CN2407122Y - 螺旋式井下油气分离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于有杆泵采油井的螺旋式井下油气分离器。主要由上接头1外管3、中心管5、下接头6等组成,外管3上部沿周向均匀分布有多排通孔2,中心管5下部的外表面设有对称分布的轴向长凸台7,凸台7上固定设置有螺旋叶片4,螺旋叶片4和中心管5之间形成圆环状通道。该分离器采用了流线形设计,油气分离效率高,能与普通抽油泵良好匹配;整个分离器无易损件,使用寿命长,结构简单,制造、安装方便。

Description

螺旋式井下油气分离器

本实用新型涉及一种螺旋式井下油气分离器，属于石油开采中机械采油类井下工具，特别适合于含气量大、油气比高的原油的有杆泵采油井。

目前含气量高的有杆泵采油井，在抽油泵的底部一般均连接有气锚，在井口安装了套管防气阀，抽汲的含气原油通过气锚将气体分离后进入抽油泵汲入腔，而气体则进入油套环形空间上升到井口后通过井口套管气阀放入输油管线。目前使用的气锚有三种：一是多级重力分离气锚，它利用油气密度的差异将油气分离开，这种分离方式分离效率比较低；二是封隔器气锚，它利用封隔器将油套分隔开，混合流体通过气锚分离后，气体从封隔器上部的油套环空放出，液体则从封隔器中心进入油管，该气锚虽然分离效率较高，但结构比较复杂，一旦封隔器失效，气锚将失去作用；三是螺旋离心分离气锚，它仅利用油气密度的差异产生离心力的不同将油气分离开，这种气锚进油阻力较大，而且对中等油气比的原油应用效果不好。

本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，应用流体力学原理，设计一种结构优化，无易损件，制造工艺简单，能与普通抽油泵良好匹配使用，分离效率高的螺旋式井下油气分离器。

本实用新型所采取的技术方案是，该分离器主要由上接头、外管、中心管、螺旋叶片、下接头组成。外管与中心管的上端分别与上接头连接，外管下端与下接头连接。外管上部沿周向均匀分布有多排通孔，每排通孔沿轴向从上向下逐排缩小。中心管下部的外表面设有对称分布的轴向长凸台，中心管下部外表面固定设置有管状螺旋叶片。螺旋叶片是通过其内壁固定在中心管的凸台上，螺旋叶片和中心管之间形成圆环状内通道。螺旋叶片最大外径小于外管内径，两者之间形成环形外通道。

其工作原理如下。将螺旋式井下油气分离器通过其上接头连接在抽油泵的底部。抽油泵上冲程汲入液必须通过分离器的螺旋通道、中心管内孔才能达到固定凡尔处进入汲入腔。在抽油泵的上冲程过程中，由于泵汲入腔内液体的压力低于泵外油套环空内液体的压力(称为沉没压力)，在压差的作用下，环形空间内的液体将向泵汲入腔方向流动，由于原油和天然气密度有很大差异，在进入油气分离器通孔以前，液体中的气泡在分离器外管通孔和套管环形空间分离，气泡上升到动液面以上，进入油套环形空间。油气混合物在通过分离器外管通孔进入螺旋通道时，产生了沿重力方向的重力分离和沿分离器轴线的螺旋分离。在两种分离方式(常规气锚只有一种方式)作用下，气体上升到分离器顶部，通过外管顶排通孔排至套管环形空间；液体则通过螺旋通道向下运动，进入中心管后流向泵的汲入腔。

本实用新型采取上述技术手段具有以下优点：该分离器采用了流线形设计，进油阻力小，并能与普通抽油泵良好匹配；由于含气原油在分离器内产生螺旋离心分离的同时还进行了重力分离，因此油气分离效率比较高，有利于减少气体对抽油泵泵效的影响。整个分离器无易损件，使用寿命长；结构简单，制造、安装方便。

