一種霧化裝置及其泡排啟動霧化排水采氣方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種霧化裝置及其泡排啟動霧化排水采氣方法，所述霧化裝置包括投放頭、第一銷釘、打撈頭、鎖環(huán)、第二銷釘、剪切環(huán)、卡瓦座、懸掛套、卡瓦、錐體、膠筒、承壓套、第三銷釘、芯管、共振器、噴嘴、旋流器、外筒、濾砂筒。所述排水采氣方法包括霧化裝置的投放坐封、排水采氣以及打撈施工。本發(fā)明的霧化裝置深入油管積液液面以下，實現(xiàn)對積液的三次霧化，液滴霧化程度高，增強了霧化排水采氣效果；馬牙扣鎖定與銷釘解鎖相配合，坐錨可靠；采用退出錐體的方式實現(xiàn)卡瓦和膠筒的解封解錨，解鎖可靠，打撈順利；可很好的滿足低壓低產(chǎn)氣井排水采氣施工要求。
【專利說明】一種霧化裝置及其泡排啟動霧化排水采氣方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于天然氣開采的排水采氣【技術(shù)領域】，涉及一種深入井筒積液液面以下的 霧化裝置，還涉及采用霧化裝置實現(xiàn)泡排啟動深度霧化的泡排啟動霧化排水采氣方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 低壓低產(chǎn)氣井進入開采后期，由于地層能量衰減，導致產(chǎn)氣量下降，因而氣井的攜 液能力下降，以致造成井筒積液，甚至水淹停產(chǎn)，影響氣田采收率。因此，排水采氣是低壓低 產(chǎn)氣田的一項重要技術(shù)。井下霧化排水采氣是以氣井攜液理論為基礎的排水采氣技術(shù)，該 理論表明液滴直徑越小越容易被氣流攜出井筒，將積液霧化為細小液滴，利用氣井自身能 量便可將積液持續(xù)排出井筒，對低壓低產(chǎn)氣井具有較好的適應性。
[0003] 現(xiàn)有的霧化排水采氣方法或者需要動力源，或者需要輔助設備，成本較大，井 下霧化裝置存在打撈困難，霧化排水效果較差等不足。專利文獻CN2732994Y (申請?zhí)枺?ZL200420074768. 5)公開了一種井下超聲旋流霧化器，是利用凸輪卡定在油管節(jié)箍的凹槽 內(nèi)進行固定，此類固定方式由于油管節(jié)箍凹槽狹小，且凹槽倒角較大，卡定時操作難度較 大。專利文獻CN202832404U (申請?zhí)枺?01220420621. 1)公開了一種氣井井下簡易超聲霧 化排水采氣裝置，其主要創(chuàng)新之處是一種所謂的"液哨"，針形激勵器在射流沖擊下產(chǎn)生高 頻振動，從而破碎液滴，但不知道能否達到超聲頻率。其缺點是打撈時靠上拉卡瓦進行解卡 的，由于錐體對卡瓦的徑向作用力沒有解除，直接上拉卡瓦解卡是不合理的，因此打撈成功 率較低。其它相關專利文獻的霧化裝置大多仍具有打撈困難的缺點，而且只能投放在井筒 積液液面以上，排水采氣能力較弱。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有霧化裝置存在的打撈困難，錨定不可靠以及霧化排水效果不理想的技 術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種霧化裝置及其泡排啟動霧化排水采氣方法。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案： 一種霧化裝置，包括投放頭、第一銷釘、打撈頭、鎖環(huán)、第二銷釘、剪切環(huán)、卡瓦座、懸掛 套、卡瓦、錐體、膠筒、承壓套、第三銷釘、芯管、共振器、噴嘴、旋流器、外筒、濾砂筒。
