CN106246113B - 井下电加热水平注入井管柱结构 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种井下电加热水平注入井管柱结构，包括套管、与套管下端相连的水平衬管、以及位于由套管和所述水平衬管围成的空腔内的油管，油管包括用于形成电磁波能量传输通道的第一金属油管和第二金属油管，第二金属油管套于一金属油管上，且第二金属油管和一金属油管之间的空腔密封填充有绝缘材料；套管与水平衬管之间绝缘隔离，且水平衬管被沿其径向分割成彼此绝缘隔离的两部分，以作为射频天线的两臂，第一金属油管、第二金属油管分别对应与射频天线的两臂耦合；该结构还包括：位于由套管和所述水平衬管围成的空腔内的热流体注入管，所述热流体注入管与油管平行相对设置。本申请实施例可适用于电磁波与热流体的协同开发。
Description
技术领域
本申请涉及一种油田采油设备，尤其是涉及一种井下电加热水平注入井管柱结构。
背景技术
目前对于稠油油藏的水平井开发，主要是应用水平井进行蒸汽吞吐、蒸汽驱以及蒸汽辅助重力泄油(SAGD)。然而由于注蒸汽能耗较高，碳排放量大，能耗过高，因此需要开发新的稠油开采加热技术。目前诸如稠油开采电加热等技术已经兴起，并有可能成为未来稠油开发最具潜力的开发技术之一。
理论研究表明，采用磁偶极子产生的电磁波加热与目前的注蒸汽或注轻烃溶剂等相结合的开发技术，可以有效弥补单纯的电磁波加热半径小、电磁波在油层中能量衰减率过大等问题，同时可以弥补单纯的注蒸汽井底蒸汽干度过低的问题，也可以弥补单纯的注轻烃溶剂井底溶剂扩散速率较低的问题，因此利用井下电磁波对注入井底的低干度蒸汽/低温轻烃溶剂进行加热，可以有效提高井底蒸汽干度或轻烃溶剂温度，大幅提高注入流体进入油层的驱油效果与扩散速率，从而提高生产井产量。
在实现本申请的过程中，本申请的发明人发现：目前对于上述电磁波与注蒸汽、注轻烃溶剂、水等协同开发仍处于理论研究阶段，尚未有实际应用。而未实际应用的原因在于，现有的稠油开发所用的水平注入井管柱结构通常是针对单一加热方式而设计，因此无法应用于电磁波与注蒸汽、注轻烃溶剂、水等协同开发。因此，目前亟需一种适应电磁波与注蒸汽、注轻烃溶剂、水等协同开发的管柱结构。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种适用于电磁波与注蒸汽、注轻烃溶剂、水等协同开发的井下电加热水平注入井管柱结构。
为达到上述目的，本申请实施例提供了一种井下电加热水平注入井管柱结构，包括套管、与所述套管下端相连的水平衬管、以及位于由所述套管和所述水平衬管围成的空腔内的油管，其中：
所述油管包括用于形成电磁波能量传输通道的第一金属油管和第二金属油管，所述第二金属油管套于所述一金属油管上，且所述第二金属油管和所述一金属油管之间的空腔密封填充有绝缘材料；
所述套管与所述水平衬管之间绝缘隔离，且所述水平衬管被沿其径向分割成彼此绝缘隔离的两部分，所述的两部分形成射频天线的两臂，所述第一金属油管、所述第二金属油管分别对应与所述射频天线的两臂耦合；
所述井管柱结构还包括：
位于由所述套管和所述水平衬管围成的空腔内的热流体注入管。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述油管还包括用于将所述电磁波能量传输通道与油层流体隔离的第三金属油管，所述第三金属油管套于所述二金属油管上。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述第一金属油管、所述第二金属油管分别通过对应的射频天线连接器对应与所述射频天线的两臂连接。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述第三金属油管的下端密闭，所述第一金属油管的下端及所述第二金属油管的下端均敞口且位于所述第三金属油管内，从而使述第三金属油管和所述第二金属油管之间的空腔，与所述第一金属油管内部空腔相连通形成冷却材料循环通道，以用于冷却所述电磁波能量传输通道。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述第三金属油管在位于所述水平衬管内的外表面上，安装有用以屏蔽所述第三金属油管上的电磁波的主级屏蔽元件。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述第三金属油管在位于所述套管内的外表面上安装有次级屏蔽元件。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述电磁波能量传输通道的末设置有引导头。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述引导头与所述电磁波能量传输通道之间通过安全阀密封连接。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述引导头上安装有用于防止所述引导头与所述水平衬管相互摩擦的第一扶正器。