CN107345479A - 蒸汽注入管柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种蒸汽注入管柱，该蒸汽注入管柱包括：顺次串联的隔热管、环空排液阀、热采封隔器、球座、筛管、以及丝堵；所述热采封隔器能将油套环空封隔；所述丝堵将所述筛管的下端封堵，所述筛管上分布有注气孔；所述环空排液阀包括：中心管；所述中心管的侧壁上设有将其贯通的排液孔；第一活塞；所述第一活塞具有面积不同的上受力面以及下受力面；所述第一活塞具有将所述排液孔封堵的封堵位置；第二活塞；所述第二活塞远离所述第一活塞的一端设置有容纳空间，所述容纳空间内具有热膨胀药剂；所述第二活塞在所述热膨胀药剂受热膨胀时推动所述第一活塞至所述封堵位置。本发明的蒸汽注入管柱能够将油套环空中的积液排出。

Description

蒸汽注入管柱

技术领域

本发明属于油气田开发领域，涉及稠油油藏开采中提高原油采收率技术，尤其涉及一种蒸汽注入管柱。

背景技术

蒸汽吞吐就是先向油井注入一定量的蒸汽，关井一段时间，待蒸汽的热能向油层扩散后，再开井生产的一种开采重油的增产方法，是热采开发油藏有效开发手段之一。

但随着开发的不断深入，生产中暴露出越来越多的问题，其中一个重要的方面就是蒸汽注入过程中热损失比较大，因此减小蒸汽注入过程中热量的损失对于蒸汽吞吐采收率的提高具有重大意义。

如图1所示，常规的蒸汽吞吐管柱下入管柱后进行打压坐封热采封隔器500，然后增加压力打掉球座501，再进行后续注气作业。然而，现有蒸汽吞吐管柱有时会因为坐封封隔器500过程中注入的液体，或者井内动液面高度比较高导致油套环空可能会存在液体。如果不将液体排出，在出入热蒸汽过程中，会造成大量的热损失。

发明内容

鉴于上述不足，本发明有必要提供一种蒸汽注入管柱，以能够将油套环空中的积液排出，减小在蒸汽注入过程中的热量损失，提高蒸汽吞吐的效率。

为达到上述目的，本发明提供一种蒸汽注入管柱，该蒸汽注入管柱包括：顺次串联的隔热管、环空排液阀、热采封隔器、球座、筛管、以及丝堵；所述热采封隔器能将油套环空封隔；所述丝堵将所述筛管的下端封堵，所述筛管上分布有注气孔；

所述环空排液阀包括：

中心管；所述中心管的侧壁上设有将其贯通的排液孔；

可滑动地套设于所述中心管外的第一活塞；所述第一活塞具有面积不同的上受力面以及下受力面；所述第一活塞具有将所述排液孔封堵的封堵位置；所述上受力面以及下受力面所形成的压力差能推动所述第一活塞远离封堵位置；

可滑动地套设于所述中心管外的第二活塞；所述第二活塞远离所述第一活塞的一端设置有容纳空间，所述容纳空间内具有热膨胀药剂；所述第二活塞在所述热膨胀药剂受热膨胀时推动所述第一活塞至所述封堵位置。

作为一种优选的实施方式，所述环空排液阀靠近所述热采封隔器设置。

作为一种优选的实施方式，所述第二活塞设置于所述第一活塞的下方；所述第一活塞位于封堵位置时，所述第二活塞的上端与所述第一活塞的下端通过剪切销钉连接。

作为一种优选的实施方式，所述第一活塞的上端面为上受力面，下端面为下受力面；所述上端面面积大于所述下端面面积。

作为一种优选的实施方式，所述第一活塞的上端面固定连接有多个沿周向均匀排布的定位爪；所述定位爪的上端设有定位凸起；所述中心管的外壁上设有定位凹槽；所述第一活塞位于封堵位置时，所述定位凸起卡入所述定位凹槽。

作为一种优选的实施方式，所述第一活塞位于封堵位置时，所述第一活塞上端的内壁与所述中心管的外壁之间且在所述排液孔的上方设有第一密封圈，所述第一活塞的下端的内壁与所述第二活塞上端的外壁之间且在所述排液孔的下方设有第二密封圈。

作为一种优选的实施方式，所述第一密封圈为耐高温密封圈；所述第二密封圈为聚四氟环。

作为一种优选的实施方式，所述中心管外固定套设有外筒、下盖；所述下盖固定连接所述外筒的下端以及所述中心管的外壁；所述第二活塞的下端伸入所述外筒内；所述第二活塞的下端面、所述下盖的上端面、所述外筒内壁、以及所述中心管外壁形成所述容纳空间。

