在地面井测试期间将分离烃气扩散到分离油中以提高油的流动性

摘要

一种将从多相井流体分离出的烃气扩散到分离出的油中以提高油的流动性和燃烧效率的地面井测试设备。多相流体是从井中生产出来的。从多相流体分离出气体成分与油成分，油成分具有不期望粘度。气体成分和油成分两者均被测量。然后，至少气体成分的第一部分被注射到油成分中。气体成分的第一部分与油成分混合，使得气体成分的第一部分扩散到油成分中，以形成粘度低于油成分的不期望粘度并且BTU含量高于油成分的油/气混合物。

说明书

技术领域

一般而言，本发明涉及与关于地下井所执行的操作结合使用的设备，且 尤其涉及用以在地面井测试期间将分离出的烃气扩散到分离出的油中以提高 油的流动性。

背景技术

不限制本发明的范围，以下将以相关的勘探地下井操作作为示例，来说 明本发明的背景技术。

在搜寻未探明区域的储油量时，常常钻出勘探井以提取关于一定区域的 地质学、地球物理学或地球化学方面的信息，为的是发现和开发新的储层。 在这样的操作中，在油井或气井已经被钻出之后，期望的是确定井产流体的 多种成分的流速。例如，井产流体可以是包括油、气、固体以及水的两相、 三相或四相流体。

典型地，井产流体流（well fluid stream）通过位于井口装置处的地面测 试树（surface test tree）从井流出。之后，这一流体流经过包括一个或多个阀 的节流管汇，上述阀用于使来自井的流精确地节流，使得来自节流管汇的流 体下游的压力减小。之后，流体流流入包括加热器和分离器的加工设施中， 加热器和分离器两者的尺寸都被设定为容纳适当的流量。加热器被用来使流 体流保持在适于产生期望的流动性的温度。这在包含重油（如由美国石油学 会分类的具有22.3°以下的比重的油）的流体流中尤其重要。分离器将流体分 离成流体的成分（如气、油和水等成分）。分离出来的成分在单独的管线中流 出分离器。每条管线中的成分的流速被测量，使得操作员知道每种成分的相 对量。在进行这些测量之后，气体成分典型地被放空燃烧，水成分被引向处 理或处置地点，而油成分被泵送到用于清除的燃烧器。

然而已发现，由于油成分的高粘度（尤其在含有重油的流体流中），油成 分的流动性可能会不可接受地低而不能够被泵送到燃烧器。提高油成分的流 动性的一种方式是将较轻的烃液体（在此称为柴油）添加到油成分，以产生 粘度低于原始油成分的混合物，使得变稀的油能够被更容易地输送到燃烧器。 然而已发现，由于进入油成分内的混合柴油与油成分一起燃烧而没有作出任 何有用功，所以柴油被浪费了。另外，使用柴油与油成分混合还需要支付昂 贵的柴油运输和储存费，若勘探井是在遥远的、难接近的地点钻出的，则这 点尤其显著。

因此，需要用于确定来自勘探井的多相井产流体流中的成分流体的流速 的装置和方法。还需要可操作以甚至在具有重油的流体流中仍然保持油成分 的适当流动性，同时最小化或消除将柴油混合到油成分中的要求的装置和方 法。

发明内容

在此披露的本发明旨在一种用于将分离出的烃气扩散到分离出的油中以 提高油的流动性的地面井测试设备。本发明的地面井测试设备可操作以确定 多相井产流体流的构成流体的流速。另外，本发明的地面井测试设备可操作 以甚至在具有重油的流体流中保持适当的流动性，并实现油成分的有效燃烧， 同时最小化或消除将柴油混合到油成分中的要求。

在一方面，本发明旨在一种用于在地面井测试期间提高油的流动性的方 法。该方法包括：从井中生产多相流体；从多相流体分离出气体成分与具有 不期望粘度的油成分；测量气体成分和油成分；至少将气体成分的第一部分 注射到油成分中；以及将气体成分的第一部分扩散到油成分中，以形成粘度 低于油成分的不期望粘度的油/气混合物。

