井下油水分离技术
2005-12-27石油科技网
    井下分离技术即井下油水分离技术(DOWS),该技术是在井下实现油气与水的分离,将水回注地层,通常是产层以下层位,油气则产出地面。该技术的主要优点有:降低水处理费用、通过降低含水率和回注提高采收率、在地面分离难以进行的条件下,提供一种可行的选择、减少油、气分离的环境影响。 
    1.技术进展
    井下油水分离系统包括两个系统:分离系统和泵送/注入系统。根据分离系统的不同主要有重力井下油水分离系统和水力旋流井下油水分离系统两种类型,此外还有薄膜井下油水分离系统,该系统正在通过模拟研究进行现场开发与应用。配套应用的泵送/注入系统主要有电潜泵、螺杆泵、杆式抽油泵,它们均可以与水力旋流分离系统配套使用,重力分离系统则主要采用杆式抽油泵。井下油水分离系统也可以根据泵、分离器组合在井下的相对位置来分类,产出液先进入分离器的称为拉入式,产出液先进入泵的称为推进式。
    重力井下油水分离技术充分利用油套环空中油、水重力分异进行分离,分离过程遵循Stoke法则。该技术主要与杆式抽油泵配套,根据泵的类型可以分为双作用泵系统(DAPS)、三作用泵系统(TAPS)和Q-Sep G系统。最常用的是双作用泵系统,它主要的缺点是:最多处理1200bbl/d、不能有效处理流体中的天然气与颗粒、有限的注入压力。为了进行充分的重力分异,注水层和产层必须有足够的垂直距离。双作用泵系统应用中必须有足够的井筒容积保证有相应的时间完成油滴的分离与举升,设备安装最小套管尺寸41/2in。三作用泵系统(TAPS)是双作用泵系统(DAPS)的改进,应用在低渗注入层注入压力要求更高的情况。Q-Sep G系统可以避免注入压力下双作用泵系统在下冲程时的压应力。
    水力旋流井下油水分离同样遵循Stokes法则。水力旋流分离器没有运动部件,是利用水力旋流外形产生的巨大离心力来实现油水分离。单级水力旋流难以实现彻底分离,多级组合可以提高分离效率或处理流量。水力旋流分离受吸入流体粘度影响很大,粘度超过5~10cp性能降低。注入和生产所需马力决定相应的泵数,双泵系统可以节约马力,因为处理水的压力低于举升油所需压力。水力旋流井下油水分离系统最常配套的是电潜泵,特别适于埋藏深的高产油藏,最小套管尺寸51/2in。
    薄膜井下油水分离系统利用聚合材料薄膜的半透性进行油、水分离,薄膜孔隙越小需要更大的流压才能使液体通过,分离机理是薄膜的水相毛管力大于油相。薄膜井下油水分离系统没有机械运动部件和先进传感器,长远来看会比现有的分离系统简化许多。该系统存在的主要问题是不同的井底流压下需要采用相应的薄膜,不同的薄膜具有不同的水相通过毛管力;如果采用相同的标准薄膜则需要安装井底压力控制设备,这样会影响产量;此外薄膜分离系统性能还受薄膜类型、水动力条件、工作状态、薄膜堵塞等因素影响。
    2.现场应用
    水力旋流井下分离技术应用最为广泛,尽管取得一些可喜的成果,现场对井下分离技术的接受度还是比较低。这主要归结于错误的应用,在现场应用时需要对操作环境进行仔细的考察与评估。此外较高的成本和研究的有待深入也影响了现场的推广。不过在大多数石油公司面对不断上升的含水率和相对走高的国际原油价格的条件下,井下分离技术依然有良好的发展前景。
    影响井下分离技术应用成败的因素主要有:合适的注水层,它必须有较好的渗透性和孔隙度以吸收产出水,并且和生产层有良好的封隔;较高的油水比,含水高于80%时经济效果较好。产出水和注水层内流体配伍性良好;合适的井身结构,便于设备安装与工作;产出液密度适中,稠油不利于井下分离;地层必须固结良好,出砂会有很大影响。
    关于是否需要和如何进行井下油水分离,研究人员开发了一种井下油水分离系统决策树,研究了影响技术应用效果的经济指标,开展了针对油藏的评估、选井可行性技术研究。
    3.结论
    井下油水分离技术于90年代开始在石油天然气工业展开应用,文献调研表明从理论到实践尽管面临很大挑战,该技术依然是一种优势非常明显的新技术。井下油水分离技术应用于高含水开发后期油田,降低水处理费用,提高原油产量,减少环境污染。薄膜分离系统是今后发展的重要方向。选井对于该技术应用成败影响巨大,需要考虑的因素主要是合适的注入层位和井身结构,良好的层间封隔与流体配伍性。先导试验使开发者和设备商获得了宝贵的选井经验,井下油水分离技术进一步推广需要专业技术人员提高对该技术机理和应用的认识,需要现场操作人员吸取现有成功经验。
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