專利名稱：井下氣體分離器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在地下生產(chǎn)井、特別是生產(chǎn)碳氫化合物的生產(chǎn)井中從采出液中分離氣體的井下氣體分離器。
背景技術：
通過生產(chǎn)井從地層中獲得碳氫化合物流體對于本領域的技術人員來說是公知的。通過連通井孔的生產(chǎn)管線接收來自地層的流體，并且這些流體通過生產(chǎn)管線向上流至地面進行儲存、煉制、加工和/或進一步的運輸設施。
經(jīng)常需要或要求利用泵來加強通過井的流量。不幸的是，當采出液第一次進入碳氫化合物生產(chǎn)井時通常具有大量的夾帶氣體，這些氣體給泵提供了困難。井下氣體分離器是公知的并且用于在采出液進入泵之前分離氣體。McCoy等人的加拿大專利號為2,164,145的專利申請公開了已知的井下氣體分離器的一個例子。McCoy等人的裝置提供了某些氣體分離，因此非常有用。然而，仍然需要提供更好的井下氣體分離器。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供改進的井下氣體分離器。
本發(fā)明的另一個目的是提供具有在制造、安裝和使用上簡單可靠的裝置的改進的氣體分離。
在下文中，將會闡述本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，將會很容易地獲得前述的目的和優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種井下氣體分離器，該氣體分離器包括具有封閉底端和開口頂端的外管；以及偏心設置在所述外管內(nèi)并且具有開口底端和適于連接至生產(chǎn)管線的頂端的內(nèi)管。內(nèi)管在外管內(nèi)的定位有助于集中進入生產(chǎn)管線區(qū)域內(nèi)的流體，并集中通過生產(chǎn)管線外部區(qū)域的氣體。
進一步地，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種設置在套管(casing)內(nèi)的用于生產(chǎn)管線的井下氣體分離器，該生產(chǎn)管線接收包括氣體和液體的采出液流，其中分離器包括具有封閉底端和開口頂端的外管，所述外管偏心設置在套管內(nèi)；以及偏心設置在所述外管內(nèi)并且具有開口底端和適于連接至生產(chǎn)管線的頂端的內(nèi)管。


下面將參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述，其中圖1為本發(fā)明的井下氣體分離器的一個實施例的側(cè)剖視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的井下氣體分離器的一個可替換實施例的側(cè)剖視圖；圖3為說明根據(jù)本發(fā)明的井下氣體分離器的流量剖面的又一剖視圖；以及圖4為根據(jù)本發(fā)明的井下氣體分離器的示意性的截面透視圖，其進一步說明了通過分離器的氣體和液體流。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及一種將氣體從包含該氣體的采出的碳氫化合物流體中井下分離的井下氣體分離器。請參考圖1，其說明了根據(jù)本發(fā)明的井下氣體分離器10。圖1示出了具有套管12形式的流體生產(chǎn)井，該套管12設置在生產(chǎn)流體的地層14內(nèi)。如箭頭18所示，穿過套管12側(cè)壁的射孔16允許流體從地層進入套管12。在套管12內(nèi)，設置生產(chǎn)管線20以便從井中輸送流體，氣體通常通過在生產(chǎn)管線20與套管12之間限定的環(huán)形空間22進行生產(chǎn)。泵(以附圖標記24示意性地示出)可設置在生產(chǎn)管線20內(nèi)或其端部，并且用于通過生產(chǎn)管線20將流體舉升到地面。
根據(jù)本發(fā)明的氣體分離器10優(yōu)選地包括內(nèi)管26和外管28。
內(nèi)管26優(yōu)選為一個具有開口底端或下端30并且具有連接于生產(chǎn)管線20或與生產(chǎn)管線20連通的上端32的大致圓柱形或管形部件。如將在下面進一步討論的那樣，內(nèi)管26的下端30具有一個最好相對于水平位置傾斜的下緣34。相對于內(nèi)管26底部的長度來說，傾斜的下緣34限定了一個相對長的壁36和一個相對短的壁38。
外管28最好也為一個大致圓柱形或管形部件，其直徑比內(nèi)管26的直徑大，并且具有封閉的底端40和開口頂端42。
外管28最好具有一個向下越過封閉底端40延伸至下緣44的側(cè)壁，該下緣44最好相對于水平方向傾斜，從而相對于外管28底部的長度來說限定相對長的壁46和相對短的壁48。外管28的向下延伸用于限定一個向下的開口腔50，該腔將在下文進一步描述。
