气液分离装置的制作方法

1.本公开涉及采油领域，特别涉及一种气液分离装置。


背景技术：

2.油井中往往含有气体，使得从油井中开采出的石油中会含有气体。油井的石油是通过潜油泵输送至地面的，石油中的气体会影响潜油泵的工作特性，为避免气体对潜油泵的影响，会在潜油泵的下方安装气液分离装置。含有气体的石油经过气液分离装置后将石油中的气体排出，然后石油再进入潜油泵中。
3.相关技术中，气液分离装置包括外壳、分离轮和油气分离接头，分离轮位于外壳内，油气分离接头的一端与外壳连接，油气分离接头的另一端与潜油泵连接。油气分离接头内具有相互隔开的过油通道和过气通道，过油通道与潜油泵的进液口连通。在工作过程中，潜油泵带动分离轮在外壳内转动，从而使得进入外壳内的含有气体的石油做离心运动，由于石油和气体的密度不同，使得石油和气体分离，石油通过过油通道进入潜油泵的进液口从而进入潜油泵中。然后潜油泵将石油输送至地面。
4.对于这种气液分离装置，需要潜油泵向分离轮提供足够的离心力，才能够将油气进行有效的分离，也即需要潜油泵的转速足够大。但是，目前许多油井使用的潜油泵是潜油直驱螺杆泵，这种潜油泵的转速较低，无法向分离轮提供足够的离心力，无法实现有效的气液分离。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种气液分离装置，可以实现有效的气液分离。所述技术方案如下：
6.本公开提供了一种气液分离装置，所述气液分离装置包括：
7.外壳，用于套设在潜油泵的外侧壁上，所述外壳具有第一端、第二端、第一进液口和出气口，所述第一进液口、所述出气口和所述潜油泵的第二进液口均位于所述第一端和所述第二端之间；在所述第一端和所述第二端，所述外壳均与所述潜油泵的外侧壁贴合，在所述第一和所述第二端间，所述外壳与所述潜油泵的外侧壁之间具有间隙，形成环形腔体，所述第一进液口和所述出气口均与所述环形腔体连通；沿所述潜油泵的长度方向，所述出气口位于所述第一进液口和所述第二进液口之间，且所述第一进液口位于所述第二进液口的上方，所述出气口被配置为仅允许气体从所述环形腔体流动至所述外壳外；
8.多个环形板，沿所述潜油泵的长度方向间隔分布在所述环形腔体内，且所述环形板位于所述第一进液口和所述第二进液口之间，所述环形腔体被所述多个环形板分隔成多个环形通道，所述环形板的板面上具有液体通孔，相邻两个所述环形板上的液体通孔相互错开，相邻的两个所述环形通道仅通过所述液体通孔连通；每个所述环形板的板面上均具有阻挡结构，所述阻挡结构用于减小所述环形通道的在所述阻挡结构处的截面积。
9.在本公开实施例的一种实现方式中，所述阻挡结构包括至少两个围堰板；沿所述
环形板的周向方向，所述至少两个围堰板间隔分布在所述环形板朝向所述第一进液口的板面上，所述围堰板的一个侧面与所述外壳的内侧壁贴合，所述围堰板的另一个侧面与所述潜油泵的外侧壁贴合；在所述潜油泵的长度方向上，所述围堰板的长度小于相邻两个所述环形板之间的距离。
10.在本公开实施例的一种实现方式中，所述围堰板的长度与相邻两个所述环形板之间的距离的差值在5毫米至10毫米之间。
11.在本公开实施例的一种实现方式中，一个所述环形板上的所述围堰板的数量在4个至6个之间。
12.在本公开实施例的一种实现方式中，所述环形板的数量在10个至20个之间。
13.在本公开实施例的一种实现方式中，所述外壳上具有沿所述外壳长度方向布置的第一电缆凹槽。
14.在本公开实施例的一种实现方式中，所述环形上具有沿所述外壳长度方向布置的第二电缆凹槽，所述第一电缆凹槽的外侧壁与所述第二电缆凹槽的内侧壁贴合，相邻两个所述环形板上的液体通孔分别位于所述第一电缆凹槽的两侧。
