CN113356829B - 一种螺距自适应调节的气液螺旋分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种螺距自适应调节的气液螺旋分离器，包括外筒、内筒、轴向螺旋、径向螺旋片和若干挡板，挡板则一一正反活动配合连接、并沿外筒内壁轴向排布，轴向螺旋则呈螺旋形环绕设置在内筒外壁上，径向螺旋片的径向内壁端部与周向螺旋的外周面固定、径向外壁端部则与挡板内壁固定；轴向螺旋的下端与内筒外壁固定、上端沿内筒外壁轴向可伸缩设置。本发明结构简单，活动部件少，占地面积小，适应复杂情况的气液分离，根据不同气液比以及不同流量的气液混合物通过时螺旋片能自适应调整螺距大小，以达到最大化分离效率。同时该气液螺旋分离器可以通过与其他设备配合，实现排液采气或者回注。
Description
技术领域
本发明涉及采气工程领域，尤其涉及一种可适用于井下或井上利用生产压差做动力，自动实现气液分离，可根据不同流量以及不同气液比自适应改变螺距来达到最高气液分离效率的螺距自适应调节的气液螺旋分离器。
背景技术
气井内积液是制约天然气生产的主要问题之一，当井筒内存在少量的液体时会增大回压、降低井口压力，影响气井生产能力；当井筒内积液较多时，储层气相渗透率降低，造成气井产量的减少甚至停产，严重影响着气田的高效开发，降低了气井开采期和气藏的最终采收率。螺旋分离器可与井下或地面设备配合实现排液采气或将液直接回注地层，实现天然气高效生产。
目前，现有的气液螺旋分离器，通常为固定螺距。如CN110876872A公开了一种气液分离器与气液分离方法，气液分离器设有气液分离器筒体，其内设有螺旋分离器。螺旋分离器筒体的上部设有螺旋分离器入口管，底部设有第一导液管。螺旋分离器筒体的轴心线区域设有升气管垂直管段，升气管垂直管段与螺旋分离器圆筒形筒体之间设有螺旋板。上下相邻两圈螺旋板之间形成螺旋通道，螺旋分离器入口管的出口与螺旋通道的顶部入口相通。
然而，现有螺旋气液分离器螺距固定，由于在气井开采的过程中，气液混合物的气液比以及流量会发生变化，从而导致气液分离效率低。为使气液螺旋分离器能在不同气液比以及不同流量下具有高分离效率，通过分析气液螺旋分离器的各影响因素，有必要设计一种螺距自适应调节的气液螺旋分离器，使得气液螺旋分离器的螺距能根据气液比以及流量的变化自适应调节螺距，以达到最佳气液分离效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术之不足，本发明提供一种螺距自适应调节的气液螺旋分离器，可根据气液比以及流量的变化自适应调节螺距，以达到最佳气液分离效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种螺距自适应调节的气液螺旋分离器，包括外筒和内筒，内筒与外筒之间形成的环形空间上端为排气通道，还包括轴向螺旋、径向螺旋片和若干挡板，所述的挡板则一一正反活动配合连接、并沿外筒内壁轴向排布，所述的轴向螺旋则呈螺旋形环绕设置在内筒外壁上，所述轴向螺旋的最大螺距不大于相邻两个挡板之间的活动距离；所述的径向螺旋片的径向内壁端部与周向螺旋的外周面固定、径向外壁端部则与挡板内壁固定；所述的轴向螺旋的下端与内筒外壁固定、上端沿内筒外壁轴向可伸缩设置；所述的轴向螺旋下端对应最下方的径向螺旋片下方固定有封隔板，所述的封隔板连接封堵在轴向螺旋外壁与挡板内壁之间，所述的封隔板上安装有若干雾化喷嘴；挡板与外筒之间形成了螺旋形空间，该螺旋形空间下端为排液通道，挡板与内筒之间形成了螺旋形空间，该螺旋形空间的下端为气液混合物入口，外筒内部上端与内筒之间的环形空间上部连接为排气通道。
优选的，为了便于挡板正反活动配合并便于调整轴向螺旋的螺距，所述的挡板轴向截面包括两个连接成一体的槽型体，且槽型体的开槽方向相背；挡板与挡板之间的连接则通过开口方向相向的槽型体之间的插接配合实现；所述的槽型体沿内筒轴向的开槽长度和槽型体之间插接配合的壁厚与轴向螺旋的最大螺距相适配。挡板的槽口一一正反配合，既能有效实现挡板的阻挡和引导气液混合物螺旋向上的功能，又可通过槽型体的槽口配合，实现上下两个挡板之间的相向和背向运动，便于轴向螺距的调整。
