CN104373096A - 电汽一体化注汽系统及其注汽方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电汽一体化注汽系统及其注汽方法，该电汽一体化注汽系统包括：注汽设备，用于向油井注入湿饱和蒸汽；以及，交流供电的电加热设备，其包括：井下油管；位于所述井下油管内的空心抽油杆；以及，穿过所述空心抽油杆深入所述油井下部的发热电缆；所述发热电缆的下端与所述井下油管下部相连。本发明将注汽和电加热相结合，对注汽设备输出的湿饱和蒸汽进行电加热，由于湿饱和蒸汽在油管内部通过，故产生的热量，被湿饱和蒸汽流带走，从而提高湿饱和蒸汽焓值，提高了注入油井内的湿饱和蒸汽携带的热能，使到达井底的湿饱和蒸汽的干度较常规注汽技术有所提高，从而有利于提高蒸汽波及面积，因而提高了稠油采收率。

Description

电汽一体化注汽系统及其注汽方法

技术领域

本发明涉及稠油热采注技术，尤其是涉及一种电汽一体化注汽系统及其注汽方法。

背景技术

蒸汽驱、蒸汽吞吐和SAGD(蒸汽辅助重力泄油)是目前稠油开采的主体工艺。油田应用最广泛的注蒸汽设备为湿蒸器发生器，将水转化为干度为75的湿饱和蒸汽，注入井下，对油层进行加热，降低原油粘度，从而提高采收率。但是，注蒸汽热采技术存在如下不足：即地面和井筒热损失，据统计热损失高达20％-30％，蒸汽到达井底干度不足50％。严重影响蒸汽波及面积，而且饱和水对地层原油开采无益，且增加原油开采成本。

注采井电加热是一项利用地面电能在注采井进行电加热的提高原油采收率技术。油井电加热理论和技术源于20世纪50年代，20世纪80年代开始进行了大量的先导试验，并取得了油井集中式电阻加热的初步成功，电加热激励后原油产量提高了2-4倍左右。但是，单纯电加热受国内电缆制作工艺及油井尺寸限制，无法达到设计要求。

因此，现有稠油热采注技术的稠油采收率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电汽一体化注汽系统及其注汽方法，以提高稠油采收率。

