气举球气举采油球控装置及其采油方法

摘要

本发明属于石油工业中用于开采石油的气举球气举采油球控制置及其采油方法。是在一油气球分离器的壳体上设有低压气出口、油气球入口、油输出口,在壳体内设有与油气球入口相通的螺旋管,螺旋管的上方设有分离伞,下方设有滤网。在滤网旁设有发球阀,阀体上有进球通孔、低压通气孔;高压进气通孔、高压出气通孔,阀芯上有通过转动或滑动接通上述两对孔的通气道。通过发球阀可连续向气送管供气供球。该装置气举效率高,节省用气量,构造简单,易于实施,使安全性、工作可靠性得到保证。

说明书

本发明涉及一种属于石油工业中用于开采石油的气举球气举采油球控装置，以及气举采油方法。

申请人于90年7月12日申请了一件名为“一种气举采油装置”的专利申请，并获得专利权，专利号为90209934.5。这种气举采油装置是由常规的气举采油装置加上专用的球控机构组合而成，通过在送气管内定时定量的投放气举球，使得举升管内形成气柱与气举球相间的段塞流，使气体的能量得到很好的发挥，减少注气比，增大采油深度，提高气举效率。该装置中的球控机构是由电机、齿轮组、丝杠、油气球分离器、球控轮、圆台形滤网、油气球进入管、阀，高压气进入管、阀，油气输出管、阀，气球输出管、阀组成，装置结构为左右对称型，左侧丝杠的螺旋方向与右侧丝杠的螺旋方向相反，各个阀与油气球分离器壳管线连接；每对阀与齿轮丝杠连接。高压气从高压气进气阀进入油气分离器后，油气分离器中的球控轮在气流的反冲力作用下旋转，并送气举球进入送气管，形成气柱与气举球相间的单一流动结构。电机正转时，齿轮带动丝杠使左面的阀门打开、右面的阀门关上，当左面的阀门打开时，油、气、球进入左油气分离器，油、气通过圆台形滤网进入油气输出管、当左面油气球分离器内装满球时，启动电机反转右面的阀门打开，左面的阀门关上，当右面的阀门打开时，油、气、球进入右油气分离器，油、气通过圆台形滤网进入油气输出管。此后申请人于94年5月13日对上述专利又进行了改进，申请了一件名为“一种多功能球控装置”的专利申请，并获得专利权，专利号为94211885.5。该装置是在已有的球控机构的基础上进行改进，采用原装置的传动和控置机构及左右对称型，在该球控装置中，用滤网分离气举球，并采用由调速电机、齿轮减速机构控制的螺旋输球器，通过螺旋输球器控制发球；采用开有若干个小孔的螺旋管状的油槽，并在油槽的出口设有防冲板，在油槽的上部设有气液分离伞，分离油气。该球控装置虽然经过改进，但仍存在下述缺点：(1)结构复杂，设备投资大。由于采用电机、齿轮组、丝杠控制两个壳体，使得设备投资大。(2)由于两个壳体要承受注气时的高压8-12MPa，因此也增大了设备的投资和不安全的因素。(3)由于两个壳体分别发球，或接收球、分离油气，并定时倒罐，这样向井内供气供球不连续，会产生压力波动。(4)由于采用左右对称型的装置结构，从实施上操作上都有一定的难度。因此上述两个专利技术在实施推广上有一定难度。

本发明的目的是提供一种气举球气举采油球控装置及其采油方法，该装置结构简单，设备投资小，只采用一个低压壳体，并且能连续供气供球，保证对地面油集输系统不产生压力波动，使安全性、工作可靠性得到保证，并且更加节省用气量。采用本发明的装置进行气举采油，效率高，可节省用气量。

本发明是通过下述方式实现的：这种气举球气举采油球控装置，是在一油气球分离器的壳体的顶部位置、靠近上部位置，靠近下部位置上分别设有低压气出口、油气球入口、油输出口，在该油气球分离器的壳体内设有与所述油气球入口相通的带孔眼的螺旋管，该螺旋管另一端口前设有缓冲板，该螺旋管的上方设有分离伞，该螺旋管的下方设有滤网，所述的滤网的一侧设有发球阀，该发球阀是在阀体中装在由电动控制机构控制的阀芯，该阀体上设有进球通孔、低压通气孔、高压进气通孔、高压出气通孔，该高压进气通孔，高压出气通孔分别和高压进气管、高压出气管相通，该高压进气管、高压出气管分别穿出所述油气球分离器的壳体引出该壳体外，所述阀芯中设有沟通所述阀体上的进球通孔、低压通气孔之间的，及高压进气通孔、高压出气通孔之间的通气道，并且在所述阀体的进球通孔旁设有由上述电动控制机构控制的拨叉。

