专利名称：排液采气用井下雾化器的制作方法
技术领域：
本实用新型提供一种在天然气井中使用的井底积液雾化工具，具体地 说，是一种排液采气用井下雾化器。
背景技术：
在天然气开采中，随着气藏压力下降以及边水、底水的锥进，产出水或 凝析液不能随天然气自喷出井筒，滞留在井底形成积液柱，对气藏造成额外 的静水回压，导致气井自喷能量持续下降，甚至导致气井被压死而停产，特 别是在气井开发的中后期，严重影响气井幵发效率以及气井釆收率。常规排液釆气工艺包括柱塞气举排液釆气工艺、优选管柱排液釆气工 艺、泡沫排液釆气工艺、机抽排液釆气工艺、电潜泵排液釆气工艺等。还有 涡轮泵排液采气工艺、同心毛细管技术、加速管技术、天然气连续循环釆气 工艺、组合排液采气工艺技术等。泡沫排液采气的过程简单，易操作，主要针对那些产量不高的中小型气 井。但泡沫排水，存在很大的局限性，它一般受井深、井温、日产液量及产 层水质的矿化度等多种条件的限制。当连续加入时，不仅需要地面设备，也 需要相当量的药品。同心毛细管管柱技术应用后，使注入化学药品更加方便，高效，通过管 柱注入化学剂，可以使气井产出水泡沫化，从而达到辅助气井排液采气的效 果，但其也存在局限性，毛细管管柱的初始费用，介于柱塞气举与加速管之 间，另外由于应用化学剂，操作费用会增加；此外，毛细管管柱，还经常发 生化学剂粘连毛细管管柱的问题。电潜泵排水采气工艺的优点是高效，操作管理方便，各种配件齐全，服 务与维修方便，但最大问题在于要有充足的电源作保证，对于高气液比的井，
举升效率低，经常因为气锁，使泵发生故障。
涡轮泵排水釆气工艺利用高速水力涡轮代替昂贵的潜油电机来驱动井 下离心泵采油，具有可靠性高、调节容易、重量轻体积小、耐高温和抗腐蚀 等优点，但需要地面动力。
优选管柱以及加速管技术排水釆气工艺压裂后需要换管柱，工艺实施简 单；但是压力消耗高，对含水量有适应性，适用于积液较少的气井，排水量 有限制。
气举(连续、间歇)排液釆气技术通过在油管加装气举阀后，在地面将 高压天然气、液氮、或其它气体注入停产井中，利用注入气体的能量打开气 举阀，举升井筒中的液体，降低气井生产压差，使井恢复生产能力。气举是 目前油田应用最多的排液采气方法。气举排水的适应性强，排量变化灵活， 对于高气液比，含沙及含腐蚀性介质的井，气举较其它举升方式更有效，缺 点是施工需要有稳定的气源，且釆用压缩机增压的地面设备一次性投资大。
球塞气举排水釆气工艺是针对低压油气井在常规气举方式下普遍存在 液体滑脱损失严重，举升效率低这一生产难题提出的一种特殊的气举方式。 它采用U型双管柱(一注一采)，在注入气流中投入气举球作为气液相间的 固体界面，实现了稳定的段塞流，有效地防止液体回落，降低滑脱损失和注
气量，增大了采气压差；加之换小油管，改善了常规连续气举的两相不稳定 性，在极低的地层压力下能连续气举，提高举升效率，最终提高气井采收率。 连续油管深井排水采气技术间歇助排，费用高。
机械抽油排水采气目前最大的排水量70 m3/d，最大泵深2000m。排量 受泵挂深度限制，维修费用高，对于高气液比井或出砂井，效率低。
