CN106761628A - 井下电加热水平井管柱结构及其油层加热方法 - 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井管柱结构及其油层加热方法，该管柱结构包括套管组件、位于所述套管组件内且与所述套管组件间隙配合的射频电流传输通道；所述套管组件的水平段的下端安装有若干个射频天线组件；若干个射频天线组件依次相连，且沿所述套管组件的水平段的延伸方向线性排列；所述套管组件与所述射频天线组件之间绝缘隔离，且相邻射频天线组件之间绝缘隔离；其中，每个所述射频天线组件包括：与所述射频电流传输通道耦合的射频天线连接器；分别与所述射频天线连接器耦合的射频天线的两臂，所述射频天线的两臂产生射频信号，用以加热油层。本申请实施例提高了油层受热的均匀度和油藏采收率。
Description
技术领域
本申请涉及油气开采技术领域，尤其是涉及一种井下电加热水平井管柱结构及其油层加热方法。
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。
例如对于双水平井SAGD开发方式，在油层内部署一对上下叠置的水平井对，上部水平井的水平段距离下部水平井的水平段通常为5米。在生产初期，需要首先开展预热启动，其原理是上下水平井同时注入蒸汽并采出，依靠蒸汽循环来预热井筒，通过热传导加热注采井间油层，当温度上升到150℃左右，而使原油具有较好流动能力时，再改为上部井注汽，下部井生产的开采方式。
对于注蒸汽循环预热启动，由于注蒸汽能耗较高，碳排放量大，初期投入成本过高。同时，注蒸汽循环预热存在蒸汽出口温度高、油层升温高，离出口很远的远端蒸汽干度低温度低，油层升温效果差，导致水平段不同部位油层升温效果不一致，难以均匀有效预热油层的问题。
此外，对于注采井间存在夹层或者不同水平段油层岩性差异导致的热物性参数不同的情况，单纯的注蒸汽容易造成各水平段升温速率不一致，即造成水平段在预热一段时间后，各段之间存在较大的温度差异，在循环预热转入SAGD生产后，低温段蒸汽腔发育差，而高温段蒸汽腔优先发育，从而也容易出现油层采收率偏低的问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种井下电加热水平井管柱结构及其油层加热方法，以提高油层受热的均匀度，油藏采收率。
为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种井下电加热水平井管柱结构，包括套管组件、位于所述套管组件内且与所述套管组件间隙配合的射频电流传输通道；所述套管组件的水平段的下端安装有若干个射频天线组件；若干个射频天线组件依次相连，且沿所述套管组件的水平段的延伸方向线性排列；所述套管组件与所述射频天线组件之间绝缘隔离，且相邻射频天线组件之间绝缘隔离；其中，每个所述射频天线组件包括：
与所述射频电流传输通道耦合的射频天线连接器；
分别与所述射频天线连接器耦合的射频天线的两臂，所述射频天线的两臂产生射频信号，用以加热油层。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，每个所述射频天线组件设有独立的射频电流传输通道；
对应的，每个所述射频天线组件还包括：
温控器，用于感应本射频天线组件周围的油层温度，并根据所述油层温度控制本射频天线组件的供电回路，以实现油层均匀加热。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，所述根据所述油层温度控制本射频天线组件的供电回路，包括：
当所述油层温度超过预设的高温阈值时，断开本射频天线组件的供电回路；以及，
当所述油层温度低于预设的低温阈值时，闭合本射频天线组件的供电回路。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，每个射频天线组件所产生的射频信号的频率，与该射频天线组件所处油层的导热率相匹配，以实现油层均匀加热。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，所述射频电流传输通道采用双层中空的黄铜材质连续管，双层之间的环空填充有绝缘材料。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，每个射频天线组件的两臂的长度相同。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，每个射频天线组件的两臂的电阻相同。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，每个射频天线组件的两臂的发热功率相同。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，所述温控器为无线遥控温控器。
另一方面，本申请实施例还提供了一种上述井下电加热水平井管柱结构的油层加热方法，包括以下步骤：
根据水平井测井曲线，确定水平段油层岩性和热物性参数；
根据油层岩性和热物性参数，将水平段油层划分为若干段，并根据每个油层段导热率的确定每个射频天线组件的发射频率；
基于每个射频天线组件的发射频率，对该射频天线组件所对应的油层段进行电加热。
本申请实施例的油层加热方法，还包括：
在进行所述电加热的同时，采集每个射频天线组件周围的油层温度；
