯管和变径管组合而成，并通过法兰盘与封气板相连，排气管采用直管，增压管中变径管的环腔内壁采用锥面流道，增压管的锥面流道截面积不断减小，由此其内的深度分离气体逐步增速且流压提升。增压管的直管和弯管内径等于其变径管的锥面流道所在锥面的大端圆面直径和封气板的通气圆孔孔径，且排气管的内径等于增压管中变径管的锥面流道所在锥面的小端圆面直径。

排气管的入口处和增压管中变径管的出口处二者之间设有流压控制阀，以保证深度分离气体增压后顺利导入油管和套管的环形空间内，并防止井底流压出现波动工况而引发产液回流的现象。

本发明所能达到的技术效果是，该旋流脱气装置整体设计为分层笼式管体，双层管采用直缝筛砂管和导液管的双层直管而实现油气井产液的固液分离和脱气液体的缓冲和导出，初步脱气器采用锥孔射流管实现油气井产液的初步气液分离和初步脱气产液的缓冲，造旋流器依据内造旋流筒、外造旋流筒和变距式造旋螺齿而将多束分层密集旋流汇集成整束高速旋流，深度脱气器采用细长旋流分段锥管实现初步脱气产液的深度气液分离，导气器用来将深度分离气体进行增速和升压后导入油管和套管的环形空间，并防止油气井产液经排气管回流至旋流脱气装置内，由此实现油气井产液进泵前的筛分一体化处理。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。

图1是根据本发明所提出的分层笼式筛分一体旋流脱气装置的典型结构简图。

图2是图1的A—A剖视图。

图3是分层笼式筛分一体旋流脱气装置中双层管的结构简图。

图4是分层笼式筛分一体旋流脱气装置中初步脱气器的结构简图。

图5是分层笼式筛分一体旋流脱气装置中导气器的结构简图。

图6是分层笼式筛分一体旋流脱气装置中造旋流器的结构简图。

图7是分层笼式筛分一体旋流脱气装置中深度脱气器的结构简图。

图8是分层笼式筛分一体旋流脱气装置的油气井产液初步脱气作业流程简图。

图9是分层笼式筛分一体旋流脱气装置的油气井产液深度脱气作业流程简图。

图中1－导气器，2－造旋流器，3－深度脱气器，4－初步脱气器，5－双层管，6－直缝筛砂管，7－导液管，8－导液隔板，9－导液端盖，10－筛砂管帽，11－射流隔板，12－锥孔射流管，13－储气管，14－封气板，15－增压管，16－流压控制阀，17－排气管，18－内造旋流筒，19－外造旋流筒，20－造旋螺齿，21－排气筒，22－旋流分离管，23－整流管，24－旋流端盖，25－整流叶轮，26－整流杆。

具体实施方式

在图1和图2中，分层笼式筛分一体旋流脱气装置主要由导气器1、造旋流器2、深度脱气器3、初步脱气器4和双层管5组成，它通过双层管5的直缝筛砂管接于抽油泵的入口处，该旋流脱气装置采用双层直管、锥孔射流管、细长旋流分段锥管、内造旋流筒、外造旋流筒和变距式造旋螺齿，可实现油气井产液进泵前的固液分离、初步脱气和深度脱气的筛分一体化处理。

在图1和图2中，分层笼式筛分一体旋流脱气装置整体设计为分层笼式管体，造旋流器2与深度脱气器3相配合并在初步脱气器4的锥孔射流管内呈笼式排列，深度脱气器3、初步脱气器4和双层管5的直缝筛砂管沿径向由内而外依次同轴心分层布置，导气器1和初步脱气器4置入双层管5的直缝筛砂管的管腔且由上而下依次同轴心布置。

在图1和图2中，分层笼式筛分一体旋流脱气装置组装前，双层管5中直缝筛砂管的外环面进行喷漆防腐处理，而双层管5中直缝筛砂管的环腔内壁、初步脱气器4中锥孔射流管的环腔内壁、造旋流器2中排气筒和内造旋流筒的环腔内壁以及深度脱气器3中旋流分离管和整流管的环腔内壁分别进行化学镀处理，造旋流器2中排气筒和外造旋流筒的外环面以及深度脱气器3中旋流分离管和整流管的外环面分别进行喷焊处理，并且保持造旋流器2的排气筒和内造旋流筒以及深度脱气器3的旋流分离管和整流管内壁的清洁，最后依次检查导气器1的流压控制阀和深度脱气器3的整流叶轮有无损伤，检查各螺纹联接处是否牢固且有无锈蚀。

