CN104314543A - 用于降低热损失的井筒以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于降低热损失的井筒，它包括套管、穿设在套管内的油管，套管和油管自地面伸入油层中，其特征在于：套管和油管之间形成环形空间，井筒还包括设置在地面上方的井口件，井口件具有用于与油管相连通的第一流道以及用于与环形空间相连通的第二流道，第一流道与第二流道相隔离，井筒还包括设置在油层上方且位于环形空间内的封隔器以及设置在封隔器上方的汽水分离装置，汽水分离装置具有用于分离出饱和水的第一分离口以及用于分离出干蒸汽的第二分离口，第一分离口与环形空间相连通，第二分离口用于与油层相连通。本发明采用以上方法以及结构，利用饱和水能量抵消井筒热能损失，从而保护井筒内蒸汽能量，提高注汽质量及井底蒸汽干度。
Description
技术领域
本发明属于一种油田注汽技术和采油工艺技术，特别涉及一种降低热损失的井筒以及方法。
背景技术
在热力开采稠油的过程中，普遍存在井筒热量损失的问题，这是因为注汽蒸汽是具有一定能量的湿饱和蒸汽，注汽蒸汽到达井口干度一般70％左右，温度为350℃左右，而地层温度一般在100℃左右。高温物体注汽蒸汽必然会向低温物体地层传热，注汽蒸汽的热量即存在损失，其结果一方面造成注入井筒的蒸汽干度下降，湿蒸汽中含水增加，导致到达井底蒸汽携带能量降低，不能有效的驱替原油，从而降低了蒸汽的热利用率，另一方面随着注汽次数和时间的增加，套管长期处于高温高压状态而发生损坏。
根据井筒传热基本理论，降低井筒热损失的关键是如何减少井筒总传热系数，即增大总热阻。由于油井井筒结构的特殊性，使注汽井井筒的传热过程更加复杂，造成井筒热损失的因素也是多方面的。例如，井筒结构、油管套管的材质，固井的方式及质量，油套环空介质的充满状态等。在众多的影响因素中，井筒隔热效果直接影响井底蒸汽干度，井底蒸汽干度又是热采的关键参数，井底蒸汽干度因此是众多因素中最有效的因素。因此只有改善井筒隔热系统的隔热效果才能有效可行的降低注汽井筒热损失。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供了一种降低热损失的井筒以及方法，其能够降低井筒的热损失，以提高井筒的开采效率。
本发明的具体技术方案是：
一种用于降低热损失的井筒，它包括套管、穿设在所述套管内的油管，所述套管和所述油管自地面伸入油层中，其特征在于：所述套管和所述油管之间形成环形空间，所述井筒还包括设置在地面上方的井口件，所述井口件具有用于与所述油管相连通的第一流道以及用于与所述环形空间相连通的第二流道，所述第一流道与所述第二流道相隔离，所述井筒还包括设置在油层上方且位于所述环形空间内的封隔器以及设置在所述封隔器上方的汽水分离装置，所述汽水分离装置具有用于分离出饱和水的第一分离口以及用于分离出干蒸汽的第二分离口，所述第一分离口与所述环形空间相连通，所述第二分离口用于与油层相连通。
优选地，所述汽水分离装置包括自上而下连通的旋流分离室和扩容分离室，所述旋流分离室内设有旋流分离片以实现汽水的旋流分离；所述扩容分离室的横截面直径大于所述旋流分离室以实现汽水的扩容分离；在所述扩容分离室内还设置有一中心管，所述中心管具有与所述旋流分离室相对的通道，所述扩容分离室的下部与所述第一分离口相连通。
优选地，所述中心管的通道与第二分离口相连通。
优选地，所述中心管的外壁上设置有沿其自身径向延伸的阻隔分离片以实现汽水的阻隔分离，所述第一分离口位于所述阻隔分离片的下方。
优选地，在所述阻隔分离片的下方还设置有与所述扩容分离室相连通的集水室，所述第一分离口开设在所述集水室的底部。
优选地，所述阻隔分离片由中心向外逐渐向下倾斜。
优选地，所述第一流道和所述第二流道相平行。
本发明还公开了一种降低井筒热损失的注汽方法，其特征在于，它包括以下步骤：
向井筒内注入蒸汽；
对注入井筒内的蒸汽进行汽水分离以得到饱和水和干蒸汽；
将汽水分离后得到的饱和水引入套管与油管之间的环形空间中，以使得饱和水对油管进行保温；
将汽水分离后得到的干蒸汽引入油层中。
优选地，它还包括以下步骤：将进入环形空间的饱和水反排至地面，并从井口导出。
本发明采用以上方法以及结构，利用饱和水能量抵消井筒热能损失，从而保护井筒内蒸汽能量，提高注汽质量及井底蒸汽干度。
