CN104329069B - 火驱采油系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火驱采油系统，包括外管柱，其自下而上依次包括：第一丝堵，其用于封闭所述外管柱的下部；第一管，所述第一管的下端与所述第一丝堵相固定连接，所述第一管上开设有用于与外界相通的第一孔，在所述第一孔的上方还设置有用于将所述第一管和套管封隔的封隔器；以及内管柱，所述内管柱与第一管之间形成有环形通道，所述内管柱自下而上依次包括：第二丝堵、沉砂尾管、沉砂气锚、抽油泵、油管，在所述第二丝堵上还设置有第一泄砂阀。本发明所述火驱采油系统，能够在进一步提高防砂防气能力的同时，提高抽油泵泵效，从而提高火驱开发效果。
Description
技术领域
本发明涉及火烧油层采油领域，特别涉及一种火驱采油系统。
背景技术
火烧油层采油主要是通过用电、化学等方法使油层温度达到原油燃点，并通过注气井向油层注入空气或氧气使油层原油持续燃烧不断蔓延扩大，把原油驱向生产井的采油方法。通常所述火烧油层采油主要针对粘度高、流动性差的稠油油藏。
在所述火烧油层采油过程中，一般存在如下问题：
由于火驱注气井持续不断注入空气或氧气，所述空气或氧气与原油反应后产生大量的二氧化碳、轻烃气体、硫化氢等尾气，所述尾气通常需要通过生产井中排出，因此所述生产井通常也是排气井。随着所述火驱尾气量的逐渐增大，会使得生产井中抽油泵的充满程度降低，甚至造成气锁后，使得抽油泵停抽。
在火烧油层过程中，原本胶结的稠油油藏会因为温度的升高而被解体，当所述稠油油藏被解体后，极易出砂，而且随着开采程度的进行，出砂程度逐渐加大，严重影响了油井的正常生产，甚至有些油井因出砂严重而无法开采。
目前现场生产过程中，主要采用两种管柱，一种是具有防气功能的管柱，通过油管、防气泵、螺旋气锚的配套使用进行防气，但这种管柱不具备防砂功能。一种是具有防砂功能的防砂管柱，通过油管、抗砂泵的配套使用进行防砂，但这种管柱不具备防气功能。也就是说，现有的技术中，通常要么防砂性能好，要么防气性能好，两者难以同时兼顾。
针对上述防砂和防气功能难以兼顾的问题，中国专利说明书103498646A公开了一种实现方式，具体提供了一种火驱井防砂防气抽油装置。如图1所示，所述火驱井防砂防气抽油装置包括：抽油泵25’、沉砂式气锚24’和丝堵21’，所述抽油泵25’、沉砂式气锚24’和丝堵21’自上而下依次连接。进入井下时，所述整个火驱井防砂防气抽油装置的上端与油管26’连接后设置在套管3’内。使用时，地层的油气先从进入所述沉砂式气锚24’，实现入泵前的油气分离；再进入所述抽油泵25’。在所述沉砂式气锚24’的下端还设置有第一泄砂阀22’，用于将沉积在所述沉砂式气锚24’底部的砂粒泄除。
虽然上述装置能同时实现防气防砂的基本功能，但是所述火驱井防砂防气抽油装置仅通过沉砂式气锚24’实现防气防砂，其防气时：油气分离的效率有限，一般只有30％左右，防气效果不佳；防砂时：沉砂路径一定，沉砂能力有限，防砂效果也不佳。由于所述火驱井防砂防气抽油装置防砂防气能力有限，抽油泵经常充不满，进而降低了抽油泵的泵效，影响了火驱开发的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种火驱采油系统，具有较高的防砂防气能力，能够提高抽油泵泵效，从而提高火驱开发效果。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
一种火驱采油系统，它包括：外管柱，其自下而上依次包括：第一丝堵，其用于封闭所述外管柱的下部；第一管，所述第一管的下端与所述第一丝堵相固定连接，所述第一管上开设有用于与外界相通的第一孔，在所述第一孔的上方还设置有用于将所述第一管和套管封隔的封隔器；所述第一管自上而下包括：衬管、筛管、第一尾管，所述衬管、筛管和第一尾管依次固定连接；所述衬管为中空的油管；以及内管柱，所述内管柱与第一管之间形成有环形通道，所述内管柱自下而上依次包括：第二丝堵、沉砂气锚、抽油泵、油管，在所述第二丝堵上还设置有第一泄砂阀。
在优选的实施方式中，所述第一孔为所述筛管上的筛孔。
在优选的实施方式中，所述沉砂气锚设置有进出孔，所述筛孔高于所述沉砂气锚的进出孔。
