專利名稱：一種井下油水分離采油裝置的制作方法
一種井下油水分離采油裝置，它屬于石油開采設(shè)備，可用于油田的不能自噴的采油井中，特別適用于做高含水油井的采油設(shè)備。
在現(xiàn)有的油田采油井中，大部分是不能自噴需要抽提的油井。在這些不能自噴的油井的開采中，必須使用抽取的方法把石油抽取上來。由于有的油井屬于高含水油井，從井中抽取的石油混合液中，含有大量的水分，有的含水量高達80%～90%。對于這樣的油井開采，現(xiàn)在都是采用把含水混合液抽到井上，然后使用專用的油水分離器，利用重力沉降分離方式使石油與水分分離，從而收集分離出的石油以供輸出，而把分離出的水分重新注入地下含油層下的含水層，以保持油層壓力和一定的油層位置。在現(xiàn)代油田油井的開采中，多使用電潛泵做抽油機械，雖然這樣比使用活塞抽油機效率高，但還是要消耗大量的電能。由于抽取的混合液中，含有一定的水份，因而所消耗的電能并不是完全用于抽取石油，特別是當混合液中的含水量很高時，所消耗電能大部分用于抽取無用的水分，因而效率很低。在一定的含水率下，抽取混合液所消耗的電能會超過可以分離出的石油所含的能量，從而得不償失。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種可進行井下油水分離的抽油裝置，它應(yīng)能完成在井下使高含水混合液中油與水分離，只對分離出的石油進行提升，而分離后剩于的水分在井下直接注回油層下的含水層中，使本發(fā)明所消耗的能量基本與含水量無關(guān)，達到節(jié)能的目的。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如

圖1所示。它有在油層段帶有篩孔的井壁套管1、輸送管道2、抽油電潛泵3和傳輸控制電纜4，其特征在于在抽油電潛泵3下部一定距離有注水電潛泵5，在注水電潛泵5外部有與井壁套管1接觸密封的隔環(huán)6，井壁套管1與隔環(huán)6接觸部位以及其下部一定距離的套管是無篩孔的，在抽油電潛泵3與注水電潛泵5之間裝有介質(zhì)介電常數(shù)傳感器9，并在抽油電潛泵3下端和上端一定位置處裝有壓力傳感器7和8，在油井上地面處裝有標準工業(yè)控制介面17以及給抽油電潛泵3和注水潛泵5供電的可變頻電源變換器10和11，在標準工業(yè)控制介面17中插有與可變頻電源變換器10和11相連并對其進行控制的控制適配模塊12和13，還插有與介電常數(shù)傳感器8相連并轉(zhuǎn)換其測量信號的測量適配模塊14以及與壓力傳感器7和8相連并轉(zhuǎn)換其測量信號的測量適配模塊15和16，標準工業(yè)控制介面17通過標準串行通訊接口與其它設(shè)備其有的中央控制計算機18相連。
在本發(fā)明中，抽油電潛泵3的入液口與在其下面裝有的注水電潛泵5之間的一段井壁套管1空間形成了一個油水分離的沉降分離段。由于油和水的比重不同，油水混合液在該段停留一段時間后，就會在重力作用下發(fā)生分離。在沉降分離段所對應(yīng)的井壁套管1是帶有篩孔的，其位置正好與地下含油層對應(yīng)，因而含油層中的油水混合液會通過篩孔進入沉降分離段，并在沉降分離段內(nèi)分離，石油向上聚集，而水份向下聚集。在該沉降分離段中裝有介質(zhì)介電常數(shù)傳感器9，由于水和油的介電常數(shù)顯著不同(相差40倍左右)。因而當油和水之間的介面位置不同時，會使介質(zhì)介電常數(shù)傳感器9測量電極浸入油和水中的面積比發(fā)生變化。在油水介面位置變化過大超出介電常數(shù)傳感器9的測量電極范圍時，還會使其完全浸入油或是水中。通過測量介電常數(shù)傳感器9的輸出，就能得到油水介面的位置或是判斷出油水介面是在傳感器9的上面還是下面。在抽油電潛泵3下端裝有壓力傳感器7，并在距壓力傳感器7上部一段距離處裝有壓力傳感器8，由壓力傳感器7和8測得的壓力差可以反映出在兩壓力傳感器8之間的油柱高度。隨著油水的不斷分離，抽油電潛泵3把上部已分離出的石油提升到地面，而注水電潛泵5則把分離出來的水重新壓入含油層下面的含水層中，保持一定的地下油層壓力和相對穩(wěn)定的油層位置。通過不斷的抽油和注水保持混合液的不斷流出。在注水電潛泵5外部與井壁套管1之間有隔環(huán)6，隔環(huán)6使沉降分離段和下面的注水區(qū)隔離，保持有一定的壓力差，使注水區(qū)的壓力大于沉降分離段的壓力，以利于含油層中混合液的滲出。
