專利名稱：一種氣井排液用井下霧化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種在天然氣井中使用的井底積液霧化工具，具體地說，是一種氣井中使用的排液井下霧化器。
背景技術(shù)：
在天然氣開采中，隨著氣藏壓力下降以及邊水、底水的錐進，產(chǎn)出水或凝析液不能隨天然氣自噴出井筒，滯留在井底形成積液柱，對氣藏造成額外的靜水回壓，導致氣井自噴能量持續(xù)下降，甚至導致氣井被壓死而停產(chǎn)，特別是在氣井開發(fā)的中后期，嚴重影響氣井開發(fā)效率以及氣井采收率。常規(guī)氣井排液工藝包括柱塞氣舉氣井排液工藝、優(yōu)選管柱氣井排液工藝、泡沫氣井排液工藝、機抽氣井排液工藝、電潛泵氣井排液工藝等。還有渦輪泵氣井排液工藝、同心毛細管技術(shù)、加速管、天然氣連續(xù)循環(huán)采氣工藝、組合氣井排液工藝技術(shù)、超聲波氣井排液
坐寸o泡沫氣井排液的過程簡單，易操作，主要針對那些產(chǎn)量不高的中小型氣井。但泡沫排水，存在很大的局限性，它一般受井深、井溫、日產(chǎn)液量及產(chǎn)層水質(zhì)的礦化度等多種條件的限制。當連續(xù)加入時，不僅需要地面設備，也需要相當量的藥品。同心毛細管管柱技術(shù)應用后，使注入化學藥品更加方便，高效，通過管柱注入化學劑，可以使氣井產(chǎn)出水泡沫化，從而達到輔助氣井氣井排液的效果，但其也存在局限性，毛細管管柱的初始費用，介于柱塞氣舉與加速管之間，另外由于應用化學劑，操作費用會增加；此外，毛細管管柱，還經(jīng)常發(fā)生化學劑粘連毛細管管柱的問題。電潛泵排水采氣工藝的優(yōu)點是高效，操作管理方便，各種配件齊全，服務與維修方便，但最大問題在于要有充足的電源作保證，對于高氣液比的井，舉升效率低，經(jīng)常因為氣鎖，使泵發(fā)生故障。渦輪泵排水采氣工藝利用高速水力渦輪代替昂貴的潛油電機來驅(qū)動井下離心泵采油，具有可靠性高、調(diào)節(jié)容易、重量輕體積小、耐高溫和抗腐蝕等優(yōu)點，但需要地面動力。優(yōu)選管柱排水采氣工藝壓裂后需要換管柱，工藝實施簡單；但是壓力消耗高，對含水量有適應性，適用于積液較少的氣井，排水量有限制。氣舉(連續(xù)、間歇)氣井排液技術(shù)通過在油管加裝氣舉閥后，在地面將高壓天然氣、液氮、或其它氣體注入停產(chǎn)井中，利用注入氣體的能量打開氣舉閥，舉升井筒中的液體，降低氣井生產(chǎn)壓差，使井恢復生產(chǎn)能力。氣舉是目前油田應用最多的氣井排液方法。氣舉排水的適應性強，排量變化靈活，對于高氣液比，含沙及含腐蝕性介質(zhì)的井，氣舉較其它舉升方式更有效，缺點是施工需要有穩(wěn)定的氣源，且采用壓縮機增壓的地面設備一次性投資大。球塞氣舉排水采氣工藝是針對低壓油氣井在常規(guī)氣舉方式下普遍存在液體滑脫損失嚴重，舉升效率低這一生產(chǎn)難題提出的一種特殊的氣舉方式。它采用U型雙管柱(一注一采)，在注入氣流中投入氣舉球作為氣液相間的固體界面，實現(xiàn)了穩(wěn)定的段塞流，有效地防止液體回落，降低滑脫損失和注氣量，增大了采氣壓差；加之換小油管，改善了常規(guī)連續(xù)氣舉的兩相不穩(wěn)定性，在極低的地層壓力下能連續(xù)氣舉，提高舉升效率，最終提高氣井采收率。連續(xù)油管深井排水采氣技術(shù)間歇助排，費用高。機械抽油排水采氣目前最大的排水量70m3/d，最大泵深2000m。排量受泵掛深度限制，維修費用高，對于高氣液比井或出砂井，效率低。水力射流泵氣井排液技術(shù)是依據(jù)射流原理工作的，即高壓流體(動力液)通過一小尺寸縮徑端面時，其速度能增加，導致壓能降低，從而在端面周圍形成相對“負壓”區(qū)，產(chǎn)生抽吸作用，吸入的地層流體與動力液經(jīng)喉管混合，再經(jīng)擴散管擴散，逐步恢復壓能，完成混合液的輸送或舉升。排水量大，適用于含砂流體，投撈方便。