CN111119834A - 超亲水井下油水分离器及其有杆泵同井注采工艺管柱 - Google Patents

Abstract

本发明为一种超亲水井下油水分离器及其有杆泵同井注采工艺管柱，油水分离器设有分离器外环空通道、分离器内环空通道和分离器主通道。利用超亲水井下油水分离器使采油层的产出液在井下油水分离，分别通过各自的液流通道将高含油的产出液举升至地面，将分离的地层水注入地层注水层。本发明克服了传统的重力式油水分离器处理量小，旋流式油水分离需配合电潜泵使用等缺点，无需外接独立的举升和注入设备，可直接应用于有杆泵同井注采工艺中，结构简单，安全可靠，处理能力可调节，结构稳定，分离效率高。

Description

超亲水井下油水分离器及其有杆泵同井注采工艺管柱

技术领域

本发明是关于一种油田开发领域中高含水油井的采油装置，尤其涉及一种超亲水井下油水分离器及其有杆泵同井注采工艺管柱。

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，提出了同井注采工艺，将采出液在井下进行油水分离后再举升至地层，大大降低了井口的采出液含水率。目前矿场应用较多的井下油水分离装置主要有采用重力沉降原理制成的重力式油水分离器和采用旋流离心原理制成的离心式油水分离器。由于重力式油水分离器受沉降时间的影响，处理量不大，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，提出一种超亲水井下油水分离器及其有杆泵同井注采工艺管柱，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亲水井下油水分离器及其有杆泵同井注采工艺管柱，以提高井下油水分离效果，使分离后的油、水分别形成独立的液流通道。

本发明的另一目的在于提供一种超亲水井下油水分离器及其有杆泵同井注采工艺管柱，提高有杆泵采油井的开采经济性，同时实现油水分离及在同井筒内不同层位进行注水作业。

本发明的目的是这样实现的，一种超亲水井下油水分离器，所述油水分离器内设有：

分离器外环空通道，所述分离器外环空通道通过第一单向出液孔与所述油水分离器的外部连通；

分离器内环空通道，所述分离器内环空通道轴向贯穿所述油水分离器的上端和下端，用于密封穿设抽油杆；所述分离器内环空通道与所述分离器外环空通道之间相互隔离；

分离器主通道，所述油水分离器的下端设有单向进液孔；所述油水分离器的上端设有第二单向出液孔；所述第二单向出液孔处设有限压阀；所述分离器主通道从所述单向进液孔向上延伸至所述第二单向出液孔；所述分离器主通道与所述分离器内环空通道之间相互隔离，所述分离器主通道与所述分离器外环空通道之间通过超亲水材料隔离；

采出的高含水原油从所述单向进液孔进入所述分离器主通道，并在所述限压阀的作用下产生一定压力，其中的水在压力作用下通过超亲水材料渗透到所述分离器外环空通道内；其中的油从所述第二单向出液孔流出。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一单向出液孔设置在所述油水分离器的一侧；所述第一单向出液孔处设有允许液体单向流出的第一单向阀；所述单向进液孔处设有允许液体单向流入的第二单向阀。

在本发明的一较佳实施方式中，所述油水分离器具有柱状外筒体，所述柱状外筒体内同轴套设一柱状内筒体，所述柱状内筒体的内部形成所述分离器内环空通道；所述柱状外筒体与所述柱状内筒体之间具有封闭的环形空间，该环形空间构成所述分离器外环空通道；所述环形空间中设有由超亲水材料构成的管状体，所述管状体的内部形成所述分离器主通道。

在本发明的一较佳实施方式中，所述环形空间中固定有固定架，所述管状体固定在所述固定架上；所述管状体的下端连接所述单向进液孔，所述管状体的上端连接所述第二单向出液孔；且所述管状体螺旋盘绕在所述柱状内筒体的外侧。

在本发明的一较佳实施方式中，所述油水分离器还包括中空套筒形的上接头和下接头，所述上接头和所述下接头分别连接在所述柱状外筒体的上端和下端；所述单向进液孔位于所述环形空间的底部并能与所述下接头中的液流通道连通；所述第二单向出液孔位于所述环形空间的顶部并能与所述上接头中的液流通道连通；所述柱状外筒体的上部侧壁上设有能将所述环形空间与外界连通的侧壁单向出液孔，所述侧壁单向出液孔形成所述第一单向出液孔。

在本发明的一较佳实施方式中，所述柱状内筒体的上端和下端分别设有上密封圈和下密封圈；所述上密封圈和所述下密封圈能与所述抽油杆密封滑动配合。

在本发明的一较佳实施方式中，所述工艺管柱包括有杆抽油泵、封隔器和所述油水分离器；所述油水分离器设置在所述有杆抽油泵的上方，所述油水分离器与所述有杆抽油泵之间设有下封隔器；所述油水分离器的上方设有上封隔器；所述有杆抽油泵连接所述抽油杆，所述抽油杆向上穿过所述工艺管柱；

所述上封隔器与所述下封隔器之间形成封隔器间油套环空，所述下封隔器的下方形成采油环空；所述分离器外环空通道通过所述第一单向出液孔与所述封隔器间油套环空连通，所述封隔器间油套环空与注水层连通，所述采油环空与采油层连通。

在本发明的一较佳实施方式中，所述油水分离器的上接头直接与所述上封隔器连接或通过油管与所述上封隔器连接；所述油水分离器的下接头直接与所述下封隔器连接或通过油管与所述下封隔器连接；所述下封隔器直接与所述有杆抽油泵连接或通过油管与所述有杆抽油泵连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述有杆抽油泵的下方依次连接有尾管和丝堵。

在本发明的一较佳实施方式中，所述上封隔器的上方连接油管，所述抽油杆上连接有抽油杆脱接器。

由上所述，本发明的油水分离器利用超亲水材料构成的主通道进行油水分离，使采油层的产出液在分离器主通道内进行油水分离，分离后的油和水分别通过各自的液流通道，将高含油的产出液举升至地面，将分离的地层水注入地层注水层。解决了传统的重力式油水分离器处理量小，旋流式油水分离需配合电潜泵使用等缺点，无需外接独立的举升和注入设备，可直接应用于有杆泵同井注采工艺中，该油水分离器及工艺管柱结构简单，安全可靠，处理能力可调节，结构稳定，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：为本发明超亲水井下油水分离器的结构示意图。

图2：为本发明有杆泵同井注采工艺管柱的结构示意图。

图3：为现有技术中有杆抽油泵的结构示意图。

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。

实施例一

如图1所示，本发明提供了一种超亲水井下油水分离器90，油水分离器90的内部设有三个通道，分别是分离器外环空通道91、分离器内环空通道92和分离器主通道93。其中，分离器内环空通道92用来供抽油杆密封穿过，分离器外环空通道91用来存储分离出来的水，并形成水流通道，分离器主通道93是高含水原油的液流通道，高含水原油在流经分离器主通道93过程中进行脱水，脱离出的水进入到分离器外环空通道91，脱水后的原油经该分离器主通道93继续上行。因此分离器内环空通道92与分离器外环空通道91之间，以及与分离器主通道93之间均隔离开。

分离器外环空通道91是一个封闭的空间，只通过第一单向出液孔94与油水分离器90的外部连通；第一单向出液孔94可以设置在油水分离器90的侧面；分离出的水经过该第一单向出液孔94流出到油水分离器90外部。第一单向出液孔94处设有允许液体单向流出的第一单向阀941。

分离器内环空通道92从油水分离器90的上端轴向贯穿到油水分离器90的下端(其中的上端和下端即图1中的上端和下端)；使用时，抽油杆从分离器内环空通道92中密封穿过。

油水分离器90的下端设有单向进液孔95；单向进液孔95处设有允许液体单向流入的第二单向阀951。油水分离器90的上端设有第二单向出液孔96。第二单向出液孔96处设有允许液体单向流出的限压阀961；分离器主通道93从单向进液孔95向上延伸至第二单向出液孔96；即分离器主通道93下端从单向进液孔95开始，在油水分离器90的内部向上延伸，分离器主通道93上端延伸到第二单向出液孔96结束。在限压阀961的作用下，分离器主通道93内的液体产生一定压力；即第二单向出液孔96处具有可调节的出液压力。单向进液孔95可以使高含水原油单方向进入到分离器主通道93内，第二单向出液孔96可以使脱水后的原油单方向流出分离器主通道93。分离器主通道93与分离器外环空通道91之间通过超亲水材料隔离；采用的是现有技术中的超亲水材料，超亲水材料对水的接触角接近于0°，油不会在超亲水材料表面粘附和通过，而水则会快速通过超亲水材料。在分离器主通道93内的压力作用下，原油中的部分水从分离器主通道93通过超亲水材料进入到分离器外环空通道91，而原油则被超亲水材料阻止通过，从而使部分水和油分离。通过调整该限压阀961的限制压力，可以保证油水分离器90内部的分离压差，保证采出液在分离器主通道93内能够在稳定的压力下达到目标分离效果。限压阀961在使用前设置好压力，当分离器主通道93内压力达到设置的压力后，限压阀961打开，液体通过第二单向出液孔96向上移动，压力降低，限压阀961关闭。限压阀961的作用是在分离器主通道93内形成一个恒定的压差，保证油水能够在这个压力下高效快速的分离，这个压力还需要与超亲水材料结合进行具体的设计来最终确定最合适的分离压力。

