一种旋转螺旋式气锚的制作方法

本发明涉及石油勘探开采的技术领域，具体涉及一种旋转螺旋式气锚。

背景技术：

在石油勘探开采领域，由于高气液比区块流体中含有大量的游离气体，在使用抽油泵对其进行采油时气体严重影响泵效，需配套使用气锚将气液混合流体中的气体分离出来，以减少气体对泵效的影响。现有气锚主要类型有重力差分离式气锚、螺旋式气锚和组合式气锚，具体如下：

一、重力差分离式气锚，也称重力式气锚，如图1，主要由上接头2、锚外体15、中心管4、下接头3等组成。其原理是利用气、液密度差产生的滑脱效应分离气相。当抽油泵柱塞上行抽吸时，气、液混和物由锚外体上部的进、出口进入锚外体与内管组成的环空沉积腔。当抽油泵柱塞下行停抽时，沉积腔内气液混合物将会在气、液密度差作用下使气体上浮，当气体上浮到锚外体的气液进出口时排出，从而大大降低气体进泵对泵效的影响。该气锚优点：结构简单、制造成本低。缺点：分离效率较低、不适应较高产液、高气油比生产井。单纯靠滑脱效应的气锚目前已淘汰。

二、螺旋分离式气锚，也称为螺旋式气锚。

(1)在《防气泵与气锚概述》(石油机械第，2l卷，第4期，1993年4月)一文中介绍了第一种螺旋式气锚，如图2。主要由：下接头3、中心管4、螺旋片16、出气孔17、连接套18、进液孔19、排气孔20、上接头2等组成。该气锚工作原理：气液混合物经进液孔19进入中心管4与连接套18构成的锚腔，沿螺旋片16流道利用离心分离和紊流化使气泡聚合原理，使气液流体在气锚内旋转流动，不同密度的流体离心力不同，使被聚集的大气泡沿螺旋内侧流动，带有未被分离的小气泡的液体则沿外侧流动。被聚集的大气泡不断聚集，沿内侧出气孔17上升至螺旋顶部并聚集成气帽，经过排气孔20排到油套环形空间。螺旋式气锚优点是分气效率较高、结构紧凑、适应较高产液量、高气液比生产井。其缺点是不适应低产量井。

(2)《塔河油田防气技术分析》(石油机械2014年第42卷第7期)一文介绍了第二种螺旋式气锚，如图3。其结构主要由上接头2、排气管21、单流阀22、集气罩23、顶丝24、外管25、螺旋叶片5.2、下接头3等组成。其工作原理是油气混合物经气锚下接头3进入螺旋叶片5.2与外管25之问的环形空问，沿螺旋面上行期问，由于离心力作用，液流沿螺旋外侧上行，经过外管25和集气罩23的环形空间进入泵筒；气流沿螺旋叶片5.2内侧运行，最终在集气罩23中形成“气帽”顶开单流阀22，经排气管21排出。该气锚与图3所示气锚相比，除有结构型式类似的螺旋外，增加设计了“气帽”收集结构部分。其优、缺点除与图3所示气锚相同外，气体收集部分设计难以证其效果。

(3)实用新型专利号02293298.4介绍了一种“扇叶式气锚”，如图4。其结构主要由沉降碗26、扇叶27、螺旋板28、集气筒29、集气罩23、单流阀22连等组成。该气锚在螺旋板28下部安装一个扇叶，它依靠集气筒内上升的油气混合液冲动旋转，并在旋转过程中产生离心作用，将密度较大、处于扇叶边缘的液体抛向集气筒29内壁，这些液体被连续不断的堆集起来，最后因重力下落到下面的螺旋板28上；而气体较液体密度小，聚集在扇叶27轴心周围，并在达到一定压力时，顶开单流阀22经排气通道排放到油管和套管的环形空间，从而达到了气液分离的目的。该气锚与图3、图4所示气锚相比，除有结构型式类似的螺旋外，增加设计了可以旋转的“扇叶”结构，该结构可以对气液流体旋流起到一定作用。

