CN210530815U

CN210530815U - 适用于气井的井下气液分采装置

Info

Publication number: CN210530815U
Application number: CN201921082678.3U
Authority: CN
Inventors: 闫波
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2020-05-15
Anticipated expiration: 2029-07-11

Abstract

本实用新型涉及一种适用于气井的井下气液分采装置，该装置与完井管柱(或生产管柱)的封隔器相连并设排液管穿过封隔器，该装置作为完井管柱的一部分下入到井筒内。井筒由封隔器分隔成上下两部分：上部井筒及下部井筒，该装置桥接、连通上部井筒及下部井筒，下部井筒内的混相流经过该装置气、液被分开并进入独立的生产通道。利用了气、液两相物性及流动特性的差别，并结合了电潜泵本身具有的气液分离功能，人为地、深度地干预垂直管流过程，大幅度提高了排液采气效率。应用本实用新型预计可带来增产增收的直接效益；间接的效益一方面来至于产水气藏采收率的提高，另一方面来至于探井试气过程中产水对产能定量评估影响的排除。

Description

适用于气井的井下气液分采装置

技术领域

本实用新型涉及一种分采装置，尤其涉及一种适用于气井的井下气液分采装置。

背景技术

就现有的油气田开发阶段来看，其面对供给能力弱的产水或油、水同产气井的积液、淹井问题，国内广泛应用的排液采气技术依次为气举阀、连续油管气举和泡沫排采，其它的技术处于小范围少量应用阶段。回顾国内现有的油气田排液采气技术应用的整个历程，发现这些排液采气手段普遍存在有效果没效益的问题，治标不治本，积液、淹井问题一直没有根本上解决。通过检索阅读相关技术的有限资料发现，国内现有的排液采气技术当中虽然少部分有气液分采的表述并冠以气液分采的名字，但实际上并没有真正意义上实现气液分采。这些技术要么是没有彻底把气相和液相分开，要么是垂直管流阶段分开的始点很高，液柱的压力还实在地压制着产气通道。因此，一种方法简单、路径简洁且效果好、效益高的气井气液分采技术是当前油气田开发领域的急需，解决气井积液、水淹问题具有重要的实际意义并能带了客观的经济效益。

检索查阅英文资料发现两件美国专利：US62601226B1及US20180223642A1气液分采技术，尤其是US62601226B1同样采用了电潜泵作为人工举升手段。该发明US62601226B1存在以下缺点:生产主通道为产液通道，产液路径从电潜泵吸入口向上经油套环空连接采气树主阀、翼阀；生产辅通道为产气通道，产气路径从封隔器向上通过油管连接油管头翼阀，按照国家安全生产监督管理总局令第25号，该方法不能用于气井、自喷井、自溢井。单就气井来说，天然气具有高压、自喷及腐蚀性，不能途径没有井控制措施且不耐腐蚀的油套环空路径，只能走具有可靠的井控制措施及耐高压、腐蚀性的油管路径。上述专利的缺点还包括：电潜泵偏离井筒中轴线，下井电缆固定存在专业问题；下入过程电潜泵本身及电缆容易受到来自井筒内壁的摩擦、冲击，在运行时也容易因电潜泵本身的振动与井筒内壁冲击、摩擦，这两个因素会增加井下事故并缩短检泵周期。此外，上述专利没有表述封隔器坐封这一重要环节，从完井专业角度看上述专利的结构示意图，封隔器是无法实现可靠坐封的。另一项发明US20180223642A1则采用的是有杆泵作为人工举升手段，油套环空用作产气通道而油管用作产液通道，该发明专利与本专利申请差别较大，不做过多对比描述。

现有的排液采气技术绝大部分还停留在气液混采阶段，混采没有解决液相对气相的干扰、压制问题，排液采气的效率无法本质上提升，必然落入治标不治本、低效高成本的困境。现有排液采气技术当中有少量气液分采的尝试，但这些尝试存在的缺陷是垂直管流阶段的气、液分离点太高，积液的大部分还实实在在地占据着产气通道。现有气液分采技术除了气、液分离点太高的问题之外，还有不合理利用油套环空作为产气通道的情况，利用油套环空作为产气通道存在井控安全问题，与石油开采行业标准规范形成冲突甚至违背国家安全生产法规。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种适用于气井的井下气液分采装置，使其更具有产业上的利用价值。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种适用于气井的井下气液分采装置。