[0006] 所述投放頭通過第一銷釘與芯管的上端固定連接。
[0007] 所述打撈頭、鎖環(huán)、剪切環(huán)套裝在芯管上；打撈頭安裝在投放頭的下方；鎖環(huán)和剪 切環(huán)置于芯管與打撈頭之間的空隙中；鎖環(huán)安裝在剪切環(huán)的上方；打撈頭和剪切環(huán)通過第 二銷釘固定相連。
[0008] 所述卡瓦座與打撈頭的下部螺紋連接，且與懸掛套的上部相連接。
[0009] 所述懸掛套套裝在芯管上；懸掛套安裝在剪切環(huán)的下方，且與剪切環(huán)之間具有間 隙。
[0010] 所述錐體置于懸掛套的下方，且套裝在芯管上；錐體與懸掛套螺紋連接，錐體的錐 面與卡瓦配合連接。
[0011] 所述卡瓦的上端與卡瓦座的底部相連接。
[0012] 所述膠筒、承壓套套裝在芯管上；膠筒安裝在錐體和承壓套之間；承壓套通過第 三銷釘與芯管固定相連。
[0013] 所述芯管下端的套裝有外筒，外筒的上端與芯管的下端螺紋連接；外筒的上端與 承壓套之間具有間隙。
[0014] 所述共振器安裝在芯管的下端，且至于外筒的內(nèi)部。
[0015] 所述噴嘴安裝在共振器的下方；旋流器安裝在噴嘴的下方，且與噴嘴對焊連接； 旋流器的底部與濾砂筒相連接；濾砂筒與外筒的下端螺紋連接。
[0016] 所述噴嘴、旋流器和濾砂筒安裝在外筒的內(nèi)部，且共振器、噴嘴、旋流器和濾砂筒 的垂直軸線與芯管的垂直軸線相重合。
[0017] 進一步地，所述鎖環(huán)與芯管的接觸面內(nèi)設置有內(nèi)馬牙扣，芯管的外管壁上設置和 內(nèi)馬牙扣相配合的外馬牙扣。
[0018] 作為優(yōu)選，所述共振器內(nèi)安裝有Hartmann共振管和Brocher激勵器。
[0019] 作為優(yōu)選，所述濾砂筒的底部具有割縫結(jié)構(gòu)。
[0020] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案進一步包括： 采用上述的霧化裝置進行泡排霧化排水采氣的方法，包括如下步驟： 1) 霧化裝置的投放坐封 用鋼絲將霧化裝置從井中油管內(nèi)下放，下放時因重力作用卡瓦沿錐體下滑張開至與油 管內(nèi)壁接觸。下放至積液液面之下的設計位置后上提鋼絲，卡瓦卡定在油管內(nèi)壁上；繼續(xù)上 提鋼絲，剪斷第三銷釘，芯管帶動共振器以下部件上行，鎖環(huán)的內(nèi)馬牙扣與芯管的外馬牙扣 咬合；繼續(xù)上提鋼絲，達到設計坐封力時剪斷第一銷釘，起出投放頭，完成霧化裝置的投放 坐封； 2) 霧化裝置的排水采氣 從井口向油管內(nèi)投入泡排棒，泡排棒落在霧化裝置的上端面；泡排棒遇水反應產(chǎn)生大 量泡沫，將霧化裝置上部的積液排出井筒；霧化裝置之上的液柱壓力降低，霧化裝置獲得壓 差而開啟，井底氣液混合物從濾砂筒進入旋流器進行氣液分離，分離出的氣體經(jīng)旋流器內(nèi) 部文氏加速管加速后從噴嘴噴出，分離出的液體經(jīng)旋流器外部離心加速后通過噴嘴形成壓 力噴霧，在內(nèi)部高速氣流的作用下產(chǎn)生氣動霧化，噴向共振器，共振器產(chǎn)生高頻振動，將氣 動霧化后的霧滴進一步破碎細化，破碎細化的霧滴從芯管內(nèi)上行，經(jīng)油管流出井筒。
