CN103953319B - 一种同心分层点火注气管柱及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分层点火注气管柱及方法，涉及一种用于稠油开采领域的点火注气管柱和方法，该同心分层点火注气管柱包括内管柱和套设于内管柱外的外管柱，外管柱和内管柱间形成有环形空间，内管柱具有沿轴向贯通的内腔，在内腔中设置有分层注气装置，分层注气装置包括套管、第一注气通道、第二注气通道、第三注气通道和滑套，滑套沿周向与套管的内壁相接且能封堵第一注气通道的入口和第二注气通道的入口，通过调整分层注气装置中滑套的位置来控制第一注气通道及第二注气通道与注气腔的连通或隔断，实现对于注入第一油层的气体和注入第二油层的气体均采用电点火器进行点火。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于稠油开采领域的点火注气管柱和方法，特别涉及一种分层点火注气管柱及方法。
背景技术
在稠油开采领域中，分层火驱是在常规火驱的基础上，人为的将开发目的层进行分层，实现分层火驱开发，主要适用于单层厚度较小，隔夹层发育连续的薄互层稠油油藏。保证分层火驱开发效果的重点是每小层的成功点火和注气，以形成平稳的燃烧前缘，实现地下原油的顺利驱替。目前，现有的进入现场试验的分层火驱管柱只有同心双管分层注气管柱实现同心2层分注，但是由于该工艺管柱为同心管结构，因此仅内管可以实现电点火，而内管和外管之间的环形空间因空间限制，无法下入电点火器，只能采用注蒸汽预热自然点火或化学点火。由于稠油在氧化反应过程中存在着负温度梯度区，注蒸汽预热自燃点火或化学点火就目前现有技术来看，对于稠油油藏的点燃效果并不理想，上述两种点火方式均不利于建立完整的火烧前缘；同时，上述两种点火方式都需要向地层注入一定量的蒸汽，致使点火后注气管柱内残留一定量的水分，导致管柱腐蚀情况的加剧，不利于注气井的长期注气。综上所述，为减小管柱腐蚀，保证分层点火注气效果，需要一种新型同心分层点火注气工艺管柱，在分层火驱中实现注气管的内管和外管的均为电点火作业。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在上下两个油层均实现电点火的同心分层点火注气管柱及方法。
为达到上述目的，本发明提出一种同心分层点火注气管柱，包括内管柱和套设于所述内管柱外的外管柱，所述外管柱和所述内管柱间形成有环形空间，所述内管柱具有沿轴向贯通的内腔，其中，在所述内腔中设置有分层注气装置，所述分层注气装置包括：
套管，呈筒状且沿周向固接于所述内管柱的内壁上，所述套管的顶端开放，底端封闭，在所述套管的内部形成有中空的注气腔，所述内腔通过所述套管分隔成上腔室和下腔室；
第一注气通道，设置于所述套管的管壁内，其入口开设于所述套管的内壁面上并与所述注气腔相连通，其出口开设于所述套管管壁的底部并与所述下腔室相连通；
第二注气通道，沿径向贯穿所述套管管壁，其入口开设于所述套管的内壁面上并与所述注气腔相连通；
第三注气通道，沿径向贯穿所述内管柱的管壁并与所述第二注气通道和所述环形空间相连通；
滑套，呈环状，所述滑套沿周向与所述套管的内壁相接且能封堵所述第一注气通道的入口和所述第二注气通道的入口，所述滑套通过其沿所述套管轴向的移动控制所述第一注气通道与所述注气腔的连通或隔断和所述第二注气通道与所述注气腔的连通或隔断。
如上所述的同心分层点火注气管柱，其中，所述滑套通过销钉固定在所述套管的内壁上并封堵于所述第一注气通道的入口，所述第二注气通道的入口设置于所述第一注气通道的入口下方并靠近所述套管的底面。
如上所述的同心分层点火注气管柱，其中，所述外管柱具有由上至下顺序设置的上封隔器、配气装置、下封隔器和金属密封筒，所述上封隔器位于所述分层注气装置的下方，所述配气装置连通所述环形空间和油层，所述金属密封筒密封地设置于所述外管柱和所述内管柱之间。
