CN108343421B - 水平井井下气液分离井上回注采油系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水平井井下气液分离井上回注采油系统，包括分离系统和回注系统，所述分离系统设置在水平井井下的油套环形空间内，所述回注系统设置在水平井井上的地面空间内，在水平井的井口处设置气体收集器；所述分离系统由重力分离区和旋流分离区组成，所述重力分离区和所述旋流分离区均与水平面平行。本发明还涉及一种水平井井下气液分离井上回注采油方法，包括以下步骤：采出液在重力分离区经过重力分离；采出液在旋流分离区利用离心力进一步分离；分离出的气体经过涡轮压缩机增加后回注至地层，分离出的液体采出至地面。采用本发明的系统和方法能够将地层压力维持在原始地层压力的80%，均匀地补充了地层压力，加强渗吸，采油产量至少提高20%。

Description

水平井井下气液分离井上回注采油系统及其方法
技术领域
本发明属于油气藏开发技术领域，具体涉及一种水平井井下气液分离井上回注采油系统及其方法。
背景技术
目前我国许多油田在采油过程中会开采出大量的天然气，这些伴生的天然气按理来说应该通过收集和管道运输进行回收，但是由于多数油田现场环境恶劣复杂，地面管道分布受到极大限制，因此在气体的收集和运输过程中产生诸多不便，通常情况下会通过现场点燃将气体燃烧掉，这种办法不仅浪费了大量的资源，还对环境造成了巨大的污染。随着世界低碳环保经济的发展，国家对能源开采过程中造成的环境污染以及能源浪费整治力度的加大，合理回收利用油田的伴生气资源已经是当务之急。
目前，对于产出气的回注，主要方法是将地层流体开采至地面，经过分离之后，再将产出气回注至地层。虽然该方法能够实现产出气的回收利用，但是对于产气量较高的水平井来说，由于气液同时流动阻力较大，因此需要较大的压差才能采出至地面，如果采用机抽的方式生产，较大的进气液比会极大的降低活塞效率，甚至出现不出液的情况，可见实现井下气液分离、井上回注采油对致密油藏的开发具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种水平井井下气液分离井上回注采油系统，包括分离系统和回注系统，所述分离系统设置在水平井井下的油套环形空间内，所述回注系统设置在水平井井上的地面空间内，在水平井的井口处设置气体收集器；所述分离系统由重力分离区和旋流分离区组成，所述重力分离区和所述旋流分离区均与水平面平行。
重力分离区和旋流分离区与水平面平行，无需设计倾斜角，此种设计结构对钻井要求低，方便油管、分离器、注采等装置下入；对于致密油藏来说，采液量不大，通常小于10m3/d，平行井筒足够实现重力分离效果。
若地层压力低，产气量较高，则重力分离起主要作用，旋流分离起辅助作用，气体主要经过重力分离。若地层压力高，产气量较低，旋流分离起主要作用，利用离心手段分离出液体中的溶解气；此外，旋流分离可处理由于重力分离不彻底而残留的气体，实现两级分离，分离更彻底。
优选的是，所述分离系统的两端分别设置封隔器；所述重力分离区与所述旋流分离区相连接的部位设置封隔器。
在上述任一方案中优选的是，所述重力分离区的一端设置进液管Ⅰ，另一端设置进液管Ⅱ；所述进液管Ⅰ与水平井的油管连接，所述进液管Ⅱ与所述旋流分离区连接。
在上述任一方案中优选的是，所述重力分离区的左上角区域设置集气装置；所述集气装置与集气管Ⅰ连接；所述集气管Ⅰ通过接箍与出气管连接；所述出气管与所述油套环形空间连通。
在上述任一方案中优选的是，所述集气装置包括集气罩、集气箱、浮式体；所述集气箱设置在所述集气罩的尾部；所述浮式体设置在所述集气箱内；所述集气罩的最高点与所述重力分离区的顶部接触。
集气罩的主要功能是将分离出的气体收集起来；浮式体能够悬浮于液体中，从而阻挡液体进入集气管Ⅰ中。浮式体的中间为空心结构，空心区域通过两个直径为1cm的通孔与外部相通，设计此种结构的目的在于使浮式体的整体密度稍低于液体，从而保障气液分离，它能够适应密度不断变化的采出液，具有极强的现场适应性。