在优选的实施方式中，所述筛管的长度为5米至10米，所述筛孔的孔径为0.2毫米至0.5毫米。
在优选的实施方式中，所述第一尾管的下端设置在距离油层下界5米至10米之间。
在优选的实施方式中，所述第一丝堵上设置有至少一个第二泄砂阀。
在优选的实施方式中，在所述沉砂气锚和所述第二丝堵之间还设置有第二尾管，所述第二尾管的长度为4米至8米。
在优选的实施方式中，所述第二丝堵距离所述第一丝堵的距离为10米至20米。
在优选的实施方式中，在所述第一尾管与筛管之间、所述衬管与所述筛管之间设置有油管短接。
在优选的实施方式中，所述第一尾管、衬管、油管的材料为含有铬元素的不锈钢。
本发明的特点和优点是：本发明所述的火驱采油系统，相对于现有技术而言，不仅能够对油气混合物多实现3次分离，油气分离的效率上升至50％以上，从而减少气体对泵效的影响；此外其还具有沉砂、挡砂、泄砂等防砂功能，不仅能够减少砂粒对泵效的影响，而且能够大大降低砂粒进入抽油泵25后，发生泵卡事故的概率。
附图说明
图1是现有技术中一种火驱井防砂防气抽油装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种火驱采油系统的结构示意图；
图3是本发明实施例中一种火驱采油系统的第二泄砂阀结构示意图；
图4是本发明实施例中一种火驱采油系统使用状态图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。
本发明一种火驱采油系统，具有较高的防砂防气能力，能够提高抽油泵泵效，从而提高火驱开发效果。所述抽油泵泵效主要体现在抽油泵的充满系数β上。所述充满系数β是指每次吸入泵内的液体的体积与活塞让出容积之比。影响所述泵效的主要因素包括：液体中的杂质，特别是气体，泵体周围的压力。其中所述液体中含有的气体等杂质越少，越容易提高泵效。
请参阅图2，为本发明所述火驱采油系统的结构示意图。所述火驱采油系统包括：外管柱1和设置在所述外管柱1内的内管柱2。所述外管柱1和所述内管柱2都设置在套管3内。
其中所述外管柱1自下而上依次包括：第一丝堵11和第一管10。其中所述第一管10包括：第一尾管12、筛管13和衬管15。所述第一丝堵11、第一尾管12、筛管13和衬管15之间都可以采用丝扣的方式连接。
所述第一丝堵11设置在所述第一尾管12的下端，用于密封所述第一尾管12的下端，以防止其发生泄漏。
所述第一尾管12的下端通过所述第一丝堵11密封，其上端与所述筛管13连接。一般情况下，所述第一尾管12和所述筛管13的孔径并不匹配，此时，可以在所述第一尾管12与所述筛管13连接的位置设置一筛管用的油管短接。所述油管短接可以实现不同管径之间的过渡连接。所述第一尾管12的下端设置在距离油层下界5米至10米之间。所述油层下界为油层的底部与地层的交界处。
所述筛管13的下端与所述第一尾管12连接，其上端与所述衬管15连接。所述筛管13的长度为5米至10米，所述筛管13上设置有筛孔130，所述筛孔130的孔径为0.2毫米至0.5毫米。在所述第一管10上开设有用于与外界相通的第一孔。当所述第一管10设置有筛管13时，所述第一孔即为所述筛管13所开设的筛孔130。
所述衬管15可为中空的油管。一般情况下，所述衬管15和所述筛管13的孔径并不匹配，此时，可以在所述衬管15与所述筛管13连接的位置也设置一筛管用的油管短接。所述油管短接可以实现不同管径之间的过渡连接。
由于在火烧油层过程中，会产生尾气，所述尾气包括：火烧油层过程中空气与原油氧化燃烧产生的二氧化碳、轻烃气体、硫化氢以及空气中的含有的氮气等混合气体。所述尾气，特别其中的硫化氢，会对管柱造成腐蚀。本发明实施例中所述第一尾管12、衬管15均采用耐腐蚀的含有铬元素的不锈钢材料。所述铬元素的含量为3％。相对于现有的普通管柱采用N80钢而言更能够抗腐蚀。
在所述衬管15与套管3的环形空间内，设置有封隔器14。通过所述封隔器14将衬管15与套管3的环形空间进行密封，使得从油层进入管柱的油气不窜入被封隔器14密封的衬管15与套管3的环形空间，进而起到保护套管3的作用。
在所述第一丝堵11上还设置有至少一个第二泄砂阀16。当所述第二泄砂阀16为多个时，所述多个时，所述多个第二泄砂阀16可在所述第一丝堵11上均匀分布。
