用于井下水分离的系统、装置和方法制造方法及图纸

一种用于井眼中的井下的水分离装置，其包括：包括用于通过井眼射孔接收来自油储层的乳化混合物的多个窗孔的管状壳体，所述乳化混合物包含液体烃和水，管状壳体沿着中心轴线从第一纵向壳体端部延伸至第二纵向壳体端部并限定管状腔的内表面；提取管，所述提取管布置成与管状壳体连接以运送液体烃，提取管延伸穿过第一纵向壳体端部进入到管状腔中并且包括在管状腔中的开口端；并且其中多个窗孔在径向上被限定为穿过管状壳体和内表面并且在纵向上被限定为在第一纵向壳体端部和第二纵向壳体端部之间，并且被形成为当乳化混合物通过多个窗孔流入到管状内腔中时产生绕着管状腔的水力旋流。

System, device and method for well water separation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于井下水分离的系统、装置和方法优先权要求本申请要求于2017年7月27日提交的美国临时申请号62/537,582和于2018年7月20日提交的美国专利技术申请号16/041,510的优先权，它们的内容通过引用结合于此。
本文涉及用于油井作业中的水和石油的井下分离的系统和技术。背景具有油和气的废水采出是石油和天然气行业的难题。在石油和天然气的生产过程中，石油和天然气有时还包含水(例如，含水率(water-cut))。通过井采出的水可能源自含烃带、靠近含烃带的含水层或注入井下的水。可以将水注入井下以提高储层波及系数以维持压力。有时还将多种化学品与注入水混合以提高储层波及系数。当在地面处采出时，水、油和气的这种混合物从环境角度看可能产生问题。在钻入到成熟储层中的井中，含水率可能增加，从而降低了井的经济可行性并且因此有时会导致井废弃。在先前的方案中，烃和水在地面采出并分离。先前的方案还包括通过机械手段、化学品、受控采出或这些方法的某种组合来阻止水侵蚀。这样的方案通常不利地损害井的石油生产能力。概述总体上，本文描述了用于油井作业中的水和油的井下分离的系统和技术。一个方面涉及一种用于石油生产和井下水分离的油井系统，该油井系统包括井眼，其被形成为穿过地表进入到地表下方的烃地层中。井眼包括限定管状腔的套管。井眼包括在套管和烃地层之间的环空中的水泥。井眼还包括射孔，其穿过套管和水泥进入到烃地层中以将来自烃地层的液体烃和水的乳液接收到管状腔中。射孔与套管相切以促使乳液变为管状腔中的旋转涡流，从而将液体烃与水分离。射孔可以与套管的内表面相切并且处于协作取向。内表面的曲率可以将乳液的流动导向为绕着管状腔的中心轴线的旋转流。套管可以是限定管状腔并且具有内表面的圆柱形壁。管状腔通过射孔与烃地层流体连通。在示例中，射孔不包括径向射孔。旋转流和旋转涡流可以包括水力旋流(hydrocyclonicflow)。油井系统可以包括提取管(extractiontubing)以将分离出的液体烃从井眼输送到地表，其中液体烃可以包括石油。此外，井眼包括在井眼的下部部分处的腔室以积聚与液体烃分离的水。另外，油井系统可以包括设置在腔室中的螺旋桨以搅动腔室中的水，从而使腔室中的碎屑变为悬浮在腔室中的水中。地面泵可以通过出水管将水从腔室中抽到地表。