專利名稱：油井井下流體分離用的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由地下構(gòu)造層生產(chǎn)石油的油井。本發(fā)明特別地涉及一種油井，其中油井流體是在地下分離的，這樣使油井流體的富石油的分量產(chǎn)生在地球表面上。應(yīng)該理解，地球表面也可能是海底。
在說明書和權(quán)利要求書中，表達詞“油井流體”用于表示含有碳氫石油和水的流體。此外，碳氫石油稱為石油。油井流體還可以含有天然氣。
存在著一種日益增加的需要，以便有效地在地下分離出油井流體中的水。理想地，油井流體分離為石油和水，其中石油充分地脫水，從而使在由現(xiàn)場運輸之前，在地面上油井口附近沒有或只有有限的補充分離，以及其中水是充分純潔的，充許注射入地下結(jié)構(gòu)層。
這種油井，其中的油井流體分離由地表面延伸至含有碳氫石油和水的地下生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層。此油井設(shè)置一個分離室，在其中安裝一個油/水分離器，它具有一個入口，以接收油井流體，一個出口，用于富油分量開放進入分離室上面的油井段，以及一個出口，用于富水的分量開放進入分離室下面的沉積的油井段。
國際專利申請公開No.98/41 304公開這樣一種油井，它具有包括分離室的水平段。
美國專利說明書No.5 842 520和No.5 979 559公開這樣一種油井，其中分離室位于實質(zhì)上生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層相同的水平。
國際專利申請公開No.98/02 637公開這樣一種油井，其中分離室位于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層的水平內(nèi)，以及其中靜力分離器是一個旋流分離器。
美國專利說明書No.4 793 408公開這樣一種油井，其中分離室是一個小直徑室，位于油井的一段內(nèi)，以及具有油井流體用的側(cè)面入口，以及其中分離室配備有調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)溢流物的不連續(xù)的抽取。
美國專利說明書No.5 443 120公開一種帶外殼的油井，它在鄰接地下生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層的外殼中具有一個分離段，它安排用于至少由油井流體分離出一部分水。
美國專利說明書No.5 897 519公開一種天然氣提升油井，它具有分離器設(shè)置在外殼和導(dǎo)管索之間的環(huán)形部分內(nèi)，以及鄰接生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層。
這些已知的系統(tǒng)通常遭遇一種或多種缺點，包括分離程度不充分，復(fù)雜性和高的安裝費用，有限的牢固性，對于石油生產(chǎn)的流動率和水切斷有限的操作窗口。
本發(fā)明的目的是提供一種油井，它允許有效的，可靠的地下分離，使油井流體成為富油的和富水的分量。
本發(fā)明的另一目的是提供一種油井，由地下結(jié)構(gòu)層至地面生產(chǎn)石油，其中石油可以在地面之下脫水，從而使生產(chǎn)的石油的水濃度相當?shù)?，使在地面上不需要或僅需要有限的進一步脫水。
本發(fā)明的另一目的是提供一種油井，它具有地下的分離室，其中供給的和分離的分量的流動是垂直地或幾乎垂直地進入和離開分離室。
為了此目的，本發(fā)明提供一種油井，它由地表面延伸至含有碳氫石油和水的地下生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層，此油井在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層上面設(shè)置一個分離室，其中安裝一個靜力的油/水分離器，它具有一個入口，以接收來自分離室下面的入口油井段的油井流體，以及一個出口，用于富油分量開放進入分離室上面的油井段，以及一個出口，用于富水的分量開放進入分離室下面的排放的油井段，其中分離室的高度大于在正常的操作條件下形成的分散帶的厚度。
