一种气举动力源井下涡流排液采气装置
阅读说明：本技术 一种气举动力源井下涡流排液采气装置 (Gas lift power source underground vortex liquid drainage gas production device ) 是由 钟海全 郑传根 程长坤 李志伟 杜竟 许鸷宇 任呈祥 凌金权 梁道远 于 2021-07-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种气举动力源井下涡流排液采气装置。涉及天然气开采技术领域,该装置包括涡流管、圆柱滚子轴承、导流块、对中环、射流管、卡扣脚杆、脚触弹簧、封隔器、卡扣固定螺栓、卡扣脚座、卡扣脚触等构件,装置工作时,油管内气液两相在离心力作用下分层流动,将垂直向上的无序紊流转换为有序的涡流；注入气体通过气举阀进入油管内,一部分在导流块的作用下推动涡流管旋转,另一部分进入射流管,加速管内流动,在涡流装置出口处,油管径向上将形成独特的气芯－液膜－气膜流动型态,有效提升气井携液能力。装置采用卡座形式座封油管内,安装方便适用性强,大大提高排水效率进而提高天然气采收率,拥有良好的应用前景。(The invention discloses a gas lift power source underground vortex liquid drainage gas production device. The device comprises a vortex tube, a cylindrical roller bearing, a flow guide block, a centering ring, a jet tube, a buckle foot rod, a foot contact spring, a packer, a buckle fixing bolt, a buckle foot seat, a buckle foot contact and other components, wherein when the device works, gas-liquid two phases in an oil pipe flow in layers under the action of centrifugal force, and disordered turbulence vertically upwards is converted into ordered turbulence; injected gas enters the oil pipe through the gas lift valve, one part of the injected gas pushes the vortex pipe to rotate under the action of the flow guide block, the other part of the injected gas enters the jet pipe to accelerate the flow in the pipe, and a unique gas core-liquid film-gas film flow pattern is formed in the radial direction of the oil pipe at the outlet of the vortex device, so that the liquid carrying capacity of the gas well is effectively improved. The device adopts in the cassette form seat seal oil pipe, and simple to operate suitability is strong, improves drainage efficiency and then improves the natural gas recovery ratio greatly, has good application prospect.)
技术领域
本发明涉及一种提高气井排液采气效率的井下装置，特别涉及低压、低产能气井中、后期提高气井携液能力的一种装置。
背景技术
随着天然气的不断采出，部分气田逐渐进入开发中、后期，气井积液问题日趋严重，而单一常规排液采气工艺，如优选管柱排液采气、泡沫排液采气、气举排液采气、机抽排液采气、射流泵排液采气等对于低压、低产能积液严重的气井其排液效果较差，不能高效低成本解决气井积液问题。针对单一排水采气工艺不能满足气井高效低成本排液采气的现状，目前排液采气工艺向着深化复合排液采气工艺方向发展，可有效地综合各工艺的优势，避免单一工艺的弊端。
