CN109973060A - 一种提高油田采收率的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明保护的提高油田采收率的装置和方法，将二氧化碳驱油技术用于致密油开发，不仅提高了驱油效果，还能很好的将二氧化碳封存于地下，减少大气中的“温室气体”效应。二氧化碳可以降低原油粘度，改善流度比，扩大波及体积，有效解决超低渗透油藏注水注不进，注不够，有效驱替系统难建立，注入水沿裂缝窜流等开发矛盾。二氧化碳与地下原油互相融合（混相），具有混相压力低，界面张力低等特点，平均在水驱基础上提高油田采收率5%～15%，提高驱油效率。
Description
技术领域
本发明属于油田开发技术领域，具体涉及一种提高油田采收率的装置和方法。
背景技术
油田在分层开发下，采用注水保持地层压力，一般情况下，为了提高油田采收率，油田将处理后的水回注地层，但由于超低渗透油藏的地层压力系数低、裂缝发育、矿化度高、地形复杂，且超低渗透油藏注水注不进注不够，同时油田所处的地区偏远，取水不便，因此，现有的注水驱油法不适用于超低渗透油藏的油田开采。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种提高油田采收率的装置和方法，以克服上述技术缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高油田采收率的装置，它由三个管网相互连通组成，分别是注入管网、液相回流管网和气相放空管网；
所述的注入管网包括注入管线，所述注入管线自入口端至出口端依次串接着球阀一、喂液泵、球阀二、注入泵、调节阀一、止回阀、流量计和调节阀二，低温储罐内的液态二氧化碳自注入管线的入口泵进注入管网，最终从注入管线的出口端流经配气阀组注入地下；
所述的液相回流管网包括回流管线，所述回流管线与注入管线并联，回流管线的入口端连通于球阀二出口端，回流管线的出口端连通于球阀一入口端，回流管线上串接着球阀四；
所述气相放空管网包括放空管线，放空管线的一端接通于球阀四入口端的回流管线，另外一端接入低温储罐，所述放空管线上串接着球阀五和闸阀，闸阀靠近低温储罐；
所述喂液泵通过支线一与回流管线连通，且连通点位于放空管线上游。
本发明还提供了一种提高油田采收率的方法，包括三种状态，分别是注入液态二氧化碳、液相回流和气相放空：
（A）注入液态二氧化碳
通过可编程控制器PLC关闭球阀三，保持注入管网、液相回流管网和气相放空管网畅通，将低温储罐内的液态二氧化碳泵入注入管线，液态二氧化碳经球阀一进行流量控制，然后进入喂液泵，提高液态二氧化碳的压力后进入球阀二，经球阀二流量管控后进入注入泵；
液态二氧化碳经注入泵升温升压后进入注入管线，并依次流经调节阀一、止回阀、流量计和调节阀二后，进入配气阀组，最终液态二氧化碳注入超低渗透油藏地层内，超低渗透油藏地层内的地下原油与液态二氧化碳互相融合，驱替出超低渗透油藏地层内的地下原油；
（B）液相回流
在注入液态二氧化碳的同时，注入管线内的液态二氧化碳自球阀二分流，部分进入注入泵，另一部分进入回流管线，进入回流管线的部分液态二氧化碳经球阀四进行流量控制后回流至低温储罐，同时另一部分液态二氧化碳进入放空管线，经球阀五和闸阀进行流量控制后回流至低温储罐；
（C）气相放空
先打开所有的泵和阀门，然后关闭球阀四、调节阀一、止回阀、流量计和调节阀二，所述的注入管线和支线二内的气体、所述的喂液泵和支线一内的气体、所述的回流管线内的气体分别汇合至放空管线，经球阀五和闸阀排至低温储罐。
当流量计出现故障时，关闭调节阀一和调节阀二，打开球阀三，液态二氧化碳通过支线二进入注入管线下游，最终注入超低渗透油藏地层内；