井眼中的管道可以将水从地表输送至螺旋桨以驱动螺旋桨，其中螺旋桨是液压螺旋桨。另一个方面涉及一种操作油井系统的方法，该方法包括井下水分离。该方法包括通过射孔将来自烃地层的液体烃和水的乳液接收到井眼中。射孔穿过井眼的套管并且与套管的内表面相切，从而促使乳液变为旋转涡流以在套管中将水与液体烃分离。该方法包括将分离出的水收集到在井眼的下部部分处的腔室中并将分离出的水输送到井眼的地面端。将分离出的水收集在井眼的下部中可以包括通过在井眼中的封隔器处的单向阀将分离出的水接收到井眼的下部部分。封隔器和在井眼的下部部分处的套管的内壁可以至少部分地限定作为井眼的下部部分的腔室。该方法还可以包括通过在井眼的下部部分中的螺旋桨搅动在井眼的下部部分中的水。示例性方法还可以包括处理输送到井眼的地面端的分离出的水以从分离出的水去除固体。又一个方面涉及一种用于石油生产和井下水分离的油井系统，其包括在具有液体水和液体烃的乳液的地质地层中的井眼。井眼具有射孔以接收来自地质地层的乳液。该油井系统包括设置在井眼中的水分离器(例如，水力旋流器)以接收乳液并将液体水与液体烃分离。水分离器包括多个窗孔(aperture)以将乳液接收到水分离器中。多个窗孔(例如，切向狭槽)可以布置成协作以提供乳液进入到水分离器中的切向入口。此外，油井系统可以包括管道如油管，以将所分离的液体烃从水分离器运送到地表。此外，油井系统包括在井眼中的封隔器处的单向阀，以所分离的液体水排放到在封隔器下方的井眼的底部部分。油井系统还包括在井眼的底部部分中的螺旋桨以搅动底部部分中的水，从而使底部部分中的固体悬浮在水中。地面泵和管道如油管可以向螺旋桨提供水以驱动螺旋桨，其中螺旋桨是液压螺旋桨。该系统还可以包括地面泵，以将具有悬浮固体的水从底部部分通过管道泵送到地表。水处理单元可以被配置成接收具有悬浮固体的水并且从水中去除固体。另一个井眼可以从水处理单元接收经处理的水以注入到地质地层中。又一个方面包括一种操作用于石油生产和井下水分离的油井系统的方法，该方法包括通过井眼射孔将来自地质地层的乳液接收到井眼中的水分离器(例如水力旋流器)中，所述乳液具有液体水和液体烃。将乳液接收到水分离器中可以包括通过水分离器的多个窗孔(例如，切向狭槽)接收乳液。多个窗孔可以协作，从而提供乳液进入到水分离器中的切向入口。所述方法包括通过水分离器将液体水与液体烃分离。该方法包括将液体水从水分离器向下朝向在井眼封隔器处的单向阀排放，并且使液体水流过单向阀到达在井眼封隔器下方的井眼的底部部分。另外，该方法包括通过螺旋桨搅动在底部部分中的水以使底部部分中的固体悬浮在水中。在一些示例中，该方法包括将水从地表注入至螺旋桨以驱动螺旋桨，其中该螺旋桨是液压螺旋桨。所述方法可以包括凭借地面泵将具有悬浮固体的水从井眼的底部部分通过管道泵送到地表。此外，该方法可以包括通过水处理单元从具有悬浮固体的水去除固体。此外，该方法可以包括将水从水处理单元泵送到另一个井眼并且通过另一个井眼中的射孔将水注入到地质地层中。在第一方面，一种用于井下水分离的系统包括：包括管状壁的井眼，该管状壁限定：(1)在地壳内的油储层地层内的井眼的内表面；和(2)第一通道，该第一通道在径向上延伸穿过管状壁和内表面，并且限定第一纵向通道轴线，该第一纵向通道轴线与经过内表面上的第一点的第一切线平行或基本上平行。