一种膜材料井下油水分离装置及生产管柱与油水分离方法与流程

本发明涉及井下油水分离，特别涉及一种膜材料井下油水分离装置及生产管柱与油水分离方法。

背景技术：

常规的油水分离技术根据分离方法主要包括重力分离、水力旋流、气浮、混凝除油、膜结构等。其中水力旋流分离是通过切向入口或导流片结构产生旋流，因油与水两者的密度差异，所受的离心力大小不同，实现两者的分离。膜结构油水分离是利用疏水亲油或亲水疏油材料的允许油水两相单一通过的特性，实现油水的分离。

近年来，由于产出水逐年增多，举升、处理及环保等问题日益严重，井下油水分离技术需求增大，通过井下油水分离装置在井下实现油水两相的分离，只将分离出的富含油产液通过电泵举升到地面，而分离出的低含油污水注入到同井的目标层段，可以极大的增加井筒利用率，增加油井生产时率，起到增产增效、节能减排的功效。

虽然在井下进行油水分离有诸多优点，但由于井下空间的特殊性，能用于井下的油水分离技术十分有限。目前应用的井下油水分离主要为水力旋流分离，此分离方法在应用选井时对油与水的密度差异有一定要求，同时，产液要有较高的含水率，更适合于含水在90％左右的高含水油井；这就缩小了其应用范围；而在实际生产中，分流比不能太大，否则基于水力旋流分离，分离效果将受到较大影响，除此之外，产液都需要先经过电泵增压举升，不可避免的受到电泵的剪切作用，造成乳化，影响水力旋流分离效果。膜结构油水分离技术目前已在地面有很多研究和应用，而对于应用于井下的研究甚少。“CN106837294A超疏水井下油水分离器及其同井注采工艺管柱”为检索到的一篇关于井下膜材料油水分离技术的专利文献，其中膜材料为疏水材料，未考虑膜材料的清洗更换功能；其功能管柱结构复杂，由多级单向阀、分离塔板等构成；其动力系统为抽油杆、排量小；且此膜材料管柱结构的适用范围相对较窄。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种膜材料井下油水分离装置及生产管柱与油水分离方法，通过膜材料工作筒将整个井下生产管柱分隔为三个通道，产液进液通道，油相举升通道，水相回注通道，并通过内部膜材料和通道设置，实现油水两相在膜材料工作筒内的分离、油相举升及水相的回注功能，具有结构简单，适用范围广，分离效果受分流比、工况等外界条件影响较小，分离效果较佳等优点。

本发明所采用的技术方案是：一种膜材料井下油水分离装置，为安装在井下生产管柱中的膜材料工作筒，所述膜材料工作筒包括外筒、疏水亲油网膜、亲水疏油网膜和打捞头；所述外筒的侧壁上设置有进/出液口；所述疏水亲油网膜设置在所述外筒的上部；所述亲水疏油网膜设置在所述外筒的内部，所述亲水疏油网膜的外缘与所述外筒内壁之间形成环空；所述打捞头设置在所述外筒的顶部，用于投捞所述膜材料工作筒进行膜材料的更换与维护。

其中，所述疏水亲油网膜为只允许油相通过的亲油性膜材料，所述亲水疏油网膜为只允许水相通过的亲水性膜材料。

本发明所采用的另一技术方案是：一种包含上述膜材料井下油水分离装置的井下生产管柱，包括上述膜材料井下油水分离装置。

当井下生产管柱为Y管电泵生产管柱时，所述Y管电泵生产管柱包括套管和设置在套管内的上油管，所述上油管下端连接有Y接头，所述Y接头的下端分别连接有电潜泵和下油管，所述Y接头内设置所述膜材料工作筒；所述膜材料工作筒的外筒的上方与所述上油管相连通形成油相举升通道，所述油相举升通道连通疏水亲油网膜与地表；所述外筒的下方与Y管电泵生产管柱的下油管相连接形成水相回注通道，所述水相回注通道连通亲水性膜材料与回注层；所述外筒侧壁上设置的进/出液口通过Y接头与所述电潜泵的出液口相连通形成产液进液通道，所述产液进液通道连通外筒的进/出液口与产油层。

