CN103161428B - 提高油井出口处油温的方法及油井结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高油井出口处油温的方法，同时公开了相应的油井结构，方法和结构的关键是将若干支重力式套管形热管连接成一体作为油管，使原油通过各支重力式套管形热管的中心抽出井外，在各支重力式套管形热管的密闭管壁间隙中注入工质并抽真空，每支重力式套管的下部为热管蒸发段，上部为热管冷凝段，通过各支重力式套管形热管底端的热量逐级上传，使各支重力式套管形热管中心通过的原油不断地与管壁进行热交换从而使原油粘度降低不会变稠，最终使最靠近出油口的支重力式套管形热管内的油温满足防稠的出油温度要求。本发明具有节能、简单易于实现的优点，可大幅度降低采油成本。

Description

提高油井出口处油温的方法及油井结构

技术领域

本发明涉及一种采油方法及油管结构，尤其是一种应用于稠油井抽油过程中回收井下较深处高温原油热量加热抽至井口处，以改善抽出原油尤其是稠油的流动性的方法及油井结构。具体地说是一种能减少稠油井的用电量，甚至去除整个抽油杆的电加热装置及其控制器件、或对油井的高温高压蒸汽注入量，使得抽油系统的抽油操作变得简单，提高原油的流动性，减少抽油的事故率的提高油井出口处油温的方法及油井结构。

背景技术

众所周知，在稠油井的原油抽取过程中，每一口稠油井的空心杆内装有电加热装置，且每隔一段时期都要对油井内注入大量的高温高压蒸汽，以克服由于地层散热所消耗的热量，提高出口处的原油温度，改善抽出原油尤其是稠油的流动性。

1995年，人们曾提出将重力式热管应用于稠油开采油井结构中作为抽油杆并通过抽油杆的热管效应对井筒内的原油进行加热的理念。21世纪后，国内某些学者在该理念的指导下，先后对数口稠油井进行了将一整支重力式热管替代整个空心抽油杆的相关的实地试验研究，结果证明，此举可将出口处原有的温度提高10～20℃，同时使得蒸汽注入量减少约10%。

但是，通过对油井结构及地层散热问题进行传热分析后认为，油井中原油从井底上升过程中的温度降低主要在于地层的散热，提高抽出处原油温度的关键在于克服油管与地层间的散热，现有的油井井管大多采用隔热性能较好的玻璃钢材料制造，以降低热能向地层的传输。

因此，为保证出油温度，现有的采油井均在抽油杆上采取措施，通过外界补充能源的措施来提高出油温度，不仅使得井筒设备复杂，而且能耗高，效率低，对此一直没有好的解决方法。正因于此，采用一种吸热速度高于地层散热速度的方法，使得将从热原油处吸收来的热量仍传回给冷原油，以提高油井出口处的冷原油温度是解决目前原油抽取中存在问题的关键。而热管具有传热速率快、能在较小温差下即能工作的特点，可以适应上述要求。

发明内容

本发明的目的是针对目前原油抽取过程中需通过外部供热或电加热的方法使稠油保持在合适的出口温度范围内来增加流动性，势必造成井口设备复杂，能耗高等一系列问题，发明一种基于热管原理的提高油井出口处油温的方法，同时设计一种采用热管作为油管的井筒结构。

本发明的技术方案之一是：

一种提高油井出口处油温的方法，其特征是将若干支重力式套管形热管连接成一体作为油管，使原油通过各支重力式套管形热管的中心抽出抽油管外，在各支重力式套管形热管的密闭管壁间隙中注入工质并抽真空，每支重力式套管的下部为热管蒸发段，上部为热管冷凝段，在原油从井底处向上抽出流动的过程中，对于每支重力式套管形热管而言，下部内侧表面处于热流体区，上部内侧表面处于冷流体区，由于热管具有在较小的冷、热流体温差下就能正常工作的特性，且能把下部热原油的热量向上传递给上部的冷原油，可以使得上部的冷原油温度相比于无热管时要高，从而通过各支重力式套管形热管底端的热量逐级上传，使各支重力式套管形热管中心通过的原油不断地与管壁进行热交换从而使原油不会变稠，最终使最靠近出油口的重力式套管形热管内的油温满足防稠的出油温度要求。

