井下油水分离装置现状与展望

油田进入开发中后期,采出液含水率急剧上升,如何降低含水率并提高采收率是开发后期需要解决的首要问题。井下油水分离技术利用水力旋流器、重力分离技术或其他油水分离工艺实现在井下对产出液进行预分离,从而采出较低含水率的油水混合液,此项技术对于高含水油田具有很大应用前景。本文对井下油水分离装置的研究现状进行简要分析与总结,并指出目前井下油水分离装置存在的问题与挑战。     

新型油水分离器提高含油污水处理效率的实验研究

针对大庆油田产油高含水背景,为了提高油水分离效率、减少污水沉降罐的数目,达到节能降耗的目的,在多杯等流型油水分离器的基础上,与粗粒化技术相结合进行了油水分离实验研究。与未连接粗粒化的油水分离器分离效果进行了对比。实验结果表明:新型油水分离器连接粗粒化装置后的最高油水分离效率可以达到92.12%,最大处理效率是现场大罐的246.5倍。未连接粗粒化的新型油水分离器的处理效率是现场用大罐的59.2倍。使用粗粒化后可达到节能降耗的目的。     

同井注采用旋流分离器压力特性研究

考虑旋流分离器应用于井下,径向尺寸受限,影响其能量损耗。针对井下同井注采系统中旋流分离器的结构形式,建立了室内试验工艺流程,通过试验研究发现流量和分流比增加,旋流分离器的压力损失增大,但小锥段仍为主要分离段,仍可保证旋流分离器的分离性能;在满足工艺要求的前提下,分流比越小越好;对比不同流道型式的入口得出,当径向尺寸减小时,渐变截面直线型入口更利于旋流器能量的分配,降低了不必要的压力损失。     

一种计算同井注采泵合理排量的方法

为了实现同井注采井回注层的合理配注,利用劈分方法、注采平衡原理、垂直多相管流计算方法、泵效计算方法以及泵的理论排量计算方法等理论,推导出了一套计算同井注采泵合理排量的方法。该方法表明,应该同时考虑泵筒参数优选与抽油机生产参数调整,以保证井筒举升与地层供液相互协调,稳定生产,从而实现回注层的合理配注。利用该方法对大庆油田同井注采试验区的某一井组进行了实例计算,得到了适用于该井组的泵筒参数以及抽油机参数调整数据,为该井组回注层的合理配注提供理论依据。     

同井注采配套工艺技术及应用效果

同井注采技术中存在采注泵、封隔器故障难以判断、柱塞故障率高、注采比调整困难等问题,为此研发同井注采井下工况检测方法、可调有效冲程及防气锁液力反馈泵、柱塞组件螺纹防脱技术等配套工艺技术。结果表明：基于载荷曲线法和回注系统完整性检测法的同井注采系统管柱系统故障诊断方法,现场应用458口井,故障识别率达100%;在改变有效冲程抽油泵在不动管柱、不改变冲程和冲次条件下,可实现注采率在1∶6～200∶1间调整,该泵采用螺纹防脱技术和防气锁反馈泵有效解决抽油泵柱塞及丝扣断裂等故障和切槽液力反馈泵气锁现象;防上浮封隔器和稳水器能缩短地层产出的原油充满泵吸入口至封隔器胶筒之间的油套环空的时间,缩短低含油井含水率稳定时间。     

旋流分离器油水分离机理的数值分析

采用计算流体动力学(CFD)的数值方法研究旋流分离器内的速度场分布,空气柱的产生、发展过程以及油滴粒子的运动轨道,探讨油水旋流分离器的分离机理.模拟结果表明:油水旋流分离器内的流场是三维非对称分布的;空气柱的产生和发展是负压和对流传输共同作用的结果;油滴粒子在径向力、轴向力以及周围湍流脉动流场的共同作用下作随机运动,部分粒子由溢流管排出而得到分离;通过计算溢流管排出的油滴粒子数与进入旋流分离器的油滴粒子总数之比可得到油水旋流分离器的分离效率.模拟结果为进一步研究旋流器特性参数对分离效率的影响和旋流器的结构优化提供了参考.     