本实用新型的适用于气井的井下气液分采装置，包括有套管，所述套管包括以封隔器为界且相互连通的上部井筒及下部井筒，其特征在于：所述上部井筒及下部井筒之间设置有封隔器，所述下部井筒内设置有电潜泵，所述电潜泵的上端连接有第一油管，所述第一油管上设置有排液接头，所述排液接头上连接有第二油管，所述第二油管、第三油管、第四油管、破裂阀及封隔器中穿设有排液管，所述第二油管上设有破裂阀，所述破裂阀上设有第三油管，所述第三油管与第四油管之间连接有封隔器，所述第四油管上设置有分流接头，且分流接头位于上部井筒内，所述分流接头上连接有第五油管，所述第一油管、第二油管、第三油管、第四油管、第五油管、第六油管与套管之间形成油套环空。

进一步地，上述的适用于气井的井下气液分采装置，其中，所述分流接头包括有接头本体，所述接头本体的侧面及端面设有互为独立的排液孔及排气孔，所述排液孔横向分布，所述排气孔纵向分布，所述接头本体的顶端分布有第五油管连接丝扣，所述接头本体的底部外围分布有第四油管连接丝扣，所述接头本体的底部内侧还分布有排液管连接丝扣。

更进一步地，上述的适用于气井的井下气液分采装置，其中，所述排液接头包括有接头本体，所述接口本体内垂直导通分布有排液通道，所述接头本体的顶端外围分布有第二油管连接丝扣，所述接头本体的顶端内侧还分布有排液管连接丝扣，所述接头本体的底部设置有第一油管连接丝扣。

更进一步地，上述的适用于气井的井下气液分采装置，其中，所述电潜泵上设置有进液口，所述破裂阀上设有进气口，所述进液口与进气口之间设置有间隔。

更进一步地，上述的适用于气井的井下气液分采装置，其中，所述电潜泵具有气液分离功能，所述电潜泵的侧壁设置有排气孔，所述电潜泵的顶部设有排液口，所述排液口通过第一油管与排液接头连通。

更进一步地，上述的适用于气井的井下气液分采装置，其中，所述第二油管上端连接破裂阀，所述破裂阀上端连接第三油管。

更进一步地，上述的适用于气井的井下气液分采装置，其中，所述排液管的下端与排液接头相连，所述排液管向上穿过破裂阀、封隔器并与分流接头连通。

更进一步地，上述的适用于气井的井下气液分采装置，其中，所述破裂阀的下端与第二油管、上端与第三油管连通，且通径一致，所述破裂阀的侧壁设有内憋压打开式开孔。

更进一步地，上述的适用于气井的井下气液分采装置，其中，所述分流接头的下端分别与第四油管及排液管连通，所述分流接头分流第二油管、第三油管及第四油管内的气流进入第五油管且引导排液管内的液流进入油套环空。

再进一步地，上述的适用于气井的井下气液分采装置，其中，所述封隔器设置有主通道与辅通道，所述主通道的上、下端预设主油管短接及副油管短接，且其通径与第一油管一致，所述辅通道与电缆穿透器相连，且辅通道的通径与电缆穿透器的外径匹配。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

1、作为完井管柱的一部分在井筒内构建起桥式双通道流动机制，实现了产水或水、油同产气井的液相和气相从下部井筒内即被分开，气相、液相各自拥有独立的流动通道，达成了真正意义上的气液分采。

2、从下部井筒内垂直管流始点开始的气液分采，相比气液合采及现有的气液分采技术在流动机制方面有大幅度的完善，流动机制的完善带来排液采气效率的大幅度提高，积液能得到及时清理，积液、淹井的问题能得以根本性解决。

3、利用了气、液两相物性及流动特性的差别，并结合了电潜泵本身具有的气液分离功能，人为地、深度地干预垂直管流过程，大幅度提高了排液采气效率。

4、应用本实用新型预计可带来增产增收的直接效益。间接的效益一方面来至于产水气藏采收率的提高，另一方面来至于探井试气过程中产水对产能定量评估影响的排除。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是上部井筒的结构示意图。

图2是下部井筒的结构示意图。

图3是分流接头侧面的结构示意图。

图4是延图3中A-A方向的剖面结构示意图。

图5是延图3中B-B方向的剖面结构示意图。

图6是分流接头的顶部结构示意图。

图7是分流接头的底部结构示意图。

图8是排液接头的结构示意图。

图9是延图8中C-C方向的剖面结构示意图。

图10是排液接头的顶部结构示意图。

图11是排液接头的底部结构示意图。

上述附图中的单箭头表示气流，双箭头表示液流，三箭头表示混相流。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1至11的适用于气井的井下气液分采装置，包括有套管100，套管100包括以封隔器为界且相互连通的上部井筒及下部井筒，其与众不同之处在于：为了实现气液分采，本实用新型在上部井筒及下部井筒之间设置有封隔器200。具体来说，本实用新型所采用的封隔器200设置有主通道与辅通道，主通道的上、下端预设方便连接及配长的主油管短接201及副油管短接202，且其通径与第一油管500一致，辅通道与电缆穿透器203相连，且辅通道的通径与电缆穿透器203的外径匹配。同时，下部井筒内设置有电潜泵300，电潜泵300的上端连接有第一油管500。为了实现液体顺畅分离外排，在第一油管500上设置有排液接头600，排液接头600上连接有第二油管501。并且，第二油管501、第三油管502、第四油管503、破裂阀603及封隔器200中穿设有排液管602。考虑到使用安全，在第二油管501上设有破裂阀603，破裂阀603上设有第三油管502，第三油管502与第四油管503之间设有封隔器200。同时，为了更好的实现气液分流，第四油管503上设置有分流接头601，且分流接头601位于上部井筒内，分流接头601上连接有第五油管504。再者，第一油管500、第二油管501、第三油管502、第四油管503、第五油管504、第六油管505与套管100之间形成油套环空104。

结合本实用新型一较佳的实施方式来看，为了实现持续、稳定的气液分流，分流接头601包括有接头本体，接头本体的侧面及端面设有互为独立的排液孔6011及排气孔6012，排液孔6011横向分布，排气孔6012纵向分布。这样，在分流期间不会相互影响，亦不会出现混流。同时，考虑到稳固的装配，不会在气体或是液体的冲击下出现松动，且保证连接密封效果，接头本体的顶端分布有第五油管连接丝扣6013，接头本体的底部外围分布有第四油管连接丝扣6014，接头本体的底部内侧还分布有主排液管连接丝扣6015。

进一步来看，考虑到实施期间的排液顺畅，采用的排液接头600包括有接头本体，接口本体内垂直导通分布有排液通道6001。同时，为了实现装配稳固，接头本体的顶端外围分布有第二油管连接丝扣6003，接头本体的顶端内侧还分布有副排液管连接丝扣6002，接头本体的底部设置有第一油管连接丝扣6004。由此，可以满足一体式的结合。

结合实施实施来看，电潜泵300上设置有进液口301，破裂阀603上设有进气口，进液口301与进气口之间设置有间隔。当然，为了拥有更好的实施效果，该间隔可设置≥100米。同时，电潜泵300具有气液分离功能，电潜泵300的侧壁设置有排气孔302，电潜泵300的顶部设有排液口303，排液口303通过第一油管500与排液接头600连通。

再进一步来看，本实用新型在第二油管501上端连接破裂阀603，破裂阀603上端连接第三油管502。同时，排液管602的下端与排液接头600相连，排液管602向上穿过破裂阀603、封隔器200并与分流接头601连通。

从实施的安全性来看，破裂阀603的下端与第二油管501、上端与第三油管502连通，且通径一致，破裂阀603的侧壁设有内憋压打开式开孔。

同时，结合实际使用过程中的气液分离来看，分流接头601的下端分别与第四油管503及排液管602连通，分流接头601分流第二油管501、第三油管502及第四油管503内的气流进入第五油管504且引导排液管602内的液流进入油套环空104。

本实用新型的工作原理如下：

其核心部分包括，排液接头、排液管、破裂阀及分流接头四部分。配套使用电潜泵、油管、封隔器、井下安全阀、油管头及采气树等油气田通用器材，能够实现气液分采。针对解决的是供给能力弱的含水或油、水同产气井积液、水淹问题，出现积液情况的气井其垂直管流符合以下公式：

