CN102434134B - 水力切割法开采高粘高凝原油的方法 - Google Patents
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Abstract
水力切割法开采高粘高凝原油的方法，应用于油田开采高粘高凝原油。采取的步骤包括：将采油管柱下入套管内，采油管柱下端连接有喷射工具，喷射工具下端喷射器下入井内高粘高凝原油凝固点的深度；坐封封隔器；往井里注入油田分离出的油田污水或清水；同时开启抽油机，抽油机带动抽油泵内的柱塞上下往复运动。注入的油田污水或清水与采出液同时被抽油泵输送到地面。效果是：使高粘高凝原油的开采更加高效、节能、环保。高粘高凝原油在凝固点附近被油田污水或清水力切割成了细小的颗粒，细小颗粒在冷水的作用下进一步凝固，形成有一定硬度、不乳化、无蜡析出的原油颗粒，解决了原油开采过程中的乳化和结蜡现象。
Description
技术领域
本发明涉及油田采油技术领域，特别涉及石油开采高粘高凝原油的方法，是一种采用水力切割法将原油切割成碎块并采用柱塞泵举升原油的方法。
背景技术
目前，高粘高凝原油具有粘度高，凝固点高、对温度的敏感性强等特点，在开采过程中流动阻力大，也造成悬点载荷大幅度增加。所述的高粘高凝原油是：凝固点高于摄氏50度以上，粘度在摄氏50度时的粘度达到1000mpa.s以上的脱气原油。在实际开采过程中，主要表现为上行程时悬点载荷大，下行程时抽油杆下行速度减缓，严重时导致抽油杆下行困难，光杆撞击驴头等事故。在高粘高凝原油开采过程中的困难不仅仅表现在抽油系统中，在输油过程中也会造成输压过高，输送困难等问题。由于输压过高，加大了井口油管回压，从而加剧抽油系统的负担。
为了解决高粘高凝原油开采中遇到的难题，油田工程师和专业技术人员采用了许多措施来降低高粘原油在开采和输送过程中的粘度。目前在开采高粘原油方面采取的方法主要有电加热开采法、掺稀油开采法、添加降粘剂开采法。这些方法在开采不同粘度原油方面虽然都起到了一定的作用，但是也都有其局限性，并且都不同程度的增加了高粘原油开采的综合成本。对上述三种常用的高粘高凝原油开采方法简介如下：
1、电加热开采法：电加热法开采高粘高凝原油的技术原理主要是采用中间加有电阻丝的抽油杆对高粘高凝原油进行加热，使高粘高凝原油的温度始终保持在凝固点以上，增加其流动性，减少流动阻力和粘滞性，使流入井内的高粘高凝原油顺利的被采到地面。电加热法除了采用电热杆以外，另一种方式是采用电加热油管对高粘高凝原油进行加热，其技术原理与电加热杆法相同，目的是提高高粘高凝原油的流动性能。
电加热法虽然能起到降低高粘高凝原油流动阻力的作用，但是由于井筒上部周围地层的温度较低，电热杆产生的热量只有部分用来加热高粘高凝原油，大部分热量被周围地层吸收，从而导致热利用率非常低，电能消耗大，大大增加了高粘高凝原油开采的成本。
2、掺稀油开采法：掺稀油法也是现场在开采高粘高凝原油中普遍采用的方法之一。其技术原理是，将粘度非常低的稀油从油井油套环空中注入井内，与井内的高粘高凝原油混合，从而达到降低原油流动阻力的目的。
这种方法虽然表面上看能够起到稀释高粘高凝原油的作用，但是其使用范围受到较大的限制，对于粘度过高的高粘高凝原油，由于混合不均匀，难以起到较好的稀释效果。掺稀油法的另外一个缺点就是占用了大量的稀油资源，这是导致开采成本升高的一个重要原因。
3、添加降粘剂开采法：
这种方法的主要技术原理是将化学降粘剂(现场采用的主要是表面活性剂)通过不同的形式加入到高粘高凝原油中，使其乳化成水包油乳状液，达到降低高粘高凝原油流动阻力的目的。