当井下生产管柱为罐装泵生产管柱时，所述罐装泵生产管柱包括套管和设置在套管内的上油管，所述上油管的下端连接所述膜材料工作筒，所述膜材料工作筒的下端连接有罐装泵系统；所述膜材料工作筒的外筒的上方与所述上油管相连通形成油相举升通道，所述油相举升通道连通疏水亲油网膜与地表；所述外筒的下方与所述罐装泵系统的出液口相连通形成产液进液通道，所述产液进液通道连通外筒的底部与产油层；所述外筒侧壁上设置的进/出液口与套管环空相连通形成水相回注通道，所述水相回注通道连通亲水性膜材料与回注层。

其中，所述膜材料井下油水分离装置设置有多个，并采用并联方式连接于生产管柱中。

其中，所述水相回注通道内设置有实时对回注水质进行在线监测的含油量监测装置。

本发明所采用的另一技术方案是：一种基于上述膜材料井下油水分离装置的井下油水分离方法，包括以下步骤：

(1)将上述膜材料井下油水分离装置连接于井下生产管柱上，将井下生产管柱分隔为产液进液通道，油相举升通道，水相回注通道；

(2)水相回注通道设置含油量监测装置，并将含油量监测装置通过地面信号电缆连接至地面控制系统；

(3)井下生产管柱正常生产，产液通过产液进液通道进入膜材料工作筒的外筒内，产液到达亲水疏油网膜，水相通过亲水疏油网膜壁进入回注水通道，油相被阻截在外；向上的产液到达疏水亲油网膜时，油相顺利通过，水相被阻截在外；在亲水疏油网膜和疏水亲油网膜的相互作用下，油相经过疏水亲油网膜进入上端油相举升通道，水相则通过亲水疏油网膜进入水相回注通道，实现油水两相分离。

其中，步骤(1)中，根据产液量不同，井下生产管柱内并联设置多个膜材料井下油水分离装置。

本发明的有益效果是：

1、本发明膜材料井下油水分离装置及生产管柱与油水分离方法，其核心部件为一种膜材料工作筒，内部包括疏水亲油网膜和亲水疏油网膜，并将管柱结构分隔为三个通道，产液进液通道，油相举升通道，水相回注通道。通过内部膜材料和通道设置，实现油水两相在工作筒内的分离、举升及回注功能。工作筒根据产液量不同，可多级并联使用。

2、膜材料工作筒不需要配置复杂的辅助设施，操作简单，在常规管柱中位置为电潜泵之后，其结构受管柱形式限制较小，具备打捞接口，可实现定期投捞更换膜材料。

3、在水相回注通道设有回注水含油监测功能，实现回注水水质在线实时监测。

4、膜材料工作筒对含水率、密度、粘度、乳化度等参数不敏感，适用范围广，分离效果受分流比、工况等外界条件影响较小，分离效果较佳。

附图说明

图1：本发明膜材料井下油水分离装置及其Y管电泵生产管柱结构示意图；

图2：本发明膜材料井下油水分离装置及其罐装泵生产管柱结构示意图。

附图标注：I、膜材料工作筒；A、产液进液通道；B、油相举升通道；C、水相回注通道；i、产油层；ii、回注层；1、打捞头；2、疏水亲油网膜；3、外筒；4、亲水疏油网膜；5、含油量监测装置；6、信号电缆；7、Y接头；8、电潜泵；9、罐装泵系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如附图1和图2所示，一种膜材料井下油水分离装置，为安装在井下生产管柱中的膜材料工作筒I，所述膜材料工作筒I包括外筒3、疏水亲油网膜2、亲水疏油网膜4和打捞头1。所述外筒3的侧壁上设置有进/出液口；所述疏水亲油网膜2为只允许油相通过的亲油性膜材料，设置在所述外筒3的上部；所述亲水疏油网膜4为只允许水相通过的亲水性膜材料，设置在所述外筒3的内部，所述亲水疏油网膜4的外缘与所述外筒3内壁之间形成环空；所述打捞头1设置在所述外筒3的顶部，用于投捞所述膜材料工作筒I进行膜材料的更换与维护。

本发明一种膜材料井下油水分离装置，其核心结构为设置在膜结构工作筒上部的疏水亲油网膜2和与水相回注水通道相连通的亲水疏油网膜4。通过膜材料工作筒I将井下生产管柱分为了三个通道：产液进入膜材料工作筒I的产液进液通道A，经疏水亲油网膜2过滤后的油相举升通道B以及通过亲水疏油网膜4过滤后的水相回注通道C。

