專(zhuān)利名稱(chēng)：井下油-水-固體的分離的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種井下裝置、一種在井下分離流體和固體的方法以及一種配備井下流體和固體分離系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
油井生產(chǎn)可涉及泵送包含部分油和部分水、即作為油/水混合物的井流體。當(dāng)油井的油衰竭時(shí)，具有更大百分比的水，且隨后被生產(chǎn)到地面?！吧a(chǎn)”的水有時(shí)可達(dá)到生產(chǎn)出的總的井流體體積的80%以上，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的操作問(wèn)題。例如，生產(chǎn)出的水可能需要處理和/或再注入地下儲(chǔ)層中，以處置水和幫助保持儲(chǔ)層壓力。生產(chǎn)出的水的處理和處置花費(fèi)
很1 。一種應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題的方式是，通過(guò)采用井下裝置分離油和水，并將分理出的水再次注入，從而減少了生產(chǎn)到地面的不希望的水。降低生產(chǎn)到地面的水可使得降低所需的功率，降低液壓損失和簡(jiǎn)化地面設(shè)備。而且，許多與水處理有關(guān)的成本可減少或省去。然而，成功地在井下分離油和水、然后再注入水是相當(dāng)棘手的，且是一種具有許多影響這種操作的效率和可行性的變量和因素的敏感過(guò)程。例如，各個(gè)井的油/水比率可不同，且可隨著井的壽命而明顯地變化。所需的注入壓力也可隨著井的壽命而變化。例如，分離出的水所需的注入壓力往往隨著時(shí)間而增大。當(dāng)井流體包括有時(shí)混合在井流體中的固體、例如沙和其他顆粒時(shí)，會(huì)出現(xiàn)另外的問(wèn)題。固體往往比油重，且從水析出。然而，水流中的固體的存在可產(chǎn)生復(fù)雜的井下?tīng)顩r， 例如阻塞。在一些應(yīng)用場(chǎng)合中，固體與被再次注入的水流分離且往往阻塞再次注入的位置。 井流體/水中的固體比例也可隨著時(shí)間變化，這在井下處理固體時(shí)會(huì)產(chǎn)生更大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
總體而言，井下油-水-固體分離的多個(gè)方面提供了一種用于在井下分離流體和固體和處理已被分離出的固體的系統(tǒng)和方法。該技術(shù)方案利用具有分離器的分離系統(tǒng)，所述分離器具有井流體入口、油流輸出通道、水流輸出通道和固體輸出通道。分離器用于將井流體大致分離成油、水和固體組分，且這些組分被引導(dǎo)到相應(yīng)的通道。限流器可與分離器配合使用，以便于分離井流體組分。


下面，將參看附圖描述井下油-水-固體分離的某些實(shí)施例，其中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，附圖包括圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的使用與分離系統(tǒng)協(xié)作的潛入式電力泵送系統(tǒng)的井系統(tǒng)的前視圖；圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的分離系統(tǒng)的一個(gè)示例的剖視圖；圖3是井系統(tǒng)的一部分的剖視圖，示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的限流器的一個(gè)示例；圖4是與圖3類(lèi)似的剖視圖，但示出了從根據(jù)所述實(shí)施例的井系統(tǒng)的所述部分移除的限流器；圖5是與根據(jù)一個(gè)可選的實(shí)施例的分離系統(tǒng)組合的井系統(tǒng)的一個(gè)可選示例的前視圖；圖6是根據(jù)實(shí)施例的可用于井系統(tǒng)的方向改變裝置的一個(gè)示例的剖視圖；圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的與用于井系統(tǒng)中的限流器組合的方向改變裝置的剖視圖；圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的可應(yīng)用于井系統(tǒng)的限流器系統(tǒng)的一個(gè)示例的剖視圖；圖9是根據(jù)實(shí)施例的包括一個(gè)傳感器或多個(gè)傳感器的限流器系統(tǒng)的剖視圖；以及圖10是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的分離系統(tǒng)的另一示例的剖視圖，其中，井流體被分成三種組分，所述三種組分主要包括油、水和固體。
