井下油水分離器及分離系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型為一種井下油水分離器，包括分離器進液口、限流管路和摩阻管路，限流管路的下端與分離器進液口連通，限流管路的上端形成限流管路出口；限流管路的內部形成供液體流動的過流通道，過流通道包括多個交替設置的大截面段和小截面段，大截面段的過流面積大于小截面段的過流面積；摩阻管路的下端與分離器進液口連通，摩阻管路的上端形成摩阻管路出口；摩阻管路內部的過流面積均相同；摩阻管路與限流管路并列設置，摩阻管路的長度大于限流管路的長度。本實用新型還提供了一種分離系統，包括頂部封隔器、篩管、隔離封隔器和油水分離管柱。本實用新型能使不同類型的流體沿不同的管路流動，調整井下采出液的流量和含水率，分離效率高，處理量大。
【專利說明】
井下油水分離器及分離系統
技術領域
[0001]本實用新型是關于一種在井內分離井中所產物質的裝置，尤其涉及一種井下油水分離器及分離系統。
【背景技術】
[0002]隨著油田開采時間的增長，產出液中含水率逐年增加，為此需要耗費大量人力物力對產出液進行分離處理，并將處理后的水回注到注水層，這使得油井經濟效益顯著降低。井下油水分離系統是指將油水分離器直接安裝在井底，分離出產液中的絕大部分水并直接回注到注水層，而只將富油液體舉升到地表，大幅減小地面產出液處理量，降低原油生產費用，并減少地面污水排放量。
[0003]目前，有兩種井下油水分離技術得到廣泛利用，分別為重力分離器和水力旋流器。重力分離器利用油水密度不同引起的重力差異進行分離，重質相的水下沉，而輕質相的油漂浮在水層上，從而實現油水的分離;水力旋流器則利用油水在高速旋轉流場的離心力差異實現分離，重質相的水被甩向邊壁，螺旋向下運動并從底流口流出，而輕質相的油則在旋流器中心軸附近形成油核，從上部的溢流口流出，從而達到油水分離的目的。
[0004]然而，在有限的井筒空間內，這兩種井下油水分離器均存在較大局限性，主要表現為重力分離器體積大、分離效果差、分離效率低，水力旋流器附加壓降過大、處理量低，這限制了井下油水分離技術在稠油油藏、深水開發以及高溫高壓環境的使用和推廣。
[0005]由此，本發明人憑借多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種井下油水分離器及分離系統，以克服現有技術的缺陷。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的在于提供一種井下油水分離器及分離系統，能自動識別流體類型，使不同類型的流體沿不同的管路流動，從而調整井下采出液的流量和含水率;油水分離效率高，處理量大。
[0007]本實用新型的目的是這樣實現的，一種井下油水分離器，所述井下油水分離器包括:
[0008]分離器進液口，井下采出液從所述分離器進液口進入該井下油水分離器內部；
[0009]限流管路，所述限流管路的下端與所述分離器進液口連通，所述限流管路的上端向上延伸并形成限流管路出口；所述限流管路的內部形成供液體流動的過流通道，所述過流通道包括多個交替設置的大截面段和小截面段，所述大截面段的過流面積大于所述小截面段的過流面積；
[0010]摩阻管路，所述摩阻管路的下端與所述分離器進液口連通，所述摩阻管路的上端向上延伸并形成摩阻管路出口；所述摩阻管路內部的過流面積均相同；所述摩阻管路與所述限流管路并列設置，所述摩阻管路的長度大于所述限流管路的長度。
[0011]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述限流管路沿直線向上延伸;所述摩阻管路彎曲盤繞向上延伸;所述限流管路出口與所述摩阻管路出口位于同一高度。
[0012]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述限流管路由多段大直徑鋼管和多段小直徑鋼管交替連接構成;所述大直徑鋼管的內徑大于所述小直徑鋼管的內徑;所述摩阻管路由彎曲鋼管構成。