[0021] 進一步地，所述霧化裝置泡排霧化排水采氣方法還包括霧化裝置的打撈： 用鋼絲下放打撈工具抓住打撈頭，向下震擊芯管，剪斷第二銷釘，芯管及承壓套以下部 件下行，膠筒收縮；繼續(xù)向下震擊芯管，芯管帶動鎖環(huán)和剪切環(huán)下?lián)翦F體，使錐體脫開卡瓦， 卡瓦失去徑向作用而解鎖；上提鋼絲，打撈頭和卡瓦座帶動卡瓦，卡瓦座帶動懸掛套和錐體 及以下部件依次上行，將霧化裝置起出井筒。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是： 1、本發(fā)明先用泡排棒排出部分積液，霧化裝置下入積液液面以下的深度較深，大幅度 恢復了井底能量，增強了霧化排水采氣效果。
[0023] 2、本發(fā)明中鎖環(huán)的內(nèi)馬牙扣和芯管的外馬牙扣鎖定與第二銷釘解鎖相配合，坐錨 可靠；采用退出錐體的方式實現(xiàn)卡瓦和膠筒的解封解錨，解鎖可靠，打撈順利。
[0024] 3、本發(fā)明具有深度霧化效果：工具下的深度較深，液滴霧化程度較深，排水采氣能 力較強。
[0025] 以下將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1是霧化裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖2是霧化裝置芯管以上部件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖3是霧化裝置芯管以下部件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖4是霧化裝置泡排霧化排水采氣方法原理示意圖。
[0030] 附圖標記說明：1、投放頭；2、第一銷釘；3、打撈頭；4、鎖環(huán)；5、第二銷釘；6、剪切 環(huán)；7、卡瓦座；8、懸掛套；9、卡瓦；10、錐體；11、膠筒；12、承壓套；13、第三銷釘；14、芯管； 15、共振器；16、噴嘴；17、旋流器；18、外筒；19、濾砂筒；20、井筒；21、油管；22、積液液面； 23、泡排棒；24、霧化裝置；25、封隔器。

【具體實施方式】
[0031] 實施例1 本實施例提供了一種霧化裝置24,可以很好的解決現(xiàn)有霧化裝置存在的打撈困難，錨 定不可靠以及霧化排水效果不理想的技術(shù)缺陷。所述霧化裝置24的結(jié)構(gòu)特征如圖1、圖2 和圖3所示，由投放頭1、第一銷釘2、打撈頭3、鎖環(huán)4、第二銷釘5、剪切環(huán)6、卡瓦座7、懸掛 套8、卡瓦9、錐體10、膠筒11、承壓套12、第三銷釘13、芯管14、共振器15、噴嘴16、旋流器 17、外筒18、濾砂筒19等部件組成。
[0032] 投放頭1通過第一銷釘2與芯管14的上端固定連接。打撈頭3安裝在投放頭1 的下方。鎖環(huán)4和剪切環(huán)6置于芯管14與打撈頭3之間的空隙中。鎖環(huán)4安裝在剪切環(huán)6 的上方，特別地，鎖環(huán)4與芯管14的接觸面內(nèi)設置有內(nèi)馬牙扣。打撈頭3和剪切環(huán)6通過 第二銷釘5固定相連?？ㄍ咦?與打撈頭3的下部螺紋連接，且與懸掛套8的上部相連接。
[0033] 懸掛套8套裝在芯管14上。特別地，懸掛套8安裝在剪切環(huán)6的下方，且與剪切 環(huán)6之間留有間隙。錐體10置于懸掛套8的下方，且套裝在芯管14上。錐體10與懸掛套 8螺紋連接，錐體10的錐面與卡瓦9配合連接。
[0034] 卡瓦9的上端與卡瓦座7的底部相連接。膠筒11、承壓套12套裝在芯管14上。 特別地，膠筒11安裝在錐體10和承壓套12之間。承壓套12通過第三銷釘13與芯管14 固定相連。
[0035] 芯管14下端的套裝有外筒18,外筒18的上端與芯管14的下端螺紋連接。外筒 18的上端與承壓套12之間具有間隙。
