CN105626021B - 稠油热采注汽装置和稠油热采方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及稠油热采注汽装置和稠油热采方法。该稠油热采注汽装置包括注汽内管和套设在注汽内管外的带有出气口的注汽外管，注汽外管的两端分别于注汽内管的外表面密封相连，在注汽内管和注汽外管之间间隔式设置有多个封隔器以将注汽内管和注汽外管之间的空间分割成多个不连通的注汽段，在注汽内管的处于每个注汽段的区域内均设有打开压力不同的压力阀。使用本发明的稠油热采注汽装置，能够使水平井筒均匀受热，并有助于提高稠油的开采效率。

Description

稠油热采注汽装置和稠油热采方法

技术领域

本发明涉及油气井领域，特别涉及稠油热采注汽装置。本发明还涉及使用这种装置进行稠油热采方法。

背景技术

稠油是沥青质和胶质含量较高、粘度较大的原油。在能源紧缺的今天，稠油的开采也越来越受到重视。但是，由于稠油的流动性很差，导致稠油开发成为世界性的难题。

目前，通常使用稠油热采水平井注热蒸汽吞吐的方式开发稠油。这种开发方式主要有下面几种方式：

(1)单管注热蒸汽。对于较长的水平井，通常仅热蒸汽注入点周围的地层能实现较好地受热，远离热蒸汽注入点的地层则受热较差。此外，由于地层热导率的各向异性较强，导致不能使整个水平井筒均匀受热，继而导致开采效率低的问题。

(2)双管注热蒸汽。这种方式是在水平井的两端同时注入热蒸汽，对于较长的水平井而言，同样存在远离热蒸汽注入点的地层则受热较差，并且由于地层热导率的各向异性较强，导致不能使整个水平井筒均匀受热，继而导致开采效率低的问题。

因此，需要一种能使水平井筒均匀受热的注汽装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种稠油热采注汽装置。使用本发明的稠油热采注汽装置，能够使水平井筒均匀受热，并有助于提高稠油的开采效率。本发明还涉及使用这种装置进行稠油热采方法。

根据本发明的第一方面，提出了一种稠油热采注汽装置，包括注汽内管和套设在注汽内管外的带有出气口的注汽外管，注汽外管的两端分别与注汽内管的外表面密封相连，在注汽内管内和注汽外管之间间隔式设置有多个封隔器以将注汽内管和注汽外管之间的空间分割成多个不连通的注汽段，在注汽内管的处于每个注汽段的区域内均设有压力阀，一些注汽段内的压力阀的打开压力与另一些注汽段内的压力阀的打开压力不同。

在使用本发明的稠油热采注汽装置时，将打开压力较小的压力阀所处的注汽段设置在需受热较多的井段区域，而打开压力较大的压力阀所处的注汽段设置在需受热较少的井段区域。这样，在向该装置内注入热蒸汽时，打开压力较小的压力阀会首先打开，而打开压力较大的压力阀会最后打开；在停止注热蒸汽后，由于装置内的热蒸汽压力逐渐降低，打开压力较大的压力阀会首先关闭，而打开压力较小的压力阀会最后关闭。这样，与需受热较少的井段区域相比，需受热较多的井段区域会提前被加热，并且最后才停止被加热，从而有助于实现了整个井均达到预定的均匀受热要求。在整个井均匀受热的情况下，在所有井段的均能够良好地产油，均衡了产液剖面，避免了边底水锥进，从而提高了稠油的开采效率。

此外，在使用本发明的稠油热采注汽装置时，还可以将装置内的热蒸汽压力保持为仅能使打开压力较小的压力阀打开的压力，从而能重点加热需受热较多的井段区域，提高了对该井段区域的加热效率。

在一个实施例中，打开压力较小的压力阀所处的注汽段内的出气口的数量大于打开压力较大的压力阀所处的注汽段内的出气口的数量。通过这种结构，使得打开压力较小的压力阀所处的注汽段内会存在更多的热蒸汽，从而对需受热较多的井段区域的加热效率更高。

在一个实施例中，在出气口上设置有气体喷嘴。气体喷嘴能够使热蒸汽高速喷出。高速热蒸汽流能够冲蚀井壁，有助于在井壁上产生裂纹，从而降低注汽压力，此外还能够减小井筒的表皮，进而提高稠油的开采效率。在一个优选的实施例中，气体喷嘴为气体脉冲喷嘴。

