專利名稱：一種井下油水分離采油裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種井下油水分離采油裝置，它屬于石油開(kāi)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(kāi)采中，必須使用抽取的方法把石油抽取上來(lái)。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(dá)80％～90％。對(duì)于這樣的油井開(kāi)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(kāi)采中，多使用電潛泵做抽油機(jī)械，雖然這樣比使用活塞抽油機(jī)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(dāng)混合液中的含水量很高時(shí)，所消耗電能大部分用于抽取無(wú)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(huì)超過(guò)可以分離出的石油所含的能量，從而得不償失。
本實(shí)用新型的目的是發(fā)明一種可進(jìn)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(duì)分離出的石油進(jìn)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，使本實(shí)用新型所消耗的能量基本與含水量無(wú)關(guān)，達(dá)到節(jié)能的目的。
本實(shí)用新型的結(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(wú)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)其進(jìn)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(cè)量信號(hào)的測(cè)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(cè)量信號(hào)的測(cè)量適配模塊15和16，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面17通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與其它設(shè)備其有的中央控制計(jì)算機(jī)18相連。
在本實(shí)用新型中，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(gè)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(shí)間后，就會(huì)在重力作用下發(fā)生分離。在沉降分離段所對(duì)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(duì)應(yīng)，因而含油層中的油水混合液會(huì)通過(guò)篩孔進(jìn)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(dāng)油和水之間的介面位置不同時(shí)，會(huì)使介質(zhì)介電常數(shù)傳感器9測(cè)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(guò)大超出介電常數(shù)傳感器9的測(cè)量電極范圍時(shí)，還會(huì)使其完全浸入油或是水中。通過(guò)測(cè)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(cè)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(lái)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(duì)穩(wěn)定的油層位置。通過(guò)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。
在本實(shí)用新型中，采用了標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面17，中央計(jì)算機(jī)18加各種適配模塊這種機(jī)電一體化的控制模式。中央控制計(jì)算機(jī)18可以采用定時(shí)中斷掃描的方式定時(shí)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(cè)量適配模塊14、15和16的地址選通信號(hào)。該信號(hào)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口傳送到標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面17后，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面17根據(jù)地址選通信號(hào)選通相應(yīng)的測(cè)量適配模塊14、15和16。當(dāng)相應(yīng)的測(cè)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(cè)量得到的物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面17從標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口送回到中央控制計(jì)算機(jī)18。中央控制計(jì)算機(jī)18通過(guò)定時(shí)采集、處理這些測(cè)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(guò)所得到的信息與控制模型進(jìn)行比較，對(duì)抽油電潛泵3和注水電潛泵5的運(yùn)行工況進(jìn)行控制。例如，在井下液面位置過(guò)高(或過(guò)低)時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)18通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口發(fā)出選通與可變頻電源變換器10相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊12的地址選通信號(hào)給標(biāo)準(zhǔn)工介控制介面17，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面17根據(jù)接收到的地址信號(hào)選通控制適配模塊12。選通后，中央控制計(jì)算機(jī)18再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算機(jī)18給出的轉(zhuǎn)速數(shù)字量后，通過(guò)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(hào)對(duì)其進(jìn)行控制。可變頻電源變換器10根據(jù)控制信號(hào)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(dāng)中央控制計(jì)算機(jī)18把所得到的信息與控制模型進(jìn)行比較，得到井下油水介面過(guò)高(或過(guò)低)時(shí)，使用與控制抽油電潛泵3的工況同樣的方法。中央控制計(jì)算機(jī)18通過(guò)送出選通控制適配模塊13的地址選通信號(hào)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。
本實(shí)用新型由于采用了直接在井下形成一個(gè)沉降分離段并增加一個(gè)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(lái)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(shí)，通過(guò)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?dāng)?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。因而本實(shí)用新型可以達(dá)到節(jié)能的目的，特別是對(duì)于一些高含水油井，節(jié)能效果顯著，在開(kāi)采同樣多的石油時(shí)只花費(fèi)原來(lái)能量的幾分之一，甚至十分之一。本實(shí)用新型采用中央控制計(jì)算機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)介面加各種適配模塊這種機(jī)電一體化的測(cè)控模式，通過(guò)定時(shí)測(cè)量井下液面的位置和油水介面位置數(shù)據(jù)來(lái)不斷調(diào)整抽油電潛泵和注水電潛泵的運(yùn)行工況，保證本實(shí)用新型的工作穩(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。
在本實(shí)用新型中，沉降分離段的長(zhǎng)度可以根據(jù)油井產(chǎn)油參數(shù)(產(chǎn)油率，含水量等)來(lái)確定，根據(jù)斯托克公式計(jì)算兩相分離所需的停留時(shí)間，從而確定該段的長(zhǎng)度。沉降分離段的長(zhǎng)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。
在本實(shí)用新型中，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(cè)控定時(shí)間隔大小來(lái)定，使抽油電潛泵3在一般情況下不會(huì)抽空，同時(shí)也不使含油層混合液滲出背壓過(guò)大。一般在10～30米之間。
在本實(shí)用新型中，抽油電潛泵3和注水電潛泵5都可以是電機(jī)裝于進(jìn)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(jí)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(kāi)的，也可以合在一起。在本實(shí)用新型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(hào)為9120001的“一種變工況電潛泵”。以適應(yīng)較大的工況范圍。
在本實(shí)用新型中，用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(hào)為CN89209067的“一種大功率數(shù)控調(diào)壓與交流裝置”。
在本實(shí)用新型中，中央控制計(jì)算機(jī)18可以選用美國(guó)OPTO 22公司的LC4控制器，也可以選用美國(guó)ME公司的PCS－1工業(yè)過(guò)程控制工作站，還可以選用普通PC計(jì)算機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面17可以選用美國(guó)ME公司(MECHATRONIC EQUIPMENTINC.)的I／O 32，或是美國(guó)OPTO 22公司的PB16AH。適配模塊14、15和16可以采用OPTO 22公司的AD3或類(lèi)似的A／D轉(zhuǎn)換模塊。適配模塊12和13可選用OPTO 22公司的DA3或類(lèi)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(wú)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)其進(jìn)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(cè)量信號(hào)的測(cè)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(cè)量信號(hào)的測(cè)量適配模塊[15]和[16]，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面[17]通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與其它設(shè)備其有的中央控制計(jì)算機(jī)[18]相連。
專利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(cè)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(jì)算機(jī)等組成的機(jī)電一體化測(cè)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(dá)到節(jié)能的目的。
文檔編號(hào)E21B43/34GK2124306SQ92208130
公開(kāi)日1992年12月9日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開(kāi)通用實(shí)驗(yàn)廠