三、组合式气锚，即由不同的分气原理或配合另外工具组成的气锚。由螺旋分离和重力分离不同分气原理组成的组合式气锚，如图2所示气锚，在其螺旋下部加长中心管4和连接套18，使其形成较长的重力分离环空沉积腔，则构成了不同分气原理组成的组合式气锚。《螺旋式井下油气分离器设计与分离效果分析》(石油矿场机械，2011年，第6期，第40卷)一文中介绍了一种由气锚和封隔器工具组成的组合式气锚，如图5。其主要由套管29、排气孔20、外筒30、孔眼31、螺旋32、中心管4、分流接头33、封隔器34)、油管35等组成。其工作原理是气、液流体沿封隔器下部的尾管经分流接头33进入分离器环形空间后，通过中心管4外上部的螺旋使油气以较高的速度产生旋转流动。紊流化和离心分离作用加速了小气泡的聚合，使密度较小的大气泡沿螺旋内侧流动，密度较大的液流则沿外侧流动。沿内侧流动的大气泡又不断聚合，并上升至螺旋顶部聚集，气体则以连续相的形式从上接头顶端的排气孔20排至套管环形空间。含有小气泡的液流上升至分离器上部带孔段时，通过孔眼被甩到油套管环形空间。由于在环空内液流速度突然降低，其中所带的一部分气泡将上浮而直接被分离到分离器上部的油套环空里，另一部分直径较小的气泡虽然被带入环形空间，在下冲程泵停止吸入时，套管与锚筒环形空间中液流速度为零，其中一部分气泡上浮至分离器上部的油套环空里。最后，只有少部分小气泡在上冲程被液流带着经吸入口沿中心管进入泵内，达到了油气分离的目的。该结构类型组合气锚可以最大限度的利用井筒截面空间，气锚设计空间较大，能较充分发挥螺旋离心分离和重力沉降分离作用，使得气体分离效率有效提高。但由于配有封隔器，使得施工不便且封隔器有效期较短而影响生产，另外出砂井也不能使用。

综上所述，为解决上述矛盾和增大气锚对流量有效处理的覆盖范围，需要研究设计一种旋转螺旋组合式气锚具有十分重大的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种旋转螺旋式气锚，该气锚利用气、液流体冲击螺旋体使其产生旋转，旋转的螺旋体可以使得分气效果更高、效果更好，而且适用的气液产量范围大。

为实现上述目的，本发明所设计的一种旋转螺旋式气锚，包括锚壳体，所述锚壳体的一端设置有上接头，另一端设置有下接头，所述锚壳体内设置有沿轴向延伸布置的中心管，所述中心管的中部旋转设置有螺旋体；所述螺旋体的一端通过第一旋转件安装在中心管上，另一端朝向上接头延伸通过第二旋转件安装在中心管上；所述中心管靠近下接头的一端外圈设置有环形安装台阶，所述环形安装台阶与第一旋转件抵接；所述中心管靠近上接头的一端外圈套设有压紧弹簧，所述压紧弹簧的一端与第二旋转件抵接，另一端与上接头抵接。

上述技术方案中，所述锚壳体靠近上接头的一端沿其外壁周向设置有若干个流通孔。

上述技术方案中，所述中心管靠近下接头的一端上开设有通过孔。

上述技术方案中，所述锚壳体的一端与上接头螺纹连接，另一端与下接头螺纹连接。

上述技术方案中，所述锚壳体的两端内壁设置有内螺纹，所述上接头和下接头的外壁均设置有与内螺纹匹配的外螺纹。

上述技术方案中，所述中心管的一端插接在上接头内并通过密封圈密封连接，另一端插接在下接头内与其固定连接。

上述技术方案中，所述螺旋体包括中空的筒体，所述筒体的外壁设置有沿其轴向连续延伸的螺旋叶片。

上述技术方案中，所述第一旋转件包括第一支垫和第一支撑环，所述第一支垫的一侧端面与环形安装台阶抵接，所述第一支垫的另一侧端面与第一支撑环的一侧端面之间设置有第一推力轴承，所述第一支撑环的另一侧端面与螺旋体固定连接。