具體實(shí)施例方式在下面的描述中，給出了眾多細(xì)節(jié)，以便理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明也可在不具備這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施，且可對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行眾多變化或修改。在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“向上，，和“向下，，、“上，，和“下，，、“向上地，，和“向下地”、“上游”和“下游”、“上方”和“下方”以及其他表示給定點(diǎn)或給定元件上方或下方的相對(duì)位置的類(lèi)似術(shù)語(yǔ)在該說(shuō)明書(shū)中用于更清楚地描述本發(fā)明的一些實(shí)施例。然而，對(duì)于用于斜井或水平井中的設(shè)備和方法來(lái)說(shuō)，如果合適，這種術(shù)語(yǔ)可指從左向右、從右向左或其他關(guān)系。在此描述的實(shí)施例通常涉及機(jī)械采油系統(tǒng)，例如，與油氣井相關(guān)的機(jī)械采油系統(tǒng)。 所述實(shí)施例包括用于分離井流體組分，例如油、水和固體的系統(tǒng)和方法。例如，一個(gè)實(shí)施例涉及井下油/水/固體分離以及涉及管控用于操控井流體組分分離的背壓。一種控制油和水的分離的方式例如通過(guò)調(diào)節(jié)施加給油流和/或水流的背壓進(jìn)行。背壓可通過(guò)調(diào)節(jié)限流控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)退出井流體組分分離器的油流和/或水流的期望節(jié)流。除了井流體組分分離以外，在此描述的實(shí)施例涉及被設(shè)計(jì)用于向輸出流提供期望節(jié)流、即背壓的設(shè)備。節(jié)流幅度可根據(jù)井流體的油/水/固體含量在完全關(guān)閉(沒(méi)有流動(dòng))到寬開(kāi)口(充分流動(dòng))之間變化?？刂票硥汉拖嚓P(guān)流動(dòng)可與注水區(qū)相對(duì)于生產(chǎn)區(qū)(生產(chǎn)區(qū)的井上或井下方向的注水區(qū))的方位高度地相關(guān)。這兩個(gè)方位之間的一些差別涉及井上注入(injecting uphole) 和井下注入(injecting downhole)，在所述井上注入中，裝置可以單一操作節(jié)流和通到油管環(huán)空，在所述井下注入中，裝置可能需要對(duì)流動(dòng)“在線”節(jié)流，即，需要從油管接收注入流， 對(duì)該流進(jìn)行節(jié)流，然后將該流返回到向著注水區(qū)行進(jìn)的另一油管。在一些應(yīng)用中，限流器的節(jié)流通道/或開(kāi)口的直徑可在大約0. 125英寸到1. 0英寸的范圍內(nèi)。總體上請(qǐng)參看圖1，井系統(tǒng)20被示為部署在井眼22中。在該實(shí)施例中，井系統(tǒng)20包括潛入式電力泵送系統(tǒng)對(duì)，所述潛入式電力泵送系統(tǒng)M具有潛入式馬達(dá)26和由潛入式馬達(dá)沈驅(qū)動(dòng)的潛入式泵28。潛入式電力泵送系統(tǒng)M可包括多種其他構(gòu)件、例如泵開(kāi)口或進(jìn)入口 30和馬達(dá)保護(hù)器32。附加性地，示出的井系統(tǒng)20還包括被設(shè)計(jì)成用于分離井流體組分的分離器34，例如離心分離器或旋流分離器。例如，分離器34可被設(shè)計(jì)成用于分離流體組分、例如油和水，流體和固體組分、例如水和顆粒，或其他組分組合、例如油、水和固體。 分離器34可在多種位置、例如在示出的潛入式泵觀上方的位置連接到井系統(tǒng)20中。