15.在本公开实施例的一种实现方式中，所述外壳包括：
16.壳体，所述第一进液口和所述出气口均位于所述壳体上；
17.第一碗状结构，所述第一碗状结构的开口与所述壳体的一端连接，所述第一碗状结构的底部与所述潜油泵的外侧壁贴合；
18.第二碗状结构，所述第二碗状结构的开口与所述第一碗状结构的开口相对，且所述第二碗状结构的开口与所述壳体的另一端通过钮簧连接，所述第二碗状结构的底部与所述潜油泵的外侧壁可拆卸连接。
19.在本公开实施例的一种实现方式中，所述壳体为圆柱形壳体，所述圆柱形壳体的外直径在100毫米至120毫米之间。
20.在本公开实施例的一种实现方式中，所述出气口处具有单向气阀。
21.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
22.在使用本公开实施例提供的气液分离装置时，将外壳套设在潜油泵的外侧壁上，此时在第一端和第二端之间，外壳与所述油泵的外侧壁之间形成环形腔体，液体如果要进入潜油泵则需要依次经过第一进液口、环形腔体和第二进液口。将气液分离装置安装好放入井下后，气液分离装置和潜油泵均位于井下的液体中。潜油泵工作时，使得第二进液口处具有吸力，在吸力的作用下，井下的液体依次经过第一进液口、环形腔体和第二进液口。由于第一进液口位于第二进液口的上方，液体在外壳外需向上流动，当液体流动至第一进液口时，通过第一进液口进入环形腔体中，由于液体和气体的密度不同，当液体进入第一进液口时，部分气体会继续向上移动，而未从第一进液口进入环形腔体，实现第一次气液分离。液体进入环形腔体后，会向下移动，进入环形通道内，在液体在环形通道中流动时，液体需通过阻挡结构，由于阻挡结构可以减小环形通道的在阻挡结构处的截面积，也即液体流动至阻挡结构处时，液体需翻过阻挡结构产生震动，在震动的过程中，液体中的气体会析出，析出的气体从仅能通过气体的出气口排出到外壳外。并且，液体从液体通孔流向下一个环形通道，由于相邻两个环形板上的液体通孔相互错开，当液体流向下一个环形通道时，不会直接从液体通孔流出，液体需要在下一个环形通道中再次流动，并翻过阻挡结构，然后再从
液体通孔流出，液体在环形通道中流动一次就会实现一次气液分离。当液体流动至第二进液口时，液体中的大部分气体已经析出，使得进入潜油泵中的液体中的气体含量较少，实现有效的气体分离，减小气体对潜油泵的影响。
附图说明
23.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本公开实施例提供的一种潜油泵的结构示意图；
25.图2是图1中a-a面的截面示意图；
26.图3是本公开实施例提供的一种气液分离装置的结构示意图；
27.图4是本公开实施例提供的一种气液分离装置的内部结构示意图；
28.图5是本公开实施例提供的一种气液分离装置与潜油泵的安装示意图；
29.图6是本公开实施例提供的一种气液分离装置与潜油泵的背视图；
30.图7是图6中的b-b面的截面示意图；
31.图8是本公开实施例提供的一种气液分离装置的背视图；
32.图9是本公开实施例提供的一种气液分离装置的俯视图；
33.图10是本公开实施例提供的一种气液分离装置与潜油泵安装后的俯视图；
34.图11是本公开实施例提供的一种环形板与围堰板的安装示意图；
35.图12是本公开实施例提供的一种环形板与围堰板安装的主视图；
36.图13是本公开实施例提供的另一种环形板与围堰板的安装示意图；
37.图14是图11的俯视图；
38.图15是图13的俯视图；
39.图16是图11的仰视图；
40.图17是图13的仰视图；
