專利名稱：井底分離器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于油井和天然氣井的分離器；并且更特別的是涉及一種旋轉(zhuǎn)的、井底的氣體和液體分離器，以及一種從產(chǎn)品流體中分離出氣體和液體的井底方法。
背景技術(shù)：
液體本質(zhì)上是不可壓縮的流體，而氣體是可壓縮的流體。一個油井或者天然氣井中的所述產(chǎn)品流體，通常是一種液體和氣體的混合物。特別的，煤生成過程產(chǎn)生的甲烷產(chǎn)品的所述產(chǎn)品流體，包括氣體和水。由于所述氣體的可壓縮性，難以抽取此類產(chǎn)品流體。所述氣體的壓縮降低了泵的效率，而且，泵可以空化，阻止流體流動。井底氣體和液體分離器，在采油管(string)中將所述液體向上抽取之前，在所述采油管的底部對所述產(chǎn)品流體中的氣體和液體進(jìn)行分離；并且因此增加了所述抽取過程的效率和可靠性。在一些場合下，所述產(chǎn)品液體中的廢品流體可被再次注入到所述形成產(chǎn)品的上方或者下方，從而消除將所述廢品流體帶到表面的費(fèi)用，以及處理或者再循環(huán)的費(fèi)用。
Scudder等人的美國專利5,673,752公開了一種分離器，其使用了一種疏水性薄膜用于分離。Ribeiro等人的美國專利6,036,749；Lee的美國專利6,066,193以及Cobb的美國專利6,382,317公開了動力旋轉(zhuǎn)分離器。Lee等人的美國專利6,155,345公開了一種分離器，所述分離器被流通軸承分隔為多個分離室。

發(fā)明內(nèi)容
一種井底分離器，包括一個限定了一個內(nèi)腔的外殼，一個用于限制流體流動的裝置，一個內(nèi)置泵，以及一個渦流發(fā)生器。用于限制流體流動的所述裝置位于所述外殼內(nèi)部，并且將所述內(nèi)腔分隔為一個第一室和一個第二室。所述內(nèi)置泵將產(chǎn)品流體流經(jīng)所述限制流體的裝置泵送到所述第一室中。用于限制流體的所述裝置，在進(jìn)入所述第二室的產(chǎn)品流體中產(chǎn)生一種壓力下降，導(dǎo)致所述氣體和液體分離。所述渦流發(fā)生器將所述液體隔離到所述第二室的外部，而將氣體隔離到所述第二室的內(nèi)部。從產(chǎn)品流體中分離液體和氣體的方法包括將所述產(chǎn)品流體泵送到一個第一室中；當(dāng)所述產(chǎn)品流體從所述第一室流入到一個第二室中的時(shí)候，在所述產(chǎn)品流體中產(chǎn)生一種壓力下降；以及在所述第二室中的所述產(chǎn)品流體中產(chǎn)生一種渦流。


結(jié)合具有類似參考數(shù)字的附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的細(xì)節(jié)，其中圖1是一個包含本發(fā)明特征的分離器的側(cè)面正視圖。
圖2是圖1中所示的分離器的側(cè)面剖視圖。
圖3是圖1中所示的分離器的頭部的部分剖視圖。
圖4是圖1中所示的分離器的下擴(kuò)散器的部分剖視圖。
圖5是圖1中所示的分離器的上擴(kuò)散器的部分剖視圖。
圖6是圖1中所示的分離器的軸承套的部分剖視圖。
圖7是圖1中所示的分離器的推動器的部分剖視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖1和圖2，一個包含本發(fā)明的特征的分離器10，包括一個外殼11，一個底座12和一個頭部14。所述外殼11是一個中空的、細(xì)長的圓筒，限定了一個內(nèi)腔15。所述分離器外殼11具有間隔的、內(nèi)螺紋的下端17和上端18。
為了說明在此處選擇用于說明本發(fā)明的特殊實(shí)施例，將使用一些特定的術(shù)語，這些術(shù)語將被看作為了方便而使用，并且具有非限定性的意義。例如，詞語“頂部”、“底部”、“上”和“下”將指所要說明的實(shí)施例在其使用時(shí)的常規(guī)位置。相對于所述裝置的所要說明的實(shí)施例的軸線，“向內(nèi)”和“向外”將分別指徑向向內(nèi)和向外。此外，上述限定的所有術(shù)語包括所述特別提到詞語的引申義以及類似意義的詞語。