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述第三金属油管通过油管锚固定于所述水平衬管内壁上。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述第三金属油管在位于所述水平衬管内的外表面上，安装有用于防止所述第三金属油管与所述水平衬管相互摩擦的第二扶正器。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述热流体注入管在位于所述水平衬管内的部分上，开设有均匀分布的流体注入孔。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述第三金属油管外表面敷设有防腐层。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述第二金属油管和所述一金属油管之间的空腔填充的绝缘材料包括高压氮气。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述射频天线的两臂的长度相等。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述水平衬管通过衬管悬挂器与所述套管下端相连，且连接处设有用以使所述套管与所述水平衬管之间绝缘隔离的绝缘部件。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述衬管悬挂器包括具有配套膨胀短节的密封封隔器。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述第一金属油管和所述第二金属油管的材质为黄铜，所述第三金属油管的材质为不锈钢。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述扶正器的材质包括特氟龙。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，所述流体注入孔的孔径为1～3毫米，孔间距为10～20米。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构中，油管包括第一金属油管和第二金属油管，第二金属油管套于一金属油管上，且第二金属油管和一金属油管之间的空腔密封填充有绝缘材料，从而的第一金属油管和第二金属油管形成类似于同轴电缆的结构，这种结构形成了电磁波能量传输通道。本申请实施例的套管与水平衬管之间绝缘隔离，且水平衬管被沿其径向分割成彼此绝缘隔离的两部分，的两部分形成射频天线的两臂，第一金属油管、第二金属油管分别对应与射频天线的两臂耦合，从而使得通过电磁波能量传输通道传输的电磁波能量可通过射频天线作用于油层流体以对其进行加热。此外，本申请实施例的井管柱结构还包括位于由套管和水平衬管围成的空腔内的热流体注入管，热流体注入管与油管平行相对设置。因此，本申请实施例的井管柱结构可同时适用于电磁波与注蒸汽、注轻烃溶剂、水等涉外协同开发，从而可以大幅提高井底加热速度与采油速度，提高了热采注的采油效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，构成本申请实施例的一部分，并不构成对本申请实施例的限定。在附图中：
图1为本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构的主视剖视示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本申请实施例做进一步详细说明。在此，本申请实施例的示意性实施例及其说明用于解释本申请实施例，但并不作为对本申请实施例的限定。
下面结合附图，对本申请实施例的具体实施方式作进一步的详细说明。
参考图1所示，本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构，包括热采井口1、与所述热采井口1连接的套管20、与所述套管20下端相连的水平衬管、以及位于由所述套管20和所述水平衬管围成的空腔内的油管。本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构还包括：位于由所述套管20和所述水平衬管围成的空腔内的热流体注入管7，所述热流体注入管7与所述油管平行相对设置。
在本申请实施例中，所述油管包括用于形成电磁波能量传输通道的第一金属油管62和第二金属油管61，所述第二金属油管61套于所述一金属油管62上，且所述第二金属油管61和所述一金属油管62之间的空腔密封填充有绝缘材料，这些绝缘材料可以避免所述第一金属油管62和所第二金属油管61所围成的环形空间产生电场。在本申请的一个具体实施例中，所述第二金属油管61和所述一金属油管62之间的空腔填充的绝缘材料可以比如可以为高压氮气。
在本申请实施例中，所述套管20与所述水平衬管之间绝缘隔离，且所述水平衬管被一绝缘隔离部件41沿其径向分割成彼此绝缘隔离的两部分，所述的两部分形成射频天线的两臂(即30和31)，所述第一金属油管62、所述第二金属油管61分别对应与所述射频天线的两臂耦合。在本申请的一个具体实施例中，所述射频天线的两臂的长度相等，所述第一金属油管62、所述第二金属油管61分别通过对应的射频天线连接器对应与所述射频天线的两臂连接。所述射频天线连接器是用于将电磁波能量传输通道传输的射频电流传导至射频天线两臂，以产生高频电磁波作用于油层流体。
