井下气液分离回注防砂采气装置 技术领域：
本实用新型属于天然气开采井下气液分离回注防砂采气装置的改进。
技术背景：
随着气藏开发程度的提高，越来越多的气井开始产水，产水量也越来越高，气井中液柱的存在增加了天然气的生产阻力，很多气井因液柱压力过大而失去生产能力(即气井水淹)，因此如何有效地处理气井中的地层水，已是国内外采气工程中亟待解决的一个问题。现有采气技术工艺多采用向气井内注入化学起泡剂和应用小油管技术提高天然气的携水能力。但带来较多的问题，首先虽然起泡剂能够有效地将气井井筒中的地层水带至地面，也为地面的气液分离带来了困难。再是气液混合流采至地面后，不仅需要建设大量的地面气液分离设备，而且分离出的地层水还须经专设管线汇聚后注入地下，庞大的地面分离设备、分离水汇聚管线和注入设备占用了大量的资金。还有地层水在处理过程中、气井放喷时对环境造成严重的污染。
发明内容：
本实用新型正是为解决现有技术手段中的不足，如地面设备过多、污染环境等设计的，为产水气井提供一种现场适用、能够在井下自动实现气液分离、分离水回注、同时防砂的工艺装置。本实用新型的目的就是为现场提供井下气液分离回注防砂采气装置。
本实用新型是这样来实现的，一种井下气液分离回注防砂采气装置，由气液分离回注部分和气层防砂部分组成，气液分离回注部分最上部是气体涡轮机〔14〕连接在油管柱上〔24〕与下部的螺杆泵〔18〕通过传动轴〔15〕相连，传动轴〔15〕的中部装有变速机构〔13〕，在油套环空处布置有由螺旋形导流板〔17〕，并在螺杆泵〔18〕上方的管柱上开有孔〔11〕，孔〔11〕处装有螺旋形液体汇集槽〔16〕，气层防砂部分，上部装有密封座〔20〕与下面油管锚〔8〕连接，油管锚〔8〕下面连接筛管〔7〕，筛管〔7〕的内部装有一根中心管〔5〕，中心管〔5〕上部由丝扣与油管锚〔8〕连接，下部插入密封座〔3〕中，筛管〔7〕地下方接皮碗封隔器〔21〕，在皮碗封隔器〔21〕下依次装有安全销钉〔22〕、扶正器〔6〕、防砂金属棉滤网〔4〕、安全销定〔2〕，最下端是两个背对的皮碗封隔器〔1〕。螺旋形导流板〔17〕制成有下倾角并被固定在油管〔24〕上。液体汇集槽〔17〕由橡胶制成，上表面带有叠瓦形槽纹，外缘紧贴套管内壁，外缘高中部低，与螺旋形导流板硫化在一起。
气液分离回注部分的最上端是涡轮机，涡轮机的旋转需要很大的气流通过来带动，下部的轮杆泵具有排量很小，但增压效果好的特点，正好符合气井产水量和产气量比值很小的特点。涡轮机在井下处于纯天然气井段，在涡轮机的下部设有气孔，天然气通过气孔进入油管，并在油管空腔中向上流动直至地面，天然气在流经涡轮机时带动蜗轮机旋转，从而为整个系统装置的工作提供动力，螺杆泵是地层水回注下部地层的增压设备，根据不同气井的产水情况的不同，选用不同功率和参数的螺杆泵，螺杆泵的上部设有吸水孔，吸水孔与油套环空中的螺旋形液体汇集槽相连，液体汇集槽由橡胶材料制成外缘紧贴套管内壁，液体汇集槽的作用是汇集沿套管壁向下流动的液流，在环形汇集槽的上表面刻有叠瓦状槽沟，在液体汇聚槽中的流体不受旋转气流的影响，在涡轮机与螺杆泵之间有传动杆连接，气液分离器是由设置在油套环空中的螺旋形隔板组成，有下倾角，用以在垂向上更好地对混合流起到阻挡作用，螺旋形隔板被牢牢地焊接在油管短节上，方便作业，起下简单，气液分离器的螺旋形隔板分别安装在螺杆泵的下方和螺杆泵上方液体汇聚槽的上部，气液混合流在油套环形空间中向上快速流动，经过螺旋隔板时，在隔板的阻挡作用下开始发生旋转，由于液滴具有较气体更大的势能，从而产生更大的离心力，离心力使液滴沿套管壁形成液流，气体则靠近油管壁向上流动，沿套管壁向下流动的液流在液体汇聚槽处汇聚并经流体孔进入油管、在螺杆泵上方的油管中储存，并被螺杆泵吸入、挤压进入下部地层。
本实用新型最下部是防砂装置部分，最上部是与注入设备尾端的插管相连接的油管内植密封座，其下的油管锚，对整个防砂装置起悬挂作用，依次有筛管、不锈钢纤维滤砂管和上下两个皮碗封隔器、还在不锈钢纤维滤砂管内装有中心管，为了使后续打捞作业安全，分别在上皮腕封隔器的下方和下皮腕封隔器的上方装两个安全销钉。在打捞下部防砂装置时，可以分三步进行：首先打捞上部安全销钉以上部分(包括油管锚、筛管、上部皮碗封隔器和中心管)，其次是中心管冲砂后可将下部安全销钉以上的不锈钢纤维滤砂管打捞上来，最后在对井筒冲砂后可顺利地将下部起封隔油套作用的皮碗封隔器打捞出来。
