专利名称：多杯等流型井下油水分离器实现高含水井同井注采的方法
技术领域：
本发明涉及油田开发领域中一种高含水油井的采油方法，具体的说是涉及一种利用多杯等流型井下油水分离器来实现高含水井同井注采的方法。
背景技术：
非均质多油层油藏开发中后期，高含水井越来越多，这些井中有许多含水率已经高达98％，达到或接近开采经济技术极限，无法经济有效地开采。为解决这一问题，有技术人员提出采用同井注采工艺，即让油水在井下进行分离，将分离出的水在井下注入非采出层，从而降低井口采出液含水率。目前在现场得到应用的井下油水分离装置是采用悬流离心原理制成的离心式油水分离器，但是这种分离器分离效果不好，因此导致高含水井同井注采技术没有实现规模化应用。
发明内容
为了解决现阶段高含水井同井注采技术因受到现有井下离心式油水分离器分离效果不好而无法得到规模化应用的问题，本发明提供了一种用多杯等流型井下油水分离器实现高含水井同井注采的方法以及为实施该方法而专门设计的管柱。该方法实施后，能够很好的完成对油、水的井下分离，可实现高含水井经济有效的开采，并可实现在同一井点同时为其它油层注水。
本发明的技术方案是该种用多杯等流型井下油水分离器实现高含水井同井注采的方法，概括的说就是利用多杯等流型井下油水分离器使采出层的产出液在井下流经此分离器中的沉降杯时自然沉淀，油水分离后，利用两个举升装置各自通过独立的液流通道进行举升和回注，这两个举升装置分别被称为采出泵和注入泵，含水较低的产出液通过采出泵液流通道被采出泵举升到地面，含水较高的产出液通过注入泵液流通道被注入泵回注到注入层。
具体步骤为首先按照工艺管柱图将丝堵、尾管、多杯等流型井下油水分离器、注入泵、注入泵脱接器、注入泵抽油杆、桥式双级堵水封隔器、密封机构、侧壁凡尔、采出泵、采出泵脱接器、采出泵抽油杆以及各分段联接油管由下而上顺次联接成工艺管柱。其中，注入泵为浸入式柱塞悬重泵，其下端泵筒通过变径头与多杯等流型井下油水分离器的上接头相联接。连接完毕后，使桥式双级堵水封隔器坐封，其中的上胶筒、下胶筒恰好将注入层在套管中的环空封隔住，此后，采出泵抽油杆带动采出泵、注入泵上下往复运动，形成两条液流通道其一称为注入液液流通道，路径依次为采出层套管射孔、多杯等流型井下油水分离器底端的注入液进液孔、分离器中心管、注入泵的下游动凡尔、柱塞下段出液孔、环形腔、柱塞上段进液孔、进液通道、柱塞上段出液孔、分段联接油管、桥式双级堵水封隔器的中心通道、单流阀、注入层的套管射孔。其二称为采出液液流通道，路径依次为采出层套管射孔、桥式双级堵水封隔器上的采出液进液孔、下桥式通道、采出液通道、上桥式通道、过流通道、采出液出液孔、套管环空、侧壁凡尔上的进液孔、出液孔、采出泵内的液流通道、采出液输送油管。
此外，经过实验证明，当满足采出液在沉降杯中的停留时间大于或等于500秒时，油水分离的效果较好，所以可以在下入管柱前，调整注入泵和采出泵的冲程、冲次、泵径以及多杯等流型井下油水分离器中沉降杯的节数，使得满足前述条件。
此外，因为获得500秒为优选参数的结果是在基于每个注入液进液孔的进液量近似相等的实验条件下得出的，因此，为保证油水分离效果，要调整开在多杯等流型井下油水分离器中分离器中心管上的每个注入液进液孔的进液量近似相等。
本发明具有如下有益效果由于采取上述方法后，高含水采出液可以在井下得到很好的油水分离，使得高含水井同井注采技术能够得到规模化应用，实现了对高含水井经济有效的开采。此外，由于它可实现在同一井点同时为其它油层注水，因此还具有降低油田注水成本的节能效果。
图1是本发明所涉及的多杯等流型井下油水分离器的结构剖视图。
图2是本发明所涉及的注入泵的结构剖视图。
图3是本发明所涉及的桥式双级堵水封隔器的结构剖视图。
图4是本发明所涉及的密封机构的结构剖视图。
图5是本发明所涉及的侧壁凡尔的结构剖视图。
图6是本发明所涉及的工艺管柱图。
图7是本发明所涉及的多杯等流型井下油水分离器沉降杯内液体停留时间优选实验的实验装置图。
图8是多杯等流型井下油水分离器沉降杯内液体停留时间优选实验中含水率与停留时间的关系曲线图。
图中1-分离器上接头，2-沉降杯，3-注入液进液孔，4-分离器中心管，5-保护体，6-分离器下接头，7-采出泵抽油杆，8-采出泵脱接器，9-采出泵，10-侧壁凡尔，11-分段联接油管，13-密封机构，14-桥式双级堵水封隔器，16-注入泵抽油杆，17-注入泵脱接器，18-注入泵，19-套管，20-多杯等流型井下油水分离器，21-单流阀，22-注入层，23-采出层，24-上护套，25-上封隔器主体，26-出液孔，27-过流通道，28-上胶筒，29-球罩，29a-上桥式通道，30-单流阀球，30a-内连接管，30b-外连接管，30c-采出液通道，31a-中心通道，32-采出液进液孔，32a-下胶筒，32b-下护套，32c-轨道销钉，33-摩擦片，33a-轨道，33b-卡瓦，34-下封隔器主体，35-柱塞上接头，36-柱塞，37-外筒上接头，38-外筒，39-外筒下接头，40-柱塞下接头，41-侧壁凡尔主体，42-采出液出液孔，43-凡尔阀球，44-凡尔球座，44a-侧壁凡尔进液孔，45-泵筒，46-脱接器联结头，47-柱塞，48-柱塞上段出液孔，49-进液通道，50-上游凡尔，51-柱塞中段进液孔，52-环形腔，53-柱塞下段出液孔，54-下游凡尔，55-尾管，56-丝堵。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明首先介绍本发明基本思路，就是利用多杯等流型井下油水分离器使采出层的产出液在井下流经此分离器中的沉降杯时按照油轻水重的规律自然沉淀，当油、水被充分分离后，含水较低的产出液通过采出泵液流通道被采出泵举升到地面，含水较高的产出液通过注入泵液流通道被注入泵回注到注入层，因此，实现本发明的关键之一是使油、水被充分分离，关键之二是构建两条独立的液流通道以及与两条液流通道相适应的举升装置。
下面先介绍使油、水被充分分离的技术方案。为实现油水井下分离，本发明中使用了一种被称为多杯等流型井下油水分离器的装置，该装置的结构剖视图如图1所示，分离器上接头1的下部接分离器中心管4，分离器中心管4上安装有多个沉降杯2，分离器中心管4在每个靠近沉降杯2内侧底部的位置钻有若干个注入液进液孔3，分离器中心管4连接保护体5，保护体5保护沉降杯2在下井和搬运过程中不被损坏。按照如图6所示的工艺管柱图进行联接时，分离器中心管4下部接尾管55及丝堵56，而分离器上接头1则和注入泵18连接。油气水三项混合液流经多杯等流型井下油水分离器后，在重力作用下，比重较小的油位于套管18和沉降杯2外部环空中，而比重较大的水则位于沉降杯2内底部，一旦注入泵18中的柱塞向下运动时，则比重较大的水在内外压差的作用下就会通过注入液进液孔3进入分离器中心管4内部，由此实现了油水分离。
简单的为实现本发明而配置注入泵、采出泵以及多杯等流型井下油水分离器虽然可以达到一定的油水分离效果，但是不够理想，下面是一个在大庆石油学院进行的油水分离室内实验，实验目的是获取多杯等流型井下油水分离器沉降杯内液体停留的最佳时间。如图7所示，连接由抽油泵、油水分离器和空气压缩机等组成的试验装置，通过计量不同停留时间下分离后的原油含水率，观察含水变化。其中，实验中选用含水90％的井口采出液，油气比40∶1，图8是通过调整冲次、泵径和油水分离器节数后改变采出液停留时间而得到的含水率与停留时间的关系曲线图，这些数据是在泵出口采样化验得出。由该实验可知，当采出液在这种多杯等流型井下油水分离器沉降杯内停留时间小于386秒时，含水率没有明显变化，当停留时间大于500.613秒时，分离后的注入液含水率为98％，继续增加停留时间，含水变化不大。通过上述实验，我们得出为实现油水的有效分离，应该在正式联接管柱前，调整注入泵18和采出泵9的冲程、冲次、泵径和多杯等流型井下油水分离器20中沉降杯2的节数，使得采出液在沉降杯2中的停留时间大于或等于500秒。具体调整方法可以参照公式(1)以及其它流体力学的相关知识。
