專利名稱：用于生產(chǎn)脫水油的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從一地下構(gòu)造生產(chǎn)脫水油的系統(tǒng)。
在說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“井流體”被用于指一種包括烴油和水的流體，其由根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)從一地下構(gòu)造接收。而且烴油被稱作油。
本發(fā)明特別涉及一種系統(tǒng)，其中一種井流體能夠在地下被分離，使得在地表產(chǎn)生出已在地表以下被脫水的油。應(yīng)當(dāng)明白地表也可以是海底。
國際專利申請公告No.WO98/41304公開了一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于從地下構(gòu)造生產(chǎn)油的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一種生產(chǎn)井，從地表向下延伸，并且在地表以下具有一入口；一接收井，穿過地下構(gòu)造，并且能夠從地下構(gòu)造接收井流體，其中井流體的下游部分包括一個基本上水平的段；和一水排出系統(tǒng)，具有一上游端，能夠接收來自水平段的下區(qū)域的流體；其中生產(chǎn)井的入口被設(shè)置成從水平段的上區(qū)域接收流體。
在公知系統(tǒng)的正常操作期間，井流體的液流被選擇，使得井流體在水平段被分離。流體層被形成在水平段的上下區(qū)域，一個分界面形成在層之間。靠近水平段的下游端，在下區(qū)域流動的流體是富水部分，在上區(qū)域流動的流體是井流體的富油部分。富油部分被生產(chǎn)到地表面，其余的富水部分被處置。可選擇地，富水部分還進行進一步的分離步驟。
已知的系統(tǒng)只將水大量地除去。為了得到基本上無水的油，即水濃度足夠低以允許油的管線運輸，已知的系統(tǒng)還包括地表面的油水分離器。另外已經(jīng)公開了這種為了去除大量水的而界面高度應(yīng)當(dāng)保持在很窄的限度。
已知的系統(tǒng)不僅是大部分的去除水，而且還得到低油濃度的富水部分，并且如果需要可以使生產(chǎn)的油具有較高的水濃度為代價。
申請人已經(jīng)采用獨有的模型分析油水混合物的分離情況。模型的分析的結(jié)果將在下面參照

圖1和圖2進行分析，其已經(jīng)揭示了水平的井的實際操作狀態(tài)(包括井流體的流速，水平段的長度和直徑(富油部分的水濃度是很大的。在實際中，從井首例如通過管線運輸之前，生產(chǎn)的油需要去水。
在這方面，可以看出采用了不真實的操作狀態(tài)，以達到圖2和3所示的上面提到的國際專利申請的結(jié)果。
英國專利申請GB 2 326 895公開了一種裝置，用于采用一單一的地下分離步驟，在地下構(gòu)造中生產(chǎn)包含碳氫和水的流體，為了允許減少地表的分離設(shè)備。該設(shè)備包括一個傾斜的井段，其中設(shè)置至少兩個分流通路，該液流通路由擋板、管道或類似物分開。從井段的集碳氫的部分收到的流體被直接泵送到地表，和從井段的富集水部分接收的流體被注入回到地下構(gòu)造。至少一個泵由一監(jiān)測器控制操作，該監(jiān)測器被置于分隔裝置的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的一個目的是提供一系統(tǒng)，用于從地下構(gòu)造生產(chǎn)油到地表，其中油能夠在地表以下去水，使得生產(chǎn)的油的水濃度足夠低，以至于從井首將油運走之前，不需要在地表再去水。
本發(fā)明的另一目的是提供這樣一種系統(tǒng)，其能夠在實際操作條件下使用。
本發(fā)明的又一目的是提供一種井流體地下分離的系統(tǒng)，該系統(tǒng)易于操作，耐用和有效率。
為此，根據(jù)本發(fā)明提供一種從一地下構(gòu)造生產(chǎn)脫水油到地表的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一生產(chǎn)井，從地表向下延伸，并且在地表以下具有一入口；一接收井，穿過地下構(gòu)造，并且能夠從地下構(gòu)造接收井流體，其中接收井的下游部分包括一個基本上水平或者傾斜的段，用于井流體的初級的油/水分離；一水排出系統(tǒng)，具有一上游端，能夠在正常操作期間接收來自接收井的下游部分的下區(qū)域的流體；和一輔助的地下油/水分離器，其特征在于該輔助的分離器具有一上游端，其能夠在正常操作期間接收來自于接收井的下游部分的上區(qū)域的流體，該輔助分離器具有一脫水油的出口，該出口與生產(chǎn)井的入口相流體連通，和一個富集水部分的出口，與水排出系統(tǒng)流體連通。
