CN1031898C

CN1031898C - 井底气锚装置

Info

Publication number: CN1031898C
Application number: CN86106505A
Authority: CN
Inventors: 周罗拔; 理查德·V·纳尔逊
Original assignee: Ja Buchanan Jr (us) 555 Market Street San Francisco California Usa
Current assignee: Ja Buchanan Jr (us) 555 Market Street San Francisco California Usa; Chevron USA Inc
Priority date: 1985-11-22
Filing date: 1986-09-27
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2001-09-27
Also published as: GB8627546D0; GB2183171B; CA1248013A; NO864678L; NO864678D0; US4676308A; GB2183171A; CN86106505A

Abstract

本发明的装置用于在碳氢化合物生产井底部将气体从液体分离出来。它主要包括一个将碳氢化合物液体由管线中向井的环形腔体中转换流动方向的装置。这种扰动转换流动方向使流体进行混合并将自由气体从液体中释放出来。这样，液体向下流动，而自由气体向上流动进入一个气体收集器。液体在一个低于转换流动方向的位置的一个入口处流入并重新向上流动。它沿着一个同心腔体向上流动并在转换流动方向的位置之上的入口处重新流入管线中。

Description

井底气锚装置

本发明涉及一种井底气锚装置。

本发明综合地论述从油/气混合物中分离出气体的问题。本专利申请的目标在于用一个安装在地下石油岩层中的装置把气体从油/气混合物中分离出来。

众所周知，某些油/气井产生于低压油层构造，为了将其油/气运送到地面以便进行回收，需要采用人工提升法，如地下抽吸方法等。在某些油/气井中，由于岩层压力的耗尽而具有低的压力，也同样需要井底抽吸设备。最常用的人工提升装置有抽吸活塞泵；液压泵和电气潜水泵。前两种装置都是属于井下往复运动泵，分别采用地面柱塞式抽吸***和液体动力装置来驱动。而电气潜水泵是一种用电动机驱动的离心机，将它安装在井底部。

绝大多数的油井中均出产一定的天然煤气。但是，由于气体压力的作用，当气体离开岩层而进入油井孔时，就要从油/气混合物中分离出来，这对抽吸装置的操作往往带来问题。在这种情况下，气体能够在泵腔内分离出来，以造成降低效率，泵发生故障，甚至在泵的不同部位发生机械破坏。这种“气锁”现象在往复运动的泵中是一种常见现象，许多油井由于原油中含有过多的气体而无法产油。

人们已经做出很多努力，从产油区的油/气混合物中将气体分离出来，再使之进入抽吸装置。例如美国专利No.4,074,763中已公开了一种安装在产油脉尽头附近的装置，它采用一串同心导管用以产生离心力以便将气体由油/气混合物中分离出来。美国专利No.4,366,861是通过将产生出的原油进行往复流动，以便将自由气体由油/气混合物中分离出来。另一种装置是采用输入机械能以产生离心力以便将气体从油中分离出来。这些装置列举如下：美国专利No.3,175,501；3,972,352；3,887,342；3,291,057；4,386,653；4,481,020；和re30，876。

另一种通常用的油一气分离方法是采用一个溢出管装置，如图1所示。虽然这种装置能够把气体和油较好的分离开来，但是它有一个主要缺点。溢出管朝向上方，它使井底设备的回收操作过程增加了相当大的复杂性。为了减少包括溢出管在内的先有技术的缺点，研制了本发明的装置。

苏联专利U.S.S.R.688605公开了一种气锚，它安装在生产油井的底部，它包括一个用于油井的管状壳体，一个同心的内管流通通道，用于回收所生产的流体，一个接在上部的用于将所生产的液体提升的装置，一个在壳体和流动通道之间形成的环形空间，以及一个分离通道，用于将经换向的生产流体从流动通道送到环形空间内。该专利的气锚装置包含三个环形空间，第一个是介于分离管和管之间，第二个是介于管和壳之间，第三个是介于壳和外壳之间。因此，砂石迅速堆积在装置内的管塞上方，很快将通道堵住。该装置需要装置阀，才能使气体进入外壳内的环形空间中去，从而增加了装置的复杂性，易出现故障。该装置的壳和外壳之间的区域必须很窄，在出现砂石时很难进行管子的清洗。

本发明的目的在于提供一种安装在碳氢化合物生产油井的井底部的用于从油井生产的流体中将自由气体分离出来的同心腔体气锚装置，这种装置结构比较简单，不易出现由于砂石堵塞造成的故障，也不存在出现砂石故障时难于进行管子清洗的缺陷。

根据本发明，提供的一种井底气锚装置，是安装在碳氢化合物生产油井的井底部、用于从油井生产的流体中将自由气体分离出来的同心腔体气锚，它包括：一个用于油井的管状壳体；一个同心的内管流动通道，用于回收所生产的流体，该流体中包括有油，水和气；一个用于将所生产的液体经相对除气后的混合液通过上述流动通道提升的装置；以及一个由上述管状壳体和上述流动通道之间形成的环形空间；至少一个分离通道，用于将经转换方向的生产流体从上述流动通道送到上述环形空间内，每一通道仅仅连结于上述流动通道与环形空间之间，而上述分离通道要适于促进主要的气/液的分离；其特征在于所述气锚装置还包括：(a)一个安置在管状壳体和流动通道之间的壳体栓塞，用于将上述环形空间的下部封闭起来；(b)一个安装在上述流动通道内的地下安全阀，位于上述壳体栓塞之上；(c)一个安装在上述流动通道内、位于地下安全阀之上的管道管塞，用于使生产的流体转换流动方向，上述管塞是可被移开的管塞，以便可以接近在井下的任何设备，并且可以绕过气锚装置；(d)一个环绕在上述分离通道范围内的流动通道和管道管塞的周围的同心腔体，是由把外壳固定到管道中心元件上形成的；(e)一个设置在上述同心腔体下部的液体进入口，位于上述分离通道之下和壳体栓塞之上，用于使已经从分离通道经转向流出，并向下流到被壳体栓塞封闭起来的环形空间内存贮的液体再流进来；(f)一个靠近上述分离通道的双扇形空间，该空间与同心腔体的流体是连通的，并在分离通道周围运送流体；(g)多个设在中心管道上的孔眼，位于分离通道之上，用于将液体产品从同心腔体重新进入上述流动通道内。

本发明是一个同心腔体的气锚(gas anchor)，它用于由生产原油的井中将自由气体从液体中分离出来。它是一个安装在生产碳氢化合物的井下装置，包括一个在油井环形区的壳体栓塞，一个安装在管线中壳体栓塞之上方的地下安全阀和一个安装在管线中的地下安全阀之上方的管塞，(管塞的目的是用以将生产的原油流转换方向，由管线中出来进入环形区内)。为了完成这一过程，有两个或更多分离通道将经过转换方向的原油从管线送到环形空间。当生产的原油转换至环形区内时，它将经受湍流扰动。由于比重的不同，自由气体将由液体中被分离出来。自由气体在环形区上升而较重的原油则下降到壳体栓塞周围的区城内。在此，液体进口处将生产的原油升起进入管线周围的同心腔体内。生产的原油通过这种同心腔体沿着上述的分离通道周围流出。在高于分离通道的位置上，同心腔体达到顶端而将经过相对除气的生产原油再进入管线并上升到地面。同心腔体的长度一般为25至30英尺，但可根据使用要求进行改变。另外，管道管塞可以被移开，从而可接近在井下的任何设备，并且可以绕过气锚装置。

图1是放置在一油井内的溢出管的纵向剖视图；

图2是沿着同心腔体气锚的纵轴方向的剖视图；

图3是沿着同心腔体气锚的分离通道部位的横向剖视图；

图4是沿着同心腔体气锚的环形进口部位的横向剖视图。

现将先有技术举例说明。图1公开一个用于井下气锚的溢出管装置。此处，一个管线2由井区3向上延升，该油井是采集石油的。例如石油可以从地下岩层中通过井套5上的孔眼4提取出来。在石油流经孔眼4进入油区3后沿管线2上升，当石油经过壳体栓塞6然后流经一个在深处放置的可收回管子的地下安全阀7。(一个地下安全阀是操纵油井所必需的，通过液压动力打开或关闭该阀，借以接近或关闭阀7下面的地下产油岩层的产物)。地下安全阀7是由控制管路8和平衡管路9进行操纵的。

下一步是当石油沿管线2向上流动时，可能碰到一个带管塞10的管接头，它安装在管线2内用于将生产的原油流转换方向沿着溢出管11向上流动。溢出管11的功能是用于将扰流转换方向的生产原油中的自由气体由液体中分离出来。任何流经环形空间进行分离后向上流出的气体都将在地面处收集起来，而油液则向下流动进入环形空间12中。当油液向下流动回到环形区12时，它将碰到管线2中的孔眼13，该孔眼位于带管塞10的连接管接头(landing nipple)之上和溢出管11的出口端之下。这些孔眼13用于使原油再流回管线2并向上提升流向地面。

一个三级串联的液压泵19提供将石油向上提升的作用。该液压泵的启动是靠由液压动力输入管路21进入泵19并由液压回油管路20流出泵的液体而作用的。液体石油通过管路2a回到地面。