在一個特殊的實施例中，靜力分離器還具有一個流量分配裝置，安排用于分配在預(yù)定的垂直位置通過分離器的入口跨過分離室的橫截面接收的油井流體。此分離器還可以具有一個水平檢測裝置和一個流量控制裝置，以便在正常操作時保持兩個液體層之間的界面在預(yù)定的水平。
在一個代替的實施例中，按照本發(fā)明的靜力分離器還具有—一疊堆垂直有間距的傾斜平板，其中每對相鄰的平板之間限定一個分離空間；—一個實質(zhì)上垂直的入口管路，與分離器的入口連通，此入口管路橫切此疊平板，以及安排在其下端接收油井流體，以及設(shè)置一個或多個油井流體出口，其中每個開放進入一個分離空間；—一個實質(zhì)上垂直的石油收集通道，它具有在其上端的一個石油出口，與分離器的富油分量用的出口連通，此石油收集通道具有一個或多個石油入口，每個石油入口安排用于接收來自分離空間的最上區(qū)的流體，其中至少每個石油入口緊接下面的平板設(shè)置一個垂直向上引導(dǎo)的緩沖擋板；以及—一個實質(zhì)上垂直的水收集通道，它具有在其下端的一個水出口，與分離器的富水分量用的出口貫通，此水收集通道具有一個或多個水入口，每個水入口安排用于接收來自分離空間的最下區(qū)的流體，其中至少每個水入口緊接下面的平板設(shè)置一個垂直向下的緩沖擋板。
分離室的表達高度，在本說明書和權(quán)利要求書中使用于表示富油分量用的出口和富水分量用的出口之間最短的垂直距離。分離室的實際高度可能大一些。
按照本發(fā)明還提供一種由地下生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層通過油井生產(chǎn)石油的方法，此方法包括下列步驟—通過一個或多個孔，以局部流動速率低于1m/s接納油井流體進入在預(yù)定的垂直位置的分離室；—使油井流體分離成為富水分量的下層，油和水分散分量的中層，以及富油分量的上層；—由上層抽取液體和傳送此液體至地面；—由下層抽取液體；—測量兩個液體層之間的界面的垂直位置；以及—根據(jù)測量的垂直位置控制至少一種流入的油井流體，流出的富水分量或流出的富油分量的流動速率。
申請人發(fā)現(xiàn)，由實踐的觀點來看，有利的是設(shè)置分離室在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層的下游和上面，以及為了這種形狀，要求分離室的高度大于在正常的操作條件下形成的分散帶的厚度，隨后，在正常的操作中，在分散帶的上面形成較干的油層，以及在分散帶的下面形成較純潔的水層。
進一步理解到，借助在地下分離室內(nèi)油井流體的分離，可以利用油井的物理條件的優(yōu)點，例如，高溫和壓力，它們影響油和水的分離行為，從而在實際和經(jīng)濟可行的條件下達到了有效的分離油井流體成為較干的油和較純潔的水。
按照本發(fā)明的一個特殊方面，地下分離室的效率可以借助使用帶有一疊堆平板的分離器而改善。
現(xiàn)在，本發(fā)明借助實例和結(jié)合附圖予以較詳細的說明，附圖中

圖1示出在帶有和未帶有安裝的平板疊堆的分離室內(nèi)油井流體的分離的模擬計算的結(jié)果；圖2示出本發(fā)明的第一實施例的示意圖；圖3示出本發(fā)明的第二實施例的示意圖；圖4示出本發(fā)明的第二實施例的細節(jié)的示意圖；以及圖5示出本發(fā)明的第三實施例的分離器的區(qū)域的示意圖。
由石油生產(chǎn)油井接收的油井流體典型地含有超過10體積％的高度分散的水。在含有超過10體積％水的油/水分散液的重力影響下的分離行為可以借助一個模型來描述，申請人發(fā)展了被稱為分散帶的模型，見H.G.Polderman et al.，SPE Paper No.38816，1997。此模型可以用于描述在分離室內(nèi)的分離。一個重要的分離機理是基于在分散帶中小水滴的凝聚，當水滴一旦生長至足夠大，它沉積到下層。在正常的操作中，在分離室內(nèi)形成三個液體層較純潔水的下層，含有油和水分散液的中層，以及較干油的上層，中層也稱為分散帶。
此模型的結(jié)果是分散帶厚度HD(m)作為單位通過量Q/A(m/s)函數(shù)的一個公式，式中Q是被分離的流體通過分離室的流動速率(m3/s)和A是分離室的水平的橫截面面積(m2)。