在一个实施例中，在注汽外管外还套设有筛管。筛管能防止地层出砂，防止井筒坍塌。此外，将气体喷嘴和筛管配合在一起使用时，从气体喷嘴喷出的高速热蒸汽流能够冲刷掉筛管上的泥饼及油质垢层，利于热蒸汽注入地层和稠油的流动产出。在一个优选的实施例中，注汽外管的外径与筛管的内径的差值在4mm到10mm之间。这样，在注汽外管和筛管之间存在一定的间隙，有助于将稠油热采注汽装置安装到筛管内。此外，注汽外管和筛管之间的间隙还能够使得喷出筛管的热蒸汽流保持连贯，有助于对相应的地层进行加热。

在一个实施例中，注汽内管和注汽外管为同轴设置。这方便了稠油热采注汽装置的生产和装配。

在一个实施例中，注汽内管的下游端部设置有仅能向上游打开的单向阀。通过设置单向阀，在向稠油热采注汽装置注入热蒸汽时，注汽内管内的热蒸汽不会沿着注汽内管向下游流到装置之外而是仅能经出气口注入到地层内，从而能在注汽内管或稠油热采注汽装置内产生较大的热蒸汽压力。在采油时，地层内的油能够经单向阀流入到注汽内管内并采出。因此，设置单向阀方便了对地层的加热和后续的采油施工。

根据本发明的第二方面，提出了一种稠油热采方法，其使用了根据上文所述的稠油热采注汽装置，该方法包括：步骤一：将稠油热采注汽装置下入井内，并使打开压力较小的压力阀所处的注汽段处于需受热较多的井段区域，打开压力较大的压力阀所处的注汽段处于需受热较少的井段区域；步骤二：向稠油热采注汽装置注入热蒸汽，在所有压力阀打开并达到预定的热蒸汽注入量后，停止注入热蒸汽，在所有压力阀关闭时该井受热达到要求。

根据发明的方法，能够使井内各个部分均匀受热，从而在每个井段都能大体均匀地采出油，防止了局部采空而其余部分未采而产生边底水锥进的问题。此外，根据本方法也可以避免以下情况：为了使需受热较多的井段区域达到预定的受热效果，而必须对其他井段区域也持续加热(即使这些井段区域已经达到预定的受热效果)，由此预定的热蒸汽注入量会相应的减少。

在一个实施例中，在注汽外管的出气口上设置有气体喷嘴，注汽段内的热蒸汽经气体喷嘴以脉冲形式注入到井内。采用气体喷嘴，一方面可以产生高速气流，冲蚀筛管壁面的泥质或者油质垢层，改善蒸汽或者稠油的流动通道，另一方面高速气流可以冲刷井壁，造成微裂缝，降低注汽压力，改善注汽效果。

根据本发明的第三方面，提出了一种稠油热采方法，其使用了根据上文所述的稠油热采注汽装置，该方法包括：步骤一：将稠油热采注汽装置下入井内，并且使打开压力较小的压力阀所处的注汽段处于待加热的井段区域；步骤二：向稠油热采注汽装置注入热蒸汽，并打开处于待加热的井段区域内的压力阀，直到井受热达到要求。

根据本发明的方法，将装置内的热蒸汽压力保持为仅能使打开压力较小的压力阀打开的压力，从而能重点加热待加热的井段区域，从而提高对该井段区域的加热效率。

在本申请中，用语“上游”是指朝向地面的方向。用语“下游”是指与上游相反的方向，即背向地面的方向。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)使用本发明的稠油热采注汽装置，与需受热较少的井段区域相比，需受热较多的井段区域会提前被加热，并且最后才停止被加热，从而实现了整个井均达到预定的均匀受热要求。在整个井均匀受热的情况下，在所有井段的均能够良好地采油，均衡了产液剖面，避免了边底水锥进，从而提高了稠油的开采效率。(2)在使用本发明的稠油热采注汽装置时，还可以将装置内的热蒸汽压力保持为仅能使打开压力较小的压力阀打开的压力，从而能重点加热需受热较多的井段区域，提高了对该井段区域的加热效率。(3)使用本发明的稠油热采注汽装置，其喷嘴可以产生高速气流，从而可以冲刷防砂筛管上的泥质或者油质垢层，改善汽流或者稠油的流动通道，或者冲蚀井壁，造微裂缝，降低注汽压力，改善注汽效果。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性地显示了根据本发明的稠油热采注汽装置的结构。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的稠油热采注汽装置100(以下称之为装置100)的结构。如图1所示，装置100包括注汽内管1和套设在注汽内管1之外的注汽外管3。优选地，注汽内管1和注汽外管3为同轴设置。注汽外管3的两端分别于注汽内管1的外表面密封相连。在注汽内管1和注汽外管3之间还间隔式设置有多个封隔器4以将注汽内管1和注汽外管3之间的空间分割成多个不连通的注气段，如图1中所示的注气段10、注气段11、注气段12、注气段13。在一个实施例中，封隔器4为皮碗封隔器。虽然在图1中仅显示了四个注气段，实际上可以根据实际施工状况，设置多个注气段。

