級聯式量化切力分離氣錨及多級量化氣錨組合的製作方法
2023-09-21 01:28:35 3
本發明創造屬於油田油井生產用的井下工具領域，尤其是涉及一種級聯式量化切力分離氣錨以及多級量化氣錨組合。
背景技術：
氣錨是為了提高抽油泵的充滿係數、提高泵效而安裝在抽油泵下的一種井下工具。目前世界範圍內在用的各種氣錨無法實現上述目的，究其原因是從結構上無法確保分離出的氣體進入油、套環形空間內，即無法確認氣錨有效。
1、目前世界範圍內所用的所有氣錨單體均不能確保分離出的氣體進入油管、套管環形空間。
2、目前世界範圍內所使用的氣錨只有一級氣液分離，無法適應不同產液量和不同油氣比大小的需要。
3目前世界範圍內所使用的氣錨只能用於斷續液氣分離(如：抽油機井)，無法用於連續液氣分離(如：電潛泵井、螺杆泵井)。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明創造旨在提出一種級聯式量化切力分離氣錨，以解決上述技術問題。
本發明創造的技術方案是這樣實現的：
一種級聯式量化切力分離氣錨，包括：
自上而下依次連接的氣液分離接箍、外管和承託接頭，所述氣液分離接箍和承託接頭均包括上套體、中間體和下套體；
氣液分離接箍的下套體套接外管的上部，承託接頭的上套體套接外管的下部；
氣液分離接箍的中間體的下部中心開設有一開口朝下的盲孔，盲孔內容納一閥球；
所述外管內還設有集氣帽和中心管；
所述集氣帽包括上部連接管、中部喇叭體和下部集氣管，下部集氣管的管內徑大於上部連接管的管內徑；
盲孔下部開口處套接集氣帽的上部連接管，閥球由上部連接管管口承託並由閥球將管口封堵，閥球能在上部連接管管口上方的盲孔內上下移動，氣液分離接箍的中間體在位於上部連接管管口上方的盲孔側壁處還開有傾斜向上的出氣孔，且閥球在被氣體頂離上部連接管管口時，上部連接管能與出氣孔連通；
所述中心管的上部伸入集氣帽的下部集氣管內，中心管的下端嵌入承託接頭的中間體且管口封堵；
進一步，中心管的上端應伸入至下部集氣管的上部，且臨近集氣帽中部喇叭體；
氣液分離接箍的中間體還開設有連通下方的集氣帽和外管之間的環空與上方的上套體內部空間的液體通道；
位於集氣帽下部集氣管的下端下方的中心管與外管之間的環空由一螺旋葉片分隔形成為一螺旋通道，螺旋通道的下端經承託接頭開設的進液孔與外界連通，螺旋葉片的每一層葉片體在臨近中心管處且位於與中心管軸心線相平行的方向線上各開設有一列貫穿螺旋葉片上下表面的透氣孔列，每列透氣孔列的透氣孔沿中心管的徑向方向排列，進一步，且孔徑由內而外依次減小；
中心管的下部管壁均勻開設有若干條收氣縫，收氣縫開設的較佳方式為起於中心管下端起八分之一長處，止於中心管二分之一長處；較佳的，收氣縫的數量為六條。較佳的，其中一條收氣縫與透氣孔列位於同一徑向方向上，此方式使得通過該列透氣孔列的氣體可直接經收氣縫進入中心管管內。較佳的，收氣縫的寬度小於1毫米。
集氣帽的長度h，應大於凡爾球的重量和集氣帽上部連接管管口面積所折算的液柱高度加上凡爾球與集氣帽接觸點到出氣孔的出口的垂直高度h′之合。
本發明創造還提供了一種多級量化氣錨組合，可以是以下幾種形式：
包括上、下串接的兩個或兩個以上的級聯式量化切力分離氣錨，上一級的級聯式量化切力分離氣錨的承託接頭的下套體與下一級的級聯式量化切力分離氣錨的上套體相套接；
或，包括上、下串接的兩個或兩個以上的級聯式量化切力分離氣錨，上一級的級聯式量化切力分離氣錨的承託接頭由下一級的氣液分離接箍替代，即上一級的級聯式量化切力分離氣錨的中心管下端直接嵌入下一級的氣液分離接箍的中間體且管口封堵，上一級的級聯式量化切力分離氣錨的外管與下一級的氣液分離接箍的上套體套接，下一級的氣液分離接箍的中間體的液體通道連通上一級的級聯式量化切力分離氣錨的螺旋通道。