[0013]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述井下油水分離器的下部還設有一緩沖腔，所述分離器進液口位于所述緩沖腔的下端，所述限流管路的下端和所述摩阻管路的下端均與所述緩沖腔連通。
[0014]本實用新型的目的還可以這樣實現，一種采用所述井下油水分離器的分離系統，所述分離系統包括頂部封隔器、篩管、隔離封隔器和油水分離管柱;所述頂部封隔器設置在所述篩管的上端，所述隔離封隔器設置在所述篩管的中部;所述頂部封隔器與所述隔離封隔器之間為注水層，所述隔離封隔器的下方為產液層；
[0015]所述油水分離管柱包括所述井下油水分離器、插入密封裝置和油管，所述插入密封裝置通過所述油管連接在所述井下油水分離器的下方，所述插入密封裝置與所述隔離封隔器密封插接配合;所述摩阻管路出口與所述注水層連通;所述限流管路出口連通到地表。
[0016]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述井下油水分離器與所述插入密封裝置之間設有下部灌裝栗。
[0017]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述井下油水分離器的上方設有上部灌裝栗O
[0018]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述上部灌裝栗與所述井下油水分離器之間設有封隔器。
[0019]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述插入密封裝置的下端連接帶孔管。
[0020]在本實用新型的一較佳實施方式中，所述分離系統內形成有產出液流入通道、富油液體舉升通道和低含油液體回注通道；
[0021]所述產出液流入通道將所述分離器進液口與所述產液層連通;所述富油液體舉升通道將所述限流管路的下端與地表連通;所述低含油液體回注通道將所述摩阻管路的下端與所述注水層連通。
[0022]由上所述，該井下油水分離器的限流管路內具有大小交替設置的過流面積，以局部阻力損失為主;摩阻管路的內部具有均勻的過流面積，且長度大于限流管路的長度，以沿程阻力損失為主。當油水兩相混合流體進入該井下油水分離器后，油水將自動分離并進入不同的管路，粘度較高的油相主要流入以局部阻力損失為主的限流管路，并沿油管舉升到地表;粘度較低的水相主要流入以沿程阻力損失為主的摩阻管路，并回注到注水層，從而實現對油水兩相混合流體的分離，油水分離效率高，處理量大。
【附圖說明】
[0023]以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中:
[0024]圖1:為本實用新型井下油水分離器的結構示意圖。
[0025]圖2:為本實用新型井下油水分離系統的結構示意圖。
[0026]1.上部罐裝栗，
[0027]2.封隔器，
[0028]3.井下油水分離器，31.分離器進液口，
[0029]4.下部罐裝栗，
[0030]5.油管，
[0031]6.頂部封隔器，
[0032]7.篩管，
[0033]8.隔離封隔器，
[0034]9.插入密封裝置，
[0035]10.帶孔管，
[0036]11.限流管路，111.限流管路入口，112.限流管路出口，
[0037]12.摩阻管路，121.摩阻管路入口，122.摩阻管路出口，
[0038]131.大直徑鋼管，132.小直徑鋼管，133.直管段，
[0039]14.彎曲管段，
[0040]A.產出液流入通道，
[0041]B.富油液體舉升通道，
[0042]C.低含油液體回注通道，
[0043]W.注水層，
[0044]P.產液層。
【具體實施方式】
[0045]為了對本實用新型的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】。