分散帶的厚度HD和單位通過量Q/A之間的關(guān)系可以用已經(jīng)實驗證明的下列公式表達HD=a(Q/A)1-b(Q/A)..........(1)]]>在此公式中，a和b是有關(guān)分散穩(wěn)定性的常數(shù)，以及它們尤其是油分量的動力粘度，油和水分量之間的密度差，以及分散液的水滴尺寸分布等的函數(shù)。對于具有動力粘度為0.001Pa·s的油，例如，穩(wěn)定的分散液的特征是a＝0.125s，以及b＝0.078s/m，而不穩(wěn)定的分散液，它較容易分離，例如，它的特征是a＝0.05s，以及b＝0.32s/m。
現(xiàn)在參見圖1，其中曲線A示出分散帶的厚度HD(縱坐標上為m)作為單位通過量Q/A(橫坐標上為m/s)的函數(shù)的實例，這些值是按公式(1)計算的。在計算中使用了a＝0.05s以及b＝0.032s/m。
在給定的體積流動速率Q和橫截面面積A時的分散帶的厚度HD決定了分離室所需的最小高度，以便上油層和下水層可形成在它們之間的分散帶。與此類似，體積流動速率的上限Qmax可以借助對給定的分離室的橫截面面積和高度求解公式(1)而計算出，其中假設(shè)HD等于分離室的高度。此上限Qmax除以分離室的體積，可以作為分離室效率的一個尺度。
現(xiàn)在可以顯示，借助安裝一疊堆垂直有間距的傾斜的平板可以改進分離室的效率。這樣一疊堆垂直有間距的平板也稱為平板包。
一個平板包將分離室分割成一系列的分離空間，其中被兩個相鄰的平板限定的空間被稱為具有厚度Hp(m)的分離空間。在每個分離空間內(nèi)形成一個分散帶，以及分散帶的總厚度等于全部單獨的分散帶厚度的總和。在第一近似中，分散帶的總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)的下列修正式計算HD=n·Hp=n·a(Q/A)n-b(Q/A).........(2)]]>式中Hp是相鄰的平板之間的垂直距離(m)，n是在平板包內(nèi)以相等垂直距離排列的平板的數(shù)量，以及式中其它代號具有的意義已在前面給出。
圖1中的曲線B是使用與曲線A計算時相同的數(shù)值a和b，對于帶有Hp＝0.3m的平板包計算的。在Q/A＝0.05m/s時，分散液可以完全限定在0.3m內(nèi)，因此，在單獨的一對平板內(nèi)。在Q/A＝0.020m/s時，分散液可以完全限定在1.2m內(nèi)，因此，在5個平板的一疊堆內(nèi)，它限定每個高度0.3m的4個分離空間。
與其對比，在0.20m/s時曲線A給出的分散帶的厚度在不使用平板包時為2.7m。這樣就表明，使用平板包時，較小高度的分離室可以處理與沒有平板包的較大高度的分離室相同的單位通過量。
現(xiàn)在參見圖2，它示出本發(fā)明的第一實施例的示意圖。油井1由地面2延伸至地下生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層4，油井設(shè)有一個分離室6，它安排在油井1的擴孔段7內(nèi)。分離室6具有實質(zhì)上圓形的橫截面。分離室6的垂直壁8是由周圍的結(jié)構(gòu)層9形成的，但應(yīng)該理解，壁也可以設(shè)有油井管，比如外殼。分離室的壁也形成了分離器的壁。
在分離室6內(nèi)設(shè)置一個油/水分離器10，它具有入口12，用以接收來自分離室6下面的入口油井段13的油井流體。分離器10還具有一個出口15，用于富油分量開放進入分離室6上面的油井段16，以及一個出口18，開放進入分離室下面的排放油井段19。排放油井段19與水排放系統(tǒng)貫通。水排放系統(tǒng)在此實施例中包括排放油井20，油井設(shè)有出口裝置21，延伸至地下結(jié)構(gòu)層22，以及一個泵23。水排放系統(tǒng)還包括用于防止水反向流動至分離室(圖中未示出)的裝置。
油井1的分離室6包括一個靜力分離器10。靜力分離器10具有一個流動分配裝置24，此流動分配裝置24具有一個垂直的入口管路25，在其下端具有一個入口，與靜力分離器10的油井流體用的入口12貫通。流動分配裝置24還具有一個出口管路26，與入口管路25的上端貫通。出口管路26帶有一系列出口孔27，它開放進入實質(zhì)上處于相同垂直位置的分離室6。水平探測裝置28安排用于探測液體層之間的界面的水平，并且優(yōu)先地探測下層和中層之間的不平。水平探測裝置28產(chǎn)生的信號可以優(yōu)選地用于根據(jù)測量的垂直位置控制流入的油井流體，也就是流出的富水分量或流出的富油分量的流動。例如，水排放系統(tǒng)的泵23的泵送速度(它排放在出口18處接收的富水分量)可以被控制，以便保持下層和中層之間界面的垂直位置在預(yù)定的極限內(nèi)。