在现场应用过程中，这种方法存在的主要缺点有两个：一是添加化学药剂增加了开采成本；二是由于表面活性剂的加入，为原油的后续加工带来了难题，使后续原油处理的成本提高。
发明内容
本发明的目的是：提供一种水力切割法开采高粘高凝原油的方法，采用水力切割法将原油切割成碎块，利用柱塞泵举升原油，解决高粘高凝原油流动阻力大，难以开采的问题。降低综合开采成本，提高开采高粘高凝原油的经济效益。克服电加热开采法、掺稀油开采法、添加降粘剂开采法所带来的开采成本高的不足。
本发明采用的技术方案是：水力切割法开采高粘高凝原油的方法，采取的步骤包括：
步骤A、将采油管柱下入套管内，采油管柱下端连接有喷射工具，喷射工具下端的喷射器下入井内高粘高凝原油凝固点的深度，由于高粘高凝原油的凝固点通常不是一个定值，所以下入深度需要根据高粘高凝原油的凝固点和所在地区的地温梯度来确定，大部分的高粘高凝原油凝固点的深度在1200～1500m的范围内；
步骤B、坐封封隔器，封隔油管与套管之间的环形空间；
步骤C、从油管与套管之间的环形空间内往井里注入油田分离出的油田污水或清水，排量控制在抽油泵排量在20～60m3/d范围之内，注入油田污水或清水的温度控制在高粘高凝原油凝固点以下15～20度之间，地面注入油田污水或清水的压力比喷射器的喷嘴处的压力高2.5～3.5Mpa；注入油田污水或清水通过喷嘴喷出形成高速射流，将喷嘴下部2～5m范围内高粘高凝原油进行水力切割、破碎高粘高凝原油成碎块状，被切割成碎块的原油混合在水中，
步骤D、注入油田污水或清水的同时开启抽油机，抽油机带动抽油泵内的柱塞上下往复运动。注入的油田污水或清水与采出液同时被抽油泵输送到地面。
所述的采油管柱包括抽油杆、油管、抽油泵和喷射工具；喷射工具包括上桥式分流接头、封隔器、下桥式分流接头、中心管和喷射器；喷射器连接在整个管柱的最下端，喷射器的上端与下桥式分流接头用丝扣连接在一起，下桥式分流接头的上端与封隔器下端相连接，封隔器上部与上分流桥式接头相连接，上桥式分流接头与下桥式分流接头由中心管连接。上桥式分流接头的上端与抽油泵相连接，抽油泵的上端连接油管，油管一直连接到井口；抽油杆的下端与抽油泵内的柱塞相连接，抽油杆一直连接到井口；构成整个水力切割法开采高粘高凝原油的采油管柱。
所述的喷射器由本体和喷嘴组成，喷射器的本体上端为圆柱体形有中心孔，本体上端有外螺纹；本体的下端有圆锥形中心孔，便于液体的加速，在圆锥形中心孔的下端有内螺纹，本体的下端螺纹固定有圆柱体形的喷嘴；喷嘴上有呈分120度均匀分布着三个斜向孔，三个斜向孔与中心线之间有10～20度的夹角，从三个斜向孔喷射出的流体能形成一个漩流，促进高粘高凝原油被切割成小的原油碎块。
所述的上桥式分流接头为圆柱体形，上桥式分流接头上下两端分别有连接了螺纹；在上桥式分流接头内部有隔墙，隔墙使上桥式分流接头两端形成上腔和下腔，在隔墙上有偏心的出液通道，出液通道沟通上腔和下腔；在隔墙的下端中心有进液孔，进液孔连通上桥式分流接头下腔与外壁，进液孔有内螺纹，进液孔内螺纹连接中心管。
所述的下桥式分流接头为圆柱体形，下桥式分流接头上端有连接螺纹；在下桥式分流接头的下端有隔墙，隔墙的上端形成上腔，在隔墙上有偏心的进液通道，进液通道沟通上腔和上桥式分流接头下部的排液通道；在隔墙上有中心孔，中心孔上下两端分别有有内螺纹，中心孔上端的内螺纹能连接中心管，中心孔下端的内螺纹连接喷射器。
简述水力切割法开采高粘高凝原油的方法的技术原理：从两个方面对水力切割法开采高粘高凝原油的方法的技术原理进行叙述；从技术方面来说，主要是充分利用了高粘高凝原油对温度敏感的特性，高粘油粘度对温度的敏感特性曲线是一条指数曲线，当温度高于其凝固点后，原油的粘度将大幅度下降。反过来，当原油的温度低于凝固点后，原油的粘度急剧增加。充分利用高粘高凝原油的低温特性，是本发明的理论基础，利用高粘原油在低温下粘度急剧增加的这个特性，通过工艺管柱将冷的油田污水或清水通过喷嘴注入到高粘高凝原油凝固点附近的井段，通过油田污水或清水的冷却作用使该井段的高粘原油温度迅速降低，使高粘原油的粘度迅速增加，利用喷嘴的切割作用将高粘原油切割成小的颗粒，这些小的高粘原油颗粒漂浮在油田污水或清水中随之流被开采到地面。
工艺管柱的技术原理是：参阅图1。在管柱中，油管2、抽油泵6、桥式分流系统喷嘴10构成了水力切割法开采高粘高凝原油的工艺管柱。桥式分流系统由上桥式分流接头7、封隔器8、下桥式分流接头9、中心管12组成。从油套环空中注入的油田污水或清水4到达封隔器8的位置后，从位于封隔器8上面的上桥式分流接头7上的四个进液口71进入中心管12，进入分流系统的油田污水或清水4沿着中心管12到达下桥式分流接头的进液孔，然后进入喷射器10，注入油田污水或清水4通过喷嘴101喷出形成高速射流，将喷嘴101下部2～5m范围内高粘高凝原油进行水力切割、破碎高粘高凝原油11成碎块状，被切割成碎块的原油混合在水中，被进一步冷却成较硬的高粘高凝原油碎块，破碎的高粘高凝原油5与油田污水或清水4的混合液一起进入下桥式分流接头9上的四个进液口91，然后进入封隔器8内管与中心管12组成的环形空间，通过上桥式分流接头7上的四个出液口72进入抽油泵6内，通过抽油泵将高粘高凝原油碎块5与油田污水或清水4的混合物抽到地面。
漂浮在油田污水或清水4中的原油小颗粒由于沿程冷水的作用，其凝固的程度会相对增加，不会发生软化现象，因而不会粘附在油管或抽油杆上，由于高粘高凝原油是以细碎颗粒的状态悬浮于油田污水或清水4中，也不会发生乳化、蜡析出等现象。
本发明的有益效果：本发明水力切割法开采高粘高凝原油的方法，与常规对高粘高凝原油采用降粘的开采方法相比，本发明无需电、稀油、降粘药剂的投入，大幅度降低高粘高凝原油开采成本。使高粘高凝原油的开采更加高效、节能、环保。由于高粘高凝原油在凝固点附近被油田污水或清水力切割成了细小的颗粒，这些细小颗粒在冷水的作用下进一步凝固，形成有一定硬度、不乳化、无蜡析出的原油颗粒，解决了原油开采过程中的乳化和结蜡现象。
附图说明
图1是本发明水力切割法开采高粘高凝原油的原理示意图。
图2a是上桥式分流接头7结构剖面示意图；并且，图2a是图2b的B-B转折剖面图。图2b是图2a的A-A剖面图。
图3a是下桥式分流接头9结构剖面示意图；图3b是图3a的C-C剖面图。
图4b是喷射器10结构剖面示意图，图4a是图4b的仰视图。
图中，1-抽油杆，2-油管，3-套管，4-油田污水或清水，5-原油碎块，6-抽油泵，7-上桥式分流接头，8-封隔器，9-下桥式分流接头，10-喷射器，11-高粘高凝原油，12-中心管，71-进液孔，72-出液通道，91-进液通道，101-喷嘴，102-本体。
具体实施方式
实施例1：以一口套管直径为124mm，原油凝固点为50度，地温梯度为3.5℃/100m，井下凝固原油井为例，对本发明水力切割法开采高粘高凝原油的方法作进一步详细说明。
参阅图1。水力切割法开采高粘高凝原油的方法，采取的步骤包括：