在图1和图2中，分层笼式筛分一体旋流脱气装置的组装作业流程中，造旋流器2的造旋螺齿和外造旋流筒依次焊接于内造旋流筒上，且造旋流器2的排气筒通过管螺纹接于内造旋流筒的底部，深度脱气器3的整流叶轮和整流杆嵌于其整流管内并通过旋流分离管将造旋流器2和深度脱气器3连为一体，而后造旋流器2和深度脱气器3通过内造旋流筒接于初步脱气器4的射流隔板上，接着依次安装锥孔射流管和导液管，并通过导液端盖和旋流端盖固定造旋流器2和深度脱气器3以及双层管5的导液管，再接着通过双头螺柱将导气器1的储气管和封气板接于初步脱气器4的射流隔板上，然后将已经连接好的各部件一起接于双层管5中直缝筛砂管的管腔并盖上双层管5的筛砂管帽，最后将导气器1的增压管和流压控制阀接于其封气板并将排气管分别焊接于直缝筛砂管的排气孔眼。

在图1和图2中，分层笼式筛分一体旋流脱气装置的规格与抽油泵的泵型保持一致。

在图3中，双层管5中的直缝筛砂管6规格与抽油泵泵筒的规格相一致，导液隔板8的外径随直缝筛砂管6的内径进行调整，直缝筛砂管6的轴向长度及其管壁上条状直缝的数量和缝宽依据地层产液量、产液的携砂量和所携带的砂粒大小等因素进行选型，导液管7的规格和筛砂管帽10的下密封盒腔规格均依据深度脱气后脱气液体的流量等因素进行设计。

在图3中，双层管5采用直缝筛砂管6和导液管7的双层直管而实现油气井产液的固液分离和脱气液体的缓冲和导出，直缝筛砂管6的条状直缝沿径向外窄内宽而具备自清洁功能，产液中超过条状直缝窄边宽度的砂粒直接被过滤掉，筛砂管帽10的盒底部通过导液隔板8被封隔成下密封盒腔而用于存储脱气液体，导液管7通过导液端盖9实现其下端部的轴向固定，同时脱气液体经筛砂管帽10的下密封盒腔并由导液管7输送至抽油泵的入口处。

在图4中，初步脱气器4中的射流隔板11外径随直缝筛砂管6的内径进行调整，锥孔射流管12的长度依据直缝筛砂管6的轴向长度进行调整，锥孔射流管12管壁上的锥状射孔位置依据地层产液量和产液的含气量等因素进行设计，锥孔射流管12管壁上的锥状射孔数量及其孔径大小依据初步脱气产液的流量等因素进行设计。

在图4中，初步脱气器4采用锥孔射流管12实现油气井产液的初步气液分离和初步脱气产液的缓冲，射流隔板11和导液隔板8所封隔的直缝筛砂管6管腔中，锥孔射流管12和导液管7构成内环形空间且其内设有呈笼式排列的造旋流器2与深度脱气器3，锥孔射流管12和直缝筛砂管6构成外环形空间且其内实施油气井产液的初步脱气作业。

在图5中，导气器1中储气管13的上密封管腔规格依据深度脱气后深度分离气体的流量和流压等因素进行设计，储气管13的两端法兰盘外径和封气板14的外径随直缝筛砂管6的内径进行调整，增压管15和排气管17的规格依据深度脱气后深度分离气体的流量和流压等因素进行选取，流压控制阀16的规格则依据深度脱气后深度分离气体的流压和油气井的井底流压等因素进行选型。

在图5中，导气器1用来将深度分离气体进行增速和升压后导入油管和套管的环形空间，它包括一套储气管13和封气板14以及两套增压管15、流压控制阀16和排气管17，储气管13通过封气板14和射流隔板11而被封隔成上密封管腔，深度分离气体依次经储气管13上密封管腔的缓冲、增压管15的增速和升压以及流压控制阀16的控制并由排气管17顺利导入油管和套管的环形空间。