因此，本领域急需一种在井底把积液雾化以彻底解决井底积液问题的雾 化工具。发明内容因此，本创作人鉴于上述缺点，创造出本实用新型。本实用新型的目的在于提供一种在天然气井中使用的、可安装在井底的 积液雾化工具，通过该雾化器可以在井底把积液雾化，以彻底解决井底积液 问题。本实用新型提供了一种排液采气用井下雾化器，其特征在于，该雾化器 包括堵头、压盖、具有中心管的悬挂接头、 一端与压盖和堵头相连接另一端 与悬挂接头相连接的雾化器本体、以及穿过堵头且贯穿压盖并与雾化器本体 相连接的气体吸入管和液体吸入管；所述的雾化器本体由喷管、喷管座、雾 化腔、环形腔室、液体喷嘴、流道和外缸组成，所述雾化腔设在所述外缸内， 该雾化腔的一端与所述悬挂接头的中心管相连通，另一端与所述喷管相连 通，所述喷管的远离雾化腔的一端与贯穿压盖的所述气体吸入管相对接，所 述喷管套设有喷管座，该喷管座的外侧壁贴靠在所述外缸的内壁上，两端分 别与所述雾化腔和所述压盖相接用以在外缸内固定该喷管，所述环形腔室环 绕设于所述雾化腔的外侧，所述液体喷嘴贯穿设于所述雾化腔的腔壁上使所 述环形腔室通过该液体喷嘴与所述雾化腔相通，所述喷管座上设有流道，该 流道的一端与设在所述环形腔室相连通，另一端与所述液体吸入管相对接， 所述外缸为位于所述雾化器本体最外侧的筒状缸体，该外缸的一端与所述悬 挂接头相接，另一端与所述压盖和所述堵头相接。本实用新型的雾化器直接安装或以投捞的方式安装在井底，利用天然气 藏压力做功，连续雾化井底积液，井底积液雾化后，由气流正常携带到井口。 该雾化排液釆气工艺不改变现有管柱结构，无需其他装置与动力，结构简单 可靠，可操作性强，与现有排液釆液工艺相比，雾化排液釆气工艺可进一步 提高开发效率和气藏最终釆收率，雾化排液釆气工艺研究有重要工程价值。在本实用新型的排液采气用井下雾化器中，其特征还在于，所述的液体 吸入管上优选设有射流泵，该射流泵的两端与该液体吸入管相连通，另一端与所述气体吸入管相连通，借此可达到该射流泵的动力是源自气体吸入管内 高压气流的目的；该射流泵安装在该液体吸入管贴近雾化器本体的位置。射流泵用于抽吸井底积液，把雾化器的下方几米至十几米的液体更好的 抽吸到雾化器中，射流泵的动力则是从气体吸入管中分流出的部分气流。本 实用新型也可不设置射流泵而借助其他动力抽吸井底积液至雾化器中。在本实用新型的排液采气用井下雾化器中，其特征还在于，所述的压盖 的侧壁贴附于所述外缸的内壁，该压盖的一端与喷管座相接，另一端与所述 堵头相接触，该压盖可沿轴向在外缸的内壁上发生相对移动，压盖移动的动 力来源于堵头施予该压盖的压力，借此压盖的轴向移动可调节该外缸的内部结构的相对位置和松紧程度，根据需要压紧外缸内的结构；该压盖上设有直径与所述气体吸入管和所述液体吸入管的管径相一致的贯穿孔，该贯穿孔在 该压盖上的设置位置为穿过该贯穿孔的气体吸入管和液体吸入管可分别与 所述喷管和所述流道相对接。在本实用新型的排液采气用井下雾化器中，其特征还在于，所述的悬挂 接头的一端与所述外缸的连接方式优选为扣连接，通过扣连接使得悬挂接头 与雾化器本体相连，该悬挂接头的另一端设有公扣接头，使其通过该公扣接 头与外部的座封相扣接。本实用新型提供的雾化器借助该悬挂接头上所设的 公扣接头与座封连接，使该雾化器可以悬挂在该座封上，并可随座封下入到 采气油管的任意位置，甚至可下到油管底部。