上述技术方案中，所述第一支垫的中部设置有阶梯通孔，所述第一支撑环的中部设置有安装通孔。

上述技术方案中，所述第二旋转件包括第二支垫和第二支撑环，所述第二支垫的一侧端面与压紧弹簧抵接，所述第二支垫的另一侧端面与第二支撑环的一侧端面之间设置有第二推力轴承，所述第二支撑环的另一侧端面与螺旋体固定连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明的旋转螺旋式气锚设计有可旋转的螺旋体，螺旋的旋转改变了原固定式螺旋气液分离时气液质点的受力和运移方式，现有的气锚的螺旋均为固定结构型式，气液质点是在压差作用下被螺旋道导流产生离心力，质点只有在高速流动时才能获得较高的离心加速度而产生较好的分离效果。本发明由于可旋转的螺旋体的介入，气液质点除了受螺旋道导流产生离心力外，还受螺旋叶片扫过时被“带动”的旋转运动，此时质点产生的离心效应远大于前者，质点就像处于一个转动圆盘上的“物质”，即是在较低的转速下也会被十分容易的离心“甩”向外围；另外，螺旋旋转时，流体与叶片之间的相对速度减少，摩擦阻力变小，离心后形成的气液分离状态不易重新混合；此外，螺旋叶片旋转产生的惯性，对流体的周围有个推动力，提高了流体的周向速度，离心力变大，故气液的分离效率会更好。

其二，本发明的旋转螺旋式气锚与现有的扇叶式气锚相比，由于现有的扇叶结构在轴向长度上很短，仅在轴向长度局部产生旋流，而本发明采用的旋转螺旋整体轴向长度对流体同时产生作用，能够起到连续对气液流体的分离作用。

其三，本发明因螺旋旋转，对气液实现了两种分离方式，一是气液沿螺旋道旋转的离心分离，二是受螺旋叶片旋转带动时的强制离心分离。另外，适应处理的气液产量范围更加宽泛，因在较低流量下即是螺旋不能被带动旋转，此时如同常规固定螺旋式气锚工作原理，该状况下也是常规固定螺旋式气锚效率最高的状态；当需要处理的气液量增大时，螺旋被冲击旋转，又如同“涡轮”介入，螺旋叶片旋转带动液相离心分离的作用增强，故本发明的一种旋转螺旋式气锚适应的气液产量范围大、分气效果更高、效果更好。

附图说明

图1为现有的重力差分离式气锚的结构示意图；

图2为现有的第一种螺旋式气锚的结构示意图；

图3为现有的第二种螺旋式气锚的结构示意图；

图4为现有的扇叶式气锚的结构示意图；

图5为现有的组合式气锚的结构示意图；

图6为本发明旋转螺旋式气锚的结构示意图；

图7为图6中的中心管的放大结构示意图；

图8为图6中的螺旋体的放大结构示意图；

图9为图6中的第一支垫的放大结构示意图；

图10为图6中的第一支撑环的放大结构示意图；

图中：1-锚壳体、2-上接头、3-下接头、4-中心管、5-螺旋体、5.1-筒体、5.2-螺旋叶片、6-第一旋转件、6.1-第一支垫、6.11-阶梯通孔、6.2-第一支撑环、6.21-安装通孔、6.3-第一推力轴承、7-第二旋转件、7.1-第二支垫、7.2-第二支撑环、7.3-第二推力轴承、8-环形安装台阶、9-压紧弹簧、10-流通孔、11-通过孔、12-内螺纹、13-外螺纹、14-密封圈、15-锚外体、16-螺旋片、17-出气孔、18-连接套、19-进液孔、20-排气孔、21-排气管、22-单流阀、23-集气罩、24-顶丝、25-外管、26-沉降碗、27-扇叶、28-螺旋板、29-套管、30-外筒、31-孔眼、32-螺旋、33-分流接头、34-封隔器、35-油管。

