CN106837294B - 超疏水井下油水分离器及其同井注采工艺管柱 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种超疏水井下油水分离器及其同井注采工艺管柱，涉及油田开发技术领域，超疏水井下油水分离器包括外筒体，外筒体的顶部外侧密封连接上接头，外筒体的底部密封连接下接头，外筒体的顶部内侧密封滑动穿设泵筒，泵筒的内侧上部设置有第一单向阀，泵筒的底部周向固定连接环形活塞，泵筒的内侧下部设置第二单向阀；外筒体的内部设有超疏水分离塔板结构，外筒体的侧壁中部设置有第三单向阀，外筒体的底部设置有第四单向限压阀，第四单向限压阀的出口与下接头的内腔连通。该超疏水井下油水分离器结构简单，处理能力可调节，分离效率高。
Description
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域，尤其涉及一种超疏水井下油水分离器及其同井注采工艺管柱。
背景技术
非均质油藏开发中后期，高含水井越来越多，很多井含水率已经高达98％，地面采出液处理成本大大增加，已经达到或接近开采经济技术极限，无法继续开采。为解决这一问题，提出了采用井下油水分离器将水分离并就地注入地层的同井注采工艺。
目前矿场应用较多的井下油水分离装置主要有重力式和旋流式油水分离器。由于重力式油水分离器受沉降时间的影响，处理量不大，分离器管柱长且沉降成分在分离器内部聚集，严重影响使用寿命，矿场应用逐渐减少；目前大部分井均采用旋流式油水分离器，但旋流式油水分离器需配套电潜泵使用，无法应用于常规的有杆泵采油井中，且根据现场试验的统计数据，其成功率仅达到50％，无法大规模推广使用。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种超疏水井下油水分离器及其同井注采工艺管柱，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超疏水井下油水分离器及其同井注采工艺管柱，解决传统的重力式油水分离器处理量小、旋流式油水分离器需配合电泵使用且成功率低等问题，该超疏水井下油水分离器结构简单，处理能力可调节，分离效率高。
本发明的目的是这样实现的，一种超疏水井下油水分离器，包括外筒体，所述外筒体的顶部外侧密封连接有中空的上接头，所述外筒体的底部密封连接有中空的下接头，所述外筒体的顶部内侧密封滑动穿设有顶部密封的泵筒，所述泵筒的内侧上部设置有允许液体向上流出、且出口能随所述泵筒下移封闭的第一单向阀，所述泵筒的底部周向固定连接有能沿所述外筒体的内壁密封滑动、且中空的环形活塞，所述泵筒的内侧下部设置有允许液体自所述外筒体的内腔向上流入的第二单向阀；所述外筒体的内部设有允许油直接流过、且顶部与所述环形活塞的底部间隔设置的超疏水分离塔板结构，所述外筒体的侧壁中部设置有允许液体流入所述外筒体内部的第三单向阀，所述外筒体的底部设置有允许液体向下流出的第四单向限压阀，所述第四单向限压阀的出口与所述下接头的内腔连通。
在本发明的一较佳实施方式中，所述超疏水分离塔板结构包括多个与所述外筒体的轴向呈第一倾斜角、且均匀间隔设置的超疏水塔板，各所述超疏水塔板的一侧与所述外筒体的内壁之间均形成通道豁口、且各所述超疏水塔板的侧壁与所述外筒体的内壁抵靠固定连接，相邻的两个所述通道豁口相互交错设置，所述超疏水塔板上设置有多个超疏水过孔。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一倾斜角的范围是45°～60°；所述超疏水塔板为网状结构，所述网状结构的表面上涂覆有超疏水材料单元，所述网状结构上的网格孔构成所述超疏水过孔。