在本实用新型的排液采气用井下雾化器中，其特征还在于，所述的堵头 与所述的外缸的底端内壁优选为扣接的方式连接(扣连接)，通过扣连接的 方式可以调整堵头的位置，调整堵头的位置的目的是给压盖施压，使压盖在 外缸内发生位置移动，压盖的位移给予喷管座一定的力，可带动雾化器本体 内的部件和结构发生位置变化，根据需要把雾化器本体内的部件适当地压紧 或放松。这里所述的雾化器本体内的部件主要是雾化腔和喷管，该雾化腔和 喷管放置在雾化器本体的外缸内，并且使其对接相通，为了防止雾化腔和喷管在外缸内移位，本实用新型在喷管外设有喷管座，该喷管座一定程度上限 定了喷管的移位，也可以用定位销钉将雾化腔、喷管和/或喷管座固定在外缸 内的适当位置，雾化器本体的一端通过扣接的堵头和与外缸内壁贴附的压盖 将喷管固定，并且，压盖上设置贯穿孔以贯穿气体吸入管和液体吸入管，且 孔的位置应以气体吸入管与喷管对接、液体吸入管与流道对接为宜。
根据实际操作的需要，本实用新型的排液釆气用井下雾化器，气体吸入 管的位置高于液体吸入管的位置。
上述的气体吸入管位于雾化器下部，高于液体吸入管，这样的设计可以 保证气体吸入管吸入井底的天然气。吸入天然气后，可以向射流泵分流一部 分流量，用于把液体抽吸到雾化器本体中，剩下大部分流量，进入喷管并加 速，加速后的气流进入雾化腔。
本实用新型申请人在科研中发现，所述的雾化器本体上与雾化腔相连通 的喷管可以为普通喷管，也可以为具有收缩管和扩张管结构的拉瓦尔喷管。
在本实用新型的优选实施例中，所述的排液釆气用井下雾化器的射流泵 优选设在液体吸入管的靠近雾化器本体的一端，并通过该液体吸入管与雾化 器内的环形腔室相通，由于该射流泵同时还与气体吸入管相连通，因此可借 助来源于气体吸入管的高压气体做为动力，并通过液体吸入管，把井底积液 吸到环形腔室内。
本实用新型的喷管可以是本领域可用的任意喷管，为了达到更好的吸液 效果，本实用新型的喷管可以优选为拉瓦尔喷管。
拉瓦尔喷管的前半部是由大变小向中间收縮至一个窄喉，可称为收縮 管；窄喉之后又由小变大向外扩张，可称为扩张管。拉瓦尔喷管的原理是 气流在压力作用下，例如火箭发动机中的燃气流在燃烧室压力作用下，经过 喷管向后运动，在经过收縮管阶段，燃气运动遵循"流体在管中运动时，截 面小处流速大，截面大处流速小"的原理，因此气流不断加速。当到达窄喉 时，流速达到音速甚至可以超过音速。而跨音速的流体在运动时却不再遵循"截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，而是恰恰相反，截面越大，流 速越快。因此，在扩张管阶段，气流速度被进一步加速，可以达到超过音速 几倍的速度。本实用新型的液体吸入管位于雾化器下部，液体吸入管的吸入端优选低 于气体吸入管很多，这样可以保证液体吸入管吸入在井底形成的积液。优选 的射流泵设在液体吸入管最上方，把井底积液吸入到环形腔室，液体喷嘴安 装在雾化腔的外壁上，用于把气液混合物加速，并喷射进入雾化腔。经拉瓦 尔喷管形成的高速气流与从液体喷嘴喷射出来的高速液体在雾化腔中高速 碰撞，液体在气流碰撞过程中，惯性力克服表面张力，导致大尺寸液滴破碎 为小直径液滴，之后在气流的携带下，经雾化器的上端出口流出雾化器后， 再经过外部的座封的中心管进入油管。