本發(fā)明基于申請人的深刻理解采用獨有的模型，在基本上水平或者傾斜的井段上流動的井流體在實際操作條件下分離，在基本上水平或者傾斜的井段的靠近下游端處，在上邊的富油部分的水濃度(體積％)比在下邊的富水部分的油濃度(體積％)大得多。特別是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，實際操作條件下的富油部分包含大于10體積％的水。富水部分的油濃度在0.01-0.1體積％之間。在說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“上區(qū)域”和“下區(qū)域”用在水平段，以表示水平段的交界的水平的上方的空間，并且該術(shù)語還表示傾斜段的同樣的空間。術(shù)語“基本上水平”段的采用是為了考慮定向地下鉆井產(chǎn)生的偏差。傾斜段是一個井段，其不是基本上水平的，并且能夠具有一從水平面的達到80度的傾斜角，其中井段是從其接收井流體的上游部分，向上傾斜的。
現(xiàn)在參照附圖通過實施例對本發(fā)明進行描述，其中圖1表示一水平管道中的井流體的分離的模型分析的第一結(jié)果，圖2表示一水平管道中的井流體的分離的模型分析的第二結(jié)果，圖3示意地表示本發(fā)明的第一實施例，圖4示意地表示本發(fā)明的第二實施例，圖5示意地表示本發(fā)明的第三實施例，圖6示意地表示本發(fā)明的第四實施例，圖7示意地表示本發(fā)明的用作輔助分離器的靜態(tài)分離器的實施例，圖8示意地表示圖7所示的靜態(tài)分離器的實施例的細節(jié)。
現(xiàn)在參見圖1，其中表示了采用申請人研制的模型得出的計算結(jié)果。圖1表示在水平管道中流動的油/水混合物的，計算出的在水平管道(縱坐標(biāo))的端部的上部區(qū)域的富油部分的水的濃度(體積％)作為水平管道長度以米作單位(橫坐標(biāo))的函數(shù)。
該計算的操作是通過施加專利模型，允許估計表征在水平管道中流動的油/水混合物分離成上部的富油部分和下部的富水部分的參數(shù)。該模型考慮若干輸入?yún)?shù)，包括油和水的粘度和流速，管道的直徑，起始的液滴尺寸。該模型已經(jīng)在水平管道中在現(xiàn)場被實驗檢驗。
由于計算輸入?yún)?shù)已經(jīng)被選取，使得它們是典型的并且落入本發(fā)明應(yīng)用的實際操作狀態(tài)的范圍。選取的參數(shù)包括油密度790kg/m3，油的粘度是1mPa.s，流速是2000m3/天，管道直徑是0.23米，混合物中總的水濃度是50體積％，初始的水滴尺寸是50微米。
從圖1中可以清楚，富油部分的水的濃度隨著水平管道的長度增加而減小。該模型表示出在1000米的長度下，富油部分包含約12體積％的水。
模型計算的另一結(jié)果參見圖2。圖2示出了在水平管道中流動的油/水混合物的，計算出的在長度為1000米的水平管道(縱坐標(biāo))的端部的上部區(qū)域的富油部分的水的濃度(體積％)作為油的粘度以mPa.s為單位(橫坐標(biāo))的函數(shù)。流速是1000m3/天(曲線1)，1600m3/天(曲線2)，2000m3/天(曲線3)。其它輸入?yún)?shù)與圖1計算相同。現(xiàn)在參見圖3。用于從地下構(gòu)造2生產(chǎn)脫水油的系統(tǒng)1包括一生產(chǎn)井3，從地表4向下延伸，并且具有一入口5在地表4以下，和一地表4處的出口6設(shè)置有一井首6a。
該系統(tǒng)還包括一個接收井7，其穿過地下構(gòu)造2，并且通過入口裝置8能夠接收井流體，其中接收井7的下游件9包括一個基本上水平的部分10，在正常操作期間，進行井流體的初步分離。接收井7被設(shè)置成通過連接部分11連接到生產(chǎn)井3的入口5的上游。
另外，設(shè)置有一個水的排放系統(tǒng)12，其具有上游端13，被設(shè)置成在正常操作期間，從接收井7的下游件9的下部區(qū)域14接收流體。
可選擇地，可以在或者靠近上游端13和/或連接部分11處設(shè)置溢水口、孔、分離器、栓塞或類似物(未示出)，以引導(dǎo)和保持分離的流體部分。
水的排出系統(tǒng)12在此例中是設(shè)置在生產(chǎn)井3的下游延伸段，在連接部分11下面，其中延伸段的橫剖面可以不同于生產(chǎn)井3的橫剖面。另外，水的排出系統(tǒng)12具有一個口15，用于接收富水部分，和一個泵16，用于從水排出系統(tǒng)將流體排出到泵16的下游的井部分17。井部分17適于被設(shè)置成允許從水排出系統(tǒng)注入到地下構(gòu)造(未示出)，并且井部分17還設(shè)置有防止水倒流的裝置。