41.图18是本公开实施例提供的一种气液分离装置与潜油泵在井下工作的示意图。
具体实施方式
42.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
43.图1是本公开实施例提供的一种潜油泵的结构示意图。参见图1，潜油泵200上具有第二进液口300，沿潜油泵200的长度方向a，第二进液口300位于潜油泵200的底端。
44.图2是图1中a-a面的截面示意图。参见图2，潜油泵200中具有过油腔体500，第二进液口300与过油腔体500连通。当潜油泵200工作时，井下的液体通过第二进液口300进入过油腔体500内。
45.图3是本公开实施例提供的一种气液分离装置的结构示意图。参见图3，气液分离装置100包括外壳10。外壳10具有第一端101、第二端102、第一进液口103和出气口104，第一进液口103和出气口104均位于第一端101和第二端102之间。
46.图4是本公开实施例提供的一种气液分离装置的内部结构示意图。参见图4，气液分离装置100还包括多个环形板20。
47.图5是本公开实施例提供的一种气液分离装置与潜油泵的安装示意图。参见图5，外壳10套设在潜油泵200的外侧壁上，潜油泵200的第二进液口300位于第一端101和第二端102之间。在第一端101和第二端102，外壳10均与潜油泵200的外侧壁贴合。在第一端101和第二端102之间，外壳10与潜油泵200的外侧壁之间具有间隙，形成环形腔体400(图5未示出，参见图9)，第一进液口103和出气口104均与环形腔体400连通。沿潜油泵200的长度方向a，出气口104位于第一进液口103和第二进液口300之间，且第一进液口103位于第二进液口300的上方，出气口104被配置为仅允许气体从环形腔体400流动至外壳10外，而不允许液体通过。多个环形板20沿潜油泵200的长度方向a间隔分布在环形腔体400内，且环形板20位于第一进液口103和第二进液口300之间，环形腔体400被多个环形板20分隔成多个环形通道，环形板20的板面上具有液体通孔201，相邻两个环形板20上的液体通孔201相互错开，相邻的两个环形通道仅通过液体通孔201连通。每个环形板20的板面上均具有阻挡结构，阻挡结构用于减小环形通道的在阻挡结构处的截面积。
48.在使用本公开实施例提供的气液分离装置时，将外壳套设在潜油泵的外侧壁上，此时在第一端和第二端之间，外壳与所述油泵的外侧壁之间形成环形腔体，液体如果要进入潜油泵则需要依次经过第一进液口、环形腔体和第二进液口。将气液分离装置安装好放入井下后，气液分离装置和潜油泵均位于井下的液体中。潜油泵工作时，使得第二进液口处具有吸力，在吸力的作用下，井下的液体依次经过第一进液口、环形腔体和第二进液口。由于第一进液口位于第二进液口的上方，液体在外壳外需向上流动，当液体流动至第一进液口时，通过第一进液口进入环形腔体中，由于液体和气体的密度不同，当液体进入第一进液口时，部分气体会继续向上移动，而未从第一进液口进入环形腔体，实现第一次气液分离。液体进入环形腔体后，会向下移动，进入环形通道内，在液体在环形通道中流动时，液体需通过阻挡结构，由于阻挡结构可以减小环形通道的在阻挡结构处的截面积，也即液体流动至阻挡结构处时，液体需翻过阻挡结构产生震动，在震动的过程中，液体中的气体会析出，析出的气体从仅能通过气体的出气口排出到外壳外。并且，液体从液体通孔流向下一个环形通道，由于相邻两个环形板上的液体通孔相互错开，当液体流向下一个环形通道时，不会直接从液体通孔流出，液体需要在下一个环形通道中再次流动，并翻过阻挡结构，然后再从液体通孔流出，液体在环形通道中流动一次就会实现一次气液分离。当液体流动至第二进液口时，液体中的大部分气体已经析出，使得进入潜油泵中的液体中的气体含量较少，实现有效的气体分离，减小气体对潜油泵的影响。
