專利名稱：多級(jí)自調(diào)式井底氣體分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝在機(jī)井中的井底抽油下面的井口生產(chǎn)管道內(nèi)的多級(jí)自調(diào)式井底氣體分離器，它用于提高人工升液效率。
有人極力建議對(duì)人工提升作進(jìn)一步的研究。在自然條件下，利用巖層形成壓力期間所儲(chǔ)存的能量通過(guò)氣舉從儲(chǔ)油層中獲取產(chǎn)油井中流出液態(tài)產(chǎn)品。在人工提升時(shí)，向系統(tǒng)供給能量，以使油井的產(chǎn)油度較高并有利于回收烴類。但人工提升要求安裝特殊的傳遞能量的設(shè)備，因此設(shè)備的安裝費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都較高，而且還增加了能量消耗。與氣升井相比，由于機(jī)井的產(chǎn)率較低，使其利潤(rùn)率進(jìn)一步受損。
現(xiàn)有的人工提升方法包括用機(jī)械抽油機(jī)、離心潛水抽油機(jī)，通過(guò)一些擴(kuò)散的洞穴用泵抽方法使氣體連續(xù)上升和斷續(xù)上升，與上述這種方法相比，井下氣體分離器[專業(yè)人員也稱之為“氣錨”(gas anchor)]是用泵抽方法通過(guò)一組洞穴實(shí)現(xiàn)升液的井底抽油機(jī)。
當(dāng)井底抽油機(jī)的效率隨流過(guò)該抽油機(jī)的氣體量增多而降低時(shí)，固定在該抽油機(jī)之前的井底氣體分離器用于截?cái)嗷蛑辽贉p少氣體量。
雖然對(duì)上述井底氣體分離器進(jìn)行了仔細(xì)研究，但現(xiàn)有產(chǎn)品的效率相當(dāng)?shù)汀?duì)于石油勘探公司而言，提高效率使得能在具有較高的氣-液比率的井中采用人工升液是極其重要的。
井底氣體分離器的主要類型包括傳統(tǒng)的井底分離器“poor-boy”杯式井底分離器及“LE”型井底分離器。
傳統(tǒng)的井底氣體分離器或“poor-boy”的特點(diǎn)是有一根外部沉淀分取管和一根同心內(nèi)吸管，上述分取管的上端有一根多孔連接管和一些存貯杯，其下端有一個(gè)帽，以使氣液兩相混合物通過(guò)由生產(chǎn)管道和分離器形成的環(huán)形空間而上升，一部分兩相混合物流進(jìn)貯杯并通過(guò)多孔連接管穿入外部沉淀分取管，另一部分兩相混合物穿入內(nèi)吸管的下端，同時(shí)將液相射向井底抽油機(jī)。
現(xiàn)有的“LE”型井底氣體分離器的特點(diǎn)是在上端有一條環(huán)形通路，一個(gè)中央偏導(dǎo)裝置，若干存貯杯及一個(gè)碎屑罐，以使氣液兩相混合物通過(guò)由生產(chǎn)管道和分離器形成的環(huán)形空間而上升，一部分混合物流進(jìn)存貯杯并通過(guò)中央偏導(dǎo)裝置，該偏導(dǎo)裝置使液相射向井底抽油機(jī)。
上述三類分離器的低分離器效率是防礙其應(yīng)用的主要原因。
本發(fā)明的任務(wù)是借助于提高現(xiàn)有分離器的效率來(lái)解決上述問(wèn)題。本發(fā)明涉及的是一種安裝在機(jī)井中的井底抽油機(jī)下面的井口生產(chǎn)管道內(nèi)的多級(jí)自調(diào)式井底氣體分離器，以便提高人工升液效率。該分離器包括一段位于分離器和井底抽油機(jī)之間的漸縮管和一根同心內(nèi)吸管。上述井底抽油機(jī)與一根外部沉淀分取管相連，該分取管構(gòu)成分離器的外套，分取管的上段和中段的固定間隔處有一些圓孔;同心內(nèi)吸管穿過(guò)分離器與抽油機(jī)之間的漸縮管并可清潔分離器的底部，同心內(nèi)吸管的直徑大體上小于外部沉淀分取管的直徑，內(nèi)吸管上交錯(cuò)地設(shè)有截面為倒L形的旁通吸管，內(nèi)吸管的周圍及其附近豎直地依次設(shè)置了一些彈性元件，以用于存貯杯橫向相疊，存貯杯豎直地依次設(shè)置在外部沉淀分取管和內(nèi)吸管之間的空間中，這樣可使每根旁通吸管都處于各自相應(yīng)的存貯杯的中心位置。
