本发明专利技术公开了一种用于天然气井泡排采气的泡沫雾化器、井筒结构和采气方法，泡沫雾化器包括多孔锥板、喷嘴筒体和雾化器涡流段筒体，喷嘴筒体上开设有喷嘴入口，喷嘴入口从喷嘴筒体的一端延伸至喷嘴筒体的另一端，喷嘴入口为线性渐缩型锥管，喷嘴筒体在喷嘴入口小端的末端设有喷嘴喉口，多孔锥板设置于喷嘴入口大端一侧并与喷嘴筒体连接；多孔锥板的锥面上均匀开设有雾化孔；雾化孔的轴线与喷嘴入口的壁面平行；雾化孔横截面面积之和不大于喷嘴喉口的横截面积；雾化器涡流段筒体设置于喷嘴入口小端一侧并与喷嘴筒体连接。该泡沫雾化器与泡排采气工艺联合应用，能够更有效地将天然气井中的积液排出井筒。
【技术实现步骤摘要】
一种用于天然气井泡排采气的泡沫雾化器、井筒结构和采气方法
本专利技术属于多相流
，具体涉及一种用于天然气井泡排采气(也称泡沫排液采气或者泡沫排水采气)的泡沫雾化器、井筒结构和采气方法。
技术介绍
在天然气的开采过程中，随着开采时间的持续，天然气产量逐步下降会造成气流速度持续降低，从而导致气流的携液能力下降，无力将井底的积液携带至井口而最终滞留在井筒内。积液不断累积形成液柱，使气藏的静水回压不断增加，进一步降低了气井的自喷能量。这种恶性循环持续下去的话，就会使得井筒内的液柱越积越高并最终将气压死，从而导致气井停产。排液采气工艺是气井开采中后期排除井筒积液、提高积液气井采收率的有效手段。多年来，国内外天然气生产者们为了尽可能完全地开采天然气资源，综合了油、气田的开采工艺和积液气井的实际生产状况，已经开发出了各种类型的排液采气技术，其中有些技术已经得到了采气现场的广泛使用。目前现场使用最为广泛的排液采气工艺有气举排液采气工艺、泡沫排液采气工艺、电潜泵排液采气工艺、射流泵排液采气工艺、优选管柱排液采气工艺、机抽排液采气工艺等。但现有工艺技术还不够完善，在工程的实际应用中仍存在不足：如气举排液在向上举升积液的同时也会反作用于地层，增大井底回压，而出现亏气现象；电潜泵排液系统的价格昂贵，单位耗能较大，当井底积液中含气较多，随着液体进入电潜泵时，效率会大幅下降，且机组设备在具有腐蚀性气体的井筒中的寿命较短；泡沫排液采气工艺在井内压力下降到一定程度后将无法单纯依靠其完成排水作业。针对泡沫排液采气工艺的缺陷，本领域技术人员亟需采取新的方式来有效地将气井中的积液排出井筒、提高其生产效率。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于一种用于天然气井泡排采气的泡沫雾化器、井筒结构和采气方法，本专利技术能够将雾化与泡排采气工艺联合应用，更有效地将气井中的积液排出井筒，提高生产效率。本专利技术采用的技术方案如下：一种用于天然气井泡排采气的泡沫雾化器，包括多孔锥板、喷嘴筒体和雾化器涡流段筒体，喷嘴筒体上开设有喷嘴入口，喷嘴入口从喷嘴筒体的一端延伸至喷嘴筒体的另一端，喷嘴入口为线性渐缩型锥管，喷嘴筒体在喷嘴入口小端的末端设有喷嘴喉口，多孔锥板设置于喷嘴入口大端一侧并与喷嘴筒体连接；多孔锥板的锥面上均匀开设有雾化孔；雾化孔的轴线与喷嘴入口的壁面平行；雾化孔横截面面积之和不大于喷嘴喉口的横截面积；雾化器涡流段筒体设置于喷嘴入口小端一侧并与喷嘴筒体连接。优选的，雾化器涡流段筒体中从雾化器涡流段筒体的一端向另一端设有依次连通的喷嘴后部空腔、接受室、混合室和扩散室，接受室为线性渐缩型锥管，混合室为直圆筒，扩散室为线性渐扩型锥管；雾化器涡流段筒体上设置喷嘴后部空腔的一端与喷嘴筒体连接。优选的，雾化器涡流段筒体在设置喷嘴后部空腔部位开设有与喷嘴后部空腔连通的涡流孔。一种用于天然气井泡排采气的井筒结构，包括天然气井筒、封隔器和本专利技术上述的泡沫雾化器，所述泡沫雾化器和封隔器设置于天然气井筒内，封隔器与泡沫雾化器的入口端连接；封隔器具有封隔器中心管，封隔器中心管用于将封隔器两端连通，天然气井筒中的流体能够经封隔器中心管进入泡沫雾化器的入口端，泡沫雾化器的入口端为泡沫雾化器上设置多孔锥板的一端。