[发明专利]双腔砂气锚

说明书

技术领域

本发明属于石油工业系统的采油装置技术领域，涉及一种用于在油田井下进行气、液、砂分离的砂气锚。

背景技术

油田现有的原油举升设备以柱塞式抽油泵为主，该抽油泵在油井下工作时，抽吸的是气、油、水三相的混合液，而有些特别地质结构的油井还会有相当的砂粒等杂质存在于被抽吸的原油混合液中。抽油泵中进入了气体，会降低抽油泵的使用效果，影响产量；而油泵内进入砂粒后，不仅加速了抽油泵的磨损，严重时还会使抽油泵被卡死，无法工作。为解决上述的问题，长期以来许多油井都是使用气锚或砂气锚来进行气、液分离或气、液、砂粒的分离。传统的各类井下气锚的工作原理是让混合液大量进入气锚，通过气锚的各种流道使流体在回旋流动中进行气、液分离，但这种方法的分离效果很低，尤其是对井下粘度大于2MPa·s的流体更是如此，现场应用中在很难达到提高泵效、增加产量的目的。近年来本领域研制的一些最新型的气锚产品如多沉降杯流型气锚等，虽使分离效率在一定程度上得到提高，但结构却过于复杂(如多杯等流气锚的瓦楞沉降杯的数量多达30～500个)，成本偏高，且对油、气混合液自行沉降的空间容积都设计得较小(如多杯等流气锚的瓦楞沉降杯，混合原油从自动沉降到不含气原油进入孔的空间距离仅50～100mm的距离)，以致应用效果不够理想。而现有砂气锚的除砂结构也多采用以金属网阻砂于泵体之外的方法，使用效果亦难尽如人意。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种结构简单、制作成本低、使用效果好的双腔砂气锚。

为实现上述发明目的的技术解决方案是这样的：所提供的双腔砂气锚具有一个内穿装有中心管的气锚外套管，中心管上端装有与抽油泵联接的油泵接头，在中心管下部开有多个尾孔，在气锚外套管的中上部管壁上对称开有多个进油孔，在气锚外套管和中心管间位于进油孔上端位置处装有一其上开设了多个竖通孔的气泡分配件，在两管间接近中心管底端的位置处装有一内辟螺旋通道的固定螺旋装置，所说的气泡分配件和固定螺旋装置将气锚外套管和中心管间的空间自下而上依次隔分为储气空腔、沉降空腔和除砂腔。

本发明进一步的解决方案是：在双腔砂气锚气泡分配件上开有多个圆形竖通孔或异形竖通孔；在进油孔的上沿加工有一个倾角斜面；在固定螺旋装置上开有多道上下连通的螺旋通道，螺旋通道的正剖面为梯形、半圆形或其它异型结构。另外，在本发明结构中，沉降空腔的容积至少是配套抽油泵排量的2倍，实施中以2～6倍为佳。

实际应用中，通过油泵接头将双腔砂气锚联接在抽油泵下。当砂气锚在井下工作处在抽汲状态时，油泵产生的吸力将通过中心管和中心管下部的各个尾孔在砂气锚套管的沉降空腔中产生负压。由于砂气锚整体是浸在原油中的，所以含有油、气、砂、水物的原油混合液将通过砂气锚进油口进入沉降空腔。就传统的气锚结构而言，超长的空间距离和沉降容积可使原油中的气泡在抽油泵抽汲间歇有更长的时间被充分地分离，但在原油液粘度大于2MPa·s而且液体中气泡很小时，却如何才能实现有效的油、气分离，为此设计人在气锚内设计了气泡分配件装置，进而提出了一个在砂气锚混合液中加入适量气体(大气泡)的全新的概念，其原理是根据斯托克定律，气体上升的速度与气泡直径平方成正比，这样在原油混合液流过砂气锚进油口时，由于流体动力和套管沉降空腔负压的作用，砂气锚储气空腔里的气体会通过气泡分配件形成适量的较大气泡和原油混合液一道进入套管沉降空腔，当抽油泵结束抽汲行程进入回程时，砂气锚套管沉降空腔也就停止了负压状态，沾稠原油混合液中的小气泡于是会很快地融合在前述的较大气泡中迅速上升(在粘度大于2MPa·s的原油中效果更为显著)。当较大气泡上升至砂气锚进油口的上沿时，由于在抽汲行程中砂气锚储气空腔中的部分气体形成较大气泡被带走后也正处于一定负压状态，因而会将正在上升中的大气泡重新吸入砂气锚储气空腔，补充气源，直至充满。而上升中多余的大气泡则将通过砂气锚进油口的上沿，在气锚外套管的外壁排出。

本发明所述双腔砂气锚的除砂方式采用了旋流沉降的原理。在砂气锚中心管和气锚外套管间设置了一个内辟有多圈螺旋通道的固定螺旋装置，在抽油泵处于抽汲行程中时，中心管尾孔产生的负压将砂气锚套管沉降空腔下部已排除了气体的原油吸入中心管内，当这些还含有油、水、砂的原油混合液高速通过固定螺旋装置时，混合液会产生强烈的旋转，在离心力的作用下，较重的砂粒和水将贴着外套管内壁旋转沉降，并一直沉降到砂气锚尾管套中，较轻的不含杂质的原油则通过中心管进入抽油泵。