专利名称：油井井下流体分离用的设备和方法
技术领域：
本发明涉及由地下构造层生产石油的油井。本发明特别地涉及一种油井，其中油井流体是在地下分离的，这样使油井流体的富石油的分量产生在地球表面上。应该理解，地球表面也可能是海底。
在说明书和权利要求书中，表达词“油井流体”用于表示含有碳氢石油和水的流体。此外，碳氢石油称为石油。油井流体还可以含有天然气。
存在着一种日益增加的需要，以便有效地在地下分离出油井流体中的水。理想地，油井流体分离为石油和水，其中石油充分地脱水，从而使在由现场运输之前，在地面上油井口附近没有或只有有限的补充分离，以及其中水是充分纯洁的，充许注射入地下结构层。
这种油井，其中的油井流体分离由地表面延伸至含有碳氢石油和水的地下生产结构层。此油井设置一个分离室，在其中安装一个油/水分离器，它具有一个入口，以接收油井流体，一个出口，用于富油分量开放进入分离室上面的油井段，以及一个出口，用于富水的分量开放进入分离室下面的沉积的油井段。
国际专利申请公开No.98/41 304公开这样一种油井，它具有包括分离室的水平段。
美国专利说明书No.5 842 520和No.5 979 559公开这样一种油井，其中分离室位于实质上生产结构层相同的水平。
国际专利申请公开No.98/02 637公开这样一种油井，其中分离室位于生产结构层的水平内，以及其中静力分离器是一个旋流分离器。
美国专利说明书No.4 793 408公开这样一种油井，其中分离室是一个小直径室，位于油井的一段内，以及具有油井流体用的侧面入口，以及其中分离室配备有调节器，用于调节溢流物的不连续的抽取。
美国专利说明书No.5 443 120公开一种带外壳的油井，它在邻接地下生产结构层的外壳中具有一个分离段，它安排用于至少由油井流体分离出一部分水。
美国专利说明书No.5 897 519公开一种天然气提升油井，它具有分离器设置在外壳和导管索之间的环形部分内，以及邻接生产结构层。
这些已知的系统通常遭遇一种或多种缺点，包括分离程度不充分，复杂性和高的安装费用，有限的牢固性，对于石油生产的流动率和水切断有限的操作窗口。
本发明的目的是提供一种油井，它允许有效的，可靠的地下分离，使油井流体成为富油的和富水的分量。
本发明的另一目的是提供一种油井，由地下结构层至地面生产石油，其中石油可以在地面之下脱水，从而使生产的石油的水浓度相当低，使在地面上不需要或仅需要有限的进一步脱水。
本发明的另一目的是提供一种油井，它具有地下的分离室，其中供给的和分离的分量的流动是垂直地或几乎垂直地进入和离开分离室。
为了此目的，本发明提供一种油井，它由地表面延伸至含有碳氢石油和水的地下生产结构层，此油井在生产结构层上面设置一个分离室，其中安装一个静力的油/水分离器，它具有一个入口，以接收来自分离室下面的入口油井段的油井流体，以及一个出口，用于富油分量开放进入分离室上面的油井段，以及一个出口，用于富水的分量开放进入分离室下面的排放的油井段，其中分离室的高度大于在正常的操作条件下形成的分散带的厚度。
在一个特殊的实施例中，静力分离器还具有一个流量分配装置，安排用于分配在预定的垂直位置通过分离器的入口跨过分离室的横截面接收的油井流体。此分离器还可以具有一个水平检测装置和一个流量控制装置，以便在正常操作时保持两个液体层之间的界面在预定的水平。