在上述任一方案中优选的是，所述集气箱的底面和顶面之间设置固定轴；所述固定轴穿过所述浮式体；所述浮式体沿着所述固定轴上下移动，自动调节集气管Ⅰ的进气口的开度，从而将气体与液体自动分离开。
在上述任一方案中优选的是，所述集气箱的长度为10cm、宽度为5cm、高度为10cm；所述浮式体的长度为10cm、宽度为5cm、高度为5cm。
在上述任一方案中优选的是，所述浮式体为中空结构；所述浮式体顶面的壁厚为1cm，其它面的壁厚为0.5cm。
在上述任一方案中优选的是，所述浮式体的底面设置通孔Ⅰ，所述通孔Ⅰ的直径为1cm；所述浮式体朝向集气罩的侧面设置通孔Ⅱ，所述通孔Ⅱ的直径为1cm。
在上述任一方案中优选的是，所述浮式体由低密度材质制成，其密度为0.1g/cm3。
在上述任一方案中优选的是，所述旋流分离区内设置旋流分离器；所述旋流分离器的一端通过进液管Ⅱ与所述重力分离区连接，所述旋流分流器的另一端设置集气管Ⅱ；所述集气管Ⅱ通过接箍与出气管连接；所述出气管与所述油套环形空间连通。
在上述任一方案中优选的是，所述集气管Ⅱ的下方设置出液管，所述出液管与油管连接，所述油管延伸至地面。
在上述任一方案中优选的是，在所述重力分离区和所述旋流分离区的下方设置回注管；所述回注管的一端与所述回注系统连接，另一端延伸至压裂地层中。
在上述任一方案中优选的是，所述气体收集器为圆筒形结构，其顶端设置密封盖；所述密封盖上设置进气管。
在上述任一方案中优选的是，所述回注系统包括电机、涡轮压缩机；所述涡轮压缩机的入口端与所述进气管连接，所述涡轮压缩机的出口端通过接箍与所述回注管连通。回注系统将重力分离和旋流分离出来的液体通过涡轮压缩机增压后，再通过回注管回注到地层中，用于水平井压裂。
本发明还提供一种水平井井下气液分离井上回注采油方法，其按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：将水平井布置在地层中；在生产初期，利用天然能量对水平井开采一段时间，直至水平井的井底压力下降至泡点压力；
步骤二：检查气液分离回注系统的密封性，将分离系统放入水平井井下的油套环形空间内，将回注系统放置在水平井井上的地面空间内，并将进液管Ⅰ与水平井的油管连接；
步骤三：采出液通过进液管Ⅰ进入重力分离区，经过重力分离后，上层的含气液体进入集气装置；浮式体悬浮于液体中，自动调整进气口的开度，使该部分气体进入集气管Ⅰ中；该部分气体依次经过集气管Ⅰ和出气管进入油套环形空间内，然后经过井口处的气体收集器进入地面上的涡轮压缩机进行增压处理；增压后的气体从涡轮压缩机的出口端流出，并通过回注管进入地层进行压裂；
步骤四：采出液在重力分离区经过重力分离后，下层的含气液体通过进液管Ⅱ进入旋流分离区进一步分离，利用离心力将溶解在液体中的气体分离出来；该部分气体依次经过集气管Ⅱ和出气管进入油套环形空间内，然后经过井口处的气体收集器进入地面上的涡轮压缩机进行增压处理；增压后的气体从涡轮压缩机的出口端流出，并通过回注管进入地层进行压裂；
步骤五：在旋流分离区分离出的液体通过出液管进入油管中，然后通过油管采出至地面。
优选的是，步骤一中，所述水平井为任一种多级水力压裂水平井。采油方式包括缝间间隔注水采油、缝间间隔注水吞吐采油、缝间间隔同时注水采油、异步注采等。
在上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述气液分离回注系统为上述任一项所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统。
生产初期，地层压力高，采出液几乎不脱气，此时无需使用气液分离回注系统。当地层压力降至泡点附近时，水平井的井筒中开始大量脱气，此时需要使用气液分离回注系统，将分离系统放入井下，将回注系统放置在井上。采出液经过重力分离、旋流分离成为气液两相，将分离气通入涡轮压缩机增压，增压幅度维持在高于地层压力3-5MPa，然后通过回注管注入地层中。