在注汽内管1的处于每个注气段的区域内设置有压力阀6，这些压力阀6的打开压力各不相同。例如，在注气段11和注气段12区域内的压力阀6’的打开压力较低，而在注气段10和注气段13区域内的压力阀6”的打开压力较高。在注汽外管3的周向侧壁上设置有多个出气口5，以使得热蒸汽能从注汽内管1内经压力阀6和出气口5离开装置100。

下面，以在注气段11和注气段12区域内的压力阀6’的打开压力较低，而在注气段10和注气段13区域内的压力阀6”的打开压力较高为例来说明使用装置100进行稠油热采的方法。

首先，将装置100下入到井(例如为图1所示的水平井)内，并且使注气段11和注气段12处于需受热较多的井段区域，注气段10和注气段13处于需受热较少的井段区域。在未向装置100内注入热蒸汽之前，压力阀6均处于关闭状态。

向装置100(或注汽内管1)内注入热蒸汽，随着注汽内管1内热蒸汽的量逐渐增加，注汽内管1内的压力也逐渐升高。当压力达到压力阀6’的打开压力时，压力阀6’首先被打开。这时，注汽内管1内的热蒸汽经压力阀6’进入到注气段11和注气段12内，然后再经注汽外管3上的出气口5进入到地层内，从而对需受热较多的井段区域进行加热。当压力继续升高达到压力阀6”的打开压力时，压力阀6”也被打开了，此时所有的压力阀均被打开。继续向注汽内管1内注入热蒸汽，注汽内管1内的热蒸汽不但会经注气段11和注气段12进入到地层(即，对需受热较多的井段区域进行加热)，还会经注气段10和注气段13进入到地层(即，对需受热较少的井段区域进行加热)，即这时对整个井区域都在加热。在达到预定的热蒸汽注入量后，停止注入热蒸汽；在所有压力阀关闭时该井受热达到要求。在停止注入热蒸汽后，随着注汽内管1内的热蒸汽的量逐渐减少，注汽内管1内的压力也逐渐降低。由此，打开压力较大的压力阀6”首先关闭(即，对需受热较少的井段区域停止加热)；打开压力较小的压力阀6’之后才关闭(即，对需受热较多的井段区域停止加热)。

由使用装置100进行稠油热采的方法可知，打开压力较小的压力阀6’是最先打开并且最后关闭，而打开压力较大的压力阀6”是最后打开并且最先关闭。这样，与需受热较少的井段区域相比，需受热较多的井段区域会提前被加热，并且最后才停止被加热。这有助于实现整个井均达到预定的均匀受热的要求。在整个井实现均匀受热的情况下，所有的储层能够以相对于彼此平衡地产出油，从而避免了局部采空而局部无未采出的情况，均衡了产液剖面，避免了边底水锥进，提高了稠油的开采效率。此外，本发明的方法也可以避免为了使需受热较多的井段区域达到预定的受热效果，而必须对其他井段区域也持续加热(即使这些井段区域已经达到预定的受热效果)，从而预定的热蒸汽注入量会相应的减少。

此外，对于存在极难以加热的井段区域或存在需要重点加热的井段区域时，还可将注气段11和注气段12设置到该井段区域中。在向注汽内管1注入热蒸汽时，保证注汽内管1内的压力不会将压力阀6”打开即可。这样，能够大大提高这些井段区域的加热速度，有助于缩短施工时间。

为了更快地加热需受热较多的井段区域，设置在注气段11和注气段12内的出气口5的数量大于注气段10和注气段13内的出气口5的数量。这样，来自注气段11和注气段12的热蒸汽的量更多，需受热较多的井段区域得到的热量也就更多。这有助于加快实现整个井达到预定的均匀受热的要求，提高作业进度。

