1.本发明涉及油气举升技术领域，特别是涉及一种三相分离防垢防蜡装置及抽油系统。
背景技术：2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.在油田开发过程中，尤其是到油井开发的中后期，油井进入高含水期，随着地层压力下降，地层温度下降等因素的影响，结垢结蜡成为油井开发过程中一个常见的破坏性问题。
4.发明人发现，结垢结蜡会造成抽油机负载增大、抽油杆偏磨，甚至断脱、抽油泵泵效降低，甚至卡泵；同时，相当多一部分油井受地层变化的影响，油井中含气量、含砂量大大增加，含气量增加使抽油泵泵效降低，严重时产生气锁；含砂量增加会造成抽油泵卡泵。当这些问题发生时，就会造成系统能耗增加，作业频繁，严重时导致油井停产，影响产液量，采油成本提高。
5.现有能够用于气液固三相分离的井下工具整体结构复杂，需要配备转轴等结构，不易安装使用，且不便于维修，大大增加了使用成本；同时，现有的气液固三相分离装置在进行防蜡、防垢时，主要以加注化学药剂为主，不仅成本高，装置还可能被化学药剂腐蚀。
技术实现要素：6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种三相分离防垢防蜡装置及抽油系统，利用气液固三相自身的特性进行分离，简化了装置结构，并设置了能够改变流体中各物质分子之间结合力场的合金芯片，能够有效抑制油液中蜡、垢的形成，解决了现有气液固三相分离装置结构复杂、使用成本高的问题。
7.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
8.第一方面，本发明提供了一种三相分离防垢防蜡装置，包括从上向下依次连接的第一接头、外管、第二接头、沉砂管、堵头，所述外管内部设有与其同轴设置的中心管，第一接头上设有与中心管内部连通的安装孔，所述中心管与外管之间以及中心管的内部沿轴向间隔设有若干用于改变流体中物质分子之间结合力场的合金芯片，合金芯片上设有若干允许流体通过的通道，外管的上端侧壁上设有第一进液孔和排气孔，所述第一进液孔位于合金芯片的上方且位于排气孔的下方，中心管的下端侧壁上设有第二进液孔，所述外管、中心管均通过第二接头与沉砂管连通。
9.作为进一步的实现方式，所述中心管的外径小于外管的内径。
10.作为进一步的实现方式，所述合金芯片分为圆环状的第一芯片和圆盘状的第二芯片，所述第一芯片固定设置在外管与中心管之间，第二芯片固定设置在中心管的内部，所述第一芯片位于第一进液孔和第二进液孔之间。
11.作为进一步的实现方式，所述第一接头通过螺纹连接的方式与外管、中心管连接，
第一接头的下端能够对外管上端与中心管上端之间的间隙进行封堵，所述安装孔内设有用于与抽油泵连接的内螺纹。
12.作为进一步的实现方式，所述第一进液孔与排气孔之间间隔设置，第一进液孔与排气孔之间由中心管和外管配合形成的环形空间作为气体通道。
13.作为进一步的实现方式，所述合金芯片由铜、锌、镍、锡、铁、铝、锰、钼、硼九种材料组合制成。
14.作为进一步的实现方式，所述第二接头通过螺纹连接的方式与外管、沉砂管连接，第二接头上设有阶梯状的通孔以及相对设置在阶梯状通孔两侧的沉砂通道，所述阶梯状的通孔用于连通中心管与沉砂管，沉砂通道用于将沉砂管与外管、中心管之间的空间连通。
15.作为进一步的实现方式，所述第二接头外侧壁的中间位置处沿其环向固定设有用于支撑外管下端的挡块。
16.作为进一步的实现方式，所述堵头与沉砂管之间螺纹连接。
17.第二方面，本发明提供了一种抽油系统，利用了第一方面所述的三相分离防垢防蜡装置，包括抽油泵和套管，所述三相分离防垢防蜡装置设置在套管内，所述抽油泵通过螺纹连接的方式与第一接头连接。
18.上述本发明的有益效果如下：
19.(1)本发明利用气液固三相自身的特性进行分离，气体通过排气孔排出，固体颗粒向下进入沉砂管，液体通过中心管向上进入抽油泵，避免了气体、固体颗粒进入抽油泵带来的不利影响，大大简化了装置的结构，降低了使用成本，且油液在经过合金芯片的催化后，能够抑制油液中蜡、垢的形成，同时，使已经形成的垢脱落，起到防垢防蜡的效果，无需使用化学药剂，避免了对装置的腐蚀损坏。
20.(2)本发明第二接头外侧壁的中间位置处沿其环向固定设有用于支撑外管的挡块，挡块可对外管的下端进行限位、支撑，以保证外管以及中心管的安装稳定性。
附图说明
