CN107676057B - 自循环式油套环空掺水注化工药剂装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了自循环式油套环空掺水注化工药剂装置与方法，其中装置包括采油管柱，在采油管柱上自上而下依次设置井口处管内油水分离器、旋流装置、泵上掺混装置、采油泵、封隔器；所述采油泵还连接抽油杆。本发明利用旋流装置，采用旋流强制流动的手段，增加了油田产出液分离适用范围，不仅适用于低流速下的分层流、波状分层流，还适用于高流速下的环状流和弹状流。解决掺化工药剂过程中的过死油帽子和地面供水等难题。
Description
技术领域
本发明涉及掺水注化工剂技术，具体地说是自循环式油套环空掺水注化工药剂装置与方法。
背景技术
通过向井筒流体加入化学药剂，使改变井筒流体内的流体流动特性是油田生产过程中的常用做法，如在油田采油过程中，为实现井下油管及井下抽油泵的清防蜡及防垢，要从油井的油套环型空间向井下添加化学药剂。另外如在稠油生产过程中，从油套环空中加入降粘剂使得井筒中的原油粘度降低是稠油井筒举升中的常用技术。其作用原理是在井筒流体中加入一定量的水溶性表面活性剂溶液，使原油以微小的油珠分散在活性水中，形成水包油乳状液或水包油型粗分散体系，同时活性剂溶液在油管壁和抽油杆表面形成一层活性水膜，起到乳化降粘和润湿降阻的作用。
目前常用的稠油井掺降粘剂的工艺包括，空心杆泵上、泵下掺水融性掺降粘剂，油套环空掺掺水融性掺降粘剂等工艺，目前水溶性降粘剂的浓度一般在5％左右，所以一个较大的稠油区块，其掺水井站可达几十个，掺水油井几百余口，日掺水量数千方，由此可见，其投资规模和生产运行费用都十分昂贵。但是泵上或泵下掺水管柱工艺还较电热杆采油成本低，尤其目前油田均进入开发后期，普遍存在高含水的情况，产液含水高达85％以上，如果利用油井内自身产出水代替掺入水，可以极大的节省地面建站规模并大幅减少油井日常管理费用，同时避免了油套环空间的死油帽子的形成，是一个一举多得的方案。
目前，国内外主要运用的掺水方法主要包括从油套环空掺水的方式，另外是通过空心杆或者特殊通道将所掺的化工药剂掺入产液通道内。油套环空掺水的方式主要是在泵上或泵下利用单流阀的原理将从地面注入的水掺入油管产液内，而空心杆等掺入方法主要从抽油杆或者特殊通道内将水溶液掺水到产液中。
通过油套环空掺水专利有掺水降粘管柱(200620099438.0)，掺水抽油泵(201120325640.1)，稠油井泵上高效乳化单向掺水阀(201220398656.X)，抽油井泵下掺液热循环采油装置(02210070.9)等专利，其核心都是通过地面的工具将从井口的水溶液通过油套环空内的掺入工具掺入到油管内的产液，只是掺入位置和掺入的工具不同。
通过空心杆或者特殊通道的掺水专利有，泵上掺水空心杆(201520535483.5)，空心杆掺水单流阀(200920022728.9)，空心杆掺水降粘装置(200820027636.5)，其核心都是通过地面的掺水流程将从空心杆掺入的水溶液通过空心杆与油管内的掺入工具掺入到油管内的产液，同油套环空掺入工艺一样，也只是掺入位置和掺入的工具不同，原理和方法都是一样。
发明内容
本发明的目的在于提供自循环式油套环空掺水注化工药剂装置与方法，利用旋流装置，采用旋流强制流动的手段，增加了油田产出液分离适用范围，不仅适用于低流速下的分层流、波状分层流，还适用于高流速下的环状流和弹状流。解决掺化工药剂过程中的过死油帽子和地面供水等难题。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，自循环式油套环空掺水注化工药剂装置，包括采油管柱，在采油管柱上自上而下依次设置井口处管内油水分离器、旋流装置、泵上掺混装置、采油泵、封隔器；所述采油泵还连接抽油杆。
在采油管柱上自上而下依次设置井口处管内油水分离器、旋流装置、采油泵、泵下掺混装置、封隔器；所述采油泵还连接抽油杆。
所述井口处管内油水分离器包括油管、分离套，所述分离套空套在油管外侧，两者形成管间环空，所述管间环空上端封堵环状挡板，下端形成限流通道连通至油套环空，所述油管上开设斜向的环状分离通道，连通管间环空和油管内腔，所述管间环空内部为变径内腔，在变径处形成球座，球座安放密封球，密封球下方设置复位弹簧，保证只能油管内腔向油套环空的单向流向。