外管28最好也具有一個向上延伸至上緣的側(cè)壁，該上緣最好相對于水平方向傾斜，從而相對于外管28頂部的向上延伸方向來說限定一個相對長的壁52和一個相對短的壁54。
根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)管26相對于外管28偏心設置，并且外管28相對于套管12偏心設置。該偏心定位用于在套管12內(nèi)和外管28內(nèi)限定一個流體集中區(qū)域，該區(qū)域促使液體分離并流經(jīng)內(nèi)管26，并且促使氣體分離并流經(jīng)環(huán)形空間22。
同樣參考圖3，內(nèi)管26在外管28內(nèi)的偏心定位用于限定一個月牙形的流動區(qū)域。相似地，外管28在套管12內(nèi)的偏心定位也用于限定一個大致月牙形的流動區(qū)域。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在這樣的流動區(qū)域中，在所述壁間隔更大的地方氣體濃度趨于增大，在所述壁最靠近的地方液體濃度趨于最大。同樣發(fā)現(xiàn)，傾斜的邊緣在內(nèi)管26和外管28上的定位用于影響更多流體從其側(cè)面進入管子。根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，內(nèi)管26和外管28最好如此定位短壁朝向液體濃度將會最大的區(qū)域，其用于增加本發(fā)明分離器10的效果和效率。
圖3示出了內(nèi)管26、外管28和套管12各自的中心26a、28a和12a。如圖所示，內(nèi)管26的定位用于限定外管28的第一區(qū)域56，該第一區(qū)域56與內(nèi)管26的中心26a相對間隔較大，并且用于限定外管28的第二區(qū)域58，該第二區(qū)域58與內(nèi)管26的中心26a相對間隔較小。同樣地，外管28相對于套管12的定位用于限定套管12的第一區(qū)域60，該第一區(qū)域60與外管28的中心28a相對間隔較大，并且用于限定套管12的第二區(qū)域62，該第二區(qū)域62與外管28的中心28a相對間隔較小。
根據(jù)本發(fā)明，在外管28底部的相對短的壁48最好與外管28的第一區(qū)域56和套管12的第二區(qū)域62對準。這樣就定位了具有較高液體濃度的流體在某一位置流出腔50的區(qū)域，在所述的某一位置，較高液體濃度的流體向上流動并按照需要進入外管28。
在這一點上進一步描述腔50的功能是適當?shù)?。限定于外?8底部的腔50用于收集產(chǎn)自地層14的流體并且使這些流體“平靜”流動以便氣體和液體能夠開始分離。通過外管28側(cè)壁的氣體排出通道64最好定位于沿相對長的壁46上的一點并且恰好位于封閉的底端40的下方。如所期望的，通道64允許在腔50內(nèi)分離的氣體排至環(huán)形空間22并且通過該環(huán)形空間向上流動。相對短的壁48限定了圍繞外管周圍的區(qū)域，高濃度液體首先將通過該區(qū)域流動。如附圖所示，該區(qū)域的定位用于使更多液體向上流向外管28上端入口區(qū)域。
仍然參考圖1，外管28上端相對短的壁54用于促進來自外管28這一側(cè)的流體進入外管28。由于該區(qū)域基本垂直地位于由相對短的壁48形成的集中流體流動區(qū)域的上部，所以流體以所需的較高流體濃度進入外管28。
外管28內(nèi)的流體繼續(xù)分離成氣體和更濃縮的液體，氣體從外管28頂部排出從而通過環(huán)形空間22向上流動，濃縮液體流入內(nèi)管26的下端。如上所述的內(nèi)管26的傾斜底面在泵的輔助下進一步用于強化液體流入內(nèi)管26并向上通過生產(chǎn)管線20。
為了將分離器10保持在相對于套管12的所需位置，最好在外管28和套管12之間設置一個彈性部件66。在圖1的實施例中，這形成了套管12內(nèi)表面和外管28的外表面之間的線接觸。彈性部件66的強度最好可被選擇，以便在分離器10通過套管12被定位于正確位置時保持合適的位置而不會出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象?？紤]到其它類型的井下工具的定心，這樣的間隔部件對于本領域的普通技術人員來說是公知的。
圖3示出了本發(fā)明的一個可替換的實施例，其中分離器10具有與圖1中的實施例基本相同的部件。然而，在圖3中，分離器10的正確定位是通過一個如圖所示的作用于生產(chǎn)管線20上的定心或間隔彈性組件68所保持的。在該實施例中，外管28可被偏心定位在套管12內(nèi)，但是在外管28的第一區(qū)域和套管12的第二區(qū)域的管壁彼此靠近但不接觸。由于彈性部件在生產(chǎn)管線20的端部而不是設置在分離器10上，因此，在一定情況下，這種結構可以產(chǎn)生更高的分離效率，并且也可以更容易地布置在套管12內(nèi)。