21.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
22.图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种三相分离防垢防蜡装置的整体结构剖面示意图；
23.图2是本发明根据一个或多个实施方式的第一芯片的结构示意图；
24.图3是本发明根据一个或多个实施方式的第二芯片的结构示意图；
25.图4是本发明根据一个或多个实施方式的第二接头的竖向剖面结构示意图；
26.图5是本发明根据一个或多个实施方式的第二接头的横向剖面结构示意图；
27.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
28.其中，1、第一接头；2、外管；3、第一进液孔；4排气孔；5、中心管；6、第二进液孔；7、第一芯片；8、第一通道；9、第二芯片；10、第二通道；11、第一通孔；12、第二接头；13、第三通道；14、第二通孔；15、沉砂管；16、堵头；17、挡块。
29.名词解释：
30.油套环空：油田下井有油管和套管，油管在套管内，他俩之间的环形空间就叫油套
环空。
具体实施方式
31.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
32.正如背景技术所介绍的，现有能够用于气液固三相分离的井下工具整体结构复杂，需要配备转轴等结构，不易安装使用，且不便于维修，大大增加了使用成本；同时，现有的气液固三相分离装置在进行防蜡、防垢时，主要以加注化学药剂为主，不仅成本高，装置还可能被化学药剂腐蚀的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种三相分离防垢防蜡装置及抽油系统。
33.实施例1
34.本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图5所示，提出一种三相分离防垢防蜡装置，包括，第一接头1、外管2、中心管5、第一芯片7、第二芯片9以及第二接头12、沉砂管15、堵头16组成。
35.其中，中心管5插接在外管2的内部，中心管5与外管2之间同轴设置，中心管5的外径小于外管2的内径，二者之间具有环形的空间，中心管5的两端与外管2的两端平齐。
36.由于外管2、中心管5是竖向使用的，因此为了便于说明，本实施例以图1所示视角，将中心管5与外管2上方的端部称为上端，另一端为下端。
37.外管2与中心管5的上端处通过第一接头1连接，利用第一接头1阻断外管2与中心管5上端的连通，具体的，外管2上端处的内壁上设有内螺纹，中心管5上端处的外壁上设有外螺纹，外管2和中心管5均通过螺纹连接的方式与第一接头1可拆卸连接。
38.第一接头1为横截面呈环形的结构，第一接头1的中心设有贯穿第一接头1的安装孔，安装孔上设有与抽油泵连接的内螺纹，抽油泵可通过安装孔与第一接头1固定连接，同时，该安装孔与中心管5的内部连通，从而可利用抽油泵将中心管5内的油液抽出。
39.第一接头1下端的外壁上沿其环向设有与外管2配合的外螺纹，第一接头1下端的内部上沿其环向设有与中心管5配合的内螺纹，从而可通过螺纹连接的方式与外管2、中心管5连接，第一接头1能够对外管2、中心管5之间环形空间的上端进行封堵，有效避免了外管2内壁与中心管5外壁之间的油液从上端流入中心管5内。
40.外管2和中心管5的下端通过第二接头12进行连接，第二接头12的下方螺纹连接有沉砂管15，沉砂管15的下端通过堵头16进行封堵，从外管2、中心管5落下的沉淀物可穿过第二接头12落入沉砂管15内进行收集，同时利用堵头16避免介质的流出。
41.外管2靠近上端的侧壁上设有一个第一进液孔3和一个排气孔4，其中，第一进液孔3位于排气孔4的下方，且第一进液孔3距离排气孔4设定的距离，第一进液孔3与排气孔4之间由中心管3和外管2配合形成的环形空间作为气体通道，当油液从第一进液孔3进入后外管2内后，油液会向下流动，同时气体上升通过排气孔4向外排出，以实现气液分离。
42.可以理解的是，第一进液孔3与排气孔4之间的间距可根据实际设计要求进行确定，只要能够保证二者之间具有足够的距离使得气液有效分离即可，这里不做过多的限制。
43.中心管5邻近下端的侧壁上开设有第二进液孔6，外管2内的油液可通过第二进液
