一种多级汽水分离管柱及其检测试验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种多级汽水分离管柱及其检测试验装置，多级汽水分离管柱包括依次连接的两个以上的汽水分离装置，每个汽水分离装置包括外套筒、内套筒、中心管、安装在中心管的外侧壁上的螺旋叶片、及套设在外套筒内侧的蒸汽导管，蒸汽导管与内套筒连通，蒸汽导管与外套筒之间形成贮水室，外套筒与内套筒之间形成水流通道，外套筒的侧壁上设有出水孔；检测试验装置包括：注汽管，注汽管上设有第一注汽参数监测仪；多级汽水分离管柱，位于最上一级的汽水分离装置的内套筒与注汽管连接；排汽管，与位于最下一级的汽水分离装置的蒸汽导管连接，排汽管上设有第二注汽参数监测仪。本实用新型实现了多级汽水分离，大大提高汽水分离效率，提高蒸汽干度。
【专利说明】
一种多级汽水分离管柱及其检测试验装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及油田注气技术领域，尤其是一种多级汽水分离管柱及其检测试验
目.0
【背景技术】
[0002]目前我国油田稠油储量丰富，注蒸汽是开采稠油的重要手段。随着开发的不断深入，油井已进入高轮次注汽开发阶段，吞吐效果逐轮变差。主要表现在:一是由于稠油油藏埋藏深度一般在700-1000m，深井注汽的井筒热损失较大，井底蒸汽干度降低，通过测试平均井底干度在40% —60%，大大降低了油井吞吐效果；二是注入饱和蒸汽中的汽相和水相密度不同，注入井底的饱和蒸汽中的汽相易从油层上部进入，产生蒸汽超覆现象，从吸气剖面显示，绝大部分稠油井，尤其是超稠油井主要吸气层均在油层上部，而油层下部吸气量较少，甚至不吸气，造成吸气程度不均；三是热采稠油老区已进入吞吐中后期，由于多轮注汽生产后，高、低渗透层矛盾突出，高渗透层重复吸气，造成注入蒸汽的浪费，而低渗透层吸气少，甚至不吸气，无法有效动用，从而导致油层动用程度不均衡，严重制约了油井的产能发挥。
[0003]而目前的分注选注管柱只能单一的进行分注选注，无法提高注入蒸汽的干度，热损失问题依然突出，现有热采管柱仍存在一定的局限性。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种多级汽水分离管柱及其检测试验装置，其能将蒸汽中的水分离出，提高蒸汽干度。
[0005]为达到上述目的，本实用新型提出一种多级汽水分离管柱，该多级汽水分离管柱包括依次连接的两个以上的汽水分离装置，每个汽水分离装置包括外套筒、套接在外套筒内侧的内套筒、穿设固定在内套筒内的中心管、安装在中心管的外侧壁上且与内套筒的内侧壁相连的螺旋叶片、以及套设在外套筒内侧且位于中心管下方的蒸汽导管，蒸汽导管与内套筒连通且延伸至外套筒外，蒸汽导管与外套筒之间形成与内套筒连通的贮水室，外套筒与内套筒之间形成与贮水室连通的水流通道，外套筒的侧壁上开设有出水孔，其中，每个汽水分离装置通过其内套筒与位于其上一级的汽水分离装置的蒸汽导管连接。
[0006]如上所述的多级汽水分离管柱，其中，多级汽水分离管柱设置在注汽井的套管内，多级汽水分离管柱还包括:隔热管，与位于最上一级的汽水分离装置的内套筒连接;第一封隔器，设置在汽水分离装置外侧与套筒内侧之间的环形空间内，且位于汽水分离装置下方，出水孔与环形空间连通。
[0007]如上所述的多级汽水分离管柱，其中，多级汽水分离管柱还包括设置在环形空间内且位于汽水分离装置上方的第二封隔器，第二封隔器位于待注汽的油层上方，油层的油层上部位于第一封隔器上方，油层的油层下部位于第一封隔器下方。
[0008]如上所述的多级汽水分离管柱，其中，多级汽水分离管柱还包括伸缩管，伸缩管连接在隔热管与位于最上一级的汽水分离装置的内套筒之间。
[0009]如上所述的多级汽水分离管柱，其中，蒸汽导管的上端伸入内套筒内，蒸汽导管的外侧壁与内套筒的内侧壁之间连接有扶正筋，扶正筋为放射状结构。
[0010]如上所述的多级汽水分离管柱，其中，蒸汽导管内套接有节流环，节流环上贯穿有节流孔。