优选地，在出气口5上设置有气体喷嘴(未示出)。气体喷嘴能够使热蒸汽高速喷出。高速脉冲喷出的热蒸汽能够冲蚀井壁，有助于在井壁上产生微裂纹，从而降低井筒表皮，进而提高稠油的开采效率。在一个优选的实施例中，气体喷嘴选择为气体脉冲喷嘴。这种气体脉冲喷嘴能够进一步提高对井壁的冲蚀力度。

优选地，在注汽外管3之外还套设有筛管7。筛管7的周向侧壁上设置有多个筛孔，这种筛管7的结构是本领域的技术人员所熟知的，这里不再赘述。筛管7能够防止地层出砂或者支撑井壁防止坍塌。此外，将气体脉冲喷嘴和筛管配合在一起使用时，从气体脉冲喷嘴喷出的高速热蒸汽流能够冲刷掉筛管上的泥饼及油质垢层，对筛管7起到清洁作用，利于热蒸汽注入地层和稠油的流动产出。在一个优选的实施例中，注汽外管3的外径与筛管7的内径的差值在4mm到10mm之间。这样，在注汽外管3和筛管7之间存在一定的间隙102。间隙102有助于装置100的安装，还有助于使喷出筛管7的热蒸汽流保持连贯，这有助于提高对地层的加热效果。还应注意地是，在存在筛管7的情况下，优选地将注汽内管1、注汽外管3和筛管7三者保持为同轴。

为了方便后续的采油作业，可以将注汽内管1与油管101直接相连，甚至可以将注汽内管1构造为油管101的一部分。这样，在使用装置100对地层加热之后，可以将注汽内管1用作油管101而无需拆卸装置100，方便了后续的采油作业。在这种情况下，在注汽内管1的下游端部设置有仅能向上游打开的单向阀8。在向注汽内管1内注入热蒸汽时，单向阀8保持关闭，以在注汽内管1内形成高压。在采油期间，单向阀8向上游打开，稠油能够经单向阀8流入到注汽内管1内，进而被采出。

优选地，在注汽内管1的下游端部处还连接有朝向下游延伸的延伸部103。在这种情况下，延伸部103仅可通过单向阀8与注汽内管1连通。在延伸部103上设置孔眼9，以使得稠油可经孔眼9顺畅地流到注汽内管1内，有助于提高采油效率。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种稠油热采注汽装置，包括注汽内管和套设在所述注汽内管外的带有出气口的注汽外管，所述注汽外管的两端分别与所述注汽内管的外表面密封相连，在所述注汽内管和所述注汽外管之间间隔式设置有多个封隔器以将所述注汽内管和注汽外管之间的空间分割成多个不连通的注汽段，在所述注汽内管的处于每个注汽段的区域内均设有压力阀，一些注汽段内的压力阀的打开压力与另一些注汽段内的压力阀的打开压力不同；

打开压力较小的压力阀所处的注汽段内的出气口的数量大于打开压力较大的压力阀所处的注汽段内的出气口的数量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述出气口上设置有气体喷嘴。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述注汽外管外还套设有筛管。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述注汽外管的外径与所述筛管的内径的差值在4mm到10mm之间。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述注汽内管和注汽外管为同轴设置。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述注汽内管的下游端部设置有仅能向上游打开的单向阀。

7.一种稠油热采方法，其使用了根据权利要求1到6中任一项所述的稠油热采注汽装置，所述方法包括：

步骤一：将所述稠油热采注汽装置下入井内，并使打开压力较小的压力阀所处的注汽段处于需受热较多的井段区域，打开压力较大的压力阀所处的注汽段处于需受热较少的井段区域；

步骤二：向所述稠油热采注汽装置注入热蒸汽，在所有压力阀打开并达到预定的热蒸汽注入量后，停止注入热蒸汽，在所有压力阀关闭时所述井受热达到要求。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述注汽外管的出气口上设置有气体喷嘴，所述注汽段内的热蒸汽经气体喷嘴以脉冲形式注入到井内。

9.一种稠油热采方法，其使用了根据权利要求1到6中任一项所述的稠油热采注汽装置，所述方法包括：

步骤一：将所述稠油热采注汽装置下入井内，并且使打开压力较小的压力阀所处的注汽段处于待加热的井段区域；

步骤二：向所述稠油热采注汽装置注入热蒸汽，并打开处于待加热的井段区域内的压力阀，直到所述井受热达到要求。