在一些实施方案中，管状壁可以进一步限定在径向上从由管状壁限定的中心轴线延伸至第一点的第一半径，并且第一纵向通道轴线和第一半径形成在约45°至约135°的第一范围或约225°至约315°的第二范围内的第一角度。在一些实施方案中，所述系统还包括第二通道，该第二通道在径向上延伸穿过管状壁和内表面，并且限定与经过内表面上的与第一点间隔开的第二点的第二切线平行或基本上平行的第二纵向通道轴线，其中管状壁还限定在径向上从纵向壁轴线(或中心轴线)延伸至第二点的第二半径，并且第二纵向通道轴线和第二半径形成在与第一角度的第一范围或第二范围中的一个相同的范围内的第二角度。在一些实施方案中，管状壁包括套管和与油储层地层接触的绕套管径向布置的水泥层，其中第一通道延伸穿过套管和水泥层。在一些实施方案中，第一通道可以延伸到沿着或基本上沿着第一纵向通道轴线在油储层地层中形成的射孔中并且部分地由所述射孔限定。在一些实施方案中，该系统还可以包括设置在井眼内靠近第一通道的水分离装置。水分离装置可以包括管状壳体和布置在管状壳体内的提取管，并且被配置成在该管状壳体内产生水力旋流。在第二方面，一种用于形成井下水分离器的方法可以包括：(1)将井下工具放置在油储层地层中形成的井眼中，其中井眼由限定中心轴线的管状壁和内表面限定；和(2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于井眼中的井下的水分离装置，所述水分离装置包括：/n管状壳体，所述管状壳体包括用于通过井眼射孔接收来自油储层的乳化混合物的多个窗孔，所述乳化混合物包含液体烃和水，所述管状壳体沿着中心轴线从第一纵向壳体端部延伸至第二纵向壳体端部并且限定管状腔的内表面；/n提取管，所述提取管布置成与所述管状壳体连接以运送所述液体烃，所述提取管延伸穿过所述第一纵向壳体端部进入到所述管状腔中并且包括在所述管状腔中的开口端；并且/n其中所述多个窗孔在径向上被限定为穿过所述管状壳体和所述内表面，并且在纵向上被限定为在所述第一纵向壳体端部和所述第二纵向壳体端部之间，并且被形成为当所述乳化混合物通过所述多个窗孔流入到所述管状腔中时产生绕着所述管状腔的水力旋流。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170727 US 62/537,582;20180720 US 16/041,5101.一种用于井眼中的井下的水分离装置，所述水分离装置包括：
管状壳体，所述管状壳体包括用于通过井眼射孔接收来自油储层的乳化混合物的多个窗孔，所述乳化混合物包含液体烃和水，所述管状壳体沿着中心轴线从第一纵向壳体端部延伸至第二纵向壳体端部并且限定管状腔的内表面；
提取管，所述提取管布置成与所述管状壳体连接以运送所述液体烃，所述提取管延伸穿过所述第一纵向壳体端部进入到所述管状腔中并且包括在所述管状腔中的开口端；并且
其中所述多个窗孔在径向上被限定为穿过所述管状壳体和所述内表面，并且在纵向上被限定为在所述第一纵向壳体端部和所述第二纵向壳体端部之间，并且被形成为当所述乳化混合物通过所述多个窗孔流入到所述管状腔中时产生绕着所述管状腔的水力旋流。


