CN103806882B - 一种气举采液方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气体开采流体泵类机械，特别适应于石油工业油田开采过程中的油气开采、措施井排液、气井排水及油、水井解堵的等工作。本发明的目的目是提供一种储能式气举与射流式气举于一体的一种气举采液以及辅助采液泵采液的方法及装置。发明是这样实现的：在采液管上连接气举筒、单流阀、封隔器、止回阀组成的采液管柱下入井筒内形成了一个内空间与一个环形空间。气举筒为射流式气举筒，其结构为偏心结构，偏心体上加工有射流孔，射流孔的进液端安装有单向阀，射流孔与中心通道的出口方向形成12～45度的夹角，压缩气体经射流孔喷入采液管是被采液体的密度降低后快速排出，形成射流式气举采液；在采液管柱上同时安装有气举筒和采液泵，实现气举辅助采液、洗井等目的。
Description
本发明涉及气体开采流体泵类机械，特别适应于石油工业油田开采过程中的油气开采、措施井排液、气井排水及油、水井解堵的等工作。
现有应用气体开采流体的方法主要是石油行业的气举采液的方法。其工艺过程是通过向井筒内快速注入压缩气体的方法来降低井内注气点到地面的液柱密度或快速将一段液柱推至地面，以保证地层与井底的压差，使油气继续流出举出。气举采液有连续气举和间歇气举两种主要方式。在间歇气举中腔室气举是一种主要的气举方法之一，它是由气举气压打开井中集液腔上部的气举阀，使气体作用于腔内液面上迅速将液体推入采液管内快速举出。或由沿途若干个气举阀逐段地将液体段塞举出。用于井底压力低，产液指数较高的油井。但却存在着结构复杂，短时间内消耗大量的气体，需要相应的地面设备来保证。出砂井和泡沫乳化井有效性差，难以举升粘稠液等缺点。尤其是装置的“心脏”部件气举阀的性能及可靠性决定着气举的效果。而气举阀又易发生故障，投捞等工作需特殊作业，维持生产费用较高。在美国人K.E布朗主编的由石油工业出版社1985年出版的《升举法采油工艺》卷二<下>第550页的气泵一节中描述了一种简单可靠的气泵，其方法是交替地把气体注到井底聚集腔内将液体排出。然后再泄出气体，以便使液体再次充满聚集腔。通常来说，油田气体压力不够高，因此用这种方法只能对浅油层进行举升，同时充气和排气之间存在时间延迟，把该方法限用于低产井。
本发明的目的之一是提供一种结构简单，工作可靠，操作方便，能耗低，寿命长的气举采液的方法及装置，以适应各种条件下油井采液、气井排水及快速排液的要求；本发明的目的之二是提供一种储能式气举与射流式气举于一体的一种气举采液的方法及装置；本发明的目的之三是提供一种把气举阀连接在机械采液的管柱上，配合机械采油的气举辅助采液的方法及装置，使之能够利用套管内气体辅助气举，以清除采液管或采液泵内的蜡、垢，同时解决洗井问题的气举辅助机械采液的方法及装置。
发明是这样实现的：
参照附图1～图13：在采液管(4)上连接气举筒(5)、单流阀(12)、封隔器(13)、止回阀(14)、采液泵(16)组成的气举采液管柱、气举辅助机械采液管柱，下入井筒(1)内形成了一个内空间与一个环形空间，构成了一种气举采液、气举辅助机械采液的方法及装置。在该装置中，气举筒(5)的中心通道(11)的上下两端的丝扣与采液管(4)连接，气举筒(5)为射流式气举筒，其结构为偏心体，偏心体上加工有射流孔(6)与阀室(8)，阀室(8)内安装有限位杆(7)、单向阀(9)，由空心顶丝(10)固定在偏心体上。气举筒(5)的射流孔(6)与阀室(8)使环形空间与中心通道(11)连通，阀室(8)内安装单向阀(9)，射流孔(6)与中心通道(11)的出口方向形成夹角a，射流孔(6)与中心通道(11)的的夹角a为12至45度，最佳夹角a为15至20度，射流孔(6)为扩张孔，或是收缩扩张孔，最小处的孔径为3至12毫米，单向阀(9)、由空心顶丝(10)固定在气举筒(5)上，在阀室(8)***流孔(6)与单向阀(9)之间装有限位杆(7)。