在井口连接采油管柱，所述的采油管柱包括抽油杆1、油管2、抽油泵6和喷射工具；喷射工具包括上桥式分流接头7、封隔器8、下桥式分流接头9、中心管12和喷射器10；喷射器10连接在整个管柱的最下端，喷射器10的上端与下桥式分流接头9用丝扣连接在一起，下桥式分流接头9的上端与封隔器10下端相连接，封隔器10上部与上分流桥式接头7相连接，上桥式分流接头7与下桥式分流接头9由中心管12连接。上桥式分流接头7的上端与抽油泵6相连接，抽油泵6的上端连接油管2，油管2一直连接到井口；抽油杆1的下端与抽油泵6内的柱塞相连接，抽油杆1一直连接到井口；构成整个水力切割法开采高粘高凝原油的采油管柱。
步骤A、将采油管柱下入套管3内，采油管柱下端连接有喷射工具，喷射工具下端的喷射器10下入1500m的深度；
步骤B、坐封封隔器8，封隔油管2与套管3之间的环形空间；
步骤C、从油管2与套管3之间的环形空间内往井里注入油田分离出的油田污水或清水4，排量控制在20m3/d范围之内，注入油田污水或清水4的温度控制在高粘高凝原油凝固点以下18℃，地面注入油田污水或清水4的压力比喷射器10的喷嘴处的压力高2.5Mpa；
步骤D、注入油田污水或清水4的同时开启抽油机，抽油机带动抽油泵6内的柱塞上下往复运动。注入的油田污水或清水4与采出液同时被抽油泵6输送到地面。
从下至上将喷射器10、下桥式分流接头9外径114mm；封隔器8的内径80mm、外径124mm，中心管12的内径48mm、外径60mm；上桥式分流接头7的外径为114mm；抽油泵6的柱塞直径57mm；连接在一起，随油管2的直径为73mm，下入井内设计深度，下入深度应根据地温梯度确定，设地温梯度3.5℃/100温度，高粘高凝原油的凝固点为50℃，则泵挂深度为1500m。
随采油管柱一起下入井内的上桥式分流接头7上加工有直径15mm，长60mm的四个进液口71，均匀分布，在四个进液口71之间间隔加工有直径18mm的四个出液口72。喷射器10的喷嘴上加工有三个夹角15°，直径2mm的小孔。
将由油管3、抽油泵6、上桥式分流接头7、封隔器8、下桥式分流接头9、喷射器10组成如图1所示的水力切割开采高粘高凝原油工艺管柱，将整个管柱上的组成部分按照顺序下入井中；
按照封隔器8要求进行坐封。
从大站用罐车拉来或者通过注水管线过来的油田污水或清水4从油管2和套管3之间的环形空间注入，通过上桥式分流装置7进入中心管12，通过喷嘴9喷出射流，将处于凝固点附近的原油进行切割，切割成小碎块的原油5在冷水的作用下进一步凝固，漂浮在水中随水油田污水或清水4流一起进入下桥式分流接头9上进液口14，通过封隔器8内管和中心管12之间的环形空间进入上桥式分流接头的出液口13，然后进入抽油泵内被开采到地面。
所述的喷射器10由本体102和喷嘴101组成，喷射器102的本体102上端为圆柱体形有中心孔，本体102上端有外螺纹；本体102的下端有圆锥形中心孔，便于液体的加速，在圆锥形中心孔的下端有内螺纹，本体102的下端螺纹固定有圆柱体形的喷嘴101；喷嘴101上有呈分120度均匀分布着三个斜向孔103，三个斜向孔103与中心线之间有15度的夹角，从三个斜向孔103喷射出的流体能形成一个漩流，促进高粘高凝原油被切割成小的原油碎块。
所述的上桥式分流接头7为圆柱体形，上桥式分流接头7上下两端分别有连接了螺纹；在上桥式分流接头7内部有隔墙，隔墙使上桥式分流接头7两端形成上腔和下腔，在隔墙上有偏心的出液通道72，出液通道72沟通上腔和下腔；在隔墙的下端中心有进液孔71，进液孔71连通上桥式分流接头7下腔与外壁，进液孔71有内螺纹，进液孔71内螺纹能连接中心管12。
