超疏水井下油水分離器及其同井注採工藝管柱的製作方法
2023-12-05 23:56:21
本發明涉及油田開發技術領域，尤其涉及一種超疏水井下油水分離器及其同井注採工藝管柱。
背景技術：
非均質油藏開發中後期，高含水井越來越多，很多井含水率已經高達98％，地面採出液處理成本大大增加，已經達到或接近開採經濟技術極限，無法繼續開採。為解決這一問題，提出了採用井下油水分離器將水分離並就地注入地層的同井注採工藝。
目前礦場應用較多的井下油水分離裝置主要有重力式和旋流式油水分離器。由於重力式油水分離器受沉降時間的影響，處理量不大，分離器管柱長且沉降成分在分離器內部聚集，嚴重影響使用壽命，礦場應用逐漸減少；目前大部分井均採用旋流式油水分離器，但旋流式油水分離器需配套電潛泵使用，無法應用於常規的有杆泵採油井中，且根據現場試驗的統計數據，其成功率僅達到50％，無法大規模推廣使用。
由此，本發明人憑藉多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種超疏水井下油水分離器及其同井注採工藝管柱，以克服現有技術的缺陷。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種超疏水井下油水分離器及其同井注採工藝管柱，解決傳統的重力式油水分離器處理量小、旋流式油水分離器需配合電泵使用且成功率低等問題，該超疏水井下油水分離器結構簡單，處理能力可調節，分離效率高。
本發明的目的是這樣實現的，一種超疏水井下油水分離器，包括外筒體，所述外筒體的頂部外側密封連接有中空的上接頭，所述外筒體的底部密封連接有中空的下接頭，所述外筒體的頂部內側密封滑動穿設有頂部密封的泵筒，所述泵筒的內側上部設置有允許液體向上流出、且出口能隨所述泵筒下移封閉的第一單向閥，所述泵筒的底部周向固定連接有能沿所述外筒體的內壁密封滑動、且中空的環形活塞，所述泵筒的內側下部設置有允許液體自所述外筒體的內腔向上流入的第二單向閥；所述外筒體的內部設有允許油直接流過、且頂部與所述環形活塞的底部間隔設置的超疏水分離塔板結構，所述外筒體的側壁中部設置有允許液體流入所述外筒體內部的第三單向閥，所述外筒體的底部設置有允許液體向下流出的第四單向限壓閥，所述第四單向限壓閥的出口與所述下接頭的內腔連通。
在本發明的一較佳實施方式中，所述超疏水分離塔板結構包括多個與所述外筒體的軸向呈第一傾斜角、且均勻間隔設置的超疏水塔板，各所述超疏水塔板的一側與所述外筒體的內壁之間均形成通道豁口、且各所述超疏水塔板的側壁與所述外筒體的內壁抵靠固定連接，相鄰的兩個所述通道豁口相互交錯設置，所述超疏水塔板上設置有多個超疏水過孔。
在本發明的一較佳實施方式中，所述第一傾斜角的範圍是45°～60°；所述超疏水塔板為網狀結構，所述網狀結構的表面上塗覆有超疏水材料單元，所述網狀結構上的網格孔構成所述超疏水過孔。
在本發明的一較佳實施方式中，所述外筒體的內側頂部密封連接有滑套，所述滑套上設置有上下貫通的泵筒過孔，所述泵筒過孔中滑動穿設所述泵筒。
在本發明的一較佳實施方式中，所述外筒體包括上下連接的上筒體和下筒體，所述上筒體的內側頂部密封連接所述滑套，所述上筒體的底部設置有上筒體封板，所述上筒體封板上設置有貫通的上連接孔，所述上筒體封板上設置有與所述第三單向閥的入口連通的採出液入口；所述下筒體的頂部設置有下筒體封板，所述下筒體封板上設置有貫通的下連接孔，所述下連接孔中固定連接有中空的連接接頭，所述連接接頭的頂部密封固定穿設於所述上連接孔中；所述上筒體和所述下筒體內均設置有多個所述超疏水塔板。