分注分采井下工具及配套工艺技术探究

针对油层动用程度低,部分油层未动用是蒸汽吞吐阶段主要问题,研制开发了分注分采系列工艺技术,通过该系列技术的实施来改进注汽井的注汽方式,调整吸汽剖面,改善注汽效果。该系列技术适用于油层渗透率错综复杂且符合射孔完井、油层井段固井质量合格、套管无重大变形、吸汽剖面资料比较明显的油井。并根据各油层或各组油层的不同特性进行配汽,同时也就大大平衡了油层纵向吸汽不均的矛盾。     

螺杆泵井下油水分离系统设计及地面试验

将地面驱动螺杆泵与井下油水分离系统相结合,设计出一种地面驱动螺杆泵井下油水分离系统,介绍系统的结构组成、工作原理,双流道单螺杆泵衬套工作部分长度及双级串联式水力旋流器设计方法。选择X井进行双级串联式水力旋流器的地面实际介质分离性能试验。结果表明:在一定范围内,分流比越大底流含油质量分数越小,底流含油质量分数随入口流量的增大先减小后增大;当分流比大于0.3、入口流量为24～42 m3/d时,底流含油质量分数小于200×10-6;系统关键装置的设计方法是合理的。     

水力旋流分离器在油水分离领域的研究进展

水力旋流器利用密度差实现两相分离,具有结构简单、分离效率高等优点,因此在原油预脱水处理等油水分离领域得到广泛应用。 鉴于此,通过分析和收集水力旋流器相关文献,对油水分离领域水力旋流分离器的研究现状进行了阐述和总结,包括水力旋流分离器的发展历程、基本结构、内部流场和工作原理等相关方面;同时,对油水分离领域不同类型的水力旋流分离器进行了对比分析,发现在水力旋流器的结构参数优化以及内部液体流动规律等方面,单一结构的参数优化或单一、静态的系统分析不能系统全面地反映实际复杂工况。 因此,将计算机仿真模拟和相关先进检测技术相结合,用于旋流器的参数优化、内部液体流动规律分析以及构建预测模型等方面,对于旋流器的结构设计优化、分离效率提升等方面意义重大;另外,目前的研究多着重于旋流器的结构和流体特性等方面,对于旋流器内部的磨损、疲劳损伤等方面的研究较为缺乏;最后,对水力旋流分离器在油水分离方面研究的不足和发展方向进行了分析和展望。     

同井注水采油工艺数值模拟及参数优化

为掌握分层注水采油井井筒内流体温度分布规律,以井底油温和井口注水温度作为边界条件建立了井筒内流体温度计算模型,以注入流量或温度最低为目标,以产液温度不低于防蜡温度为约束条件,建立了工艺参数优化模型,编写了相应的计算程序。对某采注井进行了模拟,结果表明,对于给定注水工况,产液井口温度随产液量增加而降低;随注水温度升高或注水量增加而上升。对于给定注入水温,优化所得最小注水量下产液沿程温度均不低于防蜡温度,对于给定注入流量,亦满足上述结论。结果保证了工艺参数在避免结蜡的前提下大大降低注水加热成本,对稠油经济开采具有重要指导意义。     

基于人工神经网络的油水旋流分离器分离性能预测

采用改进的BP神经网络模型模拟水力旋流器的油水分离过程.根据水力旋流器的实际运行条件,确定旋流器模型设计中的优化神经网络结构,将遗传算法用于优化三层BP神经网络的初始权重,采用PRP共轭梯度法优化BP算法.结果表明,采用人工神经网络模型预测油水分离水力旋流器的分离性能是切实可行的,它能成功地模拟旋流器的分离过程,进而实现旋流器操作控制的优化.     

低渗透油藏考虑压裂的合理注采井距研究

基于点源点汇渗流理论,推导了低渗透油藏考虑压裂措施的注采井间压力梯度分布方程,结合启动压力梯度 与低渗透油藏渗透率关系式提出了合理注采井距计算方法,并结合低渗透油藏实例,进行了注采井间压力梯度影响因 素分析,得到了低渗透油藏合理注采井距理论图版,验证了该方法的可靠性。结果表明：在渗透率、注采压差和压裂裂 缝长度一定的情况下,存在合理的注采井距,且合理井距随渗透率、注采压差和裂缝半长的增加而增大;认为采取压裂 等增产措施,有利于建立起有效的驱替压力系统,能较大幅度地提高合理注采井距。推导出的考虑压裂的注采井间压 力梯度表达式能够较准确地反映真实地层驱替压力系统,研究结果对合理开发低渗透油藏具有一定的实际意义。     