另外，設(shè)置有一個輔助的地下油/水分離器18，在其上游端具有一入口19，在正常操作期間，其能夠從下游件9的上區(qū)域20接收流體。分離器18具有一用于脫水油的出口21，其與生產(chǎn)井3的入口5流體連通，和一個用于富水部分的出口22，其經(jīng)過管道23與水排出系統(tǒng)12中的出口15連接。在此例中分離器被設(shè)置成生產(chǎn)井3的一部分，該部分位于連接部分11的上方，使得在正常操作時分離器不能被旁路。生產(chǎn)井3中設(shè)置分離器的那部分可以被擴孔。
根據(jù)圖3所示的實施例的系統(tǒng)1在正常操作期間，經(jīng)入口8接收的井流體流到包括水平部分10的下游部分9，并且被分離。流體層形成在接收井7的下游部分9的上下區(qū)域形成，并且在各層之間分界(未示出)。靠近接收井7的下游端在下區(qū)域14流動的流體是富水部分，在上區(qū)域20流動的流體是井流體的富油部分。井流體的液流在此初始分離步驟中被分離達到富水部分具有足夠低的油濃度。
富水部分進入水排放系統(tǒng)12的上游端13，靠近連接部分11。
富油部分通過入口19進入到輔助分離器18，并且被分離成脫水油，即包含小于10體積％的水，最好是小于2體積％水，更好是小于0.5體積％水，并且富水部分可以包含0.01到0.1體積％的油。分離效率部分依賴于所用的分離器的種類。
脫水油經(jīng)出口21離開分離器18，并且經(jīng)過入口5進入到生產(chǎn)井3，然后到達地表4，通過出口6處的井首6a排出系統(tǒng)1。富水部分經(jīng)出口22和管道23離開分離器，并且在出口15處與富水部分混合而在水排出系統(tǒng)12中形成脫油的水。在正常操作期間，水排出系統(tǒng)12將被充滿脫油的水到一定的水位(未示出)。脫油的水由泵16經(jīng)井部分17被排出。從圖3中表示的系統(tǒng)的上述說明可以清楚，本發(fā)明的一個特別的優(yōu)點是，井流體被分離成脫水油和脫油水。脫油水被排出到一地下構(gòu)造，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)只生產(chǎn)脫水油到地表。
在基本上水平的部分10和連接部分11之間的井的曲線被設(shè)計成分離質(zhì)量基本上不降低。
現(xiàn)在參見圖4，示意地示出了本發(fā)明的另一實施例。與圖3相似的部分采用相同的標(biāo)號。系統(tǒng)100是圖3所示的系統(tǒng)1的延伸部分。它還包括一個連接井101。連接井101在此實施例中被設(shè)置成，在連接部分102處它與接收井7相連，靠近基本上水平的部分10的下游端103，并且在連接部分106處它與水排出系統(tǒng)12相連，在連接部分11的下面。連接井101的入口被設(shè)置在連接部分102處，以便從下部區(qū)域14接收流體，并且連接井101的出口在連接部分106處與水排出系統(tǒng)流體相通。
美國專利4,390,067公開了一種井系統(tǒng)，包括至少兩個井身，從地表向下延伸，并且由至少一個通常是水平的井身相連。
在系統(tǒng)100的正常操作期間，富水部分不從連接部分11進入水排出系統(tǒng)。在此，可選擇將一栓塞108設(shè)置在連接部分11下面，該栓塞適于具有一開口用于連接出口22和開口15的管道23。
現(xiàn)在參見圖5，其示意地表示本發(fā)明的第三實施例。與圖3相似的部分采用相同的標(biāo)號。圖5所示的系統(tǒng)200不同于圖3所示的系統(tǒng)1，在于水排出系統(tǒng)202包括一個水排出井204，其被設(shè)置成接收井的一個分支。井7和204的連接部分206被設(shè)置在靠近下游部分9的基本上水平的部分10的出口。
在正常操作期間，井流體經(jīng)過基本上水平部分10的初級分離，在通過連接部分206時進入到具有下區(qū)域209的部分208。下區(qū)域209從接收井7的下游部分9的下區(qū)域14接收富水部分。
在正常操作期間，井流體的富油部分在段208的上區(qū)域210的層流動，然后通過一個向上彎曲的井部分212。從井部分212，通過入口19進入輔助油水分離器18。在油水分離器18，富油部分被分離成脫水油和富集水部分。脫水的油經(jīng)出口21離開分離器18，到達生產(chǎn)井3的入口5，再到地表4，經(jīng)出口6的井首6a從系統(tǒng)200排出。富集水部分經(jīng)出口22離開分離器18，并且流經(jīng)管道23到達出口15，其設(shè)置在部分208的下部區(qū)域209。在那里富集水部分與富水部分混合成脫油的水。