流量计维修或更换好后，可继续按照（A）注入液态二氧化碳执行。
另外，在注入液态二氧化碳状态时，液态二氧化碳的压力被喂液泵提高到2.2MPa～3.0MPa，液态二氧化碳的温度为-16℃～-℃；液态二氧化碳经注入泵流出后的压力为18MPa～23MPa，温度为-8℃～-1℃。
另外，提高油田采收率的装置作为旁通注入管线的支线二，所述支线二与注入管线并联，支线二的一端连通于注入泵的出口，另外一端连通于调节阀二的出口，支线二串接着球阀三；
所述支线二与放空管线通过支线三连通，支线三的一端连接于球阀三的出口，支线三的另外一端接通于球阀五和闸阀之间。
另外，所述注入管线的入口端和出口端分别安装着温度表，注入泵的入口端和出口端分别安装着压力表。
另外，提高油田采收率的装置还包括可编程控制器PLC，所述可编程控制器PLC分别与温度表、压力表电连接，记录温度表采集的温度数据和压力表采集的压力数据，可编程控制器PLC还与注入管网、液相回流管网、气相放空管网上串接的所有泵和阀电连接。
优选地，所述低温储罐内的液态二氧化碳来自槽车，槽车内的液态二氧化碳来自煤化企业生产尾气。
优选地，所述煤化企业生产尾气中含有的二氧化碳经捕捉和压缩，提取了纯度为99.9%的液态二氧化碳存储至槽车。
优选地，所述注入管网、液相回流管网和气相放空管网的管道外壁均包覆有保冷材料，保冷材料保持管道内二氧化碳的温度在-16℃～-20℃之间。
本发明的有益效果如下：本发明保护的提高油田采收率的装置和方法，将二氧化碳驱油技术用于致密油开发，不仅提高了驱油效果，还能很好的将二氧化碳封存于地下，减少大气中的“温室气体”效应。二氧化碳降低了原油粘度，改善了流度比，扩大波及体积，有效解决超低渗透油藏注水注不进，注不够，有效驱替系统难建立，注入水沿裂缝窜流等开发矛盾。二氧化碳与地下原油互相融合（混相），具有混相压力低，界面张力低等特点，平均在水驱基础上提高油田采收率5%～15%，提高驱油效率。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是提高油田采收率的装置的管线连接示意图。
附图标记说明：
1.注入管线；2.球阀一；3.喂液泵；4.球阀二；5.注入泵；6.球阀三；7.调节阀一；8.止回阀；9.流量计；10.回流管线；11.球阀四；12.放空管线,13.球阀五；14.闸阀；15.支线一；16.支线二；17.调节阀二；18.可编程控制器PLC；19.支线三；20.温度表；21.压力表；22.低温储罐。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的提高油田采收率的装置的上、下、左、右。
现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
实施例1：
本发明的第一实施方式涉及一种提高油田采收率的装置，如图1所示，它由三个管网相互连通组成，分别是注入管网、液相回流管网和气相放空管网；
所述的注入管网包括注入管线1，所述注入管线1自入口端至出口端依次串接着球阀一2、喂液泵3、球阀二4、注入泵5、调节阀一7、止回阀8、流量计9和调节阀二17，低温储罐内的液态二氧化碳自注入管线1的入口泵进注入管网，最终从注入管线1的出口端流经配气阀组注入地下；
所述的液相回流管网包括回流管线10，所述回流管线10与注入管线1并联，回流管线10的入口端连通于球阀二4出口端，回流管线10的出口端连通于球阀一2入口端，回流管线10上串接着球阀四11；
所述气相放空管网包括放空管线12，放空管线12的一端接通于球阀四11入口端的回流管线10，另外一端接入低温储罐22，所述放空管线12上串接着球阀五13和闸阀14，闸阀14靠近低温储罐22；