在本發(fā)明中，采用了標準工業(yè)控制介面17，中央計算機18加各種適配模塊這種機電一體化的控制模式。中央控制計算機18可以采用定時中斷掃描的方式定時給出選通與介電常數(shù)傳感器9、壓力傳感器7和8相連的測量適配模塊14、15和16的地址選通信號。該信號通過標準串行通訊接口傳送到標準工業(yè)控制介面17后，標準工業(yè)控制介面17根據(jù)地址選通信號選通相應(yīng)的測量適配模塊14、15和16。當相應(yīng)的測量適配模塊14、15或16被選通后，該模塊把與之相連的傳感器9、7或8測量得到的物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過標準工業(yè)控制介面17從標準串行通訊接口送回到中央控制計算機18。中央控制計算機18通過定時采集、處理這些測量數(shù)據(jù)，可以不斷的得到井下油水介面位置，已分離出石油量(井下液面位置)的信息，通過所得到的信息與控制模型進行比較，對抽油電潛泵3和注水電潛泵5的運行工況進行控制。例如，在井下液面位置過高(或過低)時，中央控制計算機18通過標準串行通訊接口發(fā)出與可變頻電源變換器10相連并對其進行控制的控制適配模塊12的地址選通信號給標準工介控制介面17，標準工業(yè)控制介面17根據(jù)接收到的地址信號選通控制適配模塊12。選通后，中央控制計算機18再通過標準串行通訊接口給出抽油電潛泵3需改變的轉(zhuǎn)速(工況)值被控制適配模塊12接收并鎖存?？刂七m配模塊12在收到中央控制計算機18給出的轉(zhuǎn)速數(shù)字量后，通過D/A變換變?yōu)榭勺冾l電源變換器10所需要的模擬控制信號對其進行控制。可變頻電源變換器10根據(jù)控制信號的大小改變輸出頻率，從而改變抽油電潛泵3的工況。同理，當中央控制計算機18把所得到的信息與控制模型進行比較，得到井下油水介面過高(或過低)時，使用與控制抽油電潛泵3的工況同樣的方法。中央控制計算機18通過送出選通控制適配模塊13的地址選通信號選通該模塊，然后送出改變注水電潛泵5工況的數(shù)字量，經(jīng)控制適配模塊13鎖存并轉(zhuǎn)換后，控制可變頻電源變換器11的輸出頻率，從而改變注水電潛泵5的工況。
本發(fā)明由于采用了直接在井下形成一個沉降分離段并增加一個注水電潛泵的方法，把含油層滲出的油水混合液在井下直接分離，抽油電潛泵只把所分離出來的石油提升到地面，因而不用消耗提升混合液中水分的能耗。同時，通過井下的注水電潛泵直接把分離出的水再注入含油層下面的含水層中，這樣可以保持地下含油層的壓力不變和含油層位置不變，并減少注水井數(shù)量。注水電潛泵加壓所消耗的能量與提升同樣流量水分到地面所消耗的能量要少得多。因而本發(fā)明可以達到節(jié)能的目的，特別是對于一些高含水油井，節(jié)能效果顯著，在開采同樣多的石油時只花費原來能量的幾分之一，甚至十分之一。本發(fā)明采用中央控制計算機、標準工業(yè)介面加各種適配模塊這種機電一體化的測控模式，通過定時測量井下液面的位置和油水介面位置數(shù)據(jù)來不斷調(diào)整抽油電潛泵和注水電潛泵的運行工況，保證本發(fā)明的工作穩(wěn)定，并可以適應(yīng)不同參數(shù)的油井和油井參數(shù)的變化。