49.在本公开实施例中，环形板20的内边缘与潜油泵200的外侧壁贴合，环形板20的外边缘外壳10的内侧壁贴合，使得环形板20能够将环形腔体分割成多个环形通道，使得多个环形通道之间只能通过液体通孔201连通。
50.在本公开实施例中，相邻两个环形板20上的液体通孔201相互错开表示，相邻两个环形板20上的液体通孔201在环形板20的板面上的正投影无重合的部分。
51.在本公开实施中，出气口104处具有单向气阀，使得外壳10外的气体和液体均无法通过出气口104进入环形腔体400内，且环形腔体400内的液体也无法通过出气口104排出到外壳10外，只有环形腔体400内的气体可以通过出气口104排出到外壳10外。
52.在本公开实施例的一种实现方式中，每个环形通道对应的壳体侧壁上都开设有出气口104。
53.在一个环形通道中，出气口104位于阻挡结构的上方，当气体从液体中析出后，气体的密度相对于液体较小，气体会向上移动，从出气口104中排出。
54.在本公开实施例中，潜油泵为潜油直驱螺杆泵，潜油直驱螺杆泵安全可靠,运行平稳，结构简单，操作方便。
55.图6是本公开实施例提供的一种气液分离装置的背视图。参见图6，外壳10上具有沿外壳10长度方向布置的第一电缆凹槽105。
56.在本公开实施例中，潜油泵的下方连接有电机，电机向潜油泵提供电能，使得潜油泵能够产生吸力。电机需要与位于地面的供电装置连接，布置第一电缆凹槽105用于放置电缆，电缆的两端分别与地面的供电装置和电机电连接，电缆中部位于井中，将电缆固定在第一电缆凹槽105内，避免电缆在井中与井中的产生磕碰，造成电缆损坏，影响生产。
57.在本公开实施例中，当气液分离装置100安装在潜油泵200上后，外壳10的长度方向与潜油泵200的长度方向a相同。
58.图7是本公开实施例提供的一种气液分离装置的俯视图。参见图7，第一电缆凹槽105位于外壳10的外侧壁上。
59.图8是本公开实施例提供的一种气液分离装置与潜油泵的背视图。参见图8，第一电缆凹槽105沿外壳10的长度方向延伸。
60.图9是图8中的b-b面的截面示意图。参见图9，外壳10的外侧壁的一侧具有第一电缆凹槽105。
61.图10是本公开实施例提供的一种气液分离装置与潜油泵安装后的俯视图。参见图10，将气液分离装置与潜油泵安装好后，电缆可通过第一电缆凹槽105与位于井下的电机电连接。
62.再次参见图3、图4、图6和图9，外壳10包括：壳体106、第一碗状结构107和第二碗状结构108。第一进液口103和出气口104均位于壳体106上。第一碗状结构107的开口(下端)与壳体106的一端连接，第一碗状结构107的底部(上端)与潜油泵200的外侧壁贴合。第二碗状结构108的开口(上端)与第一碗状结构107的开口相对，且第二碗状结构108的开口与壳体106的另一端通过钮簧连接，第二碗状结构108的底部(下端)与潜油泵200的外侧壁可拆卸连接。
63.在本公开实施例中，将外壳10的两端布置为第一碗状结构107和第二碗状结构108，使得外壳10在第一端101和第二端102处的尺寸较少，方便与潜油泵贴合。井下液体中不仅携带有气体，同还携带有固体颗粒，例如，沙粒，在进入环形腔体400后，由于固体的密度比液体的密度大，当液体进入第二进液口300时，一部分固体会继续向下移动沉积在外壳10的底部，也即固体会沉积在第二碗状结构108处。第二碗状结构108的开口与壳体106的另一端通过钮簧连接，也即第二碗状结构108可围绕壳体106转动，由于扭簧具有弹性，扭簧会对第二碗状结构108提供一个朝向潜油泵200外侧壁的推力，使得第二碗状结构108的底部与潜油泵200的外侧壁贴合，在正常工作时，井下的液体不会从第二碗状结构108的底部进入环形腔体400内。随着沉积的固体的质量增加，固体对第二碗状结构108的抵压力增加，当固体对第二碗状结构108的抵压力大于扭簧对第二碗状结构108推力时，第二碗状结构108