在实际应用中，所述膜材料工作筒I中可仅使用亲水疏油网膜4，疏水亲油网膜2可选择性使用。

一种包含上述膜材料井下油水分离装置的井下生产管柱，包括上述膜材料井下油水分离装置，所述膜材料井下油水分离装置可根据产液量不同设置多个，并采用并联方式连接于生产管柱中。所述井下生产管柱可以为Y管电泵生产管柱或罐装泵生产管柱。

当井下生产管柱为Y管电泵生产管柱时，如附图1所示，所述Y管电泵生产管柱包括套管和设置在套管内的上油管，所述上油管下端连接有Y接头7，所述Y接头7的下端分别连接有电潜泵8和下油管，所述Y接头内设置所述膜材料工作筒；所述膜材料工作筒的外筒3的上方与所述上油管相连通形成油相举升通道B，所述油相举升通道B连通疏水亲油网膜2与地表；所述外筒3的下方与Y管电泵生产管柱的下油管相连接形成水相回注通道C，所述水相回注通道C连通亲水性膜材料与回注层ii，为实现回注水水质在线实时监测，所述水相回注通道C内设置有含油量监测装置5；所述外筒3侧壁上设置的进/出液口通过Y接头7与所述电潜泵8的出液口相连通形成产液进液通道A，所述产液进液通道A连通外筒3的进/出液口与产油层i。

当井下生产管柱为罐装泵生产管柱时，如附图2所示，所述罐装泵生产管柱包括套管和设置在套管内的上油管，所述上油管的下端连接所述膜材料工作筒，所述膜材料工作筒的下端连接罐装泵系统9；所述膜材料工作筒的外筒3的上方与所述上油管相连通形成油相举升通道B，所述油相举升通道B连通疏水亲油网膜2与地表；所述外筒3的下方与所述罐装泵系统9的出液口相连通形成产液进液通道A，所述产液进液通道A连通外筒3的底部与产油层i；所述外筒3侧壁上设置的进/出液口与套管环空相连通形成水相回注通道C，所述水相回注通道C连通亲水性膜材料与回注层ii，为实现回注水水质在线实时监测，所述水相回注通道C内设置有含油量监测装置5。

使用上述膜材料井下油水分离装置的井下油水分离方法，具体包括以下步骤：

(1)将上述膜材料井下油水分离装置连接于井下生产管柱上，将井下生产管柱分隔为产液进液通道A，油相举升通道B，水相回注通道C。其中，所述井下生产管柱可以是Y管电泵生产管柱(如附图1所示)，也可为罐装泵生产管柱(如附图2所示)。并且根据产液量不同，井下生产管柱内并联设置多个膜材料井下油水分离装置。

(2)水相回注通道C设置含油量监测装置5，并将含油量监测装置5通过信号电缆6连接至地面控制系统，对回注水水质进行在线实时监测。

(3)井下生产管柱正常生产，产液通过产液进液通道A进入膜材料工作筒I的外筒3内，产液到达亲水疏油网膜4，水相通过亲水疏油网膜4壁进入回注水通道，油相被阻截在外；向上的产液到达疏水亲油网膜2时，油相顺利通过，水相被阻截在外；在亲水疏油网膜4和疏水亲油网膜2的相互作用下，油相经过疏水亲油网膜2进入上端油相举升通道B，水相则通过亲水疏油网膜4进入水相回注通道C，实现油水两相分离。

当井下生产管柱为Y管电泵生产管柱时(如附图1所示)，膜材料工作筒I安装在Y接头7内部；当Y管电泵生产管柱正常生产时，产液通过电潜泵8吸入口进入，举升后到达膜材料工作筒I，重复上述过程，分离后水相通过与亲水疏油网膜4下端相连的水相回注通道C进行回注。

当井下生产管柱为罐装泵生产管柱时(如附图2所示)，膜材料工作筒I连接在罐装泵系统9之上，当罐装泵生产管柱正常生产时，产液通过罐装泵举升至上端相连的膜材料工作筒I，重复上述过程后，水相通过亲水疏油网膜4壁流出，进入套管内，进入注水层。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。