为防止重力式套管形热管所处位置的地层温度低于管内的油温，则可在全部或部分重力式套管形热管的外表面增设保温层以防止热量向外或地层扩散。

本发明的技术方案之二是：

一种能提高油井出口处油温的油井结构，它包括抽油杆1和油管2，抽油杆1在动力装置的带动下在油管2中上下运动从而将地层中的原油3从油管2中抽至油管2的出油口4进入输油管道中，其特征是所述的油管2由若干支重力式套管形热管5通过连接件6连接而成，所述的重力式套管形热管5由内管和外管组成，内管和外管之间为注有工质的真空结构，内管的内部形成供原油和抽油杆通过的原油通道，组成油管2的部分或全部重力式套管形热管5的外表面设有保温层。

所述的连接件6为机械连接装置结构。

所述的油管2的外部设有保护层7。

本发明的有益效果：

本发明突破了热管的传统应用领域，开创性地将其应用于原油开采中，不仅简化了采油井筒设备的结构，可省去传统采油中的电加热、高压注气等用于提高原油出口处油温的装置，具有节能降耗和绿色环保的优点，而且具有制造安装方便，使用寿命长的优点。

本发明采用多节重力式套管形热管连接而成，克服了单根热管的缺点，如果整个油管的重力式套管形热管只是一整支很长的热管，则存在如下影响热管工作性能的致命性的弊端：

（1）由于钢管出厂尺寸与油井深度间的差距较大，使得整支套管形热管必须由多段内、外管壁分别各自连接而成，因此整个热管长度方向上的连接点较多，且多为在钻井现场制作，这样使得形成热管所要求的环隙真空度不能保证，所制作的热管也容易受损，热管环隙顶端有相当一段的长度将被不凝性气体所占领，使得热管冷凝段的有效传热面积大大缩小，性能下降；

（2）该整支热管如若损坏，则整个套管形热管油管的传热能力就丧失殆尽；

（3）整支套管形热管油管的长度尺寸较大，传热面积较大，传递功率较大，而相对于长度而言热管的环隙空间尺寸又较小，因而容易出现热管环隙内上升的工质蒸汽携带沿热管环隙壁面下降的工质液体，使得热管环隙壁面的下部出现无工质液体湿润的干涸现象，即出现热管的携带传热极限，使得热管蒸发段的有效传热面积大大缩小，传热性能下降，最终使得实际传热能力受限。

本发明充分发挥了热管的传热性能，仅需很小的温差即可实现高效的热传递。它能很方便地将底部的高温原油加热上部低温原油，达到提高井口出口处原油温度，改善稠油流动性，减少油井用电量，去除油井用电控制器，减少油井事故率的目的。

本发明结构简单，易于实现，尤其是大大简化了抽油杆的结构。

附图说明

图1是本发明的油井的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1所示。

一种提高油井出口处油温的方法，其关键是将若干支重力式套管形热管连接成一体作为油管，使原油通过各支重力式套管形热管的中心抽出油油管外，在各支重力式套管形热管的密闭管壁间隙中注入工质并抽真空，每支重力式套管的下部为热管蒸发段，上部为热管冷凝段，在原油从井底处向上抽出流动的过程中，对于每支重力式套管形热管而言，下部内侧表面处于热流体区，上部内侧表面处于冷流体区，由于热管具有在较小的冷、热流体温差下就能正常工作的特性，且能把下部热原油的热量向上传递给上部的冷原油，可以使得上部的冷原油温度相比于无热管时要高，从而通过各支重力式套管形热管底端的热量逐级上传，使各支重力式套管形热管中心通过的原油不断地与管壁进行热交换从而使原油粘度降低不会变稠，最终使最靠近出油口的支重力式套管形热管内的油温满足防稠的出油温度要求；为防止热量从套管外壁损失，可在全部或部分重力式套管形热管的外表面增设保温层以防止热量向地层或外部扩散。本发明的多支重力式套管形热管采用机械连接装置，在每支重力式套管形热管的两端各加工一个外螺纹，再通过螺母连接件将相连的热管连接成一个整体，为了防止漏油，在连接螺母中应安装耐高温和耐腐蚀的密封垫，同时为了增加油井的强度，具体实施时应采用类似于传统玻璃钢井筒的结构，即在玻璃钢井筒的外侧浇铸混凝土保护层，而且本发明的抽油杆的结构大大简化，无需增加电加热装置。具体使用时，由于温度损失小，也可省去传统的注汽工艺，因此采油成本可大大降低。

本发明采用多节重力式套管形热管首尾相连的结构可克服单根式结构存在的如下缺陷：

（1）由于作为热管壳体的钢管出厂长度尺寸与油井深度（整个油管长度，有时达到千米以上）间的差距较大，使得整个热管必须由多段管壁在钻井现场连接制作而成，因此整个热管长度方向上的连接点较多，这样使得形成热管所要求的管内真空度不能保证，因而所制作的热管容易受损，性能下降；