經(jīng)過管道216，在管道216中具有入口217設(shè)置在下區(qū)域209，脫油的水由水排出系統(tǒng)202接收。由泵16將脫油的水泵送通過水排出井204，并且通過出口裝置218置入地下構(gòu)造220。
現(xiàn)在參見圖6，其示意地示出了本發(fā)明的第四實施例。與圖3相似的部分采用相同的標(biāo)號。圖6所示的系統(tǒng)300不同于圖3所示的系統(tǒng)1，在于輔助的油水分離器的設(shè)置以及水排出系統(tǒng)的設(shè)置。
系統(tǒng)300的輔助的油水分離器18設(shè)置在生產(chǎn)井3的下端的擴孔段。分離器18用于通過其入口19流體從接收井7的下游部分9的水平部分10接收流體，其中分離器18被設(shè)置在靠近水平部分10的下游端303。油水分離器18還具有出口21用于脫水的油，與生產(chǎn)井3的入口5流體相通，還具有出口22用于富水部分。其經(jīng)過管道23與出口15連接。出口15設(shè)置水平段10的下區(qū)域304，靠近水平段10的下游端303。
水排出裝置305在此實施例中，包括一個水排出井306，其以流體流動方向傾斜。水排出井在其上端具有一入口310，其與水平段10的下游端303相連。水排出井306的坡度被選擇，使得進來的分層的液流基本上不被打亂。
在水排出井306的下游，在低于水平段10的最低位的地方，安裝一個泵，以排出脫油的水，通過出口312進入地下構(gòu)造315，并且還設(shè)置防止水回流的裝置(未示)。
在如圖6所示的系統(tǒng)300的正常操作期間，經(jīng)過接收井7的入口裝置8被接收的井流體，流到包括水平段10的下游部分9，其作為井流體的初級分離器。流體層在水平段10的上區(qū)域和下區(qū)域形成，并且在層之間形成交界(未示)。靠近水平段10的下游端303，在下區(qū)域304流動的流體是富水部分，在上區(qū)域302流動的流體是井流體的富油部分。井流體的液流被分離達到一定程度，即富水部分具有足夠低的油濃度。
富油部分經(jīng)入口19進入到輔助分離器18，并且被分離成脫水油和富集水部分，其中脫水油被傳送到地表4，如圖3所描述的。富集水部分經(jīng)出口22和管道23離開分離器，并且在靠近出口15處的下區(qū)域304與富水部分混合，在出口15的下游形成脫油的水。
脫油的水通過入口310，由水排出井306接收。在基本上水平的段的最低處，在正常操作期間，水排出井被充滿脫油的水。由泵16將脫油的水經(jīng)水排出井306泵出，并且經(jīng)出口裝置312置入地下構(gòu)造315。
可能希望采用單一的生產(chǎn)井和單一的油/水分離器，從多個接收井生產(chǎn)油。這樣，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括一個或者多個另外的接收井，其穿過不同地方的地下構(gòu)造而接收井流體，其中另外的接收井的下游部分與該接收井的下游部分流體相通。井流體分離成富水部分和富油部分可以分別在多個接收井中進行，或者在所有的井流體或者部分井流體混合以后，在一共同的下游部分進行，或者以兩種方式進行。
在公告號WO/25005的國際專利申請中公開了一種地下井系統(tǒng)，包括一個基本上垂直的井身，和一個或者多個從垂直井身延伸的水平的井段。
在公告號WO/50679的國際專利申請中公開了一種地下井系統(tǒng)，包括一個主井，和一個或者多個附加的井，其中各井從地表向下延伸，并且在生產(chǎn)構(gòu)成中包括一個基本上水平的段。該附加井的水平段與主井的水平段通過生產(chǎn)構(gòu)成而流體連通，但是不與主井交叉。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中采用的地下的油/水分離器能夠是本領(lǐng)域公知的各種形式的，如旋風(fēng)的、聚結(jié)器、或者一靜態(tài)分離器。有利的是，分離器是一靜態(tài)的，設(shè)置在分離腔中，其中分離腔的高度大于正常操作條件下的形成的油/水分散帶的厚度。分離腔能夠有利的設(shè)置在生產(chǎn)井的擴孔段。
已經(jīng)考慮到，在地下分離腔中，可以利用井的物理條件，如升高的溫度和壓力，其影響油的分離質(zhì)量，使得在實際上經(jīng)濟上可行的條件下，從接收井的下游部分的上區(qū)域接收的流體被有效地分離成相對干的油和相對純的水。