下面結(jié)合組成說(shuō)明書部分的附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其中

圖1為采用常規(guī)技術(shù)的傳統(tǒng)井底氣體分離器或“poor-boy”的縱向截面圖;
圖2為采用常規(guī)技術(shù)的具有一些杯的井底氣體分離器的縱向截面圖;
圖3為采用常規(guī)技術(shù)的“LE”型井底氣體分離器的示意圖;
圖4A和4B為完成本發(fā)明任務(wù)的多級(jí)自調(diào)式井底氣體分離器的縱向截面圖;
圖5為分離器上段的放大圖;
圖6為分離器下部的放大圖。
在開(kāi)始詳細(xì)描述本發(fā)明的多級(jí)自調(diào)式井底氣體分離器之前，先參見(jiàn)如圖1至圖3所示的現(xiàn)有的、上面所提到的幾類井底氣體分離器，以便清楚地反映出上述傳統(tǒng)類型與現(xiàn)在所描述的井底氣體分離器之間的技術(shù)差異。
從圖1中可以知道，傳統(tǒng)的井底氣體分離器或“poor-boy”由一根外部沉淀分取管41和一根具有若干內(nèi)孔49的同心內(nèi)吸管47組成，上述分取管的上端有一根多孔連接管43，其下端有一個(gè)帽45。圖1還示出了位于分離器和井底抽油機(jī)51之間的漸縮管生產(chǎn)管道53和噴口帽55。氣液兩相混合物通過(guò)環(huán)形空間57上升，同時(shí)部分兩相混合物通過(guò)多孔連接管43進(jìn)入外部沉淀分取管，并通過(guò)一些孔49穿入內(nèi)吸管47，隨后將液相導(dǎo)向井底抽油機(jī)。
如圖2所示，具有若干杯的井底氣體分離器包括一根外部沉淀分取管59和一根同心內(nèi)吸管67，上述分取管上端有一根多孔連接管61和若干存貯杯63，其下端有一個(gè)帽65。圖2也示出了分離器與井底抽油機(jī)69之間的漸縮管及生產(chǎn)管道71。氣液兩相混合物通過(guò)環(huán)形空間73上升，致使部分兩相混合物充滿存貯杯并通過(guò)多孔連接管61穿過(guò)外部沉淀分取管59，部分兩相混合物穿過(guò)內(nèi)吸管67的下端，同時(shí)將液相送入井底抽油。
如圖3所示，“LE”型井底抽油機(jī)由一條環(huán)形通路75，一個(gè)中央偏導(dǎo)裝置77，若干存貯杯79及一個(gè)碎屑罐81組成。圖3還示出了一臺(tái)井底抽油機(jī)83，生產(chǎn)管道85和噴口塞87。氣液兩相混合物通過(guò)環(huán)形空間89上升，致使部分兩相混合物充滿存貯杯79并撞擊中央偏導(dǎo)裝置77，同時(shí)使液相流入井底抽油機(jī)。
在圖4A、4B，5和6中用標(biāo)號(hào)91表示的多級(jí)自調(diào)式井底氣體分離器包括一段位于分離器和井底抽油機(jī)93之間的漸縮管和一根同心內(nèi)吸管99。上述井底抽油機(jī)與一根外部沉淀分取管95相連，該分取管構(gòu)成分離器91的外套，分取管的上段和中段的固定間隔處有一些圓孔97，同心內(nèi)吸管穿過(guò)分離器與抽油機(jī)93之間的漸縮管并可清潔分離器91的底部，同心內(nèi)吸管的直徑大體上小于外部沉淀分取管95的直徑，內(nèi)吸管上交錯(cuò)地設(shè)有截面為倒L形的旁通吸管101，內(nèi)吸管的周圍及其附近豎直地依次設(shè)置了一些彈性元件103，以用于存貯杯橫向相疊，存貯杯豎直地依次設(shè)置在外部沉淀分取管95和內(nèi)吸管99之間的空間107中，這樣可使每根旁通吸管101都處在各自相應(yīng)的存貯杯105的中心位置。
由于分離器91安裝在生產(chǎn)管109的內(nèi)部，氣液兩相混合物通過(guò)由生產(chǎn)管道109和分離器91所形成的環(huán)形空間111上升，流過(guò)圓孔97進(jìn)入外部沉淀分取管95并充滿存貯杯105。環(huán)形空間111和存貯杯105之間液體的橫向分流發(fā)生部分氣液分離，剩余部分由存貯杯105內(nèi)側(cè)進(jìn)行分離。已分離出的氣相經(jīng)環(huán)形空間111上升，而剩余的液體經(jīng)倒L形旁通吸管101及內(nèi)吸管99上升，以進(jìn)入擰緊在分離器和抽油機(jī)93之間的漸縮管上的井底抽油機(jī)。
