一种用于天然气井中积液雾化的回流式雾化器

摘要

本发明公开了一种用于天然气井中积液雾化的回流式雾化器，包括回流式射流管筒体，该回流式射流管筒体内自下而上依次为喷嘴入口段、喷嘴喉管和回流式射流管内腔室；其中，喷嘴入口段为由下至上线性减小型锥管，喷嘴喉管为直筒，回流式射流管内腔室为由下至上线性增大型锥管；在喷嘴喉管处的回流式射流管筒体筒壁上自下而上开设有若干与喷嘴喉管末端相连通的回流孔。进一步，在喷嘴入口段处的回流式射流管筒体外壁上自下而上开设有若干密封槽，工作时，回流式雾化器设置在天然气井筒内，回流式雾化器与天然气井筒内壁之间留有回流环隙，且回流式雾化器与天然气井筒内壁之间通过设置在若干密封槽内的密封圈密封。

说明书

技术领域：

本发明属于多相流技术领域，尤其涉及一种用于天然气井中积液雾化的回 流式雾化器。

背景技术：

在天然气开采过程中，随着开采时间的延续，气井井底压力和天然气流动 速度逐渐降低，导致井底中的产出水或者凝析液不能随天然气气流携带一同排 出气井，从而滞留在天然气井中。这些水等液体在很长一段时间无法排出的情 况下，变在井底聚集，形成井底积液。

目前，国内外对于如何有效的解决气井积液问题，防止油气井在中后期因 产气量不足，而被气井积液“压死”的现象进行了大量的研究。当今国内外的油气 田中常用的排水采气技术繁多，许多已开发技术已经比较成熟，而且在油气井 中为主要的排水采气技术，例如柱塞气举技术、泡沫排水采气技术、水利泵排 水采气技术、器具排水采气技术、电潜泵排水采气技术、同心毛细管技术、热 力方法处理凝析水技术、间歇开采方法、油管/环空交替控制法、注氮采气技术 以及油管内接箍法。但是这些新的技术工艺中在实际操作应用中，存在着诸多 不足：试用范围要求高，成本造价高，维护难度大等一系列问题。譬如采用泡 沫排水技术时，虽然具有较多有点，然而在运行过程中需要定量定时的向井筒 中添加排泡剂，排液能力不够强，并且，投入大量的资金在所购买的排泡剂中， 增加了整体的运营成本。又例如新工艺中的球塞气举工艺，这种工艺对低压地 产气井有很强的适应性，同是能够适应高气液比、高腐蚀性、出砂量大等复杂 的油气井。由于柱塞依靠自身重力在液体中下落进行气举，但下行速度较慢， 拍液量有限，因此不能够实现连续气举。同时，目前大部分排水采气工艺设备 需要在运行前更换管柱，如电潜泵、柱塞、毛细管、机抽等，这不仅大幅提高 气井成本，还要耽误气井的正常开采周期。

由此看来，现在普遍使用的排水采气方式还存在问题，有待改进与改善。

发明内容：

本发明的目的提供一种用于天然气井中积液雾化的回流式雾化器，通过雾 化器结构上的优化，使井中积液雾化效率升高，提高排液能力。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种用于天然气井中积液雾化的回流式雾化器，包括回流式射流管筒体， 该回流式射流管筒体内自下而上依次为喷嘴入口段、喷嘴喉管和回流式射流管 内腔室；其中，

喷嘴入口段为由下至上线性减小型锥管，喷嘴喉管为直筒，回流式射流管 内腔室为由下至上线性增大型锥管；在喷嘴喉管处的回流式射流管筒体筒壁上 自下而上开设有若干与喷嘴喉管末端相连通的回流孔。

本发明进一步的改进在于，回流式射流管筒体筒壁上的回流孔自上而下开 设有三排回流孔，每一排均包括等高度且对称设置的两个回流孔。

本发明进一步的改进在于，每一排的两个回流孔之间的夹角为180°。

本发明进一步的改进在于，每个回流孔的孔径为1～3mm。

本发明进一步的改进在于，位于最下端的回流孔外侧孔位于回流式射流管 筒体外壁，与喷嘴喉管入口端位于同一截面；位于最下端的回流孔内侧孔位于 回流式射流管筒体内侧壁，与喷嘴喉管出口端位于同一截面；三排回流孔以等 高度排布，即回流孔单侧一组与回流式射流管筒体外壁夹角相同，回流孔单侧 一组的外侧孔之间等距由下向上排布。

本发明进一步的改进在于，在喷嘴入口段处的回流式射流管筒体外壁上自 下而上开设有若干密封槽，工作时，回流式雾化器设置在天然气井筒内，回流 式雾化器与天然气井筒内壁之间留有回流环隙，且回流式雾化器与天然气井筒 内壁之间通过设置在若干密封槽内的密封圈密封。

本发明进一步的改进在于，工作时，天然气与积液的混合气体以高速进入， 在喷嘴入口段降压升速，在喷嘴喉管处达到临界速度，混合流体离开喷嘴喉管 后扩压雾化；雾化流体中液颗粒冲击天然气井筒管壁形成液膜，雾化流体在回 流式射流管内腔室中升压，将液膜卷携进入回流环隙，通过回流孔进入喷嘴喉 道末端重新雾化。