作为一种优选的实施方式，所述外筒的上端还固定连接有上盖；所述第二活塞的下端的外壁设有变径台肩；所述上盖能对所述变径台阶限位。

作为一种优选的实施方式，所述容纳空间内还设有套设于所述中心管外的定位管；所述定位管与所述上盖之间沿所述中心管长度方向的距离为所述第二活塞的可滑动距离。

作为一种优选的实施方式，所述下盖焊接于所述中心管上，所述下盖与所述外筒焊接；所述外筒与所述上盖焊接。

作为一种优选的实施方式，所述中心管的外壁上设有对所述第一活塞限位的限位台阶，所述限位台阶在所述第一活塞位于封堵位置时阻止所述第一活塞上移。

通过以上描述可以看出，本发明蒸汽注入管柱的环空排液阀通过设置相配合的第一活塞和第二活塞，通过第一活塞将排液孔封堵，并在井下通过向油套环空打压实现第一活塞的移动打开排液孔，从而将积液排出，在积液排出后通过第二活塞带动第一活塞移动重新将排液孔封堵，保障蒸汽吞吐的顺利进行，因此，本发明的蒸汽注入管柱能够将油套环空积液排空，进而可以减少主蒸汽的热损失，提高采收率。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。

图1是现有的蒸汽吞吐管柱结构示意图；

图2是本发明一种实施方式提供的蒸汽注入管柱结构示意图；

图3是图2中的环空排液阀初始状态结构示意图；

图4是图3打开排液孔状态示意图；

图5是图3关闭排液孔状态示意图；

图6是图3中第一活塞的剖面示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，本申请中所采用的“上”“下”等位置关系，均为参照重力方向。另外，在井中时，可以以靠近井口为“上”，远离井口为“下”。

请参考图2至图5，为本发明一种实施方式提供的一种蒸汽注入管柱，该蒸汽注入管柱可以用于将油套环空内的积液排出并进行注蒸汽。该蒸汽注入管柱包括：顺次串联的隔热管100、环空排液阀101、热采封隔器102、球座103、筛管104、以及丝堵105；所述热采封隔器102能将油套环空封隔；所述丝堵105将所述筛管104的下端封堵，所述筛管104上分布有注气孔。

在该实施方式中，如图3至图5所示，该环空排液阀101包括：中心管1；所述中心管1的侧壁上设有将其贯通的排液孔(未标示)；可滑动地套设于所述中心管1外的第一活塞3；所述第一活塞3具有面积不同的上受力面31以及下受力面32；所述第一活塞3具有将所述排液孔封堵的封堵位置；所述上受力面31以及下受力面32所形成的压力差能推动所述第一活塞3远离封堵位置；可滑动地套设于所述中心管1外的第二活塞6；所述第二活塞6远离所述第一活塞3的一端设置有容纳空间，所述容纳空间内具有热膨胀药剂9；所述第二活塞6在所述热膨胀药剂9受热膨胀时推动所述第一活塞3至所述封堵位置。

在使用时，如图2所示，将隔热管100、环空排液阀101、热采封隔器102、球座103、筛管104、以及丝堵105串联形成蒸汽注入管柱。其中，球座103可被投入的投球配合封堵之后被打掉，筛管104上分布有注气孔，丝堵105将筛管104的下端封堵，热采封隔器102将油套环空封隔。该环空排液阀101位于热采封隔器102的上方，为便于排净油套环空中的积液，所述环空排液阀101靠近热采封隔器102设置。

进行蒸汽吞吐时，将该蒸汽注入管柱下入井底，然后打压热采封隔器102，使得热采封隔器102坐封将油套环空封隔。在热采封隔器102坐封后将球座103打掉，漏出筛管104上的注气孔，蒸汽注入管柱上下贯通。此时，由于坐封热采封隔器102过程中注入的液体，或者，油套环空内液面高度比较高导致热采封隔器102的上方的油套环空可能存在液体(积液)，为将该积液排掉，可以对油套环空进行注氮气作业，当油套环空内的压力达到一定值时，上受力面31和下受力面32所形成的压力差将第一活塞3离开封堵位置，漏出排液孔，此时状态如图4所示。排液孔将管柱内外连通，油套环空内的积液通过排液孔进入管柱内，进而将油套环空内的积液排空。

然后，如图5所示，通过隔热管100内部进行注气，当温度达到一定值时，热膨胀药剂9开始膨胀，推动第二活塞6运动，同时，第二活塞6推动第一活塞3至封堵位置，重新关闭排液孔，达到将油套环空积液排空的目的，进而可以减少主蒸汽的热损失，提高采收率。