[0036] 共振器15安裝在芯管14的下端，且至于外筒18的內(nèi)部。特別地，共振器15內(nèi)安 裝有Hartmann共振管和Brocher激勵器，強化振動效果，實現(xiàn)噴霧的深度霧化。噴嘴16安 裝在共振器15的下方。旋流器17安裝在噴嘴16的下方，且與噴嘴16對焊連接。旋流器 17的底部與濾砂筒19相連接。濾砂筒19與外筒18的下端螺紋連接。作為優(yōu)選，所述濾砂 筒19的底部具有割縫結(jié)構(gòu)。
[0037] 需要說明的是，噴嘴16、旋流器17和濾砂筒19安裝在外筒18的內(nèi)部，且共振器 15、噴嘴16、旋流器17和濾砂筒19的垂直軸線與芯管14的垂直軸線相重合。
[0038] 還需說明的是，所述芯管14為中空管狀結(jié)構(gòu)，芯管14與懸掛套8相接觸的外管壁 上設置和內(nèi)馬牙扣相配合的外馬牙扣。在下放霧化裝置24時，鎖環(huán)4的內(nèi)馬牙扣和芯管14 的外馬牙扣不咬合，上提坐封時鎖環(huán)4的內(nèi)馬牙扣和芯管14的外馬牙扣咬合。
[0039] 利用上述霧化裝置24進行泡排啟動深度霧化排水采氣的工作原理如圖4所示。帶 封隔器25的油管21下在井筒20之內(nèi)，封隔器25隔離油管21與井筒20的環(huán)形空間，在地 層壓力作用下，含水天然氣(氣液混合物）從油管21內(nèi)部產(chǎn)出地面。將霧化裝置24從油管 21內(nèi)下到積液液面22之下，再投入泡排棒23至霧化裝置24上部，利用泡排棒23排出霧化 裝置以上的積液，霧化裝置24獲得壓差而啟動，將下部的氣液混合物霧化成細小霧滴排出 井筒20。
[0040] 實施例2 結(jié)合上述霧化裝置24的結(jié)構(gòu)特征以及采用霧化裝置24實現(xiàn)泡排啟動深度霧化排水采 氣的工作原理，按照施工順序?qū)ε潘蓺獾氖┕み^程進行描述。
[0041] ( 1)霧化裝置的投放坐封 用鋼絲將霧化裝置24從井中油管21內(nèi)下放，下放時因為重力作用卡瓦9沿錐體10下 滑張開至與油管21內(nèi)壁接觸。下放至積液液面22之下的設計位置后上提鋼絲，卡瓦9卡 定在油管21內(nèi)壁。繼續(xù)上提鋼絲，剪斷第三銷釘13,芯管14帶動共振器15以下部件上行， 鎖環(huán)4的內(nèi)馬牙扣與芯管14的外馬牙扣開始咬合，使芯管14只能上行不能下行，保證了卡 瓦9和膠筒11的錨定坐封。繼續(xù)上提鋼絲，達到設計坐封力時剪斷第一銷釘2 (可向上震 擊)，起出投放頭1，完成霧化裝置24投放坐封。
[0042] ( 2 )霧化裝置的排水采氣 從井口向油管21內(nèi)投入泡排棒23,泡排棒23落在霧化裝置24之上。泡排棒23遇水 反應產(chǎn)生大量泡沫，將霧化裝置24之上的積液排出井筒20。霧化裝置24之上的液柱壓力 降低，霧化裝置24獲得壓差而開啟，將霧化裝置24下部的氣液混合物霧化成細小霧滴排出 井筒20。
[0043] 井底氣液混合物從濾砂筒19進入旋流器17進行氣液分離。內(nèi)側(cè)氣體被文丘里管 加速后從噴嘴16內(nèi)出口高速噴出，外側(cè)液體經(jīng)過旋流器17離心加速后動能轉(zhuǎn)化為壓能，通 過噴嘴16形成壓力噴霧，在內(nèi)部高速氣流的作用下產(chǎn)生氣動霧化。二次霧化的噴霧再噴向 共振器15,產(chǎn)生高頻振動，將霧滴進一步破碎細化，實現(xiàn)三次霧化。深度霧化的霧流從芯管 14內(nèi)上行，經(jīng)油管21流出井筒20,實現(xiàn)排水采氣的目的。