這類井底氣體分離器91被認(rèn)為是一種多級(jí)裝置，因?yàn)榉蛛x作用由若干帶存貯杯105的上分離器和一個(gè)下分離器共同完成的，上述下分離級(jí)由具有若干孔的外部沉淀分取管95內(nèi)的下部與內(nèi)吸管99的下部構(gòu)成，孔的作用相當(dāng)于一個(gè)沉淀分取器113。
上述分離級(jí)之間流體的分配不僅減小了用于更好地分離的杯的內(nèi)側(cè)液體的垂直下降速度，而且由于橫向分流的影響還降低了液體從環(huán)形空間111流入用于更好地分離的存貯杯105的速度。所以，分離效率隨存貯杯數(shù)量的增加而提高。由于裝有橫向支承存貯杯105的彈性元件103(例如彈簧)，所以本發(fā)明所提供的井底氣體分離器91可以自動(dòng)調(diào)節(jié)到工作狀態(tài)。當(dāng)液體逐漸注滿某個(gè)存貯杯105時(shí)，該杯的重量增加，并壓縮彈簧，杯下降，使通道115開(kāi)啟或使氣體的機(jī)械堵塞打開(kāi)，流體進(jìn)入處于該杯底部和旁通吸管101開(kāi)口之間的抽油機(jī)中。由于下述兩個(gè)原因第一，因?yàn)閮上嗔鞯姆蔷嘈灾率共煌拇尜A杯105所接收的流體量不等;第二也，是最重要的原因是要求分離器91能以并列方式運(yùn)行，因此要求每個(gè)存貯杯都能自動(dòng)調(diào)節(jié)或進(jìn)行位面控制。
雖然傳統(tǒng)的分離器也具有通過(guò)多個(gè)存貯杯(具有若干杯的氣體分離器或“LE”型)或通過(guò)在外部沉淀分取管上設(shè)有多個(gè)開(kāi)孔(常規(guī)的氣體分離器或“poor-boy”型)得到多個(gè)入口的特點(diǎn)，但這類多個(gè)入口不足以確保這些分離器實(shí)現(xiàn)多級(jí)運(yùn)行。
在這些入口處，液體集聚在分離器的內(nèi)部，而氣相集聚在外部(環(huán)形空間)。如果確實(shí)如此，則沿外部沉淀分取管形成密度各異的平行豎直流動(dòng)且相互連通的通過(guò)杯或多個(gè)開(kāi)孔的兩股流。在這種條件下，會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定流，由于從分離器內(nèi)部流向環(huán)形空間(反之亦然)的結(jié)果，所以通過(guò)調(diào)均平均密度可恢復(fù)其穩(wěn)定性。
因此，常規(guī)的分離器中在多個(gè)入口處的分離作用僅發(fā)生在較低的入口處，因此效率降低。在上部入口的內(nèi)部和外部處，氣體的容積系數(shù)接近，因而能維持穩(wěn)定的兩相流。
在試驗(yàn)期間若使一些杯靠近，“LE”型井底氣體分離器效率較高。正如上面所提到的，增加開(kāi)口杯數(shù)目可能使流動(dòng)的不穩(wěn)定性達(dá)到較厲害的程度，隨著分離效率的降低，由于湍流，僅由設(shè)置在較低位置的杯實(shí)現(xiàn)分離作用。
本發(fā)明所提供的井底氣體分離器91以多級(jí)的方式工作，內(nèi)吸管99的下部作為處于該下部與環(huán)形空間111之間的唯一的自由通道或機(jī)械堵塞。這種連接使在外部沉淀分取管95的下部開(kāi)孔97處內(nèi)吸管99和環(huán)形空間111中的壓力趨于均衡。根據(jù)被分離的氣體量，在存貯杯105的高度上環(huán)形空間的壓力高于內(nèi)吸管99中的壓力。在這種條件下，沒(méi)有氣體流入存貯杯105，使存貯杯轉(zhuǎn)變?yōu)闅饷芊饧?，同時(shí)，僅通過(guò)液體集聚而達(dá)到機(jī)械堵塞。因此，這種自調(diào)節(jié)的特點(diǎn)有助于分離器91的多級(jí)運(yùn)行方式。