2.根据权利要求1所述的水分离装置，其中所述窗孔中的至少一个被形成为切向狭槽，所述切向狭槽在径向上延伸穿过所述管状壳体和所述内表面，并且限定与经过所述内表面上的一个点的切线平行的纵向通道轴线。


3.根据权利要求1所述的水分离装置，其中所述窗孔中的至少一个被形成为穿过所述管状壳体和所述内表面的螺旋槽。


4.根据权利要求1所述的水分离装置，其中所述提取管与泵连接以将所述液体烃抽吸到所述开口端中并通过所述提取管。


5.根据权利要求1所述的水分离装置，其中所述第二纵向壳体端部通过阀门封闭。


6.根据权利要求5所述的水分离装置，其中所述阀门是挡板阀，所述挡板阀被配置成当所述管状腔内的流体压力小于所述管状壳体外部的流体压力时封闭所述第二纵向壳体端部，并且当所述管状腔内的流体压力等于或大于所述管状壳体外部的流体压力时打开所述第二纵向壳体端部。


7.一种用于石油生产和井下水分离的油井系统，所述油井系统包括：
在具有液体水和液体烃的乳液的地质地层中的井眼；
分离装置，所述分离装置放置在所述井眼内并且包括：
管状壳体，所述管状壳体沿着中心轴线从第一纵向壳体端部延伸至第二纵向壳体端部并且限定管状腔的内表面，所述管状壳体包括所述第一纵向壳体端部、所述第二纵向壳体端部和纵向壁；
提取管，所述提取管布置在所述管状壳体内并且穿过所述第一纵向壳体端部从靠近所述第一纵向壳体端部的第一开口端延伸至在所述管状腔内的第二开口端，所述提取管包括所述第一开口端和所述第二开口端；和
多个窗孔，所述多个窗孔在径向上被限定为穿过所述管状壳体和所述内表面，在纵向上被限定为在所述第一纵向壳体端部和所述第二开口端之间的位置处，并且被形成为当液体通过所述窗孔流入到所述管状腔中时产生绕着所述管状腔的内部的水力旋流；以及
泵，所述泵液压连接至所述分离装置以通过所述提取管抽吸液体烃。


8.根据权利要求7所述的系统，其中所述窗孔中的至少一个被形成为切向狭槽，所述切向狭槽在径向上延伸穿过所述管状壳体和所述内表面，并且限定与经过所述内表面上的一个点的切线平行的纵向通道轴线。


9.根据权利要求7所述的系统，其中所述窗孔中的至少一个被形成为穿过所述管状壳体和所述内表面的螺旋槽。


10.根据权利要求7所述的系统，其中液压连接至所述分离装置的所述泵包括液压连接至所述第一开口端以将液体烃抽吸到所述第二开口端中并通过所述提取管的泵。


11.根据权利要求7所述的系统，其中所述第二纵向壳体端部通过阀门封闭。


12.根据权利要求11所述的系统，其中所述阀门是挡板阀，所述挡板阀被配置成当所述管状腔内的流体压力小于所述管状壳体外部的流体压力时封闭所述第二纵向壳体端部，并且当所述管状腔内的流体压力等于或大于所述管状壳体外部的流体压力时打开所述第二纵向壳体端部。


13.根据权利要求7所述的系统，所述系统还包括：
螺旋桨，所述螺旋桨垂直地设置在所述分离装置下方并且被配置成搅动所述井眼中的液体和悬浮固体；
第二泵；和
流体管道，所述流体管道用于通过所述第二泵的泵送作用来提取由所述螺旋桨搅动的液体和悬浮固体。


14.根据权利要求7所述的系统，其中所述井眼包括限定以下各项的管状壁：
在地壳内的油储层地层内的井眼的内表面；和
第一通道，所述第一通道在径向上延伸穿过所述管状壁和所述内表面，并且限定与经过所述内表面上的第一点的第一切线平行的第一纵向通道轴线。


15.一种用于井下水分离的方法，所述方法包括：
提供分离装置，所述分离装置包括：
管状壳体，所述管状壳体沿着中心轴线从第一纵向壳体端部延伸至第二纵向壳体端部并且限定管状腔的内表面；
提取管，所述提取管布置在所述管状壳体内并且穿过所述第一纵向壳体端部从靠近所述第一纵向壳体端部的第一开口端延伸至在所述管状腔内的第二开口端；和
多个窗孔，所述多个窗孔在径向上被限定为穿过所述管状壳体和所述内表面，在纵向上被限定为在所述第一纵向壳体端部和所述第二开口端之间，并且被形成为当液体通过所述窗孔流入到所述管状腔中时在所述管状腔中产生水力旋流；
在地表下方将所述分离装置井下放置在具有液体水和液体烃的乳液的地质地层中形成的井眼中；
使所述乳液从所述地质地层流入到所述井眼中；
通过所述窗孔抽吸所述乳液的液流；
使所述内表面与所述乳液接触；
通过所述内表面将所述液流改变方向为绕着所述内表面的水力旋流；
通过所述水流旋流将所述液体...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德·阿尤布，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA