CN115105981B - 一种井下气液静态混合装置的使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油工程技术领域，具体涉及一种井下气液静态混合装置的使用方法，由轴流式的前、后置导叶和静态混合器等构件串联的装置。当高含气产液流经本装置时，前置导叶将产液轴向导向，然后进入气液静态混合器，气液静态混合器将大气泡破碎成小气泡并与液体混合均匀后流入后置导叶，经后置导叶后进入潜油电泵叶轮。当产液流经多组泵级后，小气泡再次汇聚成较大气泡，且气液相趋于不均匀，在该位置再次加装一组气液混合装置。根据井筒内压力和含气情况，每间隔数个泵级都加装一组气液混合装置，使原有潜油电泵中的气相液相始终保持均匀。本发明可使传统潜油电泵在含气率达到70％的情况下正常举升气液混合产液，简化井下结构，有效减少能量损耗。
Description
技术领域
本发明属于石油工程技术领域，具体涉及一种井下气液静态混合装置的使用方法。
背景技术
在原油生产过程中，某些地区原油中含有大量伴生气。当潜油电泵泵送高含气的原油时，由于叶轮对液体做功，泵内液体压力逐级升高，在叶轮流道内气液两相会发生相对滑动和分离现象，由于气体密度小产生的离心力小，使气体停滞在叶轮进口稍后区域，造成叶轮非工作面气相的聚集，气体不断积蓄，使得过流面积减小，堵塞流道，并导致泵扬程、压头和效率下降，严重时会出现气锁现象，甚至会引起电机烧毁事故。
传统离心式潜油电泵能够泵送的气液两相混合物的含气量小于10％，混流式潜油电泵能够泵送的气液两相混合物的含气量小于20％，适用范围有限。输送的井液中存在气体是导致潜油电泵效率下降的重要因素之一，因此提高潜油电泵的混输能力是提高电泵井系统效率和举升能力的重要研究方向之一。
目前各油田在解决高含气井问题的技术主要有：一、安置气液分离器先将气相与液相分离，将气相通过井筒环空输送出去，再使用多级泵进行抽汲低含气产液，可以通过各种气液分离器实现生产的需求。但分离器不能完全将气相彻底分离出去，不适用于含气量过高的情况，而且导致潜油电泵机组结构复杂。二、近年发明了许多形式的气液混输泵，虽然较传统潜油电泵的混输性能略有提高，但是工艺不成熟，影响因素多，加工困难，成本较高。
综上所述，现在仍然缺少一种可以低成本、节能、高效、绿色的技术手段，可以妥善解决高含气井开采问题。基于这一问题，以可以广泛适用于高含气井为目标，设计了一种井下气液静态混合装置的使用方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种井下气液静态混合装置的使用方法。目前其他气液混输技术具有成本高、工艺不成熟以及稳定性差等缺点，本发明可在不影响正常生产效率的情况下，高效且低成本地实现高含气量工况下的气液混输，在取消井下气液旋流分离装置的情况下有效防止气锁。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种井下气液静态混合装置的使用方法，包括如下步骤：
1)本装置安装于潜油电泵机组中使用。由于采出液中气液两相分布不均，需要在首级和其他需要的潜油电泵级叶轮进口位置处加装气液静态混合装置。在井底流压、潜油电泵的举升动能、气体膨胀功的共同举升作用下，气液两相不均的采出液向上流动经过前置导叶(2)，通过前置导叶(2)对采出液进行导向后，进入气液静态混合器(3)；
2)利用气液静态混合器(3)将采出液中的大气泡打碎成小气泡，并充分与液相混合形成气液两相均匀的产液；
3)气液均相采出液进入后置导叶(8)，经导向后进入潜油电泵机组的下游叶轮；
4)经历若干机组的泵级后，气相液相再次趋于不均，小气泡逐渐汇聚成大气泡，在气泡尺寸临界处泵级之间再加装一组气液静态混合装置，使原有潜油电泵中的气相液相始终保持均匀，时刻满足气液混输的条件。
所述的一种井下气液静态混合装置的使用方法，气液静态混合装置安装在潜油电泵首级前，后续的安装位置与频次由实际工况中的含气率和排量决定。
所述的一种井下气液静态混合装置，前置挡环(1)、轴套(5)、后置接口(7)的具体尺寸根据实际工况中的泵型号确定，轴套(5)须延长至泵上下游叶轮处，与上下游叶轮贴合。
