CN112377159A - 注采一体式原油开采装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注采一体式原油开采装置，包括采油井、采油泵、蒸汽管线、分离器、蒸汽发生器、蒸汽增压泵和喷射管；采油井从地面往下延伸至地下原油层，采油井位于原油层的部分外壁设置进油孔，采油泵的泵体部分设置在采油井内，出口管往上伸出采油井后连接至分离器；分离器包括罐体，对外设罐体进口、原油出口、出气口和出水口，罐体进口连接出口管，出水口连接至蒸汽发生器，蒸汽发生器连接至蒸汽增压泵进口，蒸汽增压泵出口连接喷射管主进口，喷射管的引流口连接出气口，喷射管出口连接蒸汽管线，蒸汽发生器还包括设置与外表的补充管，补充管用于往蒸汽发生器内部补充高压蒸汽或水；蒸汽管线伸入采油井内并延伸至原油层中。

Description

注采一体式原油开采装置

技术领域

本发明涉及石油开采装置领域，具体是一种注采一体式原油开采装置。

背景技术

石油是一种非常重要的能源。世界上的采油技术不断演进以便更高产高效地采油。

原油开采过程中，由于原油从原油层中被抽离，原油层内压力下降，轻则原油开采困难，产油量下降，重则影响地质结构，造成大范围负面影响。

现有技术中，一般通过往原油层注入水体来补充原油被开采后的压力下降，注水位置一般选在石油区域的边缘上，首先边缘的检测较为困难，而且，注入与开采地点不重合增加建工成本。而且，原油常常是较粘稠的状态，采油泵的吸入条件常常达不到或勉强合格，采油抽送时，流量较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种注采一体式原油开采装置，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种注采一体式原油开采装置，包括地下组件与地面组件，地下组件将原油抽送至地面组件进行油气分离。

地下组件将地底的原油抽送往上进入地面组件后，抽送往上的是原始原油，其内含有一些油气、细砂粒等杂物，需要进行分离，本装置在地面组件中分离，分离出的细砂粒直接扔掉，而油气由于收集起来效益也不高，所以是重新注回地底补充原油被抽走后的压力降低，防止原油开采的后期抽送原油困难。

进一步的，地下组件包括采油井、采油泵、蒸汽管线，地面组件包括分离器、蒸汽发生器、蒸汽增压泵和喷射管；

采油井从地面往下延伸至地下原油层，采油井位于原油层的部分外壁设置进油孔，采油泵的泵体部分设置在采油井内，采油泵还包括出口管，出口管往上伸出采油井后连接至分离器；

分离器包括罐体，罐体对外设有罐体进口、原油出口、出气口和出水口，罐体进口连接出口管，出水口连接至蒸汽发生器，蒸汽发生器连接至蒸汽增压泵进口，蒸汽增压泵出口连接喷射管主进口，喷射管的引流口连接出气口，喷射管出口连接蒸汽管线，蒸汽发生器还包括设置与外表的补充管，补充管用于往蒸汽发生器内部补充高压蒸汽或水；

蒸汽管线伸入采油井内并延伸至原油层中。

采油井从地面往下延伸至地下原油层，原油层内的原油透过采油井侧壁的进油孔进入采油井内，而采油井内的采油泵将原油泵送往上，提出地面，由于原油一般在很深的地下，所以采油泵放置于地下防止吸入条件无法满足，吸上困难甚至汽蚀。

蒸汽管线从地面伸入地下对采油井内以及外部附近的原油进行加热，降低原油粘稠度，改善采油泵的运行条件，蒸汽来自于进入蒸汽发生器的水体，蒸汽产出后，经由蒸汽增压泵进行增压注入地下，协同原油中顺带提升上来的油气重新注回地下，水蒸气也提供同样的补充油层压力的作用，防止原油层压力降低过大而无法流往采油井内，喷射管用于将蒸汽与从原油中分离出的油气混合起来，喷射管利用伯努利原理或文丘里管原理，从蒸汽增压泵出来的高压蒸汽气流流经喷射管时在局部形成负压区域，将油气连接至这一区域后，蒸汽就会裹带上油气从喷射管出口流出，进而注回地下；