所述喂液泵3通过支线一15与回流管线10连通，且连通点位于放空管线12上游。
具体地说，提高油田采收率的装置的工作原理或工作过程如下：
（A）注入液态二氧化碳
关闭球阀三6，保持注入管网、液相回流管网和气相放空管网畅通，将低温储罐22内的液态二氧化碳泵入注入管线1，液态二氧化碳经球阀一2进行流量控制，然后进入喂液泵3，压力提高到2.2MPa～3.0MPa、温度（-16℃～-10℃）后再进入球阀二4，经球阀二4流量管控后进入注入泵5；
注入泵5出来的液态二氧化碳压力是18MPa～23MPa、温度是（-8℃～-1℃）依次流经调节阀一7、止回阀8、流量计9和调节阀二17后，进入配气阀组，最终液态二氧化碳注入超低渗透油藏地层内，超低渗透油藏地层内的地下原油与液态二氧化碳互相融合，驱替出超低渗透油藏地层内的地下原油；
（B）液相回流
在注入液态二氧化碳的同时，注入管线1内的液态二氧化碳自球阀二4分流，部分进入注入泵5，另一部分进入回流管线10，进入回流管线10的部分液态二氧化碳经球阀四11进行流量控制后回流至低温储罐22，同时另一部分液态二氧化碳进入放空管线12，经球阀五13和闸阀14进行流量控制后回流至低温储罐22；
（C）气相放空
先打开所有的泵和阀门，然后关闭球阀四11、调节阀一7、止回阀8、流量计9和调节阀二17，所述的注入管线1内的气体、所述的喂液泵3内的气体、所述的回流管线10内的气体分别汇合至放空管线12，经球阀五13和闸阀14排至放空管口进行放空。
需要说明的是，在上述各个管网中，所有球阀的作用是截断或接通管路中的液态二氧化碳；喂液泵3和注入泵5的作用是提高液态二氧化碳的压力，由于液态二氧化碳最终是要泵入地层内的，因此一定要确保液态二氧化碳保持在高压力状态，以方便泵入地层；所有调节阀的作用是调节（改变）液态二氧化碳的流量，也就是说需要根据现场的实际需要调节泵入地层的液态二氧化碳的流量，以确保达到最好的驱油效果；止回阀8的作用是防止由注入泵5出来的液态二氧化碳回流，避免因倒流引起的故障。
液相回流的目的是使管道内介质气压平衡，避免倒流。
二氧化碳具有可降低原油粘度，改善流度比，扩大波及体积的优点，本发明利用二氧化碳上述优点解决了超低渗透油藏注水注不进，注不够，有效驱替系统难建立，注入水沿裂缝窜流等开发矛盾。经试验证明，采用本发明二氧化碳与地下原油互相融合（混相），具有混相压力低，界面张力低等特点，平均在水驱基础上提高油田采收率5%-15%，提高驱油效率。
实施例2：
在实施例1的基础上，注入管网除了包括注入管线1，所述注入管线1自入口端至出口端依次串接着球阀一2、喂液泵3、球阀二4、注入泵5、调节阀一7、止回阀8、流量计9和调节阀二17，低温储罐22内的液态二氧化碳自注入管线1的入口泵进注入管网，最终从注入管线1的出口端流经配气阀组注入地下；
如图1所示，提高油田采收率的装置还包括作为旁通注入管线的支线二16，所述支线二16与注入管线1并联，支线二16的一端连通于注入泵5的出口，另外一端连通于调节阀二17的出口，支线二16串接着球阀三6；
所述支线二16与放空管线12通过支线三19连通，支线三19的一端连接于球阀三6的出口，支线三19的另外一端接通于球阀五13和闸阀14之间。
具体的，在注入二氧化碳的过程中，作为旁通注入管线的支线二16的作用如下：
将低温储罐22内的液态二氧化碳泵入注入管线1，液态二氧化碳经球阀一2进行流量控制，然后进入喂液泵3，压力提高到2.2MPa～3.0MPa，温度（-16℃～-10℃）再进入球阀二4，经球阀二4流量管控后进入注入泵5；
通常情况下，注入泵5出来的液态二氧化碳压力18MPa～23MPa，温度（-8℃～-1℃），依次流经调节阀一7、止回阀8、流量计9和调节阀二17后，注入地下，即最终液态二氧化碳注入超低渗透油藏地层内，超低渗透油藏地层内的地下原油与液态二氧化碳互相融合，驱替出超低渗透油藏地层内的地下原油。