因此，本实用新型的喷管优选拉瓦尔喷管，是借助其"流速增大器"的作 用使得本实用新型的将积液雾化的效果更加显著。为了积液雾化的需要，设在雾化腔的外壁上的液体喷嘴的数量优选为2 个以上，g卩，液体喷嘴的数量优选若干个。雾化器本体的上端通过悬挂接头与外部的座封相连接，主要是雾化器本体的外缸通过扣接等方式与悬挂接头的扣连接，从而使雾化器可以悬挂在座封上，并随座封下入到采气油管的任意位置， 一般能下到油管底部。雾化器本体的下端通过堵头以及堵头和外缸的扣连接方式可以调节堵头的位置，借此推动压盖把内部结构压紧或放松，气体吸入管与液体吸入管 穿过堵头， 一端贯穿压盖与雾化器本体相连通，另一端的开口与井底相连。雾化排液采气可以控制井筒中液面高度，防止井底积液的影响，彻底杜 绝积液压井和死井问题，延长天然气井开采时间，提高气藏开发效率和釆收 率。雾化器可以像节流器等工具一样，以投捞的方式下入到井底，不改变现 有管柱结构，简单可靠。目前现场应用多年的常规釆气工艺包括柱塞气举排水采气工艺、优选管柱排水采气工艺、泡沫排水采气工艺、机抽排水采气工艺、电潜泵排水采气 工艺等。还有涡轮泵排水采气工艺、同心毛细管技术、加速管、天然气连续 循环采气工艺、组合排水采气工艺技术等，但上述工艺均不同程度地存在各 自的缺点。
本实用新型通过在井底把积液雾化，以彻底解决井底积液问题。雾化器 是利用天然气藏自身的能量做功来雾化井底积液，减小液滴直径，不需要任 何附加设备与动力，结构简单可靠，可操作性强，具有比其他排液采气工艺 更好的应用前景。
具体优点有
(1) 利用气藏自身能量，不需要额外动力；结构与工艺简单，成本低， 可容许增大生产管柱的管径，不用更换管柱，可实施性强，可以大幅降低釆
气成本，与连续泡排相比成本降低20%，与气举相比成本下降28%。
(2) 有效利用地层能量，提高单位压降产量，与常规方法(泡排、气举) 相比，提高15%左右，从而提高日产气量与总气产量，提高经济效益。
(3) 能够及时排水，随产随排，不会造成间歇减产、停产；不会造成频 繁关井，避免形成封闭气，特别是在地层压力接近衰竭压力时，仍然可以生 产，从而提高采收率，采用雾化式排液采气工艺气藏釆收率可以提高1.4%。
图1:本实用新型采用普通喷管的排液采气用井下雾化器的剖面图； 图2:本实用新型采用拉瓦尔喷管的排液釆气用井下雾化器的剖面图。 附图标号
I——悬挂接头 2A——堵头 2B——压盖3——气体吸入管 4——液体吸入管5——射流泵 6——喷管 6a——拉瓦尔喷管 7——雾化腔 8——环形腔室 9——液体喷嘴 10——流道
II——外缸 12——喷管座 13——定位销
以下结合附图详细说明本实用新型，但不限定本实用新型的实施范围。 实施例1.在气井生产初期，底水与边水比较严重的天然气藏中，井底在开采初期 也会出现积液。