一种水气井采气系统.pdf

本发明公布了一种水气井采气系统，包括固定在套管内的封隔器以及固定筒，在套管的上端依次连接有预存腔体、汽水分离器和水池，喷嘴包括喷嘴内芯以及喷嘴外壳，喷嘴外壳的端部设有喷流孔，在喷嘴内芯一端设置内圆锥面，喷嘴内芯另一端开有正对喷流孔的通孔，通孔内壁上安装有多个旋流叶片，在喷嘴内芯中部设置有环形的对流槽。当气井内的气液两相混合物在井内压力的推动下开始上升，气液混合物进入到进气腔体内后经过内圆锥面对其进行体积压缩，进而提高气液混合物的流动速度，在气液混合物进入旋流腔体时，流体与旋流叶片相互接触，通过旋流叶片将流体带动旋转，最后利用旋转产生的离心力将气液混合物从喷流孔中甩出。

1.  一种水气井采气系统，包括固定在套管（12）内的封隔器（14）以及固定筒（13），其特征在于：在所述套管（12）的上端依次连接有预存腔体（16）、汽水分离器（17）和水池（18），在所述固定筒（13）上螺纹连接有喷嘴，所述喷嘴包括喷嘴内芯（4）以及套设在喷嘴内芯（4）外的喷嘴外壳（1），喷嘴外壳（1）的端部设有喷流孔（8），在所述喷嘴内芯（4）一端设置内圆锥面（3），且所述内圆锥面（3）与喷嘴外壳（1）的内壁形成进气腔体（2），喷嘴内芯（4）另一端开有正对喷流孔（8）的通孔，通孔内壁上安装有多个旋流叶片（7），且通孔与喷嘴内芯（4）的内壁形成旋流腔体（5）；还包括两个贯穿喷嘴外壳（1）以及喷嘴内芯（4）的气孔（11），在喷嘴内芯（4）中部设置有环形的对流槽（10），两个气孔（11）对称设置在对流槽（10）的两端，且所述气孔（11）的出气端内径在沿喷嘴内芯（4）径向指向轴心的方向上递减。