在一种气举采液的方法及装置中：采液管(4)连接气举筒(5)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种气举采液的方法及装置的管柱结构为单级开式结构；采液管(4)连接2个以上气举筒(5)，组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种气举采液的方法及装置的管柱结构为多级开式结构；采液管(4)连接气举筒(5)与一个单流阀(12)、一个封隔器(13)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种气举采液的方法及装置的管柱结构为半闭式单级结构；采液管(4)连接2个以上气举筒(5)与一个单流阀(12)、一个封隔器(13)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种气举采液的方法及装置的管柱结构为半闭式多级结构；采液管(4)连接气举筒(5)与一个单流阀(12)、一个封隔器(13)、一个止回阀(14)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种气举采液的方法及装置的管柱结构为闭式单级结构；采液管(4)连接2个以上气举筒(5)与一个单流阀(12)、一个封隔器(13)、一个止回阀(14)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种气举采液的方法及装置的管柱结构为闭式多级结构。
在一种气举采液的方法及装置中：采液管(4)连接气举筒(5)与采液泵(16)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种气举采液的方法及装置的管柱结构为气举辅助机械采液的单级管柱结构；采液管(4)连接2个以上气举筒(5)，与采液泵(16)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种气举采液的方法及装置的管柱结构为气举辅助机械采液的多级管柱结构；在上述结构中，气举筒(5)安装在采液泵(16)上部的采液管柱上或安装在采液泵(16)下部的采液管柱上，或者分别安装在采液泵(16)的上部与下部的采液管柱上，气举筒(5)是一个也可以是两个以上。
本发明的特点是：
a、结构简单、工作可靠、寿命长、维持生产的费用低。
本发明中由简单可靠的气举筒(5)取代了复杂易出现故障传统的气举阀，不但使井下结构变的简单、可靠、长寿命，而且也使地面设备及操作更为简单和灵活，同一装置即可间歇举液又可以连续举液。间歇举液为储能射流式举液，因而大大降低了对压缩气源及压缩机的要求，连续举液时为射流式举液因而不仅对地层无回压，而且还有抽吸作用。
a、排量大、效率高、能耗低。
根据生产井的供液量、该装置间歇举液的排液量大，连续举液时的排液量更大，间歇举液时的气量仅为目前使用的间歇举液方法的一半左右，而且在射流与降密的过程中，气体的注入量与采液量可以自动匹配，始终保持在最佳的气举采液效率。
c、气举辅助采液泵采液。
气举辅助采液泵采液，在提高采液泵的效率的同时，解决了蜡、垢堵塞的问题。
d、适用范围广。
本发明不受被采流体的性质限定，可采粘稠液、乳化液、及高含水、含砂、含气液、不受井筒质量的限制，如可用于井筒弯曲，套管破损的井中。不受被采流体的环境限制，即可用于陆地采液又可用于海上采液，另外也可用于气井排液以及措施井的快速排液以及辅助采液泵采液。
本发明提供一种气举采液的方法及装置的：单级开式结构、二级开式结构、三级开式结构、半闭式单级结构、半闭式二级结构、半闭式三级结构、闭式单级结构、闭式二级结构、闭式三级结构、气举阀辅助采液泵采液结构。结构简单、工作可靠，且零件通用性强，并可根据开采不同深度液体的需要灵活装配，可以广泛应用于石油行业油井采油、气井排液、油、气井措施后排液、气举阀辅助采液泵采液。上述方法及装置可与传统结合使用，以满足不同井况的要求。
发明一种气举采液的方法及装置的具体结构及工作原理由实施例及附图1～图13给出，以下将结合附图对本发明作进一步详细描述：
图中名称：(1).井筒 (2).压缩气体 (3).混合液 (4).采液管 (5).气举筒 (6).射流孔 (7).限位杆 (8).阀室 (9).单向阀 (10).空心顶丝 (11).中心通道 (12).单流阀 (13).封隔器 (14).止回阀 (15).液体 (16).采液泵
由1～3个气举筒(5)与采液管(4)连接组成采液管柱，单流阀(12)位于气举筒(5)与封隔器(13)之间，用于阻止采液管柱内的流体回流入环形空间，封隔器(13)位于单流阀(12)的下部，封隔器(13)用于封闭采液管柱内空间与环形空间，止回阀(14)位于封隔器(13)的下部，用于阻止采液管柱内的流体进入井筒(1)内。
图1是本发明的气举筒(5)结构图及工作原理图。
参照附图1，图中：气举筒(5)的上下两端由丝扣与采液管(4)连接，气举筒(5)的中心通道(11)与采液管(4)的通道同心，且气举筒(5)上下两端通道的直径等于或大于采液管(4)的通道直径，气举筒(5)为偏心体，偏心体上加工或安装有射流孔(6)，偏心体上还加工有阀室(8)，阀室(8)内安装有单向阀(9)并用空心顶丝(10)固定在偏心体上，在阀室(8)内的射流孔(6)与单向阀(9)之间装有限位杆(7)，用以控制单向阀(9)的开启距离，气举筒(5)的射流孔(6)与阀室(8)使环形空间与中心通道(11)连通，阀室(8)内安装单向阀(9)、单向阀(9)阻止流体回流入环形空间内，射流孔(6)与中心通道(11)出口方向形成一定的夹角，射流孔(6)与中心通道(11)的夹角a为12至45度，最佳夹角a为15至20度，射流孔(6)为扩张孔，或是收缩扩张孔，最小处的孔径直径为3～12毫米，射流孔(6)也可以是安装在偏心体上的单独的部件，单向向阀(9)、由空心顶丝(10)固定在气举筒(5)上，阀室(8)内装有限位杆(7)，限位杆(7)用来控制单向阀(8)的开启距离。
工作原理：压缩气体(2)由地面管线进入环形空间内，推动环形空间内的液体(15)下行经采液管柱的下部进入采液管柱的内，并使采液管(4)内的液体上行，随着压缩气体(2)的不断注入，环形空间内的液面不断下降，当下降的液面露出气举筒(5)后，压缩气体(2)顶开单向阀(9)经阀室(8)由射流孔(6)喷入中心通道(11)内，射流孔(6)喷入的气体使经过中心通道(11)的液体(15)的密度迅速下降形成混合液(3)后快速排到地面上，与此同时，环形空间内的液面在压缩气体(2)的继续作用下迅速下降，使采液管柱内的液体(15)快速上行，上行液体(15)经过气举筒(5)的中心通道(11)时与射流孔(6)喷入的气体混合，形成了低密度混合液(3)后快速排到地面上，直到将井筒(1)内的液体(15)采出。
图2是本发明在实际应用中的单级开式结构示意图。
参照附图1与图2，采液管(4)连接一个气举筒(5)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成的一种气举采液的方法及装置为单级开式结构。
工作原理：压缩气体(2)由地面管线进入环形空间内，推动环形空间内的液体(15)下行经采液管柱的管脚进入采液管柱的内，并使采液管(4)内的液体上行，随着压缩气体(2)的不断注入，环形空间内的液面不断下降，当下降的液面露出气举筒(5)后，压缩气体(2)顶开单向阀(9)经阀室(8)由射流孔(6)喷入中心通道(11)内，射流孔(6)喷入的气体使经过中心通道(11)的液体(15)的密度迅速下降形成混合液(3)后快速排到地面上，与此同时，环形空间内的液面在压缩气体(2)的继续作用下迅速下降，使采液管柱内的液体(15)快速上行，上行液体(15)经过气举筒(5)的中心通道(11)时与射流孔(6)喷入的气体混合，形成了低密度混合液(3)后快速排到地面上，直到将井筒(1)内的液体(15)采出。
图3、图4是本发明在实际应用中的多级开式结构示意图。