该方法还可包括：从多相流体分离出水成分；在离心泵的上游处将气体 成分的第一部分注射到油成分中；在离心泵中至少部分地将气体成分的第一 部分与油成分混合；将气体成分的第一部分通过至少一个喷嘴注射到油成分 中；将气体成分的第一部分通过至少一个文丘里式喷嘴注射到油成分中；在 接近油燃烧器处将气体成分注射到油成分中；在离心泵的上游处将气体成分 的第一部分注射到油成分中；以及在接近油燃烧器处将气体成分的剩余部分 注射到油成分中，燃烧其中扩散有气体成分的第一部分的油成分，或者使气 体成分的未在油成分中扩散的剩余部分放空燃烧。

在另一方面，本发明旨在一种用于在地面井测试期间提高油的流动性的 方法。该方法包括从井中生产多相流体；在分离器中从多相流体分离出气体 成分与具有不期望粘度的油成分；测量气体成分和油成分；在离心泵的上游 处至少将气体成分的第一部分注射到油成分中；在离心泵中将气体成分的第 一部分与油成分混合，以将气体成分的第一部分扩散到油成分中，并且形成 粘度低于油成分的不期望粘度的油/气混合物；以及在油燃烧器处燃烧油/气 混合物。

在又一方面，本发明旨在一种用于在地面井测试期间提高油的燃烧效率 的方法。该方法包括：从井中生产多相流体；在分离器中从多相流体分离出 气体成分与油成分；测量气体成分和油成分；至少将气体成分的第一部分注 射到油成分中；将气体成分的第一部分扩散到油成分中以形成油/气混合物； 以及在油燃烧器处燃烧油/气混合物。

附图说明

为了更完整地理解本发明的特征和优点，现在与附图一起参考对于本发 明的详细描述，其中，不同的附图中对应的附图标记指代对应的部分，并且 其中：

图1是根据本发明的实施例的地面井测试设备的示意图，该地面井测试 设备可操作以将分离出的烃气扩散到分离出的油中以提高油的流动性；

图2是根据本发明的第二实施例的地面井测试设备的示意图，该地面井 测试设备可操作以将分离出的烃气扩散到分离出的油中以提高油的流动性；

图3是根据本发明的第三实施例的地面井测试设备的示意图，该地面井 测试设备可操作以将分离出的烃气扩散到分离出的油中以提高油的流动性； 以及

图4是根据本发明的第四实施例的地面井测试设备的示意图，该地面井 测试设备可操作以将分离出的烃气扩散到分离出的油中以提高油的流动性。

具体实施方式

虽然以下将详细讨论本发明的多个实施例的制造和使用，应理解，本发 明提供了很多可应用的发明概念，这些发明概念能够在多种具体的条件下具 体实施。在此讨论的具体实施例仅仅是制造和使用本发明的具体方式的示例， 而不应限制本发明的范围。

首先参照图1，其示出根据本发明的实施例的地面井测试设备，该地面 井测试设备可操作以将从多相井产流体分离出的烃气扩散到分离出的油中， 该地面井测试设备被示意性地示出并概括地以附图标记“100”来指代。地面 井测试设备100包括井口装置112，井口装置112被设置在地下井114之上。 地面测试树116连接到井口装置112。地面测试树116包括用于控制流体流 入或流出井114的多个阀。

流动管线118从地面测试树116延伸，以输送由井114产生的多相井产 流体用于加工。在示出的实施例中，流动管线118包括井监测组件120；该 井监测组件例如包括接入点，接入点用于诸如压力传感器、温度传感器、砂 砾探测传感器、流速传感器、流动构成传感器之类的传感器。另外，流动管 线118包括节流管汇122，该节流管汇包括一个或多个阀，上述阀用于使来 自井的流精确地节流，使得节流管汇122下游的流体压力减小到期望的压力。

节流管汇122的下游是分离器124，井产流体的多种成分在分离器124 中被分离。在示出的实施例中，分离器124被示出为用于处理三相流体（即 具有气体成分、油成分以及水成分的流体）的系统。分离器124包括从分离 器124的顶部排放的气管线126、从分离器124的中部排放的油管线128、以 及靠近分离器124的底部排放的水管线130。气体管线126中设置有孔板式 气体流量计132，油管线128中设置有油体积流量计134，而水管线130中设 置有水体积流量计136。优选地，水管线130被引向可处理水以便以后处置 的水槽或其他设备。

在示出的实施例中，油管线128中的油成分被引向泵送设施138，该泵 送设施被示出为包括两个离心泵140、142。根据阀144a-144d的运行构造， 泵140、142可并联地运转或者可独立地运行。优选地，泵140、142内部的 旋转叶轮增大油成分的压力和流速，使得油成分能够在油排放管线146中被 输送到油燃烧器148；油燃烧器148具有合适的油枪喷嘴，以使油成分能够 燃烧。优选地，空气与油成分在接近油燃烧器148处混合。空气由空气注射 系统150来提供；该空气注射系统可将空气沿切向注射到油成分，以在油成 分与空气间产生涡流作用并提高油成分中的空气扩散度。替代性地或附加性 地，还可利用喷嘴或其他机械混合元件来促进油成分中的空气扩散，以提高 混合物的燃烧效率。优选地，油燃烧器148被设置在一梁的末端处。在示出 的实施例中，排放管线146包括诸如阀152和调节器154这样的流量控制部 件。替代性地，油成分可经由油旁通管线156返回到分离器124，该油旁通 管线包括诸如阀158和调节器160这样的流量控制部件。

在示出的实施例中，气体管线126中的气体成分可被引向火炬162，气 体成分通过火炬162而被放空燃烧至大气中。优选地，气体管线126包括诸 如阀164和调节器166这样的流量控制部件。替代性地或附加性地，气体管 线126中的气体成分可被引向气体注射管线168和/或气体注射管线174，气 体注射管线168包括诸如阀170和调节器172这样的流量控制部件，气体注 射管线174包括诸如阀176和调节器178这样的流量控制部件。具体地，根 据阀164、170和176的构造，气体管线126中部分的或全部的气体成分可被 被引向火炬162、泵140和/或泵142。如图所示，气体注射管线168在泵142 的上游位置，且优选在泵142的入口头部接近泵142的位置，将气体成分注 射到油成分中。类似地，气体注射管线174在泵140的上游位置，且优选在 泵140的入口头部处接近泵140的位置，将气体成分注射到油成分中。阀 144a-144d被构造成在气体成分注射过程期间，使气体成分与油成分能够进 行期望的混合。例如，根据这些成分的体积，可以可取地关闭阀144a、144b 和176。在该构造中，泵142内部的旋转叶轮不仅增大油成分的压力和流速， 而且将气体成分与油成分混合，使得气体成分扩散到油成分中。替代性地， 混合和扩散过程可在泵140中发生，或者作为另一替代方式，气体成分和油 成分两者的部分可被引向泵140和142中的每个泵以进行混合和扩散。

通过产生大体均质的混合物（其中气体成分可被带入或溶解在油成分中） 或者通过在气体成分与油成分之间产生大体胶状的关系，气体成分扩散到油 成分中，由此形成粘度低于油成分的不期望粘度的油/气混合物。通过在油成 分中扩散气体成分来减小油成分的粘度，这会减小或消除将柴油添加到油成 分中以保持油成分的适当流动性的需要，尤其是在含有重油的流体流中。

虽然图1将泵送设施138示出为具有特定数量的泵，但本领域技术人员 将意识到，用于增大油成分的压力和流速并将气体成分与油成分混合的泵送 设施可具有其他数量的泵，上述其他数量既可大于示出的数量又可小于示出 的数量而不背离本发明的原理。