图2表示本发明。它是一个同心腔体的井下气锚100。本发明具有一个管线22借以将碳氢化合物从一个油井内的区城23中提取出来，碳氢化合物是通过外壳25上的孔眼24流入区域23的。有一个壳体栓塞26和深拉伸的，可回收管子的地下安全阀27。该安全阀是由一个控制管路28和一个平衡管路29所操纵。在管线22内也有一个带管塞30的连接管接头以及紧挨在它下面的两个或更多的分离通道31。一个由外壳25限定其大小的环形空间32和一个气锚100的外壳35。三角形支撑板37将气锚100的外壳与管线22保持隔离。(在图2表示了两个隔板37而在图4中表示了三块隔板)。一个进入口33设置在两个分离通道31的下面并在挨近地下安全阀27的上面。进入口33用于同心腔体34，该腔***于管线22和气锚100的外壳35之间。在管线22上有许多孔眼36用于将液体由同心腔体34流入管线22中。

一个三级串联液压泵39用于提升石油。该泵是靠通过液压动力流入管路41流入泵39并通过液压动力回油管路20流出泵39的液体而驱动的。液体石油通过管路22a返回地面。

图3公开一个位于分离通道31上方的同心腔体气锚的横向截面图。此处一个双扇形空间38在分离通道31周围运送液体石油。

图4表示气锚100下面的同心腔体34的进入口33处的横向截面图。此处，三个三角形支撑板37用于保持气锚的外壳35与管线22相隔离。

该装置的操作过程如下：借助地下泵39的提升作用将碳氢化合物由生产岩层中提取出来。碳氢化合物流经在油井外壳25上的孔眼24并聚集在油井23的空间内。然后，碳氢化合物沿生产管路22向上提升，通过壳体栓塞26和地下安全阀27，一直碰到带管塞30的连接管接头，在此处生产的液体被扰动转换方向进入两个或更多的分离通道31中并流出来而进入环形空间32。由此则任何自由气体都要从液体中分离出来并由环形体32中上升到地面以便收集起来。液体碳氢化合物则流向环形腔体的下部，并最后由于壳体栓塞26的阻挡而聚集起来。然后向上提升达到同心气锚100的进入口33处，并通过双扇形空间38和围绕着分离通道31继续流向腔体34。之后，孔眼36提供了液体重新流进管线22的进口。液体不能从管线22向下流回去的原因有二：其通道已被连接管接头的管塞30所堵塞和由于地下泵的作用使之保持一个向上提升的动能。

这种装置的另一个优点是：它包括用于同心腔气锚100的三角形支撑板37和在气锚环形体34内的控制管路28平衡管路29是封闭式的。三角形支撑板37的优点是：其功能是能当地下设备工作时起到导向板的作用，同时对外壳35起到支撑作用。控制管路28和平衡管路29进行封闭的好处是：它使气锚100连成一个整体，方便以后的“冲刷”和回收操作过程。

由于在本文的基本精神内，本发明的许多改进和变动都是可能的，因此公开的实施例方案只是描述性的而不是限制性的。由于这种原因，是以下述权利要求书为标准，而不是以表达本发明的具体说明为准。

Claims

1.一种井底气锚装置，是安装在碳氢化合物生产油井的井底部、用于从油井生产的流体中将自由气体分离出来的同心腔体气锚，它包括：一个用于油井的管状壳体；一个同心的内管流动通道，用于回收所生产的流体，该流体中包括有油，水和气；一个用于将所生产的液体经相对除气后的混合液通过上述流动通道提升的装置；以及一个由上述管状壳体和上述流动通道之间形成的环形空间；至少一个分离通道，用于将经转换方向的生产流体从上述流动通道送到上述环形空间内，每一通道仅仅连结于上述流动通道与环形空间之间，而上述分离通道要适于促进主要的气/液的分离；

其特征在于所述气锚装置还包括：

(a)一个安置在管状壳体和流动通道之间的壳体栓塞，用于将上述环形空间的下部封闭起来；

(b)一个安装在上述流动通道内的地下安全阀，位于上述壳体栓塞之上；

(c)一个安装在上述流动通道内、位于地下安全阀之上的管道管塞，用于使生产的流体转换流动方向，上述管塞是可被移开的管塞，以便可以接近在井下的任何设备，并且可以绕过气锚装置；

(d)一个环绕在上述分离通道范围内的流动通道和管道管塞的周围的同心腔体，是由把外壳固定到管道中心元件上形成的；

(e)一个设置在上述同心腔体下部的液体进入口，位于上述分离通道之下和壳体栓塞之上，用于使已经从分离通道经转向流出，并向下流到被壳体栓塞封闭起来的环形空间内存贮的液体再流进来；

(f)一个靠近上述分离通道的双扇形空间，该空间与同心腔体的流体是连通的，并在分离通道周围运送流体；

(g)多个设在中心管道上的孔眼，位于分离通道之上，用于将液体产品从同心腔体重新进入上述流动通道内。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是气锚装置的形状是一个圆筒，所述圆筒包围住控制管路和平衡管路。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征是用于操纵地下安全阀的控制和平衡管路都封闭在同心腔体内。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是同心腔体是由三角板所支撑，该三角板也可用作向井内运送的其它装置的导向板。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征是同心腔体的长度一般为25至30英尺，但可根据使用要求进行改变。