CN116177767A - 油田采出液预分水设备和方法以及过滤器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种油田采出液预分水设备和方法以及过滤器的制作方法，包括并联连接的主过滤器和备用过滤器；水力旋流器，所述主过滤器和所述备用过滤器的出口分别连接所述水力旋流器的入口，所述水力旋流器通过旋转在离心力的作用下将油水分离；连接所述水力旋流器的油液回收装置，其回收所述水力旋流器分离的油液；以及连接所述水力旋流器的水回收装置，其回收所述水力旋流器分离的水。本发明解决油田采出液预分水工艺中，泥沙等大颗粒在水压的作用下存在卡入过滤器的过滤孔中，经由一定工艺时间的积累，会造成过滤器的失效的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种油田采出液预分水设备和方法，属于油田采出液技术领域，此外，本发明还涉及一种过滤器的制作方法。
背景技术
国内许多致密油气藏属于低孔、低渗气藏、非均质性较强及微裂缝发育的储层，有些油气层具有在纵向上多层系叠合发育，并伴随底水，气水关系复杂，储层遮挡层较薄等特点，导致压裂施工进行储层改造时，人工造缝易穿透底盖层而沟通底水，致使生产时出水严重，容易造成水平井全井筒水淹，影响单井产能。另外，还存在水平井已完钻，但井眼条件不满足裸眼完井管柱入井，或储层性质不满足裸眼完井改造技术要求的难题。
针对此类开采难题，一般采取尾管固井后回接压裂储层改造方式。现有尾管固井后回接压裂技术可以为后期压裂等储层改造方式提供一个高承压全通径的井筒，但后期压裂施工仍需要泵送桥塞、射孔压裂等储层改造工艺，施工过程复杂、周期长、成本较高，同时会出现桥塞未坐封等情况，导致无法完成压裂施工的现象。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种油田采出液预分水设备和方法，解决油田采出液预分水工艺中，泥沙等大颗粒在水压的作用下存在卡入过滤器的过滤孔中，经由一定工艺时间的积累，会造成过滤器的失效的问题；此外还提出了一种过滤板的制作方法，加热时恢复高温形状，冷却时恢复低温形状。
根据本发明的一个方面，提出了一种油田采出液预分水设备，包括：
并联连接的主过滤器和备用过滤器；
水力旋流器，所述主过滤器和所述备用过滤器的出口分别连接所述水力旋流器的入口，所述水力旋流器通过旋转在离心力的作用下将油水分离；
连接所述水力旋流器的油液回收装置，其回收所述水力旋流器分离的油液；以及
连接所述水力旋流器的水回收装置，其回收所述水力旋流器分离的水。
本发明的进一步改进在于，所述主过滤器和备用过滤器的结构相同，其均包括设置有过滤板的过滤容器，所述过滤容器的一侧设置有采出液入口和冲洗液入口，另一侧设置有采出水出口和冲洗液出口。
本发明的进一步改进在于，所述主过滤器和所述备用过滤器的采出液入口并行地通过管道连接至采出液输入管道，所述采出液输入管道外侧设置保温层；
其中，主过滤器和备用过滤器的采出液入口、采出液出口、冲洗液入口和冲洗液出口的管道上均设置了阀门，所述阀门通过上位机进行远程控制，并且采出液出口的管道上设置了流量计，所述流量计实时检测从采出液出口流出的液体流量，并传送给上位机。
本发明的进一步改进在于，所述过滤板将所述过滤容器的内部分隔成过滤前侧空间和过滤后侧空间，其中，所述过滤前侧空间的长度与过滤后侧空间的长度的比值为3：1～5：1。
本发明的进一步改进在于，所述过滤板包括具有形状记忆合金构成的泡沫金属制的骨架，以及包覆在所述骨架外部的弹性介质层。
本发明的进一步改进在于，所述主过滤器和所述备用过滤器的冲洗液入口连接有水箱，所述水箱内设置有连接所述上位机的温度传感器和控温器。
本发明的进一步改进在于，所述油液回收装置包括连接所述水力旋流器的油出口的油沉降罐，所述油沉降罐连接有储油桶；
所述水回收装置包括连接所述水力旋流器的水出口的水沉降罐，所述水沉降罐连接有收水罐。
根据本发明的另一个方面，提出了一种过滤板的制作方法，包括：
将原料混合和孔隙剂混合并加入到导热容器内，将导热容器在真空腔内进行烧结形成具有形状记忆合金构成的泡沫金属板材；
将泡沫金属板材拉伸、加热、淬火冷却后再次加热形成骨架；