在本發(fā)明中，沉降分離段的長度可以根據(jù)油井產(chǎn)油參數(shù)(產(chǎn)油率，含水量等)來確定，根據(jù)斯托克公式計算兩相分離所需的停留時間，從而確定該段的長度。沉降分離段的長度一般在20～50米，產(chǎn)油率高，含水量小的一般取大一些，反之則取小一些。
在本發(fā)明中，壓力傳感器7和8之間的距離，可以根據(jù)油井產(chǎn)油率以及抽油電潛泵的控制精度和測控定時間隔大小來定，使抽油電潛泵3在一般情況下不會抽空，同時也不使含油層混合液滲出背壓過大。一般在10～30米之間。
在本發(fā)明中，抽油電潛泵3和注水電潛泵5都可以是電機裝于進液口端的形式，注水電潛泵5可以采用小增壓比的電潛泵，而抽油電潛泵則根據(jù)井深，可以是多級的，電潛泵3和5以及各傳感器7、8和9的電纜可以是分開的，也可以合在一起。在本發(fā)明中的電潛泵可以使用普通交流電潛泵，也可也使用如專利號為9120001的“一種變工況電潛泵”。以適應(yīng)較大的工況范圍。
在本發(fā)明中，用來驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動的可變頻電源變換器10可以使用日本富士公司的G5系列或G7系列逆變器，也可以使用如專利號為CN89209067的“一種大功率數(shù)控調(diào)壓與交流裝置”。
在本發(fā)明中，標準工業(yè)控制介面17可以選用美國ME公司(MECHATRONICEQUIPMENTINC.)的I/O32，或是美國OPTO22公司的PB16AH。中央控制計算機18可以選用美國OPTO22公司的LC4控制器，也可以選用美國ME公司的PCS-1工業(yè)過程控制工作站，還可以選用普通PC計算機。適配模塊14、15和16可以采用OPTO22公司的AD3或類似的A/D轉(zhuǎn)換模塊。適配模塊12和13可選用OPTO22公司的DA3或類似的D/A轉(zhuǎn)換模塊。
權(quán)利要求
1.一種井下油水分離采油裝置，它有在油層段帶有篩孔的井壁套管1、輸送管道2、抽油電潛泵3和傳輸控制電纜4，其特征在于在抽油電潛泵3下部一定距離有注水電潛泵5，在注水電潛泵5外部有與井壁套管1接觸密封的隔環(huán)6，井壁套管1與隔環(huán)6接觸部位以及其下部一定距離的套管是無篩孔的，在抽油電潛泵3與注水電潛泵5之間裝有介質(zhì)介電常數(shù)傳感器9，并在抽油電潛泵3下端和上端一定位置處裝有壓力傳感器7和8，在油井上地面處裝有標準工業(yè)控制介面17以及給抽油電潛泵3和注水潛泵5供電的可變頻電源變換器10和11，在標準工業(yè)控制介面17中插有與可變頻電源變換器10和11相連并對其進行控制的控制適配模塊12和13，還插有與介電常數(shù)傳感器8相連并轉(zhuǎn)換其測量信號的測量適配模塊14以及與壓力傳感器7和8相連并轉(zhuǎn)換其測量信號的測量適配模塊15和16，標準工業(yè)控制介面17通過標準串行通訊接口與其它設(shè)備其有的中央控制計算機18相連。
全文摘要
一種井下油水分離采油裝置，它有套管，抽油電潛泵等，其特征在于在抽油電潛泵下有注水電潛泵以及測量油水介面及液面高度的各傳感器，在井上有由中央控制計算機等組成的機電一體化測控部分和給電潛泵供電并調(diào)整其工況的可變頻電源變換器。含油層滲出的油水混合液在兩電潛泵之間分離，抽油電潛泵只把分離出的石油提升到地面，而水分被注水電潛泵重新注入油層下，可以大大減少提升能量，達到節(jié)能的目的。
文檔編號E21B43/38GK1078291SQ9210306
公開日1993年11月10日 申請日期1992年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月29日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用實驗廠