（2）在钻井现场制作的整体式套管形热管井筒油管，由于油温的存在，使得热管工质充液量的精确控制不能得到保证，对整体式套管形热管井筒油管的使用性能必定产生影响；

（3）该整体式热管如若有一个损坏点，则整个整体式套管形热管井筒油管的传热能力就丧失殆尽；

（4）整体式套管形热管井筒油管的长度尺寸较大，传热面积较大，传递功率较大，而相对于长度而言套管形热管的工质所在的内外管间的环隙尺寸又较小，因而容易出现热管内外管间环隙中上升的工质蒸汽携带沿环隙壁面下降的工质液体，使得热管的下部环隙壁面出现无工质液体湿润的现象，受热面干涸，即出现热管的携带传热极限，导致热管的实际传热能力面积受限，最终使得实际传热能力受限。

实施例二。

如图1所示。

一种能提高油井出口处油温的油井结构，它包括抽油杆1和油管2，油管2在油井中的安装方式及结构与现有技术相同，如图1所示，整个油井由最外部的混凝土层8、保温层9和套管10组成，保温层9位于混凝土层8和套管10之间，油管2位于套管10中，在油管2和套管10之间留有间隙11，在间隙11中会有各种杂物（如水、油、泥土、碎石等）形成杂物层，间隙11的存在也便于油管2的维修和更换，抽油杆1的上端穿过套管、保温层和混凝土层在动力装置的带动下在油管2中上下运动从而将地层中的原油3从油管2中抽至油管2的出油口4进入输油管道中，在油管2的外部最好是设有起保护作用的保护层7，保护层7可采用常规的混凝土结构，所述的油管2由若干个重力式套管形热管5通过连接件6（可采用连接螺母或法兰）连接而成，采用螺母连接时，应在每支重力式套管形热管5的上下两端（最上和最下的可省去一端）各加工相应的外螺纹，在螺母中还应加装密封垫，所述的重力式套管形热管5由内管和外管组成，内管和外管之间为注有工质（可为适合于原油温度的热管中常用的传热效果好的介质）的真空结构，内管的内部形成供原油和抽油杆通过的原油通道，抽油杆在内管的内部上下移动带动原油从油层向出口处移动，组成油管2的部分或全部重力式套管形热管5的外表面设有保温层，如果重力式套管形热管5安装位置处的地层温度大于油温，则可不设置保温层，如果地层温度低于内管中的原油的油温，此时最好是在对应的重力式套管形热管5的外管的外表面增加保温层，从制造安装方便的角度出发，为每支重力式套管形热管5均增加保护层是不错的选择。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种提高油井出口处油温的方法，其特征是将若干支重力式套管形热管连接成一体作为油管，使原油通过各支重力式套管形热管的中心抽出油管外，在各支重力式套管形热管的密闭管壁间隙中注入工质并抽真空，每支重力式套管的下部为热管蒸发段，上部为热管冷凝段，在原油从井底处向上抽出流动的过程中，对于每支重力式套管形热管而言，下部内侧表面处于热流体区，上部内侧表面处于冷流体区，由于热管具有在较小的冷、热流体温差下就能正常工作的特性，且能把下部热原油的热量向上传递给上部的冷原油，可以使得上部的冷原油温度相比于无热管时要高，从而通过各支重力式套管形热管底端的热量逐级上传，使各支重力式套管形热管中心通过的原油不断地与管壁进行热交换从而使原油温度升高，粘度降低，不会变稠，流动性变好，最终使最靠近出油口的重力式套管形热管内的油温满足防稠的出油温度要求。

2.根据权利要求1所述的提高油井出口处油温的方法，其特征是所述的全部或部分重力式套管形热管的外表面设有保温层以防止热量向外扩散。

3.一种能提高油井出口处油温的油井结构，它包括抽油杆（1）和油管（2），抽油杆（1）在动力装置的带动下在油管（2）中上下运动从而将地层中的原油（3）从油管（2）中的下部抽至油管（2）上部的出油口（4）进入输油管道中，其特征是所述的油管（2）由若干个重力式套管形热管（5）通过连接件（6）连接而成，所述的重力式套管形热管（5）由内管和外管组成，内管和外管之间为注有工质的真空间隙结构，内管的内部形成供原油和抽油杆通过的原油通道，组成油管（2）的部分或全部重力式套管形热管（5）的表面设有保温层。

4.根据权利要求3所述的能提高油井出口处油温的油井结构，其特征是所述的连接件（6）为机械连接装置结构。

5.根据权利要求3所述的能提高油井出口处油温的油井结构，其特征是所述的油管（2）的外部设有保护层（7）。