[0011]如上所述的多级汽水分离管柱，其中，中心管上端与内套筒的内侧壁之间连接分流帽，分流帽上开设有贯通孔。
[0012]如上所述的多级汽水分离管柱，其中，内套筒的上端延伸至外套筒外，外套筒的顶部与内套筒的外侧壁密封连接，将水流通道的顶端封闭。
[0013]本实用新型还提供一种多级汽水分离管柱的检测试验装置，该检测试验装置包括:注汽管，注汽管上设有第一注汽参数监测仪;如上所述的多级汽水分离管柱，位于最上一级的汽水分离装置的内套筒与注汽管连接;排汽管，与位于最下一级的汽水分离装置的蒸汽导管连接，排汽管上设有第二注汽参数监测仪。
[0014]如上所述的多级汽水分离管柱的检测试验装置，其中，检测试验装置还包括排水管，排水管的一端连接多级汽水分离管柱的出水孔，排水管的另一端连接排汽管，第二注汽参数监测仪位于多级汽水分离管柱与排水管的另一端之间，排汽管的末端连接注汽井。
[0015]本实用新型的多级汽水分离管柱及其检测试验装置的特点和优点是:
[0016]1、本实用新型的多级汽水分离管柱，通过设置两个以上的依次连接的汽水分离装置，实现了多级汽水分离，大大提高汽水分离效率，提高蒸汽干度；
[0017]2、本实用新型的多级汽水分离管柱，通过将多级汽水分离管柱设置在注汽井内，并采用第一封隔器将分离出的水与蒸汽分隔开，分离出的水经由出水孔进入注汽井的环形空间内，而不会再与蒸汽混合，可有效提高注汽井的注入蒸汽干度，提高油井的吞吐效果；
[0018]3、本实用新型的多级汽水分离管柱，通过将多级汽水分离管柱设置在注汽井内，并采用第一封隔器和第二封隔器将分离出的水与蒸汽分隔开，使得分离出的水经由出水孔进入注汽井的环形空间后，直接注入油层上部，而经分离水的蒸汽则由蒸汽导管进入井底，注入油层下部，不仅大大提高注入蒸汽的干度，还有效解决或减缓蒸汽超覆问题，防止出现吸气不均现象，提高下部油层动用状况;还可解决高、低渗透层矛盾突出，高渗透层重复吸气，低渗透层吸气少甚至不吸气的问题，有效改善油井的吸气状况和油藏动用程度，避免油层动用程度不均衡，改善油井的吞吐效果，同时也有助于提高油井产能；
[0019]4、采用本实用新型的多级汽水分离管柱的检测试验装置，不仅可在地面研究多级汽水分离管柱的汽水分离效果，还可根据希望获得的蒸汽干度值，通过试验确定需要设置的汽水分离装置的级数，为多级汽水分离管柱的应用提供科学依据和指导。
【附图说明】
[0020]以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中:
[0021]图1是本实用新型的多级汽水分离管柱的一个实施例的示意图；
[0022]图2是本实用新型中汽水分离装置的示意图；
[0023]图3是本实用新型的多级汽水分离管柱的检测试验装置的示意图。
[0024]主要元件标号说明:
[0025]I套管2 隔热管
[0026]3汽水分离装置
[0027]31外套筒
[0028]311贮水室312水流通道313出水孔
[0029]32内套筒33中心管34螺旋叶片
[0030]35蒸汽导管36扶正筋37节流环[0031 ]38分流帽
[0032]4第一封隔器
[0033]5伸缩管
[0034]6第二封隔器
[0035]7注汽管71第一注汽参数监测仪[0036I8排汽管 81第二注汽参数监测仪
[0037]9排水管
[0038]10模拟套管11环形空间
[0039]H油层上部L 油层下部
[0040]V水流G 汽流
【具体实施方式】
[0041]为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本实用新型的【具体实施方式】。