采用图1所示，图1是采用普通的喷管的排液采气用井下雾化器的剖面图，该排液釆气用井下雾化器包括堵头2A、压盖2B、具有中心 管的悬挂接头l、两端分别与堵头2A、压盖2B和悬挂接头1相接的雾化器 本体、依次贯穿堵头2A和压盖2B并与雾化器本体相连接的气体吸入管3、 液体吸入管4和射流泵5;该雾化器本体由喷管6、喷管座12、雾化腔7、 环形腔室8、液体喷嘴9、流道10和外缸II组成，喷管6与雾化腔7相连 通，另一端与气体吸入管3相通，雾化腔7另一端与悬挂接头1的中心管相 连通，若干液体喷嘴9设在雾化腔7上并贯穿其外壁，环形腔室8环绕雾化 腔7外侧并通过液体喷嘴9与雾化腔7相通，流道10设在喷管座12上，一 端与环形腔室8相连通，另一端与液体吸入管4相通，外缸ll为筒状缸体， 包裹住喷管6、喷管座12、雾化腔7、环形腔室8、液体喷嘴9和流道10， 其一端与悬挂接头l相接，另一端与堵头2A和压盖2B相接。喷管座12和 雾化腔7借助定位销12的定位作用固定在外缸11内相对牢固的位置。射流泵5借助来源于气体吸入管3内部分高压气体做为动力源，通过液 体吸入管4把井底积液吸入到流道10至环形腔室8，安装在雾化腔7的外壁 上的液体喷嘴9用于把气液混合物加速，并喷射进入雾化腔7，经喷管6形 成的高速气流与从液体喷嘴9喷射出来的高速液体在雾化腔7中高速碰撞， 液体在气流碰撞过程中，惯性力克服表面张力，导致大尺寸液滴破碎为小直 径液滴，之后在气流的携带下，经雾化器本体的上端出口流出雾化器后，再 经过外部的座封的中心管进入油管。积液从液体吸入管4进入到雾化腔7，只要合理选择与雾化器喷管6和 各液体喷嘴9的参数，即可实现液体的雾化。实施例2.
在气井生产中后期，井底出现连续的积液，采用图2结构所示的雾化器， 图2是本实用新型的采用拉瓦尔喷管的排液采气用井下雾化器的剖面图，该
排液采气用井下雾化器包括堵头2A、压盖2B、具有中心管的悬挂接头l、 两端分别与堵头2A、压盖2B和悬挂接头1相接的雾化器本体、贯穿堵头 2A和压盖2B并与雾化器本体相连接的气体吸入管3、液体吸入管4和射流 泵5;该雾化器本体由拉瓦尔喷管6a、雾化腔7、环形腔室8、液体喷嘴9、 流道10和外缸11组成，该拉瓦尔喷管6a与雾化腔7相连通，另一端与贯 穿压盖2B的气体吸入管3相通，雾化腔7的另一端与悬挂接头1的中心管 相连通，若干个液体喷嘴9设在雾化腔7的外壁上，并贯穿该外壁，环形腔 室8环绕于雾化腔7的外壁并通过液体喷嘴9与雾化腔7相通，流道10设 在喷管座12上，其位于雾化器本体内部靠近堵头2A的部位，流道10的一 端与环形腔室8相连通，另一端与贯穿压盖2B的液体吸入管4相通，外缸 11为封闭的筒状缸体，设在雾化器本体最外侧，包裹住拉瓦尔喷管6a、喷 管座12、雾化腔7、环形腔室8、液体喷嘴9和流道10，该外缸11的一端 与悬挂接头1相接，另一端内壁与堵头2A相扣接，紧贴附于堵头2A —端 的压盖2B的侧壁与该外缸11的保持可以移动的接触状态。
射流泵5通过液体吸入管4借助来自气体吸入管3中气体的动力源把井 底积液吸入到环形腔室8，安装在雾化腔7的外壁上的液体喷嘴9用于把气 液混合物加速，喷射进入雾化腔7，经拉瓦尔喷管6a形成的高速气流与从液 体喷嘴9喷射出的高速液体在雾化腔7中高速碰撞，液体在气流碰撞过程中， 惯性力克服表面张力，导致大尺寸液滴破碎为小直径液滴，之后在气流携带 下，经雾化器本体上端出口流出雾化器，再经过外部座封的中心管进入油管。
积液从液体吸入管4进入到雾化腔7，只要合理选择雾化器拉瓦尔喷管 6a与各液体喷嘴9的参数，即可实现液体分散相的雾化，及时排出井底积液 体，从而提高采气效率。实施例3.