参照附图1与图3，采液管(4)连接2个以上气举筒(5)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成的一种气举采液的方法及装置为多级开式结构。
工作原理：压缩气体(2)由地面管线进入环形空间内，推动环形空间内的液体(15)下行经采液管柱的管脚进入采液管柱的内，并使采液管(4)内的液体上行，随着压缩气体(2)的不断注入，环形空间内的液面不断下降，当下降的液面露出气举筒(5)后，压缩气体(2)顶开单向阀(9)经阀室(8)由射流孔(6)喷入中心通道(11)内，射流孔(6)喷入的气体使经过中心通道(11)的液体(15)的密度迅速下降形成混合液(3)后快速排到地面上，与此同时，环形空间内的液面在压缩气体(2)的继续作用下迅速下降，使采液管柱内的液体(15)快速上行，上行液体(15)经过气举筒(5)的中心通道(11)时与射流孔(6)喷入的气体混合，形成了低密度混合液(3)后快速排到地面上，随着压缩气体(2)的不断注入，环形空间内不断下降的液面将第二级举筒(5)露出后，压缩气体(2)由射流孔(6)喷入气举筒(5)的中心通道(11)内，使采液管(4)内第二级气举筒(5)以上的液体(15)形成混合液(3)后快速排到地面上，依此类推，直到将井筒内的液体(15)采出。
图5是本发明在实际应用中的半闭式单级结构示意图。
参照附图1与图4，采液管(4)连接一个气举筒(5)、单流阀(12)、封隔器(13)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成的一种气举采液的方法及装置为半闭式单级结构。
工作原理：压缩气体(2)由地面管线进入环形空间内，推动环形空间内的液体(15)下行经采液管柱的一个单流阀(12)进入采液管柱的内，并使采液管(4)内的液体上行，随着压缩气体(2)的不断注入，环形空间内的液面不断下降，当下降的液面露出气举筒(5)后，压缩气体(2)顶开单向阀(9)经阀室(8)由射流孔(6)喷入中心通道(11)内，射流孔(6)喷入的气体使经过中心通道(11)的液体(15)的密度迅速下降形成混合液(3)后快速排到地面上，与此同时，环形空间内的液面在压缩气体(2)的继续作用下迅速下降，使采液管柱内的液体(15)快速上行，上行液体(15)经过气举筒(5)的中心通道(11)时与射流孔(6)喷入的气体混合，形成了低密度混合液(3)后快速排到地面上，直到将井筒(1)内的液体(15)采出。
图6、图7是本发明在实际应用中的半闭式多级结构示意图。
参照附图1与图5，采液管(4)连接2个以上气举筒(5)、单流阀(12)、封隔器(13)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成的一种气举采液的方法及装置为半闭式多级结构。
工作原理：压缩气体(2)由地面管线进入环形空间内，推动环形空间内的液体(15)下行经采液管柱的一个单流阀(12)进入采液管柱的内，并使采液管(4)内的液体上行，随着压缩气体(2)的不断注入，环形空间内的液面不断下降，当下降的液面露出气举筒(5)后，压缩气体(2)顶开单向阀(9)经阀室(8)由射流孔(6)喷入中心通道(11)内，射流孔(6)喷入的气体使经过中心通道(11)的液体(15)的密度迅速下降形成混合液(3)后快速排到地面上，与此同时，环形空间内的液面在压缩气体(2)的继续作用下迅速下降，使采液管柱内的液体(15)快速上行，上行液体(15)经过气举筒(5)的中心通道(11)时与射流孔(6)喷入的气体混合，形成了低密度混合液(3)后快速排到地面上，随着压缩气体(2)的不断注入，环形空间内不断下降的液面将第二级举筒(5)露出后，压缩气体(2)顶开单向阀(9)经阀室(8)由射流孔(6)喷入中心通道(11)内，使采液管柱的第二级举筒(5)以上的液体(15)形成混合液(3)后快速排到地面上，依此类推，直到将井筒内的液体(15)采出。
图8是本发明在实际应用中的闭式单级结构示意图。