P_f＝P_o+P_r+P_h。其中，P_f—井底压力。P_o—井口压力。P_r—井筒内液柱压力。P_h—井筒内流动损耗压力。

依据上述公式进行推断，井底压力即流P_f压受到P_h的大权重影响，井筒积液导致P_h升高，P_f则同步增大，当P_f增大到接近产层孔隙压力时气井将水淹停产。及时高效地清理气井井筒的积液，是气井维持正常生产并获得理想采收率的最直接的目标，但实现这一目标并不容易，尤其是井深超过3000米的情况下清理积液就更加困难。

本实用新型实现气液分采的前提是封隔器对井筒的封隔，封隔后的上部井筒得以充分利用并形成两个独立的、延伸至地面的生产通道，成为气液分采的前提条件。封隔后的下部井筒是混相的释放空间，封隔器下入井筒越深、越接近产层，达成气液分采的始点就越低即对气液分采越有利，但这一深度受到电潜泵扬程的限制。

本实用新型实现气液分采的基础是依据是电潜泵强有力的、可靠的排液能力，这对于产层压力低、供给能力弱且产水量较大的气井来说尤为重要，其它人工举升手段几乎都无法与之相比。

本实用新型中下部井筒内的混相流经过该装置后气、液两相被分开，并被分流、引导进入上部井筒内独立的液流通道及气流通道，在无相互干扰的条件下一直流到地面。采用的排液接头，其下端连接油管且上端连接油管和排液管，其引导液流进入排液管并作为油管内憋压坐封封隔器、打开破裂阀的终端堵头。排液管的下端连接排液接头且上端连接分流接头，其设置在油管内并穿过破裂阀和封隔器，其为液流穿越上下井筒分界即封隔器的桥接通道。

本实用新型采用小直径排液管双重穿越油管和封隔器的方式，有利于简化封隔器通道结构并节约下部井筒的占用空间，为气液分采技术在小直径套管内的应用创造了条件。

本实用新型的破裂阀的开孔即进气孔在所述电潜泵进液孔之上，两者相距≥100米。这样的距离既可以利用气液两相比重差别实现气液的分离目的，也能使电潜泵保持基本的沉没度避免烧泵。

结合现场的作业实施来看：

在作业现场依次连接以下器材并下入井筒：电潜泵300、第一电缆700、第一油管500、排液接头600、排液管602、第二油管501、破裂阀603、第三油管(502)、封隔器200、电缆穿透器203、第二电缆701并用卡子固定至油管上、第四油管503、分流接头601、第五油管504。

连接并下入井筒：继续连接第五油管504并将第二电缆701用卡子固定至油管上。安装井下安全阀800、控制管线801、第六油管505，并用卡子固定第二电缆701及控制管线801至油管上。

连接并下入井筒：继续连接第六油管505、油管挂901，第二电缆701及控制管线801穿过油管挂901并密封、固定，坐油管挂901至油管头900内用并顶丝固定。

安装采气树902，第二电缆701及控制管线801穿过采气树902并密封、固定。连接控制管线801至手压泵，连接第二电缆701至配电柜，手压泵憋压打开井下安全阀800。

试压泵连接至采气树翼阀507，打开主采气树翼阀507及采气树主阀506，关副采气树翼阀508及清蜡阀509。将试压泵憋压至设定值，且坐封封隔器200并验封确认坐封成功，令试压泵继续憋压打开破裂阀603的进气孔。

油管头翼阀105及采气树主阀506、主采气树翼阀507打开并连接地面生产流程，启动电潜泵300试运转。

电潜泵300正常运转，混相流400从进液口301进入电潜泵腔后首先被脱气，脱出来的气流402经排气孔302重新返回到下部井筒内。同时，脱气后的液流401从排液口303进入第一油管500继续依次流经排液接头600、排液管602及分流接头601后进入油套环空104，向上抵达油管头翼阀105及油管头翼阀106并最终被控制进入地面生产流程。

上述排液行为导致第五油管504或第六油管505内的积液回流，令其重新回到下部井筒内，且液柱压力P_h逐步降低，流压P_f随着P_h同步下降,产层104开始恢复生产。同时，绝大部分下部井筒内未进入电潜泵300的气流及电潜泵300分离器分离出的少部分气流汇合，从破裂阀603的开孔进入油管与排液管602形成的环空105，并穿过封隔器200后，再穿过分流接头601的垂向开孔，进入第五油管504。