在正常操作期間由靜態(tài)分離器從接收井的下游部分的上區(qū)域接收的流體是油/水分散形式的井流體的富油部分，包含大于10體積％的水。在分離腔中在重力的影響下，這樣的油/水分散物的分離可以由申請人研制的模型所描述。這個所謂的分散帶模型公告在H.G.Polderman等人的SPE論文1997年第38816號。該模型能夠用于描述分離腔中的分離。一個重要的分離機構(gòu)是基于分散帶中的小水滴的聚結(jié)器，當(dāng)水滴增大時會沉到下層。在正常操作期間，形成三個液層一個相對純的水的底層，一個中間層包含油和水的分散物，和一個上層是相對干的油。中間層也稱作分散帶。
適當(dāng)?shù)?，分離器的入口和出口被設(shè)置成，供給和分離的部分垂直或者接近垂直地流動進出分離腔。
在這樣的靜態(tài)分離器的第一實施例中，分離器還包括一個液流分配裝置，用于在一預(yù)定的垂直位置分配流體到分離腔的橫截面區(qū)域。較好的是，允許流體在一預(yù)定的垂直位置經(jīng)過一個或者多個開口以低于1m/s的速度進入到分離腔。在分離腔中，流體被允許分離成一個低層的富集水部分，一個中間層的油和水分散部分，和一個上層脫水油部分。上層和下層的流體經(jīng)脫水油出口和富集水部分的出口分別取出。分離器還可以包括一個液位檢測裝置，用于測量兩個流體層的交界的垂直位置，以便保持在正常操作期間兩個流體層之間的交界的垂直位置。
在第二實施例中，一個靜態(tài)分離器用作本發(fā)明的輔助分離器，還包括一疊垂直間隔開的傾斜的板，其中在各對相鄰的板之間限定一個分離空間；一個基本上垂直的入口管道與分離器上游端連通，該入口管道橫向于該疊板，并且被設(shè)置成從接收井下端的下游部分的上區(qū)域接收流體，并且提供一個或者多個流體出口，它們各開到分離空間；一個基本上垂直的油收集通道，在其上端具有一個油出口并且與分離器的脫水油出口連通，該油收集通道具有一個或者多個入口，各油入口被設(shè)置成，從分離空間的最高區(qū)域接收流體，其中至少剛好在各油入口下面的板設(shè)置有一個垂直指向上的擋板；和一個基本上垂直的水收集通道在其最低端具有一個水出口，與分離器的富集水部分的出口相連通，該油收集通道具有一個或者多個水入口，各水入口被設(shè)置成從分離空間的最低區(qū)域接收流體，其中至少剛好在各水入口上方的板設(shè)置一垂直指向下的擋板。
現(xiàn)在參見圖7和8。圖7表示一靜態(tài)分離器410的一個例子，其設(shè)置在分離腔406中，在生產(chǎn)井的擴孔段(未示)。該分離腔406具有基本上圓形截面。分離腔406的垂直壁408由圍繞的構(gòu)造409形成，但是應(yīng)當(dāng)明白，該壁還能夠由一井筒構(gòu)成，如一個井壁。分離腔的壁還形成分離器的壁。靜態(tài)分離器410包括一疊傾斜的基本上是平的板430，431，432，它們基本上相互平行并且以等距離垂直地間隔開。兩個相鄰的板之間限定的空間被稱作分離空間。例如，板430和431限定分離空間435，板431和432限定分離空間436。在該疊板的最低的板的下面，設(shè)置一個平行的基板437，其中基板的外邊緣與分離腔406的壁密封的接合。在板432和基板437之間，限定又一個分離腔438。
該疊板與入口通道440相交，其從一個開口442穿過該疊板在分離腔中間垂直向上延伸。入口管道的通道通過一個板，例如通道443穿過板431，從而設(shè)置成，入口管道440的壁密封地與該板配合，例如板431，從而防止在相鄰的分離空間之間，如分離空間435和436，沿著入口管道有流體相通。另外，入口管道設(shè)置有徑向出口開口444，445，446，其分別開向分離空間435，436，438。應(yīng)當(dāng)清楚，另外的出口開口可以被設(shè)置，開向不同的徑向方向。一個出口開口有利的設(shè)置在水平面的軸向，上述板繞該軸傾斜，即在圖7中一個軸線垂直于紙平面。
現(xiàn)在參照圖8進一步說明傾斜板的細節(jié)，其中示意地表示圖7中的板431和432。板431的邊緣447在板431的上側(cè)448包括一個直邊449，一個指向上的擋板450安裝在該邊上。在下側(cè)452，邊緣447包括一個直邊454，一個指向下的擋板456安裝在該邊上。
再參見圖7，該疊板的另外的傾斜板類似地在它們的上下側(cè)分別設(shè)置有一指向上和指向下的擋板458，459，460，461。各傾斜板的邊緣的其余的沒安裝擋板的部分被設(shè)置成密封地與壁408接合。
靜態(tài)分離器410還包括一個油收集通道465，其由指向上的擋板458，450，459和壁408限定的空間形成。該油收集通道465包括油入口，例如油入口470被設(shè)置成從分離空間436的最上邊區(qū)域472接收流體。油入口470由板431的上邊449，和剛好在油入口各方面的板432的指向上的擋板459限定。油收集通道465還包括一個出口473與靜態(tài)分離器410的出口415相連通。
