[发明专利]声学井下油水分离

说明书

用于在地下井(11)的主管(15)内使烃流体从水和固体材料分离的系统和方法包括将换能器组件(25)定位在地下井(11)内，换能器组件(25)包括沿着主管(14)的长度间隔开的多个压电换能器(29)。利用多个压电换能器(29)产生声驻波(31)，声驻波(31)横穿中心轴线(17)穿过主管(15)。声驻波(31)的环(33)的数量朝通过主管(15)的流体的流动方向减少。

技术领域

本公开总体上涉及对含烃地层的开发和采出。更具体地说，本公开涉及用于使烃和固体细粒与水分离的系统和方法，以提高从含烃地层进行的烃回收并且减少泵送到地面的采出水量。

背景技术

采出水(produced water)可能是油气开发与采出中产生的最大量的废物流之一。用于处置采出水的成本很高，并且当采出水被带到地面时污染环境的潜在性很大。采出水在排放前必须妥善进行处置和处理，或者在重新注入地层之前必须经过过滤和处理。考虑到除需要的现场基础设施(临时或永久性)外处理载水烃所需的化学品和添加剂的量，每桶烃流体的采出水分离、处理和排放可能是昂贵的。采出水的管理给运营商和环境带来了挑战和成本。

井下油水分离系统旨在减少采出到地面的水的量，以将用于分离和处理水的地面设施要求降至最低。在井下油水分离系统中，烃在井内与水分离。如果可以避免提升、处理和重新注入采出水的整个过程，则成本和环境影响就会降低。利用井下油水分离系统，富含烃的流体被采出到地面，而富含水的流被重新引导并注入到地下地层(例如，第二井桩腿(well leg)或储层的非含烃和多孔部分)中，而不会被提升到地面。

一种类型的井下油水分离系统使用水力旋流器将油与水以机械的方式分离并引导两种产物彼此分开。另一种类型的井下油水分离系统依赖于在井筒中发生的重力分离。潜在可使用的第三种类型的井下油水分离系统是基于膜分离的系统，但鉴于其它井下油水分离系统已完善并证明是具有已知经济可行性的技术，目前还没有广泛接受这种类型的系统。

然而，目前的井下油水分离系统经受若干系统性问题。目前的方法要求高成本并要求特定的条件才能正常工作。目前的一些方法还会干扰采出井中的流动流，造成显著的压力下降。许多井下油水分离系统由于各种因素而被放弃或不再充分发挥其潜力。一个原因可能包括接收产出水(包含砂、不溶性盐、矿物质和粘土的细粒；烃残留物)的地层的注入区中的阻塞或低渗透性。在目前的一些系统中，分离出来的水的质量不符合重新注入到排放区或重新注入区的标准。还有，分离机构不能在低含水率下操作，并且如果含水率显著改变，则机械设计的分离器(诸如重力或水力旋流分离器)需要改变以提供相同的除水效率。

发明内容

本公开的实施例提供了用于在采油管中使用声驻波(standing acoustic wave)以在到达地面之前从水中分离出油滴和固体微细颗粒的系统和方法。油和固体集中在采出管内的分离的区域，在那里每个相可以被独立地重新引导和管理。本公开的实施例增加了油量，同时减少了泵送到地面的采出水量。井底的具有低固体细粒负荷的水可以被注入地层中，而孔隙堵塞和地层破坏的风险较低。

本公开中描述的系统和方法在井底从采出水中分离出细粒。本公开的实施例克服了当前技术常见的压降和机械部件故障。在主管的外周边上对准或作为下降到采出管中的单独管状工具的一部分的多个压电换能器可以由位于地面并在地面监测的功能发生器和功率放大器来驱动。所施加的声波的频率被调节为在主管的内侧沿垂直于流动的方向产生具有不同振幅和环数的声驻波。压电换能器以这样的方式排列：使得声驻波具有朝向地面减少的环数量。作为实例，最下面的声驻波可以具有大量环，并且最上面的声驻波可以具有少量环。

另外，如果产生具有低细粒负荷的合适的水并将其重新引导到采油区中，则本公开的实施方式可用于注水(waterflooding)。在这种情况下，本公开中描述的系统和方法也可以用于反向锥进(reverse coning)以减少流入采油区的水的程度。