適用于井底流壓不低于6. OMPa ;井下溫度小于120°C ;最大泵掛深度不超過3000m ;最大排液量低于300m3/d的水淹氣井復產(chǎn)。初期投資高，需要地面高壓設備、噴嘴容易壞。超聲波排水采氣屬于氣體動力學法的一種，目前處于實驗室研究階段。其利用超 聲波能量使液體形成微細霧滴，霧滴直徑與振動頻率及液體的物理參數(shù)有關(guān)，可以細小到幾十個微米的量級，極大降低液滴的臨界速度，霧化的液滴可在在非常小的氣流作用下自噴到井口。超聲波霧化排液系統(tǒng)主要包括超聲波發(fā)生器、超聲波霧化器、電源、線纜等部分，物理裝備復雜，而且需要電纜，不利于現(xiàn)場實施。超聲波排水采氣方法目前尚處于機理研究。因此，本領(lǐng)域急需一種在井下把積液霧化以徹底解決井底積液問題的霧化工具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在天然氣井中使用的、可安裝在油管上的井下積液霧化工具。油管中的氣液兩相來流，經(jīng)過該井下霧化器可以把大尺寸的液滴霧化為微小液滴，霧化后的微小液滴可以很容易的被氣流從井下攜帶到井口，徹底解決氣井積液問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種氣井排液用井下霧化器，其特征在于，該霧化器包括具有中心管的可懸掛接頭、外缸、容置腔、旋流氣液分離結(jié)構(gòu)、氣液分流結(jié)構(gòu)、霧化結(jié)構(gòu)、底座，所述的具有中心管的可懸掛接頭設置于所述的外缸的一端并與外缸連接，所述的底座設置于外缸的另一端并與外缸連接，所述的容置腔設置于所述的具有中心管的可懸掛接頭與所述的底座之間的外缸內(nèi)部，所述的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)設置于所述的容置腔靠近所述的底座的一端，所述氣液分流結(jié)構(gòu)設置于旋流氣液分離結(jié)構(gòu)內(nèi)部靠近底座的一端，所述的霧化結(jié)構(gòu)設置于所述的容置腔的另一端，通過該霧化器可以把氣井積液霧化，徹底解決井底積液問題。本發(fā)明的井下霧化器利用可懸掛接頭，通過扣連接的方式固定安裝在座封上，井下座封可以通過投撈的方式安裝在天然氣井油管的任意深度位置。油管中攜帶液體的天然氣流首先進入所述的井下霧化器的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)，液體聚集在所述的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁面上，并向上運動到霧化結(jié)構(gòu)。比液體密度較小的天然氣聚集在所述的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)中間，一部分氣流直接向上運動到所述的霧化結(jié)構(gòu)，一部分氣流直接向上運動到所述的霧化結(jié)構(gòu)。液體與兩股氣體同時進入到所述的霧化結(jié)構(gòu)中，液體在所述的霧化結(jié)構(gòu)內(nèi)部被高速的氣流霧化成微小尺寸的液滴。被霧化后的微小液滴通過具有中心管的可懸掛接頭，在油管中繼續(xù)向上運動，很容易被氣流攜帶到井口。
本發(fā)明的氣井排液用井下霧化器，其特征還在于，所述的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)由切向旋流入口、一級旋流體、二級旋流體組成，所述的切向旋流入口設置于一級旋流體的內(nèi)徑比較大的一端。本發(fā)明的氣井排液用井下霧化器，其特征還在于，所述的切向旋流入口為I個或I個以上，并呈對稱分布，所述的一級旋流體、二級旋流體各具有一個逐漸收縮的內(nèi)徑。