优选的，泡沫雾化器的入口端通过雾化器入口段筒体与封隔器连接，泡沫雾化器的出口端连接有雾化器与井下作业工具连接段，泡沫雾化器的出口端为雾化器涡流段筒体的出口端。优选的，所述封隔器还包括承压套、卡瓦、锥体、密封胶筒、顶胶筒和封隔器上接套，承压套、卡瓦、锥体、密封胶筒、顶胶筒和封隔器上接套依次套设在封隔器中心管上，承压套与封隔器中心管固定连接，卡瓦为内腔为锥形的圆形筒体，锥体为外壁为锥形的圆形筒体，锥体外壁锥度与卡瓦内腔锥度相同，锥体的一端伸入卡瓦的内腔，锥体的另一端与密封胶筒的一端相抵，密封胶筒与封隔器中心管外壁以及天然气井筒之间密封，顶胶筒与密封胶筒的另一端相抵，封隔器上接套与顶胶筒相抵，封隔器上接套与泡沫雾化器的入口端连接。基于本专利技术上述井筒结构的采气方法，包括如下过程：天然气井泡排采气所形成的泡沫流由封隔器中心管流到雾化器的入口端，泡沫流流经多孔锥板时被初步雾化，之后在喷嘴入口进行降压升速，从喷嘴喉口喷出，泡沫流经过充分混合发生雾化作用，雾化后的泡沫流进入雾化器涡流段筒体形成雾状流并升压，升压后的雾状流流出雾化器涡流段筒体并沿天然气井筒上升。优选的，雾化器涡流段筒体中从雾化器涡流段筒体的一端向另一端设有依次连通的喷嘴后部空腔、接受室、混合室和扩散室，接受室为线性渐缩型锥管，混合室为直圆筒，扩散室为线性渐扩型锥管；雾化器涡流段筒体上设置喷嘴后部空腔的一端与喷嘴筒体连接，雾化器涡流段筒体在设置喷嘴后部空腔部位开设有与喷嘴后部空腔连通的涡流孔；雾化后的泡沫流在喷嘴后部空腔形成雾状流；雾状流依次经过接受室、混合室和扩散室后压力升高，扩散室尾部的部分雾化流形成逆向涡流而进入雾化器涡流段筒体与天然气井筒之间形成的涡流环隙，然后逆向涡流由涡流孔重新流入喷嘴后部空腔；这部分逆向涡流在混合室与主流再次混合，经过扩散室扩压后流出。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的用于天然气井泡排采气的泡沫雾化器在雾化喷嘴前端采用的多孔锥板，多孔锥板的锥面上均匀开设有雾化孔，雾化孔的轴线与喷嘴入口的壁面平行，这是针对泡沫流的独特设计，保证了雾化器对泡沫流的雾化效果，同时雾化孔横截面面积之和不大于喷嘴喉口的横截面积，这种结构既保证了雾化器对泡沫的雾化效果，又可保证较大的气体流量以加强雾化器对泡沫的雾化作用，使流体的流量不被雾化喷嘴的喉口直径所限制，提高了雾化器整体对泡沫的雾化效率；本专利技术泡沫雾化器能够针对泡沫流进行雾化，将泡沫流雾化为流速更高和携液能力更强的雾状流，从而能够更有效地将气井中的积液排出井筒，提高其生产效率，因此本专利技术在一定程度上解决了泡沫排液采气工艺在井内压力下降到一定程度后将无法单纯依靠其完成排水作业的问题。由本专利技术泡沫雾化器的结构可以看出，本专利技术的泡沫雾化器不存在运动部件，对于井下的恶劣工况具有较强的适应能力；本专利技术的泡沫雾化器结构简单，雾化过程无需额外动力设备，安全性高，生产过程中无需维护，成本较低，节能环保，同时，本专利技术的泡沫雾化器适应的下井深度大，可以通过悬吊设备下放至井筒指定位置，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。进一步的，雾化器涡流段筒体在设置喷嘴后部空腔部位开设有与喷嘴后部空腔连通的涡流孔，通过涡流孔进一步增强了对泡沫流的雾化效果。本专利技术的井筒结构利用封隔器将天然气井筒内腔进行分隔，使天然气井中的气液两相流不再沿天然气井筒的筒壁流动，而是由封隔器中心管进入本专利技术泡沫雾化器的入口端，利用泡沫雾化器对天然气井筒内的泡沫流进行雾化、加速后沿天然气井筒上升，以提高井筒的排液能力，解决了泡沫排液采气工艺在井内压力下降到一定程度后将无法单纯依靠其完成排水作业的问题。