CN104033138A - 稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置及方法，属于油气田工程领域，该装置主要包括地面注汽、液装置和井底注汽解堵一体化装置，所述注汽、液装置主要包括地面的超临界注汽锅炉、配液池和小排量柱塞泵；所述井底注汽解堵一体化装置包括混合流体增速入口段、壳体、撞击体以及混合流体出口段；该装置主要利用蒸汽和液体弹性模量的差异，来实现脉冲解堵与注汽功能的相互转换，解决稠油油藏注汽生产过程中降压注汽、近井解堵等问题。该装置结构简单，施工方法简便，作业费用低，可减少起下管柱次数，缩短作业时间；解堵作业时，可根据地层特点配制不同的解堵剂以进一步提高脉冲解堵效果，大幅提高稠油热采井的注汽生产效率。

Description

稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置及方法

技术领域

本发明属于油气田开发工程技术领域，具体涉及到稠油油藏注汽、解堵过程，是一种利用汽、液流体性质的不同，尤其是弹性模量的差异，实现注汽与脉冲解堵功能在不动管柱的条件下相互转化的装置及方法。

背景技术

随着稠油油藏的深入开发，新投产的油井及部分开发后期的油井中常出现注汽高压及近井地带堵塞的现象，其原因主要包括：部分油藏原始发育较差导致储层流体在地层中的流动能力较低；油藏地层胶结疏松导致地层中的固体颗粒运移；注入流体与地层流体性质的不配伍性，导致的结垢堵塞，以及由于稠油中轻质、流动性强的组分被采出而导致重质组分(胶质、沥青质)在近井带滞留等。

常规的解堵降压的方法主要包括物理和化学的方法，其中化学方法主要是针对堵塞的固体无机颗粒和重质有机组分两个方面添加高效的解堵剂来降压解堵，常见的化学解堵方法有：酸化解堵、催化降粘、乳化降黏等，其缺点是选择性差、施工复杂、费用高。而物理方法主要有水力振荡、电压液脉冲、高压水射流、超声波及压力、脉冲波振荡等。其中井下低频抽汲振动解堵装置及其使用方法(申请号201110417746.9)通过对井筒内流体挤压时形成的正压力和抽吸时形成的负压力交替作用在近井地带实现油层解堵；混气水激发的声波解堵器(申请号200610070690.3)利用气水混相通过混气水激发的声波解堵器，降低声波频率，加强空化效应，提高解堵效果。上述现有技术所存在的问题是在注汽和解堵过程中一般都是将注汽、液、解堵作业等工艺分步实施，且需多次起下管柱，增加了作业时间与成本，同时影响了注汽效率。

发明内容

针对上述问题本发明提出一种稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置及方法，该装置及方法能够实现在不动管柱的条件下，实现水力脉冲解堵、化学复合解堵及正常注汽的一体化功能。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置，包括布设在地面的注汽、液装置与布设在井底的井底注汽解堵一体化装置，所述注汽、液装置包括配液罐和超临界注汽锅炉，配液罐通过第一管线连接热采注汽井的井口，在第一管线上设置有柱塞泵，超临界注汽锅炉通过第二管线连接热采注汽井的井口；井底注汽解堵一体化装置通过隔热管柱与热采注汽井的井口相连接；所述井底注汽解堵一体化装置包括混合流体增速入口段、壳体、撞击体以及混合流体出口段，混合流体增速入口段的流体入口端与隔热管柱连接，混合流体增速入口段的流体出口端与壳体的流体入口端连接，混合流体增速入口段内的流体通道内径由入口端到出口端逐渐缩小，壳体的流体出口端与撞击体的流体入口端连接，撞击体呈锥形，撞击体的锥形端深入到壳体内部，壳体与混合流体增速入口段、撞击体连接后，其内部形成脉冲振荡腔室，撞击体的流体出口端与混合流体出口段的流体入口端连接，在混合流体出口段上设置有若干个流体排出孔，混合流体出口段对应所需注汽、解堵作业的目标油层；所述混合流体出口段包括脉冲波传播段、脉冲波和蒸汽出口段以及混合流体泄压出口段，脉冲波和蒸汽出口段设置在脉冲波传播段和混合流体泄压出口段之间，所述流体排出孔设置在脉冲波和蒸汽出口段上。

优选的，所述超临界注汽锅炉的最高注汽压力为26MPa，最高注汽温度为390℃，其出口的蒸汽干度能在0-100％之间调节；所述第一管线为耐温耐酸管线，所述第二管线为耐高温管线，在第二管线外用隔热材料包裹。