在一個油井的正常操作中，含有油和水的混合液的油井流體來自地下結(jié)構(gòu)層4被接收通過入口裝置3，以及沿著油井1流動。存在于分離室下面的入口油井段13內(nèi)的油井流體可能是由地下結(jié)構(gòu)層4直接產(chǎn)生的油井流體，或者是在初次分離之后獲得的液流，例如，在水平的油井段內(nèi)清除大量水之后獲得的分量。優(yōu)選地，進入分離器10的入口12的油井流體含有在10體積％和80體積％之間的水。來自入口12的油井流體被入口管路25接收。油井流體通過在預(yù)定的垂直位置的孔27接納進入分離室。以這樣的方式達到了油井流體在分離室的整個橫截面面積內(nèi)達到較相等的分布，這樣有利于有效的分離。特別是，流入的油井流體的局部流動速率可以保持在低于1m/s，它對在實際的條件下的大多數(shù)油井流體是一個臨界值，超過它就達不到有效的分離。富水分量的下層將形成，它被水和油分散的中層(分散帶)的界面隔離。該界面的垂直位置可以借助探測裝置28測量，這個測量可用于控制通過出口18的處理的速率，以及以這種方式界面的水平可以調(diào)節(jié)在預(yù)定的極限內(nèi)?？梢越柚鲃臃峙溲b置24選擇安排界面正好在出口的垂直位置的上面或下面。
在分散帶的頂部形成一個富油分量的上層。富油分量流動至出口15和至地面，從這里排放至油井口(圖中未示出)。富油分量含有典型地少于10體積％水，優(yōu)選地少于2體積％水，更優(yōu)選地少于0.5體積％水。
富水分量流動至出口18，從這里通過水排放系統(tǒng)排出。富水分量可以含0.01體積％和0.5體積％之間的油。
出口15安排用于從分離室6內(nèi)的區(qū)域抽取液體，在分離室6中當正常操作時上層可以形成，以及出口18安排用于從可以形成下層的區(qū)域排出液體。優(yōu)選地，與本實施例一樣，出口15安排用于從分離室的最上部區(qū)域排出液體，以及出口18安排用于從最下部區(qū)域抽取液體，這樣使分離室的全部實際高度被利用。
分離室6應(yīng)是這樣大，使在正常操作時形成的分散帶完全配合在分離室6內(nèi)。適當?shù)氖牵蛛x室的高度/有效直徑比小于10，優(yōu)選地小于5，其中有效直徑是指具有與分離室相同橫截面的一個圓的直徑。
顯然，流體分散裝置24的一個或多個出口管路可以排列成紡綞形布局或環(huán)形布局。優(yōu)選地，出口孔這樣排列，使得允許流體相對于外壁8水平地和切向地流入分離室。
現(xiàn)在參見圖3和4，它們示出本發(fā)明的第二實施例的示意圖。在本實施例中，靜力分離器10還包括一疊堆傾斜的實質(zhì)上平坦的平板30、31、32，它們實質(zhì)上相互平行地排列，以及具有垂直間隔的相等的距離。兩個相鄰的平板之間限定的空間被稱為分離空間。例如，平板30和31限定分離空間35，平板31和32限定分離空間36。在一疊平板的最下部平板32的下面設(shè)置一個平行的底平板37。其中底平板的外緣與分離室6的壁密封地接合。在平板32和底平板37之間還限定分離空間38。
平板疊堆被入口管路40橫切，入口管路40由孔42垂直地向上延伸通過位于分離室6的中心的平板疊。通過平板的入口管路的通道，例如通過平板31的通道43，是這樣排列，使入口管路40的壁與平板，例如平板31密封地配合，從而防止沿著入口管路在相鄰的分離空間之間，例如分離空間35和36之間的流體連通。此外，入口管路40設(shè)有徑向的出口孔44，45、46，它們的孔進入相應(yīng)的分離空間35、36、38?？梢钥闯觯硗獾某隹诳卓梢栽O(shè)置為開放進入不同的徑向方向。一個出口孔優(yōu)選地設(shè)置在水平面的軸向內(nèi)，平板是繞著該軸傾斜的，該軸向即圖2內(nèi)垂直于紙平面的軸向。
有關(guān)傾斜平板的其它細節(jié)，將參照圖4討論，圖4中示出圖3的平板31和32。平板31的板緣47具有在平板31的上側(cè)面48上的直邊緣49，一個向上引導(dǎo)的緩沖擋板50與其連接。在下側(cè)面52上，板緣47具有直邊緣54，一個向下的緩沖擋板56與其連接。
再次參見圖3，平板疊堆中的其它傾斜的平板分別在它們的上側(cè)面和下側(cè)面同樣地設(shè)置向上和向下的緩沖擋板58、59、60、61。每個傾斜平板的板緣沒有與緩沖擋板連接的剩余部分，用于與壁8密封地接合。