在本申请另一实施例中，所述油管还可以包括用于将所述电磁波能量传输通道与油层流体隔离的第三金属油管60，所述第三金属油管60套于所述二金属油管61上。
在本申请另一实施例中，所述第三金属油管60的下端密闭，所述第一金属油管62的下端及所述第二金属油管61的下端均敞口且位于所述第三金属油管60内，从而使所述第三金属油管60和所述第二金属油管61之间的空腔，与所述第一金属油管62内部空腔相连通形成冷却材料循环通道，以用于冷却所述电磁波能量传输通道。在本申请的一个具体实施例中，冷却材料可从所述第三金属油管60和所述第二金属油管61之间的空腔流入，然后从所述第一金属油管62内部空腔流出，从而在加热过程中起到对电磁波能量传输通道的冷却作用。
在本申请另一实施例中，所述第三金属油管60在位于所述水平衬管内的外表面上安装有用以屏蔽所述第三金属油管60上的电磁波的主级屏蔽元件90(即避免所述第三金属油管60上因沿程辐射而产生电磁波)。在本申请的一个具体实施例中，所述主级屏蔽元件90可以由若干个铁磁环组成。
在本申请另一实施例中，为进一步提高电磁波吸收效果，所述第三金属油管60在位于所述套管内的外表面上还可以安装有次级屏蔽元件91。在本申请的一个具体实施例中，所述次级屏蔽元件91也是可以由若干个铁磁环组成。
在本申请另一实施例中，所述电磁波能量传输通道的末设置有引导头65。所述引导头65与所述电磁波能量传输通道之间可以通过安全阀64密封连接，由于安全阀64可对电磁波能量传输通道进行高压密封，使得在高温高压条件下磁波能量传输通道的所述第二金属油管61能与射频天线连接器之间能保持密封连接。为配合上述对电磁波能量传输通道的冷却，所述安全阀64的内部设置有单向阀流通道，该单向阀流通道作为冷却材料循环通道的一部分，以便于冷却材料的循环流通。其中，所述第三金属油管60与所述安全阀64的连接处设有密封圈63。
在本申请另一实施例中，为防止部件相互摩擦，所述引导头65上安装有用于防止所述引导头65与所述水平衬管相互摩擦的扶正器66；所述第三金属油管60在位于所述水平衬管内的外表面上，安装有用于防止所述第三金属油管60与所述水平衬管相互摩擦的扶正器66。其中，所述扶正器66为可以环状结构，且等间距设置。
在本申请另一实施例中，所述第三金属油管60可通过油管锚8固定于所述水平衬管内壁上。同时所述油管锚8还可以起到对电磁波能量传输通道限位作用。
在本申请另一实施例中，所述热流体注入管7在位于所述水平衬管内的部分上，开设有均匀分布的流体注入孔，以便于通过热流体注入管7注入的热流体可对油层流体进行加热。在本申请的一个具体实施例中，所述流体注入孔的孔径可以为1～3毫米，孔间距可为10～20米。
在本申请另一实施例中，所述第三金属油管60外表面敷设有防腐层，以防止或降低油层流体及注入流体对所述第三金属油管60的腐蚀。
在本申请另一实施例中，所述水平衬管通过衬管悬挂器21与所述套管20下端相连，且连接处设有用以使所述套管与所述水平衬管之间绝缘隔离的绝缘部件40。在本申请的一个具体实施例中，所述衬管悬挂器21可为具有配套膨胀短节的密封封隔器。这种具有配套膨胀短节的密封封隔器能够承受高温下水平段衬管热膨胀造成的拉伸或者降温后产生的收缩，且兼具有高温高压密封功能。
在本申请另一实施例中，所述第一金属油管和所述第二金属油管的材质可以为黄铜，所述第三金属油管的材质可以为不锈钢。
在本申请另一实施例中，所述扶正器的材质包括特氟龙。
本申请实施例的井下电加热水平注入井管柱结构中，油管包括第一金属油管和第二金属油管，第二金属油管套于一金属油管上，且第二金属油管和一金属油管之间的空腔密封填充有绝缘材料，从而的第一金属油管和第二金属油管形成类似于同轴电缆的结构，这种结构形成了电磁波能量传输通道。本申请实施例的套管与水平衬管之间绝缘隔离，且水平衬管被沿其径向分割成彼此绝缘隔离的两部分，的两部分形成射频天线的两臂，第一金属油管、第二金属油管分别对应与射频天线的两臂耦合，从而使得通过电磁波能量传输通道传输的电磁波能量可通过射频天线作用于油层流体以对其进行加热。此外，本申请实施例的井管柱结构还包括位于由套管和水平衬管围成的空腔内的热流体注入管，热流体注入管与油管平行相对设置。因此，本申请实施例的井管柱结构可同时适用于电磁波与注蒸汽、注轻烃溶剂、水等涉外协同开发，从而可以大幅提高井底加热速度与采油速度，提高了热采注的采油效率。
以上所述的具体实施例，对本申请的目的、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，以上所述仅为本申请实施例的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种井下电加热水平注入井管柱结构，包括套管、与所述套管下端相连的水平衬管、以及位于由所述套管和所述水平衬管围成的空腔内的油管，其特征在于：
