CN112832734A - 一种同井注采井筒内气-液-液三级旋流分离装置 - Google Patents

Abstract

一种同井注采井筒内气‑液‑液三级旋流分离装置。主要解决油田开采过程中含气条件下的井下同井注采工艺内部旋流器入口进液含气致使分离效率变低的问题。其特征在于：所述三级旋流分离装置内置有一级气相分离单元、二级液相分离单元和三级液相分离单元，气液混合相经进液孔进入气分离筒内部使得气相被优先排出，脱气后的混合液进入切向旋流筒使得部分溢流液被排出，其余混合液通过除液旋流器后使得溢流液通过溢流导管流出。本种旋流分离装置可实现对气液两相的多级分离，避免井下同井注采工艺在含气条件下的溢流分离性能变差现象的发生，消除了气体扰动下对溢流液的分离所造成的不良影响。

Description

一种同井注采井筒内气-液-液三级旋流分离装置

技术领域

本发明涉及一种应用于井下油田同井注采系统的气液旋流分离装置。

背景技术

随着油田的不断开发与技术的不断创新,旋流器作为一种油水分离设备成功的应用于井下油水分离，并取得了一定的成效，但在某些选定的油井中，由于伴生气的影响，井下油水分离旋流器的分离效果受到制约，气相存在条件下会影响同井注采系统内部旋流器的分离效果，导致油相没能被完全分离，因此会很大程度降低旋流器油水分离效率，目前，在气液旋流分离器领域的研究有很大进展，但多数气液旋流分离器结构复杂且不适用于井下狭小空间，专利文献CN1626770A公开了一种油井井下气液分离方法及多沉降杯等流型气锚，此装置利用多杯并联重力沉降的方式进行气液分离，当含气率较高时分离效果并不好，因此有必要研制适用于井下的气液分离装置。

发明内容

发明提供了一种同井注采井筒内气-液-液三级旋流分离装置，通过一级分离单元使得气相被优先分离，再经过二、三级分离单元完成对溢流液的分离，使得井下同井注采工艺在气体影响下依旧保障对旋流器溢流液的充分提取，消除了气相对溢流液分离所产生的不良影响。

本发明的技术方案是：该种井下气液旋流分离器，具有一级气相分离单元、二级液相分离单元、三级液相分离单元。

所述一级气相分离单元包括气相分离筒、导气管、脱气导流器、密封盘；所述气相分离筒主要结构有进液孔和连接孔，共3列进液孔圆周分布气相分离筒表面且每列有6个进液孔，连接孔分别与切向旋流筒和液相分离筒螺纹连接；所述导气管外观为一通透圆管，在其外表面开两段螺纹分别与脱气导流器和密封盘连接；所述脱气导流器前端为半球形，后端为棱台结构，共10个导流叶片圆周分布在中端圆柱体外壁，在其轴心处开一通透孔贯穿整个脱气导流器，通透孔内壁开有螺纹与导气管螺纹连接；所述密封盘中心开孔与导气管螺纹连接，其侧壁端面与气相分离筒螺纹连接；

所述二级液相分离单元为切向旋流筒，借助其内部复杂结构即可实现油水两相分离，所述切向旋流筒主要结构有切向进液口、一级溢流管、旋流腔，6个切向进液口圆周分布在切向旋流筒底端，且切向进液口进液速度方向与旋流腔内壁相切，一级溢流管贯穿整个切向旋流筒，在旋流腔外壁开螺纹线后螺纹连接至气相分离筒内连接孔一端；

所述三级液相分离单元包括液相分离筒、除液旋流器、溢流导管；所述液相分离筒为圆筒状，其内部为3段不同横截面积空腔，前端为直径较大的圆柱状空腔段、中端为直径渐变的空腔段、后端为直径较小的圆柱状空腔段，液相分离筒一端与气相分离筒螺纹连接，另一端螺纹连接至同井注采工艺外部端口；所述除液旋流器轴心有一通孔且与溢流导管螺纹连接；所述溢流导管主要结构有溢流进液口和连接环，溢流导管中心开有通孔贯穿整体，连接环外壁面开有螺纹线，与切向旋流筒内部结构的一级溢流管螺纹连接。

所述气相分离筒与液相分离筒螺纹连接，气相分离筒内部进液孔端与密封盘螺纹连接，液相分离筒底流出口端与同井注采系统内部封隔器螺纹连接，切向旋流筒与气相分离筒螺纹连接在一起，其溢流出口端与外部端口封隔器螺纹连接，溢流导管螺纹连接至切向旋流筒内部。

本发明具有如下有益效果：本装置利用气相、油相、水相间的密度差进行旋流分离，油管与套管间混合多相介质经进液孔进入气相分离筒进行一级气相分离，气相经导气管与一级溢流管间环空隙排出，脱气后的混合液经切向进液口进入切向旋流筒发生二级液相分离，轻质的部分油相沿一级溢流管与溢流导管环空间隙流出，剩余液相继续经过除液旋流器进行三级液相分离，溢流液经溢流导管排出，本装置油相与气相出口均位于一端面，各级出口合理布置减少了不必要的管路连接。