靜力分離器10還具有一個油收集通道65，它是由向上的緩沖擋板58、50、59和壁8限定的空間段形成的。油收集通道65具有油入口，例如油入口70，用于接收來自分離空間36的最上部區(qū)域72的流體。油入口70被平板31的上邊緣49和直接位于油入口70下面的向上的緩沖擋板59限定。油收集通道65還具有一個油入口73，與靜力分離器10的入口15連通。
與油收集通道65相對，分離器10具有水收集通道75，它是由向下的緩沖擋板60、56、61和壁8限定的空間段形成的。水收集通道75具有水入口，例如水入口80，用于接收來自分離空間35的最下部區(qū)域82的流體。水入口80被平板31的下邊緣54和直接位于水入口80上面的平板30的向下的緩沖擋板60限定。水收集通道75還具有出口83，與分離器10的出口18連通。
平板30、31和32與連接的緩沖擋板這樣排列，使向上的緩沖擋板和壁8之間最短的水平距離，從底部至頂部增加，以及向下的緩沖擋板和壁8之間最短的水平距離從頂部至底部增加。以這種方式，油收集通道65和水收集通道75兩者在通向它們的相應(yīng)的出口73和83的方向上它們的橫截面面積增加。由于分離器10沒有在正常的操作時運動的部件，所以稱為靜力油/水分離器。
在正常的操作時，來自地下結(jié)構(gòu)層4的含有油和水的油井流體接收通過入口裝置3，以及沿著油井1流動。存在于分離室下面的入口油井段13內(nèi)的油井流體可以是由地下結(jié)構(gòu)層4直接產(chǎn)生的油井流體，或者是初次分離之后獲得的液流，例如，在水平的油井段內(nèi)清除大量水之后獲得的分量。優(yōu)選地，進入分離器10的入口12的油井流體含有在10體積％和80體積％之間的水。油井流體隨后在孔42進入入口管路40和允許通過出口孔44、45和46進入分離空間35、36、38內(nèi)。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，如果全部的孔具有相同的橫截面面積，可以獲得良好的分離結(jié)果。如果孔的直徑和入口管路的直徑處于同一數(shù)量級，這樣通過孔的壓力降很小，也可以獲得良好的結(jié)果。
現(xiàn)在討論分離。為此目的，我們對平板31和32之間的分離空間36進行觀察。在此分離空間內(nèi)形成3個液體層，一個上富油層，一個中分散帶層和一個下富水層。富油層流向分離空間36的最上部區(qū)域72，由此它離開分離空間，通過入口70進入油收集通道。富水層流向分離空間36的最下部區(qū)域85，通過入口86進入水收集通道。在空間35和38內(nèi)的分離是相似的。
油收集通道65接收來自全部分離空間的富油分量，以及由于通道的橫截面面積向著出口73加寬，富油分量的垂直向上流動速率在通道內(nèi)可以保持實質(zhì)上恒定。收集的富油分量從出口73流動至平板疊上面的出口15，以及至地面，由此處它在井口處排放(圖中未示出)。富油分量典型地含有少于10體積％的水，優(yōu)選地，少于2體積％的水，更優(yōu)選地，少于0.5體積％的水。
水收集通道75接收來自全部分離空間的富水分量，以及由于通道的橫截面面積由頂部至底部向著出口83加寬，富水分量的垂直向下流動速率在通道75內(nèi)可以保持實質(zhì)上恒定。收集的富水分量從出口83流動至平板疊堆下面的出口18，由此處它通過水排放系統(tǒng)排放。富水分量可以含有在0.01體積％和0.05體積％之間的油。
分離室6的高度，即富油分量用的出口15和富水分量用的出口18之間的最短的垂直距離，在本實施例中與擴孔段7內(nèi)的分離室6的高度相等。平板疊堆在分離室內(nèi)排列成在正常操作時完全限制分散液，這樣使平板疊堆上面分離室的區(qū)域被富油分量充填，以及平板疊堆下面的區(qū)域被富水分量充填。如參見圖1的討論，平板疊堆的高度在第一近似中可以考慮作為分散帶的厚度，因為它是在分離空間內(nèi)全部單獨的分散帶的總厚度的上限。
現(xiàn)在參見圖5，說明按照本發(fā)明的油井100的另一個實施例。圖5示出油井100的分離室6的示意圖。與圖3討論的相同的零件具有相同的圖號。形成靜力分離器110的平板疊堆的傾斜平板130、131和132具有漏斗形，并帶有實質(zhì)上圓的橫截面。本實施例中的漏斗這樣排列，使它們由頂部至底部變狹窄。漏斗130、131和132相互平行地疊置，并帶有沿著分離室6的中心軸133實質(zhì)上相等的距離。每個漏斗帶有中心孔140、141和142。兩個相鄰的漏斗之間限定的空間稱為分離空間，圖5示出分離空間144和145。在平板疊堆最下部平板132的下面設(shè)置一個水平的底平板147，其中底平板的外緣與分離室的壁密封地接合。
