[發明專利]用于控制海上強化采油注入壓力的裝置

在審

• 申請號: 201580052249.X
• 申請日: 2015-09-25
• 公開（公告）號: CN107075933A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: P·雷米;E·皮徹
• 申請（專利權）人: S.P.C.M.股份公司
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B43/22;E21B43/20;E21B17/20
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司31266
• 代理人: 李夫玲,邱忠貺

在1973年(第一次石油危機)至1986年(石油價格跌至每桶10美元)期間，強化采油(EOR)在美國實現了工業化。2000年代，油價超過了每桶40美元，該技術被重新提上了議程。介于目前每桶100美元的行情，使用水溶性聚合物的強化采油技術能夠在儲備量的基礎上增產10％至20％，因此已成為一種普遍使用的技術。

然而，這種技術在大型油田中的應用常常會遇到一些需要長期解決的技術問題。

已經實現了這種開發的裝置之一即專利EP 2 203 245中描述的PSU(聚合物切削單元)。這些類型的水溶性聚合物由于鍵合和團聚效應而非常難以分散，因而會產生了需要很長時間溶解的凝膠或“魚眼”。這些凝膠在注入地層時難免有所損傷。PSU不僅能夠實現優異的分散性，所得的高溶解濃度還有助于縮小溶解槽和高壓泵的尺寸，從而大大減少所需投資。

第二個問題是聚合物的機械降解。在油田，單個注水泵通常需要供應多個井。但是由于油田環境復雜，每個井的注入壓力各不相同。為此，會在井口處安裝被稱為扼流器的控制或壓力調節閥。聚合物溶液需經過基本和壓降成正比的降解過程，才能通過該扼流器。大致上，每20巴的壓降會使粘度降低20％。每50巴的壓降會使粘度降低50％。當然，這樣的降解取決于聚合物類型、粘度、溶解鹽水組合物的濃度以及溫度。因此需經過初步測試預測降解的幅度。

基于丙烯酰胺的聚合物現已廣泛用于強化采油作業中。隨著制造工藝的改進，這些聚合物的分子量也在提高。在20世紀80年代，由于原料中的雜質和所用的催化體系，聚丙烯酰胺的分子量不超過500至800萬道爾頓。如今，這些聚合物的分子量已超過1000萬道爾頓，達到2000萬至3000萬道爾頓。

聚丙烯酰胺的機械降解很大程度上取決于分子量。分子量越高，則聚合物越脆，被機械作用損壞的風險也就越高。高于1000萬道爾頓的高分子量聚丙烯酰胺對這種機械降解非常敏感，且敏感程度遠高于低分子量的聚丙烯酰胺。

為了克服這種機械降解問題，現已采用了多種解決方案。

通常，在通過扼流器之后，到達靜態混合器之前，通過高壓三缸泵在井口處泵制備10至20g/L的母液。但這套系統需要許多泵(每個井一個)和許多管道，增加了安裝成本。

文獻US 4,782,847描述了供聚合物溶液循環的導管。導管上較小截面的較短部分和較大截面的較長部分交替排列。這樣即可通過產生湍流或渦流來降低聚合物溶液的壓力，且不會導致聚合物降解。在每個限流處和每個導管直徑增加的位置會產生湍流。因此需要實現限流處和擴張處的連續性以便通過控制湍流效應來減小壓力。也可以添加閥。

該裝置的概念是通過湍流減壓，對于分子量較低，即小于800萬道爾頓的聚合物特別有用且有效。因為這類聚合物對于限流處和連續擴張處引起的湍流并不特別敏感。

但是該裝置不適于降低含有高分子量(高于1000萬道爾頓)聚合物的聚合物溶液的壓力。因為高分子量聚合物對由湍流引起的降解非常敏感。

另一種解決方案是產生最終濃度(500至3000ppm)的溶液，并通過專利US8,607,869中所述的線性減壓器裝置將其注入每個井中。

該線性減壓器為模塊化減壓器，采用了四通閥分隔的3至6段管，能夠實現1至5巴的精確壓力調節，并且能夠通過手動地或可編程控制器的方式來實現。該裝置采用了外殼的形式，通過不銹鋼管繞組開啟或關閉來獲得所需的壓力。

從技術角度來看，聚合物溶液在管中的流動不會引起任何降解或僅在達到一定速度時引起少量聚合物的降解，這樣的速度取決于管的直徑、粘度、溶液的鹽度，并且可以通過實驗來確定。

壓降受到管中聚合物溶液流速的影響，并且如圖1和圖2所示，受到流速的影響。換句話說，聚合物降解的多少，取決于流速，如圖3所示。

通常，降解取決于流速和管的直徑。通常認為，在10米內1巴的壓降導致的降解可接受。然而，由于鹽水的組成、聚合物的類型和濃度以及溫度，可先進行測試以優化構成線性扼流器的管的直徑和長度。

在圖1至圖3所示的情況和1英寸給定直徑的條件下，為了使10米范圍的壓降小于或等于1巴，流速不應超過約7.5m/s，并且流量不應超過13m³/h。

通常，標準扼流器可以講壓力的壓降控制在0至50巴的范圍內，可對應于使用大約500米的線性減壓器。

在表面使用時，由于可直接用于檢查和維護作業，專利US 8607869中所述的線性減壓器的功能非常好。當需要高度可靠性時，液體、電氣或液壓連接會變得極其重要。