由于为了降低粘稠度而往油层注入了水蒸汽，所以，经采油泵泵送上来的原始原油除了掺杂一些细砂粒、油气外，还会有液态或气态的水，在开采出最好进行一次分离，一来可以循环利用水蒸气（注入地下而未提升上来的水蒸气不在循环之列中），二来减小原油后续处理步骤，三来降低油气在原油中的占比，让运输工具只运送液态的原油，提高运输效率。经由分离器进行分离，分离成：原油、油水蒸汽混合气和液态水，细沙沉积在液态水中，液态水流往蒸汽发生器，蒸汽发生器定期清理细砂粒。

分离器可以通过离心分离、静置分离等等方式，只要能达成分离的目的即可，从分离器上对外设置四个接口，分离用于进入原始混合物与输出三类输出物：从原油出口输出原油，从出气口输出油气、水蒸气，从出水口输出液态水、细沙粒，原油出口外接储油车或送油管道，而出水口接蒸汽发生器，出气口接喷射管，分离器与各管道管路都做成封闭式，与外部大气隔离，这样，从采油泵输出的原油的压力不会损失，原油出口对外输送原油需要一定压力，蒸汽注回地下需要压力，蒸汽增压泵对具有一定压力的蒸汽进行泵送与直接对只有大气压压力的蒸汽进行加压输送可以节省大量电能。

进一步的，分离器还包括第一截止组件和第二截止组件，罐体进口和原油出口设置在罐体侧面，出气口设置在罐体顶部，出水口设置在罐体底部，第一截止组件设置在罐体内的出水口处，第二截止组件设置在罐体内的出气口处；

第一截止组件包括浮球、连杆、阀垫、导向套和支撑架，支撑架一端连接在罐体内壁上，支撑架中央连接导向套，导向套内滑动连接连杆，连杆的轴线与出水口的中心线重合，连杆朝向出水口的一端设置阀垫，连杆背离出水口的一端设置浮球，阀垫朝向出水口的底部端面与罐体内壁相匹配，阀垫与罐体内壁贴合时封堵住出水口，浮球、连杆、阀垫三者构成的整体的密度介于水、原油之间；

第二截止组件包括整体密度介于水蒸气、原油之间的球杆垫。

分离器是通过低流速的近似静置分层来进行分离的，罐体要做得较大，至少让原油在罐体内的流速降至.m/s之下，静置分层后，原油处于中间位置，气态上浮，液态水与细砂粒下沉，由于从采油泵输送上来的原始混合物无法判断各组分的比例，所以也不方便通过分离器三个出口管路上设置流量阀来匹配流量、达到分流作用。必须有一定手段保证原油只从原油出口流出、出气口只出去气态物质、出水口只留出液态水与细砂粒，而本发明的第一截止组件和第二截止组件就是起到这个作用。

第一截止组件设置在出水口处，由于浮球、连杆、阀垫三者构成的整体的密度介于水、原油之间，以浮球近似代表浮球、连杆、阀垫三者的重心位置，浮球会悬浮在油水分界面上，当分离器中原油较多而进入分离器的液态水流量减小时，分离器内油水分界面下降，浮球、连杆、阀垫跟着下降，直至阀垫与出水口贴合上堵住出水口，从而原油无法从出水口排出。位于出气口处的第二截止组件运行原理与第一截止组件相同，也是通过浮子来识别气态混合物与原油的分界面，只是浮子的密度要与第一截止组件上的浮球有所区别，是介于水蒸气、原油之间的密度。气、油分界面上浮到一定程度时，出气口被堵死，从而原油无法从出气口排出。

作为优化，地下组件还包括谐波振动器，谐波振动器设置在采油泵外表或采油井内壁，谐波振动器位于原油层内，地面组件还包括振动器电源，振动器电源与谐波振动器电连接。谐波振动器可以发出特定频率的振动波，让周围原油破碎化，进一步降低粘稠度，地面上的振动器电源为谐波振动器提供电源与控制振动频率。