所述油管包括用于形成电磁波能量传输通道的第一金属油管和第二金属油管，所述第二金属油管套于所述一金属油管上，且所述第二金属油管和所述一金属油管之间的空腔密封填充有绝缘材料；
所述套管与所述水平衬管之间绝缘隔离，且所述水平衬管被沿其径向分割成彼此绝缘隔离的两部分，所述的两部分形成射频天线的两臂，所述第一金属油管、所述第二金属油管分别对应与所述射频天线的两臂耦合；
所述井管柱结构还包括：
位于由所述套管和所述水平衬管围成的空腔内的热流体注入管。
2.根据权利要求1所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述油管还包括用于将所述电磁波能量传输通道与油层流体隔离的第三金属油管，所述第三金属油管套于所述二金属油管上。
3.根据权利要求1所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述第一金属油管、所述第二金属油管分别通过对应的射频天线连接器对应与所述射频天线的两臂连接。
4.根据权利要求2所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述第三金属油管的下端密闭，所述第一金属油管的下端及所述第二金属油管的下端均敞口且位于所述第三金属油管内，从而使述第三金属油管和所述第二金属油管之间的空腔，与所述第一金属油管内部空腔相连通形成冷却材料循环通道，以用于冷却所述电磁波能量传输通道。
5.根据权利要求2所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述第三金属油管在位于所述水平衬管内的外表面上，安装有用以屏蔽所述第三金属油管上的电磁波的主级屏蔽元件。
6.根据权利要求2所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述第三金属油管在位于所述套管内的外表面上安装有次级屏蔽元件。
7.根据权利要求1所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述电磁波能量传输通道的末设置有引导头。
8.根据权利要求7所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述引导头与所述电磁波能量传输通道之间通过安全阀密封连接。
9.根据权利要求7所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述引导头上安装有用于防止所述引导头与所述水平衬管相互摩擦的第一扶正器。
10.根据权利要求2所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述第三金属油管通过油管锚固定于所述水平衬管内壁上。
11.根据权利要求2所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述第三金属油管在位于所述水平衬管内的外表面上，安装有用于防止所述第三金属油管与所述水平衬管相互摩擦的第二扶正器。
12.根据权利要求1所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述热流体注入管在位于所述水平衬管内的部分上，开设有均匀分布的流体注入孔。
13.根据权利要求2所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述第三金属油管外表面敷设有防腐层。
14.根据权利要求1所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述第二金属油管和所述一金属油管之间的空腔填充的绝缘材料包括高压氮气。
15.根据权利要求1所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述射频天线的两臂的长度相等。
16.根据权利要求1所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述水平衬管通过衬管悬挂器与所述套管下端相连，且连接处设有用以使所述套管与所述水平衬管之间绝缘隔离的绝缘部件。
17.根据权利要求16所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述衬管悬挂器包括具有配套膨胀短节的密封封隔器。
18.根据权利要求2所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述第一金属油管和所述第二金属油管的材质为黄铜，所述第三金属油管的材质为不锈钢。
19.根据权利要求9或11所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述扶正器的材质包括特氟龙。
20.根据权利要求12所述的井下电加热水平注入井管柱结构，其特征在于，所述流体注入孔的孔径为1～3毫米，孔间距为10～20米。
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