该油水分离器90的工作过程是采出的高含水原油从单向进液孔95进入分离器主通道93并在分离器主通道93内聚集，在限压阀961作用下产生一定的压力，其中的水在压力差作用下通过超亲水材料渗透到分离器外环空通道91内；直到分离器主通道93内的水和分离器外环空通道91内的水达到一个平衡，从而降低高含水原油中的含水量。其中的油从第二单向出液孔96流出，使分离后的原油和水分别形成两个独立的液流通道，两条通道各自能够形成持续高效的流动。

根据本发明的一个实施方式，油水分离器90包括柱状外筒体901、柱状内筒体902、上接头903和下接头904。上接头903和下接头904均为中空的套筒，其内部的中空结构可以形成液流通道。上接头903和下接头904分别连接在柱状外筒体901的上端和下端。柱状外筒体901内同轴套设一柱状内筒体902，柱状外筒体901和柱状内筒体902均为圆柱形筒体，其内部均为中空结构。柱状内筒体902的内部上下贯通，形成分离器内环空通道92，抽油杆可以穿过上接头903、柱状内筒体902和下接头904。柱状内筒体902的上端和下端分别设有上密封圈905和下密封圈906；上密封圈905和下密封圈906能与抽油杆密封滑动配合。柱状外筒体901与柱状内筒体902之间具有封闭的环形空间a，该环形空间a的底部与下接头904的内部之间是隔离的，同样，该环形空间a的顶部与上接头903的内部之间也是隔离的。该环形空间a构成分离器外环空通道91；分离出的水进入到该环形空间a中。柱状外筒体901的上部侧壁上设有能将环形空间a与外界连通的侧壁单向出液孔，侧壁单向出液孔形成第一单向出液孔94。环形空间a中的水通过侧壁单向出液孔流出到柱状外筒体901的外部。

环形空间a中设有由超亲水材料构成的管状体b，即管状体b的管壁由超亲水材料构成，管状体b的内部形成分离器主通道93。环形空间a中固定有固定架907，管状体b固定在固定架907上。单向进液孔95设置在环形空间a的底部，第二单向出液孔96设置在环形空间a的顶部。管状体b的下端连接单向进液孔95，管状体b的上端连接第二单向出液孔96；且管状体b螺旋盘绕在柱状内筒体902的外侧。螺旋盘绕的方式主要是为了增加超亲水材料的面积，以及增加液体在分离器主通道93内的流动时间，这样可以在最小的尺寸下达到更高效的分离效果。管状体b的内部通过单向进液孔95与下接头904的液流通道连通，通过第二单向出液孔96与上接头903的液流通道连通。高含水原油经过下接头904的液流通道从单向进液孔95进入管状体b内，通过超亲水材料与水分离之后的原油从第二单向出液孔96流出该管状体b。

油水分离器90的外径尺寸可根据井筒尺寸加工，油水分离器90的长度为3-10m，日处理量最高可达到200m³/d，产出液平均含水率下降5％，可以满足目前有杆泵同井注采工艺的指标要求。

实施例二

如图2所示，本发明还提供了一种有杆泵同井注采工艺管柱100，工艺管柱100设置在套管中，包括有杆抽油泵12、封隔器和实施例一中的油水分离器90。有杆抽油泵12可以采用现有技术中的有杆抽油泵，如图3所示，本实施例采用目前油田矿场普遍应用的常规有杆抽油泵12。有杆抽油泵12包括泵筒26、柱塞27、柱塞上段出液孔28、柱塞中段进液孔29、柱塞下段出液孔30、进液通道31、上游凡尔32、环形腔33、下游凡尔34。油水分离器90设置在有杆抽油泵12的上方，封隔器的数量根据需要来设置，本实施方式中油水分离器90与有杆抽油泵12之间设有下封隔器6；油水分离器90的上方设有上封隔器7；有杆抽油泵12连接抽油杆1，抽油杆1向上穿过工艺管柱100。