然而， 分離器34還可定位在潛入式泵觀的上游，以限制固體流過(guò)泵觀。在示出的示例中，井系統(tǒng)20放置在油氣井的井下，例如井的套管36內(nèi)。當(dāng)放置在井下期望位置處時(shí)，潛入式馬達(dá)26可供給動(dòng)力，以驅(qū)動(dòng)潛入式泵觀和分離器34。在該實(shí)施例的操作過(guò)程中，井流體通過(guò)開(kāi)口 30被吸入泵觀中且被泵送到分離器34中。分離器34加速并沿圓形路徑驅(qū)動(dòng)井流體混合物，從而，利用離心力將密度較大的物質(zhì)、例如水和固體定位到更遠(yuǎn)的徑向位置，以及將密度較小的流體、例如油定位到與轉(zhuǎn)動(dòng)中心更接近的位置。在該示例中，油流和水流從分離器34排出并沿著不同的路徑單獨(dú)地行進(jìn)到方向改變裝置38， 所述方向改變裝置改變水流的方向，并將水流注入周?chē)貙又校瑫r(shí)例如通過(guò)油管40將油流向井上引導(dǎo)到地面收集位置。分離器34可被設(shè)計(jì)成用于分離油、水和固體(參看圖10)， 在這種情況下，井流體的固體組分被方向改變裝置38引導(dǎo)到期望位置。應(yīng)當(dāng)指出，分離器 34也可在具有或沒(méi)有方向改變裝置38的情況下用于多種位置。例如，分離器34可用于分離油、水和固體組分，然后再將固體與油流組合以給送到期望的地面收集位置，從而，避免堵塞注水區(qū)。關(guān)于水流、油流和/或固體流，從分離器34的輸出是指分別大致具有水、油和固體的濃度的流。換言之，相應(yīng)的流可包含一部分其他井流體組分，不可能是純的而僅包含水、 油或固體。根據(jù)特定的應(yīng)用場(chǎng)合，井系統(tǒng)20可包括其他各種構(gòu)件，例如封隔器42和44。圖2示出了分離器34的一個(gè)示例的剖視圖，在這種情況下，所述分離器是離心式分離器。井流體混合物被驅(qū)動(dòng)通過(guò)分離器34的井流體入口 45并進(jìn)入分離器部分或分離器 34的腔室46、例如旋流腔室中。井流體的組分通過(guò)分流器48分離，所述分流器48限定出用于從分離器部分46運(yùn)送已被分離的井流體組分的管道或通道。例如，通道可包括充當(dāng)分離器腔室46的出口的油通道或管道50和水通道或管道52。分流器48還可從井流體分離出另外的組分，例如固體，所述固體沿著單獨(dú)的固體通道或管道傳送。如圖所示，油通道50 相對(duì)于水通道52在徑向方向上偏內(nèi)設(shè)置。背壓可選擇性地施加給油流、水流和/或固體流， 以影響分離過(guò)程。例如，當(dāng)分流具有高百分比的油的井流體時(shí)，通過(guò)水通道52作用于水流的背壓可改善分離結(jié)果。對(duì)于具有較高百分比的水的井流體，通過(guò)油通道50作用于油流的較高的背壓可類(lèi)似地改善油和水的分離?？傮w上，相同的背壓原理適用于旋流或離心式分離器。
總體上參看圖3，示出了另一類(lèi)型的分離系統(tǒng)M的剖視圖，所述分離系統(tǒng)具有分離器34，該分離器用于將井流體組分分成例如流過(guò)油通道50和水通道52的流。應(yīng)當(dāng)指出， 分離器34也可設(shè)計(jì)成分離出固體組分，所述固體組分然后沿著單獨(dú)的管道輸送，這將在下面進(jìn)行更詳細(xì)的描述。在圖3中，箭頭56示出了表示油流的路徑，箭頭58示出了表示水流的路徑。在該示例中，限流器60、例如節(jié)流構(gòu)件定位在水通道52中。然而，替代性地，限流器60也可放置在油通道50中，或另外的限流器60可放置在油通道50中而使得在水通道和油通道中均具有限流器。在該實(shí)施例中，水流58向井上流入限流器60中。限流器60可以從多種不同類(lèi)型的限流器中選擇，其中一個(gè)示例具有節(jié)流孔件62， 所述節(jié)流孔件具有通流節(jié)流孔或通道64。節(jié)流孔64的尺寸可以變化，且限流器60和節(jié)流孔件62的結(jié)構(gòu)使得能夠調(diào)節(jié)水流58中的背壓。例如，限流器60可以是可移除的限流器，以便能被更換為具有不同的節(jié)流性能的其他限流器60，例如具有尺寸不同的通流節(jié)流孔64 的不同的節(jié)流孔件62，從而，能夠調(diào)節(jié)背壓。在其他實(shí)施例中，節(jié)流孔件62可移除，且可更換為具有尺寸不同的節(jié)流孔64的其他節(jié)流孔件62。限流器60和/或節(jié)流孔件62可借助于工具66更換，所述工具可下放到井下，以放置和/或移除限流器60或節(jié)流孔件62。作為示例，用于更換裝置的工具可以包括在電纜、鋼絲(slick line)、連續(xù)油管或其他合適的傳送裝置68上運(yùn)行的工具。在一些應(yīng)用場(chǎng)合下，鋼絲可以是用于改變節(jié)流特性的最經(jīng)濟(jì)的傳送裝置。在圖3中示出的示例中，油管道50可被定位或構(gòu)造成防止由傳送裝置68下放的工具意外地進(jìn)入油通道50中。例如，油通道50可具有傾斜部分70，以防止工具66進(jìn)入管道中，或管道的尺寸可被選擇成使工具66不能進(jìn)入通道中。在一些應(yīng)用場(chǎng)合下，限流器60包括節(jié)流孔件62，所述節(jié)流孔件62具有尺寸可變的節(jié)流孔64，使得不需更換限流器60來(lái)改變節(jié)流孔64的尺寸。作為示例，節(jié)流孔的尺寸可在地面以機(jī)械方式調(diào)節(jié)，或通過(guò)經(jīng)由傳送裝置68例如電纜、鋼絲、連續(xù)油管下放的工具66進(jìn)行。在其他應(yīng)用中，節(jié)流孔件62可具有可調(diào)節(jié)的節(jié)流孔64，所述可調(diào)節(jié)的節(jié)流孔64可通過(guò)液壓管路經(jīng)由引到井下的液壓調(diào)節(jié)或通過(guò)電機(jī)調(diào)節(jié)，所述電機(jī)通過(guò)從地面或從井下控制器發(fā)送的電信號(hào)控制。如圖3進(jìn)一步所示，止回閥72位于油通道50和/或水通道52中。止回閥72可用于防止流體通過(guò)油通道50和水通道52移回分離器34中。利用止回閥72阻止該可能的回流防止損壞分離器34。再次參看圖1，封隔器42、44可用于沿著井系統(tǒng)20隔離井眼的多個(gè)區(qū)域。作為示例，封隔器42和44被示為將水要再次注入到與方向改變裝置38接近的地層中的區(qū)域與井流體從下封隔器44下方的地層抽吸的區(qū)域隔離。封隔器結(jié)構(gòu)有效地將泵進(jìn)入口 30與再次注入的流體隔離?？蛇x地，在水再次在封隔器42上方或封隔器44下方注入時(shí)，封隔器44可位于潛入式泵觀下方，從而，充分地將生產(chǎn)出井流體的區(qū)域與水注入的地層的區(qū)域隔離。 可使用多種封隔器結(jié)構(gòu)，只要它們被定位成在生產(chǎn)出的流體與注入的流體之間產(chǎn)生隔離即可。井系統(tǒng)20也可被構(gòu)造成能夠向井下注入增產(chǎn)處理流體。例如，在圖4示出的實(shí)施例中，分離系統(tǒng)M與圖3的分離系統(tǒng)類(lèi)似，但限流器60已被移除。在圖4的結(jié)構(gòu)中，增產(chǎn)處理流體可沿著油管40向下泵送到油通道50和水通道52中。限流器60可被更換為防止處理流體沿著再次注入的水的路徑流動(dòng)的流動(dòng)裝置。作為示例，箭頭74示出了表示增產(chǎn)處理流體的路徑。止回閥72防止增產(chǎn)流體行進(jìn)到分離器34中，以避免對(duì)分離器造成有害作用?？傮w上參看圖5，示出了一種替代性結(jié)構(gòu)，以顯示將水流再次注入到位于生產(chǎn)區(qū) 78下方的期望注水區(qū)76。潛入式馬達(dá)沈、泵觀和分離器34可以與參看圖1描述的方式類(lèi)似的方式連接，且方向改變裝置38連接到分離器34的井上方向。方向改變裝置38連接到管道80，所述管道80向井下延伸，以引導(dǎo)被改變方向的流體通過(guò)下封隔器82。下封隔器82將生產(chǎn)區(qū)78與位于封隔器82下方的注水區(qū)76分離開(kāi)。在該實(shí)施例中，水流行進(jìn)通過(guò)管道 80和尾管組件84。尾管組件84延伸通過(guò)下封隔器82進(jìn)入注水區(qū)76中，以便能夠再次注入水組分。圖6示出了方向改變裝置38的一個(gè)實(shí)施例的更詳細(xì)的剖視圖。類(lèi)似地，圖7示出了與定位在限流器容納腔86中的限流器60組合的方向改變裝置38的一個(gè)實(shí)施例的更詳細(xì)的剖視圖。限流器容納腔86被構(gòu)造成接收限流器60。在該特殊的示例中，水通道52基于離心式油/水分離徑向上位于油通道50的外側(cè)。