耐磨氣體分離器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及井下栗送系統(tǒng)的領(lǐng)域，并且更具體地涉及用于在栗送之前使氣體與井流體分離的氣體分離器。
【背景技術(shù)】
[0002]水下栗送系統(tǒng)通常配置在井中以從地下儲藏回收石油流體。通常，水下栗送系統(tǒng)包括一定數(shù)目的構(gòu)件，包括聯(lián)接到一個或更多個栗組件上的電動機。開采管路連接到栗組件上，以將井孔流體從地下儲藏輸送至地面上的儲存設(shè)備。
[0003]井孔流體通常含有液體和氣體的組合。由于大多數(shù)井下栗送設(shè)備主要設(shè)計成回收液體，故井孔流體中的過量氣體可向鉆井設(shè)備提出問題。例如，由井下渦輪機施加的離心力趨于使氣體與液體分離，從而增大空化或汽封的機會。
[0004]氣體分離器已經(jīng)用于在井孔流體進入栗之前除去氣體。在操作中，井孔流體被經(jīng)由進入口吸入氣體分離器中。升力發(fā)生器提供附加升力來將井孔流體移動到攪拌器中。攪拌器典型地構(gòu)造作為旋轉(zhuǎn)槳，其將離心力給予至井孔流體。在井孔流體穿過攪拌器時，較重的成分如油和水傳送至攪拌器槳葉的外緣，而較輕的成分如氣體仍接近攪拌器的中心。以此方式，現(xiàn)代氣體分離器利用兩相井孔流體的各種成分之間的具體重力的相對差異來使氣體與液體分離。一旦分離，則液體可被引導(dǎo)至栗組件，且氣體從氣體分離器排出。
[0005]在出砂油井中，攜帶在井流體內(nèi)的固體顆?？蓚魉偷綒怏w分離器中。這些固體顆?？梢饘怏w分離器和下游栗送系統(tǒng)內(nèi)的各種構(gòu)件的顯著的磨損。精確加工的構(gòu)件的磨損可顯著地降低氣體分離器的效率和服務(wù)壽命。
[0006]過去，制造商使用硬化材料來減小磨損固體顆粒的沖擊。碳化鎢、鎳硼和其它涂層已經(jīng)應(yīng)用于延長暴露于磨損顆粒的構(gòu)件的壽命。然而，在極端的出砂油井中，甚至硬涂布的部分可能不足以延長在氣體分離器內(nèi)的構(gòu)件的服務(wù)壽命。因此，持續(xù)需要對磨損固體顆粒有更大抵抗力的改進的氣體分離器設(shè)計。其在于本發(fā)明針對的現(xiàn)有技術(shù)的這些及其它不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明包括構(gòu)造成使氣體與兩相流體分離的氣體分離器。氣體分離器包括可旋轉(zhuǎn)軸和一個或更多個分離級。一個或更多個分離級中的至少一個包括連接到可旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子和導(dǎo)送壓縮管，其中導(dǎo)送壓縮管包括壓縮管套節(jié)和多個通道。通道構(gòu)造成將磨損固體顆粒與氣體分離器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件隔離。氣體分離器可選地包括分離級上游的流轉(zhuǎn)化器，其減少轉(zhuǎn)子上游的旋轉(zhuǎn)流。
【附圖說明】
[0008]圖1為根據(jù)優(yōu)選實施例構(gòu)造的井下栗送系統(tǒng)的側(cè)立面視圖。
[0009]圖2為根據(jù)優(yōu)選實施例構(gòu)造的氣體分離器的局部截面視圖。
[0010]圖3為圖2的導(dǎo)送壓縮管的上游側(cè)的透視圖。
[0011]圖4為圖2的導(dǎo)送壓縮管的備選實施例的上游側(cè)的透視圖。
[0012]圖5為圖2的氣體分離器的流轉(zhuǎn)化器的透視圖。
[0013]圖6為圖2的氣體分離器的轉(zhuǎn)子的透視圖。
[0014]圖7為圖2的氣體分離器的擴散器的上游側(cè)的透視圖。
[0015]圖8為圖2的氣體分離器的交叉組件的上游側(cè)的透視圖。
【具體實施方式】
[0016]如本文使用的，用語〃石油〃寬泛地指所有礦物碳氫化合物，如，粗油、氣體以及油和氣體的組合。此外，如本文使用的用語"兩相"是指包括氣體和液體的混合物的流體。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，在井下環(huán)境中，兩相流體還可傳送固體和懸液。因此，如本文使用的用語"兩相"未排除包含液體、氣體、固體或其它物質(zhì)中間形式的流體。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，圖1示出了附接到開采管路102上的栗送系統(tǒng)100的立面視圖。栗送系統(tǒng)100和開采管路102設(shè)置在井孔104中，其被鉆取來用于開采流體如水或石油。開采管路102將栗送系統(tǒng)100連接到位于地面上的井口 106上。盡管栗送系統(tǒng)100主要設(shè)計成栗送石油產(chǎn)品，但將理解的是，本發(fā)明還可用于移動其它流體。還將理解的是，盡管栗送系統(tǒng)100的各個構(gòu)件主要在水下應(yīng)用中公開，但一些或所有這些構(gòu)件還可用于表面栗送操作。
[0018]栗送系統(tǒng)100優(yōu)選地包括栗組件108、電機組件110、密封區(qū)段112和氣體分離器114的一些組合。密封區(qū)段112使電機組件110免受栗組件108產(chǎn)生的機械推力，且在操作期間提供了電機潤滑劑的膨脹。氣體分離器114優(yōu)選在密封區(qū)段112與栗組件108之間連接。
[0019]在使用期間，井孔流體被吸入氣體分離器114，在該處，氣體成分的一部分分離且回到井孔104。脫氣井孔流體然后從氣體分離器114穿至栗組件108來經(jīng)由開采管路102輸送至地面。盡管僅示出了各個構(gòu)件中的一個，但將理解的是，在適合時可連接更多個。例如，在許多應(yīng)用中，期望的是使用串接的電機組合、多個密封區(qū)段和多個栗組件。還將理解的是，栗送系統(tǒng)100可包括本描述中不需要的附加構(gòu)件。
[0020]為了本公開內(nèi)容的目的，用語〃上游〃和〃下游〃應(yīng)當(dāng)用于表示構(gòu)件或構(gòu)件部分相對于從井孔10開采生的總體流體流的相對位置。"上游"是指在流體從井孔104中開采時比〃下游〃位置或構(gòu)件更早經(jīng)過的位置或構(gòu)件。用語〃上游〃和〃下游〃不一定取決于構(gòu)件或位置的相對垂直定向。將認識到的是，栗送系統(tǒng)100中的許多構(gòu)件為大體圓柱形，且具有延伸穿過長形缸的中心的共同的縱軸線，以及從縱軸線延伸至外周的半徑?？砂凑绽跛拖到y(tǒng)100中的分離構(gòu)件內(nèi)的徑向位置來描述物體和運動。
[0021]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，其中示出了氣體分離器114的局部截面視圖。在優(yōu)選實施例中，氣體分離器114優(yōu)選包括外殼116、流轉(zhuǎn)化器120、底座122和頭部124。氣體分離器114還包括軸126，其從底座122延伸至頭部124。底座122包括進入端口 128，流體經(jīng)由其引入氣體分離器114中。外殼116優(yōu)選為圓柱形，且大致為整體構(gòu)造。
[0022]氣體分離器114優(yōu)選具有一個或更多個分離級130 (〃級130")。在圖2中所示的特別優(yōu)選的實施例中，氣體分離器114包括第一級130a和第二級130b。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到的是，附加或較少的級130可用于解決特定氣體分離應(yīng)用的要求。各個級130優(yōu)選包括轉(zhuǎn)子132、擴散器134和交叉點136。各個級130還優(yōu)選包括導(dǎo)送壓縮管138和常規(guī)的未導(dǎo)送壓縮管140。導(dǎo)送壓縮管138和未導(dǎo)送壓縮管140位于外殼116內(nèi)，且包繞轉(zhuǎn)子132和擴散器134。盡管圖2中示出了導(dǎo)送壓縮管138和未導(dǎo)送壓縮管140兩者，但將認識到的是，備選實施例包括僅使用導(dǎo)送壓縮管138或僅使用未導(dǎo)送壓縮管140。
[0023]如圖3和4中更清楚所示，導(dǎo)送壓縮管138包括壓縮管套節(jié)142和沿壓縮管套節(jié)142的內(nèi)壁定位的一系列通道144。不同于現(xiàn)有技術(shù)的壓縮管，導(dǎo)送壓縮管138內(nèi)的通道144捕集攜帶在穿過級130的流體內(nèi)的固體顆粒。穿過級130的流體的旋轉(zhuǎn)引起較重的液體和固體被壓靠到導(dǎo)送壓縮管138，在該處，固體顆粒由通道144捕集。然后防止固體顆粒磨損級130內(nèi)的構(gòu)件。通道144可為平直的(如圖3中所示)或螺旋的(如圖4中所示)。此外，將注意到的是，導(dǎo)送壓縮管138可穿過大致所有級130 (如級130a中所示)，或僅級的一部分(如級130b中所示)。
[0024]轉(zhuǎn)到圖5，其中示出了流轉(zhuǎn)化器120的當(dāng)前優(yōu)選實施例的透視圖。流轉(zhuǎn)化器120優(yōu)選包括流轉(zhuǎn)化器套節(jié)146和多個流轉(zhuǎn)化器導(dǎo)葉148。流轉(zhuǎn)化器導(dǎo)葉148從流轉(zhuǎn)化器套節(jié)146向內(nèi)延伸，且終止于允許軸126穿過流轉(zhuǎn)化器120的中心的長度處。流轉(zhuǎn)化器導(dǎo)葉148優(yōu)選軸向上是平直的，且沿氣體分離器114的縱軸線對準。盡管圖5中示出了七個流轉(zhuǎn)化器導(dǎo)葉148，但將認識到的是，也可使用更多或更少數(shù)目的流轉(zhuǎn)化器導(dǎo)葉148。流轉(zhuǎn)化器120在殼體116中保持靜止，且平直流轉(zhuǎn)化器導(dǎo)葉148阻擋由轉(zhuǎn)子132引起的回流的旋轉(zhuǎn)移動。消除導(dǎo)流器的入口處的旋轉(zhuǎn)回流減小了上游構(gòu)件上的磨損。
[0025]轉(zhuǎn)到圖6，其中示出了轉(zhuǎn)子132的透視圖。轉(zhuǎn)子132優(yōu)選地包括導(dǎo)流器150、葉輪152和轉(zhuǎn)子轂154。轉(zhuǎn)子轂154構(gòu)造成連接到軸126上以引起轉(zhuǎn)子132與軸126 —起旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子轂154可利用任何適合的手段來裝固到軸126上，包括壓配合、鍵或扣環(huán)。轉(zhuǎn)子132優(yōu)選裝固到各級130的上游端中的軸126上。
[0026]在當(dāng)前優(yōu)選的實施例中，導(dǎo)流器150構(gòu)造為螺桿類型的栗，其使井孔流體從進入端口 128移動至葉輪152。葉輪152優(yōu)選具有多個槳葉156，其設(shè)計成在轉(zhuǎn)子132自旋時攪拌穿過氣體分離器114的流體。葉輪152的旋轉(zhuǎn)作用將能量給予至穿過轉(zhuǎn)子132的流體，且引起氣泡從井孔流體沉淀。在圖6中所示的特別優(yōu)選的實施例中，轉(zhuǎn)子132包括六個槳葉156，其中各個交錯的槳葉156連接到導(dǎo)流器150的單獨的螺桿上。
[0027]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7，其中示出了擴散器134的透視圖。擴散器134包括擴散器邊沿158、多個彎曲的擴散器導(dǎo)葉160，以及單獨的環(huán)162。擴散器邊沿158尺寸確定和構(gòu)造成靜止地裝固在處于轉(zhuǎn)子132下游的位置的導(dǎo)送壓縮管138或未導(dǎo)送壓縮管140內(nèi)。多個彎曲的擴散器導(dǎo)葉160設(shè)計有彎曲面，以調(diào)節(jié)離開轉(zhuǎn)子132的流體的圓形流。流出擴散器134的流剖面在較少旋轉(zhuǎn)的情況下湍流顯著地少。在改變穿過流體的流剖面中，擴散器1