本发明的气举球气举采油球控装置的采油方法是这样进行的：所述的气举球气举采油球控装置装在气举采油管线中，该装置的高压进气管与高压气源的来气总阀接通，该装置的高压出气管与送气管接通，该装置的低压气出口与高压气源的气回收利用管接通，该装置的油输出口与输油管接通，先按普通的方法将高压气体压入套管与油管之间的环形空间内，把油液体压到所要求的深度，再将气举球放入壳体内，启动电动控制机构使拨叉动作，将气举球拨入发球阀的阀体上的进气球通孔中，同时也使该发球阀的阀芯动作，使发球阀阀体上的进球通孔、低压通气孔接通；高压进气通孔、高压出气通孔接通，向送气管不断送气、送球，而后，气举球与从尾管来的油、气混合进入到举升管，再经该装置进行油、气、球分离，使气、球重新回收使用，油从油输出口输出。采用该装置的采油方法，可在举升管中形成一段气柱上一个球，球上一段油柱的单一段塞流结构，这样就提高气举效率。此外，本发明的装置通过发球阀连续不断地向油层中送气管送气、送球，并将从举升管出来的气、球、油经带孔螺旋管、分离伞、滤网进行分离，油分离出来通过计量送到集油干线，气分离出来送到压缩机重复使用，气举球分离出来重新使用。这样可通过一个低压壳体就可以连续不断地向送气管送气、送球，设备简单、安全性、工作可靠性得到保证。

本发明的发球阀可以是转阀式发球阀，也可以是滑阀式发球阀。本发明的气举球气举采油球控装置采用转阀式发球阀，其中所述的发球阀为转阀式发球阀，所述阀体为转阀阀体，所述阀芯为可在该转阀阀体中转动的转阀阀芯，所述电动控制机构采用装在所述油气球分离器的壳体外的调速电机齿轮减速机构，所述转阀阀芯装在该调速电机齿轮减速机构的传动轴上，该转阀阀芯上的通气道的两端口分别为大于气举球直径的大口和小于气举球直径的小口，在该转阀阀芯在顺时针转动状态下，所述通气道的大口、小口分别将所述进球通孔、低压通气孔；高压出气通孔、高压进气通孔对应接通，并且在上述调速电机齿轮减速机构的传动轴上装有主动圆锥齿轮，与该主动圆锥齿轮啮合的从动圆锥齿轮的从动轴为拨叉轴，所述拨叉装在该拨叉轴上。其中转阀阀体和转阀阀芯的密封配合面可以制成带锥度的圆锥面，也可制成不带锥度的圆柱面，还可以制成球面。

在采用转阀式发球阀方式中，具中通气道可以为一条直线式流道，或同为两条折线式流道，或同为两条弧线式流道，同时，进球通孔、高压出气通孔、低压通气孔、高压进气通孔也与之相应地有着不同的排列。

在转阀式发球阀中，所述通气道为一条直线式流道，所述进球通孔、高压出气通孔、低压通气孔、高压进气通孔按序在所述阀体上以90°圆弧的间隔均布。

在转阀式发球阀中，所述通气道为二条流道，或同为折线式流道，或同为弧线式流道，所述进球通孔与所述低压通气孔相邻排列，所述高压出气通孔与所述高压进气通孔相邻排列。

本发明的气举球气举采油球控装置采用滑阀式发球阀，其中所述发球阀为滑阀式发球阀，所述阀体为滑阀阀体，所述阀芯为可在该滑阀阀体中往复滑动的滑阀阀芯，所述的电动控制机构采用装在所述油气球分离器的壳体外的调速电机齿轮减速机构，并有一曲柄连杆滑块机构的曲柄与该调速电机齿轮减速机构的传动轮铰接，所述滑阀阀芯装在该曲柄连杆滑块机构上的拉杆上，该滑阀阀芯上的通气道有两条：第一通气道、第二通气道，所述第一通气道为低压通气道，其直径小于气举球的的直径，所述第二通气道为高压通气、通球道，所述拨叉上有小支爪，并通过与所述曲柄连杆滑块机构的拉杆垂直的小连接杆装在该拉杆上。其中滑阀阀体和滑阀阀芯的密封配合面可以制成长方体面、圆柱面、或其它形状的柱面。