與油收集通道465相對，分離器410包括一個水收集通道475，其由指向下的擋板460，456，461和壁408限定的空間形成。該水收集通道475包括水入口，例如水入口480被設(shè)置成從分離空間435的最下邊區(qū)域482接收流體。水入口480由板431的下邊454，和剛好在水入口480上方的板430的指向下的擋板限定。水收集通道475還包括一個出口483與靜態(tài)分離器410的出口418相連通。
帶有擋板的板430，431和432被設(shè)置成，指向上的擋板與壁408之間的最短的水平距離從底部到頂部增加，并且指向下的擋板與壁408之間的最短的水平距離從頂部到底部增加。以此方式，油收集通道465和水收集通道475的橫截面面積在向著它們相應(yīng)的出口473和483的方向增加。由于分離器410不包含在正常操作期間移動的件，因此它代表一個靜態(tài)油水分離器。
在正常操作期間，流體進入到靜態(tài)分離器410的上游端412，進入入口通道440的開口442，并且被允許通過出口開口444，445和446進入到分離空間435，436，437。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果所有的開口具有相同的橫截面積則分離效果好。如果開口的直徑大約是入口通道的直徑，使得通過開口的壓力降小，則效果好。
現(xiàn)在對分離進行詳述。為此，我們注意板431和432之間的分離空間436。在此分離空間436，形成三個流體層一個上層是脫水的油，一個中間層是分散帶，一個下層是富集水層。脫水的油層向著分離空間436的最上邊的區(qū)域472流動，從那里離開分離空間，通過入口470進入到油收集通道。富集水層向著分離空間436的最下邊的區(qū)域485流動，從那里離開分離空間，通過入口486進入到水收集通道。在空間435和435中的分離是類似的。油收集通道465從所有的分離空間接收脫水油部分，并且由于通道的橫截面向著出口473變寬，脫水油部分的垂直向上的流動速度能夠保持基本上不變。從出口473，收集的脫水油部分流動到分離器的脫水油出口415。
水收集通道475從所有的分離空間接收富集水部分，并且由于通道的橫截面從頂部到底部向著出口483變寬，在通道475中，富集水部分的垂直向下的流動速度能夠保持基本上不變。從出口483，收集到的富集水部分流動到分離器的富集水部分的出口418。
在另一實施例中，傾斜的板能夠采取基本上漏斗形式，設(shè)置成基本上相互平行，其中各漏斗設(shè)置有一中央開口。
通過安裝一疊垂直間隔開的傾斜板，分離腔的效率能夠提高，即一個較小高度的腔能夠處理與較大的無板的分離腔的同樣的通過量。在實際中，時常能夠達到分離腔所需高度的減小到原來的1/1.5到1/6。有時，分離腔的高度不是井的設(shè)計的一個限定因素，并且可以使用沒有一疊板的分離器。
分離腔的典型尺寸在下列假設(shè)下使用分散帶模型計算通過分離器的總的流速是井流體1000m3/天，該井流體包含50體積％水，干油粘度是0.001Pa.s。因此，需要一個約1米直徑和5米高度的分離腔。為了比較，在分離腔中安裝一疊板，高度需要能夠降低到例如2米。適當(dāng)?shù)?，分離腔的高度/直徑比小于6，其中直徑被理解為具有同樣的橫截面積的圓的直徑，該面積是分離腔的體積除以其高度。
應(yīng)該明白本發(fā)明的實際應(yīng)用中，可以進行本領(lǐng)域公知的附加的技術(shù)測量，并且專家是能手。為了舉例，那些測量中的一些將在后面簡要地描述。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的井，或者其中的部分，可以將井壁、管道、packing、流量控制器、測量設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸線、能源傳輸線設(shè)置到地下設(shè)備或者其它本領(lǐng)域公知的其它裝置，用于操作和控制一個井系統(tǒng)。
在井流體除包括油和水，還包括氣的情況下，可能在接收井的下游部分的其余流體流動的層的頂部形成一個氣層。氣可以降低分離器的效率。因此有利的是在系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)奈恢?，設(shè)置一個氣體的出口，連接到氣排出系統(tǒng)。
可能需要采用地下設(shè)備進行測量。這對監(jiān)測和控制系統(tǒng)的操作可能是有利的。
作為例子，可以安裝測量設(shè)備，以監(jiān)測系統(tǒng)中某些位置的流體的油、氣或者水的含量。例如，脫油水、富水部分、富集水部分或者脫水油的含水量和含油量可以由適當(dāng)?shù)脑O(shè)備測量。
