CN1688792A - 井底分离器及其方法 - Google Patents

Abstract

一种井底分离器，具有一个限定了一个内腔的外壳，所述内腔被一个流量限制轴承套分隔为一个第一室和一个第二室。一个轴驱动的推动器，将产品流体抽取到所述第一室中以及所述轴承套中。所述轴承套在进入所述第二室的产品流体中产生一种压力下降，将气体与液体分离。在所述第二室中的一个涡流发生器，将所述液体分隔到所述第二室外部，而将所述气体分隔到所述第二室的内部。一种井底分离方法，包括：将产品流体抽取到一个第一室中，以及当所述流体进入一个第二室的时候，在所述流体中产生一种压力下降，以分离气体和液体。

Description

井底分离器及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于油井和天然气井的分离器；并且更特别的是涉及一种旋转的、井底的气体和液体分离器，以及一种从产品流体中分离出气体和液体的井底方法。

技术背景

液体本质上是不可压缩的流体，而气体是可压缩的流体。一个油井或者天然气井中的所述产品流体，通常是一种液体和气体的混合物。特别的，煤生成过程产生的甲烷产品的所述产品流体，包括气体和水。由于所述气体的可压缩性，难以抽取此类产品流体。所述气体的压缩降低了泵的效率，而且，泵可以空化，阻止流体流动。井底气体和液体分离器，在采油管(string)中将所述液体向上抽取之前，在所述采油管的底部对所述产品流体中的气体和液体进行分离；并且因此增加了所述抽取过程的效率和可靠性。在一些场合下，所述产品液体中的废品流体可被再次注入到所述形成产品的上方或者下方，从而消除将所述废品流体带到表面的费用，以及处理或者再循环的费用。

Scudder等人的美国专利5,673,752公开了一种分离器，其使用了一种疏水性薄膜用于分离。Ribeiro等人的美国专利6,036,749；Lee的美国专利6,066,193以及Cobb的美国专利6,382,317公开了动力旋转分离器。Lee等人的美国专利6,155,345公开了一种分离器，所述分离器被流通轴承分隔为多个分离室。

发明内容

一种井底分离器，包括一个限定了一个内腔的外壳，一个用于限制流体流动的装置，一个内置泵，以及一个涡流发生器。用于限制流体流动的所述装置位于所述外壳内部，并且将所述内腔分隔为一个第一室和一个第二室。所述内置泵将产品流体流经所述限制流体的装置泵送到所述第一室中。用于限制流体的所述装置，在进入所述第二室的产品流体中产生一种压力下降，导致所述气体和液体分离。所述涡流发生器将所述液体隔离到所述第二室的外部，而将气体隔离到所述第二室的内部。从产品流体中分离液体和气体的方法包括：将所述产品流体泵送到一个第一室中；当所述产品流体从所述第一室流入到一个第二室中的时候，在所述产品流体中产生一种压力下降；以及在所述第二室中的所述产品流体中产生一种涡流。

附图说明

结合具有类似参考数字的附图，详细说明本发明的细节，其中：

图1是一个包含本发明特征的分离器的侧面正视图。

图2是图1中所示的分离器的侧面剖视图。

图3是图1中所示的分离器的头部的部分剖视图。

图4是图1中所示的分离器的下扩散器的部分剖视图。

图5是图1中所示的分离器的上扩散器的部分剖视图。

图6是图1中所示的分离器的轴承套的部分剖视图。

图7是图1中所示的分离器的推动器的部分剖视图。

具体实施方式

现在参考图1和图2，一个包含本发明的特征的分离器10，包括一个外壳11，一个底座12和一个头部14。所述外壳11是一个中空的、细长的圆筒，限定了一个内腔15。所述分离器外壳11具有间隔的、内螺纹的下端17和上端18。

为了说明在此处选择用于说明本发明的特殊实施例，将使用一些特定的术语，这些术语将被看作为了方便而使用，并且具有非限定性的意义。例如，词语“顶部”、“底部”、“上”和“下”将指所要说明的实施例在其使用时的常规位置。相对于所述装置的所要说明的实施例的轴线，“向内”和“向外”将分别指径向向内和向外。此外，上述限定的所有术语包括所述特别提到词语的引申义以及类似意义的词语。