如上所述的同心分层点火注气管柱，其中，所述上封隔器为Y211型封隔器，所述下封隔器为K361型封隔器。
如上所述的同心分层点火注气管柱，其中，所述外管柱还具有伸缩管，所述伸缩管设置于所述分层注气装置的上方。
如上所述的同心分层点火注气管柱，其中，所述内管柱的底端设置有密封柱塞，所述密封柱塞下方连接有导向头。
如上所述的同心分层点火注气管柱，其中，所述外管柱的上端连接有双管转换法兰，所述双管转换法兰的上端设置有双管悬挂器，所述内管柱的上端固接于所述双管悬挂器上。
本发明还提出一种同心分层点火注气方法，其中，所述同心分层点火方法采用如权利要求1-7所述的同心分层点火注气管柱，其包括如下步骤：
a)将外管柱下入井筒内指定位置，所述外管柱具有由上至下顺序设置的上封隔器、配气装置、下封隔器和金属密封筒，所述上封隔器位于所述分层注气装置的下方，所述配气装置连通所述环形空间和油层，所述金属密封筒密封地设置于所述外管柱和所述内管柱之间，使所述配气装置位于井下第一油层处，坐封所述上封隔器和所述下封隔器，将所述内管柱插入所述外管柱内，使所述内管柱的下端位于井下第二油层处，所述内管柱和所述外管柱之间形成所述环形空间，所述金属密封筒密封设置在所述内管柱和所述外管柱之间，将所述滑套封堵于所述第一注气通道的入口处；
b)向所述内管柱内注气，注入的空气经所述上腔室、所述注气腔、所述第二注气通道、所述第三注气通道、所述环形空间和所述配气装置进入所述第一油层，下入电点火器进行点火以点燃所述第一油层；
c)起出所述电点火器并暂停注气，调整所述滑套的位置，使所述滑套封堵于所述第二注气通道的入口处；
d)向所述内管柱内和所述外管柱内同时进行注气，注入的空气经由所述环形空间和所述配气装置进入所述第一油层，且经由所述上腔室、所述注气腔、所述第一注气通道和所述下腔室进入所述第二油层，下入电点火器进行点火以点燃第二油层。
如上所述的同心分层点火注气方法，其中，所述滑套设置于所述第一注气通道的入口处并通过销钉固定在所述套管的内壁上，所述第二注气通道的入口设置于所述第一注气通道的入口下方并靠近所述套管的底面，在步骤c中，对于所述滑套的位置的调整过程如下：向所述内管柱内投入配注堵球，使所述配注堵球封堵于所述滑套上部，调整注入压力后向所述内管柱内注气，所述销钉剪断，所述配注堵球和所述滑套下落至所述套管的底面处，所述滑套封堵所述第二注气通道的入口。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
本发明提出的同心分层点火注气管柱，通过调整分层注气装置中滑套的位置来控制第一注气通道与注气腔的连通或隔断以及第二注气通道与注气腔的连通或隔断，实现了对于注入第一油层的气体和注入第二油层的气体均可以采用电点火器进行点火，这样便克服了现有技术中对于注入环形空间内的气体无法采用电点火的技术缺陷，极大的简化了分层火驱的操作工序，节省了现场操作人员的工作强度。
本发明提出的同心分层点火注气管柱对于注入各油层的气体均采用电点火，在进行火驱的过程中各油层也更容易建立完整的火烧前缘，提高了点火作业的成功率，保证了稠油分层火驱开发的顺利实施，同时也避免了采用其他点火方式所产生的水蒸气，进一步降低了注气管柱的腐蚀。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明同心分层点火注气管柱的结构示意图；
图2为本发明的分层注气装置的结构示意图(一)；
图3为本发明的分层注气装置的结构示意图(二)。
附图标记说明：
100-内管柱；110-内腔；111-上腔室；112-下腔室；120-密封柱塞；130-导向头；200-外管柱；210-上封隔器；220-配气装置；240-金属密封筒；250-伸缩管；300-环形空间；400-分层注气装置；410-套管；411-注气腔；420-第一注气通道；421-入口；430-第二注气通道；431-入口；440-第三注气通道；450-滑套；500-配气堵球；1-第一油层；2-第二油层。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