另外，雖然系統(tǒng)中某些位置的不同部分的層之間的交界的精確垂直高度對于系統(tǒng)的作用來說，通常不是嚴(yán)格的，并且可以在預(yù)定的限制內(nèi)改變，可能需要采用監(jiān)測器測量該高度。
這樣測量的結(jié)果可以例如被用于控制系統(tǒng)中某些位置的流體的流速，將其控制在預(yù)定的限制內(nèi)。如何控制根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的流速是本領(lǐng)域公知的，例如，注入的井流體，來自于接收井的下游部分的上區(qū)域或下區(qū)域的流體，脫油水或者脫水油。為此，系統(tǒng)可以包括可控制的閥、泵、節(jié)流閥、可移動的套筒、可調(diào)整的孔或者其它適當(dāng)?shù)脑O(shè)備。
可能需要通過物理或者化學(xué)的裝置對流體部分的分離進行改進，例如，通過本領(lǐng)域公知的化學(xué)注射。
在為了初級分離而設(shè)置傾斜的井段的情況下，有利的是在傾斜段的下游端，在輔助分離器的上游區(qū)域和其附近，設(shè)置一個基本上水平的段，其能夠達到例如100米長。
應(yīng)當(dāng)明白，脫油能夠注入到地下構(gòu)造，井流體從該處取出。以此，脫油水的注入能夠用來保持地下構(gòu)造的壓力。
因此，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，用于從地下構(gòu)造生產(chǎn)油到地表，其中油能夠在地表以下脫水，使得生產(chǎn)的油的水濃度足夠低，以至于在將油從井首運走以前，不需要在地表進一步脫水。
權(quán)利要求
1.一種從一地下構(gòu)造生產(chǎn)脫水油到地表的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一生產(chǎn)井，從地表向下延伸，并且在地表以下具有一入口；一接收井，穿過地下構(gòu)造，并且能夠從地下構(gòu)造接收井流體，其中接收井的下游部分包括一個基本上水平或者傾斜的段，用于井流體的初級的油/水分離；一水排出系統(tǒng)，具有一上游端，能夠在正常操作期間接收來自接收井的下游部分的下區(qū)域的流體；和一輔助的地下油/水分離器，其特征在于該輔助的分離器具有一上游端，其能夠在正常操作期間接收來自于接收井的下游部分的上區(qū)域的流體，該輔助分離器具有一脫水油的出口，該出口與生產(chǎn)井的入口相流體連通，和一個富集水部分的出口，與水排出系統(tǒng)流體連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于水排出系統(tǒng)包括將來自于下區(qū)域和富集水部分的流體注入到地下構(gòu)造。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，還包括一個連接井，其中連接井具有一個入口，設(shè)置成接收來自于接收井的下游部分的下區(qū)域的流體，和一個出口，與水排出系統(tǒng)流體連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其特征在于水排出系統(tǒng)包括一個水排出井，它是接收井的一個分支。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其特征在于水排出系統(tǒng)包括一個水排出井，其坡度沿流體流動的方向傾斜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一個的系統(tǒng)，其特征在于還包括一個另外的接收井，設(shè)置成從地下構(gòu)造中接收井流體，其中該另外的接收井的下游部分與接收井的下游部分流體連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一個的系統(tǒng)，其特征在于還包括地下測量設(shè)備，以測量系統(tǒng)的某一位置的流體的特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其特征在于該特性是流體中的一個部分的濃度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其特征在于該特性是系統(tǒng)的某一位置的井流體的不同部分的層之間的交界的垂直高度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一個的系統(tǒng)，其特征在于還包括控制系統(tǒng)中某一位置的流體流量的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至9中的任一個的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)的某一位置的流體流量的裝置，從地下測量設(shè)備中得到的數(shù)據(jù)被用于控制流體流動的裝置的輸入。