所述底座12具有一個上部20，一個中間部分21和一個下部22。所述上部20是一個外螺紋的中空圓筒，做成可以螺紋連接到所述分離器外殼11的下端10內(nèi)部的大小和形狀；并且包括一個向上開口的、居中的、大致圓柱形的上腔24。在所要說明的實(shí)施例中，所述中間部分21具有一個外表面25，所述外表面從所述上部20向下、向內(nèi)延伸，并且具有一個居中的下軸承孔26，所述軸承孔從所述上腔24向下延伸。在所述下軸承孔26中安裝了一個下軸承28。多個沿圓周布置的入口端口27從所述外表面25向上、向內(nèi)延伸到所述上腔24中。所述下部22是中空的、大致圓柱形的，并且從所述中間部分21向下延伸到一個向外突出的凸緣29，還具有一個從所述下軸承孔26延伸出來的下腔30。
參考圖3，所述頭部14包括一個上部34，和一個從所述上部34向下延伸的中間部分35，以及一個從所述中間部分35向下延伸的下部36。所述上部34大致為圓柱形，并且包括多個間隔的、徑向布置的、向上延伸的螺栓38。一個外部的、周向的槽39圍繞所述頭部14在所述上部34和所述中間部分35之間延伸。所述中間部分35是外螺紋的，并且做成可以螺紋連接到所述分離器外殼11的所述上端18中的大小和形狀。一個向上開口的、向內(nèi)和向下漸細(xì)的、大致圓錐形的上腔40，延伸穿過所述上部34和所述中間部分35。
所述下部36具有一個向下以及向內(nèi)漸細(xì)的外表面41，以及向下開口的、向下以及向外漸細(xì)的下腔42，所述下腔在一個下端43連接到所述外表面41上。一個上軸承孔44在所述上腔40和所述下腔43之間延伸，并且具有一個安裝在其中的上軸承45。多個周向布置的液體出口端口47，從所述外表面41向上以及向內(nèi)延伸到所述上腔40。多個周向布置的氣體出口端口48從所述下腔42向上以及向外延伸到所述槽39。
再次參考圖2，所述分離器10包括一個下擴(kuò)散器50，一個上擴(kuò)散器51，一個第一套筒52，一個限制流量的裝置53，一個第二套筒55，以及一個第三套筒56，每個部件都具有一個圓柱形的外型，其大小和形狀可以安裝到所述分離器外殼11的內(nèi)腔15中，并且每個部件都按照上述列出的順序，從所述底座12到所述頭部14，被裝配到所述內(nèi)腔15中。在所要說明的實(shí)施例中，所述限制流體流量的裝置53是一個軸承套54。其它類型的用于限制流體流量的裝置53都適用于本發(fā)明。
如圖4中所示，所述下擴(kuò)散器50為基本上杯形的，具有一個大致扁平的圓形底部58，一個從所述底部58的外圍向上延伸的外壁59，以及一個穿過所述底部58的中心延伸的下擴(kuò)散器孔60。參考圖5，所述上擴(kuò)散器51包括一個穿過所述上擴(kuò)散器51的中心向上延伸的上擴(kuò)散器孔62，一個圓柱形外壁63，以及多個位于上擴(kuò)散器孔62和所述外壁63之間的間隔的、徑向布置的、向上的、向內(nèi)的、螺旋形延伸的通道64，所述通道64被徑向翅片(fin)分隔。所述下擴(kuò)散器50的外壁59向上延伸，并且所述上擴(kuò)散器51的外壁63向下延伸，用來分隔所述下擴(kuò)散器50和上擴(kuò)散器51，并在其之間限定一個推動器腔67。
所述軸承套54，如圖6中所示，是大致圓柱形的，具有一個中間軸承孔68和多個間隔的、徑向布置的穿過所述軸承套54延伸的通道69。一個中間軸承70被安裝在所述中間軸承孔68中。通道69被設(shè)計(jì)為限制流體流量，這樣軸承套54將所述內(nèi)腔15分隔為一個第一室71和一個第二室72。在所要說明的實(shí)施例中，所述通道69向上、向內(nèi)以及螺旋延伸，這樣，當(dāng)所述產(chǎn)品流體流入所述第二室72中的時(shí)候，所述通道69在所述產(chǎn)品流體中導(dǎo)致渦流產(chǎn)生。回頭參考圖2，第一、第二和第三套筒53，55和56，每個都是相對較薄的薄壁的中空圓柱體。所述第一個套筒52將所述上擴(kuò)散器51與所述軸承套54分隔開。所述第二和第三套筒55和56，一起將所述頭部14與所述軸承套54分隔開。