优选的，所述撞击体与壳体通过螺栓连接，在撞击体与壳体之间设置有垫片。

优选的，在壳体内壁与撞击体外壁之间设置有密封环，密封环所采用的材料为耐高温石棉橡胶板，在撞击体外壁上开设有用于放置密封环的方形凹槽。

优选的，所述混合流体增速入口段内锥角为5°～8°，所述撞击体的锥面角度为100°～110°，所述混合流体增速入口段内流体出口端的直径大于撞击体的混合流体入口端的直径。

优选的，所述壳体内部脉冲振荡腔室的直径与撞击体的流体入口端的直径之比为7～9，所述壳体内部脉冲振荡腔室的直径与撞击体的流体入口端与混合流体增速入口段的流体出口端之间的脉冲振荡腔室的长度之比为0.4～0.8，所述混合流体增速入口段的混合流体出口端的直径与撞击体的混合流体入口端的直径之比为1.5～2.5。

优选的，所述混合流体泄压出口段的末端口呈倒角布置，倒角半径为5～10mm。

优选的，所述流体排出孔为圆柱孔，圆柱孔孔径为5～8mm。

稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置的解堵作业方法，包括以下步骤：

(1)在配液罐中配制解堵剂，利用柱塞泵泵入井口，并根据需要调整超临界注汽锅炉的出口蒸汽干度，在井口处解堵剂与低干度高温蒸汽混合，形成混合液体；

(2)混合液体经隔热管柱输送至井底注汽解堵一体化装置，并经混合流体增速入口段加速后，喷入脉冲振荡腔室内；

(3)喷入脉冲振荡腔室内的高速流动的液体，一部分直接进入撞击体的流体入口，另一部分撞击在撞击体的锥面上，并在脉冲振荡腔室内形成一定厚度的剪切层而产生涡旋，而涡旋进一步在剪切层中形成一定频率的压力扰动，进而产生低频脉冲波，最后也进入撞击体的流体入口；

(4)脉冲波经撞击体的流体出口进入混合流体出口段，再经混合流体出口段上的圆柱孔喷出，作用于油层。

稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置的注汽作业方法，包括以下步骤：

(1)调整超临界注汽锅炉的出口蒸汽干度，使其保持正常注汽生产的干度运行，超临界注汽锅炉的出口蒸汽经第二管线输送至井口，再经隔热管柱输送至井底注汽解堵一体化装置；

(2)蒸汽进入井底注汽解堵一体化装置后，经混合流体增速入口段加速，进入脉冲振荡腔室内；由于蒸汽的弹性模量远小于液体的弹性模量，故在脉冲振荡腔室内削弱了脉冲振荡的发生，并不会产生脉冲蒸汽；

(3)脉冲振荡腔室内的蒸汽进入撞击体的流体入口，后经撞击体的流体出口进入混合流体出口段，再经混合流体出口段上的圆柱孔喷出，作用于油层以实现正常注汽生产。

与已有技术相比，本发明具有以下优点：

1、可以在注汽作业的同时或之前进行地层降压解堵作业，极大地节省了注汽准备时间，减少了起下管柱的次数，提高了稠油井的注汽生产效率，降低了热采成本；

2、通过调整撞击体与壳体之间垫片的厚度来调节腔室的大小，通过调节工作介质中水蒸汽与液体的比例来调整稠油油藏注汽与解堵功能的转化；

3、配液罐中配制解堵剂经管柱进入井底注汽解堵一体化装置，经混合流体增速入口段加速后，喷入脉冲振荡腔室内，在脉冲振荡腔室内形成涡旋，并进一步产生一定频率的压力扰动，周而复始，进而在混合流体出口段的圆柱孔喷出一定频率的脉冲波，解堵剂以脉冲波的形式作用于目标油层，可进一步增强解堵效果；