在一个代替的实施例中，按照本发明的静力分离器还具有—一叠堆垂直有间距的倾斜平板，其中每对相邻的平板之间限定一个分离空间；—一个实质上垂直的入口管路，与分离器的入口连通，此入口管路横切此叠平板，以及安排在其下端接收油井流体，以及设置一个或多个油井流体出口，其中每个开放进入一个分离空间；—一个实质上垂直的石油收集通道，它具有在其上端的一个石油出口，与分离器的富油分量用的出口连通，此石油收集通道具有一个或多个石油入口，每个石油入口安排用于接收来自分离空间的最上区的流体，其中至少每个石油入口紧接下面的平板设置一个垂直向上引导的缓冲挡板；以及—一个实质上垂直的水收集通道，它具有在其下端的一个水出口，与分离器的富水分量用的出口贯通，此水收集通道具有一个或多个水入口，每个水入口安排用于接收来自分离空间的最下区的流体，其中至少每个水入口紧接下面的平板设置一个垂直向下的缓冲挡板。
分离室的表达高度，在本说明书和权利要求书中使用于表示富油分量用的出口和富水分量用的出口之间最短的垂直距离。分离室的实际高度可能大一些。
按照本发明还提供一种由地下生产结构层通过油井生产石油的方法，此方法包括下列步骤—通过一个或多个孔，以局部流动速率低于1m/s接纳油井流体进入在预定的垂直位置的分离室；—使油井流体分离成为富水分量的下层，油和水分散分量的中层，以及富油分量的上层；—由上层抽取液体和传送此液体至地面；—由下层抽取液体；—测量两个液体层之间的界面的垂直位置；以及—根据测量的垂直位置控制至少一种流入的油井流体，流出的富水分量或流出的富油分量的流动速率。
申请人发现，由实践的观点来看，有利的是设置分离室在生产结构层的下游和上面，以及为了这种形状，要求分离室的高度大于在正常的操作条件下形成的分散带的厚度，随后，在正常的操作中，在分散带的上面形成较干的油层，以及在分散带的下面形成较纯洁的水层。
进一步理解到，借助在地下分离室内油井流体的分离，可以利用油井的物理条件的优点，例如，高温和压力，它们影响油和水的分离行为，从而在实际和经济可行的条件下达到了有效的分离油井流体成为较干的油和较纯洁的水。
按照本发明的一个特殊方面，地下分离室的效率可以借助使用带有一叠堆平板的分离器而改善。
现在，本发明借助实例和结合附图予以较详细的说明，附图中
图1示出在带有和未带有安装的平板叠堆的分离室内油井流体的分离的模拟计算的结果；图2示出本发明的第一实施例的示意图；图3示出本发明的第二实施例的示意图；图4示出本发明的第二实施例的细节的示意图；以及图5示出本发明的第三实施例的分离器的区域的示意图。
由石油生产油井接收的油井流体典型地含有超过10体积％的高度分散的水。在含有超过10体积％水的油/水分散液的重力影响下的分离行为可以借助一个模型来描述，申请人发展了被称为分散带的模型，见H.G.Polderman et al.，SPE Paper No.38816，1997。此模型可以用于描述在分离室内的分离。一个重要的分离机理是基于在分散带中小水滴的凝聚，当水滴一旦生长至足够大，它沉积到下层。在正常的操作中，在分离室内形成三个液体层较纯洁水的下层，含有油和水分散液的中层，以及较干油的上层，中层也称为分散带。
此模型的结果是分散带厚度HD(m)作为单位通过量Q/A(m/s)函数的一个公式，式中Q是被分离的流体通过分离室的流动速率(m3/s)和A是分离室的水平的横截面面积(m2)。
分散带的厚度HD和单位通过量Q/A之间的关系可以用已经实验证明的下列公式表达HD=a(Q/A)1-b(Q/A)..........(1)]]>在此公式中，a和b是有关分散稳定性的常数，以及它们尤其是油分量的动力粘度，油和水分量之间的密度差，以及分散液的水滴尺寸分布等的函数。对于具有动力粘度为0.001Pa·s的油，例如，稳定的分散液的特征是a＝0.125s，以及b＝0.078s/m，而不稳定的分散液，它较容易分离，例如，它的特征是a＝0.05s，以及b＝0.32s/m。
现在参见图1，其中曲线A示出分散带的厚度HD(纵坐标上为m)作为单位通过量Q/A(横坐标上为m/s)的函数的实例，这些值是按公式(1)计算的。在计算中使用了a＝0.05s以及b＝0.032s/m。
在给定的体积流动速率Q和横截面面积A时的分散带的厚度HD决定了分离室所需的最小高度，以便上油层和下水层可形成在它们之间的分散带。与此类似，体积流动速率的上限Qmax可以借助对给定的分离室的横截面面积和高度求解公式(1)而计算出，其中假设HD等于分离室的高度。此上限Qmax除以分离室的体积，可以作为分离室效率的一个尺度。
现在可以显示，借助安装一叠堆垂直有间距的倾斜的平板可以改进分离室的效率。这样一叠堆垂直有间距的平板也称为平板包。
一个平板包将分离室分割成一系列的分离空间，其中被两个相邻的平板限定的空间被称为具有厚度Hp(m)的分离空间。在每个分离空间内形成一个分散带，以及分散带的总厚度等于全部单独的分散带厚度的总和。在第一近似中，分散带的总厚度等于完全限定分散液需的平板包的高度(n·Hp)。HD可按照公式(1)的下列修正式计算HD=n·Hp=n·a(Q/A)n-b(Q/A).........(2)]]>式中Hp是相邻的平板之间的垂直距离(m)，n是在平板包内以相等垂直距离排列的平板的数量，以及式中其它代号具有的意义已在前面给出。
图1中的曲线B是使用与曲线A计算时相同的数值a和b，对于带有Hp＝0.3m的平板包计算的。在Q/A＝0.05m/s时，分散液可以完全限定在0.3m内，因此，在单独的一对平板内。在Q/A＝0.020m/s时，分散液可以完全限定在1.2m内，因此，在5个平板的一叠堆内，它限定每个高度0.3m的4个分离空间。
与其对比，在0.20m/s时曲线A给出的分散带的厚度在不使用平板包时为2.7m。这样就表明，使用平板包时，较小高度的分离室可以处理与没有平板包的较大高度的分离室相同的单位通过量。
现在参见图2，它示出本发明的第一实施例的示意图。油井1由地面2延伸至地下生产结构层4，油井设有一个分离室6，它安排在油井1的扩孔段7内。分离室6具有实质上圆形的横截面。分离室6的垂直壁8是由周围的结构层9形成的，但应该理解，壁也可以设有油井管，比如外壳。分离室的壁也形成了分离器的壁。
在分离室6内设置一个油/水分离器10，它具有入口12，用以接收来自分离室6下面的入口油井段13的油井流体。分离器10还具有一个出口15，用于富油分量开放进入分离室6上面的油井段16，以及一个出口18，开放进入分离室下面的排放油井段19。排放油井段19与水排放系统贯通。水排放系统在此实施例中包括排放油井20，油井设有出口装置21，延伸至地下结构层22，以及一个泵23。水排放系统还包括用于防止水反向流动至分离室(图中未示出)的装置。
油井1的分离室6包括一个静力分离器10。静力分离器10具有一个流动分配装置24，此流动分配装置24具有一个垂直的入口管路25，在其下端具有一个入口，与静力分离器10的油井流体用的入口12贯通。流动分配装置24还具有一个出口管路26，与入口管路25的上端贯通。出口管路26带有一系列出口孔27，它开放进入实质上处于相同垂直位置的分离室6。水平探测装置28安排用于探测液体层之间的界面的水平，并且优先地探测下层和中层之间的不平。水平探测装置28产生的信号可以优选地用于根据测量的垂直位置控制流入的油井流体，也就是流出的富水分量或流出的富油分量的流动。例如，水排放系统的泵23的泵送速度(它排放在出口18处接收的富水分量)可以被控制，以便保持下层和中层之间界面的垂直位置在预定的极限内。