孔6进入中心管5内，其中第二进液孔6与第一进液孔3之间同样存在设定的距离，以保证具有足够长的流动路径，使得外管2与中心管5之间的油液内的固体杂质得到充分的沉淀。
44.外管2与中心管5之间固定设有若干第一芯片7，第一芯片7沿外管2的轴向间隔设置且与外管2、中心管5同轴设置，具体的，第一芯片7位于第一进液孔3与第二进液孔6之间。
45.如图2所示，第一芯片7为圆环状结构，第一芯片7的中心位置处开设有第一通孔11，第一通孔11的直径与中心管5的外径相同，使得第一芯片7可套接在中心管5上，第一芯片7的外径与外管2的内径相同；第一芯片7上还均匀开设有若干第一通道8，第一通道8贯穿第一芯片7，以用于外管2与中心管5之间的油液通过第一芯片7。
46.可以理解的是，第一芯片7可通过焊接、栓接等方式与外管2、中心管5固定连接，具体的连接方式可根据实际需求进行选择。
47.中心管5内还固定设有若干第二芯片9，第二芯片9沿中心管5的轴向间隔设置，且第二芯片9与中心管5同轴设置，如图3所示，第二芯片9为圆盘形结构，第二芯片9上均匀开设有若干第二通道10，第二通道10贯穿第二芯片9，可允许中心管5内的油液通过第二芯片9。
48.第一芯片7和第二芯片9均是由铜、锌、镍、锡、铁、铝、锰、钼、硼九种材料组合制成的合金芯片，当油液依次经过第一芯片7上的第一通道8、第二芯片9上的第二通道10时，芯片与油液能够获得足够的接触面积与接触时间，此时芯片起到一种特殊催化体作用，可以使油液中各种物质分子之间结合力场发生改变，使固相颗粒处于悬浮分散状态，抑制蜡、垢的形成。
49.可以理解的是，第一通道8、第二通道10的数量可根据实际液流量大小进行确定，具体的这里不做过多的限制。
50.具体的催化机理为：水在自然界中是以极性分子形式存在的，它始终围绕在其它离子四周。水分子由一个氧原子和两个氢原子构成通过共价键结合，共价键之间呈角度分布，而且分子不对称。在负电荷周围，正电荷不均匀分布，作用不能相互抵消，两者都有自己的电荷中心，分子出现正负极而成为有极分子，大家称为“水偶极子”。共价键氧的一侧带负电(-)，氢的一侧带正电(+)，因为偶极子有正极与负极，活像小磁铁，分子的正极吸引邻近分子的负极，分子的负极吸引邻近分子的正极。当水温升高或其它条件变化时，水偶极子极性就会弱化，磁性减弱，金属离子和酸根离子分别和水分子分离并结合形成蜡、垢沉积下来。当油液流过合金材料的芯片时，产生催化作用使极性水分子进一步极化形成极性更强的“水偶极子”，当温度和其它条件发生变化时，能将金属离子和酸根离子有效吸附在芯片的两端，使油液中的固相颗粒受其作用的影响始终处于悬浮状态和溶解状态，从而达到防垢防蜡的目的。
51.如图4-图5所示，第二接头12为桶状结构，第二接头12内设有第三通道13(即沉砂通道)和第二通孔14，第三通道13、第二通孔14均贯穿第二接头12，其中，第二通孔14设置在第二接头12的中心处且与第二接头12同轴设置，第三通道13设有两个，第三通道13的横截面呈弧形，两个第三通道13相对设置在第二通孔14的两侧。
52.第二通孔14为阶梯孔状结构，第二通孔14的上部孔的直径远大于下部孔的直径，第二通孔14上部孔与下部孔的连接处为漏斗状的过渡，有利于中心管5内的固体颗粒下沉而不会堆积在第二通孔14内，同时沉砂管15内的固体颗粒不易进入中心管5内；
53.第二通孔14上部孔的直径与中心管5的外径相同，中心管5下端的外壁上设有外螺纹，第二通孔14的上部孔内设有与其配合的内螺纹，中心管5插入第二通孔14的上部孔内并通过螺纹连接的方式与第二接头12可拆卸连接。
54.第二接头12外侧壁的中间位置处设有沿其环向向外凸出的挡块17，第二接头12的上端可插入外管2内并通过螺纹连接的方式与外管2的内壁可拆卸连接，挡块17可对外管2的下端进行限位、支撑，以保证外管2以及中心管5的安装稳定性。
55.第二接头12的下端可插入沉砂管15内，并通过螺纹连接的方式与沉砂管15的内壁可拆卸连接，通过第二接头12的设置可有效保证沉砂管15与外管2、中心管5之间的同轴度。
56.堵头16从沉砂管15的下端插入，堵头16与沉砂管15之间通过螺纹连接的方式进行连接，以对沉砂管15的下端进行封堵，沉砂管15与堵头16形成的内腔做为沉砂腔，用于容纳沉淀物。