在本發明的一較佳實施方式中，所述泵筒的側壁上部設置有第一貫通出液孔，所述第一貫通出液孔構成所述第一單向閥的出口。
在本發明的一較佳實施方式中，所述泵筒的頂部密封設置有泵筒頂蓋，所述泵筒頂蓋上方通過一抽油杆脫接器與抽油杆連接。
在本發明的一較佳實施方式中，所述環形活塞包括下部與所述外筒體的內壁匹配的環形活塞圓柱段，所述環形活塞圓柱段通過直徑向上漸縮的環形活塞錐段連接於所述泵筒的底部。
在本發明的一較佳實施方式中，所述下接頭的頂部密封套設於所述外筒體的內側底部，所述下接頭的內側頂部密封連接有下封堵接頭，所述下封堵接頭上設置有頂部開口的定位孔，所述定位孔中固定設置所述第四單向限壓閥，所述第四單向限壓閥的入口與所述外筒體的內部連通，所述下封堵接頭上還設置有與所述第四單向限壓閥的出口連通的第二貫通出液孔。
本發明的目的還可以這樣實現，一種同井注採工藝管柱，所述同井注採工藝管柱包括超疏水井下油水分離器，所述超疏水井下油水分離器的上方通過所述上接頭密封連接上部油管，所述超疏水井下油水分離器的下方通過所述下接頭密封連接下部油管，所述上部油管中穿設抽油杆，所述抽油杆的底部與所述泵筒的頂部連接，所述上部油管上連接有上封隔器，所述下部油管上連接有下封隔器，所述下部油管位於所述下封隔器的下方連接有篩管，所述下部油管的底部密封連接有絲堵。
由上所述，本發明提供的超疏水井下油水分離器及其同井注採工藝管柱具有如下有益效果：
本發明的超疏水井下油水分離器中設置超疏水分離塔板結構，在超疏水分離塔板結構對油水的選擇性通過和重力的作用下，超疏水分離塔板結構對採出液進行油水分離，分離效率較高；本發明的超疏水井下油水分離器頂部的泵筒上衝程時，採出液經第三單向閥進入外筒體內部，泵筒下衝程前半程時，外筒體內側上部富集的油液經第二單向閥、泵筒和第一單向閥流出外筒體，泵筒下移至第一單向閥出口封閉後，泵筒進入下衝程後半程時，外筒體內部壓力升高，外筒體內側下方富集的水經第四單向限壓閥流出外筒體，實現了同井注採；本發明的超疏水井下油水分離器結構簡單，處理能力可調節，分離效率高。
附圖說明
以下附圖僅旨在於對本發明做示意性說明和解釋，並不限定本發明的範圍。其中：
圖1：為本發明的超疏水井下油水分離器的結構示意圖。
圖2：為本發明的同井注採工藝管柱的結構示意圖。
圖中：
100、超疏水井下油水分離器；101、分離器上部空間；
200、同井注採工藝管柱；
1、外筒體；
11、滑套；
12、上筒體；
13、下筒體；131、下筒體封板；
14、連接接頭；
2、上接頭；
3、下接頭；
31、下封堵接頭；311、第二貫通出液孔；
4、泵筒；
41、環形活塞；411、環形活塞圓柱段；412、環形活塞錐段；
42、第一貫通出液孔；
43、泵筒頂蓋；
51、第一單向閥；52、第二單向閥；53、第三單向閥；54、第四單向限壓閥；
6、超疏水分離塔板結構；61、超疏水塔板；
7、抽油杆；71、抽油杆脫接器；
81、上部油管；
82、下部油管；821、篩管；822、絲堵；
91、上封隔器；
92、下封隔器；
93、採油層；
94、注水層。
具體實施方式
為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本發明的具體實施方式。
