海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统及注汽和采油方法与流程

本发明涉及石油开采技术领域，具体是关于一种海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统及注汽和采油方法。

背景技术：

海上油田稠油一般采用蒸汽吞吐开采，每个周期一般分为注汽、焖井、自喷、生产四个阶段。注汽、焖井、自喷三个阶段约为1个月，生产约为11个月。在注汽、焖井、自喷期间泵不运转，此时温度略高，接近350℃。当生产时，泵开始工作，此时产液温度在150℃左右。海上油田稠油开采目前大多使用电潜泵，但电潜泵在高含气、高井温、稠油、产液变化大等工况下，其应用有一定的限制。

注汽阶段温度可达350℃，电潜泵通常使用温度在120℃，最高不超过250℃。过高温度会使电机寿命短、电器系统故障多而导致电潜泵可靠性变差。此时电潜泵不能适应这种高温。因此电潜泵采油每个周期都需要自喷后下泵，注汽前起泵。而在海上油田起下管柱作业操作费昂贵。因此设计一款适用于高温的、高气液处理能力、注采一体的开采泵是极有必要的。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的第一目的是提供一种海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统，该系统能够实现海上油田稠油开采注采一体化，满足注蒸汽时高温要求。

本发明的第二目的是提供一种海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统的注汽方法。

本发明的第三目的是提供一种海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统的采油方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明所述的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统，包括井下组件和地面组件，所述井下组件包括悬挂器、第一油管、涡轮、第二油管、上开关滑套、离心泵、下开关滑套、尾管、套管、封隔器以及注汽管线；所述第一油管的上端与所述悬挂器连接，下端与所述涡轮的上端可拆卸的连接；所述涡轮的下端通过第一接头与所述上开关滑套的上端连接，所述涡轮上设置有涡轮排出口，所述第一接头上开设有第一注蒸汽孔，所述上开关滑套上设有上开关滑套开口；所述第二油管套设在所述悬挂器、所述第一油管和所述涡轮形成的整体外，所述第二油管的下端与所述第一接头连接；所述上开关滑套的下端与所述离心泵的上端可拆卸的连接；所述离心泵的下端与所述下开关滑套的上端可拆卸的连接；所述离心泵上设置有离心泵排出口；所述下开关滑套的下端与所述尾管的上端可拆卸的连接，所述下开关滑套上设置有下开关滑套开口，所述尾管上开设有第二注蒸汽孔；所述套管套设在所述第二油管、第一接头、上开关滑套、离心泵、下开关滑套和尾管形成的整体外，所述套管的上端伸出地面并与地面固定；所述封隔器套设在所述离心泵或尾管外，用于对所述离心泵与所述套管之间的空间进行密封；所述注汽管线上端与所述上开关滑套开口连接，下端与所述尾管上的第二注蒸汽孔连接；所述地面组件包括储油罐、过滤器、注水泵以及电动机；所述储油罐通过第一管线与所述套管连接；所述注水泵通过第二管线与所述第一油管的上端连接；所述第二油管上端通过第三管线连接过滤器后通入所述注水泵；所述电动机与所述注水泵连接。

所述的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统，优选地，还包括保护器；所述保护器设置于所述涡轮与所述第一接头之间，所述保护器的上端与涡轮可拆卸的连接，所述保护器的下端与所述第一接头螺纹连接，所述保护器内充满润滑油并有动压止推轴承以承担系统轴向力。

所述的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统，优选地，所述尾管内设置有安全阀。

所述的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统，优选地，还包括上开关滑套液压管线，所述上开关滑套液压管线与所述上开关滑套连接，用于控制上开关滑套的打开与关闭。

所述的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统，优选地，还包括下开关滑套液压管线，所述下开关滑套液压管线与所述下开关滑套连接，用于控制下开关滑套的打开与关闭。

本发明所述的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统的注汽方法，包括以下步骤：

1)打开上开关滑套并关闭下开关滑套；

2)从第一油管和第二油管之间的环空注入蒸汽，蒸汽顺着涡轮和上开关滑套之间的第一接头上的第一注蒸汽孔注入上开关滑套中；

3)由于上开关滑套处于打开状态，蒸汽由上开关滑套开口排出，并顺着注汽管线一直注入尾管，从而完成注汽；此时，由于下开关滑套处于关闭状态，蒸汽不会从下开关滑套开口进入下开关滑套并沿离心泵返回地面。

本发明所述的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统的采油方法，包括以下步骤：

a、关闭上开关滑套并打开下开关滑套；

b、注入动力液：动力液由地面组件中的注入泵增压通过第一油管注入，其中，大部分动力液经过涡轮的驱动轴高速转动，并由涡轮排出口排出，排出后通过第一油管和第二油管的环空举升至地面，此时，由于上开关滑套处于关闭状态，动力液不能沿注汽通道进入油藏；

c、油藏液体被离心泵抽吸，此时，由于下开关滑套处于打开状态，油藏液体从下开关滑套开口进入下开关滑套中，经过离心泵并从离心泵排出口排出，再经过套管与第二油管之间的环空举升至地面进入储油罐。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、以动力液为动力来源，省去了电器元件，可靠性高，寿命长；