[0042]本实用新型提供一种多级汽水分离管柱，用于将蒸汽(如饱和蒸汽)中的水分离出，该多级汽水分离管柱包括依次连接的两个以上的汽水分离装置3，如图2所示，每个汽水分离装置3包括外套筒31、套接在外套筒31内侧并用于注入蒸汽的内套筒32、穿设固定在内套筒32内的中心管33、安装在中心管33的外侧壁上且与内套筒32的内侧壁相连的螺旋叶片34、以及套设在外套筒31内侧且位于中心管33下方的蒸汽导管35，螺旋叶片34呈螺旋状延伸，蒸汽导管35与内套筒32连通且延伸至外套筒31外，用以将分离水后的蒸汽导出，蒸汽导管35穿过外套筒31的下端面并与外套筒31的下端面密封连接，蒸汽导管35与外套筒31之间形成与内套筒32连通的贮水室311，或称为临时贮水室，贮水室311位于内套筒32下方，用于临时贮存从蒸汽中分离出的水，外套筒31与内套筒32之间形成与贮水室311连通的环形的水流通道312，外套筒31的侧壁上开设有与水流通道312连通的出水孔313，以便于水经由水流通道312和出水孔313流出，其中，每个汽水分离装置3通过其内套筒32与位于其上一级的汽水分离装置3的蒸汽导管35连接。
[0043]采用本实用新型的多级汽水分离管柱注入蒸汽(如饱和蒸汽)时，随着蒸汽的不断注入(较佳采用高速注入蒸汽)，蒸汽沿汽水分离装置3的螺旋叶片34高速离心自转，蒸汽在自转的曲面离心力作用下，产生汽相区和水相区，由于水相密度比汽相密度大得多，加上螺旋叶片34的粘附作用，水相逐渐运动到内套筒32的内壁上，并沿内套筒32的内壁沉降到贮水室311，汽相则沿内套筒32的中心部位继续向下运动，并由蒸汽导管35流出，进入下一级汽水分离装置3的内套筒32中，进行下一级的同样的汽水分离过程；
[0044]至于分离出的水相，由于蒸汽持续注入，在注入压力不变的状态下，汽水分离装置3的内套筒32内为高压区，内套筒32与外套筒31之间的水流通道312内为低压区，从而在压差的作用下，分离出的水从贮水室311沿内套筒32与外套筒31之间的水流通道312返流，最后从出水孔313流出。
[0045]本实用新型的多级汽水分离管柱，通过设置两个以上的相串连的汽水分离装置3，实现了多级汽水分离，大大提高汽水分离效率，提高蒸汽干度。
[0046]如图1所示，在一个具体实施例中，多级汽水分离管柱设置在注汽井的套管I内，且多级汽水分离管柱还包括隔热管2和第一封隔器4，隔热管2与位于最上一级的汽水分离装置3的内套筒32连接并连通，隔热管2用于降低注入蒸汽的热损失，第一封隔器4较佳为热采封隔器，第一封隔器4设置在汽水分离装置3的外套筒31的外侧与套筒内侧之间的环形空间11内，也即通常所说的油套环空内，且第一封隔器4位于汽水分离装置3下方，出水孔313与环形空间11连通，第一封隔器4用于防止水与蒸汽在井筒内再混合。
[0047]优选地，多级汽水分离管柱还包括伸缩管5，伸缩管5连接在隔热管2与位于最上一级的汽水分离装置3的内套筒32之间，伸缩管5用于补偿多级汽水分离管柱的热涨伸长量，保证封隔器不会因管柱蠕动而密封失效。
[0048]具体应用时，可在最下一级的汽水分离装置3的蒸汽导管35或外套筒31下方连接油管，将第一封隔器4设置在该油管与套管I之间的环形空间11内，同样，相邻的蒸汽导管35与内套筒32之间、以及伸缩管5与内套筒32之间也可通过油管相连接。
[0049]本实施例中，通过将多级汽水分离管柱设置在注汽井内，并采用第一封隔器4将水与蒸汽分隔开，分离出的水经由出水孔313进入环形空间11内，而不会再与蒸汽混合，可有效提高注入蒸汽的干度，提高油井的吞吐效果。
[0050]再如图1所示，在另一个具体实施例中，多级汽水分离管柱还包括设置在环形空间11内且位于汽水分离装置3上方的第二封隔器6，第二封隔器6较佳为热采封隔器，第二封隔器6位于待注汽的油层上方，油层的油层上部H位于第一封隔器4上方，以防止高干度进入油层上部H，油层的油层下部L位于第一封隔器4下方，油层下部L与位于最下一级的汽水分离装置3的蒸汽导管35连通，以便于从蒸汽导管35流出的高干度蒸汽进入油层下部L。
[0051]本实施例中，通过将多级汽水分离管柱设置在注汽井内，并采用第一封隔器4和第二封隔器6将水与蒸汽分隔开，使得分离出的水经由出水孔313进入环形空间11后，直接进入油层上部H，请参见图2中的水流W箭头，而经分离水的高干度蒸汽则由蒸汽导管35进入井底，再进入油层下部L，请参见图2中的汽流G箭头，不仅大大提高注入下部油层的蒸汽干度，还有效解决或缓解蒸汽超覆问题，防止出现吸气不均现象，提高下部油层动用状况；
