CN114320264B - 一种井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置，该井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置包括：第一壳体，内部形成第一容纳腔；第一起旋结构，设置于第一容纳腔，用于控制油气水混合物以第一转速转动；第二壳体，内部形成第二容纳腔，第二容纳腔连通于第一容纳腔；离心泵组，用于将第一容纳腔内的油水混合物以第一角度输送至第二容纳腔；第二起旋结构，设置于第二容纳腔，用于控制油水混合物以第二转速转动；其中，第一转速小于第二转速；第三壳体，内部形成第三容纳腔，第一壳体和第二壳体均位于第三容纳腔内，第二壳体开设有第一排水孔，第三壳体开设有第二排水孔；驱动结构，用于带动第一起旋结构、离心泵组和第二起旋结构转动。

Description

一种井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置

技术领域

本申请属于石油开采技术领域，更具体地说，是涉及一种井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置。

背景技术

随着油田开发年限的逐渐延长，油井采出液含水率逐年上升，部分油井采出液的含水率甚至超过90％。为保持油田原油产量稳定，不得不进一步增大采出液的提液量。采出液被举升到井口到达地面或水面后，其中的水相不仅占用了集输处理设备的大部分有效容量，而且为了对其进行外排或回注前的达标处理，不得不增加相应的处理工艺和设备，耗费大量的化学药剂、加热能量，从而导致开采成本增加，严重影响了经济效益。因此，开发井下油水分离技术，将50％以上的水在井下完成分离和回注，可以大幅度减少常规地面或水面集输处理系统的建设投资和运行成本，而且可以减少井口背压，一定程度上提高油井的采收率。

为降低油井采出液的举升能耗，简化水面或地面集输处理工艺、降低油田采出水的处理负荷，进而提高石油开采的总体经济效益，亟需一种结构紧凑、分离过程低剪切力、压损低、处理量大的新型井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置，以解决现有技术中存在的井下油气水动态旋流分离装置难以将油水分离之后的水在井下完成回注，且分离效率低的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：

提供一种井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置，包括：第一壳体，内部形成第一容纳腔，所述第一容纳腔用于容纳油气水混合物；第一起旋结构，设置于所述第一容纳腔，用于控制所述油气水混合物以第一转速转动，以将所述油气水混合物分离为油水混合物和气体；第二壳体，内部形成第二容纳腔，所述第二容纳腔连通于所述第一容纳腔，所述第二容纳腔用于接收所述第一容纳腔内的所述油水混合物；离心泵组，入口连通于所述第一容纳腔，出口设置于所述第二容纳腔，用于将所述第一容纳腔内的所述油水混合物以第一角度输送至所述第二容纳腔；第二起旋结构，设置于所述第二容纳腔，用于控制所述油水混合物以第二转速转动，以将所述油水混合物分离为油和水；其中，所述第一转速小于所述第二转速；第三壳体，内部形成第三容纳腔，所述第一壳体和所述第二壳体均位于所述第三容纳腔内，所述第二壳体开设有第一排水孔，所述第一排水孔贯穿于所述第二壳体，所述第三壳体开设有第二排水孔，所述第二排水孔贯穿于所述第三壳体，所述第一排水孔和所述第二排水孔连通；驱动结构，传动连接于所述第一起旋结构、所述离心泵组和所述第二起旋结构，用于带动所述第一起旋结构、所述离心泵组和所述第二起旋结构转动。

在一个实施例中，所述第一转速为200rpm-500rpm；和/或，所述第二转速为1000rpm-3000rpm。

在一个实施例中，所述第一角度和所述第二起旋结构的入口角之间的夹角不大于第一预设角度。

在一个实施例中，还包括：电潜泵，用于将所述第三容纳腔外的油气水混合物以第二角度输送至所述第一容纳腔内。

在一个实施例中，所述第二角度和所述第一起旋结构的入口角之间的夹角不大于第二预设角度。

在一个实施例中，还包括：排气管，伸入至所述第一容纳腔的中部，并贯穿所述第一壳体和所述第三壳体，用于引导所述气体由所述第一容纳腔内排出至所述第三容纳腔之外。

在一个实施例中，还包括：举升泵，入口连通于所述第二容纳腔，出口设置于所述第三容纳腔外，用于将所述第二容纳腔内的油输送至所述第三容纳腔外。

在一个实施例中，所述驱动结构包括：传动轴，所述传动轴固定连接于所述第一起旋结构、所述离心泵组和所述第二起旋结构，所述传动轴用于带动所述第一起旋结构、所述离心泵组和所述第二起旋结构转动；潜油电机，传动连接于所述传动轴，用于带动所述传动轴转动。

在一个实施例中，所述第三壳体包括：套管、上封隔器和下封隔器，所述上封隔器封堵于所述套管的上端，所述下封隔器封堵于所述套管的下端，所述套管、所述上封隔器和所述下封隔器共同围合形成所述第三容纳腔。

本申请提供的井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置的有益效果在于：该井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置包括：第一壳体、第一起旋结构、第二壳体、离心泵组、第二起旋结构、第三壳体以及驱动结构；第一壳体的内部形成第一容纳腔，第一容纳腔用于容纳油气水混合物；第一起旋结构设置于第一容纳腔内，第一起旋结构用于控制油气水混合物以第一转速转动，从而将油气水混合物中分离为油水混合物和气体；第二壳体的内部形成第二容纳腔，第二容纳腔连通于第一容纳腔，第二容纳腔用于接收第一容纳腔内的油水混合物；离心泵组的入口连通于第一容纳腔，离心泵组的出口设置于第二容纳腔，离心泵组用于将第一容纳腔内的油水混合物以第一角度输送至第二容纳腔；第二起旋结构设置于第二容纳腔，第二起旋结构用于控制油水混合物以第二转速转动，从而将油水混合物分离为油和水；第二转速大于第一转速，即第一起旋结构将油气水混合物分离为油水混合物和气体的过程中转速较慢；第二起旋结构将油水混合物分离为油和水的过程中转速较快，可以保障油和水可以充分分离，并且由于在此过程中绝大部分气体已经排出，可以保障离心泵组和第二起旋结构不会受到因存在气体而产生的负面影响；第三壳体的内部形成第三容纳腔，第一壳体和第二壳体均设置于第三容纳腔内，第二壳体开设有贯穿第二壳体的第一排水孔，第二壳体开设有贯穿第三壳体的第二排水孔，第一排水孔和第二排水孔连通，利用第二起旋结构和离心泵组的共同作用，可以将油水混合物中分离出的水由第一排水孔中排出，并且该水经过第二排水孔可以回注至井下。

综上，本申请实施例提供的井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置利用第一起旋结构将油气水混合物中的气体分离，利用第二起旋结构将剩下的油水混合物分离为油和水；并且在离心泵组和第二起旋结构的作用下，油水混合物中分离出的水可以回注至井下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置中部分结构的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的第一起旋结构的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的第二起旋结构的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

100、井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置；110、第一壳体；111、第一容纳腔；120、第一起旋结构；130、第二壳体；131、第二容纳腔；132、第一排水孔；140、第二起旋结构；150、第三壳体；151、第三容纳腔；152、第二排水孔；153、上封隔器；154、下封隔器；160、举升泵；170、排气管；180、电潜泵；190、离心泵组；200、潜油电机；210、第四壳体。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本申请实施例提供的井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置进行说明。该井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置可以应用于井下的环境，也可以应用于其他需要进行油气水分离的环境，以下以该井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置应用于井下环境为例进行说明。

请参阅图1、图2、图3以及图4，本申请的实施例提供了一种井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置100，该井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置100包括：第一壳体110、第一起旋结构120、第二壳体130、离心泵组190、第二起旋结构140、第三壳体150以及驱动结构。

第一壳体110的内部形成第一容纳腔111，该第一容纳腔111用于容纳油气水混合物。具体的，该第一容纳腔111可以具有两个和外部连通的开口，其中一个开口位于第一壳体110的底部，以使第一容纳腔111可以接收油气水混合物；另一个开口可以位于第一壳体110的顶部，以使第一容纳内形成的油水混合物可以由上部的开口流出至第二壳体130形成的第二容纳腔131内。具体的，该第一壳体110可以为隔离衬套。

第一起旋结构120设置于第一容纳腔111内，第一起旋结构120在工作的过程中会绕第一方向转动。具体的，该第一方向可以为竖直方向。在第一起旋结构120绕第一方向转动的过程中，会带动油气水混合物绕第一方向向上螺旋运动，在运动的过程中，油气水混合物会在离心力的作用下产生分离，气体会聚集在第一容纳腔111的中部，而油水混合物会聚集在第一容纳腔111的边缘。为了使油气水混合物中的油水混合物和气体可以充分分离，第一起旋结构120的转动速度需要达到第一转速。具体的，该第一转速可以为200rpm-500rpm，例如，该第一转速可以为300rpm。