本发明的气举球气举采油球控装置可以采用自动出油机构，所述滤网的下方设有浮球，并在所述油输出口处装有出油阀，并在所述分离器的壳体外设有与所述浮球相接的并控制所述出油阀开度的杠杆、称托装置。上述的浮球及杠杆、称托装置为公知的设备。

本发明的气举球气举采油球控装置装有加温防冻机构所述油气分离器壳体内装有散热盘管，该散热盘管的两端的端口管分别引出所述油气分离器的壳体外。散热通管的两端管的端口与蒸汽循环管线相接，使用时，用蒸汽通过散热盘管加温油气分离器的壳体内的油。

本发明的气举球气举采油球控装置装中有安全机构。所述的油气分离器的壳体上装有安全头、安全阀、压力表。

在本发明的气举球气举采油球控制装置中，所述的油气分离器的壳体上的滤网旁的位置和滤网上方的位置上分别设有捡球口、投球口，并各配有密封盖。

在本发明的气举球气举采油球控制装置中，所述的油气分离器的壳体的底部接有排污管。在排污管上设有阀门。使用时，打开阀门即可排污。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为采用转阀式发球阀的气举球气举采油球控制装置示意图

图2为采用滑阀式发球阀的气举球气举采油球控制装置示意图

图3为具有直线式流道的转阀式发球阀的结构示意图

图4为具有折线式流道的转阀式发球阀的结构示意图

图5为具有弧线式流道的转阀式发球阀的结构示意图

图6为滑阀式发球阀的结构示意图

图7为气举球气举采油球控制装置装在气举采油管线中的工作示意图

实施例1。这是一种采用转阀式发球阀的气举球气举采油球控制装置。如图1所示，这种气举球气举采油球控制装置是在一油气球分离器的壳体35的顶部位置、靠近上部位置、靠近下部位置上分别设有低压气出口20、油气球入口14、油输出口50，在该油气球分离器的壳体35内设有带孔螺旋管15，该螺旋管15的外端口与所述油气球入口14相接，另一端口前设有缓冲板16，该螺旋管15的上方设有分离伞17，该螺旋管15的下方设有滤网9，上述结构与已有技术相同，在已有技术的基础上本实施例作了如下的改进；在壳体35外设有调速电机齿轮减速机构1，调速电机齿轮减速机构的传动轴2通过装在壳体35的人孔盖板10上的轴封11伸入到壳体35内，在壳体35内该传动轴2上连接转阀式发球阀的阀芯3、一对圆锥齿轮7的主动圆锥齿轮，这对圆锥齿轮7的从动圆锥齿轮的从动轴即拨叉轴51装在壳体35的中心线上，其顶端裸露在滤网9的上方，并连接有拨叉8。转阀式发球阀在滤网9旁，该转阀式发球阀的转阀阀体4的上表面与滤网9的下缘同在一平面上，转阀阀体4的进球通孔53与处于水平面的转阀阀体4的上表面垂直，转阀式发球阀可采用三种结构方式，即具有直线式流道的转阀式发球阀(如图3所示)、具有折线式流道的转阀式发球阀(如图4所示)、具有弧线式流道的转阀式发球阀(如图5所示)，如图3、图4、图5所示，转阀阀体4共有四个通孔：进球通孔53、低压通气孔57；高压进气通孔55、高压出气通孔56。在具有直线式流道的转阀式发球阀中，转阀阀芯3上有一条直线式流道150。在具有折线式流道和弧线式流道的转阀式发球阀中，转阀阀芯3上有两条通道，第一通道64、第二通道63，或同为折线式流道，或同为弧线式流道。通过传动轴2带动转阀阀芯3转动，通过上述流道分别将上述两对对应的通孔接通。高压进气通孔55、高压出气通孔56分别通过高压进气管5、高压出气管6引出壳体35之外。本发明的气举球气举采油球控制装置在使用时，如图5所示，先将气举球气举采油球控制装置104装在气举采油管线中，高压气源101通过来气总阀门102进气阀门103与气举球气举采油球控制装置104的高压进气管5接通，该装置104的高压出气管6与油井的送气管107接通，该装置104的油气球入口14与油井的举升管108接通，该装置104的低压气出口20通过出气阀门117与高压气源101的气回收利用管接通，该装置104的油输出口50与输油管112接通。