如圖1、圖2所示，本發明提供一種超疏水井下油水分離器100，包括外筒體1，在本發明的一具體實施例中，外筒體1的長度為10～12m；外筒體1的頂部外側密封連接有中空的上接頭2，位於外筒體1上方的上接頭2的內腔構成分離器上部空間101，外筒體1的底部密封連接有中空的下接頭3，本發明的超疏水井下油水分離器100使用時，通過上接頭2連接上部油管81，通過下接頭3連接下部油管82；外筒體1的頂部內側密封滑動穿設有頂部密封的泵筒4，泵筒4上移時為上衝程，泵筒4下移時為下衝程，泵筒4的內側上部設置有允許液體向上流出、且出口能隨泵筒4下移封閉的第一單向閥51，泵筒4的底部周向固定連接有能沿外筒體1的內壁密封滑動、且中空的環形活塞41，泵筒4的內側下部設置有允許液體自外筒體1的內腔向上流入的第二單向閥52；外筒體1的內部設有允許油直接流過、且頂部與環形活塞41的底部間隔設置的超疏水分離塔板結構6，外筒體1的側壁中部、與超疏水分離塔板結構6對應的位置設置有允許液體流入外筒體1內部的第三單向閥53，外筒體1的底部設置有允許液體向下流出的第四單向限壓閥54，在本實施方式中，第四單向限壓閥54的壓力設置為2～3MPa，外筒體1內部的壓力大於該壓力值時，第四單向限壓閥54打開，允許液體自外筒體1流出。第四單向限壓閥54的出口與下接頭3的內腔連通。本發明的超疏水井下油水分離器100中設置超疏水分離塔板結構6，在超疏水分離塔板結構對油水的選擇性通過和重力的作用下，超疏水分離塔板結構6對自超疏水井下油水分離器100上的第三單向閥53進入的採出液進行油水分離，採出液中的油上浮聚集在超疏水分離塔板結構6上方，採出液中的水在重力作用下聚集於超疏水分離塔板結構6的下方；泵筒4上衝程時，採出液經第三單向閥53進入外筒體1內部，泵筒4下衝程分為前半程和後半程兩部分，前半程時，外筒體1內側上部富集的油液經第二單向閥52、泵筒4和第一單向閥51流出外筒體1，泵筒4下移至第一單向閥51出口封閉後進入後半程，後半程時，外筒體1內部壓力升高，外筒體1內側下方的水經第四單向限壓閥54流出外筒體1，超疏水井下油水分離器100無需外接獨立的舉升和注入設備，即可實現高含水油井中的同井注採；本發明的超疏水井下油水分離器100結構簡單，通過調節泵筒4的衝程和衝次，可以改變整個分離器的進液量，即採出液的處理量，處理能力可調節，分離效率高。
進一步，如圖1所示，超疏水分離塔板結構6包括多個與外筒體1的軸向呈第一傾斜角α、且均勻間隔設置的超疏水塔板61，各超疏水塔板61的一側與外筒體1的內壁之間均形成通道豁口、且各超疏水塔板61的側壁與外筒體1的內壁抵靠固定連接，相鄰的兩個通道豁口相互交錯設置，超疏水塔板61上設置有多個超疏水過孔。在本發明的一具體實施例中，設定最上方的超疏水塔板61的通道豁口設置在位於傾斜方向上方的一側，那麼其下方相鄰的超疏水塔板61的通道豁口設置在位於傾斜方向下方的一側，向下依次交錯設置，進行構成迂迴的通道；在本實施方式中，第一傾斜角α的範圍是45°～60°。自超疏水井下油水分離器100上的第三單向閥53進入的採出液為油水混合液體，由於超疏水材料特性，油水混合液體中的油能在超疏水過孔的表面粘附聚集並能直接通過超疏水過孔，油水混合液體中的水無法直接通過超疏水過孔，相鄰的兩個超疏水塔板61之間的間隔空間和通道豁口形成水流通道，水只能在水流通道中逐層環繞流動。由於油的密度小於水的密度，油能通過超疏水過孔快速上浮到達超疏水分離塔板結構6的上方(需要說明的是，超疏水分離塔板結構6的上方的液體並非100％油液，而是含油比例很高的流體)，而水在重力作用下向下流動聚集在外筒體1的下部，超疏水分離塔板結構6快速地完成了油水混合液體的油水分離。
