一种适用于油气井开采的气举过滤装置的制作方法

1.本发明涉及气举采油技术领域，尤其涉及一种适用于油气井开采的气举过滤装置。


背景技术：

2.现有气举方式后端出气一般采用重力分离器或过滤分离器对气体气液分离，因气举时井筒中的液体产出量从几十升至几十立方每小时不等，现有分离器无法对瞬时气液分离，易造成液体和其他污染物进入集气管线，对后端工艺造成影响。如用采出气体回用至气举排气，一般采用气液分离和过滤分离结合的方式来满足api618标准，此配套工艺增加了投资成本，造成气举采气成本过高，投入产出比降低，无法满足规模化应用。
3.本发明针对气举工艺特性，采用新型气举净化装置，针对气举采气工况变化区间大，产出液量高的特殊工况，采用专用分离系统满足现场工况。气举排水采气技术是通过气举阀，从地面将高压气体注入停喷的井中，利用气体的能量逐级举升井筒中的液体并排出，使井恢复生产能力，气举一般分为连续气举和间歇气举，目前普遍采用连续气举方式。但是现有技术中利用重力分离器或过滤分离器在气举是对气体气液分离，特别是油气含量丰富的油井，现有设备的分离效率低下，极易对后端工艺造成影响。因此，急需一种能应对油气含量丰富的气举过滤装置来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种适用于油气井开采的气举过滤装置，以解决上述缺陷。
5.本发明通过下述技术方案实现：一种适用于油气井开采的气举过滤装置，包括生产套管、油管以及封隔器，在油管上段外壁上设有多个气举阀，封隔器将油管上段与生产套管之间的环空分隔成封闭的气举区域，多个注气管的下端置于气举区域内，还包括重力分离器、初级分离机构以及次级分离机构，油管上端与重力分离器的进液端连通，重力分离器上的两个出液端分别通过输出管线连接有初级分离机构；所述初级分离机构包括初级分离壳体，在初级分离壳体两个侧壁上分别设有与其内部连通的对接筒、缓冲筒，在初级分离壳体的上端设有第一输出管、第二输出管，在初级分离壳体的下端设有第三输出管，第一输出管与第二输出管分别与次级分离机构的进口连通，缓冲筒的一端封闭且另一端开放，对接筒一端与输出管线连通，对接筒的另一端置于缓冲筒的开放端内，在缓冲筒的外圆周壁上设有多个滤孔，沿缓冲筒的轴向在其内圆周壁上设有多个导向板，沿对接筒的轴向在其内圆周壁上设有多个与导向板同轴的导流环。
6.针对目前含油气量偏高的油气井，现有气举方式后端出气一般采用重力分离器或过滤分离器对气体气液分离进行分离工序，但是在气举时油管中的液体产出量从几十升至几十立方每小时不等，仅仅依靠传统分离设备的处理会导致分离效率低下，无法满足油气井的气液分离需求，并且容易造成液体和其他污染物进入集气管线，对后端的油气存储、炼
制等工序造成影响；对此，申请人设计出一种气举过滤装置，在油井内的气液从油管上端排出后，首先通过大型的重力分离器对排出井外的气液预先进行分离处理，经过预处理后的气液由重力分离器的两个出液端依次经过初级分离机构和次级分离机构，通过后续初级分离机构与次级分离机构的分离处理，最终由次级分离机构的两个出口分别排出实现完全分离的气体与液体；其中由于大型重力分离器预先完成对气液的分离，并且重力分离器内部的容积足够完成对油井外排的气液进行暂时存储，能够缓解在油气含量丰富的油井中气液的外溢压力，且通过两组初级分离机构与次级分离机构同步使用，能够快速将重力分离器中的气液进行多级分离处理，以确保完全分离后气液在后续处理工艺中正常进行。需要进一步地说明的是，油井中的气液是指由原油、水、气构成的混合流体，在重力分离器中的分离处理属于预处理，并未对流体进行完全分离，部分分离出的气体通过重力分离器的气排口移出且进行下一步工艺操作；而重力分离器中排出的流体依然属于含有原油、水以及大部分气体，后续则由初级分离机构与次级分离机构对该类流体进行初级分离、二级分离，确保最终由次级分离机构的两个出口排出的液相与气相实现完全分离。