Q＝1440×∏D2/4×S×N×10-6(1)其中Q为每个沉降杯的出液量，D为注入液进液孔3的孔径，S为注入泵的冲程，N为注入泵的冲次。
为实施本发明，对许多采油领域中所使用的成型装置进行了改进。其中多杯等流型井下油水分离器已经在前面叙述过，下面分别介绍注入泵18、桥式双级堵水封隔器14、密封机构13、侧壁凡尔10。
注入泵18上半部的结构剖视图如图2所示，主体采用的是湖北388厂制造的浸入式柱塞悬重泵。主要由上下两级泵筒和相联接的上下两级柱塞组成，利用上下泵形成的环形空腔抽吸。上柱塞装游动凡尔，下柱塞装固定凡尔，上行程时游动凡尔打开、固定凡尔关闭，排出上下泵形成的环行腔液体，下行程时液柱重量作用在游动凡尔上，上下泵形成的环行腔压力降低，固定凡尔打开，上下泵形成的环行腔进液，由此将多杯等流型井下油水分离器沉降杯中的液体吸入。事实上优选浸入式柱塞悬重泵作为注入泵主要是为解决下冲程过程中泵下行阻力过大的问题。实际实施时可以选择浸入式柱塞悬重泵由上、下两级泵筒Φ38.1mm、Φ69.85mm以及上、下两级柱塞Φ38.1mm、Φ69.85mm组成，相当于Φ58.54 mm泵排量，其中Φ38.1mm上柱塞装游动凡尔，Φ69.85mm下柱塞装固定凡尔。
采出泵9可以采用普通的柱塞式抽油泵，但需要对结构上作出改进。具体的说将泵的固定凡尔以及泵柱塞下的导锥拆下，然后在泵柱塞下面接上注入泵抽油杆16。
侧壁凡尔10是一个与采出泵9配合使用的装置，其结构剖视图如图5所示，侧壁凡尔主体41的上接头通过一个变径头与采出泵9的泵筒相联接，其下接头则与密封机构13上端的分段联接油管11相联接。在这里说明一下，因为在整个管柱的连接过程中，许多装置之间是通过一些小段的油管联接的，我们把这些小段的油管统称为分段联接油管11。这样连接完毕后，侧壁凡尔进液孔44a就处于套管19和联接油管11之间的环空位置，因此，如果有液体在这个空间内，那么就会通过侧壁凡尔进液孔44a进入采出泵9的泵筒内。侧壁凡尔10的中心留有通道，是供联接于采出泵9下端柱塞上的抽油杆通过用的。
密封机构13的结构剖视图如图4所示，密封机构主要由柱塞和泵筒组成，其中柱塞的作用在于在其上、下两端所连接的抽油杆之间传递作用力，而泵筒的作用则是实现上、下段联接油管11之间的密封，使两台注入泵18与采出泵9之间既实现联动又实现各自液流通道的独立。
桥式双级堵水封隔器14的结构剖视图如图3所示，上封隔器主体25与下封隔器主体34之间通过桥式通道30c连通，而位于上胶筒28与下胶筒32a之间的单流阀21的液流通道与贯穿于上封隔器主体25中的过流通道27和桥式通道30c的上桥式通道29a是不连通的，由此保证了由中心通道31流经单流阀21的液体与由采出液进液孔32流入、出液孔26流出的液体各自独立。当上胶筒28与下胶筒32a坐封后，由采出液进液孔32流入的液体就可以从两级封隔器之间通过，直至进入上胶筒28上方的套管环空空间内。
下面详述本发明实现的具体过程按照如图所示的工艺管柱图完成如下连接，即将丝堵56、尾管55、多杯等流型井下油水分离器20、注入泵18、注入泵脱接器17、注入泵抽油杆16、桥式双级堵水封隔器14、密封机构13、侧壁凡尔10、采出泵9、采出泵脱接器8、采出泵抽油杆7以及各分段联接油管11由下而上顺次联接成工艺管柱，其中，注入泵18下端泵筒通过变径头与多杯等流型井下油水分离器的上接头1相联接。
连接完毕后，使桥式双级堵水封隔器14坐封，其中的上胶筒28、下胶筒32a恰好将注入层22在套管中的环空封隔住，此后，采出泵抽油杆7带动采出泵9、密封机构16的密封活塞36、同时带动注入泵抽油杆16和注入泵18上下往复运动，形成两条液流通道其一称为注入液液流通道，路径依次为采出层23套管射孔、多杯等流型井下油水分离器20底端的注入液进液孔3、分离器中心管4、注入泵18的下游动凡尔54、柱塞下段出液孔53、环形腔52、柱塞上段进液孔51、进液通道49、柱塞上段出液孔48、分段联接油管11、桥式双级堵水封隔器14的中心通道31、单流阀21、注入层22的套管射孔。