油通道50從井下方向改變裝置38延伸通過(guò)方向改變裝置并向井上延伸經(jīng)過(guò)方向改變裝置，直到它與油管40、例如生產(chǎn)油管/連續(xù)油管連接。水通道52從方向改變裝置38下方延伸到方向改變裝置38中。水通道52會(huì)合到水通道88中，所述水通道88使水通道52與限流器容納腔86連接。在示出的實(shí)施例中，水通道88沿與水通道52大致垂直的方向延伸，從而，水流流經(jīng)急轉(zhuǎn)彎，例如90°轉(zhuǎn)彎。 然而，轉(zhuǎn)彎的角度可變化，且在一些應(yīng)用中，它可以轉(zhuǎn)彎較小，例如45°，或轉(zhuǎn)彎更大，例如 135°。注入通道90連接在限流器容納腔86與合適的通道、例如管道80之間，以便將井流體的水組分引導(dǎo)到期望的注水區(qū)76。另外參看圖8，示出了限流器60的一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，限流器60包括本體92，所述本體中限定出上內(nèi)腔室94和下內(nèi)腔室96。上內(nèi)腔室94和下內(nèi)腔室96由限流件、例如限流節(jié)流孔件62分隔，所述限流節(jié)流孔件具有流動(dòng)通道/節(jié)流孔64，借此，流體流動(dòng)被節(jié)流。節(jié)流孔件62和限流器本體92可以是同一部件或裝配在一起的兩個(gè)不同的部件。 整個(gè)限流器60和/或限流器節(jié)流孔件62可根據(jù)井流體分離應(yīng)用場(chǎng)合是固定的或是可移除的。在示出的實(shí)施例中，節(jié)流孔件62的節(jié)流孔64的直徑比上內(nèi)腔室94或下內(nèi)腔室96 的直徑小，但節(jié)流孔64的直徑也可與上內(nèi)腔室94或下內(nèi)腔室96的直徑基本上相同。另外， 一個(gè)或多個(gè)通道98位于限流器的本體92中，且將上內(nèi)腔室94與限流器60外部的區(qū)域液壓連通。另一通道100位于限流器60的井下端上，且提供了能通過(guò)下內(nèi)腔室96與節(jié)流孔件62的底部連通的流動(dòng)路徑。當(dāng)限流器60定位在限流器容納腔86內(nèi)時(shí)，通道98可使流體從水通道88通過(guò)通道98進(jìn)入上內(nèi)腔室94中。流體然后流過(guò)節(jié)流孔件62的節(jié)流孔64并流入到下內(nèi)腔室96 中。流體、例如水從下內(nèi)腔室96流過(guò)通道100并流出限流器60，以用于再次注入到期望的區(qū)、例如注水區(qū)76中。多個(gè)密封件102、例如0形圈密封件可繞著本體92安裝，以與限流器容納腔96的內(nèi)表面形成密封。在多種應(yīng)用場(chǎng)合中，限流器60可以移除。附加性地替代性地，節(jié)流孔件62可被構(gòu)造成是可更換的或可調(diào)節(jié)的，以便能夠調(diào)節(jié)流動(dòng)通道64的尺寸。應(yīng)當(dāng)指出，限流器60可具有許多內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠使對(duì)流體的期望限流/節(jié)流便于分離井流體組分。當(dāng)可移除時(shí)，限流器60可包括連接件104，所述連接件104被設(shè)計(jì)成便于與工具 66接合，以便放入限流器容納腔86中和從限流器容納腔86取出。如較前所述，工具66可連接到多種傳送裝置68、例如電纜、鋼絲或連續(xù)油管。在許多應(yīng)用中，應(yīng)用的分離技術(shù)和所選的限流器取決于與井流體相關(guān)的參數(shù)/特性，例如井流體容納物。例如，井流體的容納物可用于確定分離、生產(chǎn)和再次注入各種井流體組分的合適技術(shù)。在一些應(yīng)用中，傳感器106可定位在井下，以確定所選的井流體的參數(shù)，例如井流體中的油/水/固體比例，如圖9所示。來(lái)自傳感器106的數(shù)據(jù)可以多種方式向井上傳輸，例如經(jīng)過(guò)電線傳輸電信號(hào)，通過(guò)光纖傳輸光信號(hào)，經(jīng)由無(wú)線傳輸技術(shù)傳輸無(wú)線電信號(hào)、聲信號(hào)，以及其他合適的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。替代性地，信號(hào)可傳輸?shù)骄绿幚砥?08。 