当流量计9出现故障时，关闭调节阀一7和调节阀二17，打开球阀三6，液态二氧化碳通过支线二16进入注入管线1下游，最终注入超低渗透油藏地层内；
流量计9维修或更换好后，可继续按照（A）注入液态二氧化碳执行。
实施例3：
在实施例1的基础上，由于注入地层的液态二氧化碳应保持在低温高压的状态，为了及时观察管路内液态二氧化碳的温度和压力，所述注入管线1的入口端和出口端分别安装着温度表20，注入泵5的入口端和出口端分别安装着压力表21。若温度表20显示的温度或压力表21显示的压力过低或者过高，可以通过阀门或者泵及时调整，以避免输送的液态二氧化碳不达标。
实施例4：
在实施例3的基础上，提高油田采收率的装置还包括可编程控制器PLC18，所述可编程控制器PLC18分别与温度表20、压力表21电连接，记录温度表20采集的温度数据和压力表21采集的压力数据，可编程控制器PLC18还与注入管网、液相回流管网、气相放空管网上串接的所有泵和阀电连接。
在本实施例中，可编程控制器PLC18选用的是美国AB公司生产的SLC-500型号。
特别地，为了实现可编程控制器PLC18对各个阀门的控制，上述所有与可编程控制器PLC18电连接的阀门或者泵均为电动阀门或者电动泵，利用可编程控制器PLC18实现对各管网的自动化控制和监控（温度表20采集的温度数据，以及压力表21采集的压力数据）。
另外，本实施例给出的是可编程控制器PLC18对各个官网的电动控制，但是，并不仅限于此，也可以是部分与可编程控制器PLC18电连接，而其余阀门为手动控制，例如温度表20和压力表21与可编程控制器PLC18电连接，其余的阀门则全为手动阀门。
实施例5：
在实施例1的基础上，为了节省资源，所述低温储罐22内的液态二氧化碳来自槽车，槽车内的液态二氧化碳来自煤化企业生产尾气。具体地说，所述煤化企业生产尾气中含有的二氧化碳经捕捉和压缩，提取了纯度为99.9%的液态二氧化碳存储至槽车。
实施例6：
在实施例1的基础上，所述注入管网、液相回流管网和气相放空管网的管道外壁均包覆有保冷材料，保冷材料保持管道内二氧化碳的温度在-16℃～-20℃之间。
本实施例采用HYSYS软件对现场物性数据进行详细模拟，模拟后的发现，二氧化碳在不同的温度和压力下，有着不同的相态，若压力在2.23MPa下，对应的温度为-16℃，因此在二氧化碳注入泵之前加上注入泵，就是为保证其为液相状态。通过注入泵加压后，二氧化碳的压力达到18MPa，对应的温度为-3.35℃。并且随着入口温度越高，所需的注入泵负荷越大。下表是二氧化碳在不同的温度、压力下所对应的负荷。
从表中看出，二氧化碳的温度越低，对应的CO2注入泵负荷也越低，因此在装置运行中,需要通过保冷措施，让二氧化碳一直保持在-16℃～-20℃之间，不仅能达到注入要求，还能使注入泵的负荷最低。
需要说明的是，保冷材料采用市购即可，例如聚异氰脲酸酯泡沫，聚异氰脲酸酯。
实施例7：
本实施例利用上述提高油田采收率的装置提高油田采收率的方法，包括三种状态，分别是注入液态二氧化碳、液相回流和气相放空：
（A）注入液态二氧化碳
通过可编程控制器PLC18关闭球阀三6，保持注入管网、液相回流管网和气相放空管网畅通，将低温储罐22内的液态二氧化碳泵入注入管线1，液态二氧化碳经球阀一2进行流量控制，然后进入喂液泵3，提高液态二氧化碳的压力后进入球阀二4，经球阀二4流量管控后进入注入泵5；
液态二氧化碳经注入泵5升温升压后进入注入管线1，并依次流经调节阀一7、止回阀8、流量计9和调节阀二17后，注入地下，即最终液态二氧化碳注入超低渗透油藏地层内，超低渗透油藏地层内的地下原油与液态二氧化碳互相融合，驱替出超低渗透油藏地层内的地下原油；