[0046]實施例一
[0047]如圖1所示，本實用新型提供了一種井下油水分離器3，包括分離器進液口31、限流管路11和摩阻管路12。分離器進液口 31設在井下油水分離器3的下端，井下采出液從所述分離器進液口 31進入該井下油水分離器3內部。限流管路的下端(限流管路入口 111)和摩阻管路的下端(摩阻管路入口 121)均與所述分離器進液口 31連通，所述摩阻管路12與所述限流管路11并列設置。所述限流管路的上端向上延伸并形成限流管路出口 112，富油液體從限流管路出口 112流出并經過舉升到達地表。所述限流管路11的內部形成供液體流動的過流通道，所述過流通道包括多個交替設置的大截面段和小截面段，所述大截面段的過流面積大于所述小截面段的過流面積。因此，限流管路11內以局部摩擦阻力損失(局部阻力損失)為主，局部摩擦阻力是指流體的邊界在局部地區發生急劇變化時，迫使主流脫離邊壁而形成漩渦，流體質點間產生劇烈的碰撞所形成的阻力。限流管路11內的過流面積變化多，故局部摩擦阻力損失大。所述摩阻管路的上端向上延伸并形成摩阻管路出口 122，低含油液體從摩阻管路出口 122流出，流到井下油水分離器3的外部。所述摩阻管路12內部的過流面積均相同；所述摩阻管路12的長度大于所述限流管路11的長度。因此，摩阻管路12內以沿程阻力損失為主，沿程阻力是流體流經一定管徑的管路時，由于流體內摩擦力而產生的阻力，阻力的大小與流動路程長度成正比。由于摩阻管路12的路程長度長，故沿程阻力損失大。
[0048]當產液層P產出的流體(油水混合相)流經井下油水分離器3之前，油水兩相尚未分離，具有相同壓力，當限流管路出口 112與摩阻管路出口 122處壓力相等時，亦即驅動兩相流體運動的壓差相等時，油水兩相流體將會自動向可以減少壓力損耗的流道流動，根據流體力學公式，由于油相流體粘度較大，密度較小，其流動壓力損耗主要來自沿程摩擦阻力，又因為摩阻管路12流道長，對流體的沿程阻力損失大，即限流管路11對油相流體的阻力小于摩阻管路12對該流體的阻力，故油相液體更傾向于流向限流管路11;而水相粘度低，密度大，其流動壓力損耗主要來自局部摩阻損失，限流管路11由于過流面積變化較多，對流體的局部阻力損失大，即摩阻管路12對水相流體的阻力小于限流管路11對該流體的阻力，故水相液體更傾向于流向摩阻管路12。
[0049]在本實施例中，限流管路11沿直線向上延伸，可以由多段大直徑鋼管131和多段小直徑鋼管132交替連接構成;所述大直徑鋼管131的內徑大于所述小直徑鋼管132的內徑;也可以采用一根直鋼管，而直鋼管內具有大小交替設置的不同內徑段。其阻力主要為局部水頭損失，阻力大小與管路的分段數、管徑有關。所述摩阻管路12采用彎曲盤繞方式向上延伸來延長管路長度，采用該設置方式的原因和目的為:由于兩點之間的直線距離最短，限流管路11是沿直線向上延伸的，因此為了使所述摩阻管路12的長度大于所述限流管路11的長度，所采用的彎曲盤繞方式是指向上延伸的路徑除了直線以外的任何其它方式，可以是曲線，也可以是曲線與直線相組合的形式，也可以是折線形式向上延伸。當采用曲線時可以螺旋向上盤繞，也可以是S形向上盤繞。具體實施時可以由彎曲鋼管構成；也可以采用多個直管段133與多個彎曲管段14連接組成，所述摩阻管路12的長度為限流管路11長度的數倍。其阻力主要為沿程水頭損失，阻力大小與管路的長度有關。所述限流管路出口 112與所述摩阻管路出口 122位于同一高度，限流管路出口 112朝上便于與油管5或其它零件串接，摩阻管路出口 122朝向井下油水分離器3的一側，便于低含油液體流出井下油水分離器3進入注水層W，限流管路11和摩阻管路12可以分別只設置一個或分別設置多個。另外，井下油水分離器3的下部還可以設置一緩沖腔，所述分離器進液口 31位于所述緩沖腔的下端，所述限流管路的下端和所述摩阻管路的下端均與所述緩沖腔連通。井下采出液從所述分離器進液口 31進入到緩沖腔內，低含油液體從緩沖腔進入摩阻管路12，富油液體從緩沖腔進入限流管路11，從而將井下采出液的油和水分離。