下面结合附图进一步来说明本实用新型的实施例。

图1是螺旋式井下油气分离器的结构示意图；

图2是螺旋式井下油气分离器进液部位的A-A剖面图；

图3是螺旋式井下油气分离器分离部位的B-B剖面图。

参见图1。该螺旋式井下油气分离器主要由上接头1、外管3、螺旋叶片4、中心管5、下接头6等组成。上接头1下部带有内、外螺纹，中心管5通过其上端的丝扣与上接头1内螺纹连接，通过丝扣的预紧力在端面形成密封，流体不能在该处进入中心管5。外管3上端通过丝扣与上接头1外螺纹连接、下端与下接头6连接。外管3上部在轴向上依次分布有从大到小的多排通孔2，每排通孔2沿外管3的周向均匀分布，相临两排通孔2在轴向上错开一定角度；每排通孔2的孔径沿轴向从上向下逐渐缩小。外管3有两个作用，一是用来承受下部管柱的重量和其它井下工具的载荷，二是与螺旋叶片4形成螺旋通道和环形外通道，螺旋通道是用来让油气混合物来流动的，环形外通道主要是用来让分离后的液体流动的。外管3顶部第一排通孔2是用来排放分离器分离出的气体的，外管3第二排以下的通孔2是用来进液的(含气原油)，利用通孔2的大小产生节流压差的不同来控制进液量。设置螺旋叶片5的目的是使混合液体在叶片内产生螺旋运动，可以设计成左旋或右旋螺旋型，它采用表面光滑的非金属材料或金属材料制成，用以减少液体通过时产生的阻力。

参见图2、3。中心管5的外表面从上到下有2条或2条以上的轴向长凸台7，凸台7沿轴向对称均匀分布。中心管5从螺旋叶片4中间通过，螺旋叶片4可利用性能良好的耐高温胶粘合在中心管4的凸台7上，也可以通过焊接等方式固定在中心管5的凸台7上。设计长凸台目的是使螺旋叶片4与中心管3之间形成圆环状内通道，以便分离气体通过，分离后的气泡经过圆环状内通道汇集在分离器顶部，从顶部第一排通孔2流经外管3到油、套管环形空间中去。

螺旋叶片4的顶端应低于外管3的最下排通孔2。外管3上部的通孔2从上向下逐渐缩小，通孔2的直径为20～2mm，沿周向每排通孔2的数量为2～20个，上下相邻两排通孔2的间距为100～5mm。螺旋叶片4最大外径与外管3最小内径间相差2～20mm。

螺旋式井下油气分离器连接在抽油泵的底部。在抽油泵的上冲程过程中，油气混合物在通过分离器外管3的通孔2进入螺旋通道时，产生了沿重力方向的重力分离和沿分离器轴线的螺旋分离。这两种分离方式工作原理如下：

当油气混合物刚进入油气分离器通孔2时，液体是水平流动的，而气体有向上的垂直速度，因此就有一部分在液流速度低的区域内的气泡上浮到油气分离器顶部，再从顶排通孔2排到套管环形空间；另一部分气泡被液流带至螺旋通道内，当抽油泵在下冲程停止汲液时，由于此时液流速度为零，残留在分离器内的部分气泡通过外管3与螺旋叶片4、螺旋叶片4与中心管5之间的圆环状内通道上升至分离器顶部，通过外管3顶排通孔2排出到套管环形空间中，这就是重力分离过程。

螺旋分离只发生在抽油泵的上冲程过程中。当油气混合物进入螺旋通道后，液体和气泡同时沿着分离器轴线做圆周运动，由于原油和气泡二者的密度差异很大，密度小的气泡向轴线靠近，并有向上运动速度，通过螺旋叶片4与中心管5的圆环状内通道上升到分离器顶部，然后排出到套管环形空间中；密度大的液体远离轴线而靠近外管3，然后向下运动进入中心管5再进入泵的汲入腔。在螺旋运动过程中，溶解在液体中的气体分子同样会在向心力的作用下，向轴线方向运动、聚集，形成气泡，然后分离开，这就是螺旋式井下油气分离器的螺旋分离过程。

Claims (6)

1.一种螺旋式井下油气分离器，主要由上接头(1)、外管(3)、中心管(5)、下接头(6)等组成，外管(3)与中心管(5)的上端分别与上接头1连接，外管(3)下端与下接头(6)连接，其待征在于，外管(3)上部沿周向均匀分布有多排通孔(2)，中心管(5)下部外表面固定设置有螺旋叶片(4)。

2.根据权利要求1所述的螺旋式井下油气分离器，其特征在于，中心管(5)下部的外表面设有对称分布的轴向长凸台(7)，管状螺旋叶片(4)通过其内壁固定在中心管(5)的凸台(7)上，螺旋叶片(4)和中心管(5)之间形成圆环状通道。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋式井下油气分离器，其特征在于，外管(3)上部的通孔(2)从上向下逐排缩小，通孔(2)的直径为20～2mm，沿周向每排通孔(2)的数量为2～20个，上下相邻两排通孔(2)的间距为100～5mm。

4.根据权利要求3所述的螺旋式井下油气分离器，其特征在于，螺旋叶片(4)最大外径与外管(3)最小内径间相差2～20mm。

5.根据权利要求2所述的螺旋式井下油气分离器，其特征在于，中心管(5)的外表面设有2条对称分布的轴向长凸台(7)。

6.根据权利要求2所述的螺旋式井下油气分离器，其特征在于，管状螺旋叶片(4)通过其内壁粘合或焊接固定在中心管的凸台(7)上。

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