一种气井泡排作业的气液分离装置、系统及方法与流程

1.本发明涉及气井排液采气技术领域，特别地涉及一种气井泡排作业的气液分离装置、系统及方法。


背景技术：

2.泡排是气井积液常用的排液采气措施之一，在泡排生产过程中，通常会出现以下几种情况：
3.1、泡排剂浓度不合理，导致井筒排液效果不理想，井筒压差过大，难以复产；
4.2、泡排过程中产出液存在段塞流效应，地面泡排剂加注为均匀加入，但泡排剂与产出液存在混合不均、比例不均等问题，导致消泡存在问题。
5.目前主要从加注消泡剂的物化装置上做优化，但仍难以解决根本问题；必须改善分离器前段塞流状态，才更有利于提高消泡效果。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术中存在的未能改善产出液段塞流状态而导致消泡效果不理想的问题，本技术提出了一种气井泡排作业的气液分离装置、系统及方法。
7.第一方面，本发明提出了一种气井泡排作业的气液分离装置，包括：
8.下分离管，其水平设置，一端为连通气井产出管路的输入端，所述下分离管的输入端处设置有用于加注消泡剂的加注口；
9.上分离管，平行于所述下分离管且位于所述下分离管的上方；
10.其中，所述下分离管的输入端处设置有连通所述上分离管的第一分离管，所述第一分离管在所述下分离管上的连接处位于所述加注口之后。
11.在一个实施方式中，所述第一分离管倾斜设置，其倾斜方向为沿所述下分离管中产出气的流动方向斜向上。
12.在一个实施方式中，所述上分离管与所述第一分离管的管径均小于所述下分离管的管径。
13.在一个实施方式中，所述下分离管上还设置有至少一个连通所述上分离管的分离结构，所述分离结构包括连通所述下分离管与所述上分离管的第二分离管。
14.在一个实施方式中，所述第二分离管倾斜设置，且其倾斜方向为沿所述下分离管中产出气的流动方向斜向上。
15.在一个实施方式中，所述分离结构还包括多个由所述第二分离管延伸出至连通所述下分离管的分离支管，所述分离支管位于所述第二分离管与所述下分离管之间的锐角对应的区域。
16.在一个实施方式中，所述下分离管输出端处设置有连通所述上分离管的第三分离管，所述第三分离管倾斜设置，且其倾斜方向为沿所述上分离管中产出气的流动方向斜向下。
17.在一个实施方式中，所述下分离管输入端的内部对应所述加注口处以及其输出端的内部均设置有混合器。
18.第二方面，本发明提出了一种气井泡排作业的气液分离系统，包括上述的气液分离装置；以及
19.主分离器，其具有两个输入口与两个输出口，所述两个输入口分别连接所述气液分离装置的上下分离管的输出端，所述两个输出口分别连接气体外输管路与储液罐。
20.第三方面，本发明提出了一种气井泡排作业的气液分离方法，应用于上述的分离系统，所述方法包括以下步骤：
21.s1、打开气液分离装置的下分离管中的混合器，气井产出管路的产出混合流体进入所述下分离管；
22.s2、由所述下分离管上的加注口向所述下分离管中加入消泡剂；
23.s3、产出混合流体中的气相经气液分离装置的上分离管输入至主分离器、液相经所述下分离管输入至主分离器；
24.s4、所述主分离器分别对所述气相与液相进行进一步分离；
25.s5、进一步分离后的气相与液相分别输出至气体外输管路与储液罐。
26.上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
27.本发明提供的一种气井泡排作业的气液分离装置、系统及方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
28.(1)采用气液分离装置改善段塞流效应，有效降低因气液段塞流状态引起的消泡剂和产出液混合不均的问题，减少消泡剂用量。
29.(2)气液分离装置具有气液初步分离功能，提高系统气液分离效果，减少应消泡效果不佳引起携带液体进入管网的问题。
30.(3)气液分离装置整体采用管道式几首，不涉及压力容器，对地面投资影响小，有利于推广应用。
附图说明
31.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
32.图1显示了本发明的气液分离装置的结构示意图；
33.图2显示了本发明的气液分离系统的结构示意图。
34.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
35.附图标记：
36.1-套管，2-油管，3-井口采油树，4-气液分离装置，41-下分离管，411-输入端，412-加注口，413-输出端，414-混合器，42-上分离管，43-第一分离管，44-第二分离管，45-分离支管，46-第三分离管，5-液相输出管路，6-气相输出管路，7-主分离器，8气体外输管路，9-储液罐。
具体实施方式
37.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
38.实施例1
39.本发明的实施例提供了一种气井泡排作业的气液分离装置，包括：
40.下分离管41，其水平设置，一端为连通气井产出管路的输入端411，下分离管41的输入端411处设置有用于加注消泡剂的加注口412；
41.上分离管42，平行于下分离管41且位于下分离管41的上方；
42.其中，下分离管41的输入端411处设置有连通上分离管42的第一分离管43，第一分离管43在下分离管41上的连接处位于加注口412之后。
43.具体地，现有技术中，气井产出管路产出的气液混合流体输出时，需要向气液混合流体中加入消泡剂以消除气液混合流体中的泡沫。但由于气液混合流体通常具有段塞流现象，消泡剂并不能很好的与气液混合流体中的液相进行混合，导致消泡效果不佳。常规手段为了保证消泡效果，需要增大消泡剂的加注量，以弥补消泡剂混合不均的缺陷。消泡剂用量的增加不仅增加了生产成本，同时也导致后续产出液的消泡剂含量过高，加重产出液废水处理环节的负担。
44.本发明提出的气液分离装置4主要用于对气液混合流体进行预分离，减轻后续主分离器7的分离负担，并改善段塞流现象，以提高消泡剂的混合效果。如附图图1所示，本实施例的气液分离装置4主要包括上下平行设置的上分离管42与下分离管41，下分离管41的输入端411连接气井产出管路，气井产出的气液混合流体通过下分离管41进入气液分离装置4。气液混合流体进入至下分离管41时，通过下分离管41输入端411的加注口412向气液混合流体加注消泡剂，此时气液混合流体中存在段塞流现象，消泡剂的混合效果不理想。紧接着，气液混合流体流过加注口412并至第一分离管43处，由于气液混合流体中的气相轻而液相重，所以气相通过第一分离管43向上进入上分离管42中，故而大大改善了气液混合流体中的段塞流现象，同时也对气液混合流体进行了气相与液相的预分离，可以加强气液混合流体最终的分离效果。
45.需要说明的是，下分离管41可能存在部分残留的气体，但该部分残留气体也不足以形成段塞流、气塞，下分离管41中的液相基本能够连续为整体，提高了消泡剂的混合效果。
46.此外，需要对进入气液分离装置4的气液混合流体的总流量进行控制，需要保证气液混合流体不会充满整个下分离管41与上分离管42，需要使上分离管42为气液分开后的气相提供单独的流通空间。优选地，控制气液混合流体的总流量至分离后的液相仅充满下分离管41。
47.优选地，第一分离管43倾斜设置，其倾斜方向为沿下分离管41中产出气的流动方向斜向上。
48.具体地，由于气液混合流体具有一定的流速，为了提高气液混合流体的在第一分离管43处的分离效果，需要对气体进行引导，故第一分离管43沿下分离管41中产出气的流动方向斜向上的倾斜设置方式，就是起到对于气体进入上分离管42的引导作用。
49.优选地，上分离管42与第一分离管43的管径均小于下分离管41的管径。
50.具体地，气液混合流体分别进入下分离管41与上分离管42时，由于流通面积的增大，流体整体流速下降。为了进一步保证降低下分离管41中的流体流速，需要保证下分离管41的管径大于上分离管42与第一分离管43的管径，这样降低流速有利于液相与消泡剂的充
分混合。
51.进一步地，下分离管41输出端413处设置有连通上分离管42的第三分离管46，第三分离管46倾斜设置，且其倾斜方向为沿上分离管41中产出气的流动方向斜向下。
52.具体地，如附图图1所示，气相在进入上分离管42时，不可避免地会携带部分液相，进而进入上分离管42的液相会在重力作用下在上分离管42中的下部流通。故设置第三分离管46，用于将进入上分离管42的液相重新导入至下分离管41中，保证气液分离效果。
53.此外，其倾斜设置的原理与第一分离管43的相同，即用于引导上分离管42中的液相进入下分离管41。
54.进一步地，下分离管41输入端411的内部对应加注口412处以及其输出端413的内部均设置有混合器414。
55.具体地，如附图图1所示，混合器414用于在进一步使气液混合流体的液相与消泡剂的充分混合。
56.实施例2
57.本发明的实施例提供了一种气井泡排作业的气液分离装置，包括：
58.下分离管41，其水平设置，一端为连通气井产出管路的输入端411，下分离管41的输入端411处设置有用于加注消泡剂的加注口412；
59.上分离管42，平行于下分离管41且位于下分离管41的上方；
60.其中，下分离管41的输入端411处设置有连通上分离管42的第一分离管43，第一分离管43在下分离管41上的连接处位于加注口412之后。
61.具体地，现有技术中，气井产出管路产出的气液混合流体输出时，需要向气液混合流体中加入消泡剂以消除气液混合流体中的泡沫。但由于气液混合流体通常具有段塞流现象，消泡剂并不能很好的与气液混合流体中的液相进行混合，导致消泡效果不佳。常规手段为了保证消泡效果，需要增大消泡剂的加注量，以弥补消泡剂混合不均的缺陷。消泡剂用量的增加不仅增加了生产成本，同时也导致后续产出液的消泡剂含量过高，加重产出液废水处理环节的负担。
62.本发明提出的气液分离装置4主要用于对气液混合流体进行预分离，减轻后续主分离器7的分离负担，并改善段塞流现象，以提高消泡剂的混合效果。如附图图1所示，本实施例的气液分离装置4主要包括上下平行设置的上分离管42与下分离管41，下分离管41的输入端411连接气井产出管路，气井产出的气液混合流体通过下分离管41进入气液分离装置4。气液混合流体进入至下分离管41时，通过下分离管41输入端411的加注口412向气液混合流体加注消泡剂，此时气液混合流体中存在段塞流现象，消泡剂的混合效果不理想。紧接着，气液混合流体流过加注口412并至第一分离管43处，由于气液混合流体中的气相轻而液相重，所以气相通过第一分离管43向上进入上分离管42中，故而大大改善了气液混合流体中的段塞流现象，同时也对气液混合流体进行了气相与液相的预分离，可以加强气液混合流体最终的分离效果。
63.需要说明的是，下分离管41可能存在部分残留的气体，但该部分残留气体也不足以形成段塞流、气塞，下分离管41中的液相基本能够连续为整体，提高了消泡剂的混合效果。
64.此外，需要对进入气液分离装置4的气液混合流体的总流量进行控制，需要保证气
液混合流体不会充满整个下分离管41与上分离管42，需要使上分离管42为气液分开后的气相提供单独的流通空间。优选地，控制气液混合流体的总流量至分离后的液相仅充满下分离管41。
65.优选地，第一分离管43倾斜设置，其倾斜方向为沿下分离管41中产出气的流动方向斜向上。
66.具体地，由于气液混合流体具有一定的流速，为了提高气液混合流体的在第一分离管43处的分离效果，需要对气体进行引导，故第一分离管43沿下分离管41中产出气的流动方向斜向上的倾斜设置方式，就是起到对于气体进入上分离管42的引导作用。
67.优选地，上分离管42与第一分离管43的管径均小于下分离管41的管径。
68.具体地，气液混合流体分别进入下分离管41与上分离管42时，由于流通面积的增大，流体整体流速下降。为了进一步保证降低下分离管41中的流体流速，需要保证下分离管41的管径大于上分离管42与第一分离管43的管径，这样降低流速有利于液相与消泡剂的充分混合。
69.进一步地，下分离管41输出端413处设置有连通上分离管42的第三分离管46，第三分离管46倾斜设置，且其倾斜方向为沿上分离管41中产出气的流动方向斜向下。
70.具体地，如附图图1所示，气相在进入上分离管42时，不可避免地会携带部分液相，进而进入上分离管42的液相会在重力作用下在上分离管42中的下部流通。故设置第三分离管46，用于将进入上分离管42的液相重新导入至下分离管41中，保证气液分离效果。
71.此外，其倾斜设置的原理与第一分离管43的相同，即用于引导上分离管42中的液相进入下分离管41。
72.进一步地，下分离管41输入端411的内部对应加注口412处以及其输出端413的内部均设置有混合器414。
73.具体地，如附图图1所示，混合器414用于在进一步使气液混合流体的液相与消泡剂的充分混合。
74.进一步地，下分离管41上还设置有至少一个连通上分离管42的分离结构，分离结构包括连通下分离管41与上分离管42的第二分离管44；第二分离管44倾斜设置，且其倾斜方向为沿下分离管41中产出气的流动方向斜向上。
75.具体地，如附图图1所示，第二分离管44用于在第一分离管43的技术上进一步对混合流体中的气相进行分离，其原理与第一分离管43的原理相同，也是基于气液混合流体中的气相轻而液相重，气体会自发地向上方流动。进而设置第二分离管44，就能够进一步时气相向上进入上分离管42。
76.进一步的，分离结构可以沿下分离管41中地流体的流动方向设置多个，因为流体具有一定流速，而单个的第二分离管44多对应的流通区域有限，气相可能来不及完全进入第二分离管44，因此会有气相残留在下分离管41中。故设置多个分离结构，其中的多个第二分离管44可以分次逐级分离残留的气相，以此提高气液分离效果。而对于分离结构整体来说，其也是用于对经第一分离管43分离后的残留气相进行进一步分离。
77.第二分离管44同样倾斜设置，倾斜方向与第一分离管43的相同，其作用也相同，即起到对于气体进入上分离管42的引导作用。此外，为了提高气相分离的效果，提高气相流通面积，第二分离管44的管径设置为大于第一分离管43的管径；优选地，第二分离管44的管径
等于下分离管41的管径。
78.进一步地，分离结构还包括多个由第二分离管44延伸出至连通下分离管41的分离支管45，分离支管45位于第二分离管44与下分离管41之间的锐角对应的区域。
79.具体地，如附图图1所示，分离结构由第二分离管44与多个分离支管45组成，气相在通过第二分离管44进入上分离管42时，可能会携带部分液相一起流动。因此，在将第二分离管44设置为倾斜的前提下，这部分液相会在重力作用下聚集在第二分离管44下方的槽壁上。故通过设置分离支管45，使分离支管45连通第二分离管44与下分离管41，形成回流通路，使第二分离管44中的液相能够回流回下分离管41，进一步提高气液分离的整体效果。
80.实施例3
81.本发明的实施例提供了一种气井泡排作业的气液分离系统，包括上述的气液分离装置4；以及
82.主分离器7，其具有两个输入口与两个输出口，两个输入口分别连接气液分离装置4的上下分离管41的输出端413，两个输出口分别连接气体外输管路8与储液罐9。
83.具体地，如附图图2所示，气液分离系统对气井设置，气井的套管1中设置有油管2，油管2顶部管口连接有井口采油树3，井口采油树3通过气井产出管路连接气液分离装置4。
84.气液分离系统主要包括气液分离装置4与主分离器7，气液分离装置4主要是用作改善混合流体的段塞流现象，同时对混合流体进行预分离。预分离的效果有限，预分离后的气相与液相必须分别经过气相输出管路6与液相输出管路5进入主分离器7，并分别进行进一步分离，以保证分离效果。经过主分离器7分离后的气相与液相分别通过主分离器7的两个输出口输出至气体外输管路8与储液罐9。
85.实施例4
86.本发明的实施例提供了一种气井泡排作业的气液分离方法，应用于上述的分离系统，该方法包括以下步骤：
87.s1、打开气液分离装置4的下分离管41中的混合器414，气井产出管路的产出混合流体进入下分离管41；
88.s2、由下分离管41上的加注口412向下分离管41中加入消泡剂；
89.s3、产出混合流体中的气相经气液分离装置4的上分离管42输入至主分离器7、液相经下分离管41输入至主分离器7；
90.s4、主分离器7分别对气相与液相进行进一步分离；
91.s5、进一步分离后的气相与液相分别输出至气体外输管路8与储液罐9。
92.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
93.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在
其他所述实施例中。