本发明的水平井井下气液分离井上回注采油系统及其方法，简单、便捷、耗能低，可利用重力和离心力将采出液在井下进行分离，在井上进行增压，同时借助水平井多级水力压裂裂缝，实现连续注采和异步注采等多种采油方式。采出气和水回注不仅解决了地面污水处理的问题，还有效利用了伴生气，增加偏远地区致密油井的经济效益。在致密油藏开发过程中，采用本发明的系统和方法能够将地层压力维持在原始地层压力的80%，均匀地补充了地层压力，加强渗吸，采油产量至少提高20%。
本发明不同于注入水和二氧化碳等需要利用其他大量的资源，其核心是将油田开采过程中产生的天然气采用特殊的井下气液分离系统进行分离和井上回注系统进行回注，不仅能够解决目前油田现场伴生气的问题，而且可以通过井下分离和井上回注与原油产生混相，大大提高原油的产量。
烃类气可以是甲烷(干气)、富气，还可以是像丙烷这样的液化气,这些气体在相对低的压力下依地层油的组成及温度可以与原油混相,或者在驱替过程中发展成混相。即使注入气和原油之间不能达到混相,通过气液的传质作用，气体的溶解也会使原油体积膨胀、粘度降低,地层能量补充以及重力稳定驱替等机理也可以起到提高采收率的作用。此外,注入气体还可以有效地消除界面张力和毛管压力,最大限度地降低残余油饱和度，它与油层岩石不会发生任何作用,不会污染油层,而且注入的天然气是可以回收利用的,因此它也可以作为一种储存方式,以备将来之需。
本发明采用双油管，其中一根油管用于采油，另一根油管用于注气，井下分离气由油管与套管形成的环空采出。本发明的设计具有如下效果：（1）井下分离可减少因井气锁现象，若含气量过大，气体进入泵筒把固定凡尔和游动凡尔锁死，易造成气体供液不足，气锁现象严重；（2）将分离系统安装于井下，可减少地面分离系统的制约，减少分离处理费用，提升该技术的适应性；（3）将回注系统安装于地面，可降低回注系统的检修难度，降低维修成本。
附图说明
图1为按照本发明的水平井井下气液分离井上回注采油系统的一优选实施例的示意图；
图2为按照本发明的水平井井下气液分离井上回注采油系统的图1所示实施例的重力分离系统的示意图；
图3为按照本发明的水平井井下气液分离井上回注采油系统的图1所示实施例的集气装置的示意图；
图4为按照本发明的水平井井下气液分离井上回注采油系统的图1所示实施例的集气箱的示意图；
图5为按照本发明的水平井井下气液分离井上回注采油系统的图1所示实施例的浮式体的示意图；
图6为按照本发明的水平井井下气液分离井上回注采油系统的图1所示实施例的注入系统的示意图；
图7为按照本发明的水平井井下气液分离井上回注采油系统的图1所示实施例的气体收集器的示意图。
图中标注说明：
1-分离系统，101-重力分离区，102-旋流分离区，103-进液管Ⅰ，104-进液管Ⅱ，105-集气装置，106-集气管Ⅰ，107-出气管，108-集气罩，109-集气箱，110-浮式体，111-固定轴，112-进气口，113-通孔Ⅰ，114-通孔Ⅱ，115-旋流分离器，116-集气管Ⅱ，117-出液管；
2-回注系统，201-电机，202-涡轮压缩机，203-入口端，204-出口端，205-回注管；
3-油套环形空间；
4-封隔器；
5-接箍；
6-油管；
7-井口；
8-气体收集器，801-密封盖，802-进气管。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
如图1-7所示，按照本发明的水平井井下气液分离井上回注采油系统，包括分离系统1和回注系统2，所述分离系统1设置在水平井井下的油套环形空间3内，所述回注系统2设置在水平井井上的地面空间内，在水平井的井口7处设置气体收集器8；所述分离系统1由重力分离区101和旋流分离区102组成，所述重力分离区101和所述旋流分离区102均与水平面平行。