4、由于振荡腔体对其中工作介质的要求不同，当工作介质以水蒸汽为主时，腔体与撞击面可以对水蒸汽起到进一步的空化和均质作用，从而提高装置出口高温蒸汽的均匀性；

5、利用超临界注汽锅炉能调节蒸汽干度的特点，将不同的化学解堵剂配合一定干度蒸汽以液体工作介质的形式注入井口，产生的高温液体对地层的伤害较小。

附图说明

图1是稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置的整体结构示意图；

图2是井底注汽解堵一体化装置的结构示意图；

图3是混合流体增速入口段的结构示意图；

图4是壳体的结构示意图；

图5是撞击体的结构示意图；

图6是混合流体出口段的结构示意图；

图7是井底注汽解堵一体化装置的简化图，主要示出混合流体流动通道。

图中：1.配液罐，2.耐温耐酸管线，3.小排量柱塞泵，4.热采注汽井的井口，5.耐高温管线，6.超临界注汽锅炉，7.水泥环，8.表层套管，9.油泥套管，10.隔热管柱，11.射孔孔眼，12.油层，13.井底注汽解堵一体化装置，14.混合流体增速入口段，15.壳体，16.撞击体，17，密封环，18.垫片，19.标准螺栓，20.混合流体出口段，21.混合流体增速入口段的流体入口端，22.混合流体增速入口段的流体出口端，23.壳体的流体入口端，24.撞击体的流体入口端，25.方形凹槽，26.撞击体的流体出口端，27.混合流体出口段的流体入口端，28.圆柱孔，29.混合流体出口段的流体出口端，30.混合流体增速入口段的流体入口段，31.混合流体增速入口段的流体加速段，32.脉冲振荡腔室，33.脉冲波传播段，34.脉冲波和蒸汽出口端，35.混合流体出口段的混合流体泄压出口段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明，但本发明不限于下列的实施例。

如图所示，一种稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置，包括布设在地面的注汽、液装置与布设在井底的用于实现注汽与解堵功能相互转换的井底注汽解堵一体化装置13。注汽、液装置包括配液罐1和超临界注汽锅炉6，配液罐1通过耐温耐酸管线2连接热采注汽井的井口4，在耐温耐酸管线2上设置有小排量柱塞泵3。配液罐1、小排量柱塞泵3和耐温耐酸管线2都能够满足耐酸、耐温(100℃)要求。超临界注汽锅炉6的最高注汽压力可达26MPa，最高注汽温度可达390℃，其出口的蒸汽干度可在0-100％之间调节。超临界注汽锅炉6通过耐高温管线5连接热采注汽井的井口4，耐高温管线5的外侧用隔热材料包裹。热采注汽井的井口4主要用于连接地面设备和井下工具，其通过隔热管柱10与井底注汽解堵一体化装置13连接。隔热管柱10具有较好的隔热、保温和保持注入蒸汽干度的效果，是工作介质进入井底注汽解堵一体化装置13的主要通道，在隔热管柱10的外侧设置有油泥套管9，在油泥套管9的外侧设置有表层套管8，在表层套管8的上部外侧设置有水泥环7。井底注汽解堵一体化装置13包括混合流体增速入口段14、壳体15、撞击体16以及混合流体出口段20。混合流体增速入口段的流体入口端21与隔热管柱10的尾端连接，混合流体增速入口段的流体出口端22与壳体的流体入口端23连接。混合流体增速入口段14包括混合流体增速入口段的流体入口段30与混合流体增速入口段的混合流体加速段31，混合流体增速入口段的混合流体加速段31内的流体通道内径由入口端到出口端逐渐缩小。壳体的流体出口端与撞击体的流体入口端24连接，撞击体16呈锥形，撞击体16的锥形端深入到壳体内部，壳体与混合流体增速入口段、撞击体连接后，其内部形成脉冲振荡腔室32，用于产生脉冲振荡液体。撞击体的流体出口端26与混合流体出口段的流体入口端27连接。混合流体出口段20包括脉冲波传播段33、脉冲波和蒸汽出口段34以及混合流体泄压出口段35，脉冲波和蒸汽出口段34设置在脉冲波传播段和混合流体泄压出口段之间。混合流体出口段的流体入口端27设置在脉冲波传播段33的端部，在脉冲波和蒸汽出口段上设置有若干个圆柱孔28，用以传递水力脉冲波或高温蒸汽，圆柱孔28的孔径为5～8mm。混合流体泄压出口段的末端设置为混合流体出口段的流体出口端29，该出口端呈倒角布置，倒角半径为5～10mm，能够实现对剩余液体的泄压功能，防止剩余液体冲击地层。混合流体出口段20对应所需注汽、解堵作业的目标油层12。

上述隔热管柱10与混合流体增速入口段14之间通过连接件进行螺纹连接，混合流体出口段20与撞击体16直接进行螺纹连接。撞击体16与壳体15之间通过标准螺栓19连接，在撞击体16与壳体15的连接面之间设置有垫片18，通过添加不同厚度的垫片，可调整脉冲振荡腔室32的大小。为了增强脉冲振荡腔室32的密封效果，在壳体内壁与撞击体外壁之间设置有密封环17，密封环17所采用的材料为耐高温石棉橡胶板，在撞击体外壁上开设有用于放置密封环17的方形凹槽25。