在本发明的一较佳实施方式中，所述外筒体的内侧顶部密封连接有滑套，所述滑套上设置有上下贯通的泵筒过孔，所述泵筒过孔中滑动穿设所述泵筒。
在本发明的一较佳实施方式中，所述外筒体包括上下连接的上筒体和下筒体，所述上筒体的内侧顶部密封连接所述滑套，所述上筒体的底部设置有上筒体封板，所述上筒体封板上设置有贯通的上连接孔，所述上筒体封板上设置有与所述第三单向阀的入口连通的采出液入口；所述下筒体的顶部设置有下筒体封板，所述下筒体封板上设置有贯通的下连接孔，所述下连接孔中固定连接有中空的连接接头，所述连接接头的顶部密封固定穿设于所述上连接孔中；所述上筒体和所述下筒体内均设置有多个所述超疏水塔板。
在本发明的一较佳实施方式中，所述泵筒的侧壁上部设置有第一贯通出液孔，所述第一贯通出液孔构成所述第一单向阀的出口。
在本发明的一较佳实施方式中，所述泵筒的顶部密封设置有泵筒顶盖，所述泵筒顶盖上方通过一抽油杆脱接器与抽油杆连接。
在本发明的一较佳实施方式中，所述环形活塞包括下部与所述外筒体的内壁匹配的环形活塞圆柱段，所述环形活塞圆柱段通过直径向上渐缩的环形活塞锥段连接于所述泵筒的底部。
在本发明的一较佳实施方式中，所述下接头的顶部密封套设于所述外筒体的内侧底部，所述下接头的内侧顶部密封连接有下封堵接头，所述下封堵接头上设置有顶部开口的定位孔，所述定位孔中固定设置所述第四单向限压阀，所述第四单向限压阀的入口与所述外筒体的内部连通，所述下封堵接头上还设置有与所述第四单向限压阀的出口连通的第二贯通出液孔。
本发明的目的还可以这样实现，一种同井注采工艺管柱，所述同井注采工艺管柱包括超疏水井下油水分离器，所述超疏水井下油水分离器的上方通过所述上接头密封连接上部油管，所述超疏水井下油水分离器的下方通过所述下接头密封连接下部油管，所述上部油管中穿设抽油杆，所述抽油杆的底部与所述泵筒的顶部连接，所述上部油管上连接有上封隔器，所述下部油管上连接有下封隔器，所述下部油管位于所述下封隔器的下方连接有筛管，所述下部油管的底部密封连接有丝堵。
由上所述，本发明提供的超疏水井下油水分离器及其同井注采工艺管柱具有如下有益效果：
本发明的超疏水井下油水分离器中设置超疏水分离塔板结构，在超疏水分离塔板结构对油水的选择性通过和重力的作用下，超疏水分离塔板结构对采出液进行油水分离，分离效率较高；本发明的超疏水井下油水分离器顶部的泵筒上冲程时，采出液经第三单向阀进入外筒体内部，泵筒下冲程前半程时，外筒体内侧上部富集的油液经第二单向阀、泵筒和第一单向阀流出外筒体，泵筒下移至第一单向阀出口封闭后，泵筒进入下冲程后半程时，外筒体内部压力升高，外筒体内侧下方富集的水经第四单向限压阀流出外筒体，实现了同井注采；本发明的超疏水井下油水分离器结构简单，处理能力可调节，分离效率高。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明的超疏水井下油水分离器的结构示意图。
图2：为本发明的同井注采工艺管柱的结构示意图。
图中：
100、超疏水井下油水分离器；101、分离器上部空间；
200、同井注采工艺管柱；
1、外筒体；
11、滑套；
12、上筒体；
13、下筒体；131、下筒体封板；
14、连接接头；
2、上接头；
3、下接头；
31、下封堵接头；311、第二贯通出液孔；
4、泵筒；
41、环形活塞；411、环形活塞圆柱段；412、环形活塞锥段；
42、第一贯通出液孔；
43、泵筒顶盖；
51、第一单向阀；52、第二单向阀；53、第三单向阀；54、第四单向限压阀；
6、超疏水分离塔板结构；61、超疏水塔板；
7、抽油杆；71、抽油杆脱接器；
81、上部油管；
