井下氣體分離器的製作方法
2023-08-01 12:03:06 2
專利名稱：井下氣體分離器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在地下生產井、特別是生產碳氫化合物的生產井中從採出液中分離氣體的井下氣體分離器。
背景技術：
通過生產井從地層中獲得碳氫化合物流體對於本領域的技術人員來說是公知的。通過連通井孔的生產管線接收來自地層的流體，並且這些流體通過生產管線向上流至地面進行儲存、煉製、加工和/或進一步的運輸設施。
經常需要或要求利用泵來加強通過井的流量。不幸的是，當採出液第一次進入碳氫化合物生產井時通常具有大量的夾帶氣體，這些氣體給泵提供了困難。井下氣體分離器是公知的並且用於在採出液進入泵之前分離氣體。McCoy等人的加拿大專利號為2,164,145的專利申請公開了已知的井下氣體分離器的一個例子。McCoy等人的裝置提供了某些氣體分離，因此非常有用。然而，仍然需要提供更好的井下氣體分離器。
因此，本發明的主要目的是提供改進的井下氣體分離器。
本發明的另一個目的是提供具有在製造、安裝和使用上簡單可靠的裝置的改進的氣體分離。
在下文中，將會闡述本發明的其它目的和優點。
發明內容
根據本發明，將會很容易地獲得前述的目的和優點。
根據本發明，提供了一種井下氣體分離器，該氣體分離器包括具有封閉底端和開口頂端的外管；以及偏心設置在所述外管內並且具有開口底端和適於連接至生產管線的頂端的內管。內管在外管內的定位有助於集中進入生產管線區域內的流體，併集中通過生產管線外部區域的氣體。
進一步地，根據本發明，提供了一種設置在套管(casing)內的用於生產管線的井下氣體分離器，該生產管線接收包括氣體和液體的採出液流，其中分離器包括具有封閉底端和開口頂端的外管，所述外管偏心設置在套管內；以及偏心設置在所述外管內並且具有開口底端和適於連接至生產管線的頂端的內管。
下面將參考附圖對本發明的優選實施例進行詳細描述，其中圖1為本發明的井下氣體分離器的一個實施例的側剖視圖；圖2為根據本發明的井下氣體分離器的一個可替換實施例的側剖視圖；圖3為說明根據本發明的井下氣體分離器的流量剖面的又一剖視圖；以及圖4為根據本發明的井下氣體分離器的示意性的截面透視圖，其進一步說明了通過分離器的氣體和液體流。
具體實施例方式
本發明涉及一種將氣體從包含該氣體的採出的碳氫化合物流體中井下分離的井下氣體分離器。請參考圖1，其說明了根據本發明的井下氣體分離器10。圖1示出了具有套管12形式的流體生產井，該套管12設置在生產流體的地層14內。如箭頭18所示，穿過套管12側壁的射孔16允許流體從地層進入套管12。在套管12內，設置生產管線20以便從井中輸送流體，氣體通常通過在生產管線20與套管12之間限定的環形空間22進行生產。泵(以附圖標記24示意性地示出)可設置在生產管線20內或其端部，並且用於通過生產管線20將流體舉升到地面。
根據本發明的氣體分離器10優選地包括內管26和外管28。
內管26優選為一個具有開口底端或下端30並且具有連接於生產管線20或與生產管線20連通的上端32的大致圓柱形或管形部件。如將在下面進一步討論的那樣，內管26的下端30具有一個最好相對於水平位置傾斜的下緣34。相對於內管26底部的長度來說，傾斜的下緣34限定了一個相對長的壁36和一個相對短的壁38。
外管28最好也為一個大致圓柱形或管形部件，其直徑比內管26的直徑大，並且具有封閉的底端40和開口頂端42。
外管28最好具有一個向下越過封閉底端40延伸至下緣44的側壁，該下緣44最好相對於水平方向傾斜，從而相對於外管28底部的長度來說限定相對長的壁46和相對短的壁48。外管28的向下延伸用於限定一個向下的開口腔50，該腔將在下文進一步描述。
外管28最好也具有一個向上延伸至上緣的側壁，該上緣最好相對於水平方向傾斜，從而相對於外管28頂部的向上延伸方向來說限定一個相對長的壁52和一個相對短的壁54。
根據本發明，內管26相對於外管28偏心設置，並且外管28相對於套管12偏心設置。該偏心定位用於在套管12內和外管28內限定一個流體集中區域，該區域促使液體分離並流經內管26，並且促使氣體分離並流經環形空間22。
同樣參考圖3，內管26在外管28內的偏心定位用於限定一個月牙形的流動區域。相似地，外管28在套管12內的偏心定位也用於限定一個大致月牙形的流動區域。
已經發現，在這樣的流動區域中，在所述壁間隔更大的地方氣體濃度趨於增大，在所述壁最靠近的地方液體濃度趨於最大。同樣發現，傾斜的邊緣在內管26和外管28上的定位用於影響更多流體從其側面進入管子。根據這些發現，內管26和外管28最好如此定位短壁朝向液體濃度將會最大的區域，其用於增加本發明分離器10的效果和效率。
圖3示出了內管26、外管28和套管12各自的中心26a、28a和12a。如圖所示，內管26的定位用於限定外管28的第一區域56，該第一區域56與內管26的中心26a相對間隔較大，並且用於限定外管28的第二區域58，該第二區域58與內管26的中心26a相對間隔較小。同樣地，外管28相對於套管12的定位用於限定套管12的第一區域60，該第一區域60與外管28的中心28a相對間隔較大，並且用於限定套管12的第二區域62，該第二區域62與外管28的中心28a相對間隔較小。