7.本方案中，通过连续气举方式使得油井内的流体由油管上端进入至重力分离器中，而重力分离器中外排的流体经过初级分离机构时的具体操作如下：流体首先通过输出管线进入至对接筒中，对接筒内部设置的多个导流环能对流体的流速进行微调，由于对接筒的端部置于缓冲筒内，流体经过缓冲筒外壁上的滤孔进入到处理分离壳体内部，此时，气相与液相在初级分离壳体中进行初级分离工序，相对而言，重量较大的大部分液相下坠至处理分离壳体底部经第三输出管外排，而重量较轻的气相则直接由第一输出管以及第二输出管向次级分离机构中移动；需要说明的是，在初级分离壳体内部的分离工序，由于流体快速移动，向次级分离机构移动的气相中也会含有小部分的原油与水，即该部分的原油、水与气体混合组成新的流体在次级分离机构中进行二次分离，直至完全实现气相与液相的分离。
8.多个所述导流环的内径沿对接筒的轴线朝靠近缓冲筒的方向递增。作为优选，多个导流环的内径沿流体的正常移动方向递减，使得流体遇到缓冲筒的封闭端产生反向移动时速率降低，避免流速过快的反向移动流体进入至输出管线中后对流体的正常移动造成阻碍。
9.所述导向板呈优弧状，且所述导向板的劣弧缺口正对缓冲筒的正上方。进一步地，申请人优化设计了导向板的结构，即采用优弧状的导向板，且导向板的正向投影即为一个完整的圆环上开有一个劣弧状的缺口，而该缺口正对缓冲筒的上部，正是因为发明人利用缓冲筒的封闭端对流体的流动造成的相关影响，使得流体在缓冲筒的搅动幅度增大，此时在缓冲筒内的导向板的主要作用于导流板相同，而导向板的上方起到与导流板相同作用的部分缺失，使得缓冲筒的流体反向运动其上部区域与其下部区域中存在差异，即位于缓冲筒内上部区域的流体反向运动速度较快，且经缓冲筒封闭端反弹的流体会朝其上部区域中涌动，使得通过缓冲筒的滤孔中分离出的气体主要集中在缓冲筒上部，此时刚好由第一输出管与第二输出管将其输送至次级分离机构中，即实现了初级分离壳体内气液的快速分离。
10.所述次级分离机构包括柱状的气液分离壳体、扩散筒，气液分离壳体上端连接有排气管，气液分离壳体的下段侧壁上设有排液管；
在扩散筒上段外壁上设有环形的凸缘，扩散筒通过凸缘与气液分离壳体内部固定连接，在扩散筒上端面设有固定环，固定环中部设有一端开放且另一端封闭的导流筒，沿固定环的周向在其上端面上开有多个排气孔，在扩散筒的下段外壁开有多个与气液分离壳体内部连通的排液孔，在扩散筒的底部连接有外排管，外排管的下端贯穿气液分离壳体的侧壁后与第一输出管、第二输出管连通。进一步地，具体的二级分离工序如下：流体沿外排管竖直向上移动至导流筒中，导流筒的上端封闭，使得流体在竖直方向上的移动受到阻碍，反射后沿导流筒内壁下移至扩散筒内壁上，同时反射的液相沿扩散筒侧壁上的排液孔移动至气液分离壳体的底部，经排液管向外排出，而与液相分离的气相则沿固定板上的多个排气孔移动至气液分离壳体的顶部，经排气管向外排出。
11.在所述气液分离壳体的内壁中部设有隔板，隔板将气液分离壳体内部分割成分离腔与排液腔，在气液分离壳体内圆周壁上设有螺旋板，沿所述凸缘的周向在其上端面设有多个溢出孔，且每一个溢出孔的正向投影均映射在螺旋板的上表面；沿隔板的周向在其下表面上设有多个导流管，导流管的上端贯穿隔板后与分离腔连通。进一步地，在扩散筒外壁的凸缘上开有多个溢出孔，在气液分离壳体内壁上设有螺旋板，且每一个溢出孔的正向投影均映射在螺旋板的上表面，使得下移的液相在进入排液腔底部时，直接与螺旋板的上表面接触，液相利用螺旋板的旋向产生旋流，同时液相在与螺旋板发生碰撞时也能实现部分残留气相与液相的分离，分离出的气相经溢出孔移动至气液分离壳体的顶部。