进一步的，所述混合流体增速入口段内锥角为5°～8°，所述撞击体的锥面角度为100°～110°，所述混合流体增速入口段内流体出口端的直径大于撞击体的混合流体入口端的直径。所述壳体内部脉冲振荡腔室的直径与撞击体的流体入口端的直径之比为7～9，所述壳体内部脉冲振荡腔室的直径与撞击体的流体入口端与混合流体增速入口段的流体出口端之间的脉冲振荡腔室的长度之比为0.4～0.8，所述混合流体增速入口段的混合流体出口端的直径与撞击体的混合流体入口端的直径之比为1.5～2.5。以上设置所产生的脉冲频率对于地层解堵是有益的。

进一步的，上述混合流体出口段20可设置成不同的长度规格，具体可根据所需注汽、解堵作业的目标油层12的厚度进行选择。混合流体增速入口段14的接口尺寸可以根据不同的隔热管柱10的直径进行更换。上述装置所使用的金属材料为304不锈钢。

下面对上述稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置的施工作业方法进行说明。

解堵过程是通过以下步骤来实现的：

(1)将井底注汽解堵一体化装置13与隔热管柱10螺纹连接，并下入井内，至需解堵油层12上部；

(2)将配液池1与小排量柱塞泵3相连接，并与超临界注汽锅炉6分别连接在热采注汽井井口4的四通上；

(3)在考虑无干度蒸汽流量的条件下，在配液池1中配制解堵剂，利用小排量柱塞泵3泵入热采注汽井井口4；

(4)调整超临界注汽锅炉6的出口蒸汽干度，使其保持无干度运行；

(5)当混合液体进入井底注汽解堵一体化装置13后，液体经混合流体增速入口段14加速后，进入脉冲振荡腔室32内；

(6)高速流动的液体能够带动脉冲振荡腔室32内高速流体周围的静止流体，并发生动量交换，形成一定厚度的剪切层而产生涡旋，而涡旋进一步在剪切层中形成一定频率的压力扰动；如此反复，在脉冲波和蒸汽出口端34产生一定脉冲频率的脉冲波。

(7)所形成的低频脉冲波在脉冲振荡腔室32直径D与撞击体16顶部的流体入口端24直径d₂之比为D/d₂＝7～9，脉冲振荡腔室32直径D与长度L之比为D/L＝0.4～0.8，撞击体16顶部的流体入口端24的直径d₂与混合流体增速入口段14的流体出口端22的直径d₁之比为d₂/d₁＝1.5～2.5之间时所产生的脉冲频率对于地层解堵是有益的。

通过井底注汽解堵一体化装置所产生的低频水力脉冲波，当工作介质为液体时，液体通过在脉冲振荡腔室32内产生的低频水力脉冲波，可以与常规的化学解堵技术协同作用，将解堵剂作为工作介质带入油层的深部而起到对稠油油藏的有机和无机垢的解堵作用。

解堵后不需对装置进行变动，可直接进行注汽生产，注汽过程是通过以下步骤来实现的：

(1)调整超临界注汽锅炉6的出口蒸汽干度，使其保持正常注汽生产的干度运行；

(2)当蒸汽进入井底注汽解堵一体化装置13后，水蒸汽经混合流体增速入口段14加速后，进入脉冲振荡腔室32内；

(3)由于水蒸汽的弹性模量远小于水溶液的弹性模量，故在脉冲振荡腔室32内极大的削弱了脉冲振荡的发生，在脉冲波和蒸汽出口端34检测不到脉冲蒸汽的产生而实现正常注汽生产。

利用井底注汽解堵一体化装置13进行注汽作业，当工作介质为正常注汽干度的水蒸汽时，水蒸汽通过在腔体内，由于水蒸汽的弹性模量远小于水溶液的弹性模量，其在腔室中相当于“流阻”而极大削弱了脉冲波的产生，在脉冲波和蒸汽出口端34检测不到脉冲蒸汽的产生而实现正常注汽生产；通过调节工作介质中水蒸汽的干度即可实现注汽与解堵功能的相互转换。

Claims (10)