所述底座12具有一个上部20，一个中间部分21和一个下部22。所述上部20是一个外螺纹的中空圆筒，做成可以螺纹连接到所述分离器外壳11的下端10内部的大小和形状；并且包括一个向上开口的、居中的、大致圆柱形的上腔24。在所要说明的实施例中，所述中间部分21具有一个外表面25，所述外表面从所述上部20向下、向内延伸，并且具有一个居中的下轴承孔26，所述轴承孔从所述上腔24向下延伸。在所述下轴承孔26中安装了一个下轴承28。多个沿圆周布置的入口端口27从所述外表面25向上、向内延伸到所述上腔24中。所述下部22是中空的、大致圆柱形的，并且从所述中间部分21向下延伸到一个向外突出的凸缘29，还具有一个从所述下轴承孔26延伸出来的下腔30。

参考图3，所述头部14包括一个上部34，和一个从所述上部34向下延伸的中间部分35，以及一个从所述中间部分35向下延伸的下部36。所述上部34大致为圆柱形，并且包括多个间隔的、径向布置的、向上延伸的螺栓38。一个外部的、周向的槽39围绕所述头部14在所述上部34和所述中间部分35之间延伸。所述中间部分35是外螺纹的，并且做成可以螺纹连接到所述分离器外壳11的所述上端18中的大小和形状。一个向上开口的、向内和向下渐细的、大致圆锥形的上腔40，延伸穿过所述上部34和所述中间部分35。

所述下部36具有一个向下以及向内渐细的外表面41，以及向下开口的、向下以及向外渐细的下腔42，所述下腔在一个下端43连接到所述外表面41上。一个上轴承孔44在所述上腔40和所述下腔43之间延伸，并且具有一个安装在其中的上轴承45。多个周向布置的液体出口端口47，从所述外表面41向上以及向内延伸到所述上腔40。多个周向布置的气体出口端口48从所述下腔42向上以及向外延伸到所述槽39。

再次参考图2，所述分离器10包括一个下扩散器50，一个上扩散器51，一个第一套筒52，一个限制流量的装置53，一个第二套筒55，以及一个第三套筒56，每个部件都具有一个圆柱形的外型，其大小和形状可以安装到所述分离器外壳11的内腔15中，并且每个部件都按照上述列出的顺序，从所述底座12到所述头部14，被装配到所述内腔15中。在所要说明的实施例中，所述限制流体流量的装置53是一个轴承套54。其它类型的用于限制流体流量的装置53都适用于本发明。

如图4中所示，所述下扩散器50为基本上杯形的，具有一个大致扁平的圆形底部58，一个从所述底部58的***向上延伸的外壁59，以及一个穿过所述底部58的中心延伸的下扩散器孔60。参考图5，所述上扩散器51包括一个穿过所述上扩散器51的中心向上延伸的上扩散器孔62，一个圆柱形外壁63，以及多个位于上扩散器孔62和所述外壁63之间的间隔的、径向布置的、向上的、向内的、螺旋形延伸的通道64，所述通道64被径向翅片(fin)分隔。所述下扩散器50的外壁59向上延伸，并且所述上扩散器51的外壁63向下延伸，用来分隔所述下扩散器50和上扩散器51，并在其之间限定一个推动器腔67。

所述轴承套54，如图6中所示，是大致圆柱形的，具有一个中间轴承孔68和多个间隔的、径向布置的穿过所述轴承套54延伸的通道69。一个中间轴承70被安装在所述中间轴承孔68中。通道69被设计为限制流体流量，这样轴承套54将所述内腔15分隔为一个第一室71和一个第二室72。在所要说明的实施例中，所述通道69向上、向内以及螺旋延伸，这样，当所述产品流体流入所述第二室72中的时候，所述通道69在所述产品流体中导致涡流产生。回头参考图2，第一、第二和第三套筒53，55和56，每个都是相对较薄的薄壁的中空圆柱体。所述第一个套筒52将所述上扩散器51与所述轴承套54分隔开。所述第二和第三套筒55和56，一起将所述头部14与所述轴承套54分隔开。