下面进行详细说明：

首先，该种井下气液旋流分离器结构简单，均采用螺纹连接安装方便，一级气相通道与二级油相通道均为套管环腔状，共三级分离出口环套在一起，各级管路布置合理适用于狭长的井下管道。

其次，该种井下气液旋流分离器经过三级旋流分离，优先将不利于油水两相分离的气相排除，再进行溢流液的二次分离，将气体对整个旋流器油水分离产生负面影响将至最低，提高了含气工况下的溢流液分离效率。

然后，气相与均为液相的油相与水相差异性较大，因此优化了脱气导流器的外观结构使产生相对较弱的旋流场以适应气液两相间分离。

最后，该种井下气液旋流分离器应用到井下同井注采系统内，被分离出的气相回注到油套环空内部区域，溢流液被举升至地面、底流液则回注到地下，而且能实现气液两相间分离。

综上所述：本发明提出的一种井下气液旋流分离装置应用于油田井下同井注采工艺，可对气液混合相内部的气相实现有效分离，之后再进行同为液相的溢流液与底流液间的分离，此过程有效保证了溢流液的分离效率，防止气相对常规的油水分离产生不良影响，创新性的应用环套管作为各级溢流液的出口管，最终的气相经导气管与一级溢流管间环空隙排出，并且同时应用切向入口旋流器与螺旋流道旋流器，经过两级分离的油相最终汇集到同一出口被举升至地面，以往的用于井下的气液旋流分离器在含气率较大工况下使用效果不佳，但是本发明可以实现对不同含气量混合液进行快速处理，更为重要是为后续的油水分离做出了较大贡献。

附图说明：

图1为井下气液旋流分离器整体外观图。

图2为井下气液旋流分离器爆炸图。

图3为井下气液旋流分离器截面剖视图。

图4为气相分离筒结构图。

图5为脱气导流器与导气管装配图。

图6为切向旋流筒结构图。

图7为切向旋流筒剖视图。

图8为二级液相分离单元与三级液相分离单元剖视图。

图9为液相分离筒剖视图。

图10为溢流导管结构图。

图11为溢流导管端部放大图。

图12为三级套管出流口位置示意图。

图13为三级套管出流口位置剖视图。

图14为井下气液旋流分离器在同井注采工艺系统装配图。

图15为同井注采工艺系统内部井下气液旋流分离器放大图。

图中1-一级气相分离单元，2-二级液相分离单元，3-三级液相分离单元，4-气相分离筒，5-导气管，6-脱气导流器，7-密封盘，8-切向旋流筒，9-液相分离筒，10-除液旋流器，11-溢流导管，12-进液孔，13-连接孔，14-通透孔，15-切向进液口，16-一级溢流管，17-旋流腔，18-溢流进液口，19-连接环，20-套管，21-油管，22-井下气液旋流分离器，23-封隔器，24-螺杆泵，25-进液口。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本种井下气液旋流分离器整体外观图如图1所示，含气混合液从进液孔12进入气相分离筒4内部，经过三级分离后，气相由导气管5与切向旋流筒8之间的环空间隙流出，经二级液相分离单元2与三级液相分离单元3分离出的溢流液汇聚一起由切向旋流筒8端口流出，底流液由液相分离筒9底端出口流出。井下气液旋流分离器爆炸图如图2所示，主要由气相分离筒4、导气管5、脱气导流器6、密封盘7、切向旋流筒8、液相分离筒9、除液旋流器10、溢流导管11组成。井下气液旋流分离器剖视图如图3所示。图4为气相分离筒4结构图，含气混合液从进液孔12进入气相分离筒4内部，进液孔12一侧端面与密封盘7螺纹连接，连接孔13内壁表面开螺纹，其螺纹左侧部分与切向旋流筒8螺纹连接，右侧部分与液相分离筒9螺纹连接。图5为脱气导流器6与导气管5装配图，导气管5外表面开螺纹，脱气导流器6与导气管5螺纹连接在一起，含气混合液经过脱气导流器6后，轻质的气相环绕一级溢流管16外壁附近经导气管5与一级溢流管16间环空间隙排出。图6为切向旋流筒8结构图，由于气体已被一级气相分离单元除去，脱气混合液经切向进液口15进入切向旋流筒8发生二级液液分离，切向旋流筒8切向进液口15一侧端面螺纹连接至气相分离筒4内部连接孔13的左端，其对立端为溢流出口与外部端口连接。图7为切向旋流筒8剖视图，溢流液经一级溢流管16流出。图8二级液相分离单元与三级液相分离单元剖视图。图9为液相分离筒9剖视图，三级液液分离在液相分离筒9内部完成，将其螺纹连接至气相分离筒4内部连接孔13的右端，直径较小一端为底流出口端且螺纹连接至外部端口。图10为溢流导管11结构图，溢流导管11与除液旋流器10螺纹连接，溢流液通过溢流进液口18流入，连接环19与切向旋流筒8的一级溢流管16螺纹连接将溢流导管11固定。图11为溢流导管11端部放大图，连接环19与切向旋流筒8螺纹连接，溢流通过三个扇形环空间隙排出。图12、13分别为三级套管出流口位置示意图与剖视图，密封盘7与气相分离筒4螺纹连接，一级气相分离单元分离出的气体通过导气管5与一级溢流管16间环空间隙排出，二级液相分离单元分离出的溢流通过一级溢流管16与溢流导管11扇形环空间隙排出，三级液相分离单元分离出的溢流通过溢流导管11排出。图14为井下气液旋流分离器在同井注采工艺系统装配图，主要由套管20、油管21、井下气液旋流分离器22、封隔器23、螺杆泵24组成。图14为同井注采工艺系统内部井下气液旋流分离器放大图，井下含气混合液通过进液口25进入套管20与油管21之间油套环空区域，通过进液孔12进入井下气液旋流分离器22内部，经过一级气相分离单元、二级液相分离单元、三级液相分离单元后，气相被管路引出至套管20与油管21之间油套环空区域排出，富含油相的溢流液从二级液相分离单元与三级液相分离单元分离出来后在螺杆泵作用下被举升至地面，底流则沿下端回流到地下，完成含气工况下的同井注采工艺整个流程。