進一步，超疏水塔板61為網狀結構，網狀結構的表面上塗覆有超疏水材料單元，超疏水材料單元對水的接觸角大於150°(現有技術)，網狀結構上的網格孔構成上述的超疏水過孔。在本實施方式中，網狀結構的網格目數為200～400目。在本發明的一具體實施例中，網狀結構為金屬網狀結構，厚度為0.5～1cm，相鄰兩個超疏水塔板61之間的間距為2～3cm。
進一步，如圖1所示，外筒體1的內側頂部密封連接有滑套11，滑套11上設置有上下貫通的泵筒過孔，泵筒過孔中滑動穿設泵筒4。泵筒4能沿泵筒過孔上下移動，泵筒下移(即下衝程)，前半程時，超疏水分離塔板結構6上方的油液經第二單向閥52、泵筒4和第一單向閥51流出外筒體1，繼續下移，滑套11的內壁密封第一單向閥51的出口，泵筒進入後半程，外筒體1內腔封閉壓力升高，第四單向限壓閥54打開，超疏水分離塔板結構6下方的水經第四單向限壓閥54向下流出外筒體1；泵筒上移(即上衝程)，第一單向閥51、第二單向閥52和第四單向限壓閥54呈封閉狀態，採出液經第三單向閥53進入外筒體1內部，經超疏水分離塔板結構6進行油水分離。
進一步，如圖1所示，外筒體1包括上下連接的上筒體12和下筒體13，上筒體12的內側頂部密封連接滑套11，上筒體12的底部設置有上筒體封板，上筒體封板上設置有貫通的上連接孔，上筒體封板上設置有與第三單向閥53的入口連通的採出液入口；下筒體13的頂部設置有下筒體封板131，下筒體封板131上設置有貫通的下連接孔，下連接孔中固定連接有中空的連接接頭14，連接接頭14的頂部密封固定穿設於上連接孔中；上筒體12和下筒體13內均設置有多個超疏水塔板61。
進一步，如圖1所示，泵筒4的側壁上部設置有第一貫通出液孔42，第一貫通出液孔42構成第一單向閥的出口。
進一步，如圖1所示，泵筒4的頂部密封設置有泵筒頂蓋43，泵筒頂蓋43上方通過一抽油杆脫接器71與抽油杆7連接。抽油杆7上下移動從而帶動泵筒4上下移動，完成泵筒4的上下衝程，完成同井注採。
進一步，如圖1所示，環形活塞41包括下部與外筒體1的內壁匹配的環形活塞圓柱段411，環形活塞圓柱段411通過直徑向上漸縮的環形活塞錐段412連接於泵筒4的底部。
進一步，如圖1所示，下接頭3的頂部密封套設於外筒體1的內側底部，下接頭3的內側頂部密封連接有下封堵接頭31，下封堵接頭31上設置有頂部開口的定位孔，定位孔中固定設置第四單向限壓閥54，第四單向限壓閥54的入口與外筒體1的內部連通，下封堵接頭31上還設置有與第四單向限壓閥54的出口連通的第二貫通出液孔311。在本發明的一具體實施例中，第四單向限壓閥54的閥座上設置有與閥體連接的調壓彈簧，當外筒體1內部的壓力小於調壓彈簧作用於閥體上的向上的壓力時，閥體封閉第四單向限壓閥54的入口，外筒體1內部的液體無法向下流出；當外筒體1內部的壓力大於調壓彈簧作用於閥體上的向上的壓力時，第四單向限壓閥54的入口打開，外筒體1內部的液體向下流出。
如圖2所示，本發明還提供一種同井注採工藝管柱200，同井注採工藝管柱200包括前述的超疏水井下油水分離器100，超疏水井下油水分離器100的上方通過上接頭2密封連接上部油管81，超疏水井下油水分離器100的下方通過下接頭3密封連接下部油管82，上部油管81中穿設抽油杆7，抽油杆7的底部與泵筒4的頂部連接，上部油管81上連接有上封隔器91，下部油管82上連接有下封隔器92，下部油管82位於下封隔器92的下方連接有篩管821，下部油管82的底部密封連接有絲堵822。上封隔器91、下封隔器92和篩管821的位置根據實際生產情況確定，其位置應保證在第三單向閥53與採油層93相對時，上封隔器91位於採油層93的上方，下封隔器92位於採油層93和注水層94之間，篩管821與注水層94相對設置。