接下来参照图2，其示出根据本发明的实施例的地面井测试设备，该地 面井测试设备可操作以将从多相井产流体分离出的烃气扩散到分离出的油 中，该地面井测试设备被示意性地示出并概括地以附图标记“200”来指代。 地面井测试设备200包括被设置在地下井214之上的井口装置212。地面测 试树216连接到井口装置212。流动管线218从地面测试树216延伸，以输 送从井214产生的多相井产流体用于加工。在示出的实施例中，流动管线218 包括井监测组件220和节流管汇222。

节流管汇222的下游是分离器224，井产流体的多种成分在分离器224 中被分离。在示出的实施例中，分离器224被示出为用于处理三相流体（即 具有气体成分、油成分以及水成分的流体）的系统。分离器224包括从分离 器224的顶部排放的气体管线226、从分离器224的中部排放的油管线228 以及靠近分离器224的底部排放的水管线230。气体管线226中设置有孔板 式气体流量计232，油管线228中设置有油体积流量计234，而水管线230 中设置有水体积流量计236。优选地，水管线230被引向可处理水以便以后 处置的水槽或其他设备。

在示出的实施例中，油管线228中的油成分被引向泵设施238，该泵设 施被示出为包括两个离心泵240、242；根据阀244a-244d的运行构造，这两 个离心泵可并联地运转或者可独立地运行。优选地，泵240、242内部的旋转 叶轮增大油成分的压力和流速，使得油成分能够在油排放管线246中被输送 到被设置在一梁的末端的油燃烧器248；油燃烧器248具有合适的油枪喷嘴， 以使油成分能够燃烧。优选地，来自空气注射系统250的空气在接近油燃烧 器248处与油成分混合。在示出的实施例中，排放管线246包括诸如阀252 和调节器254这样的流量控制部件。替代性地，油成分可经由油旁通管线256 返回到分离器224，该油旁通管线包括诸如阀258和调节器260这样的流量 控制部件。

在示出的实施例中，气体管线226中的气体成分被引向火炬262，气体 成分通过该火炬被放空燃烧至大气中。优选地，气体管线226包括诸如阀264、 调节器266以及阀268这样的流量控制部件。替代性地或附加性地，气体管 线226中的气体成分可被引向包括诸如阀272和调节器274这样的流量控制 部件的气体注射管线270。根据阀264、268和272的构造，气体管线226中 的部分或全部的气体成分可被引向火炬262和/或泵242。如图所示，气体注 射管线270在泵242的上游位置，且优选在泵242的入口头部处接近泵242 的位置，将气体成分注射到油成分中。在气体成分注射过程期间，阀244c 和244d可关闭，使得泵142增大气体成分的压力和流速，同时泵240增大油 成分的压力和流速。加压后的气体成分被引向气体注射管线276，该气体注 射管线优选包括诸如阀278和调节器280这样的流量控制部件。

如图所示，气体注射管线276在泵设施238的下游位置，将气体成分注 射到油成分中。在示出的实施例中，气体注射管线276在混合器段282将气 体成分引到油成分中。混合器段282优选包括一个或多个喷嘴，如文丘里喷 嘴；上述喷嘴具有会聚/扩张的外形，这有助于气体成分与油成分的混合，使 得气体成分扩散到油成分中。混合器段282还可包括叶片或其他机械式混合 元件，以进一步有助于气体成分扩散到油成分中。如上所述，气体成分扩散 到油成分中会形成粘度低于油成分的不期望粘度的油/气混合物，而这会减小 或消除将柴油添加到油成分中以保持油成分的适当流动性的需要，尤其是在 具有重油的流体流中。