在气井生产接近衰竭期，在目前工艺无法实现排液釆气，采用实施例1 或实施例2的雾化器，合理搭配各结构参数，降低工具压降，仍然可以在井 底把积液雾化，在很低的地层压力下仍然可以采气，从而提高采收率，经估
算，釆收率可提高14%。
权利要求1、一种排液采气用井下雾化器，其特征在于，该雾化器包括堵头、压盖、具有中心管的悬挂接头、一端与压盖和堵头相连接另一端与悬挂接头相连接的雾化器本体、以及穿过堵头且贯穿压盖并与雾化器本体相接的气体吸入管和液体吸入管；所述的雾化器本体由喷管、喷管座、雾化腔、环形腔室、液体喷嘴、流道和外缸组成，所述雾化腔设在所述外缸内，该雾化腔的一端与所述悬挂接头的中心管相连通，另一端与所述喷管相连通，所述喷管的另一端与贯穿压盖的所述气体吸入管相对接，所述喷管的外侧套设有用以固定该喷管的喷管座，该喷管座的外侧壁贴靠在所述外缸的内壁上，两端分别与所述雾化腔和所述压盖相连接，所述环形腔室环绕设于所述雾化腔的外侧，所述液体喷嘴贯穿设于所述雾化腔的腔壁上使该环形腔室与该雾化腔相通，所述喷管座上设有流道，该流道的一端与所述环形腔室相连通，另一端与液体吸入管相对接，所述外缸为位于所述雾化器本体最外侧的筒状缸体，该外缸的一端与所述悬挂接头相接，另一端与所述压盖和所述堵头相接。
2、 如权利要求1所述的排液采气用井下雾化器，其特征在于，所述的 液体吸入管上设有射流泵，该射流泵的两端与该液体吸入管相连通，另一 端与所述气体吸入管相连通。
3、 如权利要求1所述的排液采气用井下雾化器，其特征在于，所述的 压盖的侧壁贴附于所述外缸的内壁，该压盖的一端与喷管座相接，另-一端 与所述堵头相接触。
4、 如权利要求1所述的排液采气用井下雾化器，其特征在于，该压盖 上设有直径与所述气体吸入管和所述液体吸入管的管径相一致的贯穿孔， 通过该贯穿孔贯穿压盖的所述气体吸入管和所述液体吸入管分别与所述喷 管和所述流道相对接。
5、 如权利要求1所述的排液釆气用井下雾化器，其特征在于，所述的 外缸的顶端内壁与所述悬挂接头的连接方式为扣连接；所述的外缸的底端 内壁与所述堵头的连接方式为扣连接。
6、 如权利要求2所述的排液釆气用井下雾化器，其特征在于，所述的射流泵设置在所述液体吸入管的靠近雾化器本体的一端，该射流泵并与所 述气体吸入管相连通，使气体吸入管中的高压气流成为该射流泵的动力源。
7、 如权利要求1所述的排液采气用井下雾化器，其特征在于，所述的 气体吸入管的位置高于所述液体吸入管的位置。
8、 如权利要求1所述的排液釆气用井下雾化器，其特征在于，所述的 液体喷嘴的数量为一个以上，均贯穿于所述雾化腔上。
9、 如权利要求l-8任一项所述的排液采气用井下雾化器，其特征在于， 所述的喷管为拉瓦尔喷管。
专利摘要本实用新型提供了一种排液采气用井下雾化器，包括堵头、压盖、悬挂接头、雾化器本体、气体吸入管和液体吸入管，该雾化器本体由喷管、喷管座、雾化腔、环形腔室、液体喷嘴、流道和外缸组成，通过该雾化器可在井底把积液雾化，彻底解决井底积液问题。
文档编号E21B43/295GK201344030SQ20092010532
公开日2009年11月11日 申请日期2009年1月21日 优先权日2009年1月21日
发明者石德佩, 罗天雨, 亮 薛 申请人:中国石油大学(北京)