非均质油藏注采井组均衡驱替效果研究

受地质情况、井网条件、配产、流体物性的影响,在实际油藏实现完全均衡驱替是不可能的。对于非均质油藏,必须最大限度地追求相对较高的均衡驱替,实现原油最大采出效益。数值模拟研究表明:井距和配产对注采井组均衡驱替有很大影响,且同一地质模型,存在一个无因次均衡驱替井距和产量;利用渗透率极差对无因次均衡驱替井距和产量的影响,可确定非均质油藏最优井距和最佳配产。     

存在启动压力梯度时的合理注采井距确定

由于流体在低渗透油藏中渗流存在启动压力梯度,在确定低渗透油藏合理注采井距时如何考虑启动压力梯度的影响,是提高低渗透油藏开发效果的主要研究内容之一。根据等产量一源一汇渗流理论,获得了注采单元主流线中点处的最大压力梯度计算式,结合启动压力梯度与渗透率的关系建立了低渗透油藏合理注采井距的确定方法,得到不同渗透率和注采压差下合理注采井距理论图版。实例应用结果表明,所述方法简单实用,分析结果与油田实际情况基本一致。     

缩小注采井距对改善薄差油层注水状况的认识

针对油田薄差油层动用较差的实际,开展了综合利用二、三次加密调整井网,进一步缩小注采井距,改善井区注水状况的方法研究,从理论上确定了薄差油层的合理注采井距,并在实际应用中取得了一些认识,从而可为油田高含水期薄差油层的开发提供一些理论指导。     

煤层气井气体对有杆泵排采的影响

依据气液两相流理论,建立煤层气井气水两相井液进泵运动规律的数学模型,给出适应于煤层气井泵充满度的算法,通过求解井液进泵的数值模型及仿真分析,得到煤层气井不同工况下抽油泵内液面和泵充满度的瞬时动态变化规律,以及泵充满度与冲次、泵入口气液比、泵入口压力等参数间的相互关系。利用余隙容积系数与泵内压强的关系和气体压缩膨胀的多变特性,分析出低沉没度下泵发生气锁的条件并给出预防措施。结果表明:降低冲次、减小余隙容积和泵入口气液比以及增大沉没压力可以有效提高泵的充满度,而且泵入口气液比对泵效的影响尤为显著;考虑抽油泵余隙内自由气体的作用后,随着余隙容积系数的增加,泵的充满度逐渐降低。     

合理注采井数比与合理压力保持水平的确定

遵循最大产液量目标及注采平衡的原则,在确定合理井网密度的基础上,根据油井产液指数、生产井最小井底流压、水井吸水指数、注水井最大井底流压,建立了同时确定合理注采井数比、合理压力保持水平、合理生产压差、合理注水压差、最大产液量、油井合理产液量和水井合理注水量的数学模型.应用实例表明模型实用、可靠.     

基于架状结构内核的热采井内刚外柔颗粒堵剂研究及应用

采用具有架装结构能够吸附并储存交联剂的硅铝酸盐矿物作为刚性内核,以丙烯酰胺和丙烯酸为主要聚合单体,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,以过硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原体系为引发剂,通过甲基丙烯酸十二烷酯引入疏水基团,采用水溶液聚合法制备了一种内刚外柔堵剂。通过静态性能评价实验对内刚外柔堵剂的吸水膨胀性能、耐温抗盐性能、封堵性能进行考察,结果表明:内刚外柔堵剂可吸水体积膨胀6.0倍,质量膨胀12.0倍,吸水饱和时间大约10 h;在高盐条件下(50 g/L氯化钠溶液、10 g/L氯化钙溶液),吸水膨胀倍数变化不大,具有良好的耐盐性能;具有良好的耐温性能,耐温可达200℃;具有弹性变形推进和可进行二次封堵的优点,其封堵率可达99.5%,经过10 PV的冲刷后,封堵率仍可达到96.7%,封堵效果良好。现场试验3口蒸汽吞吐井,1口蒸汽驱井,均取得了良好的调堵增油效果。