其二称为采出液液流通道，路径依次为采出层23套管射孔、桥式双级堵水封隔器14上的采出液进液孔32、下桥式通道31a、采出液通道30c、上桥式通道29a、过流通道27、采出液出液孔26、套管环空、侧壁凡尔10上的进液孔44a、出液孔42、采出泵9内的液流通道、采出液输送油管。
一个优选的实施本发明的过程如下自下而上，下入丝堵、尾管2根以及多杯等流型井下油水分离器、注入泵、2寸半联接油管、桥式双级堵水封隔器、2寸半联接油管，然后下入注入泵脱接器及注入泵抽油杆、密封机构、侧壁凡尔、采出泵、3寸联接油管，最后下入采出泵抽油杆，并联结。
将整个连接后形成的管柱下至桥式双级堵水封隔器上摩擦片33卡到注入层22的深度，上提管柱大约30厘米后，摩擦片33的轨道销钉32c处于轨道33a短槽的最下端，正转管柱，使轨道销钉32c处于轨道的换向位置。而后下放管柱，轨道销钉32c转向轨道33a的长槽，摩擦片33带动轨道33a受摩擦力作用不动，而其它部件下行，下护套32b将卡瓦33b楔出，贴于套管19的壁上，起到锚定作用。其它部分受油管重量作用，继续与卡瓦33b产生相对运动，使得下护套32b与下封隔器主体34产生相对运动，压缩下胶筒32a贴在套管19的壁上。以上就是桥式双级堵水封隔器14的释放过程，上胶筒28、下胶筒32a被压缩后紧贴套管壁，从而将注入层的上下层面被封隔住，当然这个层段一定要是注入层的射孔井段。此后，坐油管悬挂器，即罗卜头，下入脱接器8及1号抽油杆7，坐井口起抽完井。
采出层23的产出液体，在流经多杯等流型井下油水分离器20时进入沉降杯2内沉降，分离后沉降杯2内上部含水较低的液体继续上行，从分段联接油管11和套管19的环空上行，通过桥式双级堵水封隔器14上的采出液进液孔32进入，通过下桥式通道31a、桥式通道30c、下桥式通道29a、过流通道27、出液孔26，到达侧壁凡尔10，由侧壁凡尔进液孔44a进入，经过采出液出液孔42流出后进入采出泵9的泵筒内，通过柱塞的往复运动被采出地面。
分离后沉降杯2内下部含水较高的液体从多杯等流型井下油水分离器20的注入液进液孔3进入油管中心通道，从注入泵18的底部进入，经过下游动凡尔54的周边、柱塞下段出液孔53、环形腔52、柱塞中段进液孔51、上游凡尔50的周边、进液通道49、柱塞上段出液孔48，到达桥式双级堵水封隔器14上的单流阀21，经过单流阀球球30的周边后进入由上胶筒28、下胶筒32a封隔后形成的密闭套管空间内，最后通过分布于套管上的射孔注入注入层22。
本发明目前已在大庆地区高132-34井进行过生产试验，具体情况如下高132-34井试验井开采高I-II层，射孔井段1091.0---1198.2m，人工井底1230.9m，射开砂岩厚度54.2m，有效厚度24.3m。机型CYJ14-6-89HB，Φ83mm泵，冲程5.42m、冲次4次，理论排量168.85m3/d，泵挂深度919m，实际产量128m3/d，含水96.7％，液面750m。注入层情况为2005年同井注采试验前补开萨II-III，补孔井段851.8---887.0m，射开砂岩厚度8.2m，有效厚度5.6m，作为试验的注入层，周围同层位注入井注入压力为9.1MPa。
在试验中，多杯等流型井下油水分离器20采用内径Φ38mm的沉降杯，按照日沉降65m3采出液、沉降时间500秒设计，共计1288个沉降杯，长度68m，杯底孔径自下至上Φ1.1mm到Φ2.0mm分布。尾管2根，其中桥式堵水封隔器跨度48m。密封机构13中选用直径Φ38mm1级配合间隙的10m长的密封活塞，1.0m长的密封泵筒。两级泵冲次2.38次，冲程4.8m，下泵的理论排量44.6m3/d，深度815米。上泵的理论排量64m3/d，下泵深度960米，主要是为了使下泵的注入量控制在油水分离器的有效工作范围内。开井后生产情况见表一。