82、下部油管；821、筛管；822、丝堵；
91、上封隔器；
92、下封隔器；
93、采油层；
94、注水层。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2所示，本发明提供一种超疏水井下油水分离器100，包括外筒体1，在本发明的一具体实施例中，外筒体1的长度为10～12m；外筒体1的顶部外侧密封连接有中空的上接头2，位于外筒体1上方的上接头2的内腔构成分离器上部空间101，外筒体1的底部密封连接有中空的下接头3，本发明的超疏水井下油水分离器100使用时，通过上接头2连接上部油管81，通过下接头3连接下部油管82；外筒体1的顶部内侧密封滑动穿设有顶部密封的泵筒4，泵筒4上移时为上冲程，泵筒4下移时为下冲程，泵筒4的内侧上部设置有允许液体向上流出、且出口能随泵筒4下移封闭的第一单向阀51，泵筒4的底部周向固定连接有能沿外筒体1的内壁密封滑动、且中空的环形活塞41，泵筒4的内侧下部设置有允许液体自外筒体1的内腔向上流入的第二单向阀52；外筒体1的内部设有允许油直接流过、且顶部与环形活塞41的底部间隔设置的超疏水分离塔板结构6，外筒体1的侧壁中部、与超疏水分离塔板结构6对应的位置设置有允许液体流入外筒体1内部的第三单向阀53，外筒体1的底部设置有允许液体向下流出的第四单向限压阀54，在本实施方式中，第四单向限压阀54的压力设置为2～3MPa，外筒体1内部的压力大于该压力值时，第四单向限压阀54打开，允许液体自外筒体1流出。第四单向限压阀54的出口与下接头3的内腔连通。本发明的超疏水井下油水分离器100中设置超疏水分离塔板结构6，在超疏水分离塔板结构对油水的选择性通过和重力的作用下，超疏水分离塔板结构6对自超疏水井下油水分离器100上的第三单向阀53进入的采出液进行油水分离，采出液中的油上浮聚集在超疏水分离塔板结构6上方，采出液中的水在重力作用下聚集于超疏水分离塔板结构6的下方；泵筒4上冲程时，采出液经第三单向阀53进入外筒体1内部，泵筒4下冲程分为前半程和后半程两部分，前半程时，外筒体1内侧上部富集的油液经第二单向阀52、泵筒4和第一单向阀51流出外筒体1，泵筒4下移至第一单向阀51出口封闭后进入后半程，后半程时，外筒体1内部压力升高，外筒体1内侧下方的水经第四单向限压阀54流出外筒体1，超疏水井下油水分离器100无需外接独立的举升和注入设备，即可实现高含水油井中的同井注采；本发明的超疏水井下油水分离器100结构简单，通过调节泵筒4的冲程和冲次，可以改变整个分离器的进液量，即采出液的处理量，处理能力可调节，分离效率高。
进一步，如图1所示，超疏水分离塔板结构6包括多个与外筒体1的轴向呈第一倾斜角α、且均匀间隔设置的超疏水塔板61，各超疏水塔板61的一侧与外筒体1的内壁之间均形成通道豁口、且各超疏水塔板61的侧壁与外筒体1的内壁抵靠固定连接，相邻的两个通道豁口相互交错设置，超疏水塔板61上设置有多个超疏水过孔。在本发明的一具体实施例中，设定最上方的超疏水塔板61的通道豁口设置在位于倾斜方向上方的一侧，那么其下方相邻的超疏水塔板61的通道豁口设置在位于倾斜方向下方的一侧，向下依次交错设置，进行构成迂回的通道；在本实施方式中，第一倾斜角α的范围是45°～60°。自超疏水井下油水分离器100上的第三单向阀53进入的采出液为油水混合液体，由于超疏水材料特性，油水混合液体中的油能在超疏水过孔的表面粘附聚集并能直接通过超疏水过孔，油水混合液体中的水无法直接通过超疏水过孔，相邻的两个超疏水塔板61之间的间隔空间和通道豁口形成水流通道，水只能在水流通道中逐层环绕流动。由于油的密度小于水的密度，油能通过超疏水过孔快速上浮到达超疏水分离塔板结构6的上方(需要说明的是，超疏水分离塔板结构6的上方的液体并非100％油液，而是含油比例很高的流体)，而水在重力作用下向下流动聚集在外筒体1的下部，超疏水分离塔板结构6快速地完成了油水混合液体的油水分离。