为达到上述目的，一方面，本发明提供了一种电汽一体化注汽系统，包括：

注汽设备，用于向油井注入湿饱和蒸汽；以及，

交流供电的电加热设备，其包括：

位于井下油管内的空心抽油杆；以及，

穿过所述空心抽油杆深入所述油井下部的发热电缆；

所述发热电缆的下端与所述井下油管下部相连。

本发明的电汽一体化注汽系统，该系统还包括风电设备，其包括：

风力发电机，用于将风能转变成三相工频交流电；

储能设备，用于将所述三相工频交流电转变成直流电储存；

逆变器，用于将所述储能设备储存的直流电转变成单相中频交流电为所述电加热设备供电。

本发明的电汽一体化注汽系统，所述发热电缆的下端通过回路接头与所述井下油管下部的内壁相连。

本发明的电汽一体化注汽系统，所述电加热设备还包括：

传感器组，用于检测井下油管内湿饱和蒸汽的压力、温度、干度和流量；

能量控制单元，其串接于所述储能设备和所述逆变器之间；

PLC控制器，用于根据所述压力、温度、干度和流量控制所述能量控制单元的工作状态。

本发明的电汽一体化注汽系统，所述注汽设备包括依次相连的给水装置、注汽锅炉和输汽管线，所述输汽管线与所述油井的井口密封连接。

本发明的电汽一体化注汽系统，所述井下油管的外部套有套管，所述井下油管和所述套管之间形成有间隙，所述间隙内设有用于阻断流体的封隔器。

另一方面，本发明的还提供了一种上述电汽一体化注汽系统的注汽方法，包括以下步骤：

将注汽设备输出的湿饱和蒸汽通过井口注入油井；

开启所述电加热设备对注入所述油井内的湿饱和蒸汽进行加热。

本发明的注汽方法，所述电加热设备由风电设备供电。

本发明的注汽方法，所述风电设备包括：

风力发电机，用于将风能转变成三相工频交流电；

储能设备，用于将所述三相工频交流电转变成直流电储存；

逆变器，用于将所述储能设备储存的直流电转变成单相中频交流电为所述电加热设备供电。

本发明的注汽方法，所述风电设备还包括：

传感器组，用于检测井下油管内湿饱和蒸汽的压力、温度、干度和流量；

能量控制单元，其串接于所述储能设备和所述逆变器之间；

PLC控制器，用于根据所述压力、温度、干度和流量控制所述能量控制单元的工作状态。

本发明将注汽和电加热相结合，对注汽设备输出的湿饱和蒸汽进行电加热，由于湿饱和蒸汽在油管内部通过，故产生的热量，被湿饱和蒸汽流带走，从而提高湿饱和蒸汽焓值，提高了注入油井内的湿饱和蒸汽携带的热能，使到达井底的湿饱和蒸汽的干度较常规注汽技术有所提高，从而有利于提高蒸汽波及面积，因而提高了稠油采收率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的电汽一体化注汽系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

参考图1所示，本发明实施例的电汽一体化注汽系统主要包括注汽设备和交流供电的电加热设备。其中：

注汽设备，用于向油井注入湿饱和蒸汽，其包括依次相连的给水装置4、注汽锅炉5和输汽管线6，输汽管线6与油井的井口7密封连接。

电加热设备，用于对注汽设备注入油井内的湿饱和蒸汽进行加热，其包括：

井下油管2，位于井下油管2内的空心抽油杆14，以及穿过空心抽油杆14深入油井下部的发热电缆15，与发热电缆15的下端通过回路接头16与井下油管2下部的内壁相连。在通电后，井下油管2和空心抽油杆14基本上形成方向相反，大小相等的电流，从而产生集肤效应、临近效应和屏蔽效应，大幅度增加了交流阻抗，在集肤效应、临近效应和屏蔽效应的共同作用下，产生热量，实现电热转换，由于湿饱和蒸汽在井下油管2内部通过，故产生的热量，被湿饱和蒸汽流带走，从而提高湿饱和蒸汽焓值，有利于对油层3的蒸汽驱。

为了节能环保，本发明实施例的电汽一体化注汽系统还包括用于为电加热设备提供供电的风电设备，该风电设备包括：

风力发电机9，用于将风能转变成三相工频(50Hz、AC380V)交流电；

储能设备10，用于将三相工频交流电转变成直流(例如DC530V)电储存；

逆变器12，用于将储能设备10储存的直流电转变成例如10-1000Hz单相中频交流电为电加热设备供电。

此外，本发明实施例中，井下油管2的外部套有套管1，井下油管2和套管1之间形成有间隙，间隙内设有用于阻断流体的封隔器8，在注汽时该封隔器8可用于防止湿饱和蒸汽向上回串而导致热量损失加快。

为了实现更为精确的湿饱和蒸汽加热控制且不浪费电能，本发明实施例的电加热设备还可以包括：

传感器组17，用于检测井下油管2内湿饱和蒸汽的压力、温度、干度和流量；

能量控制单元11(例如数字电位器等)，其串接于储能设备10和逆变器12之间；

PLC控制器13，用于根据压力、温度、干度和流量控制能量控制单元11的工作状态，从而控制调整整个电加热设备的输出功率，使得井下湿饱和蒸汽的干度始终能达到设定要求。具体的，通常湿饱和蒸汽的能量计算与其压力、温度、干度、流量有关，通过查表可知已知压力(温度)下的饱和蒸汽与饱和水焓值，可利用以下公式计算：

Q＝xh1+(1-x)h2，其中，Q为湿饱和蒸汽具有的能量，X为湿饱和蒸汽干度，h1为饱和蒸汽焓值，h2为饱和水焓值。比如：

压力：17.5Mpa，温度353℃，1k干度为75％的湿饱和蒸汽具有的能量：＝1*0.75*607.4+1*0.25*405.1＝556.8Kcal；

压力：17.5Mpa，温度353℃，1kg干度为95％的湿饱和蒸汽具有的能量：＝1*0.95*607.4+1*0.05*405.1＝597.3Kcal。

因此，每千克湿饱和蒸汽的干度若75％提高到95％则需要能量＝597.3-556.8＝40.5kcal，这部分能量由风力发电提供。PLC控制器13根据压力、温度、干度和流量计算当前电加热设备产生的能量，以对油井内的湿饱和蒸汽进行能量动态补偿，从而使得井下湿饱和蒸汽的干度始终能达到设定要求。