请参阅图3，所述第二泄砂阀16包括：内阀筒163，套设在所述内阀筒163外围的外阀筒164，设置在所述内阀筒163和外阀筒164之间的弹簧162，以及通过所述弹簧162拉紧作用卡设在所述内阀筒163下端的凡尔球161。当所述第一尾管12的下端沉积了一定的砂粒后，当砂粒的重力大于所述弹簧162对凡尔球161的预紧力时，砂粒会在重力作用下，压迫所述凡尔球161向下移动，随着凡尔球161向下移动，所述第二泄砂阀16被打开，沉积的砂粒被放出，在重力作用下，沉入油层底部。当砂粒被放出后，在所述弹簧162的作用下，所述凡尔球161向上移动，重新关闭所述第二泄砂阀16。
所述第一丝堵16上可以设置螺纹孔，在所述第二泄砂阀16的外阀筒164上对应设置相应的螺纹进行配合连接。所述第一丝堵与所述第二泄砂阀16的连接方式还可以为其他方式，只需保证两者能相互连通，并能够密封固定。
所述内管柱2自下而上依次包括：第二丝堵21、沉砂气锚24、抽油泵25、油管26。在所述第二丝堵21和所述沉砂气锚24之间还可设置第二尾管23。所述第二丝堵21、第二尾管23、沉砂气锚24、抽油泵25、油管26之间的连接都可以为丝扣的方式。
所述第二丝堵21设置在所述第二尾管23的下端，用于密封所述第二尾管23的下端，以防止其发生泄漏。
在所述第二丝堵21上设置有第一泄砂阀22。所述第一泄砂阀22结构和工作原理与所述第二泄砂阀16的相同。通过设置所述第一泄砂阀22，可以将所述沉砂气锚24分离出来的砂粒沉积到第二尾管23内后，自动泄至所述第一尾管12内，从而防止所述砂粒进入所述抽油泵25，进而出现泵卡现象。
所述第二尾管23的下端通过所述第二丝堵21密封，其上端与所述沉砂气锚24相连接。所述第二尾管23长度为4米至8米的中空管柱。通过在所述沉砂气锚24的下端设置具有一定长度的第二尾管23，有利于将油气混合物中含有的砂粒在所述第二尾管23内进行沉降，防止所述砂粒进入所述抽油泵25，进而出现泵卡现象。
所述沉砂气锚24的下端与所述第二尾管23连接，其上端与所述抽油泵25连接。如图2所示，所述沉砂气锚24上设置有多个进出孔240，所述进出孔240用于为油气混合物中分离出的气体提供进口和出口。所述进出孔240的位置低于所述筛管13的筛孔130的位置，以利于油气混合物从筛管13的筛孔130进入所述沉砂气锚24进出孔240之前，能够在重力作用下，进行一次油气分离的过程。在所述沉砂气锚24内设置有螺旋片，当油气混合物经过所述螺旋片时，密度较轻的气体会沿着所述沉砂气锚24的中心从所述进出孔240中返出，而密度较中的油液则沿着所述沉砂气锚24的侧壁在重力作用下，向下移动。
所述抽油泵25的下端与所述沉砂气锚24连接，其上端与所述油管26连接。所述抽油泵25可为具有防砂功能的抽油泵。
所述油管26也可采用耐腐蚀的含有铬元素的不锈钢材料。所述铬元素的含量为3％。相对于现有的普通管柱采用N80钢而言更能够抗腐蚀。
请参阅图4，本发明实施例中一种火驱采油系统使用状态图。如图4所示，所述内管柱2与外管柱1之间形成有环形通道4。
火烧油层过程中产生的火烧尾气，包括空气与原油氧化燃烧，产生的二氧化碳、轻烃气体、硫化氢，还有空气中的含有的氮气等混合气体混着这油层中的油液进入所述火驱采油系统后，进行了如下分离过程：
第一次，油气混合物从油层进入井筒位置A后，在进入套管3和第一尾管12的环形空间B并持续向上垂直运移的过程中，由于气体密度最小上升速度快，在上升的过程中小的气泡逐渐变成大气泡，进而从所述油气混合物质分离出来。在所述油气混合物还没到达筛管13所在的位置C时，所述分离出来的气体通过所述筛管13的筛孔130从所述环形通道4排出,完成一次分离。
第二次，当所述油气混合物向上运移至筛管13所在的位置C时，原本垂直向上的油气混合物需要进入水平设置的筛孔130，此时由于速度方向发生改变，所述油气混合物在进入所述筛管13的筛孔130时，直径大于所述筛管13的筛孔130孔径的大气泡无法通过所述筛管13的筛孔130，再加上所述油气混合液进入筛管13的筛孔130是会产生撞击和扰动，使得油气混合物中的部分气体分离出来，完成二次分离。