其中上封隔器7与下封隔器6之间形成封隔器间油套环空10，下封隔器6的下方形成采油环空15。分离器外环空通道91通过第一单向出液孔94与封隔器间油套环空10连通，封隔器间油套环空10与注水层5连通，采油环空15与采油层7连通。

当有杆抽油泵12处于上冲程时，柱塞27上行，在压差的作用下，采油层7中的地层液体流入到泵筒26内；当处于下冲程时，液压驱使上游凡尔32和下游凡尔34打开，采出液经柱塞下段出液孔30、环形腔33、柱塞中段进液孔29、进液通道31、柱塞上段出液孔28流入到油管2内，继续向上举升进入超亲水井下油水分离器90，在分离器主通道93内采出液在限压阀961的压差下进行油水分离。低含水率的采出液经分离器主通道93、第二单向出液孔96、油管2举升至地面。分离出来的地层水在分离器外环空通道91聚集并通过侧壁单相出液孔、封隔器间油套环空10最终注入到注水层5。该工艺管柱100利用超亲水井下油水分离器90使采油层7的产出液在井下油水分离，分别通过各自的液流通道将高含油的产出液举升至地面，将分离的地层水注入地层注水层5。

根据本发明的一个实施方式，油水分离器90、有杆抽油泵12和封隔器之间可以直接螺纹连接或通过螺纹连接油管2，由油管2相互连接。具体的，油水分离器90的上接头903直接与上封隔器7螺纹连接或通过油管2与上封隔器7螺纹连接；油水分离器90的下接头904直接与下封隔器6螺纹连接或通过油管2与下封隔器6螺纹连接。下封隔器6直接与有杆抽油泵12螺纹连接或通过油管2与有杆抽油泵12螺纹连接。有杆抽油泵12的下方依次螺纹连接有尾管13和丝堵14。上封隔器7的上方螺纹连接油管2，抽油杆1上连接有抽油杆脱接器8。

该工艺管柱100实施时，将丝堵14、尾管13、有杆抽油泵12、下封隔器6、超亲水井下油水分离器90、上封隔器7、抽油杆1以及各联接油管2由下而上顺次联接成工艺管柱100。抽油杆1上连接相应的抽油杆脱接器8。连接完毕后，使两个封隔器分别坐封，实现采油层7与注水层5的分离，此后，抽油杆1带动有杆抽油泵12上下往复运动，采出液通过油水分离器90后形成两条液流通道：

第一条液流通道为采出液液流通道，路径依次为采油层7、有杆抽油泵12的下游凡尔34、柱塞下段出液孔30、环形腔33、柱塞中段进液孔29、进液通道31、柱塞上段出液孔28、下封隔器6的中心通道、分离器主通道93、第二单向出液孔96、上封隔器7的中心通道、油管2。

第二条液流通道为分离后的水流通道，路径依次为采油层7、有杆抽油泵12的下游凡尔34、柱塞下段出液孔30、环形腔33、柱塞中段进液孔29、进液通道31、柱塞上段出液孔28、下封隔器6的中心通道、分离器主通道93、分离器外环空通道91、第一单向出液孔94、封隔器间油套环空10、注水层5。

通过调整有杆抽油泵12的冲程、冲次、泵径和超亲水井下油水分离器90中分离器主通道93的有效长度，使采出液的产量与油水分离器90的分离量相匹配。调整超亲水井下油水分离器90中侧壁单向出液孔的水嘴大小，以保证地层注入水量的调节。

本发明的油水分离器90利用超亲水材料构成的主通道进行油水分离，使采油层7的产出液在分离器主通道93内进行油水分离，分离后的油和水分别通过各自的液流通道，将高含油的产出液举升至地面，将分离的地层水注入地层注水层5。解决了传统的重力式油水分离器处理量小，旋流式油水分离需配合电潜泵使用等缺点，无需外接独立的举升和注入设备，可直接应用于有杆泵同井注采工艺中，该油水分离器及工艺管柱结构简单，安全可靠，处理能力可调节，结构稳定，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)