进一步的，所述的内筒上下两端的外周面设有螺纹，外筒上下两端的外周面设有螺纹。内筒上下两端的螺纹用于该气液螺旋分离器的安装连接，外筒上端外周面的螺纹用于与地面、地下采气设备连接。
优选的，为了便于调整轴向螺旋的螺距调节范围，所述的径向螺旋片上设有配重块，通过不同重量的配重块和不同位置的配重块，在不同流量下控制螺距调节范围。
本发明的有益效果是，本发明提供的一种螺距自适应调节的气液螺旋分离器，结构简单，活动部件少，占地面积小，适应复杂情况的气液分离，根据不同气液比以及不同流量的气液混合物通过时螺旋片能自适应调整螺距大小，以达到最大化分离效率。同时该气液螺旋分离器可以通过与其他设备配合，实现排液采气或者回注。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明最优实施例的外部结构示意图。
图2是本发明最优实施例的剖视图。
图3是图2中A处的放大示意图。
图4是本发明最优实施例中轴向螺旋的截面图。
图5是本发明最优实施例中挡板的截面图。
图6是本发明最优实施例中封隔板的示意图。
图中 1、内筒上端外周面螺纹 2、排气通道 3、外筒上端外周面螺纹 4、外筒 5、径向螺旋片 6、轴向螺旋 7、挡板 8、封隔板 9、雾化喷嘴 10、气液混合物入口 11、排液通道12、内筒 13、内筒下端外周面螺纹。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1至图5所示的一种螺距自适应调节的气液螺旋分离器，是本发明最优实施例。
该气液螺旋分离器包括外筒4、内筒12、轴向螺旋6、径向螺旋片5和若干挡板7，内筒12与外筒4之间形成了环形空间。该环形空间的上端为排气通道2。的内筒12上下两端的外周面设有螺纹，外筒4上下两端的外周面设有螺纹。螺纹用于该气液螺旋分离器的安装连接、与地上或地下设备结合使用，例如外筒4上端外周面的螺纹用于与地面、地下采气设备连接。
轴向螺旋6和径向螺旋片5起导流作用，轴向螺旋6则呈螺旋形环绕设置在内筒12外壁上，轴向螺旋6的最大螺距不大于相邻两个挡板7之间的活动距离。径向螺旋片5的径向内壁端部与周向螺旋的外周面固定、径向外壁端部则与挡板7内壁固定，轴向螺旋6的下端与内筒12外壁固定、上端沿内筒12外壁轴向可伸缩设置。在实际设计中，径向螺旋片5由同宽等厚的钢板螺旋状焊接在轴向螺旋6的外侧，而轴向螺旋6的下端部分与内筒12外壁焊接，而径向螺旋片5的外端则与挡板7焊接固定。
挡板7则一一正反活动配合连接、并沿外筒4内壁轴向排布。在实际设计中，挡板7可如图3和图5所示，挡板7轴向截面包括两个连接成一体的槽型体，且槽型体的开槽方向相背，每个槽型体为凵形，两个槽型体连接并开口方向背向则形成了近似各边为直边的S形结构。挡板7与挡板7之间的连接则通过开口方向相向的槽型体之间的插接配合实现。即上下两个挡板7则上方挡板7的下槽口与下方挡板7的上槽口配合，在不考虑槽型体厚度的情况下，每个槽口的轴向长度为挡板7位置调节范围。为了便于挡板7正反活动配合并便于调整轴向螺旋6的螺距，槽型体沿内筒12轴向的开槽长度和槽型体之间插接配合的壁厚与轴向螺旋6的最大螺距相适配。挡板7的槽口一一正反配合，既能有效实现挡板7的阻挡和引导气液混合物螺旋向上的功能，又可通过槽型体的槽口配合，实现上下两个挡板7之间的相向和背向运动，便于轴向螺距的调整。
轴向螺旋6下端对应最下方的径向螺旋片5下方固定有封隔板8，封隔板8连接封堵在轴向螺旋6外壁与挡板7内壁之间，封隔板8上均匀开孔并安装有雾化喷嘴9。挡板7与外筒4之间形成了螺旋形空间，该螺旋形空间下端为排液通道11，挡板7与内筒12之间形成了螺旋形空间，该螺旋形空间的下端为气液混合物入口10，外筒4内部上端与内筒12之间的环形空间上部连接为排气通道2。