涡流排水采气工艺是美国能源部为提高气井最终采收率和延长气井开采寿命研发的一种气井排水采气工艺，该技术利用地层自身能量，通过井下涡流工具形成涡流，实现提高气井自身的携液能力。但该工艺形成涡流的作用距离短，气井需要具有较高的能量，对于低压、低产能积液气井，地层自身能量不足以实现涡流；单一连续气举排液采气由于对井底回压较高，不适合低压、低产能积液气井。因此，结合气举能量补充，利用涡流、气举、高速气体射流方式，发明了一种气举动力源井下涡流排液采气装置，该装置可显著降低井底回压，大幅提高积液气井排水采气效率，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了解决天然气开采时，由于地层能量及产能较低、气井井筒存在明显积液，常规排水采气工艺不足以经济高效地排出地层水与井筒积液，排水采气效果较差，生产状况不稳定的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：气举动力源井下涡流排液采气装置，包括离心加速模块、卡扣模块、射流加速模块和封隔模块；所述的离心加速模块由涡流管1，圆柱滚子轴承2，导流块3，对中环4，导流块固定螺栓6，进气筒13等构件构成，所述涡流管1内部有螺旋向上叶片，形成涡旋流道，涡流管外壁同样设有螺旋叶片，其螺旋参数，包括螺距，螺旋升角，旋叶形状，线数等均一致，下方留有圆形通道，与圆柱滚子轴承2配合，所述导流块3中部留有通气孔道，导流块上下开设有导流块出气口17，侧边留有导流块进气口16，其大小与进气筒13外径大小一致，导流块进气口内壁处有导流块进气缓冲凸台18，导流块内壁留有带螺纹孔20的导流块固定凸台19，带螺纹孔的导流块固定凸台有4个，沿着导流块内壁圆周均布，所述对中环4位于圆柱滚子轴承2与射流管5之间过渡配合；所述的卡扣模块由卡扣脚杆7，脚触弹簧8，封隔器9，卡扣固定螺栓10，卡扣脚座11，卡扣脚触12，脚杆弹簧25等构件组成，所述的卡扣脚座11通过卡扣固定螺栓10固定在封隔器9下方，卡扣脚座中部留有卡扣脚杆、脚杆弹簧、卡扣脚触、脚触弹簧所必要的活动空间，活动空间下部有脚杆弹簧固定孔，所述卡扣脚杆7与卡扣脚触12通过脚触弹簧8连接，卡扣脚杆7与卡扣脚座11通过脚杆弹簧25连接，卡扣脚触12前端设有高强度防滑橡胶，卡扣脚杆7通过脚杆弹簧25限制在卡扣脚座11活动空间底部，可绕脚杆弹簧25做旋转运动；所述的射流加速模块由射流管5，射流管射流通道21，射流管加速通道22，圆柱滚子轴承2，导流块3，对中环4，封隔器9，进气筒13等构件构成，所述的射流管管身中部沿管壁圆周均匀开设有4×2共8个45度的射流管射流通道21，射流管出口段内径逐渐收缩，有射流管加速通道22，射流管出口段四周沿管壁圆周均布4个凹槽，与导流块固定凸台19通过导流块固定螺栓6固定连接；所述的封隔模块由封隔器9，封隔器密封环23，压动定位圈24等构件构成，所述的压动定位圈24内部与封隔器9外部有防回弹锯齿，封隔器密封环23与压动定位圈24过盈配合。
优选的，所述的导流块3设有导流块进气缓冲凸台18，将地面高压气源一分为二，其中上气源作用在涡流管外管壁，带动涡流管旋转运动，形成涡流排水采气工艺，下气源在导流块的导向作用下，进入射流管，形成射流排水采气工艺。
优选的，所述的涡流管1外壁与内部同样设有螺旋叶片，其螺旋参数，包括螺距，螺旋升角，旋叶形状，线数等均一致，在涡流管内部形成气液离心区域，气液两相流通过离心区域，由于其液体密度大于气体，气液分离，高速气膜包裹在外，形成独特气芯—液膜—气膜三层结构区域。
优选的，所述的射流管5管身中部沿管壁圆周均匀开设有4×2共8个45斜度的射流管射流通道21，射流管出口段内径逐渐收缩，设有射流管加速通道22，由于在射流管加速通道22入口处因周围的空气被射流卷走而形成真空，使得油管中低速的气水混合物在高速气体作用下，协同射出，加速排液效果。
优选的，所述的卡扣脚杆7可绕卡扣脚座做旋转运动，装置通过铁丝下入预想作用位置，切断束紧弹簧向中心的力，在脚触弹簧与脚杆弹簧的力矩作用下，卡扣脚杆向外弹出。
优选的，所述的卡扣脚触12前端设有高强度防滑橡胶，卡扣脚杆弹出，挤压卡扣脚触前端高强度防滑橡胶与油管紧紧接触，实现固定。
优选的，所述的压动定位圈在高压气流下向下移动，挤压封隔器密封环23形变密封，实现坐封，压动定位圈24内部与封隔器9外部有防回弹锯齿，避免封隔器密封环恢复形变。