进一步，超疏水塔板61为网状结构，网状结构的表面上涂覆有超疏水材料单元，超疏水材料单元对水的接触角大于150°(现有技术)，网状结构上的网格孔构成上述的超疏水过孔。在本实施方式中，网状结构的网格目数为200～400目。在本发明的一具体实施例中，网状结构为金属网状结构，厚度为0.5～1cm，相邻两个超疏水塔板61之间的间距为2～3cm。
进一步，如图1所示，外筒体1的内侧顶部密封连接有滑套11，滑套11上设置有上下贯通的泵筒过孔，泵筒过孔中滑动穿设泵筒4。泵筒4能沿泵筒过孔上下移动，泵筒下移(即下冲程)，前半程时，超疏水分离塔板结构6上方的油液经第二单向阀52、泵筒4和第一单向阀51流出外筒体1，继续下移，滑套11的内壁密封第一单向阀51的出口，泵筒进入后半程，外筒体1内腔封闭压力升高，第四单向限压阀54打开，超疏水分离塔板结构6下方的水经第四单向限压阀54向下流出外筒体1；泵筒上移(即上冲程)，第一单向阀51、第二单向阀52和第四单向限压阀54呈封闭状态，采出液经第三单向阀53进入外筒体1内部，经超疏水分离塔板结构6进行油水分离。
进一步，如图1所示，外筒体1包括上下连接的上筒体12和下筒体13，上筒体12的内侧顶部密封连接滑套11，上筒体12的底部设置有上筒体封板，上筒体封板上设置有贯通的上连接孔，上筒体封板上设置有与第三单向阀53的入口连通的采出液入口；下筒体13的顶部设置有下筒体封板131，下筒体封板131上设置有贯通的下连接孔，下连接孔中固定连接有中空的连接接头14，连接接头14的顶部密封固定穿设于上连接孔中；上筒体12和下筒体13内均设置有多个超疏水塔板61。
进一步，如图1所示，泵筒4的侧壁上部设置有第一贯通出液孔42，第一贯通出液孔42构成第一单向阀的出口。
进一步，如图1所示，泵筒4的顶部密封设置有泵筒顶盖43，泵筒顶盖43上方通过一抽油杆脱接器71与抽油杆7连接。抽油杆7上下移动从而带动泵筒4上下移动，完成泵筒4的上下冲程，完成同井注采。
进一步，如图1所示，环形活塞41包括下部与外筒体1的内壁匹配的环形活塞圆柱段411，环形活塞圆柱段411通过直径向上渐缩的环形活塞锥段412连接于泵筒4的底部。
进一步，如图1所示，下接头3的顶部密封套设于外筒体1的内侧底部，下接头3的内侧顶部密封连接有下封堵接头31，下封堵接头31上设置有顶部开口的定位孔，定位孔中固定设置第四单向限压阀54，第四单向限压阀54的入口与外筒体1的内部连通，下封堵接头31上还设置有与第四单向限压阀54的出口连通的第二贯通出液孔311。在本发明的一具体实施例中，第四单向限压阀54的阀座上设置有与阀体连接的调压弹簧，当外筒体1内部的压力小于调压弹簧作用于阀体上的向上的压力时，阀体封闭第四单向限压阀54的入口，外筒体1内部的液体无法向下流出；当外筒体1内部的压力大于调压弹簧作用于阀体上的向上的压力时，第四单向限压阀54的入口打开，外筒体1内部的液体向下流出。
如图2所示，本发明还提供一种同井注采工艺管柱200，同井注采工艺管柱200包括前述的超疏水井下油水分离器100，超疏水井下油水分离器100的上方通过上接头2密封连接上部油管81，超疏水井下油水分离器100的下方通过下接头3密封连接下部油管82，上部油管81中穿设抽油杆7，抽油杆7的底部与泵筒4的顶部连接，上部油管81上连接有上封隔器91，下部油管82上连接有下封隔器92，下部油管82位于下封隔器92的下方连接有筛管821，下部油管82的底部密封连接有丝堵822。上封隔器91、下封隔器92和筛管821的位置根据实际生产情况确定，其位置应保证在第三单向阀53与采油层93相对时，上封隔器91位于采油层93的上方，下封隔器92位于采油层93和注水层94之间，筛管821与注水层94相对设置。
使用包括超疏水井下油水分离器100的同井注采工艺管柱200进行高含水油井开采时，具体包括以下步骤：
步骤a、首先通过上接头2连接上部油管81，通过下接头3连接下部油管82，抽油杆7设于上部油管81内部，抽油杆7的底部通过抽油杆脱接器71与泵筒4的顶部连接，下部油管82上连接筛管821、丝堵822。然后，在上部油管81上连接上封隔器91，在下部油管82上位于筛管821的上方位置连接下封隔器92；
步骤b、组装完成后，将超疏水井下油水分离器100下入油井中，外筒体1上的第三单向阀53与采油层93相对时，对上封隔器91、下封隔器92进行坐封操作，此时，上封隔器91位于采油层93的上方，下封隔器92位于采油层93和注水层94之间；
步骤c、向上拉动抽油杆7，泵筒4开始上冲程进程，此时，外筒体1中部的第三单向阀53打开，采油层93的采出液(油水混合液体)经第三单向阀53进入外筒体1的内部，采出液经超疏水分离塔板结构6进行油水分离，油能通过超疏水过孔快速上浮到达超疏水分离塔板结构6的上方(需要说明的是，超疏水分离塔板结构6的上方的液体并非100％油液，而是含油比例很高的流体)，而水(需要说明的是，超疏水分离塔板结构6的下方的液体并非100％水，而是含水比例很高的流体)在重力作用下向下流动聚集在外筒体1的下部；上冲程结束后，第三单向阀53关闭；
步骤d、向下推动抽油杆7，泵筒4开始下冲程进程，前半程时，外筒体1内侧上部富集的油液经第二单向阀52、泵筒4和第一单向阀51流出外筒体1进入分离器上部空间101；泵筒4下移至第一单向阀51出口封闭后，进入下冲程后半程，外筒体1呈密封状态，泵筒4继续下移使外筒体1内部压力升高，外筒体1内部的压力大于第四单向限压阀54设置的压力值时，第四单向限压阀54打开，外筒体1内侧下方的水经第四单向限压阀54流出外筒体1，经下部油管82通过筛管821注入到注水层94；下冲程结束后，第四单向限压阀54关闭；
步骤e、重复抽油杆7上拉动作，泵筒4重复上冲程进程，采油层93的采出液(油水混合液体)进入外筒体1进行油水分离，同时随着泵筒4上移，上一个下冲程过程中进入分离器上部空间101的油液被挤压进入上部油管81并举升至地面；上冲程结束后，泵筒4开始下冲程进程，重复步骤d；
步骤f、抽油杆7重复推拉运动，直至完成高含水油井开采；结束开采后，解封上封隔器91、下封隔器92，通过上部油管81把同井注采工艺管柱200提升出高含水油井。
本发明的超疏水井下油水分离器中设置超疏水分离塔板结构，在超疏水分离塔板结构对油水的选择性通过和重力的作用下，超疏水分离塔板结构对采出液进行油水分离，分离效率较高；本发明的超疏水井下油水分离器顶部的泵筒上冲程时，采出液经第三单向阀进入外筒体内部，泵筒下冲程前半程时，外筒体内侧上部富集的油液经第二单向阀、泵筒和第一单向阀流出外筒体，泵筒下移至第一单向阀出口封闭后，泵筒进入下冲程后半程时，外筒体内部压力升高，外筒体内侧下方富集的水经第四单向限压阀流出外筒体，实现了同井注采；本发明的超疏水井下油水分离器结构简单，处理能力可调节，分离效率高。