1.一种超亲水井下油水分离器，其特征在于，所述油水分离器内设有：

分离器外环空通道，所述分离器外环空通道通过第一单向出液孔与所述油水分离器的外部连通；

分离器内环空通道，所述分离器内环空通道轴向贯穿所述油水分离器的上端和下端，用于密封穿设抽油杆；所述分离器内环空通道与所述分离器外环空通道之间相互隔离；

分离器主通道，所述油水分离器的下端设有单向进液孔；所述油水分离器的上端设有第二单向出液孔；所述第二单向出液孔处设有限压阀；所述分离器主通道从所述单向进液孔向上延伸至所述第二单向出液孔；所述分离器主通道与所述分离器内环空通道之间相互隔离，所述分离器主通道与所述分离器外环空通道之间通过超亲水材料隔离；

采出的高含水原油从所述单向进液孔进入所述分离器主通道，并在所述限压阀的作用下产生一定压力，其中的水在压力作用下通过超亲水材料渗透到所述分离器外环空通道内；其中的油从所述第二单向出液孔流出。

2.如权利要求1所述的超亲水井下油水分离器，其特征在于，所述第一单向出液孔设置在所述油水分离器的一侧；所述第一单向出液孔处设有允许液体单向流出的第一单向阀；所述单向进液孔处设有允许液体单向流入的第二单向阀。

3.如权利要求2所述的超亲水井下油水分离器，其特征在于，所述油水分离器具有柱状外筒体，所述柱状外筒体内同轴套设一柱状内筒体，所述柱状内筒体的内部形成所述分离器内环空通道；所述柱状外筒体与所述柱状内筒体之间具有封闭的环形空间，该环形空间构成所述分离器外环空通道；所述环形空间中设有由超亲水材料构成的管状体，所述管状体的内部形成所述分离器主通道。

4.如权利要求3所述的超亲水井下油水分离器，其特征在于，所述环形空间中固定有固定架，所述管状体固定在所述固定架上；所述管状体的下端连接所述单向进液孔，所述管状体的上端连接所述第二单向出液孔；且所述管状体螺旋盘绕在所述柱状内筒体的外侧。

5.如权利要求3或4所述的超亲水井下油水分离器，其特征在于，所述油水分离器还包括中空套筒形的上接头和下接头，所述上接头和所述下接头分别连接在所述柱状外筒体的上端和下端；所述单向进液孔位于所述环形空间的底部并能与所述下接头中的液流通道连通；所述第二单向出液孔位于所述环形空间的顶部并能与所述上接头中的液流通道连通；所述柱状外筒体的上部侧壁上设有能将所述环形空间与外界连通的侧壁单向出液孔，所述侧壁单向出液孔形成所述第一单向出液孔。

6.如权利要求3或4所述的超亲水井下油水分离器，其特征在于，所述柱状内筒体的上端和下端分别设有上密封圈和下密封圈；所述上密封圈和所述下密封圈能与所述抽油杆密封滑动配合。

7.采用权利要求1至6中任一项所述油水分离器的有杆泵同井注采工艺管柱，其特征在于，所述工艺管柱包括有杆抽油泵、封隔器和所述油水分离器；所述油水分离器设置在所述有杆抽油泵的上方，所述油水分离器与所述有杆抽油泵之间设有下封隔器；所述油水分离器的上方设有上封隔器；所述有杆抽油泵连接所述抽油杆，所述抽油杆向上穿过所述工艺管柱；

所述上封隔器与所述下封隔器之间形成封隔器间油套环空，所述下封隔器的下方形成采油环空；所述分离器外环空通道通过所述第一单向出液孔与所述封隔器间油套环空连通，所述封隔器间油套环空与注水层连通，所述采油环空与采油层连通。

8.如权利要求7所述的有杆泵同井注采工艺管柱，其特征在于，所述油水分离器的上接头直接与所述上封隔器连接或通过油管与所述上封隔器连接；所述油水分离器的下接头直接与所述下封隔器连接或通过油管与所述下封隔器连接；所述下封隔器直接与所述有杆抽油泵连接或通过油管与所述有杆抽油泵连接。

9.如权利要求7所述的有杆泵同井注采工艺管柱，其特征在于，所述有杆抽油泵的下方依次连接有尾管和丝堵。

10.如权利要求7至9中任一项所述的有杆泵同井注采工艺管柱，其特征在于，所述上封隔器的上方连接油管，所述抽油杆上连接有抽油杆脱接器。

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