一個(gè)或多個(gè)存貯杯105注滿時(shí)，液體從較高的杯流到較低的杯，而大部分流入沉淀分取器113。通過(guò)虹吸作用引起流動(dòng)，其密度是內(nèi)吸管99的液柱和環(huán)形空間111的液柱之間的高度和平均密度差的函數(shù)，是環(huán)形空間111中的氣體量的直接函數(shù)。照這樣，存貯杯105和沉淀分取器113將液體直接排向抽油機(jī)或其它的存貯杯105和沉淀分取器113，同時(shí)能使液體回到原來(lái)的存貯杯105或沉淀分取器113。
上面已結(jié)合最理想的應(yīng)用對(duì)本發(fā)明所提供的多級(jí)自調(diào)式井底氣體分離器進(jìn)行了描述。顯然，閱讀并理解了本發(fā)明之后，可對(duì)其進(jìn)行各種改型。這些改型或其等同物都認(rèn)為是落在權(quán)利要求書所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于提高人工升液效率、安裝在機(jī)井中的井底抽油機(jī)下面的井口生產(chǎn)管道內(nèi)的多級(jí)自調(diào)式井底氣體分離器，其特征在于它包括一根外部沉淀分取管(95)和一根同心內(nèi)吸管(99)，分取管的上段和中段有一些孔(97)，內(nèi)吸管的圓周上設(shè)有截面為倒L形的旁通吸管(101)及一些豎直的順序放置用于橫向支承存貯杯(105)的彈性元件(103)的上述存貯杯豎直順序地裝于外部沉淀分取管(95)和內(nèi)吸管(99)之間的空間中，使得每根旁通吸管都處于在各自相應(yīng)的存貯杯的中心位置。
2.如權(quán)利要求1所述的井底氣體分離器，其特征在于所述一些孔(97)的截面為圓形，孔間的間隔為規(guī)定距離。
3.如權(quán)利要求1所述的井底氣體分離器，其特征在于所述的內(nèi)吸管(99)穿過(guò)漸縮管(93)并清潔分離器的底部。
4.如權(quán)利要求1所述的井底氣體分離器，其特征在于所述內(nèi)吸管(99)的直徑在體上小于所述外部沉淀分取管(95)的直徑。
5.如權(quán)利要求1所述的井底氣體分離器，其特征在于所述外部沉淀分取管(95)的下部構(gòu)成一個(gè)沉淀分取器(113)。
6.如權(quán)利要求1所述的井底氣體分離器，其特征在于所述旁通吸管(101)處在各自相應(yīng)的存貯杯(105)的中心位置。
7.如權(quán)利要求1所述的井底氣體分離器，其特征在于所述彈性元件(103)最好由彈簧構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的井底氣體分離器，其特征在于所述存貯杯(105)由上述彈性元件(103)橫向支承。
9.如權(quán)利要求8所述的井底氣體分離器，其特征在于逐漸注滿所述存貯杯(105)時(shí)，由于該杯的重量壓縮彈性元件(103)，使用存貯杯(105)底部形成的通道(115)開(kāi)啟，并打開(kāi)所述旁通吸管(101)的開(kāi)口。
10.如權(quán)利要求1所述的井底氣體分離器，其特征在于該分離器以(多給方式)運(yùn)行，即一些具有所述存貯杯(105)的上部分離器和由所述外部沉淀分取管(113)的下部與所述內(nèi)吸管(99)的下部所構(gòu)成的一個(gè)下分離器同時(shí)運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多級(jí)自調(diào)式氣體分離器(91)，它包括一根圓周上有若干孔的外部沉淀分取管(95)和一根同心內(nèi)吸管(99)，內(nèi)吸管的圓周上有一些截面為倒L形的旁通管(101)以及一些豎直順序設(shè)置的、用于橫向支承存貯杯(105)的相鄰的彈性元件(103)，上述存貯杯相鄰地豎直順序地安放在外部沉淀分取管(95)和內(nèi)吸管(99)之間的空間(107)內(nèi)。
文檔編號(hào)B01D19/00GK1083562SQ9310905
公開(kāi)日1994年3月9日 申請(qǐng)日期1993年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月24日
發(fā)明者狄馮希爾·洛佩斯 申請(qǐng)人:巴西石油公司