井下處理器108可用于向例如與可調(diào)節(jié)的節(jié)流孔件62連接的馬達(dá)提供指令，以設(shè)定某一節(jié)流孔尺寸或執(zhí)行其他井下功能。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，傳感器106可位于分離器34的井流體進(jìn)入口的下游、分離器34內(nèi)、方向改變裝置38內(nèi)、限流器60內(nèi)、分離器34外且井流體進(jìn)入口 30 的井下位置、分離器34外且井流體進(jìn)入口 30的井上位置、分離器34外且與井流體進(jìn)入口 30相同的高度處、井流體進(jìn)入口 30的下游、分離器的上游以及其他合適的位置。再次參看圖9，示出了限流器60的一個(gè)示例，所述限流器具有位于上內(nèi)腔室94中的傳感器106。在一個(gè)替代性的實(shí)施例中，傳感器106可位于下內(nèi)腔室96中；或多個(gè)傳感器可位于上內(nèi)腔室中、下內(nèi)腔室中和/或其他期望位置處。根據(jù)期望采集的有關(guān)井流體的信息，傳感器106可被設(shè)計(jì)成用于感測(cè)多種參數(shù)、例如溫度、流率、壓力、粘度、油/水比例或其他期望參數(shù)。附加性地，一個(gè)傳感器或多個(gè)傳感器106可與遙測(cè)拾取裝置110協(xié)作使用， 所述遙測(cè)拾取裝置110集成在井系統(tǒng)20的方向改變裝置38或另一合適的構(gòu)件中。傳感器 106能夠經(jīng)由合適的遙測(cè)系統(tǒng)、例如電接觸或“短傳”遙測(cè)系統(tǒng)與井下處理器108或另一合適的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)通信。如前所述，從傳感器106獲得的信息也可用于調(diào)節(jié)節(jié)流孔64的尺寸。例如，節(jié)流孔件62可包括調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)111，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以機(jī)械、液壓、電或其他方式調(diào)節(jié)。在一個(gè)示例中，工具可在合適的傳送裝置68上下放，以便以機(jī)械方式致動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 111，從而改變節(jié)流孔64的尺寸。總體上參看圖10，示出了分離器34和分離系統(tǒng)討的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中， 分離器34被設(shè)計(jì)用于將井流體分離成另外的組分。例如，分離器34可被設(shè)計(jì)成將井流體分離成油、水和固體，例如顆粒，以提供有益的分離和生產(chǎn)結(jié)果。井下流體分離技術(shù)的長(zhǎng)期的成功應(yīng)用中的一個(gè)因素是保持向注水區(qū)、例如區(qū)76的注入率。在生產(chǎn)操作中，注入率的降低可由在油和水分離之后被載送到注水區(qū)、例如區(qū)76的固體、例如顆粒引起。注水區(qū)的沙面上的固體的集聚可降低注入率。盡可能接近地將注入系數(shù)與實(shí)際一樣長(zhǎng)地保持為初始注入系數(shù)可有益于井下流體分離系統(tǒng)的連續(xù)操作。生產(chǎn)可通過(guò)獨(dú)自地限制在注水區(qū)處沉積的固體量或與注水區(qū)增產(chǎn)干預(yù)措施相結(jié)合而得到改善。圖10中示出的分離器34的實(shí)施例被設(shè)計(jì)成用于提供另外的固體排放流。該流可用于將固體引導(dǎo)離開(kāi)注水區(qū)76。在一些應(yīng)用場(chǎng)合中，固體排放流可與井流體的已被生產(chǎn)出的油組分再次組合，以便留下基本上沒(méi)有固體的注入水流。如上面對(duì)分離器34的描述，油組分、水組分和固體組分的分離可通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)態(tài)分離器、例如旋流分離器或離心分離器，利用轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的力根據(jù)密度分離原理實(shí)現(xiàn)。