井下采油多腔室旋流式粗分离装置技术领域
本发明涉及一种石油开采设备，特别是涉及一种井下采油多腔室旋流式粗分离装
置。
背景技术
在石油开采的过程中，当地层能量充足，可以借助天然能量自喷。随着地层能量的
消耗，地层压力下降，自喷期结束，就需要开发技术人员选择其他的驱动能量。人工举升技
术在现代石油开采中必不可少，并且运用也较为广泛。国内，驱替地层中原油的方式主要是
水驱，大多数油田也是采用注水的方式开采原油。注水开采成本低，驱油效果较好，综合经
济效益较高。但是，随着地层原油的不断开采，地层中大孔隙中的原油需要的驱动能量较
少。对于微小孔隙，孔道越小，毛管压力越大，驱油阻力也越大，这必然使得地层中有大量的
剩余油难以开采。
国内很多油田，注入水将原油驱替到井眼后采用人工举升采油，举升液体中含有
大量的水，导致含水率非常高，含水率高达90％的情况也十分常见。举升出井口的液体中，
需要的只是那部分低占比的原油。大量的水被开采出来，这导致耗费了大量的电能和资金
的投入。后期的水处理成本对于石油开采来说也是一笔较大的开支。水的采出和回注过程，
造成了大量的能源浪费，成本攀升。因此，井下对油水进行粗分离，就显得尤为重要。现有的
油水分离器，例如专利申请号为00213389.X的实用新型专利，它的分离器部分功能较为简
单，分离出的原油含水率较高，分离效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种井下采油多腔室旋流式粗分离
装置，它可以作为电潜泵采油装置井下机组的一部分，解决现有分离装置分离效果欠佳，能
源、资金浪费的问题。该装置能有效的加强分离效果，降低含水率，提高举升液中原油体积
占比。
本发明的目的是这样实现的：
一种井下采油多腔室旋流式粗分离装置，所述壳体具有内腔室以及环绕在内腔室
外呈环状的外腔室，所述内腔室具有上分离部、下分离部，所述外腔室位于内腔室的上分离
部，所述内腔室的下分离部、外腔室均呈上圆下锥型，所述内腔室的顶部设置抽油管用于与
抽油泵连接，所述外腔室的圆段设置切向进液管用于与增压泵的内腔连接，所述外腔室的
锥段与内腔室下分离部的圆段之间设置切向出水管，所述外腔室、内腔室上分离部之间的
隔壁内侧设置切向出油管，所述切向出油管位于切向出水管的上方，所述内腔室的底部设
置用于将分离出的水注入地层的注水管，所述切向出水管、切向出油管、注水管上分别设有
单向阀。
为了形成旋流，优选地，所述切向进液管的上端与增压泵的外表面相切，切向进液
管的下端与外腔室外表面相切，所述切向出水管的上端与外腔室外表面相切，所述切向出
水管的下端与内腔室外表面相切。
为了提高分离效果，优选地，所述切向进液管的数量为两根，两根切向进液管沿水
平方向对称设置在外腔室的外侧，两切向进液管的旋向相同；所述切向出水管的数量为两
根，两根切向出水管沿水平方向对称设置在内腔室的外侧，两切向出水管的旋向相同；所述
切向出油管的数量为两根，两根切向出油管沿水平方向对称设置在隔壁的内侧，两切向出
油管的旋向相同。
为了保证油水混合液经两侧切向进液管沿切线进入外腔室向下作螺旋形运动，防
止两个进液口进入的液体分子发生碰撞，影响分离效果，优选地，两根切向进液管沿竖直方
向错位设置；两根切向出水管沿竖直方向错位设置；两根切向出油管沿竖直方向错位设置。
优选地，所述内腔室的下分离部直径大于上分离部直径，形成上分离部、下分离部
之间形成台阶。
优选地，所述外腔室、内腔室上分离部之间的隔壁内侧设置环形挡板，所述环形挡
板位于切向出油管的上方。
优选地，所述切向出油管位于切向进液管的下方。
优选地，所述切向出油管位于外腔室锥段的上部。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1.本装置是电潜泵采油装置井下机组的一部分，将井下油水进行有效分离，这对
于石油开采尤为重要，本装置直接在井下进行油水粗分离，防止水的采出和回注过程中，造
成的大量能源浪费，减少了能源的消耗和资金的投入。水处理成本也会显著下降，具有可观
的经济效益，尤其在非自喷井或高含水井举升技术中可起到重要作用。
2.采用多腔室自上而下的组合结构，逐步分离，显著的提高了分离效率。
3.在离心力的作用下，当粗分离装置下部排水速度较慢，切向进液管进液速度较
快时，水沿着内腔室壁面的厚度增大，下部注水管排水口的压力上升。水在上部受到两层阻
挡，其一是内腔室上分离部、下分离部之间台阶的阻挡，其次是内腔室上分离部环形挡板的
阻挡。由于阻挡的作用，在旋流过程中，进一步增大了下部注水管排水口的压力，加快了排
液速度，提高了分离效率。也可有效的防止油水混相，减少在内腔室上部通过抽油连通管将
水抽吸出分离器的水的体积，防止水上窜作用对抽提出原油的含水率造成影响。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是分离器的结构示意图；