作为优化，蒸汽管线包括设置在管线末端的蒸汽喷头。蒸汽喷头让注入原油层的蒸汽细碎雾化，帮助更好地加热原油、降低粘稠度。

作为优化，采油泵为立式螺杆泵。螺杆泵的吸入条件要求降低，且运行稳定，可靠性相比于其他类型的采油泵更高，而且对于原油粘度的适应性较好。

作为优化，采油泵电机在下，出口朝上。电机在下，从而让电机充分地接触流动着的原油，带走电机热量，起到散热作用。

作为优化，采油井内壁设置耦合架，采油泵为耦合安装。耦合安装在污水井中的排污泵上有大量应用，而本发明的采油泵采取耦合安装就可以起到方便拆装的作用，采油泵只需要沿着耦合架下沉至指定深度处，不需要设置其他的固定结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过地面上的蒸汽增压泵往原油层内注入蒸汽、通过谐波振动器对采油泵附近的原油进行震荡，降低采油处原油的粘度，改善采油泵运行工况；蒸汽与油气注入原油层弥补采油造成的原油层压力损失，防止采油周期的后期采油困难；分离器的结构能对采油泵提升上来的混合物进行保压分离，液态物质压力、水体压力在进行叠压后重新注回地下，减小能量消耗。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明地下组件的结构示意图；

图2为本发明使用时的俯视示意图；

图3为本发明除去振动器电源后的地面组件流程图；

图4为本发明分离器的结构示意图；

图5为图4中的视图A。

图中：1-地下组件、11-采油井、111-进油孔、12-采油泵、121-出口管、13-蒸汽管线、131-喷头、14-谐波振动器、2-地面组件、21-分离器、210-罐体、211-进口、212-原油出口、213-出气口、214-出水口、215-第一截止组件、2151-浮球、2152-连杆、2153-阀垫、2154-导向套、2155-支撑架、216-第二截止组件、22-蒸汽发生器、221-补充管、23-蒸汽增压泵、24-喷射管、25-振动器电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2所示，一种注采一体式原油开采装置，包括地下组件1与地面组件2，地下组件1将原油抽送至地面组件2进行油气分离。

地下组件1将地底的原油抽送往上进入地面组件2后，抽送往上的是原始原油，其内含有一些油气、细砂粒等杂物，需要进行分离，本装置在地面组件2中分离，分离出的细砂粒直接扔掉，而油气由于收集起来效益也不高，所以是重新注回地底补充原油被抽走后的压力降低，防止原油开采的后期抽送原油困难。

如图1~3所示，地下组件1包括采油井11、采油泵12、蒸汽管线13，地面组件2包括分离器21、蒸汽发生器22、蒸汽增压泵23和喷射管24；

采油井11从地面往下延伸至地下原油层，采油井11位于原油层的部分外壁设置进油孔111，采油泵12的泵体部分设置在采油井11内，采油泵12还包括出口管121，出口管121往上伸出采油井11后连接至分离器21；

分离器21包括罐体210，罐体210对外设有罐体进口211、原油出口212、出气口213和出水口214，罐体进口211连接出口管121，出水口214连接至蒸汽发生器22，蒸汽发生器22连接至蒸汽增压泵23进口，蒸汽增压泵23出口连接喷射管24主进口，喷射管24的引流口连接出气口213，喷射管24出口连接蒸汽管线13，蒸汽发生器22还包括设置与外表的补充管221，补充管221用于往蒸汽发生器22内部补充高压蒸汽或水；

蒸汽管线13伸入采油井11内并延伸至原油层中。

采油井11从地面往下延伸至地下原油层，原油层内的原油透过采油井11侧壁的进油孔111进入采油井11内，而采油井11内的采油泵12将原油泵送往上，提出地面，由于原油一般在很深的地下，所以采油泵12放置于地下防止吸入条件无法满足，吸上困难甚至汽蚀。

蒸汽管线13从地面伸入地下对采油井11内以及外部附近的原油进行加热，降低原油粘稠度，改善采油泵12的运行条件，蒸汽来自于进入蒸汽发生器22的水体，蒸汽产出后，经由蒸汽增压泵23进行增压注入地下，协同原油中顺带提升上来的油气重新注回地下，水蒸气也提供同样的补充油层压力的作用，防止原油层压力降低过大而无法流往采油井11内，喷射管24用于将蒸汽与从原油中分离出的油气混合起来，喷射管24利用伯努利原理或文丘里管原理，从蒸汽增压泵23出来的高压蒸汽气流流经喷射管24时在局部形成负压区域，将油气连接至这一区域后，蒸汽就会裹带上油气从喷射管24出口流出，进而注回地下；