當(dāng)井流體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，較重的相/組分被分離到外轉(zhuǎn)動(dòng)半徑處。例如，較重的固體可被分離到徑向外側(cè)區(qū)域，而較輕的水被分離到中間區(qū)域，且更輕的油被分離到較接近轉(zhuǎn)動(dòng)中心的區(qū)域。該徑向中心處的油組分(可能具有一些殘留的水和/或固體)作為生產(chǎn)流被排放。請(qǐng)?jiān)俅螀⒖磮D10所示的實(shí)施例，分離器34包括固體通道112，具有高的固體濃度的固體流通過(guò)所述固體通道排放。如圖所示，固體通道/排放口 112相對(duì)于水通道52和油通道50位于徑向偏外的位置。當(dāng)流進(jìn)入分流器48時(shí)，通道50、52和112充當(dāng)分離器區(qū)域 46的出口。在該示例中，固體是最重的組分，旋流/離心分離將固體(具有作為載送流體的一些水)分離到分離器部分46的最外的半徑處。如前所述，油最輕，且被分離到轉(zhuǎn)動(dòng)中心，以產(chǎn)生油流。大部分水被分離到油組分與固體組分之間的中間位置處，且基本上沒(méi)有固體?；旧蠜](méi)有固體的該水流可經(jīng)由上述技術(shù)排放到期望的注水區(qū)，例如注水區(qū)76。在注水區(qū)76處再次注入水流避免阻塞注水區(qū)76的可能性，從而避免損壞注水區(qū)。井流體的最外的組分是含有最高比例的固體的固體組分，且該固體組分可行進(jìn)到再組合區(qū)域114，并與例如油管40中的作為生產(chǎn)流的油流再次組合。在操作中，井流體混合物通過(guò)泵送系統(tǒng)M的潛入式泵28或另一合適的泵被驅(qū)動(dòng)到分離器；34的分離器腔室46、例如旋流/離心腔室中。井流體通過(guò)井流體入口 116流入分離器34的分離器部分46中。在分離器部分46內(nèi)，井流體的組分被分離成油、水和固體組分，所述油、水和固體組分分別主要包括油、水和固體。主要為油、水和固體的流然后通過(guò)分流器48分成組分流，且相應(yīng)的組分流通過(guò)相應(yīng)的油通道50、水通道52和固體通道112行進(jìn)。井流體組分可通過(guò)分流器48的相應(yīng)的油流出口 118、水流出口 120和固體出口 122被引導(dǎo)到下游的合適的流動(dòng)路徑。水通道52相對(duì)于油通道50徑向偏外設(shè)置，固體通道112 相對(duì)于水通道52徑向偏外設(shè)置。作為示例，油通道50、水通道52和固體通道112可以為同心管道的形式，所述同心管道將相應(yīng)的井流體組分引導(dǎo)到下游的期望位置。例如，組分流可被引導(dǎo)到合適的方向改變裝置38和/或通過(guò)合適的限流器60。如上面對(duì)各種井系統(tǒng)實(shí)施例的描述，井流體組分的分離，例如油、水和固體組分的分離可通過(guò)操控作用于各種井流體組分流上的背壓得到改善。在許多應(yīng)用場(chǎng)合中，期望的背壓可通過(guò)提供設(shè)置在油/固體流和/或水流中的可移除的限流器、可移除的節(jié)流孔件和/ 或可調(diào)節(jié)的節(jié)流孔實(shí)現(xiàn)。然而，對(duì)于井流體組分流的各種組合，背壓可利用多種裝置產(chǎn)生， 以實(shí)現(xiàn)期望的生產(chǎn)結(jié)果。限流器例如可設(shè)置在油/固體流、油組分流、水組分流和/或固體組分流中。盡管上面僅已詳細(xì)地描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解，在未實(shí)質(zhì)上脫離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，可以進(jìn)行許多修改。因此，這種修改也被包括在權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種井下裝置，包括分離系統(tǒng)，所述分離系統(tǒng)具有分離器，所述分離器包括井流體入口、油流通道、水流通道和固體通道；以及定位于水流通道、油流通道或固體通道中的至少一個(gè)通道中的可移除的限流器，以便于分離井流體組分。
2.如權(quán)利要求1所述的井下裝置，其特征在于，可移除的限流器具有固定的節(jié)流孔件， 所述固定的節(jié)流孔件具有流動(dòng)通道，所述流動(dòng)通道的尺寸通過(guò)更換限流器改變。