平板疊堆被入口管路150橫切，管路150從孔152垂直地向上延伸通過每個漏斗的中心孔。入口管路150具有出口管路154、155、156、157。每個出口管路延伸進入一個分離空間的內(nèi)部，在這里它帶有一個出口孔，出口孔158、159、160、161。可以看出，還可以設(shè)置其它的出口管路和孔，孔進入不同的方向。
與每個漏斗的中心孔的整個板緣連接一個向下引導(dǎo)的緩沖擋板，以及與每個漏斗的上板緣連接一個向上的緩沖擋板。這些向下的緩沖擋板在圖中的標號為170、171、172以及向上的緩沖擋板的標號為174、175、176。油收集通道178是由向上的緩沖擋板174、175、176和壁8限定的環(huán)形空間形成的。至油收集通道178的油入口181、182分別地被向上的緩沖擋板175、176和上面的相鄰的漏斗130、131的上板緣之間的環(huán)形區(qū)域限定。例如，油入口181安排用于接收來自分離空間145的最上部區(qū)域183的富油分量。油收集通道178還具有一個出口184，與分離器110的出口15連通。
分離器110的水收集通道180是由向下的緩沖擋板170、171、172限定的近軸向空間形成的。至水收集通道180的水入口186和187分別被向下的緩沖擋板170、171和相鄰的環(huán)形孔141、142的板緣之間的環(huán)形區(qū)限定。例如，水入口187安排用于接收來自分離空間145的最下部區(qū)域189的富水分離。水收集通道180還具有一個出口190，與分離器110的出口18連通。
上板緣的直徑由頂部至底部增加，從而使油收集通道178的橫截面面積向著出口184增加。中心孔的橫截面面積，以及因此水收集通道的橫截面面積由頂部至底部增加，即向著出口190增加。接近水收集通道的出口190的最低的向下的緩沖擋板172與底平板147相交，其中緩沖擋板172的外周邊與底平板147密封地接合。出口190通過管路192與分離器10的富水分量用的出口連通，管路192連接至向下的緩沖擋板172的下板緣。在過渡壁193上設(shè)置孔152，入口管路150與其連接。
為了討論本實施例的油井100的正常操作，可以參考圖2和3的實施例的正常操作。在下文僅對分離器110的操作進行討論。
油井流體以相同的方式在入口12被分離器110接收，以及在孔152進入入口管路150。油井流體允許通過出口孔158、159、160、161進入分離空間144、145內(nèi)。在一個分離空間內(nèi)，例如分離空間145，形成一個上部的富油層和一個下部的富水層。例如，在分離空間145內(nèi)，富油層流動通向最上部區(qū)域183，由此處它離開分離空間，以便通過入口181進入油收集通道。富水層流動通向分離空間145的最下部區(qū)域189，由此處它通過入口187進入水收集通道。油收集通道187接收來自全部分離空間的富油分量，以及由于通道的橫截面面積向著出口184加寬，富油分量的垂直向上流動速率在通道178內(nèi)可以保持實質(zhì)上恒定。由出口收集的富油分量流動至出口15。富油分量含有典型地少于10體積％的水，優(yōu)選地少于2體積％的水，更優(yōu)選地，少于0.5體積％的水。
水收集通道180接收來自全部分離空間的富水分量，以及由于通道的橫截面積由頂部至底部向著出口190加寬，富水分量的垂直向下流動速率在通道180內(nèi)可以保持實質(zhì)上恒定。由出口190收集的富水分量流動至出口18，由此處通過水排放系統(tǒng)排放。富水分量可以含有在0.01體積％和0.5體積％之間的油。
沿著水和油收集通道的緩沖擋板可以看作供不同的目的使用。它們包容油井流體在這些分離空間內(nèi)，這樣這些分離空間可以看作是有效隔離的。此外，緩沖擋板防止了在收集通道內(nèi)的已經(jīng)分離的分量與分離空間內(nèi)的流體重新混合。這時考慮到在收集通道內(nèi)的流動速率較高。緩沖擋板可以幫助實現(xiàn)流入的油井流體和流出的分離的分量的垂直流動有效地隔離。
可以理解，圖5所示分離器110的一種改型可以借助將此疊漏斗形顛倒排列而獲得，這樣它們由底部至頂部變狹窄，以及可以看出，在這種排列中，油收集通道形成在接近軸向區(qū)域，以及水收集通道形成在分離室的環(huán)形區(qū)域。