（B）液相回流
在注入液态二氧化碳的同时，注入管线1内的液态二氧化碳自球阀二4分流，部分进入注入泵5，另一部分进入回流管线10，进入回流管线10的部分液态二氧化碳经球阀四11进行流量控制后回流至低温储罐22，同时另一部分液态二氧化碳进入放空管线12，经球阀五13和闸阀14进行流量控制后回流至低温储罐22；
（C）气相放空
先打开所有的泵和阀门，然后关闭球阀四11、调节阀一7、止回阀8、流量计9和调节阀二17，所述的注入管线1和支线二16内的气体、所述的喂液泵3和支线一15内的气体、所述的回流管线10内的气体分别汇合至放空管线12，经球阀五13和闸阀14排至低温储罐22。
（D）旁通注入
当流量计9出现故障时，关闭调节阀一7和调节阀二17，打开球阀三6，液态二氧化碳通过支线二16进入注入管线1下游，最终注入超低渗透油藏地层内；
流量计9维修或更换好后，可继续按照（A）注入液态二氧化碳执行。
具体地说，在注入液态二氧化碳状态时，液态二氧化碳的压力被喂液泵3提高到2.2MPa～3.0MPa，液态二氧化碳的温度为-16℃～-10℃；液态二氧化碳经注入泵5流出后的压力为18MPa～23MPa，温度为-8℃～-1℃。
特别地，本发明与以往的气相放空不同，以往需要进行点燃或者直接排放进入大气，而本发明则是将放空的气体再通入低温储罐22，与低温储罐22内的液态二氧化碳进行混合再利用，在有保冷措施的管道中，气液两相二氧化碳进行转换，在循环利用二氧化碳的同时，也节省了资源。
综上所述，本发明保护的提高油田采收率的装置和方法，将二氧化碳驱油技术用于致密油开发，不仅提高了驱油效果，还能很好的将二氧化碳封存于地下，减少大气中的“温室气体”效应。二氧化碳降低了原油粘度，改善了流度比，扩大波及体积，有效解决超低渗透油藏注水注不进，注不够，有效驱替系统难建立，注入水沿裂缝窜流等开发矛盾。二氧化碳与地下原油互相融合（混相），具有混相压力低，界面张力低等特点，平均在水驱基础上提高油田采收率5%～15%，提高驱油效率。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (9)
1.一种提高油田采收率的装置，其特征在于：它由三个管网相互连通组成，分别是注入管网、液相回流管网和气相放空管网；
所述的注入管网包括注入管线（1），所述注入管线（1）自入口端至出口端依次串接着球阀一（2）、喂液泵（3）、球阀二（4）、注入泵（5）、调节阀一（7）、止回阀（8）、流量计（9）和调节阀二（17），低温储罐（22）内的液态二氧化碳自注入管线（1）的入口泵进注入管网，最终从注入管线（1）的出口端注入地下；
所述的液相回流管网包括回流管线（10），所述回流管线（10）与注入管线（1）并联，回流管线（10）的入口端连通于球阀二（4）出口端，回流管线（10）的出口端连通于球阀一（2）入口端，回流管线（10）上串接着球阀四（11）；
所述气相放空管网包括放空管线（12），放空管线（12）的一端接通于球阀四（11）入口端的回流管线（10），另外一端接入低温储罐（22），所述放空管线（12）上串接着球阀五（13）和闸阀（14），闸阀（14）靠近低温储罐（22）；
所述喂液泵（3）通过支线一（15）与回流管线（10）连通，且连通点位于放空管线（12）上游。
2.如权利要求1所述的提高油田采收率的装置，其特征在于：还包括作为旁通注入管线的支线二（16），所述支线二（16）与注入管线（1）并联，支线二（16）的一端连通于注入泵（5）的出口，另外一端连通于调节阀二（17）的出口，支线二（16）串接着球阀三（6）；
所述支线二（16）与放空管线（12）通过支线三（19）连通，支线三（19）的一端连接于球阀三（6）的出口，支线三（19）的另外一端接通于球阀五（13）和闸阀（14）之间。
3.如权利要求1所述的提高油田采收率的装置，其特征在于：所述注入管线（1）的入口端和出口端分别安装着温度表（20），注入泵（5）的入口端和出口端分别安装着压力表（21）。
4.如权利要求3所述的提高油田采收率的装置，其特征在于：还包括可编程控制器PLC（18），所述可编程控制器PLC（18）分别与温度表（20）、压力表（21）电连接，记录温度表（20）采集的温度数据和压力表（21）采集的压力数据，可编程控制器PLC（18）还与注入管网、液相回流管网、气相放空管网上串接的所有泵和阀电连接。
5.如权利要求1所述的提高油田采收率的装置，其特征在于：所述低温储罐（22）内的液态二氧化碳来自槽车，槽车内的液态二氧化碳来自煤化企业生产尾气。
6.如权利要求5所述的提高油田采收率的装置，其特征在于：所述煤化企业生产尾气中含有的二氧化碳经捕捉和压缩，提取了纯度为99.9%的液态二氧化碳存储至槽车。
7.如权利要求1所述的提高油田采收率的装置，其特征在于：所述注入管网、液相回流管网和气相放空管网的管道外壁均包覆有保冷材料，保冷材料保持管道内二氧化碳的温度在-16℃～-20℃之间。
8.一种利用权利要求1～7中任一权利要求所述的提高油田采收率的装置提高油田采收率的方法，其特征在于，包括三种状态，分别是注入液态二氧化碳、液相回流和气相放空：
（A）注入液态二氧化碳
通过可编程控制器PLC（18）关闭球阀三（6），保持注入管网、液相回流管网和气相放空管网畅通，将低温储罐（22）内的液态二氧化碳泵入注入管线（1），液态二氧化碳经球阀一（2）进行流量控制，然后进入喂液泵（3），提高液态二氧化碳的压力后进入球阀二（4），经球阀二（4）流量管控后进入注入泵（5）；
液态二氧化碳经注入泵（5）升温升压后进入注入管线（1），并依次流经调节阀一（7）、止回阀（8）、流量计（9）和调节阀二（17）后，进入配气阀组，最终液态二氧化碳注入超低渗透油藏地层内，超低渗透油藏地层内的地下原油与液态二氧化碳互相融合，驱替出超低渗透油藏地层内的地下原油；
（B）液相回流
在注入液态二氧化碳的同时，注入管线（1）内的液态二氧化碳自球阀二（4）分流，部分进入注入泵（5），另一部分进入回流管线（10），进入回流管线（10）的部分液态二氧化碳经球阀四（11）进行流量控制后回流至低温储罐（22），同时另一部分液态二氧化碳进入放空管线（12），经球阀五（13）和闸阀（14）进行流量控制后回流至低温储罐（22）；
（C）气相放空
先打开所有的泵和阀门，然后关闭球阀四（11）、调节阀一（7）、止回阀（8）、流量计（9）和调节阀二（17），所述的注入管线（1）和支线二（16）内的气体、所述的喂液泵（3）和支线一（15）内的气体、所述的回流管线（10）内的气体分别汇合至放空管线（12），经球阀五（13）和闸阀（14）排至低温储罐（22）；
（D）旁通注入
当流量计（9）出现故障时，关闭调节阀一（7）和调节阀二（17），打开球阀三（6），液态二氧化碳通过支线二（16）进入注入管线（1）下游，最终注入超低渗透油藏地层内；
流量计（9）维修或更换好后，可继续按照（A）注入液态二氧化碳执行。
9.如权利要求8所述的提高油田采收率的装置的油田采收方法，其特征在于：在注入液态二氧化碳状态时，液态二氧化碳的压力被喂液泵（3）提高到2.2MPa～3.0MPa，液态二氧化碳的温度为-16℃～-10℃；液态二氧化碳经注入泵（5）流出后的压力为18MPa～23MPa，温度为-8℃～-1℃。
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