[0044] 霧化裝置24完成排水采氣作業(yè)后，霧化裝置24的打撈過程如下： 用鋼絲下放打撈工具抓住打撈頭3,向下震擊芯管14,剪斷第二銷釘5,芯管14的馬牙 扣失去鎖定能力，芯管14及承壓套12以下部件下行，膠筒11失去軸向壓力而收縮。繼續(xù) 下?lián)粜竟?4,芯管14帶動鎖環(huán)4和剪切環(huán)6下?lián)翦F體10,使錐體10脫開卡瓦9,沒有錐體 10的徑向作用，卡瓦9就失去了錨定油管21的能力。上提鋼絲，打撈頭3和卡瓦座7帶動 卡瓦9,卡瓦座7帶動懸掛套8和錐體10依次上行，進而起出井筒20,避免了卡瓦9的意外 坐卡和膠筒11的意外坐封。
[0045] 從上述施工過程可以看出，芯管14的外馬牙扣和鎖環(huán)4的內(nèi)馬牙扣鎖定與第二銷 釘5解鎖相配合，負責卡瓦9和膠筒11的錨定坐封，投放時芯管14的外馬牙扣和鎖環(huán)4的 內(nèi)馬牙扣不咬合，上提坐封時開啟咬合，坐錨可靠；第二銷釘5負責卡瓦9和膠筒11的解封 解錨，采用退出錐體10的方式實現(xiàn)卡瓦9和膠筒11的解封解錨，解鎖可靠，打撈順利。
[0046] 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了說明，但本發(fā)明并不限于上述實施方式， 在本領域的普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出 各種變化。
【權(quán)利要求】
1. 一種霧化裝置，其特征在于，包括投放頭（1)、第一銷釘（2)、打撈頭（3)、鎖環(huán)（4)、 第二銷釘（5)、剪切環(huán)（6)、卡瓦座（7)、懸掛套（8)、卡瓦（9)、錐體（10)、膠筒（11)、承壓套 (12)、第三銷釘（13)、芯管（14)、共振器（15)、噴嘴（16)、旋流器（17)、外筒（18)、濾砂筒 (19)； 所述投放頭（1)通過第一銷釘（2)與芯管（14)的上端固定連接； 所述打撈頭（3)、鎖環(huán)（4)、剪切環(huán)（6)套裝在芯管（14)上；打撈頭（3)安裝在投放頭 (1)的下方；鎖環(huán)（4)和剪切環(huán)（6)置于芯管（14)與打撈頭（3)之間的空隙中；鎖環(huán)（4)安 裝在剪切環(huán)（6)的上方；打撈頭（3)和剪切環(huán)（6)通過第二銷釘（5)固定相連； 所述卡瓦座（7)與打撈頭（3)的下部螺紋連接，且與懸掛套（8)的上部相連接； 所述懸掛套（8)套裝在芯管（14)上；懸掛套（8)安裝在剪切環(huán)（6)的下方，且與剪切環(huán) (6)之間具有間隙； 所述錐體（10)置于懸掛套（8)的下方，且套裝在芯管（14)上；錐體（10)與懸掛套（8) 螺紋連接，錐體（10)的錐面與卡瓦（9)配合連接； 所述卡瓦（9)的上端與卡瓦座（7)的底部相連接； 所述膠筒（11)、承壓套（12)套裝在芯管（14)上；膠筒（11)安裝在錐體（10)和承壓套 (12)之間；承壓套（12)通過第三銷釘（13)與芯管（14)固定相連； 所述芯管（14)下端的套裝有外筒（18)，外筒（18)的上端與芯管（14)的下端螺紋連接； 外筒（18)的上端與承壓套（12)之間具有間隙； 所述共振器（15)安裝在芯管（14)的下端，且至于外筒（18)的內(nèi)部； 所述噴嘴（16)安裝在共振器（15)的下方；旋流器（17)安裝在噴嘴（16)的下方，且與 噴嘴（16)對焊連接；旋流器（17)的底部與濾砂筒（19)相連接；濾砂筒（19)與外筒（18)的 下端螺紋連接； 所述噴嘴（16)、旋流器（17)和濾砂筒（19)安裝在外筒（18)的內(nèi)部，且共振器（15)、噴 