具体实施方式

下面结合实施案例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

如图6所示的一种旋转螺旋式气锚，包括锚壳体1，所述锚壳体1的一端设置有上接头2，另一端设置有下接头3，所述锚壳体1的一端与上接头2螺纹连接，另一端与下接头3螺纹连接。所述锚壳体1的两端内壁设置有内螺纹12，所述上接头2和下接头3的外壁均设置有与内螺纹12匹配的外螺纹13。所述锚壳体1内设置有沿轴向延伸布置的中心管4，所述中心管4的一端插接在上接头2内并通过密封圈14密封连接，另一端插接在下接头3内与其固定连接。所述锚壳体1靠近上接头2的一端沿其外壁周向设置有若干个流通孔10，所述中心管4靠近下接头3的一端上开设有通过孔11。

上述技术方案中，所述中心管4的中部旋转设置有螺旋体5，所述螺旋体5的一端通过第一旋转件6安装在中心管4上，另一端朝向上接头2延伸通过第二旋转件7安装在中心管4上。如图7所示，所述中心管4靠近下接头3的一端外圈设置有环形安装台阶8，所述环形安装台阶8与第一旋转件6抵接。如图8所示，所述螺旋体5包括中空的筒体5.1，所述筒体5.1的外壁设置有沿其轴向连续延伸的螺旋叶片5.2。

上述技术方案中，所述第一旋转件6包括第一支垫6.1和第一支撑环6.2，如图9和图10所示，所述第一支垫6.1的中部设置有阶梯通孔6.11，所述第一支撑环6.2的中部设置有安装通孔6.21。所述第一支垫6.1的一侧端面与环形安装台阶8抵接，所述第一支垫6.1的另一侧端面与第一支撑环6.2的一侧端面之间设置有第一推力轴承6.3，所述第一支撑环6.2的另一侧端面与螺旋体5固定连接。

上述技术方案中，所述中心管4靠近上接头2的一端外圈套设有压紧弹簧9，所述压紧弹簧9的一端与第二旋转件7抵接，另一端与上接头2抵接。所述第二旋转件7包括第二支垫7.1和第二支撑环7.2，所述第二支垫7.1的一侧端面与压紧弹簧9抵接，所述第二支垫7.1的另一侧端面与第二支撑环7.2的一侧端面之间设置有第二推力轴承7.3，所述第二支撑环7.2的另一侧端面与螺旋体5固定连接。

本发明旋转螺旋式气锚的工作原理，具体如下：

当抽油泵抽吸时，气、液混合物经锚壳体1上部的流通孔10进入锚壳体1内，随气液流动冲击螺旋体5旋转，气、液被螺旋体5带动产生圆周旋流，气相与液相因密度差产生不同的离心力，从而使气相与液相之问摆脱粘着力(斯脱克斯力)的束缚，气相形成内旋流，在沿径向向轴心移动的同时在内周聚集并上浮。而含有少量小气泡的液相在惯性离心作用下被“甩”向外围，形成外旋流沿径向和轴向从锚壳体1内壁向下做螺旋移动，进入锚壳体1与中心管4之间下部的沉积腔内，再次进行重力分离，沉降后的液相再经中心管4下部的通过孔11进入抽油泵。当抽油泵柱塞下行停抽时，气锚停止吸入，锚壳体1与中心管4之间下部的沉积腔内含有少量气泡的液相，在气液密度差作用下，上浮并汇集到上部。而停抽的同时在螺旋体5内周聚集的气体，同样在重力差作用下从锚壳体1上部的流通孔10排出，进入油套环空。

其它未详细说明的均属于现有技术。