参照附图1与图6，采液管(4)连接一个气举筒(5)、单流阀(12)、封隔器(13)、止回阀(14)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成的一种气举采液的方法及装置为闭式单级结构。
工作原理：压缩气体(2)由地面管线进入环形空间内，推动环形空间内的液体(15)下行经采液管柱的一个单流阀(12)进入采液管柱的内，并使采液管(4)内的液体上行，随着压缩气体(2)的不断注入，环形空间内的液面不断下降，当下降的液面露出气举筒(5)后，压缩气体(2)顶开单向阀(9)经阀室(8)由射流孔(6)喷入中心通道(11)内，射流孔(6)喷入的气体使经过中心通道(11)的液体(15)的密度迅速下降形成混合液(3)后快速排到地面上，与此同时，环形空间内的液面在压缩气体(2)的继续作用下迅速下降，使采液管柱内的液体(15)快速上行，上行液体(15)经过气举筒(5)的中心通道(11)时与射流孔(6)喷入的气体混合，形成了低密度混合液(3)后快速排到地面上，直到将井筒(1)内的液体(15)采出。
图9、图10是本发明在实际应用中的闭式多级结构示意图。
参照附图1与图7，采液管(4)串接2个以上气举筒(5)、单流阀(12)、封隔器(13)、止回阀(14)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成的一种气举采液的方法及装置为闭式多级结构。
工作原理：压缩气体(2)由地面管线进入环形空间内，推动环形空间内的液体(15)下行经采液管柱的一个单流阀(12)进入采液管柱的内，并使采液管(4)内的液体上行，随着压缩气体(2)的不断注入，环形空间内的液面不断下降，当下降的液面露出气举筒(5)后，压缩气体(2)顶开单向阀(9)经阀室(8)由射流孔(6)喷入中心通道(11)内，射流孔(6)喷入的气体使经过中心通道(11)的液体(15)的密度迅速下降形成混合液(3)后快速排到地面上，与此同时，环形空间内的液面在压缩气体(2)的继续作用下迅速下降，使采液管柱内的液体(15)快速上行，上行液体(15)经过气举筒(5)的中心通道(11)时与射流孔(6)喷入的气体混合，形成了低密度混合液(3)后快速排到地面上，随着压缩气体(2)的不断注入，环形空间内不断下降的液面将第二级举筒(5)露出后，压缩气体(2)由射流孔(6)喷入采液管柱的内空间里，使采液管柱内第二级气举筒(5)以上的液体(15)形成混合液(3)后快速排到地面上，依此类推，直到将井筒内的液体(15)采出。
图11是本发明在实际应用中的采液泵(16)上部管柱上安装气举筒(5)的气举辅助采液泵采液的结构示意图。
参照附图1与图11，井筒(1)内的采液管(4)串接气举筒(5)、采液泵(16)，组成气举辅助采液泵(16)采液的管柱结构，达到利用气体辅助采液、清除井筒及采液管(4)内的污垢。
工作原理：井筒(1)与采液管(4)之间环空内的压缩气体(2)经气举筒(5)采液管(4)内，并使采液管(4)内的液体上行并举出到地面，此时时采液管(4)内高速流动的流体将该管内的污垢同时清除，洗井时，洗井液经气举筒(5)进入采液管(4)内，使采液管(4)内的污垢被清除。
图12是本发明在实际应用中的采液泵(16)上部与采液泵(16)下部的管柱同时安装气举筒(5)的气举辅助采液泵采液的结构示意图。
参照附图1与图12，井筒(1)内的采液管(4)串接气举筒(5)、采液泵(16)、气举筒(5)，组成气举辅助采液泵(16)采液的管柱结构，达到利用气体辅助采液、清除井筒及采液管(4)以及采液泵(16)内的污垢。
工作原理：井筒(1)与采液管(4)之间环空内的压缩气体(2)经气举筒(5)采液管(4)内，并使采液管(4)内的液体上行并举出到地面；井筒(1)与采液管(4)之间环空内的压缩气体(2)经气举筒(5)采液管(4)内，并使采液管(4)内的液体上行并举出到地面，此时时采液管(4)内高速流动的流体将采液管(4)内与采液泵(16)内的污垢同时清除，洗井时，洗井液经气举筒(5)采液管(4)内，使采液管(4)内与采液泵(16)内的污垢被清除。