在一个油井的正常操作中，含有油和水的混合液的油井流体来自地下结构层4被接收通过入口装置3，以及沿着油井1流动。存在于分离室下面的入口油井段13内的油井流体可能是由地下结构层4直接产生的油井流体，或者是在初次分离之后获得的液流，例如，在水平的油井段内清除大量水之后获得的分量。优选地，进入分离器10的入口12的油井流体含有在10体积％和80体积％之间的水。来自入口12的油井流体被入口管路25接收。油井流体通过在预定的垂直位置的孔27接纳进入分离室。以这样的方式达到了油井流体在分离室的整个横截面面积内达到较相等的分布，这样有利于有效的分离。特别是，流入的油井流体的局部流动速率可以保持在低于1m/s，它对在实际的条件下的大多数油井流体是一个临界值，超过它就达不到有效的分离。富水分量的下层将形成，它被水和油分散的中层(分散带)的界面隔离。该界面的垂直位置可以借助探测装置28测量，这个测量可用于控制通过出口18的处理的速率，以及以这种方式界面的水平可以调节在预定的极限内。可以借助流动分配装置24选择安排界面正好在出口的垂直位置的上面或下面。
在分散带的顶部形成一个富油分量的上层。富油分量流动至出口15和至地面，从这里排放至油井口(图中未示出)。富油分量含有典型地少于10体积％水，优选地少于2体积％水，更优选地少于0.5体积％水。
富水分量流动至出口18，从这里通过水排放系统排出。富水分量可以含0.01体积％和0.5体积％之间的油。
出口15安排用于从分离室6内的区域抽取液体，在分离室6中当正常操作时上层可以形成，以及出口18安排用于从可以形成下层的区域排出液体。优选地，与本实施例一样，出口15安排用于从分离室的最上部区域排出液体，以及出口18安排用于从最下部区域抽取液体，这样使分离室的全部实际高度被利用。
分离室6应是这样大，使在正常操作时形成的分散带完全配合在分离室6内。适当的是，分离室的高度/有效直径比小于10，优选地小于5，其中有效直径是指具有与分离室相同横截面的一个圆的直径。
显然，流体分散装置24的一个或多个出口管路可以排列成纺缍形布局或环形布局。优选地，出口孔这样排列，使得允许流体相对于外壁8水平地和切向地流入分离室。
现在参见图3和4，它们示出本发明的第二实施例的示意图。在本实施例中，静力分离器10还包括一叠堆倾斜的实质上平坦的平板30、31、32，它们实质上相互平行地排列，以及具有垂直间隔的相等的距离。两个相邻的平板之间限定的空间被称为分离空间。例如，平板30和31限定分离空间35，平板31和32限定分离空间36。在一叠平板的最下部平板32的下面设置一个平行的底平板37。其中底平板的外缘与分离室6的壁密封地接合。在平板32和底平板37之间还限定分离空间38。
平板叠堆被入口管路40横切，入口管路40由孔42垂直地向上延伸通过位于分离室6的中心的平板叠。通过平板的入口管路的通道，例如通过平板31的通道43，是这样排列，使入口管路40的壁与平板，例如平板31密封地配合，从而防止沿着入口管路在相邻的分离空间之间，例如分离空间35和36之间的流体连通。此外，入口管路40设有径向的出口孔44，45、46，它们的孔进入相应的分离空间35、36、38。可以看出，另外的出口孔可以设置为开放进入不同的径向方向。一个出口孔优选地设置在水平面的轴向内，平板是绕着该轴倾斜的，该轴向即图2内垂直于纸平面的轴向。
有关倾斜平板的其它细节，将参照图4讨论，图4中示出图3的平板31和32。平板31的板缘47具有在平板31的上侧面48上的直边缘49，一个向上引导的缓冲挡板50与其连接。在下侧面52上，板缘47具有直边缘54，一个向下的缓冲挡板56与其连接。
再次参见图3，平板叠堆中的其它倾斜的平板分别在它们的上侧面和下侧面同样地设置向上和向下的缓冲挡板58、59、60、61。每个倾斜平板的板缘没有与缓冲挡板连接的剩余部分，用于与壁8密封地接合。
静力分离器10还具有一个油收集通道65，它是由向上的缓冲挡板58、50、59和壁8限定的空间段形成的。油收集通道65具有油入口，例如油入口70，用于接收来自分离空间36的最上部区域72的流体。油入口70被平板31的上边缘49和直接位于油入口70下面的向上的缓冲挡板59限定。油收集通道65还具有一个油入口73，与静力分离器10的入口15连通。