油管中的氣液兩相來流由所述的切向旋流入口進入所述的井下霧化器，所述的切向旋流入口可以使攜帶液體的氣流在所述旋流氣液分離結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，氣液兩相流體可以在離心力的作用下，實現(xiàn)氣液分離，密 度大的液體聚集在所述的一級旋流體與二級旋流體的內(nèi)壁面，密度比液體小的氣體則聚集在所述的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)腔室的中間。所述的一級旋流體、二級旋流體的逐漸收縮的內(nèi)徑，可以加強所述的旋流氣液分離流場的旋流強度與離心力，從而提高氣液分離的效果。本發(fā)明的氣井排液用井下霧化器，其特征還在于，所述的氣液分流結(jié)構(gòu)由分流管、套管、流道組成。所述的氣體分流管具有中空的結(jié)構(gòu)，一端設置于所述的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)腔的中間，另一端通過所述的套管固定在所述的一級旋流體上，所述的氣體分流管中空的結(jié)構(gòu)與所述的流道連通。本發(fā)明的氣井排液用井下霧化器，其特征還在于，所述的套管設置在所述的一級旋流體與所述的分流管中間，通過扣連接或焊接的形式固定在所述的一級旋流體上，所述的分流管通過扣連接或焊接的方式固定在所述的套管上，這樣所述的分流管就通過所述的套管固定在了所述的一級旋流體上。本發(fā)明的氣井排液用井下霧化器，其特征還在于，所述的流道設置在所述的氣液旋流分離結(jié)構(gòu)的外壁上，由所述的氣液旋流分離結(jié)構(gòu)外壁面與外缸內(nèi)壁圍成，所述的流道一端與所述的氣液分流管連通，另一端與所述的霧化結(jié)構(gòu)連通，所述的流道一般多于I條，呈對稱形式分布。攜帶液體的天然氣流經(jīng)過所述的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)實現(xiàn)氣液分離后，密度高的液體沿著所述的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁面向前運動到霧化結(jié)構(gòu)，比液體密度小的氣體聚集中所述的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)的中間并分成兩部分，一部分氣體直接向前運動到所述的霧化結(jié)構(gòu)，一部分氣體會進入所述的分流管，并通過所述的流道到達所述的霧化結(jié)構(gòu)，這樣氣體由一股分流成兩股，從而實現(xiàn)了一部分氣體的分流。在本發(fā)明的氣井排液用井下霧化器中，其特征還在于，所述的霧化結(jié)構(gòu)由霧化噴嘴與霧化腔組成。在本發(fā)明的氣井排液用井下霧化器中，其特征還在于，所述的霧化噴嘴由主霧化噴嘴與副霧化噴嘴組成，所述的副霧化噴嘴直徑比主霧化噴嘴小，數(shù)量I個以上，一般呈對稱形式分布在主霧化噴嘴周圍。所述的主霧化噴嘴來流為來自所述的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)分離出來的液體與一部分氣體。液體在所述的主霧化噴嘴內(nèi)壁上形成環(huán)狀液膜，并經(jīng)過所述的主霧化噴嘴噴射到所述的霧化腔中。氣體在所述的主霧化噴嘴中間，經(jīng)過所述的主霧化噴嘴噴射進入所述的霧化腔中。噴射到所述霧化腔中的環(huán)狀液膜在噴射到所述霧化腔中的高速氣流的作用下被快速撕裂形成小液滴，并進一步霧化破碎成粒徑更小的液滴，霧化后的液滴尺寸遠遠小于進入霧化器前的液滴的尺寸。所述的副霧化噴嘴中為所述的分流管中分流出來的那部分氣體，經(jīng)過所述的副霧化噴嘴噴射到所述的霧化腔中，強化環(huán)狀液膜與液滴的霧化。在本發(fā)明的氣井排液用井下霧化器中，其特征還在于，所述的底座與所述的外缸之間為扣連接或者焊接，可以通過所述的底座來壓緊所述容置腔內(nèi)各部件。在本發(fā)明的氣井排液用井下霧化器中，其特征還在于，所述的可懸掛的接頭中間具有與所述的霧化腔相匹配的中心管，所述的可懸掛的接頭通過扣的形式與油管座封連接。氣井排液用霧化器可以霧化氣井中的積液，預防井底出現(xiàn)積液，徹底杜絕積液壓井和死井問題，延長天然氣井開采時間，提高氣藏開發(fā)效率和采收率。霧化器可以懸掛在油管座封上，以投撈的方式下入到油管某一位置，通過座封與油管密封，不改變現(xiàn)有管柱結(jié)構(gòu)，簡單可靠，不需要任何附加設備與動力，結(jié)構(gòu)簡單可靠，可操作性強，具有比其他氣井排液方法更好的應用前景。 具體優(yōu)點有(I)利用油管中氣流壓力做功，不需要額外動力?？扇菰S增大生產(chǎn)管柱的管徑，不用更換管柱，結(jié)構(gòu)與工藝簡單，成本低，可以大幅降低采氣成本。與連續(xù)泡排相比成本降低20 %，與氣舉相比成本下降28 %。(2)有效利用地層能量，提高單位壓降產(chǎn)量，與常規(guī)方法(泡排、氣舉)相比，單位壓降產(chǎn)量提高15%左右，日產(chǎn)氣量與總氣產(chǎn)量高，經(jīng)濟效益好。(3)能夠及時排水，隨產(chǎn)隨排，不會造成間歇減產(chǎn)、停產(chǎn)，不會造成頻繁關(guān)井，避免形成封閉氣，特別是在地層壓力接近衰竭壓力時，仍然可以生產(chǎn)，從而提高采收率，采用霧化式氣井排液工藝氣藏采收率可以提高I. 4%。


圖I :本發(fā)明氣井排液用井下霧化器的剖面圖；附圖標號I——可懸掛接頭2——外缸 3——底座4——容置腔5——氣液分離結(jié)構(gòu)51——切向入口 52——一級旋流體53——二級旋流體6——氣液分離結(jié)構(gòu)61——分流管 62——套管63——流道7——霧化結(jié)構(gòu)71——主霧化噴嘴72——副霧化噴嘴73——霧化腔
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。其中，本文中所述“上、下”是針對圖I所示的位置關(guān)系而言的。實施例I.在氣井生產(chǎn)初期、中期、后期，在底水或邊水比較嚴重的天然氣藏氣井生產(chǎn)時，氣井中都會出現(xiàn)井底積液。采用圖I所示的結(jié)構(gòu)，該氣井排液用井下霧化器包括可懸掛接頭I、外缸2、底座3、容置腔4、旋流氣液分離結(jié)構(gòu)5、切向旋流入口 51、一級旋流體52、二級旋流體53、氣液分離結(jié)構(gòu)6、分流管61、套管62、流道63、霧化結(jié)構(gòu)7、主霧化噴嘴71、副霧化噴嘴72、霧化腔73。在氣井生產(chǎn)時，油管中的液體以液滴形式分散在氣流中，當油管中的氣流中攜帶液體向上流動并經(jīng)過井下霧化器時，油管中的氣液兩相來流由切向旋流入口 51進入井下霧化器旋流氣液分離結(jié)構(gòu)5，在一級旋流體52與二級旋流體53作用下，液體在離心力的作用下聚集在旋流氣液分離結(jié)構(gòu)5的內(nèi)壁上，并以液膜的形式向上運動到主霧化噴嘴71。氣體在離心力的作用下聚集在旋流氣液分離結(jié)構(gòu)5的中間，其中一部分氣體向上運動到主霧化噴嘴71，另外一部分氣體則向下運動進入分流管61，并經(jīng)過流道63再向上運動進入副霧化噴嘴72。進入主霧化噴嘴71的液膜與進入主霧化噴嘴71氣體經(jīng)主霧化噴嘴加速噴射進入霧化腔73，液膜被高速運動的氣體撕裂霧化。另外被分流到副噴嘴72的氣體經(jīng)過副噴嘴72的高速噴射也進入霧化腔73，并噴射到霧化腔73中的液膜上，加速液膜的霧化。霧化后的微小液滴很容易被氣流攜帶到井口，防止氣井井底出現(xiàn)積液，從而有效解決天然氣井井底積液問題。在本實施例中，本發(fā)明的氣井排液用井下霧化器在使用時，上端通過可懸掛接頭2 懸掛在油管的座封上，與座封一起通過投撈的方式下到油管設計深度位置。
權(quán)利要求
