[发明专利]用于井下水分离的系统、装置和方法

说明书

一种用于井眼中的井下的水分离装置，其包括：包括用于通过井眼射孔接收来自油储层的乳化混合物的多个窗孔的管状壳体，所述乳化混合物包含液体烃和水，管状壳体沿着中心轴线从第一纵向壳体端部延伸至第二纵向壳体端部并限定管状腔的内表面；提取管，所述提取管布置成与管状壳体连接以运送液体烃，提取管延伸穿过第一纵向壳体端部进入到管状腔中并且包括在管状腔中的开口端；并且其中多个窗孔在径向上被限定为穿过管状壳体和内表面并且在纵向上被限定为在第一纵向壳体端部和第二纵向壳体端部之间，并且被形成为当乳化混合物通过多个窗孔流入到管状内腔中时产生绕着管状腔的水力旋流。

优先权要求

本申请要求于2017年7月27日提交的美国临时申请号62/537,582和于2018年7月20日提交的美国发明申请号16/041,510的优先权，它们的内容通过引用结合于此。

技术领域

本文涉及用于油井作业中的水和石油的井下分离的系统和技术。

背景

具有油和气的废水采出是石油和天然气行业的难题。在石油和天然气的生产过程中，石油和天然气有时还包含水(例如，含水率(water-cut))。通过井采出的水可能源自含烃带、靠近含烃带的含水层或注入井下的水。可以将水注入井下以提高储层波及系数以维持压力。有时还将多种化学品与注入水混合以提高储层波及系数。当在地面处采出时，水、油和气的这种混合物从环境角度看可能产生问题。在钻入到成熟储层中的井中，含水率可能增加，从而降低了井的经济可行性并且因此有时会导致井废弃。

在先前的方案中，烃和水在地面采出并分离。先前的方案还包括通过机械手段、化学品、受控采出或这些方法的某种组合来阻止水侵蚀。这样的方案通常不利地损害井的石油生产能力。

概述

总体上，本文描述了用于油井作业中的水和油的井下分离的系统和技术。

一个方面涉及一种用于石油生产和井下水分离的油井系统，该油井系统包括井眼，其被形成为穿过地表进入到地表下方的烃地层中。井眼包括限定管状腔的套管。井眼包括在套管和烃地层之间的环空中的水泥。井眼还包括射孔，其穿过套管和水泥进入到烃地层中以将来自烃地层的液体烃和水的乳液接收到管状腔中。射孔与套管相切以促使乳液变为管状腔中的旋转涡流，从而将液体烃与水分离。射孔可以与套管的内表面相切并且处于协作取向。内表面的曲率可以将乳液的流动导向为绕着管状腔的中心轴线的旋转流。套管可以是限定管状腔并且具有内表面的圆柱形壁。管状腔通过射孔与烃地层流体连通。在示例中，射孔不包括径向射孔。旋转流和旋转涡流可以包括水力旋流(hydrocyclonic flow)。

油井系统可以包括提取管(extraction tubing)以将分离出的液体烃从井眼输送到地表，其中液体烃可以包括石油。此外，井眼包括在井眼的下部部分处的腔室以积聚与液体烃分离的水。另外，油井系统可以包括设置在腔室中的螺旋桨以搅动腔室中的水，从而使腔室中的碎屑变为悬浮在腔室中的水中。地面泵可以通过出水管将水从腔室中抽到地表。井眼中的管道可以将水从地表输送至螺旋桨以驱动螺旋桨，其中螺旋桨是液压螺旋桨。

另一个方面涉及一种操作油井系统的方法，该方法包括井下水分离。该方法包括通过射孔将来自烃地层的液体烃和水的乳液接收到井眼中。射孔穿过井眼的套管并且与套管的内表面相切，从而促使乳液变为旋转涡流以在套管中将水与液体烃分离。该方法包括将分离出的水收集到在井眼的下部部分处的腔室中并将分离出的水输送到井眼的地面端。将分离出的水收集在井眼的下部中可以包括通过在井眼中的封隔器处的单向阀将分离出的水接收到井眼的下部部分。封隔器和在井眼的下部部分处的套管的内壁可以至少部分地限定作为井眼的下部部分的腔室。该方法还可以包括通过在井眼的下部部分中的螺旋桨搅动在井眼的下部部分中的水。示例性方法还可以包括处理输送到井眼的地面端的分离出的水以从分离出的水去除固体。