2、完成了海上稠油开采注采一体化，克服电潜泵不耐高温的缺点；

3、可通过调整动力液的压力和注入量，调整产液量。

附图说明

图1为本发明所述的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统的整体结构示意图；

图2为图1中的井下组件的结构示意图；

图3为本发明所述的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统的注汽循环过程示意图；

图4为本发明所述的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统的采油循环过程示意图。

图中各附图标记如下：

1-悬挂器；2-第一油管；3-涡轮；301-涡轮排出口；4-第二油管；5-上开关滑套；501-上开关滑套开口；6-离心泵；601-离心泵排出口；7-下开关滑套；701-下开关滑套开口；8-尾管；9-套管；10-封隔器；11-注汽管线；12-第一接头；1201-第一注蒸汽孔；13-第二接头；14-储油罐；15-过滤器；16-注水泵；17-电动机；18-第一管线；19-第二管线；20-第三管线；21-保护器；22-安全阀；23-上开关滑套液压管线；24-下开关滑套液压管线。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

如图1和图2所示，本发明提供的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统，包括井下组件和地面组件，井下组件包括悬挂器1、第一油管2、涡轮3、第二油管4、上开关滑套5、离心泵6、下开关滑套7、尾管8、套管9、封隔器10以及注汽管线11；第一油管2的上端与悬挂器1连接，下端与涡轮3的上端可拆卸的连接，其中可拆卸的连接方式可以采用油管接头(图中未示出)螺纹连接；涡轮3的下端通过第一接头12与上开关滑套5的上端连接，所述涡轮上设置有涡轮排出口301，第一接头12上开设有第一注蒸汽孔1201，上开关滑套5上设有上开关滑套开口501；第二油管4套设在悬挂器1、第一油管2和涡轮3形成的整体外，第二油管4的下端与第一接头12连接；上开关滑套5的下端与离心泵6的上端可拆卸的连接，可拆卸的连接方式是通过第二接头13螺纹连接；离心泵6的下端与下开关滑套7的上端可拆卸的连接，具体为螺纹连接；离心泵6上设置有离心泵排出口601；下开关滑套7的下端与尾管8的上端可拆卸的连接，可拆卸的连接方式为采用油管接头(图中未示出)连接，下开关滑套7上设置有下开关滑套开口701，尾管8上开设有第二注蒸汽孔(图中未示出)；套管9套设在第二油管4、第一接头12、上开关滑套5、离心泵6、下开关滑套7和尾管8形成的整体外，套管9的上端伸出地面并与地面固定；封隔器10套设在离心泵6或尾管8外，用于对离心泵6与套管9之间的空间进行密封；注汽管线11上端与上开关滑套开口501连接，下端与尾管8上的第二注蒸汽孔(图中未示出)连接。

所述地面组件包括储油罐14、过滤器15、注水泵16以及电动机17；储油罐14通过第一管线18与套管9连接；注水泵16通过第二管线19与所述第一油管2的上端连接；第二油管4上端通过第三管线20连接过滤器15后通入注水泵16；电动机17与注水泵16连接。

在上述实施例中，优选地，如图2所示，所述的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统还包括保护器21；保护器21设置于涡轮3与第一接头12之间，保护器21的上端与涡轮3可拆卸的连接，具体的可以采用接头螺纹连接，保护器21的下端与第一接头12螺纹连接，保护器内充满润滑油并有动压止推轴承以承担系统轴向力。

在上述实施例中，优选地，尾管8内设置有安全阀22，由此，当管柱中出现问题，通过关闭安全阀确保整个管柱通道闭合，防止井喷事故发生。

在上述实施例中，优选地，海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统还包括上开关滑套液压管线23，上开关滑套液压管线23与上开关滑套5连接，用于控制上开关滑套5的打开与关闭。

在上述实施例中，优选地，海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统还包括下开关滑套液压管线24，下开关滑套液压管线24与下开关滑套7连接，用于控制下开关滑套7的打开与关闭。

如图3所示，基于上述的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统，本发明还提供一种海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统的注汽方法，包括以下步骤：

1)打开上开关滑套并关闭下开关滑套；

2)从第一油管和第二油管之间的环空注入蒸汽，蒸汽顺着涡轮和上开关滑套之间的第一接头上的第一注蒸汽孔注入上开关滑套中；

3)由于上开关滑套处于打开状态，蒸汽由上开关滑套开口排出，并顺着注汽管线一直注入尾管，从而完成注汽；此时，由于下开关滑套处于关闭状态，蒸汽不会从下开关滑套开口进入下开关滑套并沿离心泵返回地面。

如图4所示，基于上述的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统，本发明还提供一种海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统的采油方法，包括以下步骤：

a、关闭上开关滑套并打开下开关滑套；

b、注入动力液：动力液由地面组件中的注入泵增压通过第一油管注入，其中，大部分动力液经过涡轮的驱动轴高速转动，并由涡轮排出口排出，排出后通过第一油管和第二油管的环空举升至地面，此时，由于上开关滑套处于关闭状态，动力液不能沿注汽通道进入油藏；

c、油藏液体被离心泵抽吸，此时，由于下开关滑套处于打开状态，油藏液体从下开关滑套开口进入下开关滑套中，经过离心泵并从离心泵排出口排出，再经过套管与第二油管之间的环空举升至地面进入储油罐。

需要说明的是，本发明的海上稠油开采涡轮驱动离心泵系统的动力部分是地面注水泵对动力液增压从而进行液体驱动；涡轮驱动离心泵，涡轮和离心泵是同一根轴，运行时通过井上注水泵增压，通过第一油管向井下采油设备注入动力液的方式带动井下涡轮旋转，继而驱动同一根轴上的离心泵举升液体。

本发明工作形式采用闭环模式，即动力液和油藏流体各形成一套循环管路，动力液和油藏流体互不影响。动力液通过1.9”第一油管和4-1/2”第二油管环空返还地面进入储水罐，可循环使用；油藏液体通过4-1/2”第二油管和9-5/8”套管环空返还地面进入储油罐，油藏液体和井下油藏原液通过封隔器隔离。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。