在图6中，造旋流器2的数量依据初步脱气产液的流量等因素进行选取，内造旋流筒18的锥状轴流面规格和排气筒21规格依据深度脱气后深度分离气体的流量等因素进行选型，外造旋流筒19筒壁上的旋流入射孔数量及其孔径大小依据初步脱气产液的流量和流压等因素进行设计，造旋螺齿20的齿距及其齿隙的层数同样需要依据初步脱气产液的流量和流压等因素进行设计。

在图6中，造旋流器2依据内造旋流筒18、外造旋流筒19和变距式造旋螺齿而将多束分层密集旋流汇集成整束高速旋流，外造旋流筒19筒壁上的旋流入射孔沿造旋螺齿20的齿隙分层排列，初步脱气产液经由各旋流入射孔射入内造旋流筒18和外造旋流筒19的深环形沟槽内并形成多束分层密集旋流，造旋螺齿20在垂直于其齿线的法面端面呈类锯齿状，由此多束分层密集旋流可以顺利切入同一造旋螺齿20的齿面上并最终汇集成整束高速旋流，排气筒21的外环面与深度脱气器3旋流分离管上部的环腔内壁之间形成整束高速旋流运移的变截面流道，同时排气筒21的环腔内壁由锥面和柱面组合而成并顺利完成深度分离气体的集气，而后深度分离气体经由内造旋流筒18的锥状轴流面逐步减速后进入储气管13的上密封管腔。

在图7中，深度脱气器3的数量与造旋流器2的数量保持一致，旋流分离管22的柱状分离管的管径随外造旋流筒19的筒径进行调整，旋流分离管22的粗锥分离管和细锥分离管的锥度和锥高均需要依据初步脱气产液的流量和流压等因素进行设计，整流管23的规格和整流叶轮25的整流叶片数量则依据深度脱气后脱气液体的流量等因素进行设计。

在图7中，深度脱气器3采用细长旋流分段锥管实现初步脱气产液的深度气液分离，旋流端盖24与整流管23相配合而实现深度脱气器3的轴向固定，旋流分离管22内整束高速旋流通过柱状分离管进入粗锥分离管并继续高速旋转，紧接着加速后的整束高速旋流进入细锥分离管并进一步加速旋转而实施深度脱气，深度脱气后的脱气液体经整流叶轮25的各整流叶片和整流杆26整流后，最终由整流管23排入筛砂管帽10的下密封盒腔内。

在图8中，分层笼式筛分一体旋流脱气装置的油气井产液初步脱气作业流程中，该旋流脱气装置通过直缝筛砂管6接于抽油泵的入口处，油气井产液流经直缝筛砂管6的条状直缝时，超过条状直缝窄边宽度的砂粒依据直缝筛砂管6的自清洁功能而被过滤掉，与此同时油气井产液流经外窄内宽的条状直缝时，由于流道截面不断扩大而使其流压逐步降低，而后再进入导液隔板8和射流隔板11所封隔的锥孔射流管12和直缝筛砂管6的外环形空间内，并由此完成初步脱气，脱出的初步分离气体在锥孔射流管12和直缝筛砂管6所构成外环形空间的气液两相流中朝上运移，并经由位于直缝筛砂管6上部的条状直缝溢出而进入油管和套管的环形空间，最终与深度脱气器3脱出的深度分离气体汇合并由井口装置和输气管汇输出，与此同时初步脱气后的初步脱气产液在锥孔射流管12和直缝筛砂管6所构成外环形空间的气液两相流中朝下流动，且流经锥孔射流管12管壁上的各锥状射孔时由于孔道截面不断收缩而使得初步脱气产液的流压逐步提升，并最终进入导液隔板8和射流隔板11所封隔的锥孔射流管12和导液管7的内环形空间中进行缓冲。