1.一種氣井排液用井下霧化器，其特征在于，該霧化器包括具有中心管的可懸掛接頭、外缸、容置腔、旋流氣液分離結(jié)構(gòu)、氣體分流結(jié)構(gòu)、霧化結(jié)構(gòu)、底座，所述的具有中心管的可懸掛接頭設置于所述的外缸的一端并與外缸連接，所述的底座設置于外缸的另一端并與外缸連接，所述的容置腔設置于所述的具有中心管的可懸掛接頭與所述的底座之間的外缸內(nèi)部，所述的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)設置于所述的容置腔靠近所述的底座的一端，所述氣體分流結(jié)構(gòu)設置于旋流氣液分離結(jié)構(gòu)內(nèi)部靠近底座的一端，所述的霧化結(jié)構(gòu)設置于所述的容置腔的另一端，通過所述的霧化器可以把氣井積液霧化，徹底解決井底積液問題。
2.如權(quán)利要求I所述的氣井排液用井下霧化器，其特征在于，所述的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)由切向旋流入口、一級旋流體、二級旋流體組成，所述的切向旋流入口位于一級旋流體的內(nèi)徑比較大的一端。
3.如權(quán)利要求I所述的氣井排液用井下霧化器，其特征在于，所述的切向旋流入口為I個或I個以上，呈周向?qū)ΨQ分布。
4.如權(quán)利要求I所述的氣井排液用井下霧化器，其特征在于，所述的一級旋流體與所述的二級旋流體各有I個逐漸收縮的內(nèi)徑。
5.如權(quán)利要求I所述的氣井排液用井下霧化器，其特征在于，所述的氣體分流結(jié)構(gòu)由分流管、套管、流道組成。
6.如權(quán)利要求I所述的氣井排液用井下霧化器，其特征在于，所述的氣體分流管具有中空的結(jié)構(gòu)，一端設置于所述的旋流氣液分離結(jié)構(gòu)中間，一端通過所述的套管固定在所述的一級旋流體上，所述的氣體分流管的中空結(jié)構(gòu)與所述的流道連通。
7.如權(quán)利要求I所述的氣井排液用井下霧化器，其特征在于，所述的套管設置在所述的一級旋流體與所述的分流管中間，所述的套管與所述的一級旋流體為扣連接或者焊接，所述的套管與所述的分流管為扣連接或焊接。
8.如權(quán)利要求I所述的氣井排液用井下霧化器，其特征在于，所述的流道設置在所述的氣液旋流分離結(jié)構(gòu)的外壁上，由所述的氣液旋流分離結(jié)構(gòu)外壁面與外缸內(nèi)壁圍成，所述的流道一端與所述的分流管連通，另一端與所述的霧化結(jié)構(gòu)連通，所述的流道一般多于I條，呈對稱形式分布。
9.如權(quán)利要求I所述的氣井排液用井下霧化器，其特征在于，所述的霧化結(jié)構(gòu)由霧化噴嘴與霧化腔組成。
10.如權(quán)利要求I所述的氣井排液用井下霧化器，其特征在于，所述的霧化噴嘴由主霧化噴嘴與副霧化噴嘴組成，所述的副霧化噴嘴直徑比所述的主霧化噴嘴小，所述的副霧化噴嘴數(shù)量I個以上，一般呈對稱形式分布在所述的主霧化噴嘴周圍。
11.如權(quán)利要求I所述的氣井排液用井下霧化器，其特征在于，所述的底座與所述的外缸之間為扣連接或焊接。
12.如權(quán)利要求I所述的氣井排液用井下霧化器，其特征在于，所述的具有中心管的可懸掛接頭與所述的外缸連接方式為扣連接或焊接。
13.如權(quán)利要求I所述的氣井排液用井下霧化器，其特征在于，所述的可懸掛的接頭中間具有與霧化腔相匹配的中心管，并通過扣的形式與油管座封連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氣井排液用井下霧化器，包括可懸掛接頭、外缸、容置腔、旋流氣液分離結(jié)構(gòu)、氣液分流結(jié)構(gòu)、霧化結(jié)構(gòu)、底座，該旋流氣液分離結(jié)構(gòu)由切向旋流入口、一級旋流體、二級旋流體組成，該氣液分流結(jié)構(gòu)由分流管、套管與流道組成，該霧化結(jié)構(gòu)由霧化噴嘴與霧化腔組成，通過該霧化器可以把氣井積液霧化，有效解決氣井井底積液問題。
文檔編號E21B43/00GK102797437SQ20111013292
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者薛亮, 羅天雨, 李俊鵬 申請人:中國石油大學(北京)