通过以上描述可以看出，本实施方式蒸汽注入管柱的环空排液阀101通过设置相配合的第一活塞3和第二活塞6，通过第一活塞3将排液孔封堵，并在井下通过向油套环空打压实现第一活塞3的移动打开排液孔，从而将积液排出，在积液排出后通过第二活塞6带动第一活塞3移动重新将排液孔封堵，保障蒸汽吞吐的顺利进行，因此，本实施方式的蒸汽注入管柱能够将油套环空积液排空，进而可以减少主蒸汽的热损失，提高采收率。

在本实施方式中，中心管1为一直管。如图3至图5所示，该中心管1的上端设有内螺纹，下端设有外螺纹，从而与其他组件连接形成蒸汽注入管柱。第一活塞3、第二活塞6以及容纳空间均套设于中心管1外。

在本实施方式中，考虑到油套环空中静压力处处相等，第一活塞3远离排液孔的方向可以为向上移动，也可以为向下移动。相应的，第一活塞3与第二活塞6为上下设置，第一活塞3可以位于第二活塞6的上方，也可以位于第二活塞6的下方。

具体的，如图3至图5所示，所述第二活塞6设置于所述第一活塞3的下方。防止在下井过程中第一活塞3与第二活塞6的位置发生窜动，避免提前打开排液孔的情况，所述第一活塞3位于封堵位置时，所述第二活塞6的上端与所述第一活塞3的下端通过剪切销钉5连接。通过设置有该剪切销钉5，在上受力面31与下受力面32的压力差将剪切销钉5剪断后，破坏第一活塞3与第二活塞6的连接，进而推动第一活塞3运动。

在该实施方式中，第一活塞3远离封堵位置的移动方向为向下运动。为使第一活塞3向下运动打开排液孔，所述第一活塞3的上端面为上受力面31，下端面为下受力面32；所述上端面面积大于所述下端面面积。以油套环空内的压力为P，第一活塞3的上受力面31的面积为S1，下受力面32的面积为S2，第一活塞3所受到的推动力为F＝P(S1-S2)。

如图6所示，为方便第一活塞3的安装，所述第一活塞3的上端面固定连接有多个沿周向均匀排布的定位爪33。所述定位爪33的上端设有定位凸起34；所述中心管1的外壁上设有定位凹槽；所述第一活塞3位于封堵位置时，所述定位凸起34卡入所述定位凹槽。

其中，定位爪33可以沿径向扩张，具有一定的收缩扩张性能。在第一活塞3受到的推动力达到一定程度时，第一活塞3拉动定位爪33向下移动，定位爪33扩张，使得定位凸起34脱离定位凹槽。通过设有定位爪33，且定位爪33的定位凸起34卡入定位凹槽时的第一活塞3同样位于封堵位置，从而方便组装第一活塞3时对第一活塞3进行定位，同时，定位爪33卡进在定位凸起34位置也能保证第一活塞3在下井时不能窜动，另外，在第一活塞3被第二活塞6重新推至封堵位置时，定位爪33的定位凸起34卡入定位凹槽中，保证第一活塞3的及时就位，不易移动过量。

进一步地，为防止第一活塞3移动过量，所述中心管1的外壁上设有对所述第一活塞3限位的限位台阶，所述限位台阶在所述第一活塞3位于封堵位置时阻止所述第一活塞3上移。如图3、图5所示，第一活塞3位于封堵位置时，第一活塞3的上端面与限位台阶相抵接触，从而限位台阶将第一活塞3限位。

为保证对排液孔的密封，所述第一活塞3位于封堵位置时，所述第一活塞3上端的内壁与所述中心管1的外壁之间且在所述排液孔的上方设有第一密封圈2，所述第一活塞3的下端的内壁与所述第二活塞6上端的外壁之间且在所述排液孔的下方设有第二密封圈4。具体的，所述第一密封圈2为耐高温密封圈；所述第二密封圈4为聚四氟环。

在本实施方式中，第二活塞6远离第一活塞3的一端(图3中为下端)具有容纳空间，该容纳空间为容纳有热膨胀药剂9的密闭空间，由于第二活塞6的可移动性，该容纳空间可以通过推动第二活塞6的形式扩大体积。其中，热膨胀药剂9可以受热膨胀，从而作用于第二活塞6的下端面使其上行。

具体的，所述中心管1外固定套设有外筒8、下盖11。所述下盖11固定连接所述外筒8的下端以及所述中心管1的外壁；所述第二活塞6的下端伸入所述外筒8内。所述第二活塞6的下端面、所述下盖11的上端面、所述外筒8内壁、以及所述中心管1外壁形成所述容纳空间。其中，所述下盖11焊接于所述中心管1上，所述下盖11与所述外筒8焊接；所述外筒8与所述上盖7焊接。外筒8的壁上设有通入容纳空间的加药孔，该加药孔在向容纳空间中填充热膨胀药剂9完毕后通过焊接封死。