转动，沉积在第二碗状结构108中的固体在重力的作用下掉落，从而将环形腔体400中的固体排出。当固体排出后，固体的质量减小，固体对第二碗状结构108的抵压力小于扭簧对第二碗状结构108推力，此时第二碗状结构108再次转动，使得第二碗状结构108的底部与潜油泵200的外侧壁贴合。
64.在本公开实施例的一种实现方式中，壳体106为圆柱形壳体，圆柱形壳体的外直径在100毫米至120毫米之间。
65.相关技术中，是通过离心力实现气液分离，离心轮的尺寸一般较大，使得气液分离装置的尺寸较大，不便于将气液分离装置放入井中。本公开实施例提供的气液分离装置是利用气液混合体在流动的过程中，产生震动，使得气液分离，所以本公开实施例提供的气液分离装置可以做的较小，便于将气液分离装置放入井中。
66.示例性地，壳体106的外直径为105毫米。
67.在本公开实施例的一种实现方式中，阻挡结构为至少两个围堰板30。
68.图11是本公开实施例提供的一种环形板与围堰板的安装示意图。参见图11，环形板20的周向方向，围堰板30间隔分布在环形板20的板面上。
69.再次参见图4和图7，围堰板30位于环形板20朝向第一进液口103的板面上，围堰板30的一个侧面与外壳10的内侧壁贴合，围堰板30的另一个侧面与潜油泵200的外侧壁贴合。在潜油泵200的长度方向a上，围堰板30的长度小于相邻两个环形板20之间的距离。
70.在本公开实施例中，当液体在环形通道流通时，液体需依次翻过环形板20上的围堰板30，然后从液体通孔201流出。将阻挡结构布置为围堰板30，更加容易制作。
71.图12是本公开实施例提供的一种环形板与围堰板安装的主视图。参见图12，围堰板30的板面与环形板20的板面垂直连接，方便制作。
72.在本公开实施例中，环形板20为金属板，保证环形板20的耐腐蚀性，减小环形板20被腐蚀损坏的可能性。
73.在本公开实施例中，围堰板30为金属板，保证围堰板30的耐腐蚀性，减小围堰板30被腐蚀损坏的可能性。
74.在本公开实施例中，环形板20与围堰板30可以焊接起来，保证环形板20与围堰板30连接的牢固性。
75.再次参见图11，环形板20具有沿外壳10长度方向布置的第二电缆凹槽202，第一电缆凹槽105的外侧壁与第二电缆凹槽202的内侧壁贴合。
76.图13是本公开实施例提供的另一种环形板与围堰板的安装示意图。图13与图11的区别在于，液体通孔201的位置不同。例如，图11和图13为相邻的两块环形板及其上的围堰板。参见图11和图13，相邻两个环形板20上的液体通孔201分别位于第一电缆凹槽105(图11和图13未示出)的两侧。
77.在本公开实施例中，第一电缆凹槽105被电缆填满密封，使得位于外壳10外的液体无法通过第一电缆凹槽105进入环形腔体400内。同时由于第一电缆凹槽105被电缆填满密封，第一电缆凹槽105的外侧壁与第二电缆凹槽202的内侧壁贴合，使得第一电缆凹槽105将相邻的两个环形板20上的液体通孔201隔开，也即相邻的两个环形板20上的液体通孔201相互错开。当液体在上方的环形通到中以顺时针方向流动时，那么液体在相邻的下方的环形通到中就会以逆时针的方向流动时，使得液体在流动的过程中会经过每一个围堰板30，增