進一步，在最底層一級的級聯式量化切力分離氣錨的承託接頭下套體連接一量化沉降式氣(砂)錨：
所述量化沉降式氣(砂)錨，包括：上接頭、外套管、沉降中心管；
上接頭的下部與外套管的上部連接，上接頭的下部與中心管的上部的連接；中心管套於外套管內部，且中心管與外套管之間形成環空；外套管的下埠由可拆卸封閉組件封堵；
在位於環空正上方的上接頭的內壁與外套管的外壁之間處，以上接頭的軸心為軸心均勻開設有多個連通外界與環空的進液排氣孔；
中心管與外套管之間的環空的容積大於兩個抽油泵衝程的體積。
進一步，上接頭的下部向外凸出形成環形外凸部，進液排氣孔開設於其環形外凸部。
進一步，外套管的上部內壁向內凸出形成環形內凸部，進液排氣孔開設於其環形內凸部；
進一步，進液排氣孔開設於一環形部件上，該環形部件的內壁連接上接頭下部外壁，環形部件的外壁連接外套管的上部內壁。
進一步，可拆卸封閉組件包括變扣接頭和絲堵，外套管的下埠內壁與變扣接頭的上端螺紋連接，變扣接頭的下部外壁與絲堵的開口內壁螺紋連接。
進一步，在變扣接頭和絲堵之間還增設一與兩者互通的沉砂管。
相對於現有技術，本發明創造不管是間歇分離(如抽油機井)還是連續分離(如電潛泵井和螺杆泵井)均可實現液氣分離目的；當產量高、油氣比大時，單級氣錨無法將氣體分離乾淨，可以串聯多個氣錨單體形成組合實現分離需求，可無限級串聯，實現了氣液完全分離，進泵流體完全是液體，將抽油泵的泵效完全釋放，並且還可串聯量化沉降式氣(砂)錨，實現固液氣三相分離。
附圖說明
構成本發明創造的一部分的附圖用來提供對本發明創造的進一步理解，本發明創造的示意性實施例及其說明用於解釋本發明創造，並不構成對本發明創造的不當限定。在附圖中：
圖1為單個級聯式量化切力分離氣錨的結構示意圖；
圖2為兩個級聯式量化切力分離氣錨串聯組成的多級量化氣錨組合結構示意圖。
圖3為兩個級聯式量化切力分離氣錨加一量化沉降式氣(砂)錨組成的多級量化氣錨組合結構示意圖；
圖4為量化沉降式氣(砂)錨增設沉砂管的多級量化氣錨組合結構示意圖；
圖5為量化沉降式氣(砂)錨的結構示意圖；
圖6為圖5中的a-a剖視圖；
圖7為量化沉降式氣(砂)錨增設沉砂管27的結構示意圖。
1、氣液分離接箍；2、出氣孔；3、凡爾球；4、集氣帽；5、液體通道；6、外管；7、中心管；8、收氣縫；9、螺旋葉片；10、承託接頭；11、進液孔；12、承託座；13、透氣孔；h為集氣帽的長度；h′為凡爾球3與集氣帽4接觸點到出氣孔2的上方出口的垂直高度；
21、上接頭；22、進液排氣孔；23、沉降中心管；24、外套管；25、變扣接頭；26、絲堵；27、沉砂管；28、連接箍。
具體實施方式
下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明創造。
如圖1所示，單個級聯式量化切力分離氣錨，包括：
自上而下依次連接的氣液分離接箍1、外管6和承託接頭10，所述氣液分離接箍1和承託接頭10均包括上套體、中間體和下套體；
氣液分離接箍1的上套體101可與油管或上一級的承託接頭10的下套體相套接，可以如圖2所示由氣液分離接箍1的上套體套接承託接頭10的下套體，也可由承託接頭10的下套體套接氣液分離接箍1的上套體(圖中未示)；
氣液分離接箍1的下套體103螺紋套接外管的上部，承託接頭10的上套體螺紋套接外管的下部；
氣液分離接箍1的中間體102的下部中心開設有一開口朝下的盲孔，盲孔內容納一閥球3；
所述外管6內還設有集氣帽4和中心管7；
所述集氣帽4包括上部連接管41、中部喇叭體和下部集氣管43，下部集氣管的管內徑大於上部連接管的管內徑；