本发明所提出一种同井注采井筒内气-液-液三级旋流分离装置，利用气相、油相、水相间的密度差进行旋流分离，可在高含水油井内部含气工况下使用，将含有的气体有效分离且保证了后续油水分离效率，油管与套管间混合多相介质经进液孔进入气相分离筒进行一级气相分离，气相经导气管与一级溢流管间环空隙排出，脱气混合液经切向进液口进入切向旋流筒发生二级液相分离，轻质的部分油相沿一级溢流管与溢流导管环空间隙流出，其余液相继续经过除液旋流器进行三级液相分离，最终气体回流至井下油套环空区域，溢流液经溢流导管被举升至地面，底流则回注到地下完成整个工艺流程，此装置很好解决了油井含气对井下油水分离产生的分离效率低下的问题，使足量的油相被举升至地面，避免了无用功的损耗，符合井下实际需求。

Claims (1)

1.一种同井注采井筒内气-液-液三级旋流分离装置，包括一级气相分离单元（1）、二级液相分离单元（2）和三级液相分离单元（3），其特征在于：

所述一级气相分离单元（1）包括气相分离筒（4）、导气管（5）、脱气导流器（6）和密封盘（7）；所述气相分离筒（4）具有3列进液孔（12）和连接孔（13），进液孔（12）圆周分布于所述气相分离筒表面且每列有6个进液孔，连接孔（13）分别与切向旋流筒（8）和液相分离筒（9）螺纹连接；所述导气管（5）外观为一通透圆管，在其外表面开两段螺纹分别与脱气导流器（6）和密封盘（7）连接；所述脱气导流器（6）前端为半球形，后端为棱台结构，共10个导流叶片，圆周分布在中端圆柱体外壁，在其轴心处开一通透孔（14）贯穿整个脱气导流器（6），通透孔（14）内壁开有螺纹与导气管（5）螺纹连接；所述密封盘（7）中心开孔与导气管螺纹连接，其侧壁端面与气相分离筒（4）螺纹连接；

所述二级液相分离单元（2）为切向旋流筒（8），所述切向旋流筒（8）具有切向进液口（15）、一级溢流管（16）和旋流腔（17），6个切向进液口（15）圆周分布在切向旋流筒（8）底端，且切向进液口（15）进液速度方向与旋流腔（17）内壁相切，一级溢流管（16）贯穿整个切向旋流筒（8），在旋流腔（17）外壁开螺纹线后螺纹连接至气相分离筒（4）内连接孔（13）一端；

所述三级液相分离单元（3）包括液相分离筒（9）、除液旋流器（10）和溢流导管（11）；所述液相分离筒（9）为圆筒状，其内部为3段具有不同横截面积的空腔，前端为直径较大的圆柱状空腔段，中端为直径渐变的空腔段，后端为直径较小的圆柱状空腔段；液相分离筒（9）一端与气相分离筒（4）螺纹连接，另一端螺纹连接至同井注采工艺外部端口；所述除液旋流器（10）轴心有一通孔且与溢流导管（11）螺纹连接；所述溢流导管（11）主要结构有溢流进液口（18）和连接环（19），溢流导管（11）中心开有通孔贯穿整体，连接环（19）外壁面开有螺纹线，与切向旋流筒（8）内部结构的一级溢流管（16）螺纹连接；

所述气相分离筒（4）与液相分离筒（8）螺纹连接，气相分离筒（4）内部进液孔（12）端与密封盘（7）螺纹连接，液相分离筒（8）底流出口端与同井注采系统内部封隔器螺纹连接，切向旋流筒（8）与气相分离筒（4）螺纹连接在一起，溢流出口端与外部端口封隔器螺纹连接，溢流导管（11）螺纹连接至切向旋流筒（8）内部。

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