12.还包括溢流管，所述溢流管固定在气液分离壳体外壁上且与排液腔的上段连通，所述导流管的下端距排液腔的底部留有间距。进一步地，分离腔中液相经隔板以及导流管的缓冲调整后，能够以一个适中的速度进入至排液腔内，经过原油与水的分层，使得原油置于排液腔上部，而水置于排液腔下部，即排液管用于对水的外排，而溢流管则用于对原油的外排，继而增大整个系统的分离效率。
13.还包括调节壳体、闸板，所述调节壳体的两侧壁分别与输出管线、对接筒连通，闸板活动贯穿调节壳体上端面后置于其内部，在闸板中部设有闸孔，且闸板的两侧壁分别和输出管线与对接筒相对的端部接触；在调节壳体底部设有控制阀，在调节壳体的侧壁上竖直固定有液压缸，液压缸的输出端与闸板上端连接。进一步地，利用液压缸在竖直方向上调节闸板的高度，以控制通过闸孔的气液流量，在调整时，部分气液会沿闸板与对接筒、输出管线之间间隙溢出，而闸板以及对接筒的端部、输出管线的输出端均置于封闭的调节壳体内，能有效避免气液向外界溢出，同时调节壳体内部具备一定的存储空间，能对因调节而从对接筒或是输出管线溢出的气液进行存储收集，最后经调节壳体底部的控制阀向外排出。
14.所述对接筒的外径小于缓冲筒的内径。作为优选，对接筒的外径小于缓冲筒的内径，使得对接筒端部外壁与缓冲筒内壁之间留有环空，其中，该环空区域的大小并不会引起气液的大规模外溢，以供缓冲筒内的气液逸散至初级分离壳体内部，同时起到对缓冲筒内部以及对接筒内部泄压的目的，避免缓冲筒内气液输入量大于其外排量。
15.在所述第三输出管内设有开关阀。作为优选，第三输出管内设有开关阀，开关阀选用电磁阀，能实时调整初级分离机构进入至次级分离机构中的气液流量，以确保各分离机构能以最合适的工作负载进行分离工序。
16.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本发明经过预处理后的气液由重力分离器的两个出液端依次经过初级分离机
构和次级分离机构，通过后续初级分离机构与次级分离机构的分离处理，最终由次级分离机构的两个出口分别排出实现完全分离的气体与液体；由于大型重力分离器预先完成对气液的分离，并且重力分离器内部的容积足够完成对油井外排的气液进行暂时存储，能够缓解在油气含量丰富的油井中气液的外溢压力，且通过两组初级分离机构与次级分离机构同步使用，能够快速将重力分离器中的气液进行多级分离处理，以确保完全分离后气液在后续处理工艺中正常进行；2、本发明在缓冲筒内的导向板的主要作用于导流板相同，而导向板的上方起到与导流板相同作用的部分缺失，使得缓冲筒的流体反向运动其上部区域与其下部区域中存在差异，即位于缓冲筒内上部区域的流体反向运动速度较快，且经缓冲筒封闭端反弹的流体会朝其上部区域中涌动，使得通过缓冲筒的滤孔中分离出的气体主要集中在缓冲筒上部，此时刚好由第一输出管与第二输出管将其输送至次级分离机构中，即实现了初级分离壳体内气液的快速分离；3、本发明中分离腔中液相经隔板以及导流管的缓冲调整后，能够以一个适中的速度进入至排液腔内，经过原油与水的分层，使得原油置于排液腔上部，而水置于排液腔下部，即排液管用于对水的外排，而溢流管则用于对原油的外排，继而增大整个系统的分离效率。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明的结构示意图；图2为初级分离机构的结构示意图；图3为图2的纵向剖视图；图4为次级分离机构的结构示意图；图5为导向板的结构示意图。