将骨架浸泡在溶于溶剂的硅橡胶混合液中一段时间，去除多余的硅橡胶混合液，保留依附在硅橡胶混合液形成弹性介质层，最后烘干完成制作。
本发明的进一步改进在于，所述原料包括重量比44.62％的Cu粉末、39.32wt％的Al粉末和16.06％的Ni粉末。
根据本发明的另一个方面，提出了一种油田采出液预分水方法，使用根据油田采出液预分水设备，其包括：
首先通过上位机控制关闭备用过滤器，启动主过滤器，上位机检测过滤器支路的采出液出口管道上的流量计的测量数值，判断该测量数值是否低于预设阈值；如果不低于预设阈值则继续运行主过滤器，如果低于预设阈值则关闭主过滤器，开启备用过滤器。
上位机确认水箱内水温低于25摄氏度，并开启过滤器支路的冲洗液入口和冲洗液出口的阀门，进行冲洗，冲洗时间预设为5-10min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明所述一种油田采出液预分水设备和方法，解决油田采出液预分水工艺中，泥沙等大颗粒在水压的作用下存在卡入过滤器的过滤孔中，经由一定工艺时间的积累，会造成过滤器的失效的问题，本发明能够清除过滤膜的堵塞物，降低了过滤膜的更换需求，从而提高生产效率，降低生产成本。本发明中一种过滤板的制作方法，加热时恢复高温形状，冷却时恢复低温形状。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1所示为本发明的一个实施例的油田采出液预分水设备的结构示意图。
附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
在附图中各附图标记的含义如下：
1、主过滤器，2、备用过滤器，3、水力旋流器，4、油液回收装置，5、水回收装置，6、上位机，11、采出液入口，12、采出液出口，13、冲洗液入口，14、冲洗液出口，15、流量计，21、水箱，22、温控器，31、油出口，32、水出口，41、油沉降罐，42、储油桶，51、水沉降罐，52、收水罐。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例所述的一种油田采出液预分水设备，包括并联连接的主过滤器1和备用过滤器2。所述主过滤器1和所述备用过滤器2的入口连接采出液入口11，出口分别连接所述水力旋流器3。所述水力旋流器3通过旋转在离心力的作用下将油水分离。水力旋流器3具有两个出口，分别为油出口31和水出口32，其中，油出口31连接油液回收装置4，水出口32连接水回收装置5。油液回收装置4回收所述水力旋流器3分离的油液，水回收装置5回收所述水力旋流器3分离的水。
在一个实施例中，主过滤器1和备用过滤器2的采出液入口11并行地通过管道连接至采出液输入管道。优选地，该采出液输入管道外侧设置保温层。采出液入口11的管道上设置有阀门，通过开关两个主过滤器1和备用过滤器2的发明来切换两个过滤器的工作状态。主过滤器1和备用过滤器2具有相同的结构和连接关系。
在一个实施例中，主过滤器1包括过滤容器，过滤容器为密闭的罐体、箱体或釜体等容器，其内部设置有过滤板。滤容器上还设置有冲洗液入口13和冲洗液出口14。冲洗液入口13连接有水箱21，水箱21内的水从冲洗液进入过滤容器内，从而在冲洗阶段实现冲洗液的流入和冲洗后的废水流出。采出液入口11和采出液出口分别位于过滤容器的两侧(该两侧的定义为以过滤板的安装位置为界，将过滤容器空间分为两侧)，冲洗液入口13和冲洗液出口14也分别位于过滤容器的两侧，并且采出液入口11和冲洗液出口14位于过滤容器的同一侧，采出液出口和冲洗液入口13位于过滤容器的同一侧。
优选的，冲洗液出口14位于过滤容器的底面，从而方便更多的固体颗粒流出，避免固体颗粒残留在过滤器中。冲洗液入口13位于靠近过滤容器顶面的位置，使得冲洗液在进入过滤容器后在向过滤板进行喷流时，不仅具有动能，还具有一定的势能，提高冲洗液向过滤板喷流的能量。在主过滤器1和备用过滤器2的采出液入口11、采出液出口、冲洗液入口13和冲洗液出口14的管道上均设置了阀门，上述阀门通过上位机6可以进行远程控制。