在实际设计中，将轴向螺旋6的轴向长度设为1个单位长度，内筒12长度为2.5个单位长度，外筒4为2个单位长度，挡板7总长为1个单位长度。径向螺旋片5与轴向螺旋6的材质可选用高强度塑料、金属等密度小、性能好的材料，然后需通过机选不同流量下螺距的调节范围，在径向螺旋片5的不同位置添加配重。挡板7的材质可与径向螺旋片5采用同种材质。在加工时，挡板7与外筒4的下端未被切割豁口对齐，且下端向上对称分别切去选用材质圆周的四分之一，形成两豁口，豁口长0.25个单位长度，顶端为弧形，外筒4豁口与挡板7豁口用钢板焊接形成排液通道11。外筒4下端位于内筒12下端向上0.25个单位长度位置处，径向螺旋片5下端位于内筒12下端向上0.75个单位长度的位置处。内筒12上下两端接头位置均设计螺纹，外筒4上端设计螺纹用于与地面、地下采气设备连接，挡板7最大伸缩距离应通过不同流量不同气液比的螺距调节范围计算得出，雾化喷嘴9安装的数量应根据不同流量的不同气液比的情况去选用。
气液分离过程：
气液混合物从外筒4下部侧面上开的豁口出沿着气液混合物入口10以一定的初速度进入外筒4内壁与内筒12外壁形成的环形空间内，后通过固定于径向螺旋片5下端的封隔板8上的雾化喷嘴9，由雾化喷嘴9充分雾化后，气液混合物沿着径向螺旋片5升角方向进入分离器的螺旋段轴向螺旋6对应的段落内。轴向螺旋6带动径向螺旋片5根据气液比与流量的变化自动调节螺距大小，通过螺旋段内螺旋片的导流作用，使得流体介质旋转而产生离心力，由于气液两相间密度差的存在，从而造成液滴与气相分离。而位于径向螺旋片5外端的挡板7会随着轴向螺旋6的拉伸而拉伸，但由于挡板7与挡板7之间为正反槽型体配合，在达到最大拉伸距离时会自锁，从而保证将已经分离至径向螺旋片5外边缘处的液滴挡住液滴径向分速度很小，使得液滴在被甩出径向螺旋片5内部之前得到挡板7的进一步导向加速。当液滴运动至超出挡板7的封隔范围后，被甩至外筒4的内壁，在重力作用下从挡板7与外筒4内壁所形成的环形空间出口的排液通道11流出，同时被分离的气体则从径向螺旋片5与外筒4内壁所形成的环形空间出口流出，并在压差作用下从排气通道2流出，最终实现气液两相的分离。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (3)
1.一种螺距自适应调节的气液螺旋分离器，包括外筒（4）和内筒（12），内筒（12）与外筒（4）之间形成的环形空间上端为排气通道（2），其特征在于：还包括轴向螺旋（6）、径向螺旋片（5）和若干挡板（7），所述的挡板（7）则一一正反活动配合连接、并沿外筒（4）内壁轴向排布，所述的轴向螺旋（6）则呈螺旋形环绕设置在内筒（12）外壁上，所述轴向螺旋（6）的最大螺距不大于相邻两个挡板（7）之间的活动距离；
所述的径向螺旋片（5）的径向内壁端部与轴向螺旋（6）的外周面固定、径向外壁端部则与挡板（7）内壁固定；所述的轴向螺旋（6）的下端与内筒（12）外壁固定、上端沿内筒（12）外壁轴向可伸缩设置；
所述的轴向螺旋（6）下端对应最下方的径向螺旋片（5）下方固定有封隔板（8），所述的封隔板（8）连接封堵在轴向螺旋（6）外壁与挡板（7）内壁之间，所述的封隔板（8）上安装有若干雾化喷嘴（9）；
挡板（7）与外筒（4）之间形成了螺旋形空间，该螺旋形空间下端为排液通道（11），挡板（7）与内筒（12）之间形成了螺旋形空间，该螺旋形空间的下端为气液混合物入口（10），外筒（4）内部上端与内筒（12）之间的环形空间上部连接为排气通道（2）；
所述的挡板（7）轴向截面包括两个连接成一体的槽型体，且槽型体的开槽方向相背；挡板（7）与挡板（7）之间的连接则通过开口方向相向的槽型体之间的插接配合实现；所述的槽型体沿内筒（12）轴向的开槽长度和槽型体之间插接配合的壁厚与轴向螺旋（6）的最大螺距相适配。
2.如权利要求1所述的一种螺距自适应调节的气液螺旋分离器，其特征在于：所述的内筒（12）上下两端的外周面设有螺纹，外筒（4）上下端的外周面设有螺纹。
3.如权利要求1所述的一种螺距自适应调节的气液螺旋分离器，其特征在于：所述的径向螺旋片（5）上设有配重块。
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