嘴（16)、旋流器（17)和濾砂筒（19)的垂直軸線與芯管（14)的垂直軸線相重合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化裝置，其特征在于：所述鎖環(huán)（4)與芯管（14)的接觸面 內(nèi)設置有內(nèi)馬牙扣，芯管（14)的外管壁上設置和內(nèi)馬牙扣相配合的外馬牙扣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化裝置，其特征在于：所述共振器（15)內(nèi)安裝有Hartmann 共振管和Brocher激勵器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化裝置，其特征在于：所述濾砂筒（19)的底部具有割縫結(jié) 構(gòu)。
5. 采用權(quán)利要求1至4中任一項所述的霧化裝置進行泡排霧化排水采氣的方法，其特 征在于包括如下步驟： 1) 霧化裝置的投放坐封 用鋼絲將霧化裝置（24)從井中油管（21)內(nèi)下放，因重力作用卡瓦（9)沿錐體（10)下 滑并張開至與油管（21)內(nèi)壁接觸；下放至積液液面（22)以下的設計位置后上提鋼絲，卡 瓦（9)卡定在油管（21)內(nèi)壁上；繼續(xù)上提鋼絲，剪斷第三銷釘（13)，芯管（14)帶動共振器 (15)以下部件上行，鎖環(huán)⑷的內(nèi)馬牙扣與芯管（14)的外馬牙扣咬合；繼續(xù)上提鋼絲，達 到設計坐封力時剪斷第一銷釘（2)，起出投放頭（1)，完成霧化裝置（24)的投放坐封； 2) 霧化裝置的排水采氣 從井口向油管（21)內(nèi)投入泡排棒（23)，泡排棒（23)落在霧化裝置（24)的上端面；泡 排棒（23)遇水反應產(chǎn)生大量泡沫，將霧化裝置（24)上部的積液排出井筒（20);霧化裝置 (24)之上的液柱壓力降低，霧化裝置（24)獲得壓差而開啟，井底氣液混合物從濾砂筒（19) 進入旋流器（17)進行氣液分離，分離出的氣體經(jīng)旋流器（17)內(nèi)部文氏加速管加速后從噴 嘴（16)噴出，分離出的液體經(jīng)旋流器（17)外部離心加速后通過噴嘴（16)形成壓力噴霧， 在內(nèi)部高速氣流的作用下產(chǎn)生氣動霧化，噴向共振器（15)，共振器（15)產(chǎn)生高頻振動，將 氣動霧化后的霧滴進一步破碎細化，破碎細化的霧滴從芯管（14)內(nèi)上行，經(jīng)油管（21)流出 井筒（20)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的霧化裝置泡排啟動霧化排水采氣方法，其特征在于還包括霧 化裝置（24)的打撈： 用鋼絲下放打撈工具抓住打撈頭（3)，向下震擊芯管（14)，剪斷第二銷釘（5)，芯管 (14)及承壓套（12)以下部件下行，膠筒（11)收縮；繼續(xù)向下震擊芯管（14)，芯管（14)帶動 鎖環(huán)（4)和剪切環(huán)（6 )下?lián)翦F體（10 )，使錐體（10 )脫開卡瓦（9 )，卡瓦（9 )失去徑向作用而 解鎖；上提鋼絲，打撈頭（3)和卡瓦座（7)帶動卡瓦（9)，卡瓦座（7)帶動懸掛套（8)和錐體 (10)及以下部件依次上行，將霧化裝置（24)起出井筒（20)。
【文檔編號】E21B43/00GK104100239SQ201410248735
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】鄭維師, 張承武, 韓婧婧, 鄒鴻江, 文果, 蘇偉東, 黃永章, 武月榮 申請人:中國石油集團川慶鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院