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显示了本发明中井筒的结构示意图。
图2显示了本发明中汽水分离装置的结构示意图。
以上附图的附图标记：1、井口件；11、第一流道；12、第二流道；2、油管；3、汽水分离装置；31、第一分离口；32、第二分离口；4、封隔器；5、环形空间；6、套管；10、地面；20、地层；30、油层；33、旋流分离室；331、旋流分离片；34、扩容分离室；35、中心管；351、通道；36、阻隔分离片；37、集水室。
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。
参照图1所示，本发明公开了一种用于降低热损失的井筒，它包括套管6、穿设在所述套管6内的油管2，所述套管6和所述油管2自地面10进入地层20，再从地层20伸入油层30中，所述套管6和所述油管2之间形成环形空间5，所述井筒还包括设置在地面10上方的井口件1，所述井口件1具有用于与所述油管2相连通的第一流道11以及用于与所述环形空间5相连通的第二流道12，第一流道11与第二流道12相隔离，所述井筒还包括设置在油层30上方且位于所述环形空间5内的封隔器4以及设置在所述封隔器4上方的汽水分离装置3，所述汽水分离装置3具有第一分离口31以及第二分离口32，所述第一分离口31与所述环形空间5相连通。
具体的，套管6是用于支撑油、气井井壁的管柱，以保证钻井过程进行和完井后整个油井的正常运行。油管2是用于注汽和开采的管柱。油管2穿设在套管6中，套管6和油管2之间形成环形空间5。油管2和套管6的上端穿出地面10，油管2和套管6的下端自地面10伸入地下并延伸至油层30中。
井口件1位于地面10上，且设置在油管2和套管6的上端。井口件1的第一流道11与油管2相连通以向油管2内注入蒸汽。井口件1的第二流道12与环形空间5相连通，以将饱和水从第二流道12向外排出。第一流道11和第二流道12相隔离以确保注入的蒸汽和饱和水不会混合。
封隔器4套设在油管2和套管6之间。封隔器4位于油层30的上方，以用于将油层30进行隔绝。
在封隔器4的上方还设置有汽水分离装置3，以用于将注入的蒸汽进行分离得到饱和水和干蒸汽。汽水分离装置3具有分离出饱和水的第一分离口31以及分离出干蒸汽的第二分离口32。第一分离口31与环形空间5相连通，以将分离出的饱和水导入环形空间5内。第二分离口与油层相连通，以将分离出的干蒸汽注入油层中。
汽水分离装置3将注入所述油管2中的蒸汽进行汽水分离，并将分离出的饱和水自第一分离口31排向环形空间5。进入环形空间5内的饱和水再从井口件1的第二流道12导出地面10。在此过程中，分离出的饱和水在油管2外，对油管2进行保温，以减少井筒的温度散失，进而降低井筒的热损失。
参照图2所示，汽水分离装置3包括自上而下连通的旋流分离室33和扩容分离室34，所述旋流分离室33内设有旋流分离片331以实现汽水的旋流分离。旋流分离片331呈锯齿状排布，以能对蒸汽产生多次反复撞击作用。所述扩容分离室34的横截面直径大于所述旋流分离室33以实现汽水的扩容分离；在所述扩容分离室34内还设置有一中心管35，所述中心管35具有与所述旋流分离室33相对的通道351，所述中心管35的通道351与第二分离口32相连通，以将经过分离的干蒸汽排入油层30。所述扩容分离室34的下部与所述第一分离口31相连通，以将经过分离的饱和水排入环形空间5。
湿饱和蒸汽从旋流分离室33进入所述汽水分离装置3中。由于旋流分离室33设有旋流分离片331，环状流的饱和蒸汽在旋流分离片331的作用下瞬间改变流动方向，产生强行旋流。由于所述饱和蒸汽和水的比重不同，在旋流时会产生不同离心力，比重较大的水会甩离中心轴线，而比重较小的蒸汽沿着轴线向下流动，从而实现汽水快速分离。经过汽水分离后，在重力作用下，分离出的饱和水沿着旋流分离室33壁流下，流经扩容分离室34。
从旋流分离室33分离后的干蒸汽进入扩容分离室34内。扩容分离室34的容积要远大于旋流分离室33的容积。随着容积瞬间的增大，使蒸汽压力迅速下降。压力的突变使得蒸汽和水产生不同的流速。在所述不同流速作用下，蒸汽和水与器壁产生冲击摩擦，蒸汽和水会产生不同的离心力，比重较大的水会在和器壁产生摩擦后沿着器壁流下，比重较小的蒸汽则继续下行，从而实现汽水快速分离。所述汽水分离出的水在重力作用下沿着扩容分离室34壁流下，最终流到第一分离口31。分离出的一部分饱和蒸汽进入中心管35，自中心管35从第二分离口32进入油管2，进行注汽。