本专利技术的采气方法将雾化与泡排采气工艺联合应用，能够将本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于天然气井泡排采气的泡沫雾化器，其特征在于，包括多孔锥板(12)、喷嘴筒体(14)和雾化器涡流段筒体(18)，喷嘴筒体(14)上开设有喷嘴入口(13)，喷嘴入口(13)从喷嘴筒体(14)的一端延伸至喷嘴筒体(14)的另一端，喷嘴入口(13)为线性渐缩型锥管，喷嘴筒体(14)在喷嘴入口(13)小端的末端设有喷嘴喉口(15)，多孔锥板(12)设置于喷嘴入口(13)大端一侧并与喷嘴筒体(14)连接；多孔锥板(12)的锥面上均匀开设有雾化孔；雾化孔的轴线与喷嘴入口(13)的壁面平行；雾化孔横截面面积之和不大于喷嘴喉口(15)的横截面积；/n雾化器涡流段筒体(18)设置于喷嘴入口(13)小端一侧并与喷嘴筒体(14)连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于天然气井泡排采气的泡沫雾化器，其特征在于，包括多孔锥板(12)、喷嘴筒体(14)和雾化器涡流段筒体(18)，喷嘴筒体(14)上开设有喷嘴入口(13)，喷嘴入口(13)从喷嘴筒体(14)的一端延伸至喷嘴筒体(14)的另一端，喷嘴入口(13)为线性渐缩型锥管，喷嘴筒体(14)在喷嘴入口(13)小端的末端设有喷嘴喉口(15)，多孔锥板(12)设置于喷嘴入口(13)大端一侧并与喷嘴筒体(14)连接；多孔锥板(12)的锥面上均匀开设有雾化孔；雾化孔的轴线与喷嘴入口(13)的壁面平行；雾化孔横截面面积之和不大于喷嘴喉口(15)的横截面积；
雾化器涡流段筒体(18)设置于喷嘴入口(13)小端一侧并与喷嘴筒体(14)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于天然气井泡排采气的泡沫雾化器，其特征在于，雾化器涡流段筒体(18)中从雾化器涡流段筒体(18)的一端向另一端设有依次连通的喷嘴后部空腔(17)、接受室(20)、混合室(22)和扩散室(23)，接受室(20)为线性渐缩型锥管，混合室(22)为直圆筒，扩散室(23)为线性渐扩型锥管；雾化器涡流段筒体(18)上设置喷嘴后部空腔(17)的一端与喷嘴筒体(14)连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于天然气井泡排采气的泡沫雾化器，其特征在于，雾化器涡流段筒体(18)在设置喷嘴后部空腔(17)部位开设有与喷嘴后部空腔(17)连通的涡流孔(16)。
4.一种用于天然气井泡排采气的井筒结构，其特征在于，包括天然气井筒(21)、封隔器和权利要求1-3任意一项所述的泡沫雾化器，所述泡沫雾化器和封隔器设置于天然气井筒(21)内，封隔器与泡沫雾化器的入口端连接；封隔器具有封隔器中心管(7)，封隔器中心管(7)用于将封隔器两端连通，天然气井筒(21)中的流体能够经封隔器中心管(7)进入泡沫雾化器的入口端，泡沫雾化器的入口端为泡沫雾化器上设置多孔锥板(12)的一端。
5.根据权利要求4所述的一种用于天然气井泡排采气的井筒结构，其特征在于，泡沫雾化器的入口端通过雾化器入口段筒体(9)与封隔器连接，泡沫雾化器的出口端连接有雾化器与井下作业工具连接段(24)，泡沫雾化器的出口端为雾化器涡流段筒体(18)的出口端。
6.根据权利要求4所述的一种用于天...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，高玉堂，黄娜，邬学利，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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