第五油管504内的气流向上依次经过井下安全阀800、第六油管505、油管挂901及采气树主阀506抵达主采气树翼阀507、副采气树翼阀508并最终被控制进入地面生产流程。

至此，气液分采双通道流动机制建立完毕，现场操作步骤完成。

通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本实用新型后，拥有如下优点：

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.适用于气井的井下气液分采装置，包括有套管(100)，所述套管(100)包括以封隔器(200)为界且相互连通的上部井筒及下部井筒，其特征在于：所述上部井筒及下部井筒之间设置有封隔器(200)，所述下部井筒内设置有电潜泵(300)，所述电潜泵(300)的上端连接有第一油管(500)，所述第一油管(500)上设置有排液接头(600)，所述排液接头(600)上连接有第二油管(501)，所述第二油管(501)、第三油管(502)、第四油管(503)、破裂阀(603)及封隔器(200)中穿设有排液管(602)，所述第二油管(501)上设有破裂阀(603)，所述破裂阀(603)上设有第三油管(502)，所述第三油管(502)与第四油管(503)之间连接有封隔器(200)，所述第四油管(503)上设置有分流接头(601)，且分流接头(601)位于上部井筒内，所述分流接头(601)上连接有第五油管(504)，所述第一油管(500)、第二油管(501)、第三油管(502)、第四油管(503)、第五油管(504)、第六油管(505)与套管(100)之间形成油套环空(104)。

2.根据权利要求1所述的适用于气井的井下气液分采装置，其特征在于：所述分流接头(601)包括有接头本体，所述接头本体的侧面及端面设有互为独立的排液孔(6011)及第一排气孔(6012)，所述排液孔(6011)横向分布，所述第一排气孔(6012)纵向分布，所述接头本体的顶端分布有第五油管连接丝扣(6013)，所述接头本体的底部外围分布有第四油管连接丝扣(6014)，所述接头本体的底部内侧还分布有主排液管连接丝扣(6015)。

3.根据权利要求1所述的适用于气井的井下气液分采装置，其特征在于：所述排液接头(600)包括有接头本体，所述接头本体内垂直导通分布有排液通道(6001)，所述接头本体的顶端外围分布有第二油管连接丝扣(6003)，所述接头本体的顶端内侧还分布有副排液管连接丝扣(6002)，所述接头本体的底部设置有第一油管连接丝扣(6004)。

4.根据权利要求1所述的适用于气井的井下气液分采装置，其特征在于：所述电潜泵(300)上设置有进液口(301)，所述破裂阀(603)上设有进气口，所述进液口(301)与进气口之间设置有间隔。

5.根据权利要求1所述的适用于气井的井下气液分采装置，其特征在于：所述电潜泵(300)具有气液分离功能，所述电潜泵(300)的侧壁设置有第二排气孔(302)，所述电潜泵(300)的顶部设有排液口(303)，所述排液口(303)通过第一油管(500)与排液接头(600)连通。

6.根据权利要求1所述的适用于气井的井下气液分采装置，其特征在于：所述第二油管(501)上端连接破裂阀(603)，所述破裂阀(603)上端连接第三油管(502)。

7.根据权利要求1所述的适用于气井的井下气液分采装置，其特征在于：所述排液管(602)的下端与排液接头(600)相连，所述排液管(602)向上穿过破裂阀(603)、封隔器(200)并与分流接头(601)连通。

8.根据权利要求1所述的适用于气井的井下气液分采装置，其特征在于：所述破裂阀(603)的下端与第二油管(501)、上端与第三油管(502)连通，且通径一致，所述破裂阀(603)的侧壁设有内憋压打开式开孔。

9.根据权利要求1所述的适用于气井的井下气液分采装置，其特征在于：所述分流接头(601)的下端分别与第四油管(503)及排液管(602)连通，所述分流接头(601)分流第二油管(501)、第三油管(502)及第四油管(503)内的气流进入第五油管(504)且引导排液管(602)内的液流进入油套环空(104)。

10.根据权利要求1所述的适用于气井的井下气液分采装置，其特征在于：所述封隔器(200)设置有主通道与辅通道，所述主通道的上、下端预设主油管短接(201)及副油管短接(202)，且其通径与第一油管(500)一致，所述辅通道与电缆穿透器(203)相连，且辅通道的通径与电缆穿透器(203)的外径匹配。