在图9中，分层笼式筛分一体旋流脱气装置的油气井产液深度脱气作业流程中，初步脱气后的初步脱气产液在导液隔板8和射流隔板11所封隔的锥孔射流管12和导液管7的内环形空间中充分缓冲后，经由造旋流器2的各旋流入射孔射入内造旋流筒18和外造旋流筒19的深环形沟槽内并形成多束分层密集旋流，而后多束分层密集旋流通过同一变距式造旋螺齿20而汇集成整束高速旋流，旋流分离管22内整束高速旋流通过柱状分离管进入采用较大锥度倒锥面的粗锥分离管并继续高速旋转，紧接着加速后的整束高速旋流进入采用较小锥度和大锥高倒锥面的细锥分离管内，旋流分离管22细锥分离管的管腔截面迅速收缩并使整束高速旋流进一步加速旋转而实施深度脱气，分离出初步脱气产液中的剩余气体，脱出的深度分离气体运移至旋流分离管22细锥分离管的中央并形成上升细气柱，而后依次经排气筒21中的收气筒、变径筒和出气筒进行集气，并由内造旋流筒18的锥状轴流面逐步减速后进入储气管13的上密封管腔中进行缓冲，最后深度分离气体依次经增压管15的增速和升压以及流压控制阀16的控制并由排气管17顺利导入油管和套管的环形空间，与此同时深度脱气后的脱气液体沿旋流分离管22细锥分离管的管壁朝下运移，且经整流叶轮25的各整流叶片和整流杆26整流后，最终由整流管23排入筛砂管帽10的下密封盒腔中进行缓冲，而后通过导液管7输送至抽油泵的入口处。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种分层笼式筛分一体旋流脱气装置，它整体设计为分层笼式管体，造旋流器与深度脱气器相配合并在锥孔射流管内呈笼式排列，双层管的导液管、深度脱气器、初步脱气器、双层管的直缝筛砂管沿径向由内而外依次同轴心分层布置，导气器和初步脱气器由上而下依次同轴心布置，其特征在于：

一双层管；所述双层管采用直缝筛砂管和导液管的双层直管而实现油气井产液的固液分离，它包括直缝筛砂管、筛砂管帽、导液隔板、导液管和导液端盖，直缝筛砂管和导液管分别采用粗直管和细直管并沿径向由外至内同轴心布置而构成环形空间，直缝筛砂管的上下两端均车制管螺纹并分别与抽油泵和筛砂管帽相连，直缝筛砂管的环腔内壁由上而下依次设有排气孔眼、射流卡环、条状直缝和筛管卡环，排气孔眼与排气管通过圆周焊的方式连为一体，射流卡环车制管螺纹并实现射流隔板的轴向固定，筛管卡环采用柱面并与导液隔板相配合，条状直缝沿径向外窄内宽，筛砂管帽采用半封闭盒体且其盒底部被封隔成下密封盒腔；导液隔板和初步脱气器的射流隔板均采用厚圆板，导液隔板的上端沿径向由内而外依次设有锥状凸台、梯形圆环和环状凹沟，导液隔板的导液圆孔和整流圆孔均采用上细下粗的变截面孔道，导液管的上端与储气管形成环形空间，导液端盖和旋流端盖均采用空心阶梯轴构造；

一初步脱气器；所述初步脱气器采用锥孔射流管实现油气井产液的初步气液分离，它包括锥孔射流管和射流隔板；射流隔板沿径向由内而外依次设有射流圆孔、造旋螺孔和环状凹沟，导液管、锥孔射流管和直缝筛砂管沿径向由内而外同轴心布置而构成内外双环形空间，锥孔射流管沿轴向由上而下依次设有上环状卡箍、锥状射孔和下环状卡箍，锥状射孔位于锥孔射流管的中下部并沿轴向等间距分层排列，各锥状射孔倾斜放置；

一造旋流器；所述造旋流器依据内造旋流筒、外造旋流筒和变距式造旋螺齿而将多束分层密集旋流汇集成整束高速旋流，它包括内造旋流筒、外造旋流筒、造旋螺齿和排气筒，造旋螺齿采用变距式螺旋齿，其齿距沿轴向由上而下逐渐增大，造旋螺齿在垂直于其齿线的法面端面呈类锯齿状；内造旋流筒和外造旋流筒组成内外双筒并形成深环形沟槽，深环形沟槽内配置造旋螺齿，外造旋流筒采用薄壁筒且其筒壁上设有旋流入射孔，内造旋流筒的环腔内壁采用锥状轴流面，排气筒采用锥形分段筒体并由收气筒、变径筒和出气筒组成，排气筒的出气筒通过管螺纹接于内造旋流筒的底部，排气筒的外环面由柱面和锥面组合而成并与深度脱气器中的旋流分离管上部的环腔内壁之间形成整束高速旋流运移的变截面流道；

