專利名稱：螺旋式井下油氣分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種螺旋式井下油氣分離器，屬于石油開采中機械采油類井下工具，特別適合于含氣量大、油氣比高的原油的有桿泵采油井。
目前含氣量高的有桿泵采油井，在抽油泵的底部一般均連接有氣錨，在井口安裝了套管防氣閥，抽汲的含氣原油通過氣錨將氣體分離后進入抽油泵汲入腔，而氣體則進入油套環(huán)形空間上升到井口后通過井口套管氣閥放入輸油管線。目前使用的氣錨有三種一是多級重力分離氣錨，它利用油氣密度的差異將油氣分離開，這種分離方式分離效率比較低；二是封隔器氣錨，它利用封隔器將油套分隔開，混合流體通過氣錨分離后，氣體從封隔器上部的油套環(huán)空放出，液體則從封隔器中心進入油管，該氣錨雖然分離效率較高，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一旦封隔器失效，氣錨將失去作用；三是螺旋離心分離氣錨，它僅利用油氣密度的差異產(chǎn)生離心力的不同將油氣分離開，這種氣錨進油阻力較大，而且對中等油氣比的原油應(yīng)用效果不好。
本實用新型的目的在于克服上述技術(shù)的不足，應(yīng)用流體力學(xué)原理，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化，無易損件，制造工藝簡單，能與普通抽油泵良好匹配使用，分離效率高的螺旋式井下油氣分離器。
本實用新型所采取的技術(shù)方案是，該分離器主要由上接頭、外管、中心管、螺旋葉片、下接頭組成。外管與中心管的上端分別與上接頭連接，外管下端與下接頭連接。外管上部沿周向均勻分布有多排通孔，每排通孔沿軸向從上向下逐排縮小。中心管下部的外表面設(shè)有對稱分布的軸向長凸臺，中心管下部外表面固定設(shè)置有管狀螺旋葉片。螺旋葉片是通過其內(nèi)壁固定在中心管的凸臺上，螺旋葉片和中心管之間形成圓環(huán)狀內(nèi)通道。螺旋葉片最大外徑小于外管內(nèi)徑，兩者之間形成環(huán)形外通道。
其工作原理如下。將螺旋式井下油氣分離器通過其上接頭連接在抽油泵的底部。抽油泵上沖程汲入液必須通過分離器的螺旋通道、中心管內(nèi)孔才能達到固定凡爾處進入汲入腔。在抽油泵的上沖程過程中，由于泵汲入腔內(nèi)液體的壓力低于泵外油套環(huán)空內(nèi)液體的壓力(稱為沉沒壓力)，在壓差的作用下，環(huán)形空間內(nèi)的液體將向泵汲入腔方向流動，由于原油和天然氣密度有很大差異，在進入油氣分離器通孔以前，液體中的氣泡在分離器外管通孔和套管環(huán)形空間分離，氣泡上升到動液面以上，進入油套環(huán)形空間。油氣混合物在通過分離器外管通孔進入螺旋通道時，產(chǎn)生了沿重力方向的重力分離和沿分離器軸線的螺旋分離。在兩種分離方式(常規(guī)氣錨只有一種方式)作用下，氣體上升到分離器頂部，通過外管頂排通孔排至套管環(huán)形空間；液體則通過螺旋通道向下運動，進入中心管后流向泵的汲入腔。
本實用新型采取上述技術(shù)手段具有以下優(yōu)點該分離器采用了流線形設(shè)計，進油阻力小，并能與普通抽油泵良好匹配；由于含氣原油在分離器內(nèi)產(chǎn)生螺旋離心分離的同時還進行了重力分離，因此油氣分離效率比較高，有利于減少氣體對抽油泵泵效的影響。整個分離器無易損件，使用壽命長；結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝方便。
以下結(jié)合附圖進一步來說明本實用新型的實施例。


圖1是螺旋式井下油氣分離器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是螺旋式井下油氣分離器進液部位的A-A剖面圖；圖3是螺旋式井下油氣分離器分離部位的B-B剖面圖。
參見
圖1。該螺旋式井下油氣分離器主要由上接頭1、外管3、螺旋葉片4、中心管5、下接頭6等組成。上接頭1下部帶有內(nèi)、外螺紋，中心管5通過其上端的絲扣與上接頭1內(nèi)螺紋連接，通過絲扣的預(yù)緊力在端面形成密封，流體不能在該處進入中心管5。外管3上端通過絲扣與上接頭1外螺紋連接、下端與下接頭6連接。外管3上部在軸向上依次分布有從大到小的多排通孔2，每排通孔2沿外管3的周向均勻分布，相臨兩排通孔2在軸向上錯開一定角度；每排通孔2的孔徑沿軸向從上向下逐漸縮小。外管3有兩個作用，一是用來承受下部管柱的重量和其它井下工具的載荷，二是與螺旋葉片4形成螺旋通道和環(huán)形外通道，螺旋通道是用來讓油氣混合物來流動的，環(huán)形外通道主要是用來讓分離后的液體流動的。外管3頂部第一排通孔2是用來排放分離器分離出的氣體的，外管3第二排以下的通孔2是用來進液的(含氣原油)，利用通孔2的大小產(chǎn)生節(jié)流壓差的不同來控制進液量。設(shè)置螺旋葉片5的目的是使混合液體在葉片內(nèi)產(chǎn)生螺旋運動，可以設(shè)計成左旋或右旋螺旋型，它采用表面光滑的非金屬材料或金屬材料制成，用以減少液體通過時產(chǎn)生的阻力。