与油收集通道65相对，分离器10具有水收集通道75，它是由向下的缓冲挡板60、56、61和壁8限定的空间段形成的。水收集通道75具有水入口，例如水入口80，用于接收来自分离空间35的最下部区域82的流体。水入口80被平板31的下边缘54和直接位于水入口80上面的平板30的向下的缓冲挡板60限定。水收集通道75还具有出口83，与分离器10的出口18连通。
平板30、31和32与连接的缓冲挡板这样排列，使向上的缓冲挡板和壁8之间最短的水平距离，从底部至顶部增加，以及向下的缓冲挡板和壁8之间最短的水平距离从顶部至底部增加。以这种方式，油收集通道65和水收集通道75两者在通向它们的相应的出口73和83的方向上它们的横截面面积增加。由于分离器10没有在正常的操作时运动的部件，所以称为静力油/水分离器。
在正常的操作时，来自地下结构层4的含有油和水的油井流体接收通过入口装置3，以及沿着油井1流动。存在于分离室下面的入口油井段13内的油井流体可以是由地下结构层4直接产生的油井流体，或者是初次分离之后获得的液流，例如，在水平的油井段内清除大量水之后获得的分量。优选地，进入分离器10的入口12的油井流体含有在10体积％和80体积％之间的水。油井流体随后在孔42进入入口管路40和允许通过出口孔44、45和46进入分离空间35、36、38内。业已发现，如果全部的孔具有相同的横截面面积，可以获得良好的分离结果。如果孔的直径和入口管路的直径处于同一数量级，这样通过孔的压力降很小，也可以获得良好的结果。
现在讨论分离。为此目的，我们对平板31和32之间的分离空间36进行观察。在此分离空间内形成3个液体层，一个上富油层，一个中分散带层和一个下富水层。富油层流向分离空间36的最上部区域72，由此它离开分离空间，通过入口70进入油收集通道。富水层流向分离空间36的最下部区域85，通过入口86进入水收集通道。在空间35和38内的分离是相似的。
油收集通道65接收来自全部分离空间的富油分量，以及由于通道的横截面面积向着出口73加宽，富油分量的垂直向上流动速率在通道内可以保持实质上恒定。收集的富油分量从出口73流动至平板叠上面的出口15，以及至地面，由此处它在井口处排放(图中未示出)。富油分量典型地含有少于10体积％的水，优选地，少于2体积％的水，更优选地，少于0.5体积％的水。
水收集通道75接收来自全部分离空间的富水分量，以及由于通道的横截面面积由顶部至底部向着出口83加宽，富水分量的垂直向下流动速率在通道75内可以保持实质上恒定。收集的富水分量从出口83流动至平板叠堆下面的出口18，由此处它通过水排放系统排放。富水分量可以含有在0.01体积％和0.05体积％之间的油。
分离室6的高度，即富油分量用的出口15和富水分量用的出口18之间的最短的垂直距离，在本实施例中与扩孔段7内的分离室6的高度相等。平板叠堆在分离室内排列成在正常操作时完全限制分散液，这样使平板叠堆上面分离室的区域被富油分量充填，以及平板叠堆下面的区域被富水分量充填。如参见图1的讨论，平板叠堆的高度在第一近似中可以考虑作为分散带的厚度，因为它是在分离空间内全部单独的分散带的总厚度的上限。
现在参见图5，说明按照本发明的油井100的另一个实施例。图5示出油井100的分离室6的示意图。与图3讨论的相同的零件具有相同的图号。形成静力分离器110的平板叠堆的倾斜平板130、131和132具有漏斗形，并带有实质上圆的横截面。本实施例中的漏斗这样排列，使它们由顶部至底部变狭窄。漏斗130、131和132相互平行地叠置，并带有沿着分离室6的中心轴133实质上相等的距离。每个漏斗带有中心孔140、141和142。两个相邻的漏斗之间限定的空间称为分离空间，图5示出分离空间144和145。在平板叠堆最下部平板132的下面设置一个水平的底平板147，其中底平板的外缘与分离室的壁密封地接合。
