[0001] 本发明涉及井下分离设备技术领域，特别是涉及一种同井注采的井下多相分离装置。

[0002] 在目前石油化工中，将采出液在地面利用分离器和塔器分离是较为常用的分离方式。目前常用的分离器有沉降罐（根据气流体积膨胀，流速降低进行分离），丝网气液分离器（根据气液粒径不同分离），膜分离（根据混合组分压力差为动力，通过膜的传递速率差异分离），挡板式分离器（根据液滴惯性，偏离气流方向依靠重力分离）等方式进行气液分离。以上方法均需将采出液举升至地面，工作压力及性价比低，目前对于低成本、高效井下分离设备需求紧迫。

[0003] 专利CN202210483236.X中提到的“一种适应入口含气率大范围变化的双级管式气液分离器”利用“离心力+重力”实现气液两相的分离，但并不能分离混合气体；专利CN202322337698.3中提到的“一种从富含CO2的混合气体中选择性吸收分离CO2气体的系统”利用“吸收塔及相分离器在混合气体中选择性吸收CO2”实现混合气体分离，存在占地面积大、效率低等缺点。由此可以看出，现有技术中并没有一种可以应用于井下，并且能够对气液以及混合气体分离的设备。

[0004] 因此，本领域亟需一种同井注采的井下多相分离装置，用于解决上述问题。

[0019] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0020] 本发明的目的是提供一种同井注采的井下多相分离装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够在井下进行使用，并且还可以进行气液分离以及混合气体之间的分离。

[0021] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0022] 如图1‑图6所示，本发明提供一种同井注采的井下多相分离装置，包括套管本体1、油管本体2、气液分离装置和若干个混合气体分离装置，若干个混合气体分离装置为一个、两个或更多均可。油管本体2设置于套管本体1的内部，套管本体1和油管本体2之间为油套环空，气液分离装置和若干个混合气体分离装置均设置于油管本体2内，气液分离装置位于混合气体分离装置的下方，若干个混合气体分离装置之间上下相邻设置。套管本体1的侧壁设有进液管4、出液管6和若干个出气管10，其中进液管4的一端位于套管本体1的外侧，进液管4的另一端与气液分离装置的进液端相连接，即套管本体1外部的采出液通过进液管4进入到气液分离装置中。气液分离装置的出液端流出的液体能够进入到出液管6中，出液管6远离气液分离装置的一端位于套管本体1的外侧，气液分离装置分离出的气体向位于最下方的混合气体分离装置流动，气液分离装置分离出的液体通过出液管6流出。出气管10数量与混合气体分离装置的数量相同并且设置位置一一对应，混合气体分离装置具有第一出气端和第二出气端，分离后的两种不同气体分别位于第一出气端和第二出气端处，出气管10的一端与混合气体分离装置的第一出气端相连通，出气管10的另一端位于套管本体1的外侧，从而将第一出气端的气体排到套管本体1的外侧。油管本体2的侧壁上设有若干个通气孔11和一个汇合通孔12，每个混合气体分离装置的第二出气端通过与之对应的若干个通气孔11与油套环空连通，即位于混合气体分离装置第二出气端的气体会通过通气孔11流入到油套环空中，汇合通孔12位于混合气体分离装置的上方，油套环空内的气体通过汇合通孔12流入到油管本体2内。

[0023] 在实际工作前，先将装有气液分离装置和混合气体分离装置的油管本体2安装于下方的油管中的最下端，并且套管本体1的下端也为盲端结构。工作时，地层气液混合相从进液管4中进入，并通过进液管4流入到气液分离装置中，气液分离装置将地层气液混合相进行气液分离，其中气体会从气液分离装置的出气端排出并流入到位于最下方的混合气体分离装置内，而液体则会通过出液管6回注到废弃底层，补充底地层能量。流入到上方的气体会依次经过混合气体分离装置，当进入到第一个混合气体分离装置时，分离出的CO2会通过出气管10排放到废弃底层，补充底地层能量；而分离出的CH4会进入到油套环空中，并沿着油套环空进入到其上方的混合气体分离装置中（如果存在两个或两个以上的混合气体分离装置的情况下），进入到第二个混合气体分离装置中后再次进行混合气体分离过程，过程与第一次相同，分离出的CO2会通过出气管10排出，分离出的CH4会再次进入到油套环空中，直至所有的混合气体分离装置依次进行分离工作之后，油套环空中的CH4会通过汇合通孔12流入到油管本体2的上方内部，最终向外界输送。

[0024] 于本实施例中，气液分离装置为现有的轴流式旋流器3（又叫旋流器）。轴流式旋流器3是根据气液离心力差异理论的一种分离气液的装置，轴流式旋流器3主要组成部分是柱段和锥段，地层气液混合相通过进液管4进入柱段，轴流式旋流器3内部的螺旋轨道会导致混合物产生旋转运动，这种旋转运动会导致气液两相之间发生相对运动，产生离心力。由于液体具有较大的密度，会受到更大的离心力作用，向轴流式旋流器3内部的外围运动。在轴流式旋流器3内壁和液体之间形成一个液体环，被称为液环，液体在液环的作用下向锥段流动，并流入到轴流式旋流器3的底部，最终从底流口流出。相比之下，气体的密度较小，气态组分受到的离心力相对较小。因此，气体会相对集中的保持在轴流式旋流器3的中心部分，并且向上移动，最终从轴流式旋流器3的上端溢流口流出。