一深度脱气器；所述深度脱气器采用细长旋流分段锥管实现初步脱气产液的深度气液分离，它包括旋流分离管、整流管、整流叶轮、整流杆和旋流端盖；旋流分离管由柱状分离管、粗锥分离管和细锥分离管组成，柱状分离管的内外环面均采用柱面，且粗锥分离管和细锥分离管的内外环面均采用倒锥面；整流管采用细直管，其环腔内壁配置整流叶轮和整流杆，且整流管的内径和外径分别等于旋流分离管中的细锥分离管的内外环面所在倒锥面的小端圆面直径，整流杆由上下锥体和杆体组合而成，整流叶轮由沿整流杆的杆体均匀布置的整流叶片组成，各整流叶片采用矩形薄钢板；

一导气器；所述导气器包括一套储气管和封气板以及两套增压管、流压控制阀和排气管，储气管采用短粗管，储气管的上端和下端通过法兰盘分别与封气板和初步脱气器的射流隔板相连而被封隔成上密封管腔，封气板采用薄圆板，其上钻有一个封气圆孔和两个通气圆孔；增压管由直管、弯管和变径管组合而成，增压管通过法兰盘与封气板相连，增压管中变径管的环腔内壁采用锥面流道，排气管采用直管，排气管的入口处和增压管中变径管的出口处二者之间设有流压控制阀，以保证深度分离气体增压后顺利导入油管和套管的环形空间内。

2.根据权利要求1所述的分层笼式筛分一体旋流脱气装置，其特征在于：所述分层笼式筛分一体旋流脱气装置通过直缝筛砂管接于抽油泵入口处，导气器和初步脱气器置入直缝筛砂管的管腔，锥孔射流管和导液管构成内环形空间且其内设有呈笼式排列的造旋流器与深度脱气器，锥孔射流管和直缝筛砂管构成外环形空间且其内实施油气井产液的初步脱气作业。

3.根据权利要求1所述的分层笼式筛分一体旋流脱气装置，其特征在于：所述双层管实现脱气液体的缓冲和导出，直缝筛砂管的管壁上切割有沿轴向等间距分层排列的条状直缝，各层间的条状直缝交错布置，每层条状直缝沿周向均布，各条状直缝的中心线与双层管的轴线保持平行，且条状直缝的剖面呈等腰梯形；

所述双层管中的筛砂管帽的环腔内壁截面变化处形成轴肩并实现导液隔板的轴向固定。

4.根据权利要求1所述的分层笼式筛分一体旋流脱气装置，其特征在于：所述导液隔板和射流隔板自下而上同轴心布置，导液隔板的环状凹沟与锥孔射流管的下环状卡箍相配合，导液隔板中锥状凸台的中央部位钻有导液圆孔，且导液隔板的梯形圆环上钻有沿周向均布的整流圆孔；导液隔板的导液圆孔的细孔道与导液管相配合，同时导液圆孔的粗孔道与导液端盖相配合，进而实现导液管下端部的轴向固定；导液隔板的整流圆孔的细孔道与整流管相配合，同时整流圆孔的粗孔道与旋流端盖相配合，进而实现深度脱气器的轴向固定；

所述双层管中的导液管上端同时与封气板的封气圆孔和射流隔板的导液圆孔之间采用过盈配合，实现导液管上部的轴向固定，同时导液管的顶端面与封气板的上端面相平齐，且导液管的底端面与导液隔板的下端面相平齐；

所述双层管中的导液端盖与导液管相配合，导液端盖和旋流端盖的截面变化处形成的轴肩同时与导液隔板的下端面相结合。

5.根据权利要求1所述的分层笼式筛分一体旋流脱气装置，其特征在于：所述初步脱气器实现初步脱气产液的缓冲，其射流隔板的外环面车制管螺纹，射流圆孔位于射流隔板的中央部位，射流隔板的造旋螺孔沿周向均布并与内造旋流筒相配合，进而实现造旋流器的轴向固定，同时射流隔板的环状凹沟与锥孔射流管的上环状卡箍相配合；