所述环状分离通道内径为5-10mm，且与来流方向夹角30-45°，所述旋流装置与环状分离通道的垂直距离为1-5倍管径的长度。
所述泵上掺混装置包括油管、掺混套，所述掺混套空套在油管外侧，两者形成管间环空，所述管间环空下端封堵环状挡板，上端形成限流通道连通至油套环空，所述油管上开设斜向的环状分离通道，连通管间环空和油管内腔，所述管间环空内部为变径内腔，在变径处形成球座，球座安放密封球，密封球下方设置复位弹簧，保证只能油套环空向油管内腔的单向流向；所述环状分离通道内径为5-10mm，且与来流方向夹角150-135°。
所述泵下掺混装置包括油管、掺混套，所述掺混套空套在油管外侧，两者形成管间环空，所述管间环空下端封堵环状挡板，上端形成限流通道连通至油套环空，所述油管上开设斜向的环状分离通道，连通管间环空和油管内腔，所述管间环空内部为变径内腔，在变径处形成球座，球座安放密封球，密封球下方设置复位弹簧，保证只能油套环空向油管内腔的单向流向；所述环状分离通道内径为5-10mm，且与来流方向夹角150-135°。
所述旋流装置由4-8片螺旋叶片组成，叶片高度小于采油管柱的入口段直径的0.6-0.8倍，中间是空心的中心轴，固定在旋流装置的圆形管道内。
为了达成上述另一目的，本发明采用了如下技术方案，自循环式油套环空掺水注化工药剂方法，采油管柱中的高含水产液以各种不同的流型流过位于管中心的抽油杆进入旋流装置后，通过旋流式整流后油水两相流安装密度差的原因发展成紧贴管壁的均匀厚度的水环和中间的油核的油水环状流，当紧贴管壁的水环流到井口处管内油水分离器的时候，通过与来流方向夹角30-45°的外展形式流出，流出的产液通过井口处管内油水分离器中的限流通道控制进入油套环空的水量，保证掺入化工药剂的浓度要求；分离出的水然后在油套环空内与从井口掺入的化工药剂一起靠重力的方式流动到位于此封闭空间内的泵上掺混装置中，通过此装置设计掺入流量的限流通道进入油井产出液中，实现高含水油井的自循环油套环空掺水注化工剂的目的。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
通过旋流装置将流型复杂的油水产出液整理成想要的水环在外，油核在内环状流，通过小巧的分离流道和限流装置设计，实现了高含水产出液的水相分离，然后在油套环空内与从井口掺入的化工药剂一起靠重力的方式流动到位于此封闭空间内的泵上掺混装置，通过此装置设计掺入流量的限流通道进入油井产出液中，实现高含水油井的自循环油套环空掺水注化工剂的目的。同时也完全不同于井下常规的旋风分离的方式和方法,缩小了分离装置，提高了分离效果,同时减少地面建站节约了投资。
本发明利用旋流装置，采用旋流强制流动的手段，增加了油田产出液分离适用范围，不仅适用于低流速下的分层流、波状分层流，还适用于高流速下的环状流和弹状流。
附图说明
图1A为本发明的实施例之一的结构示意图；
图1B为本发明的实施例之二的结构示意图；
图2为井口处管内油水分离器的结构图；
图3为泵上或泵下掺混装置结构图；
图4为旋流装置结构图；
图5为旋流装置的旋流叶片示意图；
图6为旋流后流型图；
图7为图6的B-B剖视图；
图8为图6的A-A剖视图。
图中：1、井口处管内油水分离器；2、旋流装置；3、抽油杆；4、采油管柱；5-1、泵上掺混装置；5-2、泵下掺混装置；6、采油泵；7、封隔器；8、产液进口；
101、油管接箍；102、油管；103、环状挡板；104、环状分离通道；105、密封球及球座；106、复位弹簧；107、限流通道；
201、油管接箍；202、油管；203、限流通道；204、密封球及球座；205、复位弹簧；206、环状分离通道；207、环状挡板；
301、产出液普通流型；302、旋流装置；303、环状流型。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
图1为自循环式油套环空掺水注化工剂方法的一种装置示意图，显示了整个自循环式油套环空掺水注化工剂方法的连接方式和实现方法。
图2为井口处管内油水分离器1，显示了本装置的具体内部结构细节，通过油管接箍101与油管管柱连接，通过环状分流通道104实现贴壁水环的分离，通过限流通道107实现流体流量控制和流出，其中球和球座105和复位弹簧106是保证内循环的分离出水量达到最低限制的时候才能推动球离开球座实现分离水的流出，同时保证当套管内的液位超过限制的时候，即掺入的量和流出量不匹配的时候自动关闭。
图3为泵上或泵下掺混装置5，显示了本装置的具体内部结构细节，通过油管接箍201与油管管柱连接，通过环状分流通道206实现分离水和化工剂的混合物与产液的掺混，通过限流通道203实现流体流量控制和流入，其中球和球座204和复位弹簧205也是保证内循环的分离出水量和掺混水量的平衡而设置装置。
图4、图5为旋流装置的结构示意图。
图6为油田产出液在垂直圆形管道内不同流型通过旋转装置4后转化为环状流的流型示意图；其中：图8 A-A为管道截面显示的分层流，图7 B-B为管道截面显示的环状流。
自循环式油套环空掺水注化工药剂装置，包括采油管柱，在采油管柱上自上而下依次设置井口处管内油水分离器1、旋流装置2、泵上掺混装置5-1、采油泵6、封隔器7；所述采油泵还连接抽油杆3。
作为变形方式，自循环式油套环空掺水注化工药剂装置，在采油管柱上自上而下依次设置井口处管内油水分离器1、旋流装置2、采油泵6、泵下掺混装置5-2、封隔器7；所述采油泵还连接抽油杆3。
所述井口处管内油水分离器包括油管102、分离套，所述分离套空套在油管外侧，两者形成管间环空，所述管间环空上端封堵环状挡板103，下端形成限流通道107连通至油套环空，所述油管上开设斜向的环状分离通道104，连通管间环空和油管内腔，所述管间环空内部为变径内腔，在变径处形成球座，球座安放密封球，密封球下方设置复位弹簧106，保证只能油管内腔向油套环空的单向流向。所述环状分离通道内径为5-10mm，且与来流方向夹角30-45°，所述旋流装置与环状分离通道的垂直距离为1-5倍管径的长度。
所述泵上掺混装置包括油管202、掺混套，所述掺混套空套在油管外侧，两者形成管间环空，所述管间环空下端封堵环状挡板207，上端形成限流通道203连通至油套环空，所述油管上开设斜向的环状分离通道206，连通管间环空和油管内腔，所述管间环空内部为变径内腔，在变径处形成球座，球座安放密封球，密封球下方设置复位弹簧205，保证只能油套环空向油管内腔的单向流向；所述环状分离通道内径为5-10mm，且与来流方向夹角150-135°。
所述泵下掺混装置与泵上掺混装置结构相同。
所述旋流装置2由4-8片螺旋叶片组成，叶片高度小于采油管柱4的入口段直径的0.6-0.8倍，中间是空心的中心轴，固定在旋流装置的圆形管道内。
实施例1：
以泵上掺混方法为例，由于两相流体的组分复杂性，在管道内会呈现不同流型，采油管柱4中的高含水产液以各种不同的流型流过位于管中心的抽油杆3进入旋流装置2后，通过旋流式整流后油水两相流安装密度差的原因发展成紧贴管壁的均匀厚度的水环和中间的油核的油水环状流，当紧贴管壁的水环流到井口处管内油水分离器1的时候，通过与来流方向夹角30-45°的外展形式流出，其中外流通道间隙是5-10mm，旋流装置与外流通道的垂直距离为1-5倍管径的长度。流出的产液通过井口处管内油水分离器1中的限流通道按当初设计的掺水流量有限制的控制进入油套环空的水量，保证掺入化工药剂的浓度要求。分离出的水然后在油套环空内与从井口掺入的化工药剂一起靠重力的方式流动到位于此封闭空间内的泵上掺混装置5-1中，通过此装置设计掺入流量的限流通道进入油井产出液中，实现高含水油井的自循环油套环空掺水注化工剂的目的。其中封隔器7是保证在油管和套管之间形成一个密闭的流动通道，防止井下产出液对自动循环掺混系统的影响，产液进口8是保证从油层产出的流体能够不受限制的进入采油泵6的抽吸系统。因此通过产液进口8、封隔器7、采油泵6、泵上掺混装置5-1、采油管柱4、抽油杆3、旋流装置2和井口处管内油水分离装置构成了两套压力系统，即两套循环系统，按照各自要求分别完成产液的举升和油田水的分离和自循环过程。
实施例2：
以泵下掺混方法为例，原理同实施例1，不再赘述。