[0052]另外，在油层上部为高渗透层，油层下部为低渗透层时，本实施例的多级汽水分离管柱还能解决高、低渗透层矛盾突出，高渗透层重复吸气，低渗透层吸气少甚至不吸气的问题，有效改善油井的吸气状况和油藏动用程度，避免油层动用程度不均衡，改善油井的吞吐效果，同时也有助于提高油井产能。
[0053]如图2所示，在每个汽水分离装置3中，蒸汽导管35的上端伸入内套筒32内，或者说蒸汽导管35的上端套设在内套筒32内侧，以便于汽相沿内套筒32的中心部位向下运动后顺利进入蒸汽导管35内，蒸汽导管35的外侧壁与内套筒32的内侧壁之间连接有扶正筋36，用以扶正蒸汽导管35，扶正筋36为放射状结构，以便于沿内套筒32内壁沉降的水经由扶正筋36流入贮水室311内。
[0054]其中，蒸汽导管35内套接有节流环37，节流环37上贯穿有节流孔，通过设置节流环37对汽相或蒸汽进行节流，有助于增加内套筒32中的压力，亦即增加内套筒32与水流通道312之间的压差，便于贮水室311中的水被快速压入水流通道312内并顺利排出。
[0055]另外，中心管33的上端与内套筒32的内侧壁之间连接分流帽38，分流帽38上开设有贯通孔，以便于蒸汽通过，分流帽38例如呈圆锥形。
[0056]再如图2所示，内套筒32的上端延伸至外套筒31外，用于与注汽管柱连接，外套筒31的顶部与内套筒32的外侧壁密封连接(例如采用焊接)，从而将水流通道312的顶端封闭，使水只能从出水孔313流出，也便于控制水流通道312内的压力。
[0057]采用如图1所示的多级汽水分离管柱进行注汽生产时，首先将多级汽水分离管柱下入井内指定位置，然后开始注入饱和蒸汽，由于第一封隔器4和第二封隔器6均采用热力坐封方式，当开始注入蒸汽时，封隔器的液缸内的膨胀液体随着温度的升高开始膨胀，当蒸汽温度达到200°C时膨胀液达到膨胀高峰，推动活塞挤压胶筒密封油套环空(即环形空间11)，封隔器坐封;之后随着蒸汽的继续不断注入，多级汽水分离管柱将蒸汽中的水分离出，从而大大提高注入井底的蒸汽干度。
[0058]如图3所示，为了研究上述多级汽水分离管柱的汽水分离效果，本实用新型还提供一种多级汽水分离管柱的检测试验装置，通过地面模拟试验，即可获得精确的汽水分离数据，该检测试验装置包括注汽管7、由两个以上的上述汽水分离装置3依次连接构成的多级汽水分离管柱和排汽管8，其中，注汽管7的前端(或入口)例如与热锅炉出口连接，注汽管7上设有第一注汽参数监测仪71，该第一注汽参数监测仪71用以监测注入蒸汽的干度，第一注汽参数监测仪71例如为注汽质量监测仪，注汽管7与位于最上一级的汽水分离装置3的内套筒32连接，用以将注入注汽管7的蒸汽输送至汽水分离装置3的内套筒32中进行汽水分离，排汽管8与位于最下一级的汽水分离装置3的蒸汽导管35连接，用以接收分离水后的蒸汽，排汽管8上设有第二注汽参数监测仪81，用以监测分离水后的蒸汽干度，通过将第二注汽参数监测仪81监测到的蒸汽干度值与第一注汽参数监测仪71监测到的蒸汽干度值对比，即可得知多级汽水分离管柱的汽水分离效果。
[0059]经试验，第二注汽参数监测仪81监测到的蒸汽干度值，比第一注汽参数监测仪71监测到的蒸汽干度值提高了7%至10%，测试结果证明，本实用新型的多级汽水分离管柱可以提高蒸汽干度，使高干度蒸汽得以有效利用，使注汽热量得到充分利用，有效改善油层的吸气状况，多级汽水分离管柱安全可靠，完全满足稠油热采的要求。
[0060]优选地，检测试验装置还包括排水管9，排水管9的一端连接多级汽水分离管柱的出水孔313，用于将分离出的水排出，排水管9的另一端连接排汽管8，第二注汽参数监测仪81位于多级汽水分离管柱与排水管9的另一端之间，以避免排水管9排出的水干扰第二注汽参数监测仪81的监测结果，排汽管8的末端连接注汽井，从而可将流经检测试验装置的蒸汽和水重新混合注入注汽井内，防止资源浪费。
[0061]优选地，多级汽水分离管柱外还设有模拟套管10，多级汽水分离管柱例如焊接在模拟套管1内，排水管9的一端连接模拟套管1，便于将水排出。