第三次，当所述油气混合物从所述筛管13的筛孔130处进入所述环形通道4时，由于在重力作用下，油气混合液由水平运移转变为垂直向下，进入所述第二尾管23和第一尾管12的环形空间位置E。由于所述气液密度差，密度较大的液体在重力作用下向下运移，而部分密度较小的气体由小气泡聚集成大气泡从所述混合液中分离出来，从所述衬管和油管的环形空间位置D分离出来，完成三次分离。
油气混合物经三次分离后，从所述第二尾管23和第一尾管12的环形空间位置E通过所述沉砂气锚24的进出孔240进入所述沉砂气锚24的位置F。此时油气混合物的速度由原来的垂直方向变为水平方向。由于液体和气体的密度差异很大，密度较大的液体沿着所述沉砂气锚24的外侧沿着竖直方向G向下移动；密度小的气体向轴线H靠近并向上移动，通过所述沉砂气锚24的进出孔240排出，完成第四次分离。
本发明所述的火驱采油系统，相对于现有技术而言，能够使得油气混合物多进行至少3次分离，能够将所述油气混合物中的气体更好地分离出去，从而有效地减少了气体对泵效的影响。
由于所述油气混合物中一般都含有大量的砂粒，为了使得油井能够正常生产，一般都需要采取防砂措施。本发明所述的火驱采油系统还具有沉砂、挡砂、泄砂等防砂功能。
其中所述沉砂功能是指，在所述油气混合物第一次分离的过程中，密度最大的砂粒能够在所述套管3和第一尾管12的环形空间B内，向井下沉降。
所述挡砂功能是指，所述油气混合物第二次分离的过程中，当所述油气混合物向上运移至筛管13所在的位置C时，由于筛管13的作用，沙粒直径大于所述筛管13的筛孔130时，会被挡在所述套管3和第一尾管12的环形空间B内，向井下沉降。
所述泄砂功能是指，所述油气混合物在进入所述沉砂尾管24后，当沉积下来的砂粒达到一定的量时，可以利用所述第一泄砂阀22把第二尾管24内的砂粒泄入到第一尾管12中，从而可以延长检泵周期。另外所述泄到第一尾管12内的砂粒也可以通过设置在第一丝堵11上的第二泄砂阀16向井下泄出。
综上所述，本发明所述的火驱采油系统，相对于现有技术而言，不仅能够对油气混合物多实现3次分离，油气分离的效率上升至50％以上，从而减少气体对泵效的影响；此外其还具有沉砂、挡砂、泄砂等防砂功能，不仅能够减少砂粒对泵效的影响，而且能够大大降低砂粒进入抽油泵25后，发生泵卡事故的概率。总之本发明所述的火驱采油系统具有较高的防砂防气能力，能够提高抽油泵泵效，从而提高火驱开发效果。
以上所述仅为本发明的几个实施例，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种火驱采油系统，其特征在于，它包括：
外管柱，其自下而上依次包括：
第一丝堵，其用于封闭所述外管柱的下部；
第一管，所述第一管的下端与所述第一丝堵相固定连接，所述第一管上开设有用于与外界相通的第一孔，在所述第一孔的上方还设置有用于将所述第一管和套管封隔的封隔器；所述第一管自上而下包括：衬管、筛管、第一尾管，所述衬管、筛管和第一尾管依次固定连接；所述衬管为中空的油管；
以及内管柱，所述内管柱与第一管之间形成有环形通道，所述内管柱自下而上依次包括：第二丝堵、沉砂气锚、抽油泵、油管，在所述第二丝堵上还设置有第一泄砂阀。
2.如权利要求1所述的火驱采油系统，其特征在于：所述第一孔为所述筛管上的筛孔。
3.如权利要求2所述的火驱采油系统，其特征在于：所述沉砂气锚设置有进出孔，所述筛孔高于所述沉砂气锚的进出孔。
4.如权利要求2所述的火驱采油系统，其特征在于：所述筛管的长度为5米至10米，所述筛孔的孔径为0.2毫米至0.5毫米。
5.如权利要求1所述的火驱采油系统，其特征在于：所述第一尾管的下端设置在距离油层下界5米至10米之间。
6.如权利要求1所述的火驱采油系统，其特征在于：所述第一丝堵上设置有至少一个第二泄砂阀。
7.如权利要求1所述的火驱采油系统，其特征在于：在所述沉砂气锚和所述第二丝堵之间还设置有第二尾管，所述第二尾管的长度为4米至8米。
8.如权利要求1所述的火驱采油系统，其特征在于：所述第二丝堵距离所述第一丝堵的距离为10米至20米。
9.如权利要求1所述的火驱采油系统，其特征在于：在所述第一尾管与筛管之间、所述衬管与所述筛管之间设置有油管短接。
10.如权利要求1所述的火驱采油系统，其特征在于：所述第一尾管、衬管、油管的材料为含有铬元素的不锈钢。
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