2.  根据权利要求1所述的一种水气井采气系统，其特征在于：所述喷嘴内芯（4）的端部设有环形凹槽（6），且所述旋流腔体（5）通过圆孔与环形凹槽（6）连通。

3.  根据权利要求1或2所述的一种水气井采气系统，其特征在于：还包括开设在喷嘴外壳（1）端部的扩散孔（9），所述扩散孔（9）与喷流孔（8）的出气端连通。

一种水气井采气系统
技术领域
本发明涉及井下采气领域，具体是指一种水气井采气系统。
背景技术
在国内多数气井中都会不同程度的在井底出现积水，对于存在底水或是边水的气井，在开采过程中液气比将逐渐增高，如果不及时调整液气比或者井底积液不及时排除井口，这会导致气井的正常生产，甚至将气井淹死而导致停产，因此正确预测气井在不同程度含液量下的举升能力根据气井的实际情况选择合适气井的排水采气工艺具有重要的实际意义。
气井井底刚开始出现少量积液时井筒内的液体可以被气体利用自身的上升力带出井筒，气井还能正常生产，这时气井气流的最流流速称为气井携液临界流速，对应的气体流量称为气井携液临界流量；当井筒内气体的实际流速小于临界流速时，气流就不能将井内液体利用自身的上升力带出井口。而现有技术中，通常采用直射喷嘴，液体经过加压后获得较大的动能，经过喷嘴后液体将以很大的速度喷射出去，在液体表面张力、粘性及空气阻力相互作用下，液体由滴落、平滑流、波状流向喷雾流逐渐转变，最后方便实现气液的两相分离；但是由于直射喷嘴中排出的水流具有表面张力，因此在液体转变为喷雾流的过程中，需不断向井下加压才能满足液体在喷射出时具有很高的速度与周围空气发生摩擦而分离雾化，然后井下的气压越高，采气时所面临的安全可靠度越低，极易引发安全事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水气井采气系统，方便气液快速的自主上升排出井外，同时达到提高采气安全可靠度的目的。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种水气井采气系统，包括固定在套管内的封隔器以及固定筒，在所述套管的上端依次连接有预存腔体、汽水分离器和水池，在所述固定筒上螺纹连接有喷嘴，所述喷嘴包括喷嘴内芯以及套设在喷嘴内芯外的喷嘴外壳，喷嘴外壳的端部设有喷流孔，在所述喷嘴内芯一端设置内圆锥面，且所述内圆锥面与喷嘴外壳的内壁形成进气腔体，喷嘴内芯另一端开有正对喷流孔的通孔，通孔内壁上安装有多个旋流叶片，且通孔与喷嘴内芯的内壁形成旋流腔体；还包括两个贯穿喷嘴外壳以及喷嘴内芯的气孔，在喷嘴内芯中部设置有环形的对流槽，两个气孔对称设置在对流槽的两端，且所述气孔的出气端内径在沿喷嘴内芯径向指向轴心的方向上递减。在对具有一定含水量的气井的开采过程中，套管置于地底的气层，通过封隔器将套管上端与其下端隔绝，向气井内注入压力推动封隔器打开使得套管上下端连通，而固定筒上安装喷嘴，在压力的压迫下井内的气液两相混合物则通过喷嘴喷射入预存腔体，且预存腔体与汽水分离器、水池依次连接，即气液混合物在被喷嘴喷射至预存腔体后直接由汽水分离器进行气液两相的分离，分离出的气体被排出至储气罐等收集装置，而分离出的水分则排至水池中；
当气井内的气液两相混合物在井内压力的推动下开始上升，气液混合物进入到进气腔体内后经过内圆锥面对其进行体积压缩，进而提高气液混合物的流动速度，在气液混合物进入旋流腔体时，流体与旋流叶片相互接触，通过旋流叶片将流体带动旋转，最后利用旋转产生的离心力将气液混合物从喷流孔中甩出；当气液混合物的流量很小时，离心力大于液体表面张力时，由喷流孔中甩出的为尺寸较大的大液滴，此时液体直接分裂成液滴；当流量增大时，液体被旋转分裂成数量较多的丝状射流，液体的流态极不稳定，液体离开旋转叶片末端并由喷流孔喷出一段距离后，直接与空气发生摩擦作用而分离成小液滴，形成丝状分裂液滴，当流量继续增大时，液丝相互连接成液膜，随着液膜向外扩展成更薄的液膜，并以很高的速度与周围的空气发生摩擦而分离雾化，由薄膜状分裂成液滴，使得在喷流孔喷出雾状的气液混合物，同时在正常使用的工作压力下将气井内的气液两相抽取出，以方便后期的气液分离工序；
其中在喷嘴内芯中部开有环形的对流槽，向气孔注入空气，涌进的空气在气孔的末端压缩，即进一步增大空气的喷射速度，而气孔沿环形的对流槽对称设置，进而有两个气孔喷出的空气流相互对冲，且能在对流槽内进行一段时间的，旋流腔体内流动的气液混合物在对流槽所形成的圆柱环境下与空气混合，高速流动的空气与相对较低速度运动的气液混合物或是液膜相互产生震动、摩擦，使得液体破碎为细小的液体；然后再经过旋流叶片的离心加速迅速上升，方便气液快速的自主上升排出井外，同时达到提高采气安全可靠度的目的。
进一步地，所述喷嘴内芯的端部设有环形凹槽，且所述旋流腔体通过圆孔与环形凹槽连通。环形凹槽与喷嘴外壳的内壁之间形成环空，气液混合物在即将通过旋流叶片时经过圆孔进入到环空内，在一定程度上减弱了气液混合物在旋流腔体靠近其内壁部分的流层运动速度，避免气液混合物直接对旋流叶片造成冲击，防止旋流叶片局部受损后影响流体的旋转，提高喷流孔内气液混合物的雾化效果。