1.稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置，其特征在于：包括布设在地面的注汽、液装置与布设在井底的井底注汽解堵一体化装置，所述注汽、液装置包括配液罐和超临界注汽锅炉，配液罐通过第一管线连接热采注汽井的井口，在第一管线上设置有柱塞泵，超临界注汽锅炉通过第二管线连接热采注汽井的井口；井底注汽解堵一体化装置通过隔热管柱与热采注汽井的井口相连接；所述井底注汽解堵一体化装置包括混合流体增速入口段、壳体、撞击体以及混合流体出口段，混合流体增速入口段的流体入口端与隔热管柱连接，混合流体增速入口段的流体出口端与壳体的流体入口端连接，混合流体增速入口段内的流体通道内径由入口端到出口端逐渐缩小，壳体的流体出口端与撞击体的流体入口端连接，撞击体呈锥形，撞击体的锥形端深入到壳体内部，壳体与混合流体增速入口段、撞击体连接后，其内部形成脉冲振荡腔室，撞击体的流体出口端与混合流体出口段的流体入口端连接，在混合流体出口段上设置有若干个流体排出孔，混合流体出口段对应所需注汽、解堵作业的目标油层；所述混合流体出口段包括脉冲波传播段、脉冲波和蒸汽出口段以及混合流体泄压出口段，脉冲波和蒸汽出口段设置在脉冲波传播段和混合流体泄压出口段之间，所述流体排出孔设置在脉冲波和蒸汽出口段上。

2.根据权利要求1所述的稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置，其特征在于：所述超临界注汽锅炉的最高注汽压力为26MPa，最高注汽温度为390℃，其出口的蒸汽干度能在0-100％之间调节；所述第一管线为耐温耐酸管线，所述第二管线为耐高温管线，在第二管线外用隔热材料包裹。

3.根据权利要求1所述的稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置，其特征在于：所述撞击体与壳体通过螺栓连接，在撞击体与壳体之间设置有垫片。

4.根据权利要求1或3所述的稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置，其特征在于：在壳体内壁与撞击体外壁之间设置有密封环，密封环所采用的材料为耐高温石棉橡胶板，在撞击体外壁上开设有用于放置密封环的方形凹槽。

5.根据权利要求1所述的稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置，其特征在于：所述混合流体增速入口段内锥角为5°～8°，所述撞击体的锥面角度为100°～110°，所述混合流体增速入口段内流体出口端的直径大于撞击体的混合流体入口端的直径。

6.根据权利要求1所述的稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置，其特征在于：所述壳体内部脉冲振荡腔室的直径与撞击体的流体入口端的直径之比为7～9，所述壳体内部脉冲振荡腔室的直径与撞击体的流体入口端与混合流体增速入口段的流体出口端之间的脉冲振荡腔室的长度之比为0.4～0.8，所述混合流体增速入口段的混合流体出口端的直径与撞击体的混合流体入口端的直径之比为1.5～2.5。

7.根据权利要求1所述的稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置，其特征在于：所述混合流体泄压出口段的末端口呈倒角布置，倒角半径为5～10mm。

8.根据权利要求1或7所述的稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置，其特征在于：所述流体排出孔为圆柱孔，圆柱孔孔径为5～8mm。

9.稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置的解堵作业方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在配液罐中配制解堵剂，利用柱塞泵泵入井口，并根据需要调整超临界注汽锅炉的出口蒸汽干度，在井口处解堵剂与低干度高温蒸汽混合，形成混合液体；

(2)混合液体经隔热管柱输送至井底注汽解堵一体化装置，并经混合流体增速入口段加速后，喷入脉冲振荡腔室内；

(3)喷入脉冲振荡腔室内的高速流动的液体，一部分直接进入撞击体的流体入口，另一部分撞击在撞击体的锥面上，并在脉冲振荡腔室内形成一定厚度的剪切层而产生涡旋，而涡旋进一步在剪切层中形成一定频率的压力扰动，进而产生低频脉冲波，最后也进入撞击体的流体入口；

(4)脉冲波经撞击体的流体出口进入混合流体出口段，再经混合流体出口段上的圆柱孔喷出，作用于油层。

10.稠油油藏不动管柱注汽波动-化学解堵一体化装置的注汽作业方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)调整超临界注汽锅炉的出口蒸汽干度，使其保持正常注汽生产的干度运行，超临界注汽锅炉的出口蒸汽经第二管线输送至井口，再经隔热管柱输送至井底注汽解堵一体化装置；

(2)蒸汽进入井底注汽解堵一体化装置后，经混合流体增速入口段加速，进入脉冲振荡腔室内；由于蒸汽的弹性模量远小于液体的弹性模量，故在脉冲振荡腔室内削弱了脉冲振荡的发生，并不会产生脉冲蒸汽；

(3)脉冲振荡腔室内的蒸汽进入撞击体的流体入口，后经撞击体的流体出口进入混合流体出口段，再经混合流体出口段上的圆柱孔喷出，作用于油层以实现正常注汽生产。