表一
权利要求
1.一种多杯等流型井下油水分离器实现高含水井同井注采的方法，其特征在于利用多杯等流型井下油水分离器使采出层的产出液在井下流经此分离器中的沉降杯时自然沉淀，油水分离后，利用两个举升装置各自通过独立的液流通道进行举升和回注，这两个举升装置分别被称为采出泵和注入泵，含水较低的产出液通过采出泵液流通道被采出泵举升到地面，含水较高的产出液通过注入泵液流通道被注入泵回注到注入层。
2.根据权利要求1所述的多杯等流型井下油水分离器实现高含水井同井注采的方法，其特征在于所述方法由如下步骤构成(1)将丝堵(56)、尾管(55)、多杯等流型井下油水分离器(20)、注入泵(18)、注入泵脱接器(17)、注入泵抽油杆(16)、桥式双级堵水封隔器(14)、密封机构(13)、侧壁凡尔(10)、采出泵(9)、采出泵脱接器(8)、采出泵抽油杆(7)以及各分段联接油管(11)由下而上顺次联接成工艺管柱，其中，注入泵(18)为浸入式柱塞悬重泵，其下端泵筒通过变径头与多杯等流型井下油水分离器(20)的上接头(1)相联接；(2)连接完毕后，使桥式双级堵水封隔器(14)坐封，其中的上胶筒(28)、下胶筒(32a)恰好将注入层(22)在套管中的环空封隔住，此后，采出泵抽油杆(7)带动采出泵(9)、注入泵(18)上下往复运动，形成两条液流通道其一称为注入液液流通道，路径依次为采出层(23)套管射孔井段、多杯等流型井下油水分离器(20)底端的注入液进液孔(3)、分离器中心管(4)、注入泵(18)的下游动凡尔(54)、柱塞下段出液孔(53)、环形腔(52)、柱塞上段进液孔(51)、进液通道(49)、柱塞上段出液孔(48)、分段联接油管(11)、桥式双级堵水封隔器(14)的中心通道(31)、单流阀(21)、注入层(22)的套管射孔井段；其二称为采出液液流通道，路径依次为采出层(23)套管射孔井段、桥式双级堵水封隔器(14)上的采出液进液孔(32)、下桥式通道(31a)、采出液通道(30c)、上桥式通道(29a)、过流通道(27)、采出液出液孔(26)、套管环空、侧壁凡尔(10)上的进液孔(44a)、出液孔(42)、采出泵(9)内的液流通道、采出液输送油管；
3.根据权利要求2所述的多杯等流型井下油水分离器实现高含水井同井注采的方法，其特征在于调整注入泵(18)和采出泵(9)的冲程、冲次、泵径和多杯等流型井下油水分离器(20)中沉降杯(2)的节数，使得采出液在沉降杯(2)中的停留时间大于或等于500秒。
4.根据权利要求3所述的多杯等流型井下油水分离器实现高含水井同井注采的方法，其特征在于调整开在多杯等流型井下油水分离器(20)中分离器中心管(4)上的每个注入液进液孔(3)的直径使每个注入液进液孔(3)的进液量近似相等。
全文摘要
一种利用多杯等流型井下油水分离器来实现高含水井同井注采的方法。主要解决现阶段高含水井同井注采技术因受到现有井下离心式油水分离器分离效果不好而无法得到规模化应用的问题。其特征在于利用多杯等流型井下油水分离器使采出层的产出液在井下流经此分离器中的沉降杯时自然沉淀，油水分离后，利用两个举升装置各自通过独立的液流通道进行举升和回注，这两个举升装置分别被称为采出泵和注入泵，含水较低的产出液通过采出泵液流通道被采出泵举升到地面，含水较高的产出液通过注入泵液流通道被注入泵回注到注入层。该方法实施后，能够很好的完成对油、水的井下分离，可实现高含水井经济有效的开采，并可实现在同一井点同时为其它油层注水。
文档编号E21B43/40GK101025080SQ20061017070
公开日2007年8月29日 申请日期2006年12月26日 优先权日2006年12月26日
发明者王德民, 王研, 任龙, 朱荣杰, 韩振国 申请人:大庆油田有限责任公司