18.附图标记所代表的为：1-油气井，2-生产套管，3-气举阀，4-次级分离机构，41-排气管，42-固定环，43-溢出孔，44-排液孔，45-外排管，46-导流筒，47-排气孔，48-扩散筒，49-螺旋板，410-隔板，411-导流管，412-溢流管，413-气液分离壳体，414-排液管，5-初级分离壳体，51-第一输出管，52-第二输出管，53-第三输出管，54-对接筒，55-导流环，56-缓冲筒，57-滤孔，58-导向板，59-开关阀，6-调节壳体，61-闸孔，62-闸板，63-控制阀，7-输出管线，8-注气管，9-油管，10-重力分离器。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。需要说明的是，本发明已经处于实际研发使用阶段。
20.实施例1如图1至5所示，本实施例包括生产套管2、油管9以及封隔器，在油管9上段外壁上设有多个气举阀3，封隔器将油管9上段与生产套管2之间的环空分隔成封闭的气举区域，多
个注气管8的下端置于气举区域内，还包括重力分离器10、初级分离机构以及次级分离机构4，油管9上端与重力分离器10的进液端连通，重力分离器10上的两个出液端分别通过输出管线7连接有初级分离机构；所述初级分离机构包括初级分离壳体5，在初级分离壳体5两个侧壁上分别设有与其内部连通的对接筒54、缓冲筒56，在初级分离壳体5的上端设有第一输出管51、第二输出管52，在初级分离壳体5的下端设有第三输出管53，第一输出管51与第二输出管52分别与次级分离机构4的进口连通，缓冲筒56的一端封闭且另一端开放，对接筒54一端与输出管线7连通，对接筒54的另一端置于缓冲筒56的开放端内，在缓冲筒56的外圆周壁上设有多个滤孔57，沿缓冲筒56的轴向在其内圆周壁上设有多个导向板58，沿对接筒54的轴向在其内圆周壁上设有多个与导向板58同轴的导流环55。
21.本实施例中，通过连续气举方式使得油井内的流体由油管9上端进入至重力分离器10中，而重力分离器10中外排的流体经过初级分离机构时的具体操作如下：流体首先通过输出管线7进入至对接筒54中，对接筒54内部设置的多个导流环55能对流体的流速进行微调，由于对接筒54的端部置于缓冲筒56内，流体经过缓冲筒56外壁上的滤孔57进入到处理分离壳体内部，此时，气相与液相在初级分离壳体5中进行初级分离工序，相对而言，重量较大的大部分液相下坠至处理分离壳体底部经第三输出管53外排，而重量较轻的气相则直接由第一输出管51以及第二输出管52向次级分离机构4中移动；需要说明的是，在初级分离壳体5内部的分离工序，由于流体快速移动，向次级分离机构4移动的气相中也会含有小部分的原油与水，即该部分的原油、水与气体混合组成新的流体在次级分离机构4中进行二次分离，直至完全实现气相与液相的分离。
22.其中，流体在高速移动至缓冲筒56中时，缓冲筒56的一端开放且另一端封闭，使得流体在遇到缓冲筒56的封闭端时，一部分流体会沿缓冲筒56的径向通过多个滤孔57向初级分离壳体5内辐射扩散，而主体部分的流体则沿缓冲筒56以及对接筒54朝流体的反方向移动，此时缓冲筒56与对接筒54的流体运动包括两个状态，其一为沿正常的流动方向移动，其二为通过缓冲筒56封闭端的阻碍后沿正常流动方向的反方向移动，除去流体在输出管线7中出现的局部移动和反向移动的混合运动，对接筒54与缓冲筒56中则是进行该类混合运动的主要区域；与传统的管路传输相比，本发明利用流体的混合运动，增加了流体在管路中的搅动幅度，同时在对接筒54内壁设置多个导流环55，在缓冲筒56内设置多个导向板58，在保证流体在沿流动方向正常通过对接筒54以及多个导流环55的前提下，导流环55以及导向板58的设置能在最大程度上降低流体反向移动至输出管线7内的几率，并且通过混合运动，能快速实现气相与液相在缓冲筒56以及初级分离壳体5中的分离，以降低次级分离机构4的工作负荷。