第二壳体130的内部形成第二容纳腔131，该第二容纳腔131用于容纳油水混合物。具体的，该第二容纳腔131可以处于第一容纳腔111的上方，该第二容纳腔131可以具有两个和外部连通的开口，其中一个开口位于第二壳体130的底部，以使第二容纳腔131可以方便接收由第一容纳腔111分离出的油水混合物；另一个开口可以位于第二壳体130的顶部，以使第二容纳腔131内形成的油体可以由上部的开口流出。

离心泵组190的入口连通于第一容纳腔111，离心泵组190的出口设置于第二容纳腔131，离心泵组190用于将第一容纳腔111内的油水混合物以第一角度输送至第二容纳腔131。具体的，离心泵组190可以全部设置于第二容纳腔131内，只需要离心泵组190的入口连通于第一容纳腔111即可；离心泵组190也可以靠近于出口的部分设置于第二容纳腔131，另外部分设置于第一容纳腔111；只需要离心泵组190可以将第一容纳腔111内的油水混合物以第一角度输送至第二容纳腔131即可。

第二起旋结构140设置于第二容纳腔131内，第二起旋结构140在工作的过程中会绕第二方向转动。具体的，该第二方向也可以为竖直方向，即该第二方向可以平行于该第一方向。为了保障整体结构的紧凑，第二方向可以和第一方向重合，即第二方向和第一方向为相同方向。在第二起旋结构140绕第二方向转动的过程中，会带动油水混合物绕第二方向向上螺旋运动，在运动的过程中，油水混合物毁在离心力的作用下产生分离，油体会距离在第二容纳腔131的中部，而水体会聚集在第二容纳腔131的边缘。为了使油水混合物中的油体和水体可以充分分离，第二起旋结构140的转动速度需要达到第二转速。具体的，该第二转速可以为1000rpm-3000rpm，例如，该第二转速可以为1400rpm。

由于油体和水体之间的密度差远小于油体混合物和气体之间的密度差，因此第一转速小于第二转速，即第一起旋结构120的转动速度较慢，有效保障了第一起旋结构120和第二起旋结构140的工作稳定性和使用寿命。

第三壳体150的内部形成第三容纳腔151，第一壳体110和第二壳体130均位于第三容纳腔151内，第二壳体130上开设有第一排水孔132，第一排水孔132贯穿于第二壳体130，第三壳体150上开设有第二排水孔152，第二排水孔152贯穿于第三壳体150，并且第二壳体130和第三壳体150之间具有间隙，因此通过该间隙，第一排水孔132和第二排水孔152可以连通，由于在第二容纳腔131内，第二起旋结构140不断带动内部的液体转动，在离心力的作用下，水体会处于靠近于第二容纳腔131的侧壁的边缘位置，因此第一排水孔132可以使第二容纳腔131内的水体流出，之后水体经过第二壳体130和第三壳体150之间的间隙流入至第二排水孔152，之后水体便排出至第三容纳腔151之外；并且在离心泵组190的作用下，第二容纳腔131内的压强可以保持在高于第三容纳腔151之外的水平，因此在第二起旋机构和离心泵组190的共同作用下，油水混合物中分离出的水可以源源不断被回注至井下地层或者废层中。

驱动结构传动连接于第一起旋结构120、离心泵组190和第二起旋结构140，驱动结构用于带动第一起旋结构120、离心泵组190和第二起旋结构140转动。具体的，驱动结构可以包括：传动轴和潜油电机200。传动轴传动连接于潜油电机200，用于在潜油电机200的带动下绕传动轴的轴线转动。传动轴固定连接于第一起旋结构120、离心泵组190和第二起旋结构140，且第一起旋结构120、离心泵组190和第二起旋结构140沿着传动轴的轴线间隔分布，利用传动轴可以带动第一起旋结构120、离心泵组190和第二起旋结构140同步转动，简化了结构的同时，还保障了整体结构的紧凑，保障了整体结构可以适应于井下的环境。

