CN113216925B - 一种适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置 - Google Patents
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Abstract
一种适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置。主要用来解决井下页岩油开采过程中，髙含气工况下螺杆泵采油系统抽油效率低下的问题。其特征在于：所述井下气液分离装置包括外套筒、内套筒、螺旋流道、引流锥体、锥体挡片、上部油管、下部油管以及桥式通道；髙含气原油由外套筒进液口流入由内套筒和外套筒形成的环腔内，进行气液预分离，分离出的气体和剩余含气原油，一同流入内套筒隔板内侧并进入内套筒进液口，经螺旋流道作用再次分离出气体，液体经导流锥体的导向流入内套筒底部进行重力沉降，沉降后的液相最终从桥式通道的液相通道被抽出，气相则从桥式通道的气相通道排出到油套环空内。本种井下气液分离装置适用于页岩油螺杆泵采油系统中，消除了气相对抽油泵所做的无用功，避免了能量浪费，提高了抽油泵泵效。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于井下油田螺杆泵抽油系统的气液分离装置。
背景技术
页岩油是储存在富含有机质的泥页岩层系、或泥页岩层系中的致密碳酸岩或碎屑岩夹层中的石油。螺杆泵作为一种传输流体的容积泵,被广泛使用在油田抽油方面,它具有其它抽油设备所不能替代的优越性,如它适用于稠油含砂、高含气井的流体举升等。它体积小,适应油井的小井筒,安装方便,无污染,能耗低。近年来随着页岩油开发的不断深入, 气体对油井影响日益明显, 主要表现在:①泵筒充不满液体, 造成泵效降低;②气体易冲击密封件造成损坏，当气体保护不恰当时，会造成密封件压差过大，加速损坏密封件。目前，对气液旋流分离器的研究已经取得很大进展，但多数气液旋流分离器结构复杂且不适合应用于井下狭小空间，因此，很有必要研制出一种结构简单且适用于井下套管结构的气液分离装置，用于页岩油采出液的井下预脱气。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置，首先利用重力沉降作用进行预分离气体，其次髙含气原油经螺旋流道的旋流作用分离出大部分气相，气相排出到油套环空内，脱气后的原油最终经螺杆泵采出，消除了气相对螺杆泵所产生的不良影响，提高了泵效。
本发明的技术方案是：该种适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置，具有外套筒、内套筒、螺旋流道、引流锥体、锥体挡片、上部油管、下部油管、桥式通道。
所述外套筒为一两端等径圆柱状套筒，两端内壁均开有螺纹，其顶端侧壁开有外套筒进液口，该外套筒进液口呈圆周阵列分布，其顶端与桥式通道通过螺纹连接，底端与内套筒通过螺纹连接。
所述内套筒为一圆柱状套筒，底部为一大直径段圆柱，并开有螺纹，该处与外套筒底端螺纹连接，顶部为一小直径段圆柱，圆柱外侧设有隔板，该隔板与小直径圆柱段为一体结构，在隔板内侧小直径圆柱段顶端开有圆周阵列分布的内套筒进液口，内套筒内部中空，内部设有上环形凸台和下环形凸台。
所述螺旋流道为一圆柱状套筒，外壁开有螺旋形流道，该螺旋流道外径与内套筒内径相同，螺旋形流道底端放置在上环形凸台上，使螺旋流道固定在内套筒内壁上。
所述引流锥体的主体部分为一顶端变径底端等径的柱体，柱体两端各有一段与上部油管和下部油管等外径的小圆柱，并且开有螺纹，锥体内部开有出油通道.