判断每个射频天线组件周围的油层温度是否超出预设的温度范围；
如果超出，则根据所述油层温度控制该射频天线组件的供电回路，以实现油层均匀加热。
本申请实施例的油层加热方法，所述根据所述油层温度控制本射频天线组件的供电回路，包括：
当所述油层温度超过预设的高温阈值时，断开本射频天线组件的供电回路；以及，
当所述油层温度低于预设的低温阈值时，闭合本射频天线组件的供电回路。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例通过多个射频天线组件对水平段油层多点加热，从提高了油层受热的均匀度，提高了油藏采收率。此外，与现有的井下电加热相比，本申请实施例将一个整体的射频天线组件，分割为多个相对独立的射频天线组件，有效缩短了射频天线两臂的臂长，避免了由于臂长过长，导致的射频电流从射频天线两臂向油层漏失过大引起电磁波能量损失较大的问题。因此，在相同电压与电流条件下，本申请实施例通过缩短每组天线臂长来提高电磁波辐射能量，从而提高加热效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构的结构示意图；
图2为本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构的油层加热方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
参考图1所示，为本申请实施例的一种井下电加热水平井管柱结构，其包括包括套管组件，所述套管组件包括技术套管31和表层套管21，所述表层套管21套于所述技术套管31上，使用时所述技术套管31的上端可位于井口11处；所述套管组件还可以包括筛管悬挂器33；所述筛管悬挂器33可安装于所述技术套管31下端；位于所述套管组件内且与所述套管组件间隙配合的射频电流传输通道71；所述套管组件的水平段的下端安装有若干个射频天线组件；若干个射频天线组件依次相连，且沿所述套管组件的水平段的延伸方向线性排列；所述套管组件与所述射频天线组件之间绝缘隔离，且相邻射频天线组件之间绝缘隔离。
在本申请实施例中，每个所述射频天线组件包括：与所述射频电流传输通道71耦合的射频天线连接器413、423、433；以及分别与所述射频天线连接器413、423、433耦合的射频天线的两臂411、412、421、422、431、432；所述射频天线连接器413、423、433用于将所述射频电流传输通道71传输的射频电流传导至射频天线两臂；从而使所述射频天线的两臂411、412、421、422、431、432产生射频信号，用以加热油层。
在本申请实施例中，根据油层岩性和热物性参数，将水平段油层划分为若干段(一般为3-10个)；对应的，射频天线组件的个数可与油层段的数量匹配。
在本申请实施例中，所述的绝缘隔离可通过隔离器511、512、513实现。
在本申请实施例中，每个所述射频天线组件可设有独立的射频电流传输通道71，以独立对每个所述射频天线组件供电。对应的，每个所述射频天线组件还可以包括：
温控器611、612、613，用于感应本射频天线组件周围的油层温度，并根据所述油层温度控制本射频天线组件的供电回路，以实现油层均匀加热。其中，射频电流传输通道71、射频天线连接器413、423、433和射频天线的两臂411、412、421、422、431、432一起形成射频天线组件的供电回路。本申请实施例中，温控器611、612、613可以为任何适用于井下环境的液涨式温控器、压力式温控器、电子式温控器等。在申请一个实施例中，所述温控器可以为无线遥控温控器，以方便从地面控制射频天线组件的供电回路。
在本申请实施例中，所述根据所述油层温度控制本射频天线组件的供电回路，包括：当所述油层温度超过预设的高温阈值(例如150℃)时，断开本射频天线组件的供电回路；和/或，当所述油层温度低于预设的低温阈值(例如80℃)时，闭合本射频天线组件的供电回路。
在本申请一个实施例中，每个射频天线组件所产生的射频信号的频率，与该射频天线组件所处油层的导热率相匹配，以实现油层均匀加热。所述与该射频天线组件所处油层的导热率相匹配是指，当油层的导热率偏低时，可适当增大射频信号的频率，以提高射频天线组件的发热功率，当油层的导热率偏高时，可适当减小射频信号的频率，以降低射频天线组件的发热功率，从而利于实现油层均匀加热。
在本申请另一个实施例中，所述射频电流传输通道可采用双层中空的黄铜材质连续管，双层之间的环空填充有绝缘材料，例如氧化镁绝缘材料、或者氮气等。
在本申请另一个实施例中，每个射频天线组件的两臂的长度、电阻和/或发热功率可以相同，以利于实现油层均匀加热。
本申请实施例通过多个射频天线组件对水平段油层多点加热，从提高了油层受热的均匀度，提高了油藏采收率。此外，与现有的井下电加热相比，本申请实施例将一个整体的射频天线组件，分割为多个相对独立的射频天线组件，有效缩短了射频天线两臂的臂长，避免了由于臂长过长，导致的射频电流从射频天线两臂向油层漏失过大引起电磁波能量损失较大的问题。因此，在相同电压与电流条件下，本申请实施例通过缩短每组天线臂长来提高电磁波辐射能量，从而提高加热效率。
参考图2所示，本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构的油层加热方法，包括以下步骤：
S201、根据水平井测井曲线，确定水平段油层岩性和热物性参数。