[0062]采用本实用新型的检测试验装置，除了可研究多级汽水分离管柱的汽水分离效果夕卜，还可根据希望获得的蒸汽干度值，通过试验确定需要设置的汽水分离装置的级数或个数，也为多级汽水分离管柱的实际应用和推广提供科学依据。
[0063]以上所述仅为本实用新型示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。而且需要说明的是，本实用新型的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本实用新型的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本实用新型理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
【主权项】
1.一种多级汽水分离管柱，其特征在于，所述多级汽水分离管柱包括依次连接的两个以上的汽水分离装置，每个所述汽水分离装置包括外套筒、套接在所述外套筒内侧的内套筒、穿设固定在所述内套筒内的中心管、安装在所述中心管的外侧壁上且与所述内套筒的内侧壁相连的螺旋叶片、以及套设在所述外套筒内侧且位于所述中心管下方的蒸汽导管，所述蒸汽导管与所述内套筒连通且延伸至所述外套筒外，所述蒸汽导管与所述外套筒之间形成与所述内套筒连通的贮水室，所述外套筒与所述内套筒之间形成与所述贮水室连通的水流通道，所述外套筒的侧壁上开设有出水孔，其中，每个所述汽水分离装置通过其内套筒与位于其上一级的所述汽水分离装置的蒸汽导管连接。2.如权利要求1所述的多级汽水分离管柱，其特征在于，所述多级汽水分离管柱设置在注汽井的套管内，所述多级汽水分离管柱还包括: 隔热管，与位于最上一级的所述汽水分离装置的内套筒连接； 第一封隔器，设置在所述汽水分离装置外侧与所述套筒内侧之间的环形空间内，且位于所述汽水分离装置下方，所述出水孔与所述环形空间连通。3.如权利要求2所述的多级汽水分离管柱，其特征在于，所述多级汽水分离管柱还包括设置在所述环形空间内且位于所述汽水分离装置上方的第二封隔器，所述第二封隔器位于待注汽的油层上方，所述油层的油层上部位于所述第一封隔器上方，所述油层的油层下部位于所述第一封隔器下方。4.如权利要求2所述的多级汽水分离管柱，其特征在于，所述多级汽水分离管柱还包括伸缩管，所述伸缩管连接在所述隔热管与位于最上一级的所述汽水分离装置的内套筒之间。5.如权利要求1至4任一项所述的多级汽水分离管柱，其特征在于，所述蒸汽导管的上端伸入所述内套筒内，所述蒸汽导管的外侧壁与所述内套筒的内侧壁之间连接有扶正筋，所述扶正筋为放射状结构。6.如权利要求1至4任一项所述的多级汽水分离管柱，其特征在于，所述蒸汽导管内套接有节流环，所述节流环上贯穿有节流孔。7.如权利要求1至4任一项所述的多级汽水分离管柱，其特征在于，所述中心管上端与所述内套筒的内侧壁之间连接分流帽，所述分流帽上开设有贯通孔。8.如权利要求1至4任一项所述的多级汽水分离管柱，其特征在于，所述内套筒的上端延伸至所述外套筒外，所述外套筒的顶部与所述内套筒的外侧壁密封连接，将所述水流通道的顶端封闭。9.一种多级汽水分离管柱的检测试验装置，其特征在于，所述检测试验装置包括: 注汽管，所述注汽管上设有第一注汽参数监测仪； 如权利要求1所述的多级汽水分离管柱，位于最上一级的所述汽水分离装置的内套筒与所述注汽管连接； 排汽管，与位于最下一级的所述汽水分离装置的蒸汽导管连接，所述排汽管上设有第二注汽参数监测仪。10.如权利要求9所述的多级汽水分离管柱的检测试验装置，其特征在于，所述检测试验装置还包括排水管，所述排水管的一端连接所述多级汽水分离管柱的出水孔，所述排水管的另一端连接所述排汽管，所述第二注汽参数监测仪位于所述多级汽水分离管柱与所述排水管的另一端之间，所述排汽管的末端连接注汽井。
【文档编号】G01N33/00GK205516907SQ201620238219
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】郭洪军, 裴智广, 门福信, 董鹏毅, 张万春, 张德友, 吴东, 王记锋
【申请人】中国石油天然气股份有限公司