所述锥体挡片为一环形片，环形四周设有底座，该底座放置在下环形凸台上，引流锥体放置在锥体挡片上，来实现流锥体在内套筒内壁上的定位。
所述上部油管和下部油管均为管状结构，其一端开有螺纹，上部油管与引流锥体上端螺纹连接，下部油管与引流锥体下端螺纹连接。
所述桥式通道为一圆柱状结构，底部开有螺纹，中心处开有液相通道，侧壁轴向开有气相通道，该桥式通道与外套筒通过螺纹连接。
本发明具有如下有益效果：本装置利用气体、液体两相间的密度差，首先使得含气原油通过内外套筒及隔板组成的U型通道利用重力沉降作用进行预分离气体，预分离后的含气原油在经螺旋流道的旋流分离作用进行脱气，脱气后的原油经导流锥体的导向流入内套筒底部集油凹槽处进行重力沉降，再由螺杆泵采出，消除了气相对螺杆泵所产生的不良影响，提高了泵效；且引流锥体与内套筒内壁形成的狭小环形孔空隙易形成液膜，起到密封作用，防止气体进入底部集油腔室影响沉降及脱气效果。桥式通道的设计与井下油管尺寸相配套，圆筒状结构减少应力集中，不易损坏，且内部通道设计实现了多功能性，既能排气又能除液，内部通道的布置减少了不必要的管路连接。
下面进行详细说明：
首先，该种适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置结构简单，连接方式上均采用螺纹连接，便于安装，整体外观呈圆筒状，适合井下狭长空间条件下使用。
其次，该装置利用气体、液体两相间的密度差进行脱气，优先将易于分离的气相经U型通道利用重力沉降作用进行预分离，再将不易分离的气相进行旋流分离，提高了分离效率，脱气效果较好。
再次，引流锥体的设计与内套筒内壁形成狭小环形孔空隙，易形成液膜，起到密封作用，可防止气体进入底部集油腔室影响沉降及脱气效果。
然后，桥式通道设计为圆筒状结构可有效减少应力集中，不易损坏，且内部通道的布置减少了不必要的管路连接，集排气和出液为一体。
最后，该种适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置应用到螺杆泵抽油系统内，被分离出的气相回注到油套环空内部区域，节省了地面气体处理成本，经济环保；并且，脱气后的原油消除了气相对螺杆泵所产生的不良影响，提高了泵效。
综上所述：本发明提出的一种适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置应用于油田井下螺杆泵采油工艺，利用气体、液体两相间的密度差，首先利用重力沉降作用进行预分离气体，然后在经螺旋流道的旋流分离作用进行再分离，脱气效果较好。圆筒状桥式通道集排气和出液功能为一体，减少了不必要的管路连接。整体装置结构简单，安装方便，将分离出的气相回注到油套环空内部区域，节省了地面气体处理成本，经济环保。
附图说明：
图1为适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置整体外观图。
图2为适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置爆炸图。
图3为适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置截面剖视图。
图4为外套筒外观图。
图5为内套筒外观图。
图6为内套筒剖视图。
图7为螺旋流道外观图。
图8为引流锥体外观图。
图9为引流锥体剖视图。
图10为锥体挡片外观图。
图11为上部油管外观图。
图12为下部油管外观图。
图13为桥式通道外观图。
图14为桥式通道剖视图。
图15为页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置装配在螺杆泵采油系统的示意图。
图16为螺杆泵采油系统内部适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置放大图。
图中1-外套筒，101-外套筒进液口，2-内套筒，201-内套筒进液口，202-隔板，203-上环形凸台，204-下环形凸台，3-螺旋流道，4-引流锥体，5-锥体挡片，501-底座，6-上部油管，7-下部油管，8-桥式通道，801-液相通道，802-气相通道，9-井下套管，901-井下套管进液口，10-井下油管，1001-井下油管进液口，11-螺杆泵，12-封隔器，13-页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本种适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置整体外观图如图1所示，髙含气原油在井下由外套筒进液口101流入该脱气装置内部，经过脱气处理后液相由液相通道801排出经螺杆泵举升至地面，气相由气相通道802排出并回注到油套环空内部区域。图2为适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置爆炸图，主要由外套筒1、内套筒2、螺旋流道3、引流锥体4、锥体挡片5、上部油管6、下部油管7和桥式通道8组成。
图3为适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置截面剖视图，其中外套筒1底部与内套筒2底部通过螺纹连接，螺旋流道3放置在上环形凸台203（详见图6）上使其固定在内套筒2内壁上，锥体挡片5设有底座501（详见图10），该底座501放置在下环形凸台204（详见图6）上，引流锥体4放置在锥体挡片5上，使引流锥体4定位在内套筒2内壁上。上部油管6与引流锥体4上端通过螺纹连接，下部油管7与引流锥体4下端通过螺纹连接。桥式通道8与外套筒1通过螺纹连接。髙含气原油在井下由外套筒进液口101流入由内套筒2和外套筒1形成的环腔内，含气原油在环腔内经重力沉降作用进行气液预分离，分离出的气体和剩余含气原油，一同流入内套筒隔板202（详见图6）内侧并进入内套筒进液口201（详见图6），含气原油流经螺旋流道3经旋流作用再次分离出气体，气相经螺旋流道3内部与上部油管6形成的环形区域从桥式通道8的气相通道802排出到油套环空内；与此同时，液体经导流锥体4的导向流入内套筒2底部进行沉降，最终经由下部油管7、引流锥体4内部出油通道、上油管6从桥式通道8的液相通道801被抽出。
图4为外套筒1外观图。图5为内套筒2外观图。图6为内套筒2剖视图。图7为螺旋流道3外观图。图8为引流锥体4外观图。图9为引流锥体4剖视图。图10为锥体挡片5外观图。图11为上部油管6外观图。图12为下部油管7外观图。
图13为桥式通道8外观图。图14为桥式通道8剖视图，该桥式通道8将液相通道801和气相通道802布局到同一零件中，液相从液相通道801被抽出，气相从气相通道802排出到油套环空内，彼此分隔开，互不干扰。
图15为页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置13装配在螺杆泵采油系统的示意图。主要由井下套管9、井下油管10、螺杆泵11、封隔器12、适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置13组成。图16为螺杆泵采油系统内部适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置13放大图，井下含气原油通过井下套管进液口901进入井下套管9与井下油管10之间的油套环空区域，通过井下油管进液口1001并从外套筒进液孔101进入页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置13内部，含气原油经过重力沉降预分离及旋流再分离作用进行脱气后，在螺杆泵作用下液相最终从桥式通道8的液相通道801被举升至地面，气相则从桥式通道8的气相通道802排出到油套环空内，完成含气工况下螺杆泵采油系统的整个流程。
综上，本发明提出的一种应用于油田井下螺杆泵采油工艺的适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置，髙含气原油在井下由外套筒进液口流入由内套筒和外套筒形成的环腔内，含气原油在环腔内经重力沉降作用进行气液预分离，分离出的气体和剩余含气原油，一同流入内套筒隔板内侧并进入内套筒进液口，含气原油流经螺旋流道经旋流作用再次分离出气体，此时，液体经导流锥体的导向流入内套筒底部进行重力沉降，沉降后的液相经由下部油管、引流锥体内部出油通道、上油管最终从桥式通道的液相通道被抽出，气相则经螺旋流道内部与上部油管形成的环形区域从桥式通道的气相通道排出到油套环空内。本种井下气液分离装置，利用气体、液体两相间的密度差，利用重力作用进行预分离气体，然后再经螺旋流道的旋流分离作用再分离，脱气效果较好，脱气后的液相最终在螺杆泵作用下被举升至地面，气相则排出到油套环空内，完成含气工况下螺杆泵采油系统的整个流程。
Claims (1)
1.一种适用于页岩油螺杆泵采油系统井下气液分离装置，具有外套筒（1）、内套筒（2）、上部油管（6）和下部油管（7），
其特征在于：所述井下气液分离装置还包括螺旋流道（3）、引流锥体（4）、锥体挡片（5）以及桥式通道（8）；
外套筒（1）为一两端等径圆柱状套筒，两端内壁均开有螺纹，其顶端侧壁开有外套筒进液口（101），该外套筒进液口呈圆周阵列分布，其顶端与桥式通道（8）通过螺纹连接，底端与内套筒（2）通过螺纹连接；
所述内套筒（2）为一圆柱状套筒，底部为一大直径圆柱段，并开有螺纹，该处与外套筒底端螺纹连接，顶部为一小直径段圆柱，圆柱外侧设有隔板（202），该隔板与小直径圆柱段为一体结构，在隔板内侧小直径圆柱段顶端开有圆周阵列分布的内套筒进液口（201），内套筒（2）内部中空，内部设有上环形凸台（203）和下环形凸台（204）；
所述螺旋流道（3）为一圆柱状套筒，外壁开有螺旋形流道，该螺旋流道（3）外径与内套筒（2）内径相同，螺旋形流道底端放置在上环形凸台（203）上，使螺旋流道（3）固定在内套筒（2）内壁上；
所述引流锥体（4）的主体部分为一顶端变径底端等径的柱体，柱体两端各有一段与上部油管（6）和下部油管（7）等外径的小圆柱，并且开有螺纹，锥体内部开有出油通道；
所述锥体挡片（5）为一环形片，环形四周设有底座（501），该底座（501）放置在下环形凸台（204）上，引流锥体（4）放置在锥体挡片（5）上，来实现引流锥体（4）在内套筒（2）内壁上的定位；
所述上部油管（6）和下部油管（7）均为管状结构，其一端开有螺纹，上部油管（6）与引流锥体（4）上端螺纹连接，下部油管（7）与引流锥体（4）下端螺纹连接；
所述桥式通道（8）为一圆柱状结构，底部开有螺纹，中心处开有液相通道（801），侧壁轴向开有气相通道（802），该桥式通道（8）与外套筒（1）通过螺纹连接。
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| CN113216925A (zh) | 2021-08-06 |
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