井下油水分离技术
编译:李化钊～谢成君～盛国富～王修利 叶鹏
(大庆油田有限责任公司第四采油厂)
(大庆油田有限责任公司第九采油厂) 李清民
摘要:井下油水分离技术(DOWS)使水在井筒处就可分离出来并注入到相应的地层中，而油则被采到地面。二十世纪九十年代，人们提出井下油水分离技术后，对该技术的可行性，提供了许多试验资料，并进行了一些试验加以验证，本文概述了井下分离技术的现状并阐述了相关内容。
关键词:井下 油水 分离, 技术
1 简介
油气开发过程中，从油气层中开采到地面的水包括地层水、注入水和所有注入到地下的化学剂。传统的工艺是将油水开采到地面，利用分离和脱水设备将油水在地面进行分离，这些设备包括分油罐、板式聚结器、水力旋流器。为了降低水相中油的含量，在分离之前还会使用滤膜器。油田开发中后期，油气开采达到顶峰，含水通常会上升，举升工艺和水处理的费用也相应增大。含水上升也迫使人们加强了生产设备的维护，同时还要解决井下腐蚀、细菌和结垢方面的问题。
尽管对污水可以进行处理或是再利用，但人们对污水处理方面的问题还是日益关注。人们最关心的问题是污水处理对环境的影响，尤其是泄露造成的地面污染或是因注水不当引起的地面饮用水污染。关于污水处理方面的环保条例会更加严厉，这就要求人们采用新技术、新工艺来处理污水。
在二十世纪九十年代，石油行业提出了井下油水分离技术的概念。1991年美国能源部对其可行性进行了评估鉴定。与传统的分离工艺不同，它是在井底处就将油气从采出水中分离出来，把分离出来的水注入到其它地层，通常注入到比生产层更深的地层，而油气则被采到地面。
井下分离技术有很多种类型，一般来说，其费用(采购费用和安装费用)为$120,000-$300,000之间不等。虽然有报道显示一些井下分离技术的还本期可短至2个月，但其技术费用相对来说还是很高，所以该技术成功的关键因素就是技术设计寿命或时间是否正确。生产井性能、油层条件、流体特性以及分离器/泵装置的稳定性对该技术的受效程度和受效时间都有着很大的影响。
虽然井下分离技术在一些特定条件下是可行性的，但由于一些实际应用的不成功、对该技术的应用不当和理解上存在偏颇，使该技术在经济方面的可行性仍存在着很大的挑战。因此，有必要提高人们对这项技术的了解和应用，使该技术更广泛地被大家所接受。
2 井下油水分离技术体系
该体系主要包括两部分:分离体系和输出/注入体系。根据所采用的分离体系，井下油水分离主要有两种类型:一种是依靠重力分离，另一种是利用水力旋流将油水分离。第三种是薄膜分离技术，该技术已完成数模研究，但还未应用到现场。
该技术所采用的输出/注入体系主要有三种类型:电潜泵、抽油机和有杆泵。利用这三种方式与水力旋流分离体系相结合将水再次注入到地层。
3 水力旋流分离技术
该技术机理上也遵循斯托克斯定律，旋滴液产生的离心力与作用在移动液滴上的阻力，两种力之间的 作者简介:李化钊(1964-)，男，工程师，现从事油田生产技术管理工作。
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差造成了水力旋流分离。水力旋流分离器没有可动部件，其几何形状就会产生很大的离心力，从而实 现了油水分离。
生产过程中，产出液流入水力旋流器圆柱的上部，流体混合物的紊流使得水、致密流体旋滴到水力旋流器的外部并流向较低的出口，而较轻流体(油和气)仍留在水力旋流器中，油气通过涡流探测器流入到较高的出口，由泵产出到地面。
水力旋流器中油水并不能完全分离，这是因为部分油与水一同采出，油气携带着水采出地面。多组水力旋流器同时使用可提高分离器效率，或是平行并排使用，其处理的流量要比单组水力旋流器的处理量大得多。
研究数据表明水力旋流器可有效地将油从高含水溶液中分离出来，处理水中残余油的含量通常小于200ppm。水力分离技术对粘度很敏感，入口混合物粘度大于5~10mPa.s时其分离效果受到影响。 4 薄膜分离技术
重力分离和水力旋流分离技术在分离效果、费用、复杂性、体系控制等方面都有其局限性。一种新型的薄膜分离技术正在研制中，它具有早期生产可无水开采，不需要其他机械装置。该技术可进一步提高井下分离技术在油气业中的应用。
利用聚合物薄膜产生的过滤作用对受压流体组分进行分离，混合物中只有一种或几种组分能穿过聚合物薄膜，不能通过薄膜的就残留下来。薄膜空隙间隙很小，所以流体要通过需要很大的流压。驱动流体通过薄膜的压力取决于薄膜孔隙的大小。
该技术的工艺方面还有许多问题需要解决。由于每口井的井底压力不同，就需要设计不同类型的薄膜以满足不同的毛管排替压力。同样，如果所有的井都使用相同的薄膜，就需要有一个压力装置对井底压力进行控制。所期望的提高产量的能力有可能会降低到一个特定的
量差/压差范围，薄膜体系的效果最佳。此外，根据薄膜的类型、流体动力、薄膜/溶液相互作用以及输送和工艺操作条件，薄膜体系的有效性会随时间而减弱。技术的关键在于薄膜要有可靠的材料，可经久耐用，没有过多的堵塞。
5 现场应用
尽管费用相对很高，但井下油水分离技术应用最广泛的还是水力旋流分离技术。井下油水分离技术已经取得了一些成功，但该技术的成功率仍然不高，这点限制了该技术的应用。技术成功率低的主要原因就是技术应用不当造成的，结果造成效果不理想，影响其广泛应用。
尽管井下油水分离技术的每个组分相对很简单，容易操作，但是其应用环境是复杂且动态变化的，这就要求在选井时要非常小心，对应用环境进行评价。同时还有其他原因限制了该技术的应用，如费用高，尤其是水力旋流分离技术，以及因输送/分离器都是在井下进行，所以要进行间接监测和控制。间接监测可能会影响分离效果，导致大量的油随产出水一同注入到地下。
要想解决存在的问题，需要进行更多的研究，以更广泛地应用该技术。目前大部分石油公司产水大于产油，而且国际市场上原油价格相对很高，这一事实为促进井下油水分离技术提供了机遇。促进该技术的应用涉及很多方面，包括提供选井的标准、降低成本的同时还要提高分离器/泵能力工艺技术的改进。
北美(加拿大、美国)、南美、德国、法国和中国都已使用该技术，效果各异。其他地区进行了可行性研究，但还未应用到现场，包括非洲(尼日利亚)和中东(阿联酋)。
有些油田应用该技术取得了很到的效果，产水大幅度下降，并产油量稳定很长时间，没有下降。这其
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中包括法国西南的Aliance油田和Lacq油田LA-90井。有消息表明北美有37个油田进行了现场试验，并对起应用结果进行了
总结
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分析。现场试验的结果表明油公司和技术服务公司对该技术均获取了经验，尤其是在选井、提高井下油水分离动态总体效果等方面。
有些地区应用该技术不成功，在几天或几个月内就失败了。这些不成功的原因主要是注入层堵塞，其他原因包括产出的固体含量过高、井下设备腐蚀以及泵的尺寸过小。在得克萨斯西部的一个现场应用中，早期分离效果很好，但很快就失败了，主要是由于生产方面的问题。
参考资料:美国《JPT》 2005.09
编辑:汪玉华
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