请参考图1至图3，本发明提出的同心分层点火注气管柱包括内管柱100和套设于内管柱100外的外管柱200，外管柱200和内管柱100间形成有环形空间300，内管柱100具有沿轴向贯通的内腔110，在内腔110中设置有分层注气装置400，分层注气装置400包括：套管410、第一注气通道420、第二注气通道430、第三注气通道440和滑套450，套管410呈筒状且沿周向固接于内管柱100的内壁上，套管410的顶端开放，底端封闭，在套管410的内部形成有中空的注气腔411，内腔110通过套管410分隔成上腔室111和下腔室112；第一注气通道420设置于套管410的管壁内，第一注气通道420的入口421开设于套管410的内壁面上并与注气腔411相连通，第一注气通道420的出口开设于套管410的管壁的底部并与下腔室112相连通；第二注气通道430沿径向贯穿套管410的管壁，第二注气通道的入口431开设于套管410的内壁面上并与注气腔411相连通，第二注气通道的出口开设于套管410的外壁面上并与第三注气通道440相连通；第三注气通道440沿径向贯穿内管柱100的管壁并与第二注气通道430和环形空间300相连通；滑套450呈环状并沿周向与套管410的内壁相接，滑套450能够封堵第一注气通道420的入口421和第二注气通道430的入口431，滑套450通过其沿套管410轴向的移动控制第一注气通道420与注气腔411的连通或隔断和第二注气通道430与注气腔411的连通或隔断。在本发明中，第一注气通道420、第二注气通道430和第三注气通道440的数量可以根据实际生产的需要分别设置为一个或一个以上。
如图2所示，当滑套450封堵于第一注气通道420的入口421时，注入内管柱100的高温气体经由注气腔411、第二注气通道430和第三注气通道440进入环形空间300内，进入环形空间300后的气体再经由设置在外管柱200上的配气装置420进入至第一油层中，此时在内管柱100内下入电点火器即可将注入第一油层的气体点燃。如图3所示，调整滑套450的位置，使滑套450封堵于第二注气通道430的入口431，此时，注入内管柱100的气体经由第一注气通道420进入下腔室112，再由下腔室112进入至第二油层中，此时在内管柱100内下入电点火器即可将注入第二油层的气体点燃。由上述过程可知，通过调整分层注气装置400中滑套450的位置来控制第一注气通道420与注气腔411的连通或隔断以及第二注气通道430与注气腔411的连通或隔断，本实用新型提出的同心分层点火注气管柱实现了对于注入第一油层的气体和注入第二油层的气体均采用电点火器进行点火，这样便克服了现有技术中对于注入环形空间内的气体无法采用电点火的技术缺陷，极大的简化了分层火驱的操作工序，节省了现场操作人员的工作强度，并且由于注入各油层的气体均采用电点火，在进行火驱的过程中各油层也更容易建立完整的火烧前缘，提高了点火作业的成功率，保证了稠油分层火驱开发的顺利实施，同时也避免了采用其他点火方式所产生的水蒸气，进一步降低了注气管柱的腐蚀。
进一步的，滑套450通过销钉固定在套管410的内壁上并封堵于第一注气通道420的入口421，第二注气通道430的入口431设置于第一注气通道420的入口下方并靠近套管410的底面。当需要调整滑套450的位置从而打开第一注气通道420的入口421并封堵第二注气通道430的入口431时，从井口投入配注堵球500，配注堵球500封堵在滑套450的上部，调整注入压力，在压力的作用下销钉被剪断，配注堵球500和滑套450下落，这样第一注气通道420的入口421被打开；同时，滑套450滑至套管410的底面上并将第二注气通道430的入口431封堵住。当然，也可以采用本领域技术人员熟悉的其他方法实现对滑套450位置的调整。