进一步地，还包括开设在喷嘴外壳端部的扩散孔，所述扩散孔与喷流孔的出气端连通。由喷流孔射出的雾状液滴扩散范围较大，不利于井上作业对雾状液滴的收集，与喷流孔连通的扩散孔可对辐射喷出的雾状液滴进行收拢聚集，使之直接进入井上装置中的容纳腔中。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明当流量继续增大时，液丝相互连接成液膜，随着液膜向外扩展成更薄的液膜，并以很高的速度与周围的空气发生摩擦而分离雾化，由薄膜状分裂成液滴，使得在喷流孔喷出雾状的气液混合物，同时在正常使用的工作压力下将气井内的气液两相抽取出，以方便后期的气液分离工序；
2、本发明的环形凹槽与喷嘴外壳的内壁之间形成环空，气液混合物在即将通过旋流叶片时经过圆孔进入到环空内，在一定程度上减弱了气液混合物在旋流腔体靠近其内壁部分的流层运动速度，避免气液混合物直接对旋流叶片造成冲击，防止旋流叶片局部受损后影响流体的旋转，提高喷流孔内气液混合物的雾化效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图；
图2为喷嘴的结构示意图；
图3为喷嘴外壳的结构示意图；
图4为喷嘴内芯的结构示意图；
附图中标记及相应的零部件名称：
1-喷嘴外壳、2-进气腔体、3-内圆锥面、4-喷嘴内芯、5-旋流腔体、6-环形凹槽、7-旋流叶片、8-喷流孔、9-扩散孔、10-对流槽、11-气孔、12-套管、13-固定筒、14-封隔器、15-气层、16-预存腔体、17-汽水分离器、18-水池。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1~4所示，本实施例包括固定在套管12内的封隔器14以及固定筒13，在所述套管12的上端依次连接有预存腔体16、汽水分离器17和水池18，在所述固定筒13上螺纹连接有喷嘴，其中所述喷嘴包括喷嘴内芯4以及套设在喷嘴内芯4外的喷嘴外壳1，喷嘴外壳1的端部设有喷流孔8，在所述喷嘴内芯4一端设置内圆锥面3，且所述内圆锥面3与喷嘴外壳1的内壁形成进气腔体2，喷嘴内芯4另一端开有正对喷流孔8的通孔，通孔内壁上安装有多个旋流叶片7，且通孔与喷嘴内芯4的内壁形成旋流腔体5；还包括两个贯穿喷嘴外壳1以及喷嘴内芯4的气孔11，在喷嘴内芯4中部设置有环形的对流槽10，两个气孔11对称设置在对流槽10的两端，且所述气孔11的出气端内径在沿喷嘴内芯4径向指向轴心的方向上递减。在对具有一定含水量的气井的开采过程中，套管12置于地底的气层，通过封隔器14将套管12上端与其下端隔绝，向气井内注入压力推动封隔器14打开使得套管12上下端连通，而固定筒13上安装喷嘴，在压力的压迫下井内的气液两相混合物则通过喷嘴喷射入预存腔体16，且预存腔体16与汽水分离器17、水池18依次连接，即气液混合物在被喷嘴喷射至预存腔体16后直接由汽水分离器17进行气液两相的分离，分离出的气体被排出至储气罐等收集装置，而分离出的水分则排至水池18中；
当气井内的气液两相混合物在井内压力的推动下开始上升，气液混合物进入到进气腔体2内后经过内圆锥面3对其进行体积压缩，进而提高气液混合物的流动速度，在气液混合物进入旋流腔体5时，流体与旋流叶片7相互接触，通过旋流叶片7将流体带动旋转，最后利用旋转产生的离心力将气液混合物从喷流孔8中甩出；当气液混合物的流量很小时，离心力大于液体表面张力时，由喷流孔8中甩出的为尺寸较大的大液滴，此时液体直接分裂成液滴；当流量增大时，液体被旋转分裂成数量较多的丝状射流，液体的流态极不稳定，液体离开旋转叶片末端并由喷流孔8喷出一段距离后，直接与空气发生摩擦作用而分离成小液滴，形成丝状分裂液滴，当流量继续增大时，液丝相互连接成液膜，随着液膜向外扩展成更薄的液膜，并以很高的速度与周围的空气发生摩擦而分离雾化，由薄膜状分裂成液滴，使得在喷流孔8喷出雾状的气液混合物，同时在正常使用的工作压力下将气井内的气液两相抽取出，以方便后期的气液分离工序；其中在喷嘴内芯4中部开有环形的对流槽10，向气孔11注入空气，涌进的空气在气孔11的末端压缩，即进一步增大空气的喷射速度，而气孔11沿环形的对流槽10对称设置，进而有两个气孔11喷出的空气流相互对冲，且能在对流槽10内进行一段时间的，旋流腔体5内流动的气液混合物在对流槽10所形成的圆柱环境下与空气混合，高速流动的空气与相对较低速度运动的气液混合物或是液膜相互产生震动、摩擦，使得液体破碎为细小的液体；然后再经过旋流叶片7的离心加速迅速上升，方便气液快速的自主上升排出井外，同时达到提高采气安全可靠度的目的。
其中，所述喷嘴内芯4的端部设有环形凹槽6，且所述旋流腔体5通过圆孔与环形凹槽6连通。环形凹槽6与喷嘴外壳1的内壁之间形成环空，气液混合物在即将通过旋流叶片7时经过圆孔进入到环空内，在一定程度上减弱了气液混合物在旋流腔体5靠近其内壁部分的流层运动速度，避免气液混合物直接对旋流叶片7造成冲击，防止旋流叶片7局部受损后影响流体的旋转，提高喷流孔8内气液混合物的雾化效果。
还包括开设在喷嘴外壳1端部的扩散孔9，所述扩散孔9与喷流孔8的出气端连通。由喷流孔8射出的雾状液滴扩散范围较大，不利于井上作业对雾状液滴的收集，与喷流孔8连通的扩散孔9可对辐射喷出的雾状液滴进行收拢聚集，使之直接进入井上装置中的容纳腔中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。