平板叠堆被入口管路150横切，管路150从孔152垂直地向上延伸通过每个漏斗的中心孔。入口管路150具有出口管路154、155、156、157。每个出口管路延伸进入一个分离空间的内部，在这里它带有一个出口孔，出口孔158、159、160、161。可以看出，还可以设置其它的出口管路和孔，孔进入不同的方向。
与每个漏斗的中心孔的整个板缘连接一个向下引导的缓冲挡板，以及与每个漏斗的上板缘连接一个向上的缓冲挡板。这些向下的缓冲挡板在图中的标号为170、171、172以及向上的缓冲挡板的标号为174、175、176。油收集通道178是由向上的缓冲挡板174、175、176和壁8限定的环形空间形成的。至油收集通道178的油入口181、182分别地被向上的缓冲挡板175、176和上面的相邻的漏斗130、131的上板缘之间的环形区域限定。例如，油入口181安排用于接收来自分离空间145的最上部区域183的富油分量。油收集通道178还具有一个出口184，与分离器110的出口15连通。
分离器110的水收集通道180是由向下的缓冲挡板170、171、172限定的近轴向空间形成的。至水收集通道180的水入口186和187分别被向下的缓冲挡板170、171和相邻的环形孔141、142的板缘之间的环形区限定。例如，水入口187安排用于接收来自分离空间145的最下部区域189的富水分离。水收集通道180还具有一个出口190，与分离器110的出口18连通。
上板缘的直径由顶部至底部增加，从而使油收集通道178的横截面面积向着出口184增加。中心孔的横截面面积，以及因此水收集通道的横截面面积由顶部至底部增加，即向着出口190增加。接近水收集通道的出口190的最低的向下的缓冲挡板172与底平板147相交，其中缓冲挡板172的外周边与底平板147密封地接合。出口190通过管路192与分离器10的富水分量用的出口连通，管路192连接至向下的缓冲挡板172的下板缘。在过渡壁193上设置孔152，入口管路150与其连接。
为了讨论本实施例的油井100的正常操作，可以参考图2和3的实施例的正常操作。在下文仅对分离器110的操作进行讨论。
油井流体以相同的方式在入口12被分离器110接收，以及在孔152进入入口管路150。油井流体允许通过出口孔158、159、160、161进入分离空间144、145内。在一个分离空间内，例如分离空间145，形成一个上部的富油层和一个下部的富水层。例如，在分离空间145内，富油层流动通向最上部区域183，由此处它离开分离空间，以便通过入口181进入油收集通道。富水层流动通向分离空间145的最下部区域189，由此处它通过入口187进入水收集通道。油收集通道187接收来自全部分离空间的富油分量，以及由于通道的横截面面积向着出口184加宽，富油分量的垂直向上流动速率在通道178内可以保持实质上恒定。由出口收集的富油分量流动至出口15。富油分量含有典型地少于10体积％的水，优选地少于2体积％的水，更优选地，少于0.5体积％的水。
水收集通道180接收来自全部分离空间的富水分量，以及由于通道的横截面积由顶部至底部向着出口190加宽，富水分量的垂直向下流动速率在通道180内可以保持实质上恒定。由出口190收集的富水分量流动至出口18，由此处通过水排放系统排放。富水分量可以含有在0.01体积％和0.5体积％之间的油。