盲孔下部開口處套接集氣帽4的上部連接管41，閥球3能由上部連接管41管口承託並由閥球將管口封堵，閥球3能在上部連接管41管口上方的盲孔內上下移動，氣液分離接箍1的中間體在位於上部連接管41管口上方的盲孔側壁處還開有傾斜向上的出氣孔2，且閥球3在被氣體頂離上部連接管41管口時，上部連接管41能與出氣孔2連通；
所述中心管7的上部伸入集氣帽4的下部集氣管43內，中心管7的下端嵌入承託接頭10的中間體且管口封堵；
較佳的，為更好的收集氣體，中心管7的上端應伸入至下部集氣管43的上部，且臨近集氣帽4中部喇叭體；
氣液分離接箍1的中間體還開設有連通下方的集氣帽4和外管6之間的環空與上方的上套體內部空間的液體通道5(如圖1所示)；
位於集氣帽4下部集氣管43的下端下方的中心管與外管6之間的環空由一螺旋葉片分隔形成為一螺旋通道，螺旋通道的下端經承託接頭10開設的進液孔11與外界連通，螺旋葉片的每一層葉片體在臨近中心管7處且位於與中心管軸心線相平行的方向線上各開設有一列貫穿螺旋葉片上下表面的透氣孔13列，每列透氣孔列的透氣孔沿中心管的徑向方向排列，且孔徑由內而外依次減小，圖1中給出了三個透氣孔構成一列透氣孔列的示例。需說明的是，這裡所述的每一層葉片並不代表出現層與層的葉片互不相連，這裡的層是指從選定一個與中心管軸心線相平行且穿過螺旋葉片的方向線時，該方向線所途徑的葉片上、下排列的層。
中心管的下部管壁均勻開設有若干條收氣縫8，收氣縫開設的較佳方式為起於中心管下端起八分之一長處，止於中心管二分之一長處。較佳的，收氣縫的數量為六條。較佳的，其中一條收氣縫與透氣孔列位於同一徑向方向上，此方式使得通過該列透氣孔列的氣體可直接經收氣縫進入中心管管內。較佳的，收氣縫8的寬度小於1毫米。
另外，集氣帽的長度h，應大於凡爾球的重量和集氣帽4上部連接管41管口面積所折算的液柱高度加上凡爾球3與集氣帽4接觸點到出氣孔2的出口的垂直高度h′之合。從而保證集氣帽內的氣體可以頂開凡爾球3順利通過出氣孔2進入油套環空。
例如：凡爾球的重量(質量，g，單位為千克)為10克(即0.01千克)，集氣帽4上部連接管41管口面積(s，單位為平方米)為1平方釐米(即0.0001平方米)，則頂開凡爾球的最小壓力為0.01大氣壓(k)，工程上10米水柱為1個大氣壓，則0.01大氣壓折合水柱(即液柱高度l，單位為米)為10釐米(即0.1米)；公式為l＝(g/s)*10；
h′長度為20釐米；
則h一定要大於l+h′的合，即大於30釐米。
級聯式量化切力分離氣錨的工作原理為：
流體從進液孔11進入外管6內螺旋通道下端，沿中心管7外壁順著螺旋葉片9形成的螺旋通道旋轉上行。在離心力的作用下，流體中的液體靠近外管內壁、氣體則在貼著中心管上行過程中途徑透氣孔13，則穿過透氣孔13上升至上一層，若途經收氣縫，則通過收氣縫8進入中心管7內，由於氣體的粘度遠遠的小於液體更容易穿過收氣縫進入中心管，並沿中心管7內壁繼續上行進入集氣帽4，當集氣帽4內氣體壓力大於凡爾球3的重量以及h′高度處液柱壓力時，氣體頂開凡爾球3從出氣孔2進入油套環形空間；流體中的液體沿外管6與集氣帽之間的環空上行通過液體通道5進入抽油泵或進入上一級氣錨繼續分離。
多級量化氣錨組合，可以是以下幾種形式：
如圖2所示的組合形式，包括上、下串接的兩個或兩個以上的級聯式量化切力分離氣錨，上一級的級聯式量化切力分離氣錨的承託接頭10的下套體與下一級的級聯式量化切力分離氣錨的上套體相套接；
