[发明专利]井下滤砂式气液分离装置

说明书

本发明提供了一种井下滤砂式气液分离装置，应用于油气井和非常规气井产液的气液固分离。该井下气液分离装置主要由双管轴流器、旋流分离器、轴流分离器和直丝滤砂器组成，并结合井下抽油泵，实现产液进泵前的气液固一体化分离，有效解决气锁和砂卡泵等问题；直丝滤砂器采用滤砂式直丝管实现产液进泵前的固液分离，轴流分离器采用第一级轴流式孔隙管实现产液固液分离后的第一级初步气液分离，旋流分离器采用第二级分层旋流式多段管实现产液的第二级气液分离，双管轴流器依据内轴流管实现第一级气液分离后携小气泡产液的缓冲，并通过外轴流管将第二级气液分离后的细砂液体输送至抽油泵。

技术领域

本发明涉及一种油气井和非常规气井开采用的气液固一体分离装置，特别是涉及一种滤砂式、第一级轴流式和第二级分层旋流式的井下气液分离装置。

背景技术

高气液比的油气井和非常规气井开采中，气体的存在将直接影响到整个抽吸系统的效率，气体含量相对较低时，气体主要影响抽油泵的充满度并使泵效降低，而当气体含量较大时，大量气体进入抽油泵，大大提高气锁现象发生的概率，同时由于砂粒或煤粒等固体颗粒的存在，也会出现砂卡泵等问题。

目前有关井下气液固一体分离装置的专门研究还较少，主要是一些针对脱气问题而研发的井下气液分离器，井下气液分离器的结构也在不断地改进之中，由常规的重力式和螺旋式发展到多杯等流式，这些气液分离器的基本原理都是基于重力作用和离心作用而设计的，其中常规重力分离器为自然重力分离器，它利用套管射孔段以下的部位作为口袋进行重力分离，该分离器尺寸较大；偏心重力分离器的偏心设计改变了环空的形状，使得环空有更大的空间进行气液分离，进入分离器的气相也相对降低；螺旋式分离器是在重力式分离器的中心管上另外设计螺旋叶片，依靠流体自身的重力和流压产生向下的速度，同时在螺旋叶片的引流下缓慢运动，该分离器的工作性能取决于螺旋叶片的尺寸，不适用于处理大体积流量的含液气流，同时其螺旋叶片的加工制造也存在一定难度。

为此，在依托现有气液分离可行性技术的基础上，依据抽油泵内气液两相流动和固液两相流动数值模拟和仿真分析结果，并结合胜利油田油气井和鄂尔多斯盆地非常规气井现场试验测试结果，研制出新型气液固一体化分离装置，对解决现场气锁和砂卡泵等问题以及提高机采系统效率均具有重要意义。

发明内容

为了有效解决现有井下固液分离技术和气液分离技术存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种油气井和非常规气井产液气液固一体化分离用的井下滤砂式气液分离装置。该井下气液分离装置采用滤砂式直丝管、第一级轴流式孔隙管和第二级分层旋流式多段管，并结合井下抽油泵，可实现产液进泵前的气液固一体化分离，有效解决气锁和砂卡泵等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种井下滤砂式气液分离装置，该井下气液分离装置整体设计为对称管体构造，它主要由双管轴流器、旋流分离器、轴流分离器和直丝滤砂器组成。该井下气液分离装置通过双管轴流器的外轴流管接于抽油泵的底部，双管轴流器和直丝滤砂器由上而下依次同轴心布置，旋流分离器置入双管轴流器的内轴流管且轴流分离器置入直丝滤砂器的管腔，旋流分离器和轴流分离器由上而下依次同轴心布置。

直丝滤砂器采用滤砂式直丝管实现产液进泵前的固液分离，它包括直丝管套和直丝扣。直丝扣采用上细下粗的变截面盘体，直丝扣的截面变化处形成卡槽，并实现直丝管套下端的轴向定位，且直丝扣上下截面半径的差值等于直丝管套的管壁厚。

直丝管套由直丝体沿直丝扣的圆周方向均匀分布而成，直丝管套的上下两端部分别与轴流卡箍和直丝扣焊接在一起，同时所有直丝体均倾斜放置，由此使得直丝管套呈现上粗下细的V形构造，以减少井下作业中直丝滤砂器与套管管壁发生碰撞的概率，并保证经直丝滤砂器过滤后的粗砂粒顺利沉降至井底口袋内，而不会堆积于直丝管套外。直丝体由不锈钢丝轧制而成，其截面呈等腰梯形，且直丝体的宽边朝外布置，由此相邻直丝体间形成的丝缝沿径向外窄内宽，以避免随产液流经丝缝的细砂粒卡死于丝缝的入口处而造成堵塞，为此直丝管套具备自清洁功能。