上述的本发明实施例的电汽一体化注汽系统的注汽方法包括以下步骤：

步骤1，将注汽设备输出的湿饱和蒸汽通过井口注入油井。其中，湿饱和蒸汽通过以下过程生成：

注汽锅炉进行除硬、除氧后，经过给水装置提高来水压力(17.5Mpa)后进入注汽锅炉与其燃料燃烧换热，注汽锅炉输出的湿饱和蒸汽的出口蒸汽干度为75％、压力为17.5Mpa、温度为353℃左右，后经过输汽管线输送到井口，热能损耗约3％-5％，干度降低到70％左右，到达井口湿饱和蒸汽通过配套工具辅助配合注入井下用以加热油层。

步骤2，开启电加热设备对注入油井内的湿饱和蒸汽进行加热。在通电后，井下油管2和空心抽油杆14基本上形成方向相反，大小相等的电流，从而产生集肤效应、临近效应和屏蔽效应，大幅度增加了交流阻抗，在集肤效应、临近效应和屏蔽效应的共同作用下，产生热量，实现电热转换，由于湿饱和蒸汽在井下油管2内部通过，故产生的热量，被湿饱和蒸汽流带走，从而提高湿饱和蒸汽焓值，有利于对油层3的蒸汽驱。

由此本发明实施例实现了将注汽和电加热相结合，采用单项中频电对注汽设备输出的湿饱和蒸汽进行加热，由于湿饱和蒸汽在油管内部通过，故产生的热量，被湿饱和蒸汽流带走，从而提高湿饱和蒸汽焓值，提高了注入油井内的湿饱和蒸汽携带的热能，以抵消井筒热损失，使到达井底的湿饱和蒸汽的干度较常规注汽技术有所提高，从而有利于提高蒸汽波及面积，因而提高了稠油采收率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电汽一体化注汽系统，其特征在于，包括：

注汽设备，用于向油井注入湿饱和蒸汽；以及，

交流供电的电加热设备，其包括：

井下油管；

位于所述井下油管内的空心抽油杆；以及，

穿过所述空心抽油杆深入所述油井下部的发热电缆；

所述发热电缆的下端与所述井下油管下部相连。

2.根据权利要求1所述的电汽一体化注汽系统，其特征在于，该系统还包括风电设备，其包括：

风力发电机，用于将风能转变成三相工频交流电；

储能设备，用于将所述三相工频交流电转变成直流电储存；

逆变器，用于将所述储能设备储存的直流电转变成单相中频交流电为所述电加热设备供电。

3.根据权利要求1或2所述的电汽一体化注汽系统，其特征在于，所述发热电缆的下端通过回路接头与所述井下油管下部的内壁相连。

4.根据权利要求2所述的电汽一体化注汽系统，其特征在于，所述电加热设备还包括：

传感器组，用于检测井下油管内湿饱和蒸汽的压力、温度、干度和流量；

能量控制单元，其串接于所述储能设备和所述逆变器之间；

PLC控制器，用于根据所述压力、温度、干度和流量控制所述能量控制单元的工作状态。

5.根据权利要求1或2所述的电汽一体化注汽系统，其特征在于，所述注汽设备包括依次相连的给水装置、注汽锅炉和输汽管线，所述输汽管线与所述油井的井口密封连接。

6.根据权利要求5所述的电汽一体化注汽系统，其特征在于，所述井下油管的外部套有套管，所述井下油管和所述套管之间形成有间隙，所述间隙内设有用于阻断流体的封隔器。

7.一种如权利要求1所述电汽一体化注汽系统的注汽方法，其特征在于，包括以下步骤：

将注汽设备输出的湿饱和蒸汽通过井口注入油井；

开启所述电加热设备对注入所述油井内的湿饱和蒸汽进行加热。

8.根据权利要求7所述的注汽方法，其特征在于，所述电加热设备由风电设备供电。

9.根据权利要求8所述的注汽方法，其特征在于，所述风电设备包括：

风力发电机，用于将风能转变成三相工频交流电；

储能设备，用于将所述三相工频交流电转变成直流电储存；

逆变器，用于将所述储能设备储存的直流电转变成单相中频交流电为所述电加热设备供电。

10.根据权利要求9所述的注汽方法，其特征在于，所述电加热设备还包括：

传感器组，用于检测井下油管内湿饱和蒸汽的压力、温度、干度和流量；

能量控制单元，其串接于所述储能设备和所述逆变器之间；

PLC控制器，用于根据所述压力、温度、干度和流量控制所述能量控制单元的工作状态。