57.三相分离防垢防蜡装置的工作原理为：油井内的油液经第一进液孔3进入外管2与中心管5之间的环腔内，油液内的气体由于重量较轻，向上运动经气体通道从排气孔4向外排出进入油套环空内，油液中的液体与固体颗粒重量较重继续向下运动，依次通过多个第一芯片7上的第一通道8，当油液聚集在中心管5的第二进液孔6处时，油液中的固定颗粒重量较重继续向下运动，固体颗粒通过第二接头12上的第三通道13进入沉入沉砂管15内，油液中的液体在抽油泵的抽汲作用下，通过第二进液孔6进入中心管5内腔中向上运动，并依次通过多个第二芯片9的第二通道10进入抽油泵，完成气液固三相分离过程，油液中的液体进入抽油泵，气体进入油套环空，固体颗粒进入沉砂管15。
58.本实施例中的三相分离防垢防蜡装置利用气液固三相自身的特性进行分离，大大简化了装置的结构。
59.实施例2
60.本发明的另一种典型的实施方式中，提出了一种抽油系统，利用了实施例1中所述的三相分离防垢防蜡装置，还包括抽油泵和套管，其中三相分离防垢防蜡装置放置在套管内，抽油泵与第一接头1的安装孔固定连接，二者的连接方式为螺纹连接。
61.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种三相分离防垢防蜡装置，其特征在于，包括从上向下依次连接的第一接头、外管、第二接头、沉砂管、堵头，所述外管内部设有与其同轴设置的中心管，第一接头上设有与中心管内部连通的安装孔，所述中心管与外管之间以及中心管的内部沿轴向间隔设有若干用于改变流体中物质分子之间结合力场的合金芯片，合金芯片上设有若干允许流体通过的通道，外管的上端侧壁上设有第一进液孔和排气孔，所述第一进液孔位于合金芯片的上方且位于排气孔的下方，中心管的下端侧壁上设有第二进液孔，所述外管、中心管均通过第二接头与沉砂管连通。2.根据权利要求1所述的一种三相分离防垢防蜡装置，其特征在于，所述中心管的外径小于外管的内径。3.根据权利要求1所述的一种三相分离防垢防蜡装置，其特征在于，所述合金芯片分为圆环状的第一芯片和圆盘状的第二芯片，所述第一芯片固定设置在外管与中心管之间，第二芯片固定设置在中心管的内部，所述第一芯片位于第一进液孔和第二进液孔之间。4.根据权利要求1所述的一种三相分离防垢防蜡装置，其特征在于，所述第一接头通过螺纹连接的方式与外管、中心管连接，第一接头的下端能够对外管上端与中心管上端之间的间隙进行封堵，所述安装孔内设有用于与抽油泵连接的内螺纹。5.根据权利要求1所述的一种三相分离防垢防蜡装置，其特征在于，所述第一进液孔与排气孔之间间隔设置，第一进液孔与排气孔之间由中心管和外管配合形成的环形空间作为气体通道。6.根据权利要求1所述的一种三相分离防垢防蜡装置，其特征在于，所述合金芯片由铜、锌、镍、锡、铁、铝、锰、钼、硼九种材料组合制成。7.根据权利要求1所述的一种三相分离防垢防蜡装置，其特征在于，所述第二接头通过螺纹连接的方式与外管、沉砂管连接，第二接头上设有阶梯状的通孔以及相对设置在阶梯状通孔两侧的沉砂通道，所述阶梯状的通孔用于连通中心管与沉砂管，沉砂通道用于将沉砂管与外管、中心管之间的空间连通。8.根据权利要求1所述的一种三相分离防垢防蜡装置，其特征在于，所述第二接头外侧壁的中间位置处沿其环向固定设有用于支撑外管下端的挡块。9.根据权利要求1所述的一种三相分离防垢防蜡装置，其特征在于，所述堵头与沉砂管之间螺纹连接。10.一种抽油系统，利用了如权利要求1-9中任一项所述的三相分离防垢防蜡装置，其特征在于，包括抽油泵和套管，所述三相分离防垢防蜡装置设置在套管内，所述抽油泵通过螺纹连接的方式与第一接头连接。
技术总结本发明公开了一种三相分离防垢防蜡装置及抽油系统，涉及油气举升技术领域，解决了现有三相分离装置结构复杂、使用成本高的问题，方便了使用，具体方案如下：包括从上向下依次连接的第一接头、外管、第二接头、沉砂管、堵头，所述外管内部设有与其同轴设置的中心管，第一接头上设有与中心管内部连通的安装孔，所述中心管与外管之间以及中心管的内部沿轴向间隔设有若干用于改变流体中物质分子之间结合力场的合金芯片，合金芯片上设有若干允许流体通过的通道，外管的上端侧壁上设有第一进液孔和排气孔，所述第一进液孔位于合金芯片的上方且位于排气孔的下方，中心管的下端侧壁上设有第二进液孔，所述外管、中心管均通过第二接头与沉砂管连通。沉砂管连通。沉砂管连通。
技术研发人员：马宝忠 管冰 滕兴宝 张俊华 卢明 高承强 马明璐
受保护的技术使用者：山东威马泵业股份有限公司
技术研发日：2022.07.21
技术公布日：2022/11/1