所述的一种井下气液静态混合装置的使用方法，本装置在多级潜油电泵中的安装频率和位置，由产液压力、含气率和排量等因素决定。
所述的一种井下气液静态混合装置，前置导叶(2)与后置导叶(8)的叶型特征与叶片数，可依据流体动力学、叶导轮进出口结构和含气率等因素确定。
所述的一种井下气液静态混合装置，气泡破碎孔组(4)组数与前置导叶(2)的叶片数一致，每组由4-12个截面积一致的圆形孔组成，每组圆形孔呈正三角形排布，孔径的范围为4-10mm，由孔组数、叶轮进出口结构、泵内压力、含气率和排量等影响因素确定。
本发明所述的一种井下气液静态混合装置，包括前置挡环(1)、前置导叶(2)、气液静态混合器(3)、气泡破碎孔组(4)、轴套(5)、机组轴(6)、后置接口(7)、后置导叶(8)。
进一步地，轴套(5)通过键与机组轴(6)联结，随机组轴(6)一同转动。以轴套(5)为分界，上部称为下游，下部称为上游，轴套(5)上部顶住下游叶轮内壁，轴套(5)下部顶住上游叶轮内壁。
进一步地，前置导叶(2)、气液静态混合器(3)、后置导叶(8)采用间隙配合依次安装在轴套(5)外，上游泵导壳、前置导叶(2)外壳、气液静态混合器(3)外壳、后置导叶(8)外壳轴向压紧，与机组外筒间采用过盈配合依次安装。
进一步地，前置挡环(1)与上游叶轮紧密贴合，前置导叶(2)与气液静态混合器(3)通过销钉连接，后置接口(7)与下游叶轮紧密贴合，本发明与潜油电泵外筒采用过盈配合，整体轴向压紧固定。
进一步地，气泡破碎孔组(4)位于气液静态混合器(3)上，由多组圆形孔构成。
进一步地，前置导叶(2)与气液静态混合器(3)之间采用多个销钉连接，两者之间无相对转动。
优选地，前置导叶(2)叶片设有5-12个，根据流体动力学性能和上游叶轮出口结构确定叶片数、叶型特征，且呈圆周均匀分布。根据流体动力学性能和下游叶轮出口结构确定后置导叶(8)的叶片数、叶型特征。
优选地，气泡破碎孔组(4)的每组圆孔采用正三角形排布，孔径的范围为4-10mm，由孔组数、泵内压力和含气率等影响因素决定，孔组数与前置导叶(2)叶片数一致，最外侧圆形孔圆心须与气液静态混合器(3)外径保持大于4mm间距。
本发明有益成果
1.通过本装置中的前置导叶(2)、气液静态混合器(3)和后置导叶(8)，将产液中的大气泡破碎并形成气液均相流动，能够有效解决因产液含气量较高引发的潜油电泵气锁、电机过热烧毁等故障问题。
2.将传统潜油电泵机组进口处的气液旋流分离装置取消，简化了潜油电泵机组的组成结构，也简化了油井作业的起、下泵工艺，提高了作业效率。
3.与其它形式的混输泵相比，本发明结构、使用方法和安装方式简易，并可与各种尺寸和类别的潜油电泵配合使用，不仅加工成本大大减小，且适用范围广泛。
4.气液混输能够降低产液的粘度，从而减小了摩擦损失，充分利用气体的膨胀功的举升作用，提高了举升效率，节约生产成本。
附图说明
图1为本发明结构的沿轴向的剖面图；
图2为本发明结构的垂直轴向的横截面剖面图；
图3为气液静态混合装置与潜油电泵机组三维装配图；
图中1-前置挡环、2-前置导叶、3-气液静态混合器、4-气泡破碎孔组、5-轴套、6-机组轴、7-后置接口、8-后置导叶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述气液静态混合装置的使用方法作进一步详细的说明。
首先，结合附图，对本发明所述的一种用于潜油电泵井的气液混合装置的使用方法作整体描述：
如图1所示，结合图2、图3，这种用于潜油电泵井的气液静态混合装置包括前置挡环(1)、前置导叶(2)、气液静态混合器(3)、气泡破碎孔组(4)、轴套(5)、机组轴(6)、后置接口(7)、后置导叶(8)。轴套(5)通过键与机组轴(6)联结，轴套(5)上部顶住下游叶轮内壁，轴套(5)下部顶住上游叶轮内壁，前置导叶(2)、气液静态混合器(3)、后置导叶(8)采用间隙配合依次安装在轴套(5)外，上游泵导壳、前置导叶(2)外壁面、气液静态混合器(3)外壁面、后置导叶(8)外壁面之间采用过盈配合依次安装，前置挡环(1)与上游叶轮紧密贴合，前置导叶(2)与气液静态混合器(3)销钉连接，后置接口(7)与下游叶轮紧密贴合，本发明与潜油电泵外壳整体轴向压紧。