在一个实施例中，过滤板安装于过滤容器的内部空间，并且过滤板所在平面与液体流动的方向垂直，其固定镶嵌于过滤容器的内部，并将过滤容器的内部空间分隔成两部分，分别为过滤前侧空间和过滤后侧空间，采出液入口11和过滤入口连通过滤前侧空间，采出液出口12和采出液出口连通过滤后侧空间。
优选的，过滤板的安装位置靠近过滤容器的后侧，即通过过滤板的分割划分使得过滤前侧空间和过滤后侧空间的液体流动长度比值为3：1～5：1，从而使得冲洗液入口13更加靠近过滤板，进一步提高冲洗液向过滤板喷流的能量。
优选地，所述油田采出液预分水设备的过滤板具有特殊的结构构造。具体的，过滤板具有形状记忆合金构成的泡沫金属形成的骨架以及包覆在该骨架之外的弹性介质层。该形状记忆合金优选为CuAlNi合金，其变形温度为30度左右,具有双程记忆效应，即加热时恢复高温形状，冷却时恢复低温形状。
在一个实施例中，在过滤容器的采出液出口的管道上设置了流量计15，该流量计15实时检测从采出液出口流出的液体流量，并传送给上位机6，上位机6检测当存在采出液输入时，采出液出口流出的液体流量低于预设阈值时，判断该主过滤器1的过滤板处于堵塞状态，并控制设备将采出液输入备用过滤器2进行过滤，而主过滤器1支路停止过滤，并进入冲洗状态。
在一个实施例中，所述主过滤器1的冲洗液入口13通过管道连接至一水箱21，当过滤器进入冲洗状态时，上位机6控制关闭位于过滤器的位于采出液入口11和采出液出口的阀门，并打开冲洗液入口13和冲洗液出口14的阀门，并由水箱21向过滤器内输送高压低温水进行对过滤板的冲洗。上述高压低温水的压力为5MPa，温度为25摄氏度以下，冲洗时间为5-10min。该水压提供可以通过液体增压泵，水温控制通过设置与水箱21内部的温度传感器以及水箱21外部的温控器22进行反馈控制，将水温设置于25摄氏度以下。
当高压低温水接触过滤板后，由于过滤板温度降至变形温度之下，该过滤板形状恢复到拉伸后的形状，即具有较大的平均孔径和孔隙率。由于过滤板的孔径变大以及水压的作用可以将绝大部分堵塞在过滤孔中的固体颗粒从过滤孔中清洗掉，并通过冲洗液出口14，流入到水沉降罐51，在沉降后，流入收水器回收。冲洗时间结束后，上位机6控制关闭备用过滤器2支路的采出液入口11以及采出液出口的阀门，关闭过滤器支路的冲洗入口和冲洗液出口14的阀门并打开过滤器支路的采出液入口11以及采出液出口的阀门，将过滤工艺切换回过滤器支路。
与过滤器的过滤-冲洗控制过程不同，当备用过滤器2采出液出口的流量计15检测其采出液出口的液体流量低于上述阈值时，上位机6不会立即进行线路切换，而是等到过滤器支路完成冲洗，将过滤工艺切换回过滤器线路之后，在进行备用过滤器2冲洗过程的切换。
作为替换实施例，备用过滤器2也可以仅仅使用普通的过滤板，由于备用过滤器2的使用频率较低，当其发生堵塞后可以进行过滤板的更换，当备用过滤器2采用普通过滤板时，备用过滤器2可以省略冲洗功能的相关配置，例如冲洗出入口、水箱21连接等。
主过滤器1和备用过滤器2的采出液出口通过管道连接于水力旋流器3的混合液入口，水力旋流器3的基本原理就利用物料的密度差在离心力作用进行分离的设备。水力旋流器3利用油水密度差、在液流调整旋转时受到不等离心力的作用而实现油水分离。含油污水切向或螺旋向进入圆筒涡旋段，并沿旋流管轴向螺旋态流动。在同心缩径段。由于圆锥截面的收缩，使流体增速，并促使已经形成的螺旋流态向前流动，由于油、水的密度差，使水沿着管壁旋流，而油珠移向中心。流体进人细锥段，截面不断缩小.流速继续增小，流速继续增大，小油珠继续移到中心汇成油芯。流体进人平行尾段，由丁流体恒速流动，对上段产生一定的回压，使低压油芯从水力旋流器3的油出口31排出，水则通过水力旋流器3末端的水出口32流出。
油出口31连接油沉降罐41，油沉降罐41连接储油桶42。油体流出水力旋流器3的油出口31后，经由油沉降罐41沉降后，流入储油桶42。水出口32连接水沉降罐51，水沉降罐51连接收水罐52。水流出水力旋流器3的水出口32后，经由水沉降罐51沉降后，流入收水罐52。
本发明提供的油田采出液预分水设备，利用了形状记忆合金的泡沫金属作为过滤板的基材，借由采出液的高温和冲洗水的低温效应，实现了过滤板在过滤时的小孔径状态和冲洗时的大孔径状态，兼顾了过滤效果以及清洗效果，大大降低了更换过滤板的几率，提高了生产效率，降低了生产成本。