在一个优选的实施方式中，所述中心管35的外壁上设置有沿其自身径向延伸的阻隔分离片36以实现汽水的阻隔分离，所述第一分离口31位于所述阻隔分离片36的下方。除了直接流向中心管35的蒸汽外，还有部分扩容分离室34内的蒸汽流向阻隔分离片36，这部分蒸汽急速冲向阻隔分离片36后再急速转向。由于饱和蒸汽和所具有不同的比重，饱和蒸汽和水在急速转向后运动轨迹就不同。比重较大的水会沿着阻隔分离片36向下运动；比重较小的蒸汽会在撞击阻隔分离片36后反弹回去，蒸汽和水就进一步实现了汽水分离。
更进一步的，在所述阻隔分离片36的下方还设置有与所述扩容分离室34相连通的集水室37，所述第一分离口31开设在所述集水室37上。集水室37能够对产生的饱和水进行收集，并向环形空间5中导入流速较为稳定的饱和水。所述阻隔分离片36由中心向外逐渐向下倾斜，向下倾斜的阻隔分离片36能够更加利于饱和水自阻隔分离片36向第一分离口31流动。
本发明还公开了一种降低井筒热损失的注汽方法，它包括以下步骤：
向井筒内注入蒸汽；
对注入井筒内的蒸汽进行汽水分离以得到饱和水和干蒸汽；
将汽水分离后得到的饱和水引入套管6与油管2之间的环形空间5中，以使得饱和水对油管2进行保温；
将汽水分离后得到的干蒸汽引入油层30中；
将进入环形空间5的饱和水反排至地面10，并从井口导出。
压力为17.5Mpa、温度353℃的高温高压蒸汽自第一流道11进入油管2中，进入汽水分离装置3进行汽水分离。汽水分离装置3通过第二分离口32分离出的干蒸汽沿着油管2进入油层30进行注汽，汽水分离装置3通过第一分离口31分离的压力为17.5Mpa，温度为353℃的饱和水沿着环形空间5反排到地面10，并从第二流道12导出地面10。在此过程中，分离出的饱和水在油管2外，对油管2进行保温，以减少井筒的温度散失，进而降低井筒的热损失。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于降低热损失的井筒，它包括套管、穿设在所述套管内的油管，所述套管和所述油管自地面伸入油层中，其特征在于：所述套管和所述油管之间形成环形空间，所述井筒还包括设置在地面上方的井口件，所述井口件具有用于与所述油管相连通的第一流道以及用于与所述环形空间相连通的第二流道，所述第一流道与所述第二流道相隔离，所述井筒还包括设置在油层上方且位于所述环形空间内的封隔器以及设置在所述封隔器上方的汽水分离装置，所述汽水分离装置具有用于分离出饱和水的第一分离口以及用于分离出干蒸汽的第二分离口，所述第一分离口与所述环形空间相连通，所述第二分离口用于与油层相连通。
2.根据权利要求1所述的井筒，其特征在于：所述汽水分离装置包括自上而下连通的旋流分离室和扩容分离室，所述旋流分离室内设有旋流分离片以实现汽水的旋流分离；所述扩容分离室的横截面直径大于所述旋流分离室以实现汽水的扩容分离；在所述扩容分离室内还设置有一中心管，所述中心管具有与所述旋流分离室相对的通道，所述扩容分离室的下部与所述第一分离口相连通。
3.根据权利要求2所述的井筒，其特征在于：所述中心管的通道与第二分离口相连通。
4.根据权利要求2所述的井筒，其特征在于：所述中心管的外壁上设置有沿其自身径向延伸的阻隔分离片以实现汽水的阻隔分离，所述第一分离口位于所述阻隔分离片的下方。
5.根据权利要求4所述的井筒，其特征在于：在所述阻隔分离片的下方还设置有与所述扩容分离室相连通的集水室，所述第一分离口开设在所述集水室的底部。
6.根据权利要求4所述的井筒，其特征在于：所述阻隔分离片由中心向外逐渐向下倾斜。
7.根据权利要求1所述的井筒，其特征在于：所述第一流道和所述第二流道相平行。
8.一种降低井筒热损失的注汽方法，其特征在于，它包括以下步骤：
向井筒内注入蒸汽；
对注入井筒内的蒸汽进行汽水分离以得到饱和水和干蒸汽；
将汽水分离后得到的饱和水引入套管与油管之间的环形空间中，以使得饱和水对油管进行保温；
将汽水分离后得到的干蒸汽引入油层中。
9.根据权利要求8所述的降低井筒热损失的注汽方法，其特征在于，它还包括以下步骤：将进入环形空间的饱和水反排至地面，并从井口导出。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |