CN1093435A - 一种节能采油装置 - Google Patents

Abstract

一种节能采油装置，它属于油田石油开采设备。 它有电潜泵、生产套管、抽油管及之间的密封堵环等， 其特征在于：密封堵环为圆柱形结构，其顶部开有天 然气输出口，下部径向开有原油输出口，装有由可共 用的中央控制计算机、标准工业控制介面、各种适配 模块及测控元件组成的机电一体化测控设备，电潜泵 在井下倒置并接有封隔器。本发明由于使用了井下 油水分离，分离后的水就地注入的方法，可大大减少 采油能耗，保持了地压压力平衡，更适宜于高含水量 的油井生产。

Description

一种节能采油装置，它属于油田石油开采设备，可用于已不能自喷的油井的开采。

在油田的生产周期中，油井自喷的时间只占整个生产周期的一小部分。在大部分时间里由于地层压力降低而不能自喷。这时必须使用抽油机械把油层中产出的包括天然气、原油以及水份等的混合物提升到地面。然后进行分离处理得到所需的原油和天然气。由于使用抽油机机械提升这些混合物需要输入能量。随着油井进入生产后期，混合液中的含水量越来越大，有的竟高达90%。提升这些混合液所消耗的能量也越来越大，所消耗能量的成本在开采总成本中所占的比重也越来越大。当含水率达到一定程度时，提升混合液所消耗能量的价值已超过石油售价，因此再进行开采已没有经济价值了。这样的油井就成为废井。

现有的采油装置，都是将油井中心的抽油管作为唯一的生产流道，而生产套管和中心抽油管之间的环形通道被密封。把整个采油流道看成是一个无分枝的管道。并假设所产混合液在整个管道中都与它在产油层中的状态一样。没有相态变化。这样的方法和假设虽然可以大大简化流道设计和对油井生产的控制策略（只用对一个阀门进行控制）。但是，一方面，这种方法得把产油层渗出的混合液中的水分也提升到地面，消耗大量的能量。另一方面，生产油井不能自喷后，其产油层也还具有一定的渗出压力。该压力虽然不足以达到油井深度那么高的混合液柱所产生的压力，但是该压力所对应的油柱高度可能大于井深，现在的开采方法不能很好的利用这部分压力。

本发明的目的是发明一种节能采油装置，它能充分利用地层能量，减少采油能耗，并可以按最佳油井生产要求进行生产。

本发明的结构如附图1所示，它有电潜泵1、生产套管2、抽油管3、抽油管控制阀门4、抽油管3与生产套管2之间的环形密封堵环5，其特征在于：在抽油管3与生产套管2之间的环形密封堵环5为圆柱形结构，在其顶部开有天然气输出口6并接有流量控制阀门7，在密封堵环5圆柱下部径向开有原油输出口8并接有流量控制阀门9，在天燃气输出口6的口部装有气体压力传感器10，在原油输出口8的口部装有液体压力传感器11，在采油井近旁装有标准工业控制介面12，标准工业控制介面12通过标准串行通讯接口与可和其它装置共用的中央控制计算机13相接，在标准工业控制介面中插有分别与气体压力传感器8和液体压力传感器10相连的测量适配模块14和15，以及还分别插有与电潜泵1、抽油管控制阀门4，接于天燃气输出口7的流量控制阀门7以及接于原油输出口8的流量控制阀门9相连并对其进行控制的控制适配模块16、17、18和19，电潜泵1在井下倒置，其出口在下面，在电潜泵1出口端接有使油井上部产油层与下部含水层隔离的封隔器20，封隔器20中央有使电潜泵1出口与含水层相通的孔，抽油管3与地面配注水网通过阀门4相连。

附图1为本发明的结构示意图。

本发明的工作原理如下。当地下油层中的油气水混合液渗出到油井套管2和抽油管3之间后，由于油气和水的比重不同，水和油气将发生分离。其油气流上升的速度V可以根据斯托克公式确定。只要有足够的时间，能够实现油气与水的完全分离。这样，套管2和抽油管3之间上部靠井口位置为分离出的原油和天然气，而在地下油层下部套管2和抽油管3之间位置为分离出的水。由于电潜泵1工作，把分离的水分加压后，通过封隔器20回注到含油层下部的含水层中，以保持地下压力。由于电潜泵1注水时只要求增加较小的压力克服水在地层中的流动阻力，因而所需能量较小。油气分离后，在套管2与抽油管3间上部形成了一段油气柱。由于油气的比重比水小，在相同地层下力下，油气柱将更高。因而可以通过井口装有的原油输出口8和天然气输出口6引出。当地下压力较低，油柱不能达到井口时，可以控制抽油管3与配注水网相连的阀门4开启。通过增大地下注水量来增加地层下压力。由于配注水网在井口保持有大于零的正压，而通过抽油管3配注的水在电潜泵1入口处与井下套管2和抽油管3之间的空腔相通，因而根据油气柱高于液柱的情况，石油和天然气也可以被压到井口流出。由于本发明的在抽油管3与生产套管2之间的环形密封堵环5为圆柱形结构，在其顶部开有天然气输出口6，下部径向开有原油输出口8。到达井口的油气混合液发生分离，天然气集积上部从天然气输出口6排出，而原油集于下部从原油输出口8排出。

本发明采用中央控制计算机通过标准工业控制介面测控的标准机电一体化模式。由可共用的中央控制计算机13定时通过标准串行通讯接口发出选通测量适配模块14或15的信号。标准工业控制介面12在接收到地选信号后。根据传入的地址值选通相应的测量适配模块14或15。选通后，测量适配模块14或15把由压力传感器10或11测得的井口气体输出口压力值或原油输出压力值经A/D变换后反送给中央控制计算机13。中央控制计算机13在采得两压力值后，再依据由中央控制计算机控制的抽油管控制阀门4、天然气流量控制阀门7和原油流量控制阀门9的开度值以及电潜泵1的工况值，可以计算出井下产油层位置处的压力以及在环形密封堵环5中的液面高度。把这些参数与标准控制模型进行比较。如果产油层位置的压力较小，中央控制计算机13通过标准串行通讯接口发出选通控制适配模块16的地址选通信号。标准工业控制介面12在收到地选信号后，选通相应的控制适配模块16。然后中央控制计算机13发出新的电潜泵1的工况值数据，由控制适配模块16接收锁存并经D/A变换后控制电潜泵1的工况值。同时，中央控制计算机13再通过标准串行通讯接口发出选通控制适配模块19的地址选通信号。标准工业控制介面12在收到地选信号后，选通相应的控制适配模块19。然后中央控制计算机13发出新的注水流量控制阀门4的开度数据，由控制适配模块19接收锁存并经D/A变换后控制注水流量控制阀门4的开度值。当环形密封堵环5中的液面高度过低需要调整天然气流量出控制阀门7的开度时，由中央控制计算机13通过标准串行通讯接口选通相应的控制适配模块17，并发出相应的开度值，由其锁存并D/A变换后，驱动天然气流量出控制阀门7动作。当环形密封堵环5中的液面高度过高需要调整原油流量出控制阀门9的开度时，由中央控制计算机13通过标准串行通讯接口选通相应的控制适配模块18，并发出相应的开度值，由其锁存并D/A变换后，驱动原油流量出控制阀门9动作。

本发明由于使用了井下油水分离，分离后的水就地注入的方法，不用把所有油水混合液都提升到地面，可大大减少采油能耗。同时把分离后的水就地注入到地层中，保持了地压压力平衡，只需要补充少量的注水并不再需要专用注水井，降低了油田建设成本。由于减少了采油能耗，因而更适用于高含水量的油井生产。

本发明的结构简单，可以使用现有使用电潜泵作为采油泵工作的油井改造，只要把电潜泵倒置放于油层之下的井中，并在电潜泵出口处装一个使油井上部油区与下部注入区分隔的封隔器，增加一套机电一体化测控设备就可。本发明由于采用了由可共用的中央控制计算机、标准工业控制介面加各种适配模块和由适配模块驱动动的各种测量执行装置，这种机电一体化方式，结构简单，便于扩充。

在本发明中，标准工业控制介面12可以选用美国ME公司（MECHATRONIC  EQUIPMENT  INC.）的I/O  32，或是美国OPTO  22公司的PB16AH。中央控制计算机13可以选用美国OPTO  22公司的LC4控制器，也可以选用美国ME公司的PCS-1工业过程控制工作站，还可以选用普通PC计算机。适配模块14和15可以采用OPTO  22公司的AD3或类似的A/D转换模块。适配模块16可选用OPTO  22公司的DF3或类似的D/F转换模块。适配模块16、18和19可选用OPTO  22公司的DA3或类似的D/A转换模块。

Claims (1)

1、一种节能采油装置，它有电潜泵(1)、生产套管(2)、抽油管(3)、抽油管控制阀门(4)、抽油管(3)与生产套管(2)之间的环形密封堵环(5)，其特征在于：在抽油管(3)与生产套管(2)之间的环形密封堵环(5)为圆柱形结构，在其顶部开有天然气输出口(6)并接有流量控制阀门(7)，在密封堵环(5)圆柱下部径向开有原油输出口(8)并接有流量控制阀门(9)，在天燃气输出口(5)的口部装有气体压力传感器(10)，在原油输出口(8)的口部装有液体压力传感器(11)，在采油井近旁装有标准工业控制介面(12)，标准工业控制介面(12)通过标准串行通讯接口与可和其它装置共用的中央控制计算机(13)相接，在标准工业控制介面中插有分别与气体压力传感器(8)和液体压力传感器(10)相连的测量适配模块(14)和(15)，以及还分别插有与电潜泵(1)、抽油管控制阀门(4)，接于天燃气输出口(7)的流量控制阀门(7)以及接于原油输出口(8)的流量控制阀门(9)相连并对其进行控制的控制适配模块(16)、(17)、(18)和(19)，电潜泵(1)在井下倒置，其出口在下面，在电潜泵(1)出口端接有使油井上部产油层与下部含水层隔离的封隔器(20)，封隔器(20)中央有使电潜泵(1)出口与含水层相通的孔，抽油管(3)与地面配注水网通过阀门(4)相连。

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