CN111810098A - 一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，包括外筒，以及以可转动方式设置于外筒内的内筒，所述内筒与外筒同轴设置，外筒的上下两端具有相互匹配的螺纹配合结构，内筒的内壁一侧具有沿其长度方向分布的弧形凸起部，所述弧形凸起部沿内筒的径向向内凸起，其凸出最高点靠近弧形凸起部的上端。对油管结构进行优化，主要采用与传统动态搅拌混合理论相反的静态混合理念，充分利用气液在大斜度井段分层特性，以静态结构进行各方向流体引导交汇，从而使气液在该井段内的油管中，上升过程能够持续混合，其混合更均匀彻底，大大提高气体携液能力，同时减小生产压力损耗，有利于保证正常产能。

Description

一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管

技术领域

本发明涉及油气开采工具领域，具体涉及一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管。

背景技术

泡沫排水采气是天然气开采的主要手段之一，其主要通过物理化学方式在井底产生水泡沫，在气流带动下，通过水泡沫将井底积液带离井底，从而达到清洁井底，恢复正常生产的目的，但由于气井产量、积液量、接触面积等因素的影响，加入起泡剂后往往会存在起泡效果不好，携液效果较差，排水效率低，需要一些物理装置，进行物理搅拌气泡。

现有研究中，主要采用动态的搅拌装置，如，专利号“CN201610912449.4”，名称为“一种适于泡沫排水采气工艺的起泡剂井下搅拌装置”的发明专利，其中主要以气流带动叶片转动达到搅拌混合的目的，以及专利号“CN201510295693.6”，专利名称为“一种内聚式泡沫排水搅拌器”的发明专利，其主意通过改变流型，以及叶片转动搅拌混合等提高泡排效果。

然而当开采井为大斜度井，气液在井下油管输送时，由于油管为光筒结构，导致气液在倾斜段的油管内分离较为严重，水气泡在随气流上升过程中，其携液能力也相对较弱，必须不断使气液混合，而如采用前述方案的搅拌装置，又会造成沿程压力损失较大，导致压力不足，影响正常生产等问题。

本发明的主要目的在于解决气液在倾斜油管内分层严重的问题，通过对油管结构的优化，实现对斜井段气液的静态混合，同时减小压力损失，保证生产压力等。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，主要以静态导流冲击混合的方式，弱化气液分层现象，提高气液混合效果，同时减小压力损失，保证正常生产。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，其关键在于：包括外筒，以及以可转动方式设置于外筒内的内筒，所述内筒与外筒同轴设置，外筒的上下两端具有相互匹配的螺纹配合结构，内筒的内壁一侧具有沿其长度方向分布的弧形凸起部，所述弧形凸起部沿内筒的径向向内凸起，其凸出最高点靠近弧形凸起部的上端。

采用以上结构，使用时各油管通过外筒依次连接，而内筒则为气液传输通道，当将其用于大斜度井，油管处于斜井段时，因为弧形凸起部所在一侧相对较重，故在重力作用下，该侧相对更靠近斜井段下侧井壁，气液在该段流动时，液体靠近内筒长度方向的下侧，气体靠近长度方向的上侧，但在弧形凸起部的作用下，液体每通过一个弧形凸起部，必会朝上侧溅起一段距离，从而与处于上侧的气体产生混合，通过沿程多次作用，大大提高气液混合效果，保证气体具有更好的携液能力，且因为采用静态结构，故压力损失亦相对较少。

作为优选：所述内筒的外壁上具有与弧形凸起部一一对应设置的外通道，所述外通道呈螺旋状，上下两端均与内筒的内部连通，其下端连通位置位于与弧形凸起部相对一侧的下方，上端连通位置对应弧形凸起部的凸出最高点。采用以上方案，通过外通道将处于上侧的气体引导至下侧，并在弧形凸起部的凸出最高点位置出射，有利于提高液体通过凸出最高点后所能达到的高度，使其更靠近于上侧气体，从而使气液混合更充分，且因为气体进入点位于弧形凸起部的下方，可相对减少改侧气体压力，也能使液体更容易朝上侧移动，此外，以螺旋的方向导入和出射，这样产生的混合液具有一定切向朝上的速度，有利于进一步提高混合效果。