打开来气总阀102、套管进气阀门105，先和普通气举采油方法一样，将高压气体压入套管106与油管之间的环形空间内，把液体挤压到一定深度，然后再使用该装置104，打开进气阀门103，向该装置104的高压进气管5进高压气体，如图1、图3、图4、图5所示，开启调速电机齿轮减速机构1，带动转阀阀芯3转动，并带拨叉8运转。拨叉8将事先放入该装置104中的气举球109拨入转阀阀体4中的与水平垂直的进球通孔53中，在具有直线式流道的转阀式发球阀中，如图3所示，转阀阀芯3在转动时，转阀阀芯3内的直线式流道150的大口与进球通孔53相对，其小口与低压通气孔57相对，气举球109在重力、压力的作用下进入直线式流道150的大口处即直线式流道150的储球室中，而转阀阀芯3继续转动，使得直线式流道150的大口与高压出气通孔56相对，其小口与高压进气通孔55相对，在高压气流作用下，把气举球109推出该装置104，在具有折线式流道和弧线式流道的转阀式发球阀中，转阀阀芯3在转动时，转阀阀芯3内的第一通道64使进球通孔53、低压通气孔57接通，气举球109在重力、压力的作用下进入转阀阀芯3内的第一通道64，而转阀阀芯3继续转动，使得第一通道64与高压进气通孔55、高压出气通孔56接通，在高压气流作用下，把气举球109推出该装置104，并进入送气管107中，与此同时，转阀阀芯3第二通道63又使进球通孔53与低压通气孔57接通，使得气举球109又进入第二通道63内，就这样连续不断地向送气管107发球。调节电机转速，可改变发球速度。气举球109为钻有一个小眼的空心尼龙球。如图7所示，该装置104按一定的发球速度向送气管107内发球，这样在送气管107内形成气柱与气举球的单一流动结构，当气举球109流动到举升管108、尾管116、送气管107的三管的汇合处，气举球109与从尾管来的油、气混合进入到举升管108，在举升管108中形成一段气柱上一个气举球109，气举球109上一段油柱的单一段塞流动结构，这样就提高了气举效率。这里需要补充说明的是，为了防止在三汇处卡球，把送气管接头、举升管接头通过180°弯头制成为一整体，该弯头上开有流通口，而尾管接头与弯头上的流通口相接通，流通口的口径小于气举球的直径。这样气举球不易在三汇处卡球。举升管108中的油、气、球混合物进入该装置104中的带孔螺旋管15中，由于螺旋管15上小孔的放气降压减速作用，使气举球109平稳地分离出并落在滤网9上重新使用。而油、气作用圆周运动，在离心力，重力分离和气液分离伞17吸附小液滴的作用下把油气分离开，气分出从低压气出口20出来经气回收利用管送回高压气源101重新使用。油分离出来后从油输出口50出来到计量站。

本装置104中可采用浮球、称托、杠杆的自控出油装置。如图1所示，在所述滤网9的下方设有浮球22，并在所述油输出口50处装有出油阀32，在所述分离器的壳体35外设有杠杆、称托装置，该杠杆、称托装置是由上横杆24、中竖杆25、下横杆26、可调重物31所组成，所述上横杆24、中竖杆25、下横杆26通过两个短轴28、29依上述顺序尾头、头尾铰接，所述上横杆24通过上横杆轴27装在浮标人孔装置23上，其前端伸入所述分离器的壳体35内，并与所述浮球22相接，所述下横杆26的中部通过其上的下横杆轴30装在所述出油阀32上，所述可调重物31挂在其尾部上，当该装置的壳体35中有一定的液位高的油时，浮球22由于受到油的浮力而随油液面上下垂直运动。当液面过高时，浮球22向上运动，并带动上横杆24绕上横杆轴27转动，上横杆24通过中竖杆25带动下横杆26转动，下横杆26又带动设在下横杆26上的下横杆轴30逆时针转一个角度，下横杆轴30带动出油阀32内的与该轴同定连接的杆逆时针转动，此杆的端部带动出油阀32的锥形阀芯向上移动，使出油阀32开度加大，向计量站大量输油，同时使壳体35内的油液面降低，从而使油液面稳定在安全范围内。反之，壳体35内油液面过低，此时浮球22向下运动，使出油阀32开度减小。可调重物31对出油阀32的作用与浮球22对出油阀32的作用相反，用于补偿调节浮球22对油液面控制的不足。