水平井测井是本领域常用的测井技术，基于水平井测井可获得水平井测井曲线。水平井测井曲线中一般包含油层岩性、热物性等地球物理特性，因此，根据水平井测井曲线，可确定水平段油层岩性和热物性参数。
S202、根据油层岩性和热物性参数，将水平段油层划分为若干段，并根据每个油层段导热率的确定每个射频天线组件的发射频率。例如水平段油层热物性参数划分为5段，则射频天线组件可对应设置为5组。
S203、基于每个射频天线组件的发射频率，对该射频天线组件所对应的油层段进行电加热。
S204、在进行所述电加热的同时，采集每个射频天线组件周围的油层温度。所述的采集可由井下电加热水平井管柱结构的温控器实现。
S205、判断每个射频天线组件周围的油层温度是否超出预设的温度范围；如果是，则执行步骤S206，否则继续执行本判断步骤。
其中，所述的温度范围可以为低温阈值至高温阈值之间的温度段，例如80℃～150℃。
S206、根据所述油层温度控制该射频天线组件的供电回路，以实现油层均匀加热。
其中，所述根据所述油层温度控制本射频天线组件的供电回路包括：当所述油层温度超过预设的高温阈值(例如150℃)时，断开本射频天线组件的供电回路；和/或，当所述油层温度低于预设的低温阈值(例如80℃)时，闭合本射频天线组件的供电回路。
本申请实施例通过多个射频天线组件对水平段油层多点加热，从提高了油层受热的均匀度，提高了油藏采收率。此外，与现有的井下电加热相比，本申请实施例将一个整体的射频天线组件，分割为多个相对独立的射频天线组件，有效缩短了射频天线两臂的臂长，避免了由于臂长过长，导致的射频电流从射频天线两臂向油层漏失过大引起电磁波能量损失较大的问题。因此，在相同电压与电流条件下，本申请实施例通过缩短每组天线臂长来提高电磁波辐射能量，从而提高加热效率。
虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构的实施例，与本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构的油层加热方法实施例可相互参考。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (12)
1.一种井下电加热水平井管柱结构，其特征在于，包括套管组件、位于所述套管组件内且与所述套管组件间隙配合的射频电流传输通道；所述套管组件的水平段的下端安装有若干个射频天线组件；若干个射频天线组件依次相连，且沿所述套管组件的水平段的延伸方向线性排列；所述套管组件与所述射频天线组件之间绝缘隔离，且相邻射频天线组件之间绝缘隔离；其中，每个所述射频天线组件包括：
与所述射频电流传输通道耦合的射频天线连接器；
分别与所述射频天线连接器耦合的射频天线的两臂，所述射频天线的两臂产生射频信号，用以加热油层。
2.根据权利要求1所述的井下电加热水平井管柱结构，其特征在于，每个所述射频天线组件设有独立的射频电流传输通道；
对应的，每个所述射频天线组件还包括：
温控器，用于感应本射频天线组件周围的油层温度，并根据所述油层温度控制本射频天线组件的供电回路，以实现油层均匀加热。
3.根据权利要求2所述的井下电加热水平井管柱结构，其特征在于，所述根据所述油层温度控制本射频天线组件的供电回路，包括：
当所述油层温度超过预设的高温阈值时，断开本射频天线组件的供电回路；以及，
当所述油层温度低于预设的低温阈值时，闭合本射频天线组件的供电回路。
4.根据权利要求2所述的井下电加热水平井管柱结构，其特征在于，每个射频天线组件所产生的射频信号的频率，与该射频天线组件所处油层的导热率相匹配，以实现油层均匀加热。
5.根据权利要求1所述的井下电加热水平井管柱结构，其特征在于，所述射频电流传输通道采用双层中空的黄铜材质连续管，双层之间的环空填充有绝缘材料。
6.根据权利要求1所述的井下电加热水平井管柱结构，其特征在于，每个射频天线组件的两臂的长度相同。
7.根据权利要求1所述的井下电加热水平井管柱结构，其特征在于，每个射频天线组件的两臂的电阻相同。
8.根据权利要求1所述的井下电加热水平井管柱结构，其特征在于，每个射频天线组件的两臂的发热功率相同。
9.根据权利要求1所述的井下电加热水平井管柱结构，其特征在于，所述温控器为无线遥控温控器。
10.一种权利要求1-9任一项所述的井下电加热水平井管柱结构的油层加热方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据水平井测井曲线，确定水平段油层岩性和热物性参数；
根据油层岩性和热物性参数，将水平段油层划分为若干段，并根据每个油层段导热率的确定每个射频天线组件的发射频率；
基于每个射频天线组件的发射频率，对该射频天线组件所对应的油层段进行电加热。
11.根据权利要求10所述的油层加热方法，其特征在于，还包括：
在进行所述电加热的同时，采集每个射频天线组件周围的油层温度；
判断每个射频天线组件周围的油层温度是否超出预设的温度范围；
如果超出，则根据所述油层温度控制该射频天线组件的供电回路，以实现油层均匀加热。
12.根据权利要求11所述的油层加热方法，其特征在于，所述根据所述油层温度控制本射频天线组件的供电回路，包括：
当所述油层温度超过预设的高温阈值时，断开本射频天线组件的供电回路；以及，
当所述油层温度低于预设的低温阈值时，闭合本射频天线组件的供电回路。
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