由于为了降低粘稠度而往油层注入了水蒸汽，所以，经采油泵12泵送上来的原始原油除了掺杂一些细砂粒、油气外，还会有液态或气态的水，在开采出最好进行一次分离，一来可以循环利用水蒸气（注入地下而未提升上来的水蒸气不在循环之列中），二来减小原油后续处理步骤，三来降低油气在原油中的占比，让运输工具只运送液态的原油，提高运输效率。经由分离器21进行分离，分离成：原油、油水蒸汽混合气和液态水，细沙沉积在液态水中，液态水流往蒸汽发生器22，蒸汽发生器22定期清理细砂粒。

分离器21可以通过离心分离、静置分离等等方式，只要能达成分离的目的即可，从分离器21上对外设置四个接口，分离用于进入原始混合物与输出三类输出物：从原油出口212输出原油，从出气口213输出油气、水蒸气，从出水口214输出液态水、细沙粒，原油出口212外接储油车或送油管道，而出水口214接蒸汽发生器22，出气口213接喷射管24，分离器与各管道管路都做成封闭式，与外部大气隔离，这样，从采油泵12输出的原油的压力不会损失，原油出口212对外输送原油需要一定压力，蒸汽注回地下需要压力，蒸汽增压泵23对具有一定压力的蒸汽进行泵送与直接对只有大气压压力的蒸汽进行加压输送可以节省大量电能。

如图4、5所示，分离器21还包括第一截止组件215和第二截止组件216，罐体进口211和原油出口212设置在罐体210侧面，出气口213设置在罐体210顶部，出水口214设置在罐体210底部，第一截止组件215设置在罐体210内的出水口214处，第二截止组件216设置在罐体210内的出气口213处；

第一截止组件215包括浮球2151、连杆2152、阀垫2153、导向套2154和支撑架2155，支撑架2155一端连接在罐体210内壁上，支撑架2155中央连接导向套2154，导向套2154内滑动连接连杆2152，连杆2152的轴线与出水口214的中心线重合，连杆2152朝向出水口214的一端设置阀垫2153，连杆2152背离出水口214的一端设置浮球2151，阀垫2153朝向出水口214的底部端面与罐体210内壁相匹配，阀垫2153与罐体210内壁贴合时封堵住出水口214，浮球2151、连杆2152、阀垫2153三者构成的整体的密度介于水、原油之间；

第二截止组件216包括整体密度介于水蒸气、原油之间的球杆垫。

分离器21是通过低流速的近似静置分层来进行分离的，罐体210要做得较大，至少让原油在罐体210内的流速降至0.1m/s之下，静置分层后，原油处于中间位置，气态上浮，液态水与细砂粒下沉，由于从采油泵12输送上来的原始混合物无法判断各组分的比例，所以也不方便通过分离器21三个出口管路上设置流量阀来匹配流量、达到分流作用。必须有一定手段保证原油只从原油出口212流出、出气口213只出去气态物质、出水口214只留出液态水与细砂粒，而本发明的第一截止组件215和第二截止组件216就是起到这个作用。

第一截止组件215设置在出水口214处，由于浮球2151、连杆2152、阀垫2153三者构成的整体的密度介于水、原油之间，以浮球2151近似代表浮球2151、连杆2152、阀垫2153三者的重心位置，浮球2151会悬浮在油水分界面上，当分离器21中原油较多而进入分离器21的液态水流量减小时，分离器21内油水分界面下降，浮球2151、连杆2152、阀垫2153跟着下降，直至阀垫2153与出水口214贴合上堵住出水口214，从而原油无法从出水口214排出。位于出气口213处的第二截止组件216运行原理与第一截止组件215相同，也是通过浮子来识别气态混合物与原油的分界面，只是浮子的密度要与第一截止组件215上的浮球2151有所区别，是介于水蒸气、原油之间的密度。气、油分界面上浮到一定程度时，出气口213被堵死，从而原油无法从出气口213排出。

如图1所示，地下组件1还包括谐波振动器14，谐波振动器14设置在采油泵12外表或采油井11内壁，谐波振动器14位于原油层内，地面组件2还包括振动器电源25，振动器电源25与谐波振动器14电连接。谐波振动器14可以发出特定频率的振动波，让周围原油破碎化，进一步降低粘稠度，地面上的振动器电源25为谐波振动器14提供电源与控制振动频率。