[0050]由此可以看出，該井下油水分離器的限流管路內具有大小交替設置的過流面積，以局部阻力損失為主;摩阻管路的內部具有均勻的過流面積，且長度大于限流管路的長度，以沿程阻力損失為主。當油水兩相混合流體進入該井下油水分離器后，油水將自動分離并進入不同的管路，粘度較高的油相主要流入以局部阻力損失為主的限流管路，并沿油管舉升到地表;粘度較低的水相主要流入以沿程阻力損失為主的摩阻管路，并回注到注水層，從而實現對油水兩相混合流體的分離，油水分離效率高，處理量大。
[0051 ] 實施例二
[0052]如圖2所示，本實用新型還提供了一種井下油水分離系統，該分離系統設置在油井的套管內，包括頂部封隔器6、篩管7、隔離封隔器8和油水分離管柱。所述頂部封隔器6螺紋連接在所述篩管7的上端，所述隔離封隔器8螺紋連接在所述篩管7的中部。篩管7與套管之間有環形空間，頂部封隔器6與所述隔離封隔器8之間的環形空間與注水層W對應，所述隔離封隔器8下方的環形空間與產液層P對應，隔離封隔器8將注水層W和產液層P隔離開。
[0053]油水分離管柱下入到套管中，并穿過頂部封隔器6、篩管7和隔離封隔器8。所述油水分離管柱至少包括所述井下油水分離器3、插入密封裝置9和油管5，井下油水分離器3可以采用一個或多個串接在管柱上，所述插入密封裝置9通過所述油管5連接在所述井下油水分離器3的下方，所述插入密封裝置9與所述隔離封隔器8密封插接配合，插入密封裝置9插入到隔離封隔器8內，將隔離封隔器8的上方與下方隔離。井下油水分離器3下端螺紋連接油管5，分離器進液口 31與油管5相連，所述摩阻管路出口 122與所述注水層W連通;所述限流管路出口 112通過油管5連通到地表。通過地層的壓力，產液層P的產出液進入油管5中，并流到井下油水分離器3，經過井下油水分離器3將油水混合液中的富油液體和低含油液體進行分離，分離后的富油液體通過油管5舉升到地表;分離后的低含油液體回注到注水層W。
[0054]在本實施例的一個實施方式中，油水分離管柱包括從上而下依次通過油管5串接的上部罐裝栗1、井下油水分離器3、下部罐裝栗4、插入密封裝置9和帶孔管10。上部灌裝栗與所述井下油水分離器3之間還可以設有封隔器2。其中上部罐裝栗I與油水分離器的限流管路11串接，即限流管路出口 112與上部罐裝栗I連通。井下油水分離器3的下端與下部罐裝栗4連接，上部罐裝栗I和下部罐裝栗4的作用是產生舉升的驅動力，只設置上部罐裝栗I或下部罐裝栗4其中一個也可以；帶孔管10用來供產出液流入到油管5內。油水分離管柱與套管和篩管7之間均具有環形空隙。從而，在分離系統內形成有產出液流入通道A、富油液體舉升通道B和低含油液體回注通道C。
[0055]所述產出液流入通道A是指從產液層P到分離器進液口 31的這段通道，將所述分離器進液口 31與所述產液層P連通，產出液經過產出液流入通道A流到分離器進液口 31。所述富油液體舉升通道B是指限流管路11及其上方與地表連通的這段通道，富油液體通過富油液體舉升通道B舉升到地表。所述低含油液體回注通道C是指摩阻管路12及與注水層W連通的環空，低含油液體通過低含油液體回注通道C回注到注水層W。
[0056]該井下油水分離系統的工作過程是，流體從產液層P通過篩管7后，首先進入設置在篩管7內的帶孔管10，在下部罐裝栗4舉升下進入井下油水分離器3，即產出液流入通道A;流體進入油水分離器后，根據其性質不同，分別沿富油液體舉升通道B和低含油液體回注通道C流出，油相流體粘度較大，將主要流入限流管路11，并從限流管路出口 112排出后，在上部罐裝栗I作用下舉升到地表。而水相流體粘度較小，將主要流入摩阻管路12，并從摩阻管路出口 122排出后，通過低含油液體回注通道C回注到注水層W。