[0025] 于本实施例中，进液管4倾斜固定于套管本体1的侧壁上，即进液管4与套管本体1的侧壁之间具有夹角，并且夹角不为90°，这样设置的目的是可以让气液两相在轴流式旋流器3的入口处得到初次分离，然后再进入轴流式旋流器3的柱段，以此来实现气液两相更快的分离。

[0026] 于本实施例中，油管本体2的下端为半球结构，半球结构的中心处设有出液口，出液口处设有单向流通控制装置。并且出液管6的一端位于油套环空内，另一端位于套管本体1的外侧。

[0027] 在实际工作时，从轴流式旋流器3的底流口流出的液相会流到油管本体2底部的半球结构处，当单向流通控制装置打开时，油管本体2下端的液相会流入到油套环空中，而油套环空中的液体最终通过出液管6流入到外部的废弃底层中。

[0028] 于本实施例中，单向流通控制装置为凡尔本体5，其可以为现有的凡尔，而本实施例中的凡尔本体5的具体结构如图4所示：凡尔本体5包括上多边形板、中间椎体和下圆板，上多边形板固定于中间椎体的上端，下圆板固定于中间椎体的下端，并且中间椎体的直径从上至下逐渐减小。上多边形板和下圆板的面积均大于出液口的面积，中间椎体位于出液口处，由于上多边形板和下圆板的限位作用下，使得凡尔本体5始终不会脱离出液口。

[0029] 在实际使用时，当油管本体2的底部没有液体时，凡尔本体5会由于自重的作用下中间椎体的上端能够堵住出液口，从而使得油管本体2内的液体无法流出。而当轴流式旋流器3分离出来的液体不断的进入到油管本体2底部的半球结构处时，油管本体2底部的半球结构处的液体浮力也会不断升高，当液体浮力大于凡尔本体5的重力时，凡尔本体5逐渐浮起，凡尔本体5与出液口之间会出现一个缝隙，从而使得油管本体2内的液体流入到油套环空中。而随着油管本体2内的液体不断减少，凡尔本体5会由于自重再次向下移动，并再次堵住出液口。

[0030] 于本实施例中，套管本体1和油管本体2之间设有两个封隔器7，两个封隔器7分别位于混合气体分离装置的上下两端。具体的，位于上方的封隔器7位于汇合通孔12的上方，位于下方的封隔器7则位于位于最下端的混合气体分离装置的下端，两个封隔器7的作用是避免混合气体分离装置分离出来的CH4流到其他地方，最终只能从汇合通孔12流入。

[0031] 于本实施例中，混合气体分离装置为混合气体分离膜8，混合气体分离膜8为氨基活化的多孔SiO2为基底制备大面积连续致密无机膜Zn2BDC2DABCO（混合气体分离膜8来源于文献：SiO2/APTES/Zn2BDC2DABCO复合膜的制备和性能研究）。CO2和CH4在混合气体分离膜8中‑2 ‑2 ‑1 ‑3 ‑2 ‑1的渗透流量分别是1.78×10 mol·m ·s ，1.50×10 mol·m ·s ；CO2的渗透流量比甲烷的渗透流量大一个数量级，因此混合气体分离膜8可以用来提纯CO2和CH4混合气体中的CO2。

[0032] 每个出气管10位于与之对应的混合气体分离膜8的上方，通气孔11则位于与之对应的混合气体分离膜8的上方。

[0033] 当混合气体从下至上穿过混合气体分离膜8时，CO2能够穿过混合气体分离膜8并最终从对应的出气管10排出，而CH4则无法穿过混合气体分离膜8，并从一侧的通气孔11排放到油套环空中，并沿着油套环空向上移动，由于两个封隔器7的限位作用，使得油套环空内的CH4最终从汇合通孔12流入，并沿着油管本体2向上流出。

[0034] 于本实施例中，混合气体分离装置设有两个，设置两个是为了对CO2中的CH4进行进一步的提纯，避免有一些CH4通过第一次的混合气体分离膜8造成浪费。当然，为了进一步提纯，本领域技术人员还可以设置三个、四个或更多的混合气体分离装置。

[0035] 于本实施例中，每个混合气体分离装置的上方设有一个分隔板9，分隔板9固定于油管本体2的内部。由于总共设有两个混合气体分离膜8，所以分隔板9也设有两个。设置分隔板9可以避免通过混合气体分离膜8的CO2向上方流动，从而保证CO2只能够沿着出气管10流出。

[0036] 于本实施例中，如图5所示，混合气体分离膜8为圆弧面结构，其目的是提高混合气体分离膜8与混合气体的接触面积，以此来提高混合气体的分离效果。

[0037] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。