沿着水和油收集通道的缓冲挡板可以看作供不同的目的使用。它们包容油井流体在这些分离空间内，这样这些分离空间可以看作是有效隔离的。此外，缓冲挡板防止了在收集通道内的已经分离的分量与分离空间内的流体重新混合。这时考虑到在收集通道内的流动速率较高。缓冲挡板可以帮助实现流入的油井流体和流出的分离的分量的垂直流动有效地隔离。
可以理解，图5所示分离器110的一种改型可以借助将此叠漏斗形颠倒排列而获得，这样它们由底部至顶部变狭窄，以及可以看出，在这种排列中，油收集通道形成在接近轴向区域，以及水收集通道形成在分离室的环形区域。
分离器110的另一种改型可以借助密封地连接漏斗形的上边缘部分至外壁而获得，这样，一个或多个油收集通道形成在沿着外壁的空间段内。
在另一种改型中，入口通道排列在分离室内的偏离中心处，以及密封地横切平板叠堆，与图3的分离器10的实施例相同。
可以明确，平板叠堆的特殊的设计参数取决于实际的情况。例如，水收集和油收集通道的横截面面积相互有关，以及与分离室的横截面面积有关，它们可以根据预期的流动速率和油井流体的水含量选择。平板的数量可以使用实际情况的参数，根据类似于图1的计算来选择。平板相对于水平面的倾斜角度可以这样选择，使固体的颗粒不要积聚在平板上，但可使用的分离体积被最佳地利用。典型地，倾斜角度应选择相对于水平面在10和45°之间的范围内，优选地相对于水平面在15和25°之间的范围内。
在参照图1讨论时可以清楚地看出，平板叠堆提高了分离室内分离器的分离效率。在实践中，常以降低分离室的所需高度的系数在1.5至6的范围内。有时，分离室的高度不是油井设计的限制因素，以及在此情况下，可以使用没有平板叠堆的分离器。
图1所示油井的分离室6的典型的尺寸，是使用分散带模型计算出的，这时使用下列的假设通过分离器的总流动速率为油井流体1000m3/day，油井流体含50体积％水，干油粘度为0.001Pa·s。在此种情况下，需要直径约1m和高度5m的一个分离室。
作为比较，注意到，在分离室内安装平板叠堆，所需的高度可以减少至例如2m。
权利要求
1.一种油井，它由地表面延伸至含有碳氢石油和水的地下生产结构层，此油井在生产结构层的上面设置一个分离室，在其中安装一个静力的油/水分离器，它具有一个入口以接收来自分离室下面的入口油井段的油井流体，一个富油分量用的出口，开放进入分离室上面的油井段，以及一个富水分量用的出口，开放进入分离室下面的排放油井段，其中，在正常的操作条件下，分离室的高度大于在其中形成的分散带的厚度。
2.按照权利要求1的油井，其特征在于，所述的静力分离器还具有一个流动分配装置，安排用于分配在预定的垂直位置通过分离器的入口跨过分离室的横截面面积接收的油井流体。
3.按照权利要求1或2的油井，其特征在于，所述的静力分离器还具有一个水平检测装置和一个流动控制装置，以便在正常操作时保持两个流体层之间的界面在预定的水平。
4.按照权利要求2或3的油井，其特征在于，所述的流动分配装置具有一个或多个管路，与油井流体用的分离器的入口流体连通，此管路带有出口孔，接近预定的垂直位置，进入分离室。
5.按照权利要求1的油井，其特征在于，所述的静力分离器还具有—一叠堆垂直有间距的倾斜平板，其中每对相邻的平板之间限定一个分离空间；—一个实质上垂直的入口管路，与分离器的入口连通，此入口管路横切此叠平板，以及安排在其下端接收油井流体，以及设置一个或多个油井流体出口，其中每个开放进入一个分离空间；—一个实质上垂直的油收集通道，它具有在其上端的一个油出口，与分离器的富油分量用的出口连通，此油收集通道具有一个或多个油入口，每个油入口安排用于接收来自分离空间的最上部区域的流体，其中至少每个油入口紧接下面的平板设置一个垂直向上引导的缓冲挡板；以及—一个实质上垂直的水收集通道，它具有在其下端的一个水出口，与分离器的富水分量用的出口贯通，此水收集通道具有一个或多个水入口，每个水入口安排用于接收来自分离空间的最下部区域的流体，其中至少每个水入口紧接上面的平板设置一个垂直向下的缓冲挡板。