使用包括超疏水井下油水分離器100的同井注採工藝管柱200進行高含水油井開採時，具體包括以下步驟：
步驟a、首先通過上接頭2連接上部油管81，通過下接頭3連接下部油管82，抽油杆7設於上部油管81內部，抽油杆7的底部通過抽油杆脫接器71與泵筒4的頂部連接，下部油管82上連接篩管821、絲堵822。然後，在上部油管81上連接上封隔器91，在下部油管82上位於篩管821的上方位置連接下封隔器92；
步驟b、組裝完成後，將超疏水井下油水分離器100下入油井中，外筒體1上的第三單向閥53與採油層93相對時，對上封隔器91、下封隔器92進行坐封操作，此時，上封隔器91位於採油層93的上方，下封隔器92位於採油層93和注水層94之間；
步驟c、向上拉動抽油杆7，泵筒4開始上衝程進程，此時，外筒體1中部的第三單向閥53打開，採油層93的採出液(油水混合液體)經第三單向閥53進入外筒體1的內部，採出液經超疏水分離塔板結構6進行油水分離，油能通過超疏水過孔快速上浮到達超疏水分離塔板結構6的上方(需要說明的是，超疏水分離塔板結構6的上方的液體並非100％油液，而是含油比例很高的流體)，而水(需要說明的是，超疏水分離塔板結構6的下方的液體並非100％水，而是含水比例很高的流體)在重力作用下向下流動聚集在外筒體1的下部；上衝程結束後，第三單向閥53關閉；
步驟d、向下推動抽油杆7，泵筒4開始下衝程進程，前半程時，外筒體1內側上部富集的油液經第二單向閥52、泵筒4和第一單向閥51流出外筒體1進入分離器上部空間101；泵筒4下移至第一單向閥51出口封閉後，進入下衝程後半程，外筒體1呈密封狀態，泵筒4繼續下移使外筒體1內部壓力升高，外筒體1內部的壓力大於第四單向限壓閥54設置的壓力值時，第四單向限壓閥54打開，外筒體1內側下方的水經第四單向限壓閥54流出外筒體1，經下部油管82通過篩管821注入到注水層94；下衝程結束後，第四單向限壓閥54關閉；
步驟e、重複抽油杆7上拉動作，泵筒4重複上衝程進程，採油層93的採出液(油水混合液體)進入外筒體1進行油水分離，同時隨著泵筒4上移，上一個下衝程過程中進入分離器上部空間101的油液被擠壓進入上部油管81並舉升至地面；上衝程結束後，泵筒4開始下衝程進程，重複步驟d；
步驟f、抽油杆7重複推拉運動，直至完成高含水油井開採；結束開採後，解封上封隔器91、下封隔器92，通過上部油管81把同井注採工藝管柱200提升出高含水油井。
本發明的超疏水井下油水分離器中設置超疏水分離塔板結構，在超疏水分離塔板結構對油水的選擇性通過和重力的作用下，超疏水分離塔板結構對採出液進行油水分離，分離效率較高；本發明的超疏水井下油水分離器頂部的泵筒上衝程時，採出液經第三單向閥進入外筒體內部，泵筒下衝程前半程時，外筒體內側上部富集的油液經第二單向閥、泵筒和第一單向閥流出外筒體，泵筒下移至第一單向閥出口封閉後，泵筒進入下衝程後半程時，外筒體內部壓力升高，外筒體內側下方富集的水經第四單向限壓閥流出外筒體，實現了同井注採；本發明的超疏水井下油水分離器結構簡單，處理能力可調節，分離效率高。
以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式，並非用以限定本發明的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬於本發明保護的範圍。