圖4提供了根據(jù)本發(fā)明的分離器10的進一步的說明，附加說明了操作過程中的流動。相對黑色的箭頭說明了高液體含量的流體流，而氣泡代表分離出的氣體。如圖所示，氣體通常圍繞腔50流動并且向上通過外管28和套管12之間限定的較大的流通面積。濃縮的液體趨于流向套管12另外一側(cè)靠近設置的壁面，并且也在腔50內(nèi)聚集并向下和圍繞短壁48流動。如箭頭70所示，液體含量高的流體流向上流至外管28的頂部邊緣，在那里進入外管28的內(nèi)部空間。如圖所示，氣體的小氣泡在這個階段仍然被從流動的流體中分離出來，能夠聚結并通過環(huán)形空間22向上流動，和/或與液體一起通過內(nèi)管26被攜帶入生產(chǎn)管線20。然而，根據(jù)本發(fā)明，基本上大部分氣體按照預期得到分離并根據(jù)需要通過環(huán)形空間22被采出。
應該意識到，當內(nèi)管26和外管28被稱為偏心定位時，這里指的是管子的定位不是同心的。這樣的定位最好如此設置以至于內(nèi)管26幾乎觸及或觸及到外管28，并且外管28幾乎觸及或觸及到套管12。
同樣應該意識到，本發(fā)明的某些部件或組件已經(jīng)被提及到了它們的定向，例如水平的、垂直的、傾斜的等等。關于附圖尤其是附圖1所示的方向，這些參數(shù)中的每一個參數(shù)都應當被采用。
內(nèi)管26相對于外管28的安裝可利用焊接或螺栓連接，或本領域技術人員熟知的其它方法進行。
應當注意，內(nèi)管26可選擇地連接到泵24或與泵24連通，以代替生產(chǎn)管線20。例如，尤其在泵24被安裝到生產(chǎn)管線20底部并且具有一個可安裝內(nèi)管26的泵吸入口(未示出)的情況下。
應該意識到，根據(jù)本發(fā)明的分離器最好在流體進入泵之前提供氣體從井下產(chǎn)出液的有效分離。這將較佳地提供更有效的泵運行、更長的泵壽命以及更高的產(chǎn)量。
應該理解，本發(fā)明不限于這里所描述和說明的例子，這些例子被認為是僅僅對實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式進行了說明，可以對操作細節(jié)以及部件的布置、形狀和尺寸進行修改。本發(fā)明更傾向于包含所有的這些落入由所述權利要求限定的范圍和精神內(nèi)的修改。
權利要求
1.一種井下氣體分離器，包括一外管，所述外管具有封閉底端和開口頂端；以及一內(nèi)管，所述內(nèi)管偏心設置在所述外管內(nèi)，并且具有開口底端和適于連接至生產(chǎn)管線的頂端。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)管相對于所述外管的偏心設置限定了所述外管的第一區(qū)域，該第一區(qū)域與所述內(nèi)管中心的間隔相對較大，并且還限定了所述外管的第二區(qū)域，該第二區(qū)域與所述中心的間隔相對較小。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述外管具有越過封閉底端延伸的側(cè)壁，從而限定了一個具有底部邊緣的下部腔室，并且其中所述底部邊緣為斜面，從而限定了一個相對短的側(cè)邊和一個相對長的側(cè)邊。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，外管的所述相對短的側(cè)邊基本與所述第一區(qū)域?qū)省?br> 5.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)管具有傾斜的底部邊緣從而限定了一個相對短的側(cè)邊和一個相對長的側(cè)邊，并且其中內(nèi)管的所述相對短的側(cè)邊基本與所述第一區(qū)域?qū)省?br> 6.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)管具有傾斜的底部邊緣從而限定了一個相對短的側(cè)邊和一個相對長的側(cè)邊，并且其中內(nèi)管的所述相對短的側(cè)邊基本與所述第一區(qū)域?qū)省?br> 7.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述外管具有傾斜的上部邊緣從而限定了一個相對短的上部側(cè)邊和一個相對長的上部側(cè)邊，并且其中外管的所述相對短的上部側(cè)邊基本與所述第一區(qū)域?qū)省?br> 8.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述外管具有傾斜的上部邊緣從而限定了一個相對短的上部側(cè)邊和一個相對長的上部側(cè)邊，并且其中外管的所述相對短的上部側(cè)邊基本與所述第一區(qū)域?qū)省?br> 9.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述外管在外管的內(nèi)側(cè)壁表面和內(nèi)管的外側(cè)壁表面之間的接觸線處固定于所述內(nèi)管。