该井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置100包括：第一壳体110、第一起旋结构120、第二壳体130、离心泵组190、第二起旋结构140、第三壳体150以及驱动结构；第一壳体110的内部形成第一容纳腔111，第一容纳腔111用于容纳油气水混合物；第一起旋结构120设置于第一容纳腔111内，第一起旋结构120用于控制油气水混合物以第一转速转动，从而将油气水混合物中分离为油水混合物和气体；第二壳体130的内部形成第二容纳腔131，第二容纳腔131连通于第一容纳腔111，第二容纳腔131用于接收第一容纳腔111内的油水混合物；离心泵组190的入口连通于第一容纳腔111，离心泵组190的出口设置于第二容纳腔131，离心泵组190用于将第一容纳腔111内的油水混合物以第一角度输送至第二容纳腔131；第二起旋结构140设置于第二容纳腔131，第二起旋结构140用于控制油水混合物以第二转速转动，从而将油水混合物分离为油和水；而第二转速大于第一转速，因此利用第一起旋结构120将油气水混合物分离为油水混合物和气体的过程中转速较慢；利用第二起旋结构140将油水混合物分离为油和水的过程中转速较快，可以保障油和水可以充分分离，并且由于在此过程中绝大部分气体已经排出，可以保障离心泵组和第二起旋结构不会受到因存在气体而产生的负面影响；第三壳体150的内部形成第三容纳腔151，第一壳体110和第二壳体130均设置于第三容纳腔151内，第二壳体130开设有贯穿第二壳体130的第一排水孔132，第二壳体130开设有贯穿第三壳体150的第二排水孔152，第一排水孔132和第二排水孔152连通，利用第二起旋结构140和离心泵组190的共同作用，可以将油水混合物中分离出的水由第一排水孔132中排出，并且该水经过第二排水孔152可以回注至井下地层或废层中。

在本申请的一些实施例中，第一角度可以根据第二起旋结构140的入口角确定。具体的，第一角度可以和第二起旋结构140的入口角相同，或者第一角度可以和第二起旋结构140的入口角之间的夹角保持在不大于第一预设角度的范围内。具体的，该第一预设角度可以为5°。由于第一角度和第二起旋结构140的入口角相同或相近，因此第二起旋结构140在工作过程中对油水混合物的施加的剪切力较小，可以在第二起旋元件带动油水混合物产生旋流的同时，对油水混合物形成一定的轴向推送作用，克服了油水混合物在分离过程中的压力损失，保障分离出的水具有足够的压力回注至井下地层或废层中。

在本申请的一些实施例中，该井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置100还可以包括：电潜泵180。

电潜泵180的入口连通于第三容纳腔151外，电潜泵180用于将第三容纳腔151外的油气水混合物以第二角度输送至第一容纳腔111内。具体的，第一壳体110可以具有通孔，该通孔连通于第一容纳腔111，该通孔用于供电潜泵180将第三容纳腔151外的油气水混合物以第二角度输送至第一容纳腔111内。电潜泵180可以增加第一容纳腔111和第二容纳腔131的压强，以保障第二容纳腔131内分离出的水可以具有足够的压力回注至井下的地层或废层中。其中，离心泵组190可以为该电潜泵180中的部分结构，也可以为独立的结构。具体的，在本申请的实施例中，离心泵组190可以为该电潜泵180中的部分结构，以保障整体结构的紧凑性。

在本申请的一些实施例中，第二角度可以根据第一起旋结构120的入口角确定。具体的，第二角度可以和第一起旋结构120的入口角相同，或者第二角度可以和第一起旋结构120的入口角之间的夹角保持在不大于第二预设角度的范围内。具体的，该第二预设角度可以为5°。由于第二角度和第一起旋结构120的入口角相同或相近，因此第一起旋结构120在工作过程中对油气水混合物的施加的剪切力较小，可以在第一起旋元件带动油气水混合物产生旋流的同时，对油气水混合物形成一定的轴向推送作用，克服了油气水混合物在分离过程中的压力损失，保障第二起旋结构140分离出的水具有足够的压力回注至井下地层或废层中。

在本申请的一些实施例中，该井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置100还可以包括：排气管170。

排气管170伸入至第一容纳腔111的中部，并且排气管170贯穿第一壳体110和第三壳体150。由于气体的比重小于油气混合液，并且持续有气体生成，因此气体可以自动由排气管170中流出。

在本申请的一些实施例中，该井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置100还可以包括：举升泵160。