在防止第二活塞6上行时移动过量，所述外筒8的上端还固定连接有上盖7。所述第二活塞6的下端的外壁设有变径台肩；所述上盖7能对所述变径台阶限位。其中，该上盖7套设于第二活塞6外，上盖7与第二活塞6之间可以接触也可以不接触，上盖7对于第二活塞6的移动时并不产生阻力。上盖7整体为圆环片形状，其内径小于所述变径台阶的外径。第二活塞6的下端(变径台阶与下端面之间的部分可以视为第二活塞6的下端)内壁与外壁分别于中心管1的外壁、外筒8的内壁设有密封圈。

为方便热膨胀药剂9的填充，预留热膨胀药剂9的填充空间，防止第二活塞6进入外筒8中直接下滑到底部而无法加药，所述容纳空间内还设有套设于所述中心管1外的定位管10。所述定位管10与所述上盖7之间沿所述中心管1长度方向的距离为所述第二活塞6的可滑动距离。其中，第二活塞6的下端面在接触到定位管10时无法继续向下移动，安装第二活塞6时利于定位第二活塞6。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (11)

1.一种蒸汽注入管柱，其特征在于，该蒸汽注入管柱包括：顺次串联的隔热管、环空排液阀、热采封隔器、球座、筛管、以及丝堵；所述热采封隔器能将油套环空封隔；所述丝堵将所述筛管的下端封堵，所述筛管上分布有注气孔；

所述环空排液阀包括：

中心管；所述中心管的侧壁上设有将其贯通的排液孔；

可滑动地套设于所述中心管外的第一活塞；所述第一活塞具有面积不同的上受力面以及下受力面；所述第一活塞具有将所述排液孔封堵的封堵位置；所述上受力面以及下受力面所形成的压力差能推动所述第一活塞远离封堵位置；

可滑动地套设于所述中心管外的第二活塞；所述第二活塞远离所述第一活塞的一端设置有容纳空间，所述容纳空间内具有热膨胀药剂；所述第二活塞在所述热膨胀药剂受热膨胀时推动所述第一活塞至所述封堵位置。

2.如权利要求1所述蒸汽注入管柱，其特征在于：所述环空排液阀靠近所述热采封隔器设置。

3.如权利要求1或2所述蒸汽注入管柱，其特征在于：所述第二活塞设置于所述第一活塞的下方；所述第一活塞位于封堵位置时，所述第二活塞的上端与所述第一活塞的下端通过剪切销钉连接。

4.如权利要求1所述蒸汽注入管柱，其特征在于：所述第一活塞的上端面为上受力面，下端面为下受力面；所述上端面面积大于所述下端面面积。

5.如权利要求3所述蒸汽注入管柱，其特征在于：所述第一活塞的上端面固定连接有多个沿周向均匀排布的定位爪；所述定位爪的上端设有定位凸起；所述中心管的外壁上设有定位凹槽；所述第一活塞位于封堵位置时，所述定位凸起卡入所述定位凹槽。

6.如权利要求3所述蒸汽注入管柱，其特征在于：所述第一活塞位于封堵位置时，所述第一活塞上端的内壁与所述中心管的外壁之间且在所述排液孔的上方设有第一密封圈，所述第一活塞的下端的内壁与所述第二活塞上端的外壁之间且在所述排液孔的下方设有第二密封圈。

7.如权利要求1或2所述蒸汽注入管柱，其特征在于：所述中心管外固定套设有外筒、下盖；所述下盖固定连接所述外筒的下端以及所述中心管的外壁；所述第二活塞的下端伸入所述外筒内；所述第二活塞的下端面、所述下盖的上端面、所述外筒内壁、以及所述中心管外壁形成所述容纳空间。

8.如权利要求7所述蒸汽注入管柱，其特征在于：所述外筒的上端还固定连接有上盖；所述第二活塞的下端的外壁设有变径台肩；所述上盖能对所述变径台阶限位。

9.如权利要求8所述蒸汽注入管柱，其特征在于：所述容纳空间内还设有套设于所述中心管外的定位管；所述定位管与所述上盖之间沿所述中心管长度方向的距离为所述第二活塞的可滑动距离。

10.如权利要求8所述蒸汽注入管柱，其特征在于：所述下盖焊接于所述中心管上，所述下盖与所述外筒焊接；所述外筒与所述上盖焊接。

11.如权利要求1所述蒸汽注入管柱，其特征在于：所述中心管的外壁上设有对所述第一活塞限位的限位台阶，所述限位台阶在所述第一活塞位于封堵位置时阻止所述第一活塞上移。