3.如權(quán)利要求1所述的井下裝置，其特征在于，可移除的限流器具有可移除的節(jié)流孔件，所述可移除的節(jié)流孔件具有流動(dòng)通道，所述流動(dòng)通道的尺寸通過(guò)更換可移除的節(jié)流孔件改變。
4.如權(quán)利要求1所述的井下裝置，其特征在于，所述井下裝置還包括具有潛入式泵的泵送系統(tǒng)，其中，水流通道在比潛入式泵更偏向井下的位置處通到井眼中。
5.如權(quán)利要求1所述的井下裝置，其特征在于，可移除的限流器可通過(guò)由傳送裝置向井下傳送的井下工具移除。
6.如權(quán)利要求1所述的井下裝置，其特征在于，所述分離器是旋流分離器。
7.如權(quán)利要求1所述的井下裝置，其特征在于，所述分離器是離心分離器。
8.如權(quán)利要求1所述的井下裝置，其特征在于，分離系統(tǒng)還包括感測(cè)流動(dòng)流體的參數(shù)的傳感器。
9.如權(quán)利要求8所述的井下裝置，其特征在于，所述傳感器位于井流體入口的下游。
10.如權(quán)利要求8所述的井下裝置，其特征在于，所述傳感器位于分離器內(nèi)。
11.如權(quán)利要求8所述的井下裝置，其特征在于，所述傳感器位于分離器的上游。
12.如權(quán)利要求1所述的井下裝置，其特征在于，可移除的限流器具有節(jié)流孔件，所述節(jié)流孔件具有可選擇性地變化的節(jié)流孔。
13.一種在井下分離流體和固體的方法，所述方法包括將分離系統(tǒng)放入井下，所述分離系統(tǒng)包括分離器，所述分離器具有井流體入口、油流輸出通道、水流輸出通道和固體輸出通道，所述分離系統(tǒng)還包括位于油流輸出通道或水流輸出通道中的限流器容納腔；確定井下井流體的參數(shù)；基于確定的參數(shù)選擇限流程度，并選擇相應(yīng)的限流器；以及將選擇的限流器放置在所述限流器容納腔中。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法還包括通過(guò)在分離器處于井下時(shí)從分離器移除限流器、然后在分離器保持在井下時(shí)將具有不同的節(jié)流孔的不同的限流器放入分離器中來(lái)改變限流。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述確定步驟包括利用分離系統(tǒng)內(nèi)的井下傳感器進(jìn)行確定。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將傳感器定位在限流器內(nèi)。
17.—種配備井下流體和固體分離系統(tǒng)的方法，所述方法包括構(gòu)造具有與流體入口連通的分離部分的分離器，所述分離部分也與分流器連通，所述分流器具有油流通道、相對(duì)于油流通道徑向偏外定位的水流通道和相對(duì)于水流通道徑向偏外定位的固體通道；以及定位與分離器配合使用的限流器，以便能夠選擇性地操控水和油的分離。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將分離器往井下部署在井眼中；以及分離油、水和固體，以便分別通過(guò)油流通道、水流通道和固體通道排放。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法還包括使用井下泵送系統(tǒng)將分離出的油泵送到地面位置處。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在井下泵送系統(tǒng)上方將分離出的固體再次返回地注入到分離出的油中；以及將分離出的固體輸送到地面位置。
全文摘要
提供了一種便于在井下分離流體和固體和處理分離出的固體的技術(shù)方案。分離系統(tǒng)設(shè)有分離器，所述分離器具有井流體入口、油流通道、水流通道和固體通道。分離器用于將井流體大致分成油、水和固體組分，且這些組分被引導(dǎo)到相應(yīng)的通道。限流器可與分離器配合使用，以便于分離井流體組分。
文檔編號(hào)B01D21/26GK102389653SQ201110185878
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者R·考克斯, S·多馬克 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司