根据本发明的另一个方面，还提出了一种过滤板的制作方法。所述方法包括：
将原料混合和孔隙剂混合并加入到导热容器内，将导热容器在真空腔内进行烧结形成具有形状记忆合金构成的泡沫金属板材；
将泡沫金属板材拉伸、加热、淬火冷却后再次加热形成骨架；
将骨架浸泡在溶于溶剂的硅橡胶混合液中一段时间，去除多余的硅橡胶混合液，保留依附在硅橡胶混合液形成弹性介质层，最后烘干完成制作。
在一个具体的实施例中，所述过滤板的制造方法包括一下步骤：
通过将Cu粉末(44.62wt％)，Al粉末(39.32wt％)和Ni粉末(16.06wt％)进行混合，并进行球磨充分混合后，加入孔隙剂(NH4Cl)后，再次进行混合，优选的，孔隙剂NH4Cl的添加量为相对每1克混合金属粉末添加4.52mol的孔隙剂NH4Cl。将混合物倒入内部容纳尺寸为40cm*30cm*20cm(长*宽*高)的导热容器内，将导热容器放入真空腔中进行烧结，烧结温度为1300摄氏度，烧结时间为3-4小时，形成CuAlNi形状记忆合金的泡沫金属板材，其具有平均直径为1-1.5mm的孔隙尺寸，孔隙率为76-80％。
将该泡沫金属板材安装至材料拉伸设备上，通过材料拉伸设备沿板材长度方向缓慢拉伸泡沫金属板材，拉伸速度为2.7-3mm/min，拉伸拉力为500-600N，将泡沫金属板材进行10次等幅拉伸，每次的拉伸长度为0.5-0.8cm，拉伸后将泡沫金属板材加热至950摄氏度，保温半小时后，进行淬火，冷却后，加热至950摄氏度，加热时间1小时，得到平均直径为3-5mm的孔隙尺寸，孔隙率为78-86％。
将上述泡沫金属板材进入加入溶于溶剂的硅橡胶混合液中浸泡后取出，优选的，该溶剂可以为正已烷，上述溶于溶剂的硅橡胶混合液的粘度低于6*10-3Pa.s，利用送风系统反复吹拂，去除多余的硅橡胶混合液，仅保留依附在泡沫金属板材骨架上的薄层溶于溶剂的硅橡胶混合液介质薄层，将带有介质薄层的泡沫金属板材，放入烘干箱，烘干溶剂并进行固化，烘干温度为80-100摄氏度，从而得到最终的过滤板。
每当上述过滤板在变形温度(30度)之下，具有拉伸后的形状，即具有较大的平均孔径和孔隙率，而每当温度升至变形温度(30度)以上时，会发生形状记忆变形，恢复拉伸前的形状，即具有较小的平均孔径和孔隙率。由于硅橡胶具有一定的弹性，因此硅橡胶介质薄层可以随者孔径的大小变化。
由于一般油田采出液的温度较高，通常在40-70摄氏度左右，因此采出液温度高于过滤板的变形温度，也就是说，当40-70摄氏度的采出液接触过滤板后，由于过滤板温度到达变形温度至上，过滤板的过滤孔径会收缩，从而提供良好的固体颗粒滤除效果。
根据本发明的另一个方面，还提出了一种油田采出液预分水设备的控制方法。上述控制方法包括：
首先通过上位机6控制关闭备用过滤器2，启动主过滤器1，上位机6检测过滤器支路的采出液出口管道上的流量计15的测量数值，判断该测量数值是否低于预设阈值；如果不低于预设阈值则继续运行主过滤器1，如果低于预设阈值则关闭主过滤器1，开启备用过滤器2。
上位机6确认水箱21内水温低于25摄氏度，并开启过滤器支路的冲洗液入口13和冲洗液出口14的阀门，进行冲洗，冲洗时间预设为5-10min。
优选的，上位机6检测备选过滤器支路采出液出口流量计15的流量是否低于预设阈值。如果否，则不进行操作。如果是，则打开备选过滤器支路的冲洗液入口13和冲洗液出口14阀门，对备选过滤器进行冲洗，冲洗时间预设为5-10min。冲洗时间结束后，关闭冲洗液入口13和冲洗液出口14阀门。
优选的，上位机6实时检测水箱21温度传感器数据，并控制温控器22进行水温的调节。
本发明提供的油田采出液预分水设备，能够清除过滤膜的堵塞物，降低了过滤膜的更换需求，从而提高生产效率，降低生产成本。
本发明中的必要参数的获取如压强，流量的均可以通过在管路中设置相应压强表或流量计15来进行测量和控制。管道中必须的用于气压制造或维持的气泵或泄压口等，为了简化技术方案，进行了省略，但是本领域技术人员根据掌握的技术知识，能够在本申请公开的基础上合理判断上述必须部件设置的位置。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种油田采出液预分水设备，其特征在于，包括：