举升泵160的入口连通于第二容纳腔131，举升泵160的出口设置于第三容纳腔151外，举升泵160用于将第二容纳腔131内的油输送至第三容纳腔151外。具体的，举升泵160可以全部设置于第三容纳腔151外，只需要举升泵160的入口连通于第二容纳腔131；举升泵160也可以靠近于出口的部分设置于第三容纳腔151外，另外部分设置于第二容纳腔131；只需要举升泵160可以将第二容纳腔131的油送至第三容纳腔151外即可。

在本申请的一些实施例中，该井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置100还可以包括：第四壳体210。

第四壳体210内部形成第四容纳腔，举升泵160设置于第四容纳腔内，第四容纳用于容纳利用举升泵160由第二容纳腔131内抽取的油。具体的，该第四壳体210可以为隔离衬套。具体的，第四容纳腔可以连通于地面的石油处理系统内。

在本申请的一些实施例中，第三壳体150可以包括：套管、上封隔器153以及下封隔器154。上封隔器153封堵于套管的上端，下封隔器154封堵于套管的下端，套管、上封隔器153以及下封隔器154共同围合形成第三容纳腔151。利用上封隔器153和下封隔器154可以在套管内分隔处独立的第三容纳腔151，利用套管有限的空间完成对油气水混合物的分离。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置，其特征在于，包括：

第一壳体，内部形成第一容纳腔，所述第一容纳腔用于容纳油气水混合物；

第一起旋结构，设置于所述第一容纳腔，用于控制所述油气水混合物以第一转速转动，以将所述油气水混合物分离为油水混合物和气体；

第二壳体，内部形成第二容纳腔，所述第二容纳腔连通于所述第一容纳腔，所述第二容纳腔用于接收所述第一容纳腔内的所述油水混合物；

离心泵组，入口连通于所述第一容纳腔，出口设置于所述第二容纳腔，用于将所述第一容纳腔内的所述油水混合物以第一角度输送至所述第二容纳腔；

第二起旋结构，设置于所述第二容纳腔，用于控制所述油水混合物以第二转速转动，以将所述油水混合物分离为油和水；其中，所述第一转速小于所述第二转速；

第三壳体，内部形成第三容纳腔，所述第一壳体和所述第二壳体均位于所述第三容纳腔内，所述第二壳体开设有第一排水孔，所述第一排水孔贯穿于所述第二壳体，所述第三壳体开设有第二排水孔，所述第二排水孔贯穿于所述第三壳体，所述第一排水孔和所述第二排水孔连通；

驱动结构，传动连接于所述第一起旋结构、所述离心泵组和所述第二起旋结构，用于带动所述第一起旋结构、所述离心泵组和所述第二起旋结构转动。

2.如权利要求1所述的井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置，其特征在于，所述第一转速为200rpm-500rpm；和/或，所述第二转速为1000rpm-3000rpm。

3.如权利要求1所述的井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置，其特征在于，所述第一角度和所述第二起旋结构的入口角之间的夹角不大于第一预设角度。

4.如权利要求1所述的井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置，其特征在于，还包括：

电潜泵，用于将所述第三容纳腔外的油气水混合物以第二角度输送至所述第一容纳腔内。

5.如权利要求4所述的井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置，其特征在于，所述第二角度和所述第一起旋结构的入口角之间的夹角不大于第二预设角度。

6.如权利要求1所述的井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置，其特征在于，还包括：

排气管，伸入至所述第一容纳腔的中部，并贯穿所述第一壳体和所述第三壳体，用于引导所述气体由所述第一容纳腔内排出至所述第三容纳腔之外。

7.如权利要求1所述的井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置，其特征在于，还包括：

举升泵，入口连通于所述第二容纳腔，出口设置于所述第三容纳腔外，用于将所述第二容纳腔内的油输送至所述第三容纳腔外。

8.如权利要求1所述的井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置，其特征在于，所述驱动结构包括：

传动轴，所述传动轴固定连接于所述第一起旋结构、所述离心泵组和所述第二起旋结构，所述传动轴用于带动所述第一起旋结构、所述离心泵组和所述第二起旋结构转动；

潜油电机，传动连接于所述传动轴，用于带动所述传动轴转动。

9.如权利要求1所述的井下低剪切管式油气水动态旋流分离装置，其特征在于，所述第三壳体包括：套管、上封隔器和下封隔器，所述上封隔器封堵于所述套管的上端，所述下封隔器封堵于所述套管的下端，所述套管、所述上封隔器和所述下封隔器共同围合形成所述第三容纳腔。

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