根據本發明，在外管28底部的相對短的壁48最好與外管28的第一區域56和套管12的第二區域62對準。這樣就定位了具有較高液體濃度的流體在某一位置流出腔50的區域，在所述的某一位置，較高液體濃度的流體向上流動並按照需要進入外管28。
在這一點上進一步描述腔50的功能是適當的。限定於外管28底部的腔50用於收集產自地層14的流體並且使這些流體「平靜」流動以便氣體和液體能夠開始分離。通過外管28側壁的氣體排出通道64最好定位於沿相對長的壁46上的一點並且恰好位於封閉的底端40的下方。如所期望的，通道64允許在腔50內分離的氣體排至環形空間22並且通過該環形空間向上流動。相對短的壁48限定了圍繞外管周圍的區域，高濃度液體首先將通過該區域流動。如附圖所示，該區域的定位用於使更多液體向上流向外管28上端入口區域。
仍然參考圖1，外管28上端相對短的壁54用於促進來自外管28這一側的流體進入外管28。由於該區域基本垂直地位於由相對短的壁48形成的集中流體流動區域的上部，所以流體以所需的較高流體濃度進入外管28。
外管28內的流體繼續分離成氣體和更濃縮的液體，氣體從外管28頂部排出從而通過環形空間22向上流動，濃縮液體流入內管26的下端。如上所述的內管26的傾斜底面在泵的輔助下進一步用於強化液體流入內管26並向上通過生產管線20。
為了將分離器10保持在相對於套管12的所需位置，最好在外管28和套管12之間設置一個彈性部件66。在圖1的實施例中，這形成了套管12內表面和外管28的外表面之間的線接觸。彈性部件66的強度最好可被選擇，以便在分離器10通過套管12被定位於正確位置時保持合適的位置而不會出現阻塞現象。考慮到其它類型的井下工具的定心，這樣的間隔部件對於本領域的普通技術人員來說是公知的。
圖3示出了本發明的一個可替換的實施例，其中分離器10具有與圖1中的實施例基本相同的部件。然而，在圖3中，分離器10的正確定位是通過一個如圖所示的作用於生產管線20上的定心或間隔彈性組件68所保持的。在該實施例中，外管28可被偏心定位在套管12內，但是在外管28的第一區域和套管12的第二區域的管壁彼此靠近但不接觸。由於彈性部件在生產管線20的端部而不是設置在分離器10上，因此，在一定情況下，這種結構可以產生更高的分離效率，並且也可以更容易地布置在套管12內。
圖4提供了根據本發明的分離器10的進一步的說明，附加說明了操作過程中的流動。相對黑色的箭頭說明了高液體含量的流體流，而氣泡代表分離出的氣體。如圖所示，氣體通常圍繞腔50流動並且向上通過外管28和套管12之間限定的較大的流通面積。濃縮的液體趨於流向套管12另外一側靠近設置的壁面，並且也在腔50內聚集並向下和圍繞短壁48流動。如箭頭70所示，液體含量高的流體流向上流至外管28的頂部邊緣，在那裡進入外管28的內部空間。如圖所示，氣體的小氣泡在這個階段仍然被從流動的流體中分離出來，能夠聚結並通過環形空間22向上流動，和/或與液體一起通過內管26被攜帶入生產管線20。然而，根據本發明，基本上大部分氣體按照預期得到分離並根據需要通過環形空間22被採出。
應該意識到，當內管26和外管28被稱為偏心定位時，這裡指的是管子的定位不是同心的。這樣的定位最好如此設置以至於內管26幾乎觸及或觸及到外管28，並且外管28幾乎觸及或觸及到套管12。
同樣應該意識到，本發明的某些部件或組件已經被提及到了它們的定向，例如水平的、垂直的、傾斜的等等。關於附圖尤其是附圖1所示的方向，這些參數中的每一個參數都應當被採用。
內管26相對於外管28的安裝可利用焊接或螺栓連接，或本領域技術人員熟知的其它方法進行。
應當注意，內管26可選擇地連接到泵24或與泵24連通，以代替生產管線20。例如，尤其在泵24被安裝到生產管線20底部並且具有一個可安裝內管26的泵吸入口(未示出)的情況下。
應該意識到，根據本發明的分離器最好在流體進入泵之前提供氣體從井下產出液的有效分離。這將較佳地提供更有效的泵運行、更長的泵壽命以及更高的產量。
應該理解，本發明不限於這裡所描述和說明的例子，這些例子被認為是僅僅對實現本發明的最佳方式進行了說明，可以對操作細節以及部件的布置、形狀和尺寸進行修改。本發明更傾向於包含所有的這些落入由所述權利要求限定的範圍和精神內的修改。
權利要求
1.一種井下氣體分離器，包括一外管，所述外管具有封閉底端和開口頂端；以及一內管，所述內管偏心設置在所述外管內，並且具有開口底端和適於連接至生產管線的頂端。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述內管相對於所述外管的偏心設置限定了所述外管的第一區域，該第一區域與所述內管中心的間隔相對較大，並且還限定了所述外管的第二區域，該第二區域與所述中心的間隔相對較小。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述外管具有越過封閉底端延伸的側壁，從而限定了一個具有底部邊緣的下部腔室，並且其中所述底部邊緣為斜面，從而限定了一個相對短的側邊和一個相對長的側邊。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，外管的所述相對短的側邊基本與所述第一區域對準。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述內管具有傾斜的底部邊緣從而限定了一個相對短的側邊和一個相對長的側邊，並且其中內管的所述相對短的側邊基本與所述第一區域對準。