10.一種用于設置在套管內(nèi)的生產(chǎn)管線的井下氣體分離器，該生產(chǎn)管線接收包括氣體和液體的采出液流，該分離器包括一具有封閉底端和開口頂端的外管，所述外管偏心設置在所述套管內(nèi)；以及一內(nèi)管，所述內(nèi)管偏心設置在所述外管內(nèi)，并且具有開口底端和連接至所述生產(chǎn)管線的頂端。
11.根據(jù)權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)管相對于所述外管的偏心定位限定了所述外管的第一區(qū)域，該第一區(qū)域與所述內(nèi)管中心的間隔相對較大，并且還限定了所述外管的第二區(qū)域，該第二區(qū)域與所述中心的間隔相對較小，并且其中所述外管相對于所述套管的偏心定位限定了所述套管的第一區(qū)域，該第一區(qū)域與所述外管中心的間隔相對較大，并且還限定了所述套管的第二區(qū)域，該第二區(qū)域與所述中心的間隔相對較小。
12.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述外管具有越過所述封閉底端延伸的側(cè)壁從而限定了一個具有底部邊緣的下部腔，并且其中所述底部邊緣為斜面從而限定了一個相對短的側(cè)邊和一個相對長的側(cè)邊。
13.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述相對短的側(cè)邊基本與所述外管的第一區(qū)域和所述套管的第二區(qū)域?qū)省?br> 14.根據(jù)權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)管具有傾斜的底部邊緣從而限定了一個相對短的側(cè)邊和一個相對長的側(cè)邊，并且其中所述相對短的側(cè)邊基本與所述外管的第一區(qū)域和所述套管的第二區(qū)域?qū)省?br> 15.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)管具有傾斜的底部邊緣從而限定了一個相對短的側(cè)邊和一個相對長的側(cè)邊，并且其中所述相對短的側(cè)邊基本與所述外管的第一區(qū)域和所述套管的第二區(qū)域?qū)省?br> 16.根據(jù)權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述外管具有傾斜的上部邊緣從而限定了一個相對短的上部側(cè)邊和一個相對長的上部側(cè)邊，并且其中所述相對短的上部側(cè)邊基本與所述外管的第一區(qū)域和所述套管的第二區(qū)域?qū)省?br> 17.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述外管具有傾斜的上部邊緣從而限定了一個相對短的上部側(cè)邊和一個相對長的上部側(cè)邊，并且其中所述相對短的上部側(cè)邊基本與所述外管的第一區(qū)域和所述套管的第二區(qū)域?qū)省?br> 18.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述外管在外管的內(nèi)側(cè)壁表面和內(nèi)管的外側(cè)壁表面之間的第一接觸線處安裝于所述內(nèi)管。
19.根據(jù)權利要求18所述的裝置，其特征在于，所述外管在外管的外側(cè)壁表面和套管的內(nèi)側(cè)壁表面之間的第二接觸線處定位成接觸所述套管。
20.根據(jù)權利要求19所述的裝置，其特征在于，所述接觸線和另一接觸線位于所述外管相對的兩側(cè)。
全文摘要
一種井下氣體分離器，包括具有封閉底端和開口頂端的外管；以及偏心設置在所述外管內(nèi)并且具有開口底端和適于連接至生產(chǎn)管線的頂端。所述內(nèi)管能夠可選擇地與泵的吸入口連接。分離器偏心地設置于套管內(nèi)，以便在流體進入生產(chǎn)管線和/或泵之前使氣體從采出液中分離。
文檔編號E21B43/38GK101025082SQ20061006401
公開日2007年8月29日 申請日期2006年11月29日 優(yōu)先權日2005年11月29日
發(fā)明者P·岡薩雷斯 申請人:英特衛(wèi)普有限公司