现在参照图3，其示出根据本发明的实施例的地面井测试设备，该地面 井测试设备可操作以将从多相井产流体分离出的烃气扩散到分离出的油中， 该地面井测试设备被示意性地示出并概括地以附图标记“300”来指代。地面 井测试设备300包括被设置在地下井314之上的井口装置312。地面测试树 316连接到井口装置312。流动管线318从地面测试树316延伸，以输送从井 314产生的多相井产流体用于加工。在示出的实施例中，流动管线318包括 井监测组件320和节流管汇322。

节流管汇322的下游是分离器324，井产流体的多种成分在分离器324 中被分离。在示出的实施例中，分离器324被示出为用于处理三相流体（即 具有气体成分、油成分以及水成分的流体）的系统。分离器324包括从分离 器324的顶部排放的气体管线326、从分离器324的中部排放的油管线328、 以及靠近分离器324的底部排放的水管线330。气体管线326中设置有孔板 式气体流量计332，油管线328中设置有油体积流量计334，而水管线330 中设置有水体积流量计336。优选地，水管线330被引向可处理水以便以后 处置的水槽或其他设备。

在示出的实施例中，油管线328中的油成分被引向泵设施338，该泵设 施被示出为包括两个离心泵340、342；根据阀344a-344d的运行构造，这两 个离心泵可并联地运转或者可独立地运行。优选地，泵340、342内部的旋转 叶轮增大油成分的压力和流速，使得油成分能够在油排放管线346中被输送 到设置在一梁的末端的油燃烧器348；油燃烧器348具有合适的油枪喷嘴， 以使油成分能够燃烧。优选地，来自空气注射系统350的空气在接近油燃烧 器348处与油成分混合。在示出的实施例中，排放管线346包括诸如阀352 和调节器354这样的流量控制部件。替代性地，油成分可经由油旁通管线356 返回到分离器324，该油旁通管线包括诸如阀358和调节器360这样的流量 控制部件。

在示出的实施例中，气体管线326中的气体成分被引向火炬362，气体 成分通过该火炬被放空燃烧至大气中。优选地，气体管线326包括诸如阀364、 调节器366以及阀368这样的流量控制部件。替代性地或附加性地，气体管 线326中的气体成分可被引向包括诸如阀372和调节器374这样的流量控制 部件的气体注射管线370。如图所示，气体注射管线370在泵342的上游位 置，且优选在泵342的入口头部接近泵342的位置，将气体成分注射到油成 分中。作为另一替代方式，气体管线326中的气体成分可被注射到处于诸如 阀376和调节器378之类流量控制部件的下游的油管线328中的油成分中。 根据阀364、372和376的构造，气体管线326中部分或全部的气体成分可被 引向火炬362、泵342和/或泵340。

例如，如果阀364和372关闭，则气体成分在泵设施338的上游位置被 注射到油成分中。在该构造中，泵340、342内部的旋转叶轮不仅增大油成分 的压力和流速，而且将气体成分与油成分混合，使得气体成分扩散到油成分 中。气体成分扩散到油成分中会形成粘度低于油成分的不期望粘度的油/气混 合物，而这会减小或消除将柴油添加到油成分中以保持油成分的适当的流动 性的需要，尤其是在具有重油的流体流中。

另外，在特定的设备中，由于多相流体是沿流动管线318来输送的，所 以增大多相流体的流动性就成为可取的。过去，这种操作可通过使多相流体 经过典型地被设置在节流管汇322与分离器324之间的加热器来执行。然而 根据本发明，对于加热器的需求可通过将气体成分的一部分注射到多相流体 中而被减小或消除。如图所示，气体成分的至少一部分可被引向包括阀382 的气体旁通管线380以及包括诸如阀386和调节器388之类流量控制部件的 气体旁通管线384。具体地，借助阀344c、344d、364、376、368、372、382 以及386的适当构造，来自气体管线326的全部或部分的气体成分可通过泵 342来传送，然后被送回流动管线318，以增大其中的多相流体的流动性。