图3是图2的A-A剖视示意图；
图4是旋流式分离的原理图。
附图标记
附图中，1.潜油电缆，2.进油管，3.抽油泵，4.抽油泵进口，5.上联轴器，6.抽油电
机，7.下联轴器，8.吸入阀，9.增压泵，10.抽油管，11、23.切向进液管，12、21.切向出油管，
13、20.切向出水管，14、15、18、19.单向阀，16.注水管，17.地层，22.环形挡板，24.含油层，
25.套管，26.油管，27.上封隔器，28为内腔室，29为外腔室。
具体实施方式
参见图1-图4，为本发明的一种较佳的实施例
传统电潜泵采油装置由井下机组部分、电力传输部分、地面控制部分组成。潜油电
缆将地面电能传输给抽油电机，抽油电机通过上下两个联轴器分别连接抽油泵和增压泵。
增压泵底部安装一种井下采油多腔室旋流式粗分离装置，进一步将油水进行有效分离。
井下采油多腔室旋流式粗分离装置，包括壳体，所述壳体具有内腔室以及环绕在
内腔室外呈环状的外腔室，外腔室的外径等于增压泵的外径，内腔室空间较大，所述内腔室
具有上分离部、下分离部，所述内腔室的下分离部直径大于上分离部直径，形成上分离部、
下分离部之间形成台阶。所述外腔室位于内腔室的上分离部，所述内腔室的下分离部、外腔
室均呈上圆下锥型，圆段、锥段的高度比为1:3，所述内腔室的顶部设置抽油管用于与抽油
泵连接，所述外腔室的圆段设置切向进液管用于与增压泵的内腔连接，所述外腔室的锥段
与内腔室下分离部的圆段之间设置切向出水管，所述外腔室、内腔室上分离部之间的隔壁
内侧设置切向出油管、环形挡板，所述切向出油管位于切向出水管的上方，本实施例中，所
述切向出油管位于切向进液管的下方且位于外腔室锥段的上部。所述环形挡板位于切向出
油管的上方，所述内腔室的底部设置用于将分离出的水注入地层的注水管，所述切向出水
管、切向出油管、注水管上分别设有单向阀。
所述切向进液管的上端与增压泵的外表面相切，切向进液管的下端与外腔室外表
面相切，所述切向出水管的上端与外腔室外表面相切，所述切向出水管的下端与内腔室外
表面相切。所述切向进液管的数量为两根，两根切向进液管沿竖直方向错位设置，两根切向
进液管沿水平方向对称设置在外腔室的外侧，两切向进液管的旋向相同；所述切向出水管
的数量为两根，两根切向出水管沿竖直方向错位设置，两根切向出水管沿水平方向对称设
置在内腔室的外侧，两切向出水管的旋向相同；所述切向出油管的数量为两根，两根切向出
油管沿竖直方向错位设置，两根切向出油管沿水平方向对称设置在隔壁的内侧，两切向出
油管的旋向相同。
在旋流过程中，油水自上而下，从切向进液管沿着切线进入外腔室内，增加了进液
的旋流分离时间。当油和水经过外腔室的分离后，进入内腔室，油首先进入内腔室的上分离
部内，水进入下分离部，由于离心力的作用，水沿着内腔室壁面向下流动，油由于重力和离
心力的作用会沿着中心轴线向下流动。最终水会通过带有单向阀的注水管排出，进一步被
注入地层。上分离部的油向下流动一段距离后，与自下而上内腔室分离的原油混合，向上继
续进进行旋流分离。油在旋流过程中会沿着中心轴线上返，会受到上分离部、下分离部之间
台阶的阻挡，其次上返进入内腔室上分离部内会受到环形挡板的阻挡。通过阻挡可以减小
向上返油的厚度，可以抽吸沿着中心轴线分离效果较好的那部分油。当粗分离装置下部排
水速度较慢，切向进水管进液速度较快时，水沿着内腔室壁面的厚度增大，下部注水管排水
口的压力上升，加快中心轴线聚集油的上放速度。水在上部受到两层阻挡，其一是上分离
部、下分离部之间台阶的阻挡，其次是内腔室上分离部环形挡板的阻挡。由于阻挡的作用，
在旋流过程中，进一步增大了下部注水管排水口的压力，加快了排水速度，提高了分离效
率。也可有效的防止油水混相，减少在内腔室上部通过抽油连通管将水抽吸出分离器的水
的体积，防止水的上窜作用对抽提出原油的含水率造成影响。最终油被主内腔室上部中心
轴线的抽油管抽提至抽油泵，最终进入油管，然后把油举升到地面。
在设计外腔室和内腔室时，应尽可能保证圆柱直径小而圆锥部分长。小直径的圆
筒有利于增大离心力，以提高沉降速度；同时，锥形部分加长可增大液流行程，从而延长混
合液的分离时间或混合液在腔室内的停留时间。
本发明不仅仅局限于上述实施例，若有足够的井下空间，在内腔室下部仍可以加
一级腔室，构成多腔室自上而下的组合结构，设计出井下采油多腔室旋流粗分离装置，进一
步增加分离液在旋流器内壁面的停留时间，增强分离效果。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通
过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在
形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。