本發(fā)明涉及一種基于射流與渦流一體的氣井井下排水采氣工具，適用于天然氣開采過程中采取井下節(jié)流工藝的弱噴產(chǎn)水氣井排水采氣。

背景技術(shù)：

產(chǎn)水天然氣井開發(fā)生產(chǎn)一般分為三個(gè)階段。初期調(diào)產(chǎn)階段，地層水侵輕微，氣井能量較高，產(chǎn)水量較少，生產(chǎn)平穩(wěn)，產(chǎn)水對氣井生產(chǎn)的影響不明顯，可依靠自身能力攜液生產(chǎn)；穩(wěn)定生產(chǎn)階段，一般氣井產(chǎn)量大于臨界攜液流量，在合理的配產(chǎn)下，可自主穩(wěn)定攜液生產(chǎn)，近井地帶和井筒內(nèi)不易積液；弱噴產(chǎn)水階段，隨著開發(fā)生產(chǎn)時(shí)間的延長，地層能量不斷降低，邊底水水侵加劇，氣井產(chǎn)水量增大，依靠自身能量無法將近井地帶和井筒內(nèi)積液完全排除，積液的聚積使得氣井井口壓力、產(chǎn)氣量不斷下降，直至被“淹死”無法連續(xù)生產(chǎn)。因此，天然氣井弱噴產(chǎn)水階段排水采氣是延長氣井開采壽命、提高采收率的重要措施之一。

井下渦流工具是降低氣井臨界攜液流量、提升氣井?dāng)y液能力的排水采氣技術(shù)之一，其原理是無規(guī)則的氣液兩相紊流流體軸向進(jìn)入渦流工具后，密度較大的游離水受慣性離心力作用被拋甩至管壁處以液膜形式上升，氣體以氣柱形式沿管柱軸向上升，流體變成規(guī)則二相層流，降低了井筒壓降損失，同時(shí)管壁上的毛細(xì)效應(yīng)對于井筒液體舉升也具有一定輔助作用。

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田采用井下節(jié)流生產(chǎn)工藝，大幅降低地面管線運(yùn)行壓力，能有效防止水合物形成、地層激動(dòng)及井間干擾，簡化地面流程，降低開發(fā)成本。但在開發(fā)后期，隨著氣井產(chǎn)量的下降，井下節(jié)流器氣嘴上部射流低流速區(qū)域易積液，將嚴(yán)重影響氣井?dāng)y液能力、產(chǎn)能發(fā)揮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種安全系數(shù)高、集井下節(jié)流與排水采氣性能于一體的井下工具，該工具能夠滿足氣井井下節(jié)流生產(chǎn)及中后期排水采氣需求。

本發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

基于射流與渦流一體的氣井井下排水采氣工具，包括射流發(fā)生器、渦流發(fā)生器和打撈組件；所述的射流發(fā)生器與渦流發(fā)生器連接，打撈組件與渦流發(fā)生器連接；所述的渦流發(fā)生器內(nèi)部形成渦流排水腔，渦流排水腔內(nèi)壁設(shè)置有螺旋葉片；射流發(fā)生器的射流嘴與渦流排水腔連通。

所述的渦流排水腔底部為下凹的圓弧結(jié)構(gòu)，圓弧結(jié)構(gòu)底部還設(shè)置有積液腔；積液腔與射流嘴出口連接。

所述的積液腔的直徑大于射流嘴出口直徑、小于渦流排水腔的直徑。

螺旋葉片沿渦流排水腔內(nèi)壁等間距分布，螺旋葉片的螺旋角為30°～45°。

所述的射流發(fā)生器包括射流導(dǎo)流筒、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、卡瓦和下卡瓦座，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在射流導(dǎo)流筒外周，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)上由下到上依次設(shè)置有卡定器、密封膠圈、下卡瓦座、卡瓦和加重環(huán)；射流導(dǎo)流筒下端部連接有防砂罩；射流導(dǎo)流筒上部與射流嘴連通。

所述的射流嘴由喇叭口結(jié)構(gòu)和圓柱段結(jié)構(gòu)組成，喇叭口結(jié)構(gòu)與射流導(dǎo)流筒連接，圓柱段結(jié)構(gòu)與渦流排水腔連接。

所述的渦流發(fā)生器還包括殼體，射流嘴伸入殼體內(nèi)部與渦流排水腔連接。

所述的打撈組件由打撈頭和打撈頸組成，打撈頭與所述的殼體連接，打撈頭端部設(shè)置有打撈頸。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明包括射流發(fā)生器、渦流發(fā)生器，與渦流工具排液性能相匹配，能夠滿足不同產(chǎn)能氣井?dāng)y液生產(chǎn)需求。該工具結(jié)合了渦流排水采氣技術(shù)和節(jié)流生產(chǎn)技術(shù)，常用的技術(shù)不能同時(shí)具備該工具射流與渦流于一體的排水采氣效果，適用氣井范圍更廣；常用技術(shù)功能單一，措施效果相對較差。通過螺旋葉片，使得通過射流發(fā)生器射流嘴的氣液混相進(jìn)行分離，主要是噴出的氣液混相通過螺旋葉片將氣液混相流體進(jìn)行分離，其中，氣相沿渦流排水腔中心通道流動(dòng)，液相沿管壁螺旋葉片流動(dòng)。采用的內(nèi)渦流設(shè)計(jì)能夠解決射流低流速區(qū)域攜液問題，有效防止射流發(fā)生器上部積液造成射流嘴出口回壓升高、影響氣井正常生產(chǎn)的問題。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了將射流與渦流一體化設(shè)計(jì)、井下節(jié)流生產(chǎn)與排水采氣工藝相結(jié)合，達(dá)到解決蘇里格氣田井下節(jié)流氣井開發(fā)中后期節(jié)流器上部易積液問題的目的，同時(shí)可有效降低投撈作業(yè)工作量與井筒運(yùn)行管理風(fēng)險(xiǎn)。因此，射流與渦流于一體的氣井井下排水采氣工具具有一定的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