一個細(xì)長的圓柱形軸74，穿過所述內(nèi)腔15延伸，具有一個帶有花鍵的下端75，所述下端延伸到所述底座12的下腔30中，以及一個間隔的、帶有花鍵的上端76，所述上端延伸到所述頭部14的上腔40中。下部、中間和上部軸頸77，78和79，沿著所述軸74被做成可以分別與所述下部、中間和上部軸承28，70和45相配合的大小和形狀。一個鍵槽80沿著軸74縱向延伸，具有一個安裝在其中的鍵81。一個內(nèi)置泵82安裝在所述軸74上。內(nèi)置泵82在圖7中所要說明的實(shí)施例中顯示為推動器83，在所述推動器腔67中，在軸74上具有一個通過鍵81緊固的輪轂84，以及多個間隔的、徑向布置的、向上、向外和螺旋的、圍繞所述輪轂84延伸的通道85。其他形式的內(nèi)置泵82，比如一種螺旋泵，都是適用的。一個渦流發(fā)生器86在圖2中顯示為一個葉板式裝置87，位于所述第二室72中，并且在所述軸74上具有一個通過所述鍵81緊固的輪轂88，以及多個間隔的垂直的葉板89，所述葉板從所述輪轂88徑向延伸。其他形式的渦流發(fā)生器，比如螺旋形物或者螺旋推進(jìn)器，同樣都是適用的。
在一個典型安裝中，所述分離器10安裝在一個電機(jī)，所述底座12的凸緣29，和一個通過螺栓38固定在所述頭部14上的井泵之間。經(jīng)過所述入口端口27以及下擴(kuò)散器50，所述推動器83將產(chǎn)品流體抽取到所述分離器10的第一室71中，并且將所述產(chǎn)品流體抽取到所述上擴(kuò)散器51中。所述上擴(kuò)散器51將所述產(chǎn)品流體向上導(dǎo)引到所述軸承套54中。
所述通道69限制產(chǎn)品流體通過位于所述第一和第二室71和72之間的所述軸承套54的流量，使所述產(chǎn)品流體產(chǎn)生一種壓力下降，以及所述產(chǎn)品流體的快速膨脹導(dǎo)致所述產(chǎn)品流體中的氣體發(fā)生膨脹，從而與所述產(chǎn)品流體中的液體分離。所述液體和氣體從所述軸承套54向上移動到所述渦流發(fā)生器87中。所述葉板89沿一個圓周方向推動所述液體和氣體，并且因此離心式地將液體隔離在所述第二室72的外部，而將氣體隔離在所述第二室72的內(nèi)部。所述液體向上經(jīng)過所述液體出口端口47，進(jìn)入所述井泵中。氣體向上經(jīng)過所述氣體出口端口48，在所述槽39處輸出所述分離器10。
一種在井中從產(chǎn)品流體中分離液體和氣體的方法，包含本發(fā)明的特征，包括設(shè)置相連接的第一和第二室，抽取產(chǎn)品流體到所述第一室中，當(dāng)所述流體通過所述第一和第二室的時(shí)候，在所述產(chǎn)品流體中產(chǎn)生一種壓力下降，并且在所述第二室中產(chǎn)生一種渦流。更特別的是，所述方法的第一個步驟包括設(shè)置相連接的第一和第二室，在所述第一和第二室之間設(shè)置一個軸承套，在所述第二室中設(shè)置一個旋轉(zhuǎn)葉板，以及設(shè)置連接到所述第二室的氣體出口端口和液體出口端口，使得所述軸承套具有多個在所述第一和第二室之間螺旋延伸的限制通道。下一個步驟包括抽取產(chǎn)品流體到所述第一室中。再下一個步驟包括當(dāng)所述產(chǎn)品流體流入所述第二室的時(shí)候，使得所述產(chǎn)品流體通過所述通道，從而在所述產(chǎn)品流體中產(chǎn)生一種壓力下降，分離所述氣體和液體；將所述產(chǎn)品流體通過所述通道，同樣賦予所述產(chǎn)品流體一種螺旋流動，并且因此引起一種渦流的產(chǎn)生。再下一個步驟包括旋轉(zhuǎn)所述葉板，以維持渦流的產(chǎn)生，從而進(jìn)一步分離所述氣體和液體。然后，所述氣體通過所述氣體出口端口被引出所述第二室外，并且所述液體通過所述液體出口端口被引出所述第二室外。