所述分离系统1的两端分别设置封隔器4；所述重力分离区101与所述旋流分离区102相连接的部位设置封隔器4。所述重力分离区101的一端设置进液管Ⅰ103，另一端设置进液管Ⅱ104；所述进液管Ⅰ103与水平井的油管连接，所述进液管Ⅱ104与所述旋流分离区102连接。
所述重力分离区101的左上角区域设置集气装置105；所述集气装置105与集气管Ⅰ106连接；所述集气管Ⅰ106通过接箍5与出气管107连接；所述出气管107与所述油套环形空间3连通。
所述集气装置105包括集气罩108、集气箱109、浮式体110；所述集气箱109设置在所述集气罩108的尾部；所述浮式体110设置在所述集气箱109内；所述集气罩108的最高点与所述重力分离区101的顶部接触。所述集气箱109的底面和顶面之间设置固定轴111；所述固定轴111穿过所述浮式体110；所述浮式体110沿着所述固定轴111上下移动，自动调节集气管Ⅰ106的进气口112的开度，从而将气体与液体自动分离开。所述浮式体由低密度材质制成，其密度为0.1g/cm3。
所述集气箱109的长度为10cm、宽度为5cm、高度为10cm；所述浮式体110的长度为10cm、宽度为5cm、高度为5cm。所述浮式体110为中空结构；所述浮式体110顶面的壁厚为1cm，其它面的壁厚为0.5cm。所述浮式体110的底面设置通孔Ⅰ113，所述通孔Ⅰ113的直径为1cm；所述浮式体110朝向集气罩109的侧面设置通孔Ⅱ114，所述通孔Ⅱ114的直径为1cm。通孔Ⅰ113的位置坐标为（1.25，0，5）；通孔Ⅱ114的位置坐标为（5，2.5，5）。
集气罩的主要功能是将分离出的气体收集起来；浮式体能够悬浮于液体中，从而阻挡液体进入集气管Ⅰ中。浮式体的中间为空心结构，空心区域通过两个直径为1cm的通孔与外部相通，设计此种结构的目的在于使浮式体的整体密度稍低于液体，从而保障气液分离，它能够适应密度不断变化的采出液，具有极强的现场适应性。
所述旋流分离区102内设置旋流分离器115；所述旋流分离器115的一端通过进液管Ⅱ104与所述重力分离区101连接，所述旋流分流器115的另一端设置集气管Ⅱ116；所述集气管Ⅱ116通过接箍5与出气管107连接；所述出气管107与所述油套环形空间3连通。所述集气管Ⅱ116的下方设置出液管117，所述出液管117与油管6连接，所述油管6延伸至地面。在所述重力分离区101和所述旋流分离区102的下方设置回注管205；所述回注管205的一端与所述回注系统2连接，另一端延伸至压裂地层中。
所述气体收集器8为圆筒形结构，其顶端设置密封盖801；所述密封盖801上设置进气管802。
所述回注系统2包括电机201、涡轮压缩机202；所述涡轮压缩机202的入口端203与所述进气管802连接，所述涡轮压缩机202的出口端204通过接箍5与所述回注管205连通。回注系统将重力分离和旋流分离出来的液体通过涡轮压缩机增压后，再通过回注管回注到地层中，用于水平井压裂。
本实施例还提供一种水平井井下气液分离井上回注采油方法，其按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：将水平井布置在地层中；在生产初期，利用天然能量对水平井开采一段时间，直至水平井的井底压力下降至泡点压力；
步骤二：检查气液分离回注系统的密封性，将分离系统放入水平井井下的油套环形空间内，将回注系统放置在水平井井上的地面空间内，并将进液管Ⅰ与水平井的油管连接；
步骤三：采出液通过进液管Ⅰ进入重力分离区，经过重力分离后，上层的含气液体进入集气装置；浮式体悬浮于液体中，自动调整进气口的开度，使该部分气体进入集气管Ⅰ中；该部分气体依次经过集气管Ⅰ和出气管进入油套环形空间内，然后经过井口处的气体收集器进入地面上的涡轮压缩机进行增压处理；增压后的气体从涡轮压缩机的出口端流出，并通过回注管进入地层进行压裂；