分離器110的另一種改型可以借助密封地連接漏斗形的上邊緣部分至外壁而獲得，這樣，一個或多個油收集通道形成在沿著外壁的空間段內(nèi)。
在另一種改型中，入口通道排列在分離室內(nèi)的偏離中心處，以及密封地橫切平板疊堆，與圖3的分離器10的實施例相同。
可以明確，平板疊堆的特殊的設(shè)計參數(shù)取決于實際的情況。例如，水收集和油收集通道的橫截面面積相互有關(guān)，以及與分離室的橫截面面積有關(guān)，它們可以根據(jù)預(yù)期的流動速率和油井流體的水含量選擇。平板的數(shù)量可以使用實際情況的參數(shù)，根據(jù)類似于圖1的計算來選擇。平板相對于水平面的傾斜角度可以這樣選擇，使固體的顆粒不要積聚在平板上，但可使用的分離體積被最佳地利用。典型地，傾斜角度應(yīng)選擇相對于水平面在10和45°之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選地相對于水平面在15和25°之間的范圍內(nèi)。
在參照圖1討論時可以清楚地看出，平板疊堆提高了分離室內(nèi)分離器的分離效率。在實踐中，常以降低分離室的所需高度的系數(shù)在1.5至6的范圍內(nèi)。有時，分離室的高度不是油井設(shè)計的限制因素，以及在此情況下，可以使用沒有平板疊堆的分離器。
圖1所示油井的分離室6的典型的尺寸，是使用分散帶模型計算出的，這時使用下列的假設(shè)通過分離器的總流動速率為油井流體1000m3/day，油井流體含50體積％水，干油粘度為0.001Pa·s。在此種情況下，需要直徑約1m和高度5m的一個分離室。
作為比較，注意到，在分離室內(nèi)安裝平板疊堆，所需的高度可以減少至例如2m。
權(quán)利要求
1.一種油井，它由地表面延伸至含有碳氫石油和水的地下生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層，此油井在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層的上面設(shè)置一個分離室，在其中安裝一個靜力的油/水分離器，它具有一個入口以接收來自分離室下面的入口油井段的油井流體，一個富油分量用的出口，開放進入分離室上面的油井段，以及一個富水分量用的出口，開放進入分離室下面的排放油井段，其中，在正常的操作條件下，分離室的高度大于在其中形成的分散帶的厚度。
2.按照權(quán)利要求1的油井，其特征在于，所述的靜力分離器還具有一個流動分配裝置，安排用于分配在預(yù)定的垂直位置通過分離器的入口跨過分離室的橫截面面積接收的油井流體。
3.按照權(quán)利要求1或2的油井，其特征在于，所述的靜力分離器還具有一個水平檢測裝置和一個流動控制裝置，以便在正常操作時保持兩個流體層之間的界面在預(yù)定的水平。
4.按照權(quán)利要求2或3的油井，其特征在于，所述的流動分配裝置具有一個或多個管路，與油井流體用的分離器的入口流體連通，此管路帶有出口孔，接近預(yù)定的垂直位置，進入分離室。
5.按照權(quán)利要求1的油井，其特征在于，所述的靜力分離器還具有—一疊堆垂直有間距的傾斜平板，其中每對相鄰的平板之間限定一個分離空間；—一個實質(zhì)上垂直的入口管路，與分離器的入口連通，此入口管路橫切此疊平板，以及安排在其下端接收油井流體，以及設(shè)置一個或多個油井流體出口，其中每個開放進入一個分離空間；—一個實質(zhì)上垂直的油收集通道，它具有在其上端的一個油出口，與分離器的富油分量用的出口連通，此油收集通道具有一個或多個油入口，每個油入口安排用于接收來自分離空間的最上部區(qū)域的流體，其中至少每個油入口緊接下面的平板設(shè)置一個垂直向上引導(dǎo)的緩沖擋板；以及—一個實質(zhì)上垂直的水收集通道，它具有在其下端的一個水出口，與分離器的富水分量用的出口貫通，此水收集通道具有一個或多個水入口，每個水入口安排用于接收來自分離空間的最下部區(qū)域的流體，其中至少每個水入口緊接上面的平板設(shè)置一個垂直向下的緩沖擋板。