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一個的系統(tǒng)，其特征在于該輔助的地下油/水分離器由下列組中選取，包括漩風(fēng)器、油水分凝聚過濾器，或者一靜態(tài)分離器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于該輔助分離器是一靜態(tài)分離器，其設(shè)置在分離腔中，以及其中分離腔的高度大于分散帶的厚度，該分散帶在正常操作狀態(tài)下形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其特征在于該靜態(tài)分離器還包括一液流分配裝置，其設(shè)置成在預(yù)定垂直位置將從分離器入口接收到的井流體分配到分離腔的橫截面區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的系統(tǒng)，其中該靜態(tài)分離器還包括液位檢測裝置和一液流控制裝置，從而在正常操作期間保持兩流體層之間的交界在預(yù)定高度。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其特征在于該靜態(tài)分離器還包括一疊垂直間隔開的傾斜的板，其中在各對相鄰的板之間限定一個分離空間；一個基本上垂直的入口管道與分離器上游端連通，該入口管道橫向于該疊板，并且被設(shè)置成在其下端接收流體，并且設(shè)置有一個或者多個出口，它們各開到分離空間；一個基本上垂直的油收集通道，在其上端具有一個油出口并且與分離器的脫水油出口連通，該油收集通道具有一個或者多個油入口，各油入口被設(shè)置成，從分離空間的最高區(qū)域接收流體，其中至少剛好在各油入口下面的板設(shè)置有一個垂直指向上的擋板；和一個基本上垂直的水收集通道在其較低端具有一個水出口，與分離器的富集水部分的出口相連通，該油收集通道具有一個或者多個水入口，各水入口被設(shè)置成從分離空間的最低區(qū)域接收流體，其中至少剛好在各水入口上方的板設(shè)置一垂直指向下的擋板。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征在于傾斜的板基本上是平的，并且設(shè)置成相互平行，其中各傾斜板設(shè)置有一垂直指向下的擋板，該擋板安裝在傾斜板的下側(cè)的邊緣，和一個指向上的擋板安裝在傾斜板的上側(cè)的邊緣，其中邊緣的其余部分與分離腔的壁密封地配合，其中油收集通道由指向上的擋板和壁所限定的空間形成，并且水收集通道由指向下的擋板和壁所限定的空間形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征在于傾斜的板基本上是漏斗形的，并且設(shè)置成相互平行，其中各漏斗設(shè)置有一中央開口。
19.根據(jù)權(quán)利要求13至19中的任一個的系統(tǒng)，其特征在于分離腔的高度/直徑比小于6。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中的任一個的系統(tǒng)，其特征在于輔助的地下油/水分離器被設(shè)置在生產(chǎn)井的擴孔段。
全文摘要
一種從一地下構(gòu)造(2)生產(chǎn)脫水油到地表(4)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一接收井(7)具有一個基本上水平或者傾斜的段(10)，用于井流體的初級的油/水分離；一水排出系統(tǒng)(12)，具有一上游端(13)，能夠在正常操作期間接收來自接收井(7)的下游部分(9)的下區(qū)域(14)的流體；和一輔助的地下油/水分離器，和一輔助的地下油/水分離器(18)具有一上游端(19)，其能夠在正常操作期間接收來自于接收井(7)的下游部分(9)的上區(qū)域(20)的流體，該輔助分離器具有一脫水油的出口(21)，該出口與生產(chǎn)井的入口(5)相流體連通，和一個富集水部分的出口(22)，與水排出系統(tǒng)(12)流體連通。
文檔編號E21B43/38GK1409799SQ00817188
公開日2003年4月9日 申請日期2000年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月14日
發(fā)明者許戈·G·波爾德曼, 保羅斯·H·J·費爾貝克, 耶勒·S·鮑馬, 埃里克·J·普克 申請人:國際殼牌研究有限公司