如图1所示，这种用于潜油电泵井的气液混输方法包括如下步骤：1)因受到井底流压、潜油电泵的举升动能、气体膨胀功共同的举升作用，使气相液相不均的采出液向上流动经过前置导叶(2)，通过前置导叶(2)对采出液进行导向后进入气液静态混合器(3)；2)利用气液静态混合器(3)将采出液中的大气泡打碎成小气泡并充分与液相混合；3)气液均相采出液进入后置导叶(8)，经导向后进入潜油电泵中的下游叶轮；4)经历若干潜油电泵泵级后，气相液相再次趋于不均，小气泡逐渐汇聚成大气泡，在气泡尺寸临界处泵级之间再加装一组本发明装置，使采出液时刻保持满足气液混输的条件，本装置在潜油电泵中的安装频次由实际工况中的含气率决定。
如图2所示，前置导叶(2)叶片设有5-12个，根据流体动力学性能和叶轮进口结构，确定前置导叶(2)的叶片数、叶型特征。后置导叶(8)的叶片数、叶型特征根据流体动力学性能和叶轮进口结构等因素确定。
本发明所提出的一种用于潜油电泵井的气液静态混合装置及气液混输工艺方法，可应用于高含气井采出液的举升中。本发明的创造性地取消了潜油电泵机组中的气液分离装置，大幅简化了井下机组的组成结构，并充分利用气体的膨胀功的举升作用和气液混合液的低粘性，从而提高了泵效，节约了气液混输的成本。以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种井下气液静态混合装置的使用方法，其特征在于，所述的井下气液静态混合装置包括前置挡环(1)、前置导叶(2)、气液静态混合器(3)、气泡破碎孔组(4)、轴套(5)、机组轴(6)、后置接口(7)、后置导叶(8)；
所述轴套(5)通过键与机组轴(6)联结，随机组轴(6)一同转动，以轴套(5)为分界，上部称为下游，下部称为上游，轴套(5)上部顶住下游叶轮内壁，轴套(5)下部顶住上游叶轮内壁；
所述前置导叶(2)、气液静态混合器(3)、后置导叶(8)采用间隙配合依次安装在轴套外，上游泵导壳、前置导叶(2)外壳、气液静态混合器(3)外壁面、后置导叶(8)外壳轴向压紧串联，与外筒之间采用过盈配合安装；
所述前置挡环(1)与上游叶轮紧密贴合，前置导叶(2)与气液静态混合器(3)通过销钉连接，后置接口(7)与下游叶轮紧密贴合，所述的井下气液静态混合装置与潜油电泵外壳采用过盈配合，整体轴向压紧固定；
所述气泡破碎孔组(4)位于气液静态混合器(3)上，由多组圆形孔构成；所述的井下气液静态混合装置的使用方法包括如下步骤：
1)所述的井下气液静态混合装置需安装于潜油电泵机组中使用，为避免因为采出液中气液两相分布不均导致潜油电泵气锁，需要在首个机组泵级前加装一组气液静态混合装置，因受到井底流压、潜油电泵的举升动能、气体膨胀功的举升作用使气液两相不均的采出液向上流动经过前置导叶，通过前置导叶对采出液进行导向后进入气液静态混合器；
2)利用气液静态混合器将采出液中的大气泡破碎成小气泡，使得气相充分与液相混合；
3)混合均匀后的气液两相流采出液进入后置导叶，经导向后进入潜油电泵机组中的下游叶轮，并被举升到下一级潜油电泵级的入口处；
4)经历若干潜油电泵泵级后，气液两相再次趋于不均，小气泡在离心力作用下，又逐渐汇聚成大气泡，在气泡尺寸临界处，在泵级之间再加装一组气液静态混合装置，使原有潜油电泵中的气液两相始终保持均匀，时刻满足气液混输的条件。
2.根据权利要求1所述一种井下气液静态混合装置的使用方法，其特征在于，前置导叶(2)叶片设有5-12个；后置导叶(8)叶片数设置为5-12个。
3.根据权利要求1所述的一种井下气液静态混合装置的使用方法，其特征在于，所述气泡破碎孔组(4)每组圆孔采用正三角形排布，孔径的范围为4-10mm，孔组数与前置导叶(2)叶片数一致，最外侧圆形孔圆心须与气液静态混合器(3)外径保持大于4mm的间距。
4.根据权利要求1所述的一种井下气液静态混合装置的使用方法，其特征在于，所述前置导叶(2)与气液静态混合器(3)之间采用2-4个销钉连接，两者之间无相对转动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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