一个细长的圆柱形轴74，穿过所述内腔15延伸，具有一个带有花键的下端75，所述下端延伸到所述底座12的下腔30中，以及一个间隔的、带有花键的上端76，所述上端延伸到所述头部14的上腔40中。下部、中间和上部轴颈77，78和79，沿着所述轴74被做成可以分别与所述下部、中间和上部轴承28，70和45相配合的大小和形状。一个键槽80沿着轴74纵向延伸，具有一个安装在其中的键81。一个内置泵82安装在所述轴74上。内置泵82在图7中所要说明的实施例中显示为推动器83，在所述推动器腔67中，在轴74上具有一个通过键81紧固的轮毂84，以及多个间隔的、径向布置的、向上、向外和螺旋的、围绕所述轮毂84延伸的通道85。其他形式的内置泵82，比如一种螺旋泵，都是适用的。一个涡流发生器86在图2中显示为一个叶板式装置87，位于所述第二室72中，并且在所述轴74上具有一个通过所述键81紧固的轮毂88，以及多个间隔的垂直的叶板89，所述叶板从所述轮毂88径向延伸。其他形式的涡流发生器，比如螺旋形物或者螺旋推进器，同样都是适用的。

在一个典型安装中，所述分离器10安装在一个电机，所述底座12的凸缘29，和一个通过螺栓38固定在所述头部14上的井泵之间。经过所述入口端口27以及下扩散器50，所述推动器83将产品流体抽取到所述分离器10的第一室71中，并且将所述产品流体抽取到所述上扩散器51中。所述上扩散器51将所述产品流体向上导引到所述轴承套54中。

所述通道69限制产品流体通过位于所述第一和第二室71和72之间的所述轴承套54的流量，使所述产品流体产生一种压力下降，以及所述产品流体的快速膨胀导致所述产品流体中的气体发生膨胀，从而与所述产品流体中的液体分离。所述液体和气体从所述轴承套54向上移动到所述涡流发生器87中。所述叶板89沿一个圆周方向推动所述液体和气体，并且因此离心式地将液体隔离在所述第二室72的外部，而将气体隔离在所述第二室72的内部。所述液体向上经过所述液体出口端口47，进入所述井泵中。气体向上经过所述气体出口端口48，在所述槽39处输出所述分离器10。

一种在井中从产品流体中分离液体和气体的方法，包含本发明的特征，包括设置相连接的第一和第二室，抽取产品流体到所述第一室中，当所述流体通过所述第一和第二室的时候，在所述产品流体中产生一种压力下降，并且在所述第二室中产生一种涡流。更特别的是，所述方法的第一个步骤包括：设置相连接的第一和第二室，在所述第一和第二室之间设置一个轴承套，在所述第二室中设置一个旋转叶板，以及设置连接到所述第二室的气体出口端口和液体出口端口，使得所述轴承套具有多个在所述第一和第二室之间螺旋延伸的限制通道。下一个步骤包括抽取产品流体到所述第一室中。再下一个步骤包括：当所述产品流体流入所述第二室的时候，使得所述产品流体通过所述通道，从而在所述产品流体中产生一种压力下降，分离所述气体和液体；将所述产品流体通过所述通道，同样赋予所述产品流体一种螺旋流动，并且因此引起一种涡流的产生。再下一个步骤包括：旋转所述叶板，以维持涡流的产生，从而进一步分离所述气体和液体。然后，所述气体通过所述气体出口端口被引出所述第二室外，并且所述液体通过所述液体出口端口被引出所述第二室外。

虽然已经一定程度的结合特性对本发明进行了说明，但是，需要理解的是，本公开是通过实施例完成的，并且可以不脱离本发明的精神，做出结构上的细节变化。

Claims (17)

1.一种用于井的井底气体和液体分离器，包括：

第一和第二室，

一个内置泵，用于通过所述第一室泵送产品流体，并且输送到所述第二室中，和

位于所述第一和第二室之间的装置，用于当所述产品流体进入所述第二室的时候，限制流体流量，从而在所述产品流体中产生一种压力下降，并且分离气体和液体，和

位于所述第二室中的一个涡流发生器，以离心的形式将所述流体分离为气体和液体。

2.根据权利要求1所述的分离器，包括一个穿过所述第一和第二室延伸的驱动旋转轴。

3.根据权利要求2所述的分离器，其特征在于，所述涡流发生器是位于所述轴上的一个叶板。

4.根据权利要求2所述的分离器，其特征在于，所述泵是位于所述轴上的一个推动器。

5.根据权利要求4所述的分离器，包括位于所述推动器和所述用于限制流体流量的装置之间的一个上扩散器，所述上扩散器将所述产品流体从所述推动器引向所述用于限制流体流量的装置。