作为优选：上下相邻两个所述外通道的旋向相反。采用以上方案，相邻两个外通道出射在内筒内形成混合流的旋向相反，相互交汇冲击，可使混合得更充分彻底。

作为优选：相邻两个弧形凸起部之间形成凹部，所述内筒的内壁上具有与弧形凸起部一一对应设置的内通道，所述内通道呈螺旋状，其上下两端敞口，下端位于与弧形凸起部相对的一侧，上端对应所述凹部。内通道与外通道的结构和原理相似，其主要是将上侧的气体引导至凹部位置，在提高液体朝上侧冲击能力的同时，减少凹部位置的积液。

作为优选：上下相邻两个所述内通道的旋向相反。采用以上方案，通过交错设置的内通道，其自身可作为不同旋向的导向结构，同时还可进行流体冲击导向，有利于防止内筒的内壁形成液膜，能更好的转化为液滴，以便携带。

作为优选：所述内筒的下端具有呈锥状的插入部，内筒的上端内腔轮廓与该插入部相适应。采用以上方案，当上下两个油管相连时，上部油管中内筒的插入部则可插入下部内筒的上端，锥状结构可使二者之间的插接更紧密，确保气液只在内筒内流动，避免窜入内筒与外筒之间的间隙中，有利于减少压力损失。

作为优选：所述插入部上套设有密封圈。采用以上方案，有利于提高内筒相互之间连接密封性，进一步防止气液乱窜。

作为优选：所述插入部的端部具有下端开口的键槽，所述内筒上端内壁上具有与所述键槽匹配的平键。采用以上方案，在进行油管连接时，通过平键与键槽配合，可使所有内筒的弧形凸起部处于同一直线上，这样入井之后，才能确保内筒能够同步转动，即确保斜井段内筒的弧形凸起部位于井筒的下侧。

作为优选：所述平键与弧形凸起部位于同一侧。采用以上方案，这样能够更好的从井口判断弧形凸起部是否位于斜井段井筒的下侧。

作为优选：所述内筒通过圆锥滚子轴承安装于外筒内。采用圆锥滚子轴承，确保内筒能够顺利转动，同时具有良好的轴向载荷能力，有利于延长整体使用寿命。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明提供的一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，主要采用与传统动态搅拌混合理论相反的静态混合理念，充分利用气液在大斜度井段分层特性，以静态结构进行各方向流体引导交汇，从而使气液在该井段内的油管中，上升过程能够持续混合，其混合更均匀彻底，大大提高气体携液能力，同时减小生产压力损耗，有利于保证正常产能。

附图说明

图1为本发明剖视图；

图2为图1的立体图；

图3为内筒立体图；

图4为内通道和外通道分布示意图；

图5为图3的剖视图；

图6为内筒上端端部结构放大图；

图7为斜井段内，本发明油管中弧形凸起部的纵剖示意图；

图8为弧形凸起部H点位置处的横向截面图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参考图1至图8所示的一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，主要包括均呈中空管状结构的外筒1和内筒2，外筒1的上下两端具有相互匹配的螺纹配合结构，其与普通油管结构相似，下端为公扣，上端为与之相适应的母扣，本实施例中内筒2通过圆锥滚子轴承3固设于外筒1内，如图所示，内筒2的上下两端靠近端部的位置均固套有圆锥滚子轴承3，而圆锥滚子轴承3的外圈焊接在外筒1的内壁上，这样既实现了内外筒的同轴设置，又可使内筒2能够相对外筒1发生水平转动，但又不会发生轴向位移，此外，因为圆锥滚子轴承3具有更强的轴向承载能力，以此可提高内筒2安装的稳定性和可靠性。

内筒2的内壁上具有沿其长度方向分布的多个弧形凸起部20，弧形凸起部20沿内筒2的径向向内凸起，其相对内筒2而言具有凸起最高点H，参考图1、图6至图8，单个弧形凸起部20中，其凸起最高点H相对靠近弧形凸起部20的上端，即凸起最高点H的下部半径较大的弧面，上部为半径较小的弧面，弧形凸起部20在圆周方向所占弧度90°左右，凸起最高点H与内筒2内壁的垂距约为内筒2半径的1/3～2/3，采用以上取值或取值范围，可有效提高油管处于斜井段时，对内筒2内下侧液体的导向作用，同时确保仍有足够的效流通面积。

在此基础之上，本申请中在内筒2的外壁上设有与弧形凸起部20一一对应的外通道21，外通道21呈螺旋状附着与内筒2的外壁上，其整体与内筒2的内腔相对独立，仅其上下两端与内筒2的内腔连通，如图1和图4所示，外通道21下端与内筒2连通的位置位于与弧形凸起部20相对的一侧，且比对应弧形凸起部20的下端还低，其上端与内筒2连通的位置与弧形凸起部20位于同一侧，并对应凸出最高点H，可以是在凸出最高点H部位开设与外通道21上端端部连通的通孔，也可以是从侧面贯穿，并正对或斜对凸出最高点H等，具体方式可根据实施成本进行选择。

同理，本申请中在内筒2的内壁上设置有与弧形凸起部20一一对应的内通道23，如图所示，两个弧形凸起部20之间形成一个相对低洼的凹部22，内通道23结构与外通道21相似，其同样呈螺旋状附着在内筒2的内壁上，内通道23的上下两端均敞口，且其下端位于与弧形凸起部20相对的一侧，上端则对应凹部22，即上端从侧面斜对凹部22。

上述的外通道21和内通道23可以是金属片状材料与内筒2的对应外壁或内壁合围而成，也可以是管状结构直接固定在内筒2的外壁或内壁上。

为充分提高混合效果，本申请在内外通道的分布形式上也有所研究，如上下相邻两个外通道21的旋向是相反的，上下相邻两个的内通道23的旋向也是相反的，甚至于，对应同一弧形凸起部20的外通道21和内通道23之间的旋向也相反，通过交错设置旋向，改变外通道21和内通道23上端出射口的朝向，使其更容易在内筒2的内部形成不同旋向的涡流，从而达到气液混合更充分彻底的效果。

本实施例的内筒2内具有沿其长度方向分布的六个弧形凸起部20，每个弧形凸起部20所对应圆周角为30°左右，同时外通道21和内通道23均差不多为半螺圈，其旋转角度约为180°，以充分降低气流通过对应通道时的压力损失。

上下油管的连接主要通过外筒1上下两端的螺扣配合，但为防止气液在外筒1和内筒2之间窜流，故本实施例中，在内筒2的下端设有呈锥状的插入部24，插入部24的上大下小，同时将内筒2上端端部内腔轮廓设计呈与插入部24相匹配的锥孔结构，这样当上下两根油管连接，外筒1在连接过程中，上部内筒2的插入部24则可插入下部内筒2的上端，通过锥面实现二者之间的密封，同时通过锥面压紧，使所有内筒2之间相对连城一体，可同步转动。

为进一步确保所有内筒2能够同步转动，同时所有内筒2的弧形凸起部20能够处于同一直线上，故在插入部24的外壁下端设有键槽26，键槽26的下部敞口，相应的，内筒2的上端内壁上具有与键槽26匹配的平键27，连接时，通过上下内筒2上的，平键27与键槽26嵌合，即实现所有内筒2在周向上的相对固定，确保连接之后，所有内筒2之间不会发生相对转动，实际制造过程中，可将平键27与弧形凸起部20设置在同一直线上，施工人员在井口通过观察平键27的朝向，综合扭矩数据和形变量等，即可快速判定位于斜井段的内筒2中弧形凸起部20是否位于井筒下侧，以便做出不同操作措施，提高施工效率，另外为确保两根油管连接时，内筒2之间的键配合不会干涉螺扣连接时的轴向位移，故通常将键槽26和平键27的长度设置成与外筒1上螺扣的长度一致或略长，这样使得相邻外筒1的公母螺扣接触之前，上部内筒2的上键槽26即与下部平键27处于配合状态，螺扣旋转同时，上部内筒2主要做直线运动(也可能随同外筒1做旋转运动)，即沿平键27的方向正对靠近下部的内筒2，当两个外筒1的螺扣连接完成时，平键27则全部嵌入键槽26中，从而避免了外筒2连接时，内筒1之间的键配合在轴向上形成干涉的问题。

此外，为进一步提高气液密封效果，在插入部24上套设有密封圈25，密封圈25位于键槽26的上方。

考虑到内筒2的安装可靠性和安全性，本实施例中内筒2的上部还设有防脱盘28，防脱盘28呈水平设置的盘状结构，并沿内筒2的径向向外延伸，其外径略小于外筒1的内径，这样即使内筒2与圆锥滚子轴承3的内圈之间发生轴向滑动位移时，也可通过防脱盘28悬挂于圆锥滚子轴承3的外圈上，降低直接落井风险。

参考图1至图8所示的一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，使用时，主要通过外筒1上下两端的螺扣进行连接，连接同时，实现各内筒2之间的插接及相对固定，入井之后，通常情况，斜井段的内筒2在重力作用下会朝井筒下侧移动，从而使该段的弧形凸起部20更靠近井筒下侧，当然如发生轻微挂卡等情况，导致转动不顺畅，也可通过井口观察平键27进行判断。

生产过程中，当气液进入大斜度井段的内筒2时，气液初始处于上下分离状态，即气体贴着内筒2的上侧流动，液体则贴着内筒2的下侧内壁流动，整体携液能力极差，而本申请中，首先通过弧形凸起部20不断改变液体冲击高度，使其朝上侧冲击，同时借助外通道21和内通道23进行气体导向，通过气体自身冲击力，改变流体流动方向，并使其在内筒2内旋转，以交错涡流的形式进行混合，大大提高混合效率，更充分彻底，使液体更容易被气体携带至地面。

相对传统混合搅拌结构而言，本发明主要对现有油管结构进行优化，静态导流混合的方式，充分考虑大斜度井中斜井段气液流动特性，实现气液混合，提高携液能力，同时减少压力损失等。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，其特征在于：包括外筒(1)，以及以可转动方式设置于外筒(1)内的内筒(2)，所述内筒(2)与外筒(1)同轴设置，外筒(1)的上下两端具有相互匹配的螺纹配合结构，内筒(2)的内壁一侧具有沿其长度方向分布的弧形凸起部(20)，所述弧形凸起部(20)沿内筒(2)的径向向内凸起，其凸出最高点(H)靠近弧形凸起部(20)的上端。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，其特征在于：所述内筒(2)的外壁上具有与弧形凸起部(20)一一对应设置的外通道(21)，所述外通道(21)呈螺旋状，上下两端均与内筒(2)的内部连通，其下端连通位置位于与弧形凸起部(20)相对一侧的下方，上端连通位置对应弧形凸起部(20)的凸出最高点(H)。

3.根据权利要求2所述的一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，其特征在于：上下相邻两个所述外通道(21)的旋向相反。

4.根据权利要求1所述的一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，其特征在于：相邻两个弧形凸起部(20)之间形成凹部(22)，所述内筒(2)的内壁上具有与弧形凸起部(20)一一对应设置的内通道(23)，所述内通道(23)呈螺旋状，其上下两端敞口，下端位于与弧形凸起部(20)相对的一侧，上端对应所述凹部(22)。

5.根据权利要求4所述的一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，其特征在于：上下相邻两个所述内通道(23)的旋向相反。

6.根据权利要求1所述的一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，其特征在于：所述内筒(2)的下端具有呈锥状的插入部(24)，内筒(2)的上端内腔轮廓与该插入部(24)相适应。

7.根据权利要求6所述的一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，其特征在于：所述插入部(24)上套设有密封圈(25)。

8.根据权利要求6或7所述的一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，其特征在于：所述插入部(24)的端部具有下端开口的键槽(26)，所述内筒(2)上端内壁上具有与所述键槽(26)匹配的平键(27)。

9.根据权利要求8所述的一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，其特征在于：所述平键(27)与弧形凸起部(20)位于同一侧。

10.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种适用于大斜度井泡沫排水采气的油管，其特征在于：所述内筒(2)通过圆锥滚子轴承(3)安装于外筒(1)内。

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