參見圖2、3。中心管5的外表面從上到下有2條或2條以上的軸向長凸臺7，凸臺7沿軸向?qū)ΨQ均勻分布。中心管5從螺旋葉片4中間通過，螺旋葉片4可利用性能良好的耐高溫膠粘合在中心管4的凸臺7上，也可以通過焊接等方式固定在中心管5的凸臺7上。設(shè)計長凸臺目的是使螺旋葉片4與中心管3之間形成圓環(huán)狀內(nèi)通道，以便分離氣體通過，分離后的氣泡經(jīng)過圓環(huán)狀內(nèi)通道匯集在分離器頂部，從頂部第一排通孔2流經(jīng)外管3到油、套管環(huán)形空間中去。
螺旋葉片4的頂端應(yīng)低于外管3的最下排通孔2。外管3上部的通孔2從上向下逐漸縮小，通孔2的直徑為20～2mm，沿周向每排通孔2的數(shù)量為2～20個，上下相鄰兩排通孔2的間距為100～5mm。螺旋葉片4最大外徑與外管3最小內(nèi)徑間相差2～20mm。
螺旋式井下油氣分離器連接在抽油泵的底部。在抽油泵的上沖程過程中，油氣混合物在通過分離器外管3的通孔2進入螺旋通道時，產(chǎn)生了沿重力方向的重力分離和沿分離器軸線的螺旋分離。這兩種分離方式工作原理如下當(dāng)油氣混合物剛進入油氣分離器通孔2時，液體是水平流動的，而氣體有向上的垂直速度，因此就有一部分在液流速度低的區(qū)域內(nèi)的氣泡上浮到油氣分離器頂部，再從頂排通孔2排到套管環(huán)形空間；另一部分氣泡被液流帶至螺旋通道內(nèi)，當(dāng)抽油泵在下沖程停止汲液時，由于此時液流速度為零，殘留在分離器內(nèi)的部分氣泡通過外管3與螺旋葉片4、螺旋葉片4與中心管5之間的圓環(huán)狀內(nèi)通道上升至分離器頂部，通過外管3頂排通孔2排出到套管環(huán)形空間中，這就是重力分離過程。
螺旋分離只發(fā)生在抽油泵的上沖程過程中。當(dāng)油氣混合物進入螺旋通道后，液體和氣泡同時沿著分離器軸線做圓周運動，由于原油和氣泡二者的密度差異很大，密度小的氣泡向軸線靠近，并有向上運動速度，通過螺旋葉片4與中心管5的圓環(huán)狀內(nèi)通道上升到分離器頂部，然后排出到套管環(huán)形空間中；密度大的液體遠離軸線而靠近外管3，然后向下運動進入中心管5再進入泵的汲入腔。在螺旋運動過程中，溶解在液體中的氣體分子同樣會在向心力的作用下，向軸線方向運動、聚集，形成氣泡，然后分離開，這就是螺旋式井下油氣分離器的螺旋分離過程。
權(quán)利要求1.一種螺旋式井下油氣分離器，主要由上接頭(1)、外管(3)、中心管(5)、下接頭(6)等組成，外管(3)與中心管(5)的上端分別與上接頭1連接，外管(3)下端與下接頭(6)連接，其待征在于，外管(3)上部沿周向均勻分布有多排通孔(2)，中心管(5)下部外表面固定設(shè)置有螺旋葉片(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋式井下油氣分離器，其特征在于，中心管(5)下部的外表面設(shè)有對稱分布的軸向長凸臺(7)，管狀螺旋葉片(4)通過其內(nèi)壁固定在中心管(5)的凸臺(7)上，螺旋葉片(4)和中心管(5)之間形成圓環(huán)狀通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的螺旋式井下油氣分離器，其特征在于，外管(3)上部的通孔(2)從上向下逐排縮小，通孔(2)的直徑為20～2mm，沿周向每排通孔(2)的數(shù)量為2～20個，上下相鄰兩排通孔(2)的間距為100～5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺旋式井下油氣分離器，其特征在于，螺旋葉片(4)最大外徑與外管(3)最小內(nèi)徑間相差2～20mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺旋式井下油氣分離器，其特征在于，中心管(5)的外表面設(shè)有2條對稱分布的軸向長凸臺(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺旋式井下油氣分離器，其特征在于，管狀螺旋葉片(4)通過其內(nèi)壁粘合或焊接固定在中心管的凸臺(7)上。
專利摘要本實用新型涉及一種適用于有桿泵采油井的螺旋式井下油氣分離器。主要由上接頭1外管3、中心管5、下接頭6等組成,外管3上部沿周向均勻分布有多排通孔2,中心管5下部的外表面設(shè)有對稱分布的軸向長凸臺7,凸臺7上固定設(shè)置有螺旋葉片4,螺旋葉片4和中心管5之間形成圓環(huán)狀通道。該分離器采用了流線形設(shè)計,油氣分離效率高,能與普通抽油泵良好匹配;整個分離器無易損件,使用壽命長,結(jié)構(gòu)簡單,制造、安裝方便。
文檔編號E21B43/34GK2407122SQ9925331
公開日2000年11月22日 申請日期1999年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月12日
發(fā)明者佘梅卿, 魯獻春, 岳慧, 王新志 申請人:中國石化集團河南石油勘探局采油工藝研究所