在本发明中，外管柱200具有由上至下顺序设置的上封隔器210、配气装置220、下封隔器230和金属密封筒240，上封隔器210位于分层注气装置400的下方，配气装置220连通环形空间300和油层，金属密封筒240密封地设置于外管柱200和内管柱100之间。
进一步的，上封隔器210为Y211型封隔器，下封隔器230为K361型封隔器，配气装置220是筛管，当然上封隔器210、下封隔器230和配气装置220也可以采用本领域技术人员熟悉的其他形式。
进一步的，外管柱200还具有伸缩管250，伸缩管250设置于分层注气装置400的上方。
在本发明中，内管柱100的底端设置有密封柱塞120，密封柱塞120下方连接有导向头130，注入下腔室112的气体经由内管柱110的底端进入第二油层中。
在本发明中，外管柱200的上端连接有双管转换法兰，该双管转换法兰的上端设置有双管悬挂器，内管柱100的上端固接于该双管悬挂器上，从而组成了同心双管管柱。
本发明还提出了一种同心分层点火注气方法，该方法采用上述的同心分层点火注气管柱，其包括如下步骤：
a)如图1所示，将外管柱200下入井筒内指定位置，使配气装置220位于井下第一油层1处，坐封上封隔器210和下封隔器230，将内管柱100插入外管柱200内，使内管柱100的下端位于井下第二油层2处，内管柱100和外管柱200之间形成环形空间300，金属密封筒240密封地设置在内管柱100和外管柱200之间，如图3所示，将滑套450调整至第一注气通道420的入口421处并将入口421封堵住；
安装同心双管注气井口，外管柱200的上端连接有双管转换法兰，该双管转换法兰的上端设置有双管悬挂器，内管柱100的上端固接于该双管悬挂器上，从而组成了同心双管管柱；安装井口防喷器及电点火器起下装置。
b)向内管柱100内注入经电加热器加热的空气，注入的空气进入内管柱100的内腔100，并经上腔室112、注气腔411、第二注气通道430、第三注气通道440进入环形空间300，再通过配气装置220进入第一油层1，之后再相内管柱100内下入电点火器并进行点火，这样便点燃了第一油层1，实现了对第一油层的火驱；
c)起出上述电点火器并暂停注气，调整滑套450的位置，使滑套450封堵于第二注气通道430的入口431处；
d)向内管柱100内和外管柱200内同时进行注气，注入外管柱200的空气经由环形空间300通过配气装置220进入第一油层1以保证第一油层1火驱的连续性，注入内管柱100内的空气经由上腔室111、注气腔411、第一注气通道420和下腔室112进入第二油层2，相内管柱100内下入电点火器进行点火，这样便点燃了第二油层2，实现了对第二油层的火驱。待第二油层点燃后，起出电点火器，分层点火作业完成；之后向内管柱100和外管柱200持续注气，注气井完成分层火驱转驱。
进一步的，滑套450通过销钉固定在套管410的内壁上并封堵第一注气通道420的入口421，第二注气通道430的入口431设置于第一注气通道420的入口421下方并靠近套管410的底面，在步骤c中，对于滑套450的位置的调整过程如下：向内管柱100内投入配注堵球500，使配注堵球200封堵于滑套450上部，调整注入压力后向内管柱100内注气，在注气压力的作用下销钉被剪断，配注堵球500和滑套450下落，第一注气通道420的入口421被打开，滑套450滑至套管410的底面处并将第二注气通道430的入口431封堵住。
针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。
Claims (9)
1.一种同心分层点火注气管柱，包括内管柱和套设于所述内管柱外的外管柱，所述外管柱和所述内管柱间形成有环形空间，所述内管柱具有沿轴向贯通的内腔，其特征在于，在所述内腔中设置有分层注气装置，所述分层注气装置包括：