本发明的技术效果和优点如下：通过结合气举排液采气工艺、井下涡流排液采气工艺以及射流排水采气工艺，发明了气举动力源井下涡流排液采气装置。本发明的功效依托于气举开采工艺，向油套环空内注入高速高压的气体，注入气通过气举阀流向油管内，在导流块的作用下，注入气一分为二，一部分向上，一部分向下。向下的注入气因封隔器的存在，只能流经油管环空、射流管射流通道、射流管加速通道，通过射流管射流通道向射流管内射流，由于在射流管加速通道入口处因周围的空气被射流卷走而形成真空，使得油管中低速的气水混合物在高速气体作用下，协同射出，提高排液携液能力效果，混合流体向上流动经过射流管加速通道，流体流速进一步增大，流向上部分的涡流管段，在涡流管特殊构造下，迅速产生涡流，基于涡流排液原理进行气井排液。同时向上的注入气通过涡流管与油管环空，在同步螺旋片的作用下，推动涡流管旋转，进一步增大离心作用力，同时环空流体也在涡流管外螺旋片的作用下流体形态转变为涡流，形成涡流气膜。在装置最上部，即涡流管出口处，将产生气芯—液膜—气膜三层结构，高速的气芯与气膜夹持中间液膜流动，有效地避免传统涡流管液相在油管上的粘滞阻力，增加了井筒携液能力。
本发明将射流，涡流，气举三种排水采气工艺结合，大幅提高排水采气效率，装置能够在气井高度积液的情况下实施对气井的排液采气，拥有良好的应用前景与效果。
附图说明
图1为本发明提出的一种气举动力源井下涡流排液采气装置结构示意图；
图2为本一种气举动力源井下涡流排液采气装置在油管中的工作示意图；
图3为本一种气举动力源井下涡流排液采气装置下视图；
图4为本一种气举动力源井下涡流排液采气装置中A-A全剖视图；
图5为本一种气举动力源井下涡流排液采气装置中卡扣模块工作示意图；
图6为本一种气举动力源井下涡流排液采气装置中导流块结构示意图；
图中：1、涡流管；2、圆柱滚子轴承；3、导流块；4、对中环；5、射流管；6、导流块固定螺栓；7、卡扣脚杆；8、脚触弹簧；9、封隔器；10、卡扣固定螺栓；11、卡扣脚座；12、卡扣脚触；13、进气筒；14、油管；15、气举阀；16、导流块进气口；17、导流块出气口；18、导流块进气缓冲凸台；19、导流块固定凸台；20、导流块固定凸台螺纹孔；21、射流管射流通道；22、射流管加速通道；23、封隔器密封环；24、压动定位圈；25、脚杆弹簧。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图，对本发明进行详细描述。如图所示该发明主要包含以下部件：1涡流管、2圆柱滚子轴承、3导流块、4对中环、5射流管、6导流块固定螺栓、7卡扣脚杆、8脚触弹簧、9封隔器、10卡扣固定螺栓、11卡扣脚座、12卡扣脚触、13进气筒、16导流块进气口、17导流块出气口、18导流块进气缓冲凸台、19导流块固定凸台、20导流块固定凸台螺纹孔、21射流管射流通道、22射流管加速通道、23封隔器密封环、24压动定位圈、25脚杆弹簧等零件构成，其具体操作步骤如下：
1、组装。如图4所示，涡流管1与导流块3通过对中环4实现中心轴线对中，对中环4外部安装圆柱滚子轴承2；将射流管5从导流块3下部装入，安装进气筒13，用导流块固定螺栓6实现固定；将卡扣脚杆7与卡扣脚触12通过脚触弹簧8连接，卡扣脚杆7用脚杆弹簧25固定在卡扣脚座11活动空间，卡扣脚座11与封隔器9通过卡扣固定螺栓10连接。
2、投放。通过铁丝束紧卡扣脚杆7，下入预想作用位置，切断束紧弹簧向中心的力，在脚触弹簧与脚杆弹簧的力矩作用下，卡扣脚杆向外弹出，挤压卡扣脚触，卡扣脚触前端设有高强度防滑橡胶，可与油管紧紧固定，如图5。
3、完成设备安装工作，进行坐封，如图2，压动定位圈在高压气流下向下移动，挤压封隔器密封环形变密封，实现坐封。
4、进行气举排水采气工艺，装置稳定工作。
工作原理：以气举注入气进入注气阀后在导流块的分流作用下一分为二，一部分注入气沿导流块向上流动进入油管，与井筒中的流体混合，利用气体的膨胀降低井筒中的混合液密度，将井内积液举升到地面，同时向上的气体通过涡流管与油管环空，在同步螺旋片的作用下，推动涡流管旋转，增大涡轮离心作用力；另一部分注入气沿导流片向下流动，进入涡流排液装置，注入气与地层产出流体在射流管前端汇集一同进入射流管内，由于射流管的特殊结构所产生的射流作用，使注入气与地层产出流体在射流管内加速，在射流管末端形成高速混合流体，混合流体向上流动经过轴承处的缩径区段，流体流速进一步增大，进而继续流向上部分的涡流管段。在涡流管内特殊的结构下，当无规则的气液两相紊流混合物进入此工具后，使流体快速旋转，由于离心作用使得较重的液体甩向管壁流动，较轻的气体则居管子中间流动，最终流态改变成阻力小的层流，并向上传播和维持较长的距离，减少了流动摩阻从而可以携带更多的液体，提高气井的排水采气能力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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