[0057]由上所述，該井下油水分離器的限流管路內具有大小交替設置的過流面積，以局部阻力損失為主;摩阻管路的內部具有均勻的過流面積，且長度大于限流管路的長度，以沿程阻力損失為主。當油水兩相混合流體進入該井下油水分離器后，油水將自動分離并進入不同的管路，粘度較高的油相主要流入以局部阻力損失為主的限流管路，并沿油管舉升到地表;粘度較低的水相主要流入以沿程阻力損失為主的摩阻管路，并回注到注水層，從而實現對油水兩相混合流體的分離，油水分離效率高，處理量大。
[0058]以上所述僅為本實用新型示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本實用新型的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本實用新型的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本實用新型保護的范圍。
【主權項】
1.一種井下油水分離器，其特征在于，所述井下油水分離器包括:分離器進液口，井下采出液從所述分離器進液口進入該井下油水分離器內部；限流管路，所述限流管路的下端與所述分離器進液口連通，所述限流管路的上端向上 延伸并形成限流管路出口；所述限流管路的內部形成供液體流動的過流通道，所述過流通 道包括多個交替設置的大截面段和小截面段，所述大截面段的過流面積大于所述小截面段 的過流面積；摩阻管路，所述摩阻管路的下端與所述分離器進液口連通，所述摩阻管路的上端向上 延伸并形成摩阻管路出口；所述摩阻管路內部的過流面積均相同；所述摩阻管路與所述限 流管路并列設置，所述摩阻管路的長度大于所述限流管路的長度。2.如權利要求1所述的井下油水分離器，其特征在于，所述限流管路沿直線向上延伸； 所述摩阻管路彎曲盤繞向上延伸;所述限流管路出口與所述摩阻管路出口位于同一高度。3.如權利要求2所述的井下油水分離器，其特征在于，所述限流管路由多段大直徑鋼管 和多段小直徑鋼管交替連接構成;所述大直徑鋼管的內徑大于所述小直徑鋼管的內徑;所 述摩阻管路由彎曲鋼管構成。4.如權利要求1或2或3所述的井下油水分離器，其特征在于，所述井下油水分離器的下 部還設有一緩沖腔，所述分離器進液口位于所述緩沖腔的下端，所述限流管路的下端和所 述摩阻管路的下端均與所述緩沖腔連通。5.采用權利要求1至4中任一項所述井下油水分離器的分離系統，其特征在于，所述分 離系統包括頂部封隔器、篩管、隔離封隔器和油水分離管柱;所述頂部封隔器設置在所述篩 管的上端，所述隔離封隔器設置在所述篩管的中部;所述頂部封隔器與所述隔離封隔器之 間為注水層，所述隔離封隔器的下方為產液層；所述油水分離管柱包括所述井下油水分離器、插入密封裝置和油管，所述插入密封裝 置通過所述油管連接在所述井下油水分離器的下方，所述插入密封裝置與所述隔離封隔器 密封插接配合;所述摩阻管路出口與所述注水層連通;所述限流管路出口連通到地表。6.如權利要求5所述的分離系統，其特征在于，所述井下油水分離器與所述插入密封裝 置之間設有下部灌裝栗。7.如權利要求5或6所述的分離系統，其特征在于，所述井下油水分離器的上方設有上部灌裝栗。8.如權利要求7所述的分離系統，其特征在于，所述上部灌裝栗與所述井下油水分離器 之間設有封隔器。9.如權利要求5所述的分離系統，其特征在于，所述插入密封裝置的下端連接帶孔管。10.如權利要求5所述的分離系統，其特征在于，所述分離系統內形成有產出液流入通 道、富油液體舉升通道和低含油液體回注通道；所述產出液流入通道將所述分離器進液口與所述產液層連通;所述富油液體舉升通道 將所述限流管路的下端與地表連通;所述低含油液體回注通道將所述摩阻管路的下端與所 述注水層連通。
【文檔編號】E21B43/38GK205591906SQ201620193325
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月14日
【發明人】汪志明, 王小秋, 曾泉樹, 趙振宇, 趙巖龍
【申請人】中國石油大學(北京)