或如圖3所示的組合形式，也是包括上、下串接的兩個或兩個以上的級聯式量化切力分離氣錨，上一級的級聯式量化切力分離氣錨的承託接頭10由下一級的氣液分離接箍替代，即上一級的級聯式量化切力分離氣錨的中心管下端直接嵌入下一級的氣液分離接箍的中間體且管口封堵，上一級的級聯式量化切力分離氣錨的外管與下一級的氣液分離接箍的上套體套接，下一級的氣液分離接箍的中間體的液體通道連通上一級的級聯式量化切力分離氣錨的螺旋通道。
這種形式節省了承託接頭。
另外，為增強固相成分的分離效果，實現氣、固、液的三相分離，還可如圖3所示，在最底層一級的級聯式量化切力分離氣錨的承託接頭下套體連接一量化沉降式氣(砂)錨：
如圖5所示，所述量化沉降式氣(砂)錨，包括：上接頭21、外套管24、沉降中心管23；
上接頭21的上部連接(連通)上一級的級聯式量化切力分離氣錨的承託接頭，上接頭21的下部的外壁與外套管24的上部內壁連接，上接頭21的下部的內壁與沉降中心管23的上部的外壁連接；沉降中心管23套於外套管24內部，且沉降中心管23與外套管24之間形成環形空間(即「環空」)；外套管24的下埠由可拆卸封閉組件封堵。本實施例中，可拆卸封閉組件包括變扣接頭25和絲堵26，外套管24的下埠內壁與變扣接頭25的上端螺紋連接，變扣接頭25的下部外壁與絲堵26的開口內壁螺紋連接，最終由變扣接頭25和絲堵26共同封堵住外套管24的下端開口。
在位於環空正上方的上接頭21的內壁與外套管24的外壁之間處，以上接頭21的軸心為軸心均勻開設有多個進液排氣孔22，如圖6所示；進液排氣孔22既作為液體的進入通道，也可作為氣體的排出通道；
進液排氣孔22可開設在上接頭21下部，即上接頭21的下部向外凸出形成環形外凸部，進液排氣孔22開設於其環形外凸部；本實施例的圖5和圖6展現的是此種方式。
進液排氣孔22也可開設在外套管24的上部，即外套管24的上部內壁向內凸出形成環形內凸部，進液排氣孔22開設於其環形內凸部；
進液排氣孔22也可開設於一個環形部件上，該環形部件的內壁連接上接頭21下部外壁，環形部件的外壁連接外套管24的上部內壁。
另外，圖5中l1所指示對應的沉降中心管23與外套管24之間的環空的容積大於兩個抽油泵衝程的體積。而此點是本氣錨效用發揮最佳的要點，具體請見下方：
工作原理分析：地層流體在進入沉降式氣錨進液孔之前一直處於氣體從流體中滑脫的狀態。從進液排氣孔22進入沉降式氣錨環空之後，在抽油機處於下衝程時，流體處於停滯狀態時，外管與沉降中心管之間的環空內的流體中的氣體再次滑脫。由於l1所指示對應的外套管與沉降中心管的環空容積大於等於兩個抽油泵衝程的體積，每個衝程將l1所對應的環空下半部液體吸入沉降中心管從而進入抽油泵，上半部液體流入下半部，氣錨外部流體再次通過進液排氣孔進入環空上半部，在抽油泵下衝程靜滯時氣體從流體中繼續滑脫。氣體向上滑脫從進液排氣孔22排出。循環往復使每次進入泵內的流體不含氣體。從而達到抽油泵充滿係數高，提高抽汲效率。
雖然，l1下方的外套管管體以及變扣接頭25和絲堵26共同構成的空間亦可起到將固相成分從液體中分離並沉積的作用，但因長度和容積均相對較小，故可如圖4和圖7所示，在變扣接頭25和絲堵26之間還可增設一與前兩者互通的沉砂管27，沉砂管27上部與變扣接頭25下部之間通過連接箍28將兩者固接，且兩者開口對接連通，沉砂管27的下部與絲堵26螺紋連接。進入環空內的流體中的固相成分在切力和重力共同作用下沉入沉砂管27(以及絲堵)內。沉砂管的長短根據固相成分含量的不同而變化。沉砂管的增設，使整體長度和容積都有較大提升，增強固液分離、沉積效果，並能延長單次使用時間，減少清除已沉積砂體的維護頻次。
以上所述僅為本發明創造的較佳實施例而已，並不用以限制本發明創造，凡在本發明創造的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明創造的保護範圍之內。