進(jìn)一步，積液腔的設(shè)計(jì)有助于沿螺旋葉片流下的液體先進(jìn)行大面積的腔體緩沖后進(jìn)行下排，防止堵塞射流嘴。

進(jìn)一步，螺旋葉片的螺旋角為30°～45°，分離效率最高，可以達(dá)到幾乎完全排水的效果。

進(jìn)一步，射流嘴由喇叭口結(jié)構(gòu)和圓柱段結(jié)構(gòu)組成，井下氣液混相流體進(jìn)入射流發(fā)生器后進(jìn)入射流導(dǎo)流筒，到射流嘴經(jīng)過降壓節(jié)流后進(jìn)入渦流發(fā)生器。可有效降低流體壓力和提高流體流速。

【附圖說明】

圖1本發(fā)明工具的結(jié)構(gòu)示意圖(全剖圖)；

其中，1、打撈頭；2、渦流排水腔；3、外殼；4、射流嘴；5、加重環(huán)；6、卡瓦；7、下卡瓦座；8、密封膠圈；9、卡定器；10、射流導(dǎo)流筒；11、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)；12、防砂罩；13、積液腔；14、螺旋葉片。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)闡述，但本發(fā)明不限于該實(shí)施例。為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選施例中詳細(xì)說明具體的細(xì)節(jié)。

如附圖1所示，本發(fā)明一種基于射流與渦流一體的氣井井下排水采氣工具。該工具由射流發(fā)生器和渦流發(fā)生器兩部分組成，主要有打撈頭1、渦流排水腔2、外殼3、射流嘴4、加重環(huán)5、卡瓦6、下卡瓦座7、密封膠圈8、卡定器9、射流導(dǎo)流筒10、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)11及防砂罩12。

射流發(fā)生器包括射流導(dǎo)流筒10、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)11、卡瓦6和下卡瓦座7，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)11設(shè)置在射流導(dǎo)流筒10外周，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)11上由下到上依次設(shè)置有卡定器9、密封膠圈8、下卡瓦座7、卡瓦6和加重環(huán)5；射流導(dǎo)流筒10下端部連接有防砂罩12。射流導(dǎo)流筒10上部設(shè)置有射流嘴4。

渦流發(fā)生器包括殼體3，殼體3內(nèi)部形成渦流排水腔2，腔體內(nèi)壁設(shè)置等間距分布的螺旋葉片14。射流嘴4與渦流排水腔2連通。渦流排水腔2底部為下凹的圓弧結(jié)構(gòu)，圓弧結(jié)構(gòu)底部還設(shè)置有積液腔13。積液腔13的直徑大于射流嘴4出口直徑，小于渦流排水腔2直徑。

打撈頭1設(shè)置在渦流發(fā)生器端部。

具體部件結(jié)構(gòu)及工作原理如下：

1、打撈組件組成：由打撈頭1和打撈頸組成，主要用于作業(yè)時(shí)與通井工具串連接，以及工具意外落井后的打撈。

2、射流發(fā)生器組成：由射流嘴4、射流導(dǎo)流筒10、密封膠筒、座落器卡瓦6組成。井下氣液混相流體進(jìn)入射流發(fā)生器后進(jìn)入射流導(dǎo)流筒10，到射流嘴4經(jīng)過降壓節(jié)流后進(jìn)入渦流發(fā)生器?？捎行Ы档土黧w壓力和提高流體流速。

3、渦流發(fā)生器組成：由螺旋葉片14和殼體3組成，殼體3的渦流排水腔2內(nèi)壁分布等間距的螺旋葉片14，主要用于將氣液混相流體進(jìn)行分離，氣相沿中心通道流動(dòng)，液相沿管壁流動(dòng)。

本發(fā)明的特點(diǎn)如下：

1、通過將射流與渦流發(fā)生器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，降低了井下投放作業(yè)工作量及井筒運(yùn)行管理風(fēng)險(xiǎn)。

2、噴射器基于專業(yè)流體仿真模擬軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，與渦流工具排液性能相匹配，能夠滿足不同產(chǎn)能氣井?dāng)y液生產(chǎn)需求。

3、相比常規(guī)外渦流工具，采用的內(nèi)渦流設(shè)計(jì)能夠解決射流低流速區(qū)域攜液問題，有效防止射流發(fā)生器上部積液造成射流嘴出口回壓升高、影響氣井正常生產(chǎn)的問題。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了將射流與渦流一體化設(shè)計(jì)、井下節(jié)流生產(chǎn)與排水采氣工藝相結(jié)合，達(dá)到解決蘇里格氣田井下節(jié)流氣井開發(fā)中后期節(jié)流器上部易積液問題的目的，同時(shí)可有效降低投撈作業(yè)工作量與井筒運(yùn)行管理風(fēng)險(xiǎn)。因此，射流與渦流于一體的氣井井下排水采氣工具具有一定的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。