加液体的振动，从而增加气液分离的效果。
78.图14是图11的俯视图。在图14中，液体通孔201位于第二电缆凹槽202的上方。
79.图15是图13的俯视图。在图15中，液体通孔201位于第二电缆凹槽202的下方。
80.图15与图14的区别在于，液体通孔201的位置不同。例如，图14和图15为相邻的两块环形板及其上的围堰板。
81.图16是图11的仰视图。参见图16，液体通孔201位于第二电缆凹槽202的下方。
82.图17是图13的仰视图。参见图17，液体通孔201位于第二电缆凹槽202的上方。
83.图17与图16的区别在于，液体通孔201的位置不同。例如，图17和图16为相邻的两块环形板及其上的围堰板。
84.从图14至图17可以看出，相邻的两个环形板20上的液体通孔201相互错开。其中不同的环形板20上的第二电缆凹槽202的中心线位于同一条直线上。
85.在本公开实施例的一种实现方式中，环形板20的数量在10个至20个之间。
86.环形板20的数量越多，液体震动的此时越多，可以增加气液分离的效果。同时避免环形板20的数量太多造成气液分离装置的尺寸过大。
87.示例性地，环形板20的数量为15个。
88.在本公开实施例的一种实现方式中，围堰板30的长度与相邻两个环形板20之间的距离的差值在5毫米至10毫米之间。
89.在本公开实施例中，限定围堰板30的长度与相邻两个环形板20之间的距离的差值，使得环形通道的尺寸够大能够保证液体流动，又避免环形通道的尺寸太大造成气液分离装置的尺寸过大。
90.在本公开实施例的一种实现方式中，一个环形板20上的围堰板30的数量在4个至6个之间。
91.在本公开实施例中，限定一个环形板20上的围堰板30的数量，使得液体在环形通道中流动时震动的次数足够，能够实现有效的气液分离，又避免围堰板30的数量过多，相邻的围堰板30之间间隔太近，液体流动时无法实现的震动，影响气液分离的效果。
92.本公开实施例提供的气液分离装置的外壳10和环形板20均是由两部分焊接形成的，在安装时，先将环形板20的两个部分上均焊接上围堰板30，然后将环形板20的两个部分分别焊接在外壳10的两个部分的内侧壁上，再将外壳10的两个部分贴合在潜油泵200的外侧壁上，再将外壳10的两个部分焊接，完成整个气液分离装置的安装。
93.图18是本公开实施例提供的一种气液分离装置与潜油泵在井下工作的示意图。参见图18，含气体的液体由井底经油套环空600向上流动，流经井下气液分离装置100继续向上流动，到达井下气液分离装置100上部的第一进液口103由于气体液体密度差，部分气体从含气体的液体中析出继续向上流动，液体经气液分离装置100的第一进液口103流入气液分离装置100与潜油泵之间的环形腔体400，环形腔体400中具有多层环形板20，每个环形板20上装有5个围堰板30，液体流经上方的环形板20上的围堰板30，实现气液分离，每层环形板20周围的壳体106上装有可单向流动的单向气阀，当气体达到一定程度可打开，向油套环空600排气，通过上方的环形板20上的液体通孔201流入下方的环形板20，液体再次经过下方的环形板20上的5个围堰板30，再次实现气液分离，然后再流向位于下方的环形板20，最终达到潜油泵200的第二进液口300，经潜油泵200旋转产生负压，将低含气体的液体举升至
地面。部分固相颗粒沉积到第二碗状结构108处，当固相颗粒积累到一定程度，第二碗状结构108自动打开，将固相颗粒释放，防止固相颗粒堆积，阻塞潜油泵的第二进液口300。
94.以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。