6.按照权利要求5的油井，其特征在于，倾斜的平板是实质上平坦的，以及实质上相互平行地排列，其中每个倾斜的平板配备一个向下的缓冲挡板，与倾斜平板的下侧面的板缘连接，以及一个向上的缓冲挡板，与倾斜平板的上侧面的板缘连接，其中板缘的剩余部分与分离室的壁密封地配合，其中油收集通道是由向上引导的缓冲挡板和井壁限定的空间形成的，其中水收集通道是由向下引导的缓冲挡板和井壁限定的空间形成的。
7.按照权利要求5的油井，其特征在于，倾斜的平板具有实质上的漏斗形，实质上相互平行地排列，其中每个漏斗带有中心孔。
8.按照权利要求7的油井，其特征在于，所述的漏斗是由顶部至底部变狭窄，其中至每个中心孔的板缘连接一个向下的缓冲挡板，以及其中至上板缘连接一个向上的缓冲挡板，其中水收集通道形成在被向下的缓冲挡板和井壁限定的的轴向空间内，以及油收集通道形成在被向上的缓冲挡板和井壁限定环形空间内。
9.按照权利要求7的油井，其特征在于，所述的漏斗是由底部至顶部变狭窄，其中至每个中心孔的板缘连接一个向上的缓冲挡板，以及其中至下板缘连接一个向下的缓冲挡板，其中油收集通道形成在被向上的缓冲挡板和井壁限定的轴向空间内，以及其中水收集通道形成在被向下的缓冲挡板和井壁限定的环形空间内。
10.按照权利要求5-9中任何一项的油井，其特征在于，所述的水收集通道的横截面面积由顶部至底部增加。
11.按照权利要求5-10中任何一项的油井，其特征在于，所述的油收集通道的横截面面积由底部至顶部增加。
12.按照权利要求5-11中任何一项的油井，其特征在于，所述的入口通道的各出口孔具有相同的尺寸。
13.按照权利要求1-12中任何一项的油井，其特征在于，所述的分离室设置在油井的扩孔段内。
14.按照权利要求1-13中任何一项的油井，其特征在于，所述的分离室的高度/有效直径比是小于10。
15.按照权利要求14的油井，其特征在于，所述的分离室的高度/有效直径比是小于5。
16.一种通过按照权利要求1的油井由地下结构层生产石油的方法，此方法包括下列步骤-通过一个或多个孔，以局部流动速率低于1m/s接纳油井流体进入预定的垂直位置的分离室；-使油井流体分离成为富水分量的下层，油和水分散分量的中层，以及富油分量的上层；-由上层抽取液体和传送此液体至地面；-由下层抽取液体；-测量两个液体层之间的界面的垂直位置；以及-根据测量的垂直位置控制至少一种流入的油井流体，流出的富水分量或流出的富油分量。
17.按照权利要求16的方法，其特征在于，流动速率是控制的，以便安排界面的预定的垂直位置在下层内。
18.按照权利要求16的方法，其特征在于，流动速率是控制的，以便安排界面的预定的垂直位置在中层内。
全文摘要
一种由地表面(2)延伸至地下生产结构层(4)的油井(1)，地下生产结构层(4)含有碳氢石油和水。此油井(1)在生产结构层(4)的上面设置一个分离室(6)，在其中安装一个静力的油/水分离器(10)，它具有一个入口(12)，用以接收来自分离室(6)下面的入口油井段(13)的油井流体，以及一个富油分量用的出口(15)，开放进入分离室上面的油井段(16)，以及一个富水分量用的出口(18)，开放进入分离室下面的排放油井段(19)，其中分离室(6)的高度大于在正常的操作条件下形成的分散带的厚度。
文档编号E21B43/34GK1440486SQ01812073
公开日2003年9月3日 申请日期2001年7月6日 优先权日2000年7月6日
发明者耶勒·S·博马, 埃里克·J·普伊克, 保罗斯·H·J·费尔贝克 申请人:国际壳牌研究有限公司