接下来参照图4，其示出根据本发明的实施例的地面井测试设备，该地 面井测试设备可操作以将从多相井产流体分离出的烃气分散到分离出的油 中，该地面井测试设备被示意性地示出并概括地以附图标记“400”来指代。 地面井测试设备400包括被设置在地下井414之上的井口装置412。地面测 试树416连接到井口装置412。流动管线418从地面测试树416延伸，以输 送从井414产生的多相井产流体用于加工。在示出的实施例中，流动管线418 包括井监测组件420和节流管汇422。

节流管汇422的下游是分离器424，井产流体的多种成分在分离器424 中被分离。在示出的实施例中，分离器424被示出为用于处理三相流体（即 具有气体成分、油成分以及水成分的流体）的系统。分离器424包括从分离 器424的顶部排放的气体管线426、从分离器424的中部排放的油管线428、 以及靠近分离器424的底部排放的水管线430。气体管线426中设置有孔板 式气体流量计432，油管线428中设置有油体积流量计434，而水管线430 中设置有水体积流量计436。优选地，水管线430被引向可处理水以便以后 处置的水槽或其他设备。

在示出的实施例中，油管线428中的油成分被引向泵设施438，该泵设 施被示出为包括两个离心泵440、442；根据阀444a-444d的运行构造，这两 个离心泵可并联地运转或者可独立地运行。优选地，泵440、442内部的旋转 叶轮增大油成分的压力和流速，使得油成分能够在油排放管线446中被输送 到设置在一梁的末端的油燃烧器448；油燃烧器448具有合适的油枪喷嘴， 以使油成分能够燃烧。优选地，来自空气注射系统450的空气在接近油燃烧 器448处与油成分混合。在示出的实施例中，排放管线446包括诸如阀452 和调节器454这样的流量控制部件。替代性地，油成分可经由油旁通管线456 返回到分离器424，该油旁通管线包括诸如阀458和调节器460这样的流量 控制部件。

在示出的实施例中，气体管线426中的气体成分的全部或部分被引向油 燃烧器448，气体成分通过该油燃烧器与油成分一起燃烧。优选地，气体成 分在接近油燃烧器448处（如靠近梁的底部的位置处）沿切向注射到油成分 中。通过将气体成分沿切向引到油成分中，由于气体成分与油成分之间的涡 流作用来提高气体成分的扩散。替代性地或附加性地，一个或多个喷嘴（如 具有会聚/扩张的外形的文丘里喷嘴）可被用来将气体成分注射到油成分中， 以有助于将气体成分扩散到油成分中。而且，叶片或其他机械式混合元件可 被用来帮助将气体成分扩散到油成分中。将气体成分添加到油成分中，不仅 会通过形成粘度低于油成分的不期望粘度的油/气混合物来提高油成分的流 动性，而且会产生BTU（英制热量单位）含量高于油成分的BTU含量的油/ 气混合物，使火焰前缘能够更有效率地用于完成油/气混合物的燃烧。

例如，来自气体管线426的气体成分的全部或部分可被引向气体注射管 线464，该气体注射管线包括诸如阀466和调节器468这样的流量控制部件。 借助阀444a-444d、466、470以及472的适当构造，高压气体被引向处于阀 470的下游的气体管线426并且被传送到油燃烧器448。替代性地，如上所述， 气体成分的全部或部分可在泵442的上游位置被注射到油成分中，使得泵442 内部的旋转叶轮不仅增大油成分的压力和流速，而且将气体成分与油成分混 合从而使气体成分扩散到油成分中。气体成分扩散到油成分中会形成粘度低 于油成分的不期望粘度的油/气混合物，而这会减小或消除将柴油添加到油成 分中以保持油成分的适当流动性的需要，尤其是在具有重油的流体流中。

虽然本发明是参照示例性的实施例来描述的，但这种描述不应在限制意 义上被解读。对于本领域技术人员而言，参照以上描述，本发明的示例性的 实施例以及其他实施例的多种修改和组合将是显而易见的。因此，所附权利 要求书旨在包含任何这样的修改或实施例。