本发明的出发点是利用产液中高含水(80-95％)的特点，将油管中产液高含水通过特殊的井下分离技术，按掺混浓度提供所需的油田产出水，既减少了地面建设大型的掺水站，也减少了地面集输的费用。本发明主要包括以下几个部分，地面或井下加药系统，井口处管内旋流式油水分离器，采油管柱，采油泵，泵上或泵下掺混装置。主要采用井口处管内旋流式油水分离器将高含水的产液通过对称叶片旋流的方法将产液整流成沿中心轴对称的环状流型，即沿圆形壁面均匀分布的等厚度水环和集中在圆形管道中心的油核，然后利用圆形管道对称性，沿周向将外层水按比例的分离出来，然后通过油套环空靠重力方式与井口掺入的化工药剂流入到布置与泵上或泵下掺混装置的入口，实现化工药剂的自动循环掺入的方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。
Claims (3)
1.自循环式油套环空掺水注化工药剂装置，包括采油管柱，其特征在于，在采油管柱上自上而下依次设置井口处管内油水分离器、旋流装置、泵上掺混装置、采油泵、封隔器；所述采油泵还连接抽油杆；
所述井口处管内油水分离器包括油管、分离套，所述分离套空套在油管外侧，两者形成管间环空，所述管间环空上端封堵环状挡板，下端形成限流通道连通至油套环空，所述油管上开设斜向的环状分离通道A，连通管间环空和油管内腔，所述管间环空内部为变径内腔，在变径处形成球座，球座安放密封球，密封球下方设置复位弹簧，保证只能油管内腔向油套环空的单向流向；
所述环状分离通道A内径为5-10mm，且与来流方向夹角30-45º，所述旋流装置与环状分离通道A的垂直距离为1-5倍管径的长度；
所述泵上掺混装置包括油管、掺混套，所述掺混套空套在油管外侧，两者形成管间环空，所述管间环空下端封堵环状挡板，上端形成限流通道连通至油套环空，所述油管上开设斜向的环状分离通道B，连通管间环空和油管内腔，所述管间环空内部为变径内腔，在变径处形成球座，球座安放密封球，密封球下方设置复位弹簧，保证只能油套环空向油管内腔的单向流向；所述环状分离通道B内径为5-10mm，且与来流方向夹角150-135º；
所述旋流装置由4-8片螺旋叶片组成，叶片高度小于采油管柱的入口段直径的0.6-0.8倍，中间是空心的中心轴，固定在旋流装置的圆形管道内。
2.自循环式油套环空掺水注化工药剂装置，包括采油管柱，其特征在于，在采油管柱上自上而下依次设置井口处管内油水分离器、旋流装置、采油泵、泵下掺混装置、封隔器；所述采油泵还连接抽油杆；
所述井口处管内油水分离器包括油管、分离套，所述分离套空套在油管外侧，两者形成管间环空，所述管间环空上端封堵环状挡板，下端形成限流通道连通至油套环空，所述油管上开设斜向的环状分离通道A，连通管间环空和油管内腔，所述管间环空内部为变径内腔，在变径处形成球座，球座安放密封球，密封球下方设置复位弹簧，保证只能油管内腔向油套环空的单向流向；
所述环状分离通道A内径为5-10mm，且与来流方向夹角30-45º，所述旋流装置与环状分离通道A的垂直距离为1-5倍管径的长度；
所述泵下掺混装置包括油管、掺混套，所述掺混套空套在油管外侧，两者形成管间环空，所述管间环空下端封堵环状挡板，上端形成限流通道连通至油套环空，所述油管上开设斜向的环状分离通道C，连通管间环空和油管内腔，所述管间环空内部为变径内腔，在变径处形成球座，球座安放密封球，密封球下方设置复位弹簧，保证只能油套环空向油管内腔的单向流向；所述环状分离通道C内径为5-10mm，且与来流方向夹角150-135º；
所述旋流装置由4-8片螺旋叶片组成，叶片高度小于采油管柱的入口段直径的0.6-0.8倍，中间是空心的中心轴，固定在旋流装置的圆形管道内。
3.自循环式油套环空掺水注化工药剂方法，其特征在于，采用如权利要求1或2所述的自循环式油套环空掺水注化工药剂装置,采油管柱中的高含水产液以各种不同的流型流过位于管中心的抽油杆进入旋流装置后，通过旋流式整流后油水两相流按照密度差发展成紧贴管壁的均匀厚度的水环和中间的油核的油水环状流，当紧贴管壁的水环流到井口处管内油水分离器的时候，通过与来流方向夹角30-45º的外展形式流出，流出的产液通过井口处管内油水分离器中的限流通道控制进入油套环空的水量，保证掺入化工药剂的浓度要求；分离出的水在油套环空内与从井口掺入的化工药剂一起靠重力的方式流动到位于油套环空内的泵上掺混装置或泵下掺混装置中，通过泵上掺混装置或泵下掺混装置设计掺入流量的限流通道进入油井产出液中，实现高含水油井的自循环油套环空掺水注化工剂的目的。
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