本实用新型利用气井生产压差作动力，在井下自动实现气液分离、分离液回注下部地层和地层防砂的过程，它的应用可以减少大量的地面设施、减少对地面环境的污染、降低能耗。在气液分离器和防砂装置上多采用固定结构，使得装置在井下具有稳定可靠的特点。本实用新型具有结构简单、使用操作方便、经济、环保等特点，对浅层气气藏的开采具有非常重要的实际意义。
附图说明：
图1井下气液分离回注防砂采气装置示意图
1、皮碗封隔器 2、销钉 3、密封座 4、金属棉滤网 5、中心管 6、扶正器 7、筛管 8、油管锚 9、密封插头 10、螺杆泵泵套 11、孔 12、套管13、变速机构 14、气体涡轮机 15、传动轴 16、液体汇集槽 17、螺旋形导流板 18、螺杆泵 19、螺杆泵转子 20、密封座 21、皮碗封隔器 22、销钉 23、气层射孔眼 24、油管柱
具体实施方式：
现结合说明书附图对本实用新型作进一步的描述。
第一部分的最上部是气体涡轮机〔14〕直接连接在油管柱上，与下部的螺杆泵〔18〕由传动轴〔15〕相连，在传动轴〔15〕的中部装有变速机构〔13〕，涡轮机〔14〕的旋转需要很大的气流通过来带动，而螺杆泵〔18〕具有排液很小，但增压效果好的特点，正好符合气井产水量和产气量比值很小的特点。在油套环空处布置有由螺旋形导流板〔17〕组成的气液分离器，螺旋形导流板〔17〕有较小的下倾角，用以在垂向上更好地对混合流起到阻挡作用，螺旋形隔板焊接在油管短节上，方便作业，起下简单，可根据需要进行组合使用。在螺杆泵〔18〕上方的管柱上开有流体入孔，流体入孔处设有螺旋形液体汇集槽〔16〕，液体汇集槽〔16〕由橡胶制成，上表面带有叠瓦形槽纹，外缘紧贴套管内壁，外缘高中部低，与螺旋形导流板硫化在一起。第一部分的最下部安装小直径的密封插头〔9〕，密封插头〔9〕的插入密封座〔20〕中，将该装置的上下两部分连接在一起。
第二部分是气层防砂装置。最上部是密封座〔20〕连接在下面油管锚〔8〕上，对整个防砂装置起悬挂、固定作用，油管锚〔8〕下面连接筛管〔7〕，在筛管〔7〕的内部装有一根小直径钢管中心管〔5〕，中心管〔5〕上部用丝扣与油管锚〔8〕连接，下部插入密封座〔3〕中，在筛管〔7〕的下方接皮碗封隔器〔21〕，皮碗封隔器〔21〕下装有安全销定〔22〕，往下是扶正器〔6〕，接下来是防砂的金属棉滤网〔4〕，在防砂滤网〔4〕和下部密封座〔3〕的下面装有安全销定〔2〕，最下端是两个背对的皮碗封隔器〔1〕。
下面从流体在井下流动过程角度对该装置进一步说明：如图1所示，首先是气液混合流携带砂粒冲出气层射孔眼〔23〕，在流体通过金属棉滤网〔4〕时，砂粒被滤出存入皮碗封隔器〔1〕以上皮碗封隔器〔22〕以下的环空中，气液混合流穿过金属棉滤网〔4〕进入中心管〔5〕外面的环空，并向上通过筛管〔7〕进入油套环空，并向上流动到达气液分离螺旋形导流板〔17〕时，在环形导流板〔17〕的阻挡作用下，流体发生旋转。旋转的混合流中的液滴具有的势能较气体大得多，即在离心力的作用下，含有较多液滴的流体靠近套管〔12〕内壁流动，当混合流体到达螺杆泵上部的流体孔段时，由于部分气体进入油管，使流体的流速急剧下降，一方面油套环空中的旋转流体中的液滴在套管内壁形成液流，并沿套管壁向下流动，在液体汇集槽处沿表面沟纹穿过流体孔流入油管(叠瓦状沟纹可使液体免收旋转气流的影响)，液体在油管中存集。另一方面，经过分离后的气体从油管和油套环空两条路径向上流动，在上部通过气体涡轮机〔14〕，沿油管向上冲出气井(生产)，同时带动蜗轮机〔14〕旋转，涡轮机〔14〕的高速旋转经传动轴〔16〕和变速机构〔13〕变速后传给螺杆〔18〕，螺杆〔18〕旋转吸入上部油管中的液体，并挤压使流体向下流动，穿过中心管〔5〕到达皮碗封隔器〔1〕以下的注水地层。