雖然已經(jīng)一定程度的結(jié)合特性對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是，需要理解的是，本公開是通過實(shí)施例完成的，并且可以不脫離本發(fā)明的精神，做出結(jié)構(gòu)上的細(xì)節(jié)變化。
權(quán)利要求
1.一種用于井的井底氣體和液體分離器，包括第一和第二室，一個內(nèi)置泵，用于通過所述第一室泵送產(chǎn)品流體，并且輸送到所述第二室中，和位于所述第一和第二室之間的裝置，用于當(dāng)所述產(chǎn)品流體進(jìn)入所述第二室的時(shí)候，限制流體流量，從而在所述產(chǎn)品流體中產(chǎn)生一種壓力下降，并且分離氣體和液體，和位于所述第二室中的一個渦流發(fā)生器，以離心的形式將所述流體分離為氣體和液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離器，包括一個穿過所述第一和第二室延伸的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分離器，其特征在于，所述渦流發(fā)生器是位于所述軸上的一個葉板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分離器，其特征在于，所述泵是位于所述軸上的一個推動器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分離器，包括位于所述推動器和所述用于限制流體流量的裝置之間的一個上擴(kuò)散器，所述上擴(kuò)散器將所述產(chǎn)品流體從所述推動器引向所述用于限制流體流量的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分離器，其特征在于，所述用于限制流體流量的裝置是一個軸承套，所述軸承套具有一個穩(wěn)定所述軸的軸承。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分離器，其特征在于，所述軸承套具有多個在所述第一和第二室之間的斜向延伸的通道，其限制了流體流量，并且將所述產(chǎn)品流體沿著斜向推進(jìn)到所述第二室中，由此導(dǎo)致渦流產(chǎn)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離器，包括一個細(xì)長的外殼，一個底座和一個頭部，所述外殼具有一個第一和第二端，所述外殼在靠近所述第一端的地方包含所述第一室，并且在靠近所述第二端的地方包含所述第二室；所述底座連接到所述第一端，并且包括連接到所述第一室的入口端口；并且所述頭部連接到所述第二端，并且包括連接到所述第二室的氣體和液體出口端口。
9.一種用于井的井底氣體和液體分離器，包括一個具有一個第一和第二端的細(xì)長的外殼，所述外殼包括一個靠近所述第一端的第一室，和一個靠近所述第二端的第二室，一個連接到所述第一端的底座，具有連接到所述第一室的入口端口，一個連接到所述第二端的頭部，具有連接到所述第二室的氣體和液體出口端口，一個穿過所述底座，所述第一室，所述第二室和所述頭部延伸的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸，一個在所述第一室中的用于通過所述第一室，將產(chǎn)品流體泵送到所述第二室中的位于所述軸上的推動器，一個位于所述第一和第二室之間的軸承套，用于限制流體流量，從而當(dāng)所述產(chǎn)品流體進(jìn)入所述第二室的時(shí)候，在所述產(chǎn)品流體中產(chǎn)生一種壓力下降，并且分離氣體和液體，和在所述第二室中的位于所述軸上的一個葉板，用來以離心的方式將所述流體分離為氣體和液體。