并联连接的主过滤器(1)和备用过滤器(2)；
水力旋流器(3)，所述主过滤器(1)和所述备用过滤器(2)的出口分别连接所述水力旋流器(3)的入口，所述水力旋流器(3)通过旋转在离心力的作用下将油水分离；
连接所述水力旋流器(3)的油液回收装置(4)，其回收所述水力旋流器(3)分离的油液；以及
连接所述水力旋流器(3)的水回收装置(5)，其回收所述水力旋流器(3)分离的水。
2.根据权利要求1所述的油田采出液预分水设备，其特征在于，所述主过滤器(1)和备用过滤器(2)的结构相同，其均包括设置有过滤板的过滤容器，所述过滤容器的一侧设置有采出液入口(11)和冲洗液入口(13)，另一侧设置有采出水出口(32)和冲洗液出口(14)。
3.根据权利要求2所述的油田采出液预分水设备，其特征在于，所述主过滤器(1)和所述备用过滤器(2)的采出液入口(11)并行地通过管道连接至采出液输入管道，所述采出液输入管道外侧设置保温层；
其中，主过滤器(1)和备用过滤器(2)的采出液入口(11)、采出液出口、冲洗液入口(13)和冲洗液出口(14)的管道上均设置了阀门，所述阀门通过上位机(6)进行远程控制，并且采出液出口的管道上设置了流量计(15)，所述流量计(15)实时检测从采出液出口流出的液体流量，并传送给上位机(6)。
4.根据权利要求3所述的油田采出液预分水设备，其特征在于，所述过滤板将所述过滤容器的内部分隔成过滤前侧空间和过滤后侧空间，其中，所述过滤前侧空间的长度与过滤后侧空间的长度的比值为3：1～5：1。
5.根据权利要求4所述的油田采出液预分水设备，其特征在于，所述过滤板包括具有形状记忆合金构成的泡沫金属制的骨架，以及包覆在所述骨架外部的弹性介质层。
6.根据权利要求5所述的油田采出液预分水设备，其特征在于，所述主过滤器(1)和所述备用过滤器(2)的冲洗液入口(13)连接有水箱(21)，所述水箱(21)内设置有连接所述上位机(6)的温度传感器和温控器(22)。
7.根据权利要求6所述的油田采出液预分水设备，其特征在于，所述油液回收装置(4)包括连接所述水力旋流器(3)的油出口(31)的油沉降罐(41)，所述油沉降罐(41)连接有储油桶(42)；
所述水回收装置(5)包括连接所述水力旋流器(3)的水出口(32)的水沉降罐(51)，所述水沉降罐(51)连接有收水罐(52)。
8.一种根据权利要求5至7中任一项所述的油田采出液预分水设备的过滤板的制作方法，其特征在于，包括：
将原料混合和孔隙剂混合并加入到导热容器内，将导热容器在真空腔内进行烧结形成具有形状记忆合金构成的泡沫金属板材；
将泡沫金属板材拉伸、加热、淬火冷却后再次加热形成骨架；
将骨架浸泡在溶于溶剂的硅橡胶混合液中一段时间，去除多余的硅橡胶混合液，保留依附在硅橡胶混合液形成弹性介质层，最后烘干完成制作。
9.根据权利要求8所述的过滤板的制作方法，其特征在于，所述原料包括重量比44.62％的Cu粉末、39.32wt％的Al粉末和16.06％的Ni粉末。
10.一种油田采出液预分水方法，其特征在于，使用根据权利要求1至7中任一项所述的油田采出液预分水设备，其包括：
首先通过上位机(6)控制关闭备用过滤器(2)，启动主过滤器(1)，上位机(6)检测过滤器支路的采出液出口管道上的流量计(15)的测量数值，判断该测量数值是否低于预设阈值；如果不低于预设阈值则继续运行主过滤器(1)，如果低于预设阈值则关闭主过滤器(1)，开启备用过滤器(2)。
上位机(6)确认水箱(21)内水温低于25摄氏度，并开启过滤器支路的冲洗液入口(13)和冲洗液出口(14)的阀门，进行冲洗，冲洗时间预设为5-10min。
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| CN202111425208.4A CN116177767A (zh) | 2021-11-26 | 2021-11-26 | 油田采出液预分水设备和方法以及过滤器的制作方法 |
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