本发明进一步的改进在于，喷嘴入口段的锥度为1:1.5～2；

喷嘴喉管的内径为1～3mm；

回流式射流管筒体的锥度为1:2～4；

回流式雾化器与天然气井筒内壁之间的回流环隙距离为1～2.5mm。

本发明与现有技术相比具有以下的优点和有益效果：

本发明提供的用于天然气井中积液雾化的回流式雾化器，工作时，气液混 合段塞流体通过喷嘴入口段进行压缩行成超音速流体，在喉道中被挤压，于回 流式射流管内腔室发生雾化现象。雾化流体经过回流式射流管内腔室升压升速， 在排出雾化器后，一部分顺井筒排出，一部分在接触井筒壁面时附着于井筒壁 面行成液膜，另一部分由井筒与雾化器间的回流环隙进入，卷携井筒壁面的液 膜一同由回流管重新进入回流式射流管内腔室进行雾化。其中雾化流体在进入 回流环隙后，由于存在对称回流孔使回流环隙内压力区域平衡，使进入回流式 射流管内腔室中的回流流体不会对回流式射流管内腔室中的雾化流体产生强烈 扰动，保证回流式射流管内腔室尾部雾化流体的压力梯度稳定。

其中进入雾化器的流体为高速气液混合流体，流形为段塞流，因此在某些 时间，喷嘴喉管中存纯液段经过，高速液体经过喷嘴喉道后超过音速，在经过 回流式射流管内腔室时，与顺排回流孔中回流的雾化流体充分混合，提高对于 段塞流体的全时段雾化，提高了整体的雾化效率。

具体来说，本发明具有以下几点优点：

1、本发明针对段塞流的雾化。由于段塞流气液混合程度不高，在传统雾化 器中，当液段进入雾化器很容易造成雾化不充分而影响后续的雾化效果。而本 发明中回流孔的功能很好的解决了这一问题；

2、本发明能够解决初期雾化后，雾化器尾端产生积液使雾化效果大大降低 的问题；

3、本发明回流式雾化器不存在运动部件，对于恶劣工况具有较强的适应能 力；

4、本发明所使用的设备为井下设备，对地面环境要求较低，可适应各种地 面环境；

5、本发明适应的下井深度大。给装置可以通过悬吊设备下放至井筒指定位 置；

综上所述，本发明结构简单、紧凑，无需额外动力设备，安全性高，生产 过程中无需维护，成本较低，节能环保。本发明采用超音速雾化排气为主要排 除井筒积液的方法，并在此基础上解决传统雾化在使用一段时间后，雾化器上 方产生积液使雾化失效的问题。该问题会导致井筒携液能力大幅下降，使井筒 无法排液。

附图说明：

图1为本发明一种用于天然气井中积液雾化的回流式雾化器的剖面图；

图2为本发明一种用于天然气井中积液雾化的回流式雾化器的立体图。

图中，1为回流式射流管内腔室，2为回流式射流管筒体，3为天然气井筒， 4为回流环隙，5为回流孔，6为喷嘴喉管，7为密封圈，8为密封槽，9为喷嘴 入口段。

具体实施方式：

下面结合具体实例对本发明做进一步详细说明，所述是本发明的解释而不 是限定。

参见图1和图2，本发明一种用于天然气井中积液雾化的回流式雾化器，包 括回流式射流管筒体2，所述回流式射流管筒体2包括从下往上的喷嘴入口段9、 喷嘴喉管6、回流孔5以及回流式射流管内腔室1；所述喷嘴入口段9的管径长 度由下至上呈线性减小；喷嘴喉管6为直筒型；回流式射流管内腔室1管道的 管径长度从下往上呈线性增大；回流式射流管筒体2外设若干密封槽8，位置低 于回流孔5外孔；每个密封槽8中安装有外径与天然气井筒3内径相同的密封 圈7，所述密封圈为抗腐蚀橡胶密封圈，密封圈能保证天然气井筒3与回流式射 流管筒体2之间回流环环隙4中回流的气液混合物与由井筒下方受高压影响的 段塞流互不影响；回流孔5由管壁开孔位于喉道口高度，回流孔内口位置位于 喷嘴喉管末端，依次向上排布，实物参见图2；回流孔5能够使喷嘴喉管6末端 与回流回流环隙4以及回流式射流管内腔室1末端相联通。

需要说明的是，本发明的装置应用于对井中段塞流的雾化。

本发明的工作过程为：

井中高压段塞流由喷嘴入口段9进入回流式射流管筒体2，在喷嘴喉管6中 达到超音速；流体经过充分混合发生雾化作用；雾化流体经过回流式射流管内 腔室1压力速度升高，流出雾化器沿天然气井筒3上升；在雾化流体上升时， 由于流体接触天然气井筒3壁面，会在天然气井筒3壁面形成一层液膜；由于 回流式射流管内腔室1尾部区流体压力较喷嘴喉管6末端高，因此在由回流孔5、 回流环隙4回流式射流管内腔室1尾部形成的联通中形成局部逆压，因此，回 流式射流管内腔室1尾部的雾化流体可以将天然气井筒3壁面的凝结液膜卷携， 一同进入回流回流环隙4，由回流孔5重新流入喷嘴喉管6末端进行雾化。在以 往的雾化器实验以及使用当中，雾化流体不是段塞流体，本发明雾化功能主要 针对段塞流。当段塞流中液段进入喷嘴喉管6中，此时由回流孔5中流入的雾 化流体进入喷嘴喉管6，与液段混合，保证了雾化所需的气体使雾化更加充分。

由于雾化流体在上升过程中与井筒壁面接触形成液膜，随着时间的增长， 液膜厚度不断增大，最后在雾化器上端形成积液，使雾化效果大大降低。而在 本发明中，由于回流雾化的作用，使井筒壁的液膜不断的被雾化流体卷携重新 雾化，因此液膜并不会无限制的累积，提高了雾化效率。