23.作为优选，多个导流环55的内径沿流体的正常移动方向递减，使得流体遇到缓冲筒56的封闭端产生反向移动时速率降低，避免流速过快的反向移动流体进入至输出管线7中后对流体的正常移动造成阻碍。
24.本实施例中优化设计了导向板58的结构，即采用优弧状的导向板58，且导向板58的正向投影即为一个完整的圆环上开有一个劣弧状的缺口，而该缺口正对缓冲筒56的上部，正是因为发明人利用缓冲筒56的封闭端对流体的流动造成的相关影响，使得流体在缓冲筒56的搅动幅度增大，此时在缓冲筒56内的导向板58的主要作用于导流板相同，而导向
板58的上方起到与导流板相同作用的部分缺失，使得缓冲筒56的流体反向运动其上部区域与其下部区域中存在差异，即位于缓冲筒56内上部区域的流体反向运动速度较快，且经缓冲筒56封闭端反弹的流体会朝其上部区域中涌动，使得通过缓冲筒56的滤孔57中分离出的气体主要集中在缓冲筒56上部，此时刚好由第一输出管51与第二输出管52将其输送至次级分离机构4中，即实现了初级分离壳体5内气液的快速分离。
25.作为优选，对接筒54的外径小于缓冲筒56的内径，使得对接筒54端部外壁与缓冲筒56内壁之间留有环空，其中，该环空区域的大小并不会引起气液的大规模外溢，以供缓冲筒56内的气液逸散至初级分离壳体5内部，同时起到对缓冲筒56内部以及对接筒54内部泄压的目的，避免缓冲筒56内气液输入量大于其外排量。
26.作为优选，第三输出管53内设有开关阀59，开关阀59选用电磁阀，能实时调整初级分离机构进入至次级分离机构4中的气液流量，以确保各分离机构能以最合适的工作负载进行分离工序。
27.实施例1如图1至5所示，本实施例在实施例1的基础之上，与初级分离机构配合的次级分离机构4，包括柱状的气液分离壳体413、扩散筒48，气液分离壳体413上端连接有排气管41，气液分离壳体413的下段侧壁上设有排液管414；在扩散筒48上段外壁上设有环形的凸缘，扩散筒48通过凸缘与气液分离壳体413内部固定连接，在扩散筒48上端面设有固定环42，固定环42中部设有一端开放且另一端封闭的导流筒46，沿固定环42的周向在其上端面上开有多个排气孔47，在扩散筒48的下段外壁开有多个与气液分离壳体413内部连通的排液孔44，在扩散筒48的底部连接有外排管45，外排管45的下端贯穿气液分离壳体413的侧壁后与第一输出管51、第二输出管52连通。
28.次级分离机构4作为本实施例中分离工艺的末端分离设备，包括柱状的气液分离壳体413以及置于气液分离壳体413内部且起到核心分离功能的扩散筒48，其中进入至气液分离壳体413内部的流体构成主要包括气相以及部分的原油与水，该类流体通过外排管45进入至扩散筒48中；具体的二级分离工序如下：流体沿外排管45竖直向上移动至导流筒46中，导流筒46的上端封闭，使得流体在竖直方向上的移动受到阻碍，反射后沿导流筒46内壁下移至扩散筒48内壁上，同时反射的液相沿扩散筒48侧壁上的排液孔44移动至气液分离壳体413的底部，经排液管414向外排出，而与液相分离的气相则沿固定板上的多个排气孔47移动至气液分离壳体413的顶部，经排气管41向外排出；其中导流筒46的设置能增加单位体积的气液在扩散筒48中的流动时间，且导流筒46下端的内径沿竖直方向朝下递增，能确保反射的流体与由外排管45中新进的流体交错开，且利用质量相对较大的液相会因重力作用而下移来实现气液的分离，继而保证气液分离壳体413中气相由其上端的排气管41进行收集，而液相则由位于其下端的排液管414收集。