步骤四：采出液在重力分离区经过重力分离后，下层的含气液体通过进液管Ⅱ进入旋流分离区进一步分离，利用离心力将溶解在液体中的气体分离出来；该部分气体依次经过集气管Ⅱ和出气管进入油套环形空间内，然后经过井口处的气体收集器进入地面上的涡轮压缩机进行增压处理；增压后的气体从涡轮压缩机的出口端流出，并通过回注管进入地层进行压裂；
步骤五：在旋流分离区分离出的液体通过出液管进入油管中，然后通过油管采出至地面。
步骤一中，所述水平井为任一种多级水力压裂水平井。采油方式包括缝间间隔注水采油、缝间间隔注水吞吐采油、缝间间隔同时注水采油、异步注采等。水平井的井筒长度为60m。
步骤二中，所述气液分离回注系统为本实施例的水平井井下气液分离井上回注采油系统。重力分离区的长度为30m。
生产初期，地层压力高，采出液几乎不脱气，此时无需使用气液分离回注系统。当地层压力降至泡点附近时，水平井的井筒中开始大量脱气，此时需要使用气液分离回注系统，将分离系统放入井下，将回注系统放置在井上。采出液经过重力分离、旋流分离成为气液两相，将分离气通入涡轮压缩机增压，增压幅度维持在高于地层压力3-5MPa，然后通过回注管注入地层中。
本实施例的水平井井下气液分离井上回注采油系统及其方法，简单、便捷、耗能低，可利用重力和离心力将采出液在井下进行分离，在井上进行增压，同时借助水平井多级水力压裂裂缝，实现连续注采和异步注采等多种采油方式。采出气和水回注不仅解决了地面污水处理的问题，还有效利用了伴生气，增加偏远地区致密油井的经济效益。在致密油藏开发过程中，采用本实施例的系统和方法能够将地层压力维持在原始地层压力的80%，均匀地补充了地层压力，加强渗吸，采油产量至少提高20%。
本领域技术人员不难理解，本发明的水平井井下气液分离井上回注采油系统及其方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种水平井井下气液分离井上回注采油系统，包括分离系统和回注系统，所述分离系统设置在水平井井下的油套环形空间内，所述回注系统设置在水平井井上的地面空间内，在水平井的井口处设置气体收集器，其特征在于：所述分离系统由重力分离区和旋流分离区组成，所述重力分离区和所述旋流分离区均与水平面平行；所述重力分离区的一端设置进液管Ⅰ，另一端设置进液管Ⅱ；所述进液管Ⅰ与水平井的油管连接，所述进液管Ⅱ与所述旋流分离区连接；所述旋流分离区内设置旋流分离器；所述旋流分离器的一端通过进液管Ⅱ与所述重力分离区连接，所述旋流分流器的另一端设置集气管Ⅱ；所述集气管Ⅱ通过接箍与出气管连接；所述出气管与所述油套环形空间连通。
2.如权利要求1所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统，其特征在于：所述分离系统的两端分别设置封隔器；所述重力分离区与所述旋流分离区相连接的部位设置封隔器。
3.如权利要求2所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统，其特征在于：所述重力分离区的左上角区域设置集气装置；所述集气装置与集气管Ⅰ连接；所述集气管Ⅰ通过接箍与出气管连接；所述出气管与所述油套环形空间连通。
4.如权利要求3所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统，其特征在于：所述集气装置包括集气罩、集气箱、浮式体；所述集气箱设置在所述集气罩的尾部；所述浮式体设置在所述集气箱内；所述集气罩的最高点与所述重力分离区的顶部接触。
5.如权利要求4所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统，其特征在于：所述集气箱的底面和顶面之间设置固定轴；所述固定轴穿过所述浮式体；所述浮式体沿着所述固定轴上下移动，自动调节集气管Ⅰ的进气口的开度。
6.如权利要求5所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统，其特征在于：所述集气箱的长度为10cm、宽度为5cm、高度为10cm；所述浮式体的长度为10cm、宽度为5cm、高度为5cm。
7.如权利要求6所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统，其特征在于：所述浮式体为中空结构；所述浮式体顶面的壁厚为1cm，其它面的壁厚为0.5cm。
8.如权利要求7所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统，其特征在于：所述浮式体的底面设置通孔Ⅰ，所述通孔Ⅰ的直径为1cm；所述浮式体朝向集气罩的侧面设置通孔Ⅱ，所述通孔Ⅱ的直径为1cm。
9.如权利要求8所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统，其特征在于：所述浮式体由低密度材质制成，其密度为0.1g/cm3。
10.如权利要求1所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统，其特征在于：所述集气管Ⅱ的下方设置出液管；所述出液管与油管连接，所述油管延伸至地面。
11.如权利要求3所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统，其特征在于：在所述重力分离区和所述旋流分离区的下方设置回注管；所述回注管的一端与所述回注系统连接，另一端延伸至压裂地层中。
12.如权利要求1所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统，其特征在于：所述气体收集器为圆筒形结构，其顶端设置密封盖；所述密封盖上设置进气管。
13.如权利要求12所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统，其特征在于：所述回注系统包括电机、涡轮压缩机；所述涡轮压缩机的入口端与所述进气管连接，所述涡轮压缩机的出口端通过接箍与回注管连通。
14.一种使用如权利要求1至13中任一项所述的水平井井下气液分离井上回注采油系统的采油方法，其按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：将水平井布置在地层中；在生产初期，利用天然能量对水平井开采一段时间，直至水平井的井底压力下降至泡点压力；
步骤二：检查水平井井下气液分离井上回注采油系统的密封性，将分离系统放入水平井井下的油套环形空间内，将回注系统放置在水平井井上的地面空间内，并将进液管Ⅰ与水平井的油管连接；
步骤三：采出液通过进液管Ⅰ进入重力分离区，经过重力分离后，上层的含气液体进入集气装置；浮式体悬浮于液体中，自动调整进气口的开度，使该部分气体进入集气管Ⅰ中；该部分气体依次经过集气管Ⅰ和出气管进入油套环形空间内，然后经过井口处的气体收集器进入地面上的涡轮压缩机进行增压处理；增压后的气体从涡轮压缩机的出口端流出，并通过回注管进入地层进行压裂；
步骤四：采出液在重力分离区经过重力分离后，下层的含气液体通过进液管Ⅱ进入旋流分离区进一步分离，利用离心力将溶解在液体中的气体分离出来；该部分气体依次经过集气管Ⅱ和出气管进入油套环形空间内，然后经过井口处的气体收集器进入地面上的涡轮压缩机进行增压处理；增压后的气体从涡轮压缩机的出口端流出，并通过回注管进入地层进行压裂；
步骤五：在旋流分离区分离出的液体通过出液管进入油管中，然后通过油管采出至地面。
15.如权利要求14所述的采油方法，其特征在于：步骤一中，所述水平井为任一种多级水力压裂水平井。
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