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种超疏水井下油水分离器，包括外筒体，所述外筒体的顶部外侧密封连接有中空的上接头，所述外筒体的底部密封连接有中空的下接头，其特征在于，所述外筒体的顶部内侧密封滑动穿设有顶部密封的泵筒，所述泵筒的内侧上部设置有允许液体向上流出、且出口能随所述泵筒下移封闭的第一单向阀，所述泵筒的底部周向固定连接有能沿所述外筒体的内壁密封滑动、且中空的环形活塞，所述泵筒的内侧下部设置有允许液体自所述外筒体的内腔向上流入的第二单向阀；所述外筒体的内部设有允许油直接流过、且顶部与所述环形活塞的底部间隔设置的超疏水分离塔板结构，所述外筒体的侧壁中部设置有允许液体流入所述外筒体内部的第三单向阀，所述外筒体的底部设置有允许液体向下流出的第四单向限压阀，所述第四单向限压阀的出口与所述下接头的内腔连通。
2.如权利要求1所述的超疏水井下油水分离器，其特征在于，所述超疏水分离塔板结构包括多个与所述外筒体的轴向呈第一倾斜角、且均匀间隔设置的超疏水塔板，各所述超疏水塔板的一侧与所述外筒体的内壁之间均形成通道豁口、且各所述超疏水塔板的侧壁与所述外筒体的内壁抵靠固定连接，相邻的两个所述通道豁口相互交错设置，所述超疏水塔板上设置有多个超疏水过孔。
3.如权利要求2所述的超疏水井下油水分离器，其特征在于，所述第一倾斜角的范围是45°～60°；所述超疏水塔板为网状结构，所述网状结构的表面上涂覆有超疏水材料单元，所述网状结构上的网格孔构成所述超疏水过孔。
4.如权利要求2所述的超疏水井下油水分离器，其特征在于，所述外筒体的内侧顶部密封连接有滑套，所述滑套上设置有上下贯通的泵筒过孔，所述泵筒过孔中滑动穿设所述泵筒。
5.如权利要求4所述的超疏水井下油水分离器，其特征在于，所述外筒体包括上下连接的上筒体和下筒体，所述上筒体的内侧顶部密封连接所述滑套，所述上筒体的底部设置有上筒体封板，所述上筒体封板上设置有贯通的上连接孔，所述上筒体封板上设置有与所述第三单向阀的入口连通的采出液入口；所述下筒体的顶部设置有下筒体封板，所述下筒体封板上设置有贯通的下连接孔，所述下连接孔中固定连接有中空的连接接头，所述连接接头的顶部密封固定穿设于所述上连接孔中；所述上筒体和所述下筒体内均设置有多个所述超疏水塔板。
6.如权利要求1所述的超疏水井下油水分离器，其特征在于，所述泵筒的侧壁上部设置有第一贯通出液孔，所述第一贯通出液孔构成所述第一单向阀的出口。
7.如权利要求1所述的超疏水井下油水分离器，其特征在于，所述泵筒的顶部密封设置有泵筒顶盖，所述泵筒顶盖上方通过一抽油杆脱接器与抽油杆连接。
8.如权利要求1所述的超疏水井下油水分离器，其特征在于，所述环形活塞包括下部与所述外筒体的内壁匹配的环形活塞圆柱段，所述环形活塞圆柱段通过直径向上渐缩的环形活塞锥段连接于所述泵筒的底部。
9.如权利要求1所述的超疏水井下油水分离器，其特征在于，所述下接头的顶部密封套设于所述外筒体的内侧底部，所述下接头的内侧顶部密封连接有下封堵接头，所述下封堵接头上设置有顶部开口的定位孔，所述定位孔中固定设置所述第四单向限压阀，所述第四单向限压阀的入口与所述外筒体的内部连通，所述下封堵接头上还设置有与所述第四单向限压阀的出口连通的第二贯通出液孔。
10.一种同井注采工艺管柱，其特征在于，所述同井注采工艺管柱包括如权利要求1至9任一项所述的超疏水井下油水分离器，所述超疏水井下油水分离器的上方通过所述上接头密封连接上部油管，所述超疏水井下油水分离器的下方通过所述下接头密封连接下部油管，所述上部油管中穿设抽油杆，所述抽油杆的底部与所述泵筒的顶部连接，所述上部油管上连接有上封隔器，所述下部油管上连接有下封隔器，所述下部油管位于所述下封隔器的下方连接有筛管，所述下部油管的底部密封连接有丝堵。
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