29.在本实施例中，在所述气液分离壳体413的内壁中部设有隔板410，隔板410将气液分离壳体413内部分割成分离腔与排液腔，在气液分离壳体413内圆周壁上设有螺旋板49，沿所述凸缘的周向在其上端面设有多个溢出孔43，且每一个溢出孔43的正向投影均映射在螺旋板49的上表面；沿隔板410的周向在其下表面上设有多个导流管411，导流管411的上端贯穿隔板410后与分离腔连通。
30.在由排液孔44中流出的液相中容易因外排管45内流体流速以及流量而受到影响，导致下移至气液分离壳体413中下部中的液相中夹杂少部分的气相，为避免在气液分离壳体413中下部中的气压不断增大，本技术方案在扩散筒48外壁的凸缘上开有多个溢出孔43，在气液分离壳体413内壁上设有螺旋板49，且每一个溢出孔43的正向投影均映射在螺旋板49的上表面，使得下移的液相在进入排液腔底部时，直接与螺旋板49的上表面接触，液相利用螺旋板49的旋向产生旋流，同时液相在与螺旋板49发生碰撞时也能实现部分残留气相与液相的分离，分离出的气相经溢出孔43移动至气液分离壳体413的顶部。
31.其中，在隔板410下方设置有多个导流管411，导流管411能将下移的液相输送到排液腔中部，然后利用其重力再移动至排液腔底部，多个导流管411沿隔板410的周向设置，且在隔板410中部并未设置有导流管411，即经过螺旋板49产生的旋流经多个导流管411后，其运动状态会快速减缓，避免液相在排液腔中形成过大的搅动幅度而影响液相的外排。
32.需要说明的是，本实施例还包括溢流管412，所述溢流管412固定在气液分离壳体413外壁上且与排液腔的上段连通，所述导流管411的下端距排液腔的底部留有间距。导流管411的下端距排液腔的底部留有间距，该间距为排液腔竖直高度的一半以下，并且导流管411能将下移的液相输送到排液腔中部，然后利用其重力再移动至排液腔底部，上述设置是因为在液相中含有原油与水，两者的密度不一样，若液相直接冲击排液腔底部，会在排液腔底部产生涡流，不利于两者的单独收集；分离腔中液相经隔板410以及导流管411的缓冲调整后，能够以一个适中的速度进入至排液腔内，经过原油与水的分层，使得原油置于排液腔上部，而水置于排液腔下部，即排液管414用于对水的外排，而溢流管412则用于对原油的外排，继而增大整个系统的分离效率。
33.实施例3如图1至5所示，本实施例还包括调节壳体6、闸板62，所述调节壳体6的两侧壁分别与输出管线7、对接筒54连通，闸板62活动贯穿调节壳体6上端面后置于其内部，在闸板62中部设有闸孔61，且闸板62的两侧壁分别和输出管线7与对接筒54相对的端部接触；在调节壳体6底部设有控制阀63，在调节壳体6的侧壁上竖直固定有液压缸，液压缸的输出端与闸板62上端连接。
34.通过确定油井内油气含量，可以对输出管线7中移动的气液在单位时间内通过的流量进行灵活调节，以确保后续的初级分离以及次级分离工序能在其最大工作负载之下进行分离操作；具体使用时，利用液压缸在竖直方向上调节闸板62的高度，以控制通过闸孔61的气液流量，在调整时，部分气液会沿闸板62与对接筒54、输出管线7之间间隙溢出，而闸板62以及对接筒54的端部、输出管线7的输出端均置于封闭的调节壳体6内，能有效避免气液向外界溢出，同时调节壳体6内部具备一定的存储空间，能对因调节而从对接筒54或是输出管线7溢出的气液进行存储收集，最后经调节壳体6底部的控制阀63向外排出。
35.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。