所述初步脱气器中的锥孔射流管的上环状卡箍和下环状卡箍均采用截面呈矩形的环体，各层间的锥状射孔交错布置，且每层锥状射孔沿周向均布，锥状射孔的剖面呈锥面且外粗内细，由此初步脱气产液流经各锥状射孔时的孔道截面不断收缩。

6.根据权利要求1所述的分层笼式筛分一体旋流脱气装置，其特征在于：所述造旋流器中的造旋螺齿的齿线为沿内造旋流筒外环面展开的单头螺旋线，造旋螺齿的上齿侧面采用凹面，且该凹面与内造旋流筒外环面的结合处保持相切，造旋螺齿的下齿侧面采用凸面，且该凸面与内造旋流筒外环面的结合处保持垂直，由此多束分层密集旋流可以顺利切入同一造旋螺齿的齿面上并最终汇集成整束高速旋流；造旋螺齿的齿根面位于同一柱面上并通过圆周焊的方式将造旋螺齿固定于内造旋流筒上，造旋螺齿的齿顶面位于同一柱面上并与外造旋流筒的环腔内壁之间采用过盈配合。

7.根据权利要求1所述的分层笼式筛分一体旋流脱气装置，其特征在于：所述造旋流器中的外造旋流筒的上端通过圆周焊的方式与内造旋流筒相连，且外造旋流筒的下端通过管螺纹将造旋流器与深度脱气器连为一体，旋流入射孔沿造旋螺齿的齿隙分层排列，且每层旋流入射孔沿周向均布；旋流入射孔采用细圆孔，且其孔壁同时与外造旋流筒的环腔内壁和造旋螺齿的上齿侧面保持相切，由此初步脱气产液经由各旋流入射孔射入内造旋流筒和外造旋流筒的深环形沟槽内并形成多束分层密集旋流；

所述造旋流器中的内造旋流筒的外环面采用阶梯回转面，内造旋流筒的锥状轴流面采用倒锥面，锥状轴流面的流道截面不断扩大；

所述排气筒中的收气筒的内锥面不断收缩，变径筒的筒壁采用倒锥面，且变径筒筒壁的截面不断扩大，出气筒的环腔内壁所在柱面的直径等于内造旋流筒锥状轴流面所在倒锥面的小端圆面直径和变径筒筒壁所在倒锥面的大端圆面直径。

8.根据权利要求1所述的分层笼式筛分一体旋流脱气装置，其特征在于：所述深度脱气器中的旋流端盖与整流管相配合，旋流分离管的粗锥分离管的内外环面所在倒锥面的锥度大于细锥分离管的内外环面所在倒锥面的锥度，细锥分离管的内外环面所在倒锥面的锥高超过粗锥分离管的内外环面所在倒锥面锥高的十倍，同时柱状分离管的外径等于外造旋流筒的外径，柱状分离管的内径等于粗锥分离管的内环面所在倒锥面的大端圆面直径，粗锥分离管的内环面所在倒锥面的小端圆面直径等于细锥分离管的内环面所在倒锥面的大端圆面直径。

9.根据权利要求1所述的分层笼式筛分一体旋流脱气装置，其特征在于：所述深度脱气器中的整流杆上锥体的锥度大于其下锥体的锥度，以保证脱气液体顺利导入整流叶轮，且整流后的脱气液体顺利流入筛砂管帽的下密封盒腔；整流叶轮的上下叶片侧面采用三菱柱面，整流叶轮的叶片根面位于同一柱面上并通过圆周焊的方式将各整流叶片固定于整流杆上，整流叶轮的叶片顶面位于同一柱面上并与整流管的环腔内壁之间采用过盈配合。

10.根据权利要求1所述的分层笼式筛分一体旋流脱气装置，其特征在于：所述导气器用来将深度分离气体进行增速和升压后导入油管和套管的环形空间，储气管用来存储深度分离气体，封气板的封气圆孔位于中央部位，两通气圆孔对称布置且位于封气圆孔的两侧，封气板的外径等于储气管两法兰盘的直径且均小于直缝筛砂管的内径；

所述导气器的增压管的锥面流道截面积不断减小，增压管的直管和弯管内径等于其变径管的锥面流道所在锥面的大端圆面直径和封气板的通气圆孔孔径，且排气管的内径等于增压管中变径管的锥面流道所在锥面的小端圆面直径。

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