6.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述內管具有傾斜的底部邊緣從而限定了一個相對短的側邊和一個相對長的側邊，並且其中內管的所述相對短的側邊基本與所述第一區域對準。
7.根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所述外管具有傾斜的上部邊緣從而限定了一個相對短的上部側邊和一個相對長的上部側邊，並且其中外管的所述相對短的上部側邊基本與所述第一區域對準。
8.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述外管具有傾斜的上部邊緣從而限定了一個相對短的上部側邊和一個相對長的上部側邊，並且其中外管的所述相對短的上部側邊基本與所述第一區域對準。
9.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述外管在外管的內側壁表面和內管的外側壁表面之間的接觸線處固定於所述內管。
10.一種用於設置在套管內的生產管線的井下氣體分離器，該生產管線接收包括氣體和液體的採出液流，該分離器包括一具有封閉底端和開口頂端的外管，所述外管偏心設置在所述套管內；以及一內管，所述內管偏心設置在所述外管內，並且具有開口底端和連接至所述生產管線的頂端。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特徵在於，所述內管相對於所述外管的偏心定位限定了所述外管的第一區域，該第一區域與所述內管中心的間隔相對較大，並且還限定了所述外管的第二區域，該第二區域與所述中心的間隔相對較小，並且其中所述外管相對於所述套管的偏心定位限定了所述套管的第一區域，該第一區域與所述外管中心的間隔相對較大，並且還限定了所述套管的第二區域，該第二區域與所述中心的間隔相對較小。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述外管具有越過所述封閉底端延伸的側壁從而限定了一個具有底部邊緣的下部腔，並且其中所述底部邊緣為斜面從而限定了一個相對短的側邊和一個相對長的側邊。
13.根據權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述相對短的側邊基本與所述外管的第一區域和所述套管的第二區域對準。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述內管具有傾斜的底部邊緣從而限定了一個相對短的側邊和一個相對長的側邊，並且其中所述相對短的側邊基本與所述外管的第一區域和所述套管的第二區域對準。
15.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述內管具有傾斜的底部邊緣從而限定了一個相對短的側邊和一個相對長的側邊，並且其中所述相對短的側邊基本與所述外管的第一區域和所述套管的第二區域對準。
16.根據權利要求14所述的裝置，其特徵在於，所述外管具有傾斜的上部邊緣從而限定了一個相對短的上部側邊和一個相對長的上部側邊，並且其中所述相對短的上部側邊基本與所述外管的第一區域和所述套管的第二區域對準。
17.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述外管具有傾斜的上部邊緣從而限定了一個相對短的上部側邊和一個相對長的上部側邊，並且其中所述相對短的上部側邊基本與所述外管的第一區域和所述套管的第二區域對準。
18.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述外管在外管的內側壁表面和內管的外側壁表面之間的第一接觸線處安裝於所述內管。
19.根據權利要求18所述的裝置，其特徵在於，所述外管在外管的外側壁表面和套管的內側壁表面之間的第二接觸線處定位成接觸所述套管。
20.根據權利要求19所述的裝置，其特徵在於，所述接觸線和另一接觸線位於所述外管相對的兩側。
全文摘要
一種井下氣體分離器，包括具有封閉底端和開口頂端的外管；以及偏心設置在所述外管內並且具有開口底端和適於連接至生產管線的頂端。所述內管能夠可選擇地與泵的吸入口連接。分離器偏心地設置於套管內，以便在流體進入生產管線和/或泵之前使氣體從採出液中分離。
文檔編號E21B43/38GK101025082SQ20061006401
公開日2007年8月29日 申請日期2006年11月29日 優先權日2005年11月29日
發明者P·岡薩雷斯 申請人:英特衛普有限公司