6.根据权利要求2所述的分离器，其特征在于，所述用于限制流体流量的装置是一个轴承套，所述轴承套具有一个稳定所述轴的轴承。

7.根据权利要求6所述的分离器，其特征在于，所述轴承套具有多个在所述第一和第二室之间的斜向延伸的通道，其限制了流体流量，并且将所述产品流体沿着斜向推进到所述第二室中，由此导致涡流产生。

8.根据权利要求1所述的分离器，包括一个细长的外壳，一个底座和一个头部，所述外壳具有一个第一和第二端，所述外壳在靠近所述第一端的地方包含所述第一室，并且在靠近所述第二端的地方包含所述第二室；所述底座连接到所述第一端，并且包括连接到所述第一室的入口端口；并且所述头部连接到所述第二端，并且包括连接到所述第二室的气体和液体出口端口。

9.一种用于井的井底气体和液体分离器，包括：

一个具有一个第一和第二端的细长的外壳，所述外壳包括一个靠近所述第一端的第一室，和一个靠近所述第二端的第二室，

一个连接到所述第一端的底座，具有连接到所述第一室的入口端口，

一个连接到所述第二端的头部，具有连接到所述第二室的气体和液体出口端口，

一个穿过所述底座，所述第一室，所述第二室和所述头部延伸的驱动旋转轴，

一个在所述第一室中的用于通过所述第一室，将产品流体泵送到所述第二室中的位于所述轴上的推动器，

一个位于所述第一和第二室之间的轴承套，用于限制流体流量，从而当所述产品流体进入所述第二室的时候，在所述产品流体中产生一种压力下降，并且分离气体和液体，和

在所述第二室中的位于所述轴上的一个叶板，用来以离心的方式将所述流体分离为气体和液体。

10.一种在井中从产品流体中分离气体和液体的方法，包括以下步骤：

设置相互连接的第一和第二室，

将所述产品流体泵送到所述第一室中，

当所述产品流体从所述第一室流入所述第二室的时候，在所述产品流体中产生一种压力下降，来分离所述气体和所述液体，和

在所述第二室中产生一种涡流，来进一步分离所述气体和所述液体。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述产生一种压力下降的步骤，包括限制在所述第一和第二室之间的所述产品流体的流量的步骤。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述产生一种压力下降的步骤，包括限制在所述第一和第二室之间的所述产品流体的流量的步骤。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，限制所述产品流体的流量的步骤，包括在所述第一和第二室之间设置一个轴承套，所述轴承套具有多个在所述第一和第二室之间延伸的限制通道，并且使得所述产品流体通过所述通道。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述轴承套的所述通道是螺旋延伸的，并且所述使得所述产品流体通过所述通道引起所述产生涡流的步骤。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述产生一种涡流的步骤，包括设置一个旋转叶板以及使所述叶板旋转。

16.根据权利要求10所述的方法包括以下步骤：设置连接到所述第二室的气体出口端口和液体出口端口，通过所述气体出口端口将所述气体转移到所述第二室之外，并且通过所述液体出口端口将所述液体转移到所述第二室之外。

17.一种在井中从产品流体中分离气体和液体的方法，包括下列步骤：

设置相互连接的第一和第二室，在所述第一和第二室之间设置一个轴承套，在所述第二室中设置一个旋转叶板，以及设置连接到所述第二室的气体出口端口和液体出口端口，所述轴承套具有多个在所述第一和第二室之间螺旋延伸的限制通道，

将所述产品流体泵送到所述第一室中，

使得所述产品流体通过所述通道，由此当所述产品流体从所述第一室流入所述第二室的时候，在所述产品流体中产生一种压力下降，并且所述压力下降能够分离所述气体和液体，并且所述通过过程赋予所述产品流体一种螺旋流动，并且因此引起一种涡流的产生，

旋转所述叶板，并且因此在所述第二室中持续产生所述涡流，从而进一步分离所述气体和液体，

通过所述气体出口端口将所述气体转移到所述第二室之外，

通过所述液体出口端口将所述液体转移到所述第二室之外。

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