如图1所示，蒸汽管线13包括设置在管线末端的蒸汽喷头131。蒸汽喷头131让注入原油层的蒸汽细碎雾化，帮助更好地加热原油、降低粘稠度。

采油泵12为立式螺杆泵。螺杆泵的吸入条件要求降低，且运行稳定，可靠性相比于其他类型的采油泵更高，而且对于原油粘度的适应性较好。

采油泵12电机在下，出口朝上。电机在下，从而让电机充分地接触流动着的原油，带走电机热量，起到散热作用。

采油井11内壁设置耦合架，采油泵12为耦合安装。耦合安装在污水井中的排污泵上有大量应用，而本发明的采油泵12采取耦合安装就可以起到方便拆装的作用，采油泵12只需要沿着耦合架下沉至指定深度处，不需要设置其他的固定结构。

本发明的使用过程是：地面上通过蒸汽增压泵23往原油层注入高温蒸汽降低采油泵12附近处原油的粘稠程度，原油层流入采油井11内的原油被采油泵12提升往上，混合物中包含原油、液态水、油气、水蒸气、细砂粒，在分离器21中进行保压分离，液态水与细砂粒流入蒸汽发生器22内，水被再次蒸气化并被蒸汽增压泵23加压，裹带从出气口213排出的气态混合物重新注入原油层保持原油层压力，分离过后的原油从原油出口212排出装置进行下一步输送或存放。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (1)

1.一种注采一体式原油开采装置，其特征在于：所述原油开采装置包括地下组件（1）与地面组件（2），所述地下组件（1）将原油抽送至地面组件（2）进行油气分离；

所述地下组件（1）包括采油井（11）、采油泵（12）、蒸汽管线（13），所述地面组件（2）包括分离器（21）、蒸汽发生器（22）、蒸汽增压泵（23）和喷射管（24）；

所述分离器（21）包括罐体（210），罐体（210）对外设有罐体进口（211）、原油出口（212）、出气口（213）和出水口（214），所述罐体进口（211）连接出口管（121），所述出水口（214）连接至蒸汽发生器（22），所述蒸汽发生器（22）连接至蒸汽增压泵（23）进口，所述蒸汽增压泵（23）出口连接喷射管（24）主进口，所述喷射管（24）的引流口连接出气口（213），喷射管（24）出口连接蒸汽管线（13），所述蒸汽发生器（22）还包括设置与外表的补充管（221），所述补充管（221）用于往蒸汽发生器（22）内部补充高压蒸汽或水；

所述分离器（21）还包括第一截止组件（215）和第二截止组件（216），所述罐体进口（211）和原油出口（212）设置在罐体（210）侧面，所述出气口（213）设置在罐体（210）顶部，所述出水口（214）设置在罐体（210）底部，所述第一截止组件（215）设置在罐体（210）内的出水口（214）处，所述第二截止组件（216）设置在罐体（210）内的出气口（213）处；

所述第一截止组件（215）包括浮球（2151）、连杆（2152）、阀垫（2153）、导向套（2154）和支撑架（2155），所述支撑架（2155）一端连接在罐体（210）内壁上，支撑架（2155）中央连接导向套（2154），导向套（2154）内滑动连接连杆（2152），所述连杆（2152）的轴线与出水口（214）的中心线重合，连杆（2152）朝向出水口（214）的一端设置阀垫（2153），连杆（2152）背离出水口（214）的一端设置浮球（2151），所述阀垫（2153）朝向出水口（214）的底部端面与罐体（210）内壁相匹配，阀垫（2153）与罐体（210）内壁贴合时封堵住出水口（214），所述浮球（2151）、连杆（2152）、阀垫（2153）三者构成的整体的密度介于水、原油之间；

所述第二截止组件（216）包括整体密度介于水蒸气、原油之间的球杆垫；

所述地下组件（1）还包括谐波振动器（14），所述谐波振动器（14）设置在采油泵（12）外表或采油井（11）内壁，谐波振动器（14）位于原油层内，所述地面组件（2）还包括振动器电源（25），所述振动器电源（25）与谐波振动器（14）电连接；

所述蒸汽管线（13）包括设置在管线末端的蒸汽喷头（131）；所述采油泵（12）为立式螺杆泵；所述蒸汽管线（13）伸入采油井（11）内并延伸至原油层中。

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