所述的下桥式分流接头9为圆柱体形，下桥式分流接头9上端有连接螺纹；在下桥式分流接头9的下端有隔墙，隔墙的上端形成上腔，在隔墙上有偏心的进液通道91，进液通道91沟通上腔和上桥式分流接头7的出液通道72；在隔墙上有中心孔92，中心孔92上下两端分别有内螺纹，中心孔92上端的内螺纹能连接中心管12，中心孔92下端的内螺纹能连接喷嘴。
根据油井所设定的地温梯度，该工艺管柱的下入深度为1500m，此处的地层温度在高粘高凝原油凝固点附近。如果泵沉没度为400m，地面无需注水压力，仅靠泵挂深度与沉没度的差值就能够满足喷射的需要。若油井每天的产油量为5t，则每天的水注入量在15～20m3之间就可以满足泵抽的要求。这样，高粘高凝原油被水力切割成细小颗粒后在此深度下能够迅速凝固，才不能相互粘接在一起形成大颗粒。
Claims (3)
1.一种水力切割法开采高粘高凝原油的方法，采取的步骤包括：
步骤A、将采油管柱下入套管(3)内，采油管柱下端连接有喷射工具，所述喷射工具包括上桥式分流接头(7)、封隔器(8)、下桥式分流接头(9)、中心管(12)和喷射器(10)；喷射器(10)连接在整个管柱的最下端，喷射器(10)的上端与下桥式分流接头(9)用丝扣连接在一起，下桥式分流接头(9)的上端与封隔器(8)下端相连接，封隔器(8)上部与上分流桥式接头(7)相连接，上桥式分流接头(7)的上端与抽油泵(6)相连接，中心管(12)的一端与上桥式分流接头(7)中的下内螺纹相连接，另一端与下桥式分流接头(9)的上内螺纹相连接，喷射工具下端的喷射器(10)下入井内高粘高凝原油凝固点的深度，高粘高凝原油凝固点的深度在1200～1500m的范围内；
步骤B、坐封封隔器(8)，封隔油管(2)与套管(3)之间的环形空间；
步骤C、从油管(2)与套管(3)之间的环形空间内往井里注入油田分离出的油田污水或清水(4)，排量控制在抽油泵排量在20～60m3/d范围之内，注入油田污水或清水(4)的温度控制在高粘高凝原油凝固点以下15～20度之间，地面注入油田污水或清水(4)的压力比喷射器(10)的喷嘴处的压力高2.5～3.5Mpa；注入油田污水或清水(4)通过喷嘴(101)喷出形成高速射流，将喷嘴(101)下部2～5m范围内高粘高凝原油进行水力切割、破碎高粘高凝原油(11)成碎块状，被切割成碎块的原油混合在水中，
步骤D、注入油田污水或清水(4)的同时开启抽油机，抽油机带动抽油泵(6)内的柱塞上下往复运动；注入的油田污水或清水(4)与采出液同时被抽油泵(6)输送到地面。
2.根据权利要求1所述的水力切割法开采高粘高凝原油的方法，其特征是：所述的采油管柱包括抽油杆(1)、油管(2)、抽油泵(6)和喷射工具；抽油泵(6)的上端连接油管(2)，油管(2)一直连接到井口；抽油杆(1) 的下端与抽油泵(6)内的柱塞相连接，抽油杆(1)一直连接到井口；构成整个水力切割法开采高粘高凝原油的采油管柱。
3.根据权利要求2所述的水力切割法开采高粘高凝原油的方法，其特征是：所述的喷射器(10)由本体(102)和喷嘴(101)组成，喷射器(102)的本体(102)上端为圆柱体形有中心孔，本体(102)上端有外螺纹；本体(102)的下端有圆锥形中心孔，便于液体的加速，在圆锥形中心孔的下端有内螺纹，本体(102)的下端螺纹固定有圆柱体形的喷嘴(101)；喷嘴(101)上有呈分120度均匀分布着三个斜向孔(103)，三个斜向孔(103)与中心线之间有10～20度的夹角，从三个斜向孔(103)喷射出的流体能形成一个漩流，促进高粘高凝原油被切割成小的原油碎块。
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