如图1所示，在该装置的壳体35内装用加温油的散热盘管33。在壳体35上开有捡球口12，装球口13，并分别配有密封盖。在壳体35上装有安全头19、安全凡尔21、压力表18。在壳体35底部接有排污管36，其上装有排污阀37。该装置的壳体35安装在底座34上。

实施例2。这是一种采用滑阀式发球阀的气举球气举采油球控装置。

如图2、图6所示，这种采用滑阀式气举球气举采油球控装置除发球阀、拨叉和实施例1不一样，其余都是相同的。在壳体35外设有调整电机齿轮减速机构1，并有一曲柄连杆滑块机构82的曲柄与该调速电机齿轮减速机构1的传动轮铰接，该曲柄连杆滑块机构82的拉杆83通过装在壳体35的人孔盖板10上的拉杆密封装置81伸入到壳体35内，在壳体35内该拉杆83上连接滑阀式发球阀的阀芯84，拨叉86也通过小连杆装在该拉杆83上。滤网9为一倾斜面，滑阀式发球阀在滤网9的倾斜面的下方，其滑阀阀体85的水平上面表与滤网9的倾斜面连接在一起，滑阀阀体85的进球通孔95与滑阀阀体85的上表面垂直，如图4所示，在滑阀滑体85的滑道上有供拉杆83运动的开孔70，以及平衡孔71。滑阀阀体85共有四个通孔，进球通孔95、低压通气孔96；高压进气通孔97、高压出气通孔98，滑体阀芯84上有两条通道：第一通道91，第二通道92。通过拉杆83带动滑阀阀芯84在滑阀阀体85中滑动，当滑阀阀芯84在靠外的限位上时，第二通道92将进球通孔95与低压通气孔96接通，使得在进球通孔95中的气举球109进入第二通道92中；当滑阀阀芯84滑动到靠内的限位上时，第二通道92将高压进气通孔97、高压出气通孔98接通，从高压进气管7来的高压气流将气举球109带入高压出气管8中，并进入油井的送气管中。同时，第一通道91将进球通孔95、低压通气孔96接通，气举球在拨叉86的拨动下，可进入进球通孔95中，就这样拉杆83带动滑阀滑芯反复滑动，不断向送气管送气发球。实施例2中的其它的机构和实施例1都是相同的，所以不再描述。实施例1和实施例2中调速电动机齿轮减速机构都是相同的，市场上可以买到。

本发明的气举球气举采油球控装置不限于实施例1、2中的立式油气球分离器的两种方式，同样的，采用转阀或滑阀的卧式油气分离器也在本发明的权利范围内。

综上所述，本发明的装置与已有技术相比具有下述优点：

(1)由原来的高压壳体(承受注气时高压8-12MPa)变为只承受地面输油压力(＜0.8MPa)的低压壳体。高压气流由转阀发球阀或滑阀发球阀承受。

(2)由原来的两个壳体减少为一个壳体。

(3)减少为一个壳体的同时，也相应减少一套控制阀门，还减少齿轮传动机构、电动机以及用于定时正反转的控制设备。本发明的装置所需的费用可减少到原来的费用的1/4-1/3。

(4)原来的两个壳体倒罐时，使得向送气管供气供球不连续，而本发明的装置能保证向送气管内连续供球供气，而对地面油气集输系统不产生压力波动，保证安全生产。可更加节省用气量。

总之，采用本发明的装置进行气举采油可提高气举效率，可节省用气量，并保证有控制地连续向送气管供气、供球，该装置构造简单、易于实施，使用该装置可使安全性，工作可靠性得到保证。