图13是本发明在实际应用中的采液泵(16)下部管柱上安装气举筒(5)的气举辅助采液泵采液的结构示意图。
参照附图1与图13，井筒(1)内的采液管(4)串接采液泵(16)、气举筒(5)，组成气举辅助采液泵(16)采液的管柱结构，达到利用气体辅助采液、清除井筒及采液管(4)及采液泵(16)内的污垢。
工作原理：井筒(1)与采液管(4)之间环空内的压缩气体(2)经气举筒(5)进入采液管(4)内，并使采液管(4)内的液体上行并举出到地面，此时时采液管(4)内高速流动的流体将采液管(4)内与采液泵(16)内的污垢同时清除，洗井时，洗井液经气举筒(5)采液管(4)内，使采液管(4)内与采液泵(16)内的污垢被清除。
Claims (6)
1.一种气举采液的装置，包括：在采液管(4)上连接气举筒(5)、单流阀(12)、封隔器(13)、止回阀(14)组成的气举采液管柱，下入井筒(1)内形成1个内空间与1个环形空间，构成一种气举采液的装置，在该装置中，气举筒(5)的中心通道(11)的上下两端的丝扣与采液管(4)连接，气举筒(5)为射流式气举筒，其结构为偏心结构，偏心结构上加工有射流孔(6)与阀室(8)，阀室(8)内安装有限位杆(7)、单向阀(9)，单向阀(9)由空心顶丝(10)固定在偏心结构上，气举筒(5)的射流孔(6)与阀室(8)使环形空间与中心通道(11)连通，射流孔(6)与中心通道(11)的出口方向形成夹角a，夹角a为12至45度，射流孔(6)最小处的孔径为3至12毫米，采液管(4)连接1个气举筒(5)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种单级开式结构的气举采液装置；采液管(4)连接2个以上气举筒(5)，组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种多级开式结构的气举采液装置；采液管(4)连接1个气举筒(5)与1个单流阀(12)、1个封隔器(13)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种半闭式单级结构的气举采液装置；采液管(4)连接2个以上气举筒(5)与1个单流阀(12)、1个封隔器(13)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种半闭式多级结构的气举采液装置；采液管(4)连接1个气举筒(5)与1个单流阀(12)、1个封隔器(13)、1个止回阀(14)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种闭式单级结构的气举采液装置；采液管(4)连接2个以上气举筒(5)与1个单流阀(12)、1个封隔器(13)、1个止回阀(14)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种闭式多级结构的气举采液装置。
2.按权利要求1所述的一种气举采液的装置，其特征在于还包括采液泵(16)，采液管(4)连接1个气举筒(5)与1个采液泵(16)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种单级管柱结构的气举辅助机械采液装置；采液管(4)连接2个以上气举筒(5)与1个采液泵(16)后组成的采液管柱下入井筒(1)内构成一种多级管柱结构的气举辅助机械采液装置。
3.按权利要求2所述的一种气举采液的装置，其特征是：气举筒(5)安装在采液泵(16)上部的采液管柱上。
4.按权利要求2所述的一种气举采液的装置，其特征是：气举筒(5)安装在采液泵(16)下部的采液管柱上。
5.按权利要求2所述的一种气举采液的装置，其特征是：气举筒(5)分别安装在采液泵(16)上部和下部的采液管柱上。
6.按权利要求1规定的一种气举采液的装置，其特征是：射流孔(6)与中心通道(11)的出口方向形成的夹角a为15至20度。
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