6.按照權(quán)利要求5的油井，其特征在于，傾斜的平板是實質(zhì)上平坦的，以及實質(zhì)上相互平行地排列，其中每個傾斜的平板配備一個向下的緩沖擋板，與傾斜平板的下側(cè)面的板緣連接，以及一個向上的緩沖擋板，與傾斜平板的上側(cè)面的板緣連接，其中板緣的剩余部分與分離室的壁密封地配合，其中油收集通道是由向上引導(dǎo)的緩沖擋板和井壁限定的空間形成的，其中水收集通道是由向下引導(dǎo)的緩沖擋板和井壁限定的空間形成的。
7.按照權(quán)利要求5的油井，其特征在于，傾斜的平板具有實質(zhì)上的漏斗形，實質(zhì)上相互平行地排列，其中每個漏斗帶有中心孔。
8.按照權(quán)利要求7的油井，其特征在于，所述的漏斗是由頂部至底部變狹窄，其中至每個中心孔的板緣連接一個向下的緩沖擋板，以及其中至上板緣連接一個向上的緩沖擋板，其中水收集通道形成在被向下的緩沖擋板和井壁限定的的軸向空間內(nèi)，以及油收集通道形成在被向上的緩沖擋板和井壁限定環(huán)形空間內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求7的油井，其特征在于，所述的漏斗是由底部至頂部變狹窄，其中至每個中心孔的板緣連接一個向上的緩沖擋板，以及其中至下板緣連接一個向下的緩沖擋板，其中油收集通道形成在被向上的緩沖擋板和井壁限定的軸向空間內(nèi)，以及其中水收集通道形成在被向下的緩沖擋板和井壁限定的環(huán)形空間內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求5-9中任何一項的油井，其特征在于，所述的水收集通道的橫截面面積由頂部至底部增加。
11.按照權(quán)利要求5-10中任何一項的油井，其特征在于，所述的油收集通道的橫截面面積由底部至頂部增加。
12.按照權(quán)利要求5-11中任何一項的油井，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.按照權(quán)利要求1-12中任何一項的油井，其特征在于，所述的分離室設(shè)置在油井的擴孔段內(nèi)。
14.按照權(quán)利要求1-13中任何一項的油井，其特征在于，所述的分離室的高度/有效直徑比是小于10。
15.按照權(quán)利要求14的油井，其特征在于，所述的分離室的高度/有效直徑比是小于5。
16.一種通過按照權(quán)利要求1的油井由地下結(jié)構(gòu)層生產(chǎn)石油的方法，此方法包括下列步驟-通過一個或多個孔，以局部流動速率低于1m/s接納油井流體進入預(yù)定的垂直位置的分離室；-使油井流體分離成為富水分量的下層，油和水分散分量的中層，以及富油分量的上層；-由上層抽取液體和傳送此液體至地面；-由下層抽取液體；-測量兩個液體層之間的界面的垂直位置；以及-根據(jù)測量的垂直位置控制至少一種流入的油井流體，流出的富水分量或流出的富油分量。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其特征在于，流動速率是控制的，以便安排界面的預(yù)定的垂直位置在下層內(nèi)。
18.按照權(quán)利要求16的方法，其特征在于，流動速率是控制的，以便安排界面的預(yù)定的垂直位置在中層內(nèi)。
全文摘要
一種由地表面(2)延伸至地下生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層(4)的油井(1)，地下生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層(4)含有碳氫石油和水。此油井(1)在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層(4)的上面設(shè)置一個分離室(6)，在其中安裝一個靜力的油/水分離器(10)，它具有一個入口(12)，用以接收來自分離室(6)下面的入口油井段(13)的油井流體，以及一個富油分量用的出口(15)，開放進入分離室上面的油井段(16)，以及一個富水分量用的出口(18)，開放進入分離室下面的排放油井段(19)，其中分離室(6)的高度大于在正常的操作條件下形成的分散帶的厚度。
文檔編號E21B43/34GK1440486SQ01812073
公開日2003年9月3日 申請日期2001年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月6日
發(fā)明者耶勒·S·博馬, 埃里克·J·普伊克, 保羅斯·H·J·費爾貝克 申請人:國際殼牌研究有限公司