10.一種在井中從產(chǎn)品流體中分離氣體和液體的方法，包括以下步驟設(shè)置相互連接的第一和第二室，將所述產(chǎn)品流體泵送到所述第一室中，當(dāng)所述產(chǎn)品流體從所述第一室流入所述第二室的時(shí)候，在所述產(chǎn)品流體中產(chǎn)生一種壓力下降，來分離所述氣體和所述液體，和在所述第二室中產(chǎn)生一種渦流，來進(jìn)一步分離所述氣體和所述液體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生一種壓力下降的步驟，包括限制在所述第一和第二室之間的所述產(chǎn)品流體的流量的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生一種壓力下降的步驟，包括限制在所述第一和第二室之間的所述產(chǎn)品流體的流量的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，限制所述產(chǎn)品流體的流量的步驟，包括在所述第一和第二室之間設(shè)置一個軸承套，所述軸承套具有多個在所述第一和第二室之間延伸的限制通道，并且使得所述產(chǎn)品流體通過所述通道。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述軸承套的所述通道是螺旋延伸的，并且所述使得所述產(chǎn)品流體通過所述通道引起所述產(chǎn)生渦流的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生一種渦流的步驟，包括設(shè)置一個旋轉(zhuǎn)葉板以及使所述葉板旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法包括以下步驟設(shè)置連接到所述第二室的氣體出口端口和液體出口端口，通過所述氣體出口端口將所述氣體轉(zhuǎn)移到所述第二室之外，并且通過所述液體出口端口將所述液體轉(zhuǎn)移到所述第二室之外。
17.一種在井中從產(chǎn)品流體中分離氣體和液體的方法，包括下列步驟設(shè)置相互連接的第一和第二室，在所述第一和第二室之間設(shè)置一個軸承套，在所述第二室中設(shè)置一個旋轉(zhuǎn)葉板，以及設(shè)置連接到所述第二室的氣體出口端口和液體出口端口，所述軸承套具有多個在所述第一和第二室之間螺旋延伸的限制通道，將所述產(chǎn)品流體泵送到所述第一室中，使得所述產(chǎn)品流體通過所述通道，由此當(dāng)所述產(chǎn)品流體從所述第一室流入所述第二室的時(shí)候，在所述產(chǎn)品流體中產(chǎn)生一種壓力下降，并且所述壓力下降能夠分離所述氣體和液體，并且所述通過過程賦予所述產(chǎn)品流體一種螺旋流動，并且因此引起一種渦流的產(chǎn)生，旋轉(zhuǎn)所述葉板，并且因此在所述第二室中持續(xù)產(chǎn)生所述渦流，從而進(jìn)一步分離所述氣體和液體，通過所述氣體出口端口將所述氣體轉(zhuǎn)移到所述第二室之外，通過所述液體出口端口將所述液體轉(zhuǎn)移到所述第二室之外。
全文摘要
一種井底分離器，具有一個限定了一個內(nèi)腔的外殼，所述內(nèi)腔被一個流量限制軸承套分隔為一個第一室和一個第二室。一個軸驅(qū)動的推動器，將產(chǎn)品流體抽取到所述第一室中以及所述軸承套中。所述軸承套在進(jìn)入所述第二室的產(chǎn)品流體中產(chǎn)生一種壓力下降，將氣體與液體分離。在所述第二室中的一個渦流發(fā)生器，將所述液體分隔到所述第二室外部，而將所述氣體分隔到所述第二室的內(nèi)部。一種井底分離方法，包括將產(chǎn)品流體抽取到一個第一室中，以及當(dāng)所述流體進(jìn)入一個第二室的時(shí)候，在所述流體中產(chǎn)生一種壓力下降，以分離氣體和液體。
文檔編號E21B43/38GK1688792SQ03824239
公開日2005年10月26日 申請日期2003年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者詹姆斯·E·莫里森, 蓋伊·莫里森三世 申請人:詹姆斯·E·莫里森, 蓋伊·莫里森三世