套管，呈筒状且沿周向固接于所述内管柱的内壁上，所述套管的顶端开放，底端封闭，在所述套管的内部形成有中空的注气腔，所述内腔通过所述套管分隔成上腔室和下腔室；
第一注气通道，设置于所述套管的管壁内，其入口开设于所述套管的内壁面上并与所述注气腔相连通，其出口开设于所述套管管壁的底部并与所述下腔室相连通；
第二注气通道，沿径向贯穿所述套管管壁，其入口开设于所述套管的内壁面上并与所述注气腔相连通；
第三注气通道，沿径向贯穿所述内管柱的管壁并与所述第二注气通道和所述环形空间相连通；
滑套，呈环状，所述滑套沿周向与所述套管的内壁相接且能封堵所述第一注气通道的入口和所述第二注气通道的入口，所述滑套通过其沿所述套管轴向的移动控制所述第一注气通道与所述注气腔的连通或隔断和所述第二注气通道与所述注气腔的连通或隔断。
2.如权利要求1所述的同心分层点火注气管柱，其特征在于，所述滑套通过销钉固定在所述套管的内壁上并封堵所述第一注气通道的入口，所述第二注气通道的入口设置于所述第一注气通道的入口下方并靠近所述套管的底面。
3.如权利要求1或2所述的同心分层点火注气管柱，其特征在于，所述外管柱具有由上至下顺序设置的上封隔器、配气装置、下封隔器和金属密封筒，所述上封隔器位于所述分层注气装置的下方，所述配气装置连通所述环形空间和油层，所述金属密封筒密封地设置于所述外管柱和所述内管柱之间。
4.如权利要求3所述的同心分层点火注气管柱，其特征在于，所述上封隔器为Y211型封隔器，所述下封隔器为K361型封隔器。
5.如权利要求3所述的同心分层点火注气管柱，其特征在于，所述外管柱还具有伸缩管，所述伸缩管设置于所述分层注气装置的上方。
6.如权利要求1或2所述的同心分层点火注气管柱，其特征在于，所述内管柱的底端设置有密封柱塞，所述密封柱塞下方连接有导向头。
7.如权利要求1或2所述的同心分层点火注气管柱，其特征在于，所述外管柱的上端连接有双管转换法兰，所述双管转换法兰的上端设置有双管悬挂器，所述内管柱的上端固接于所述双管悬挂器上。
8.一种同心分层点火注气方法，其特征在于，所述同心分层点火方法采用如权利要求1-7任一项所述的同心分层点火注气管柱，其包括如下步骤：
a)将外管柱下入井筒内指定位置，所述外管柱具有由上至下顺序设置的上封隔器、配气装置、下封隔器和金属密封筒，所述上封隔器位于所述分层注气装置的下方，所述配气装置连通所述环形空间和油层，所述金属密封筒密封地设置于所述外管柱和所述内管柱之间，使所述配气装置位于井下第一油层处，坐封所述上封隔器和所述下封隔器，将所述内管柱插入所述外管柱内，使所述内管柱的下端位于井下第二油层处，所述内管柱和所述外管柱之间形成所述环形空间，所述金属密封筒密封设置在所述内管柱和所述外管柱之间，将所述滑套封堵于所述第一注气通道的入口处；
b)向所述内管柱内注气，注入的空气经所述上腔室、所述注气腔、所述第二注气通道、所述第三注气通道、所述环形空间和所述配气装置进入所述第一油层，下入电点火器进行点火以点燃所述第一油层；
c)起出所述电点火器并暂停注气，调整所述滑套的位置，使所述滑套封堵于所述第二注气通道的入口处；
d)向所述内管柱内和所述外管柱内同时进行注气，注入的空气经由所述环形空间和所述配气装置进入所述第一油层，且经由所述上腔室、所述注气腔、所述第一注气通道和所述下腔室进入所述第二油层，下入电点火器进行点火以点燃第二油层。
9.如权利要求8所述的同心分层点火注气方法，其特征在于，所述滑套设置于所述第一注气通道的入口处并通过销钉固定在所述套管的内壁上，所述第二注气通道的入口设置于所述第一注气通道的入口下方并靠近所述套管的底面，在步骤c中，对于所述滑套的位置的调整过程如下：向所述内管柱内投入配注堵球，使所述配注堵球封堵于所述滑套上部，调整注入压力后向所述内管柱内注气，所述销钉剪断，所述配注堵球和所述滑套下落至所述套管的底面处，所述滑套封堵所述第二注气通道的入口。
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