CN108119116B - 一种火烧油层点火前危险温度识别及应急处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种火烧油层点火前危险温度识别及应急处理方法。该方法包括：提供一种双探头监测装置，安装在筛管外侧，随筛管放置到井下，用于监测井下温度；在井下设置灭火装置，当油井意外自燃或在点火中，自动触发灭火装置，将火势控制在萌芽状态，并报警，为后续强制灭火工艺争取时间。
Description
技术领域
本发明是关于一种火烧油层点火前危险温度识别及应急处理方法，其是应用于火烧油层注入井的一种井筒保护方法，可以自动识别危险温度，同时进行灭火降温，保护测试设备，为后续安全措施争取时间，属于油田安全开发领域。
背景技术
火烧油层技术又称火驱，是一种能大幅度提高稠油油藏采收率的开采技术，主要是利用地层原油中的重质组分作为燃料，利用空气或富氧气体作为助燃剂，采取自燃和人工点火等方法使油层温度达到原油燃点，并连续注入助燃剂，使油层原油持续燃烧，燃烧反应产生大量的热，加热油层，使得油层温度上升至600～700℃，重质组分在高温下裂解，注入的气体、重油裂解生成的轻质油、燃烧生成的气体以及水蒸汽用于驱动原油向生产井流动，并从生产井采出。
目前火烧油层关键技术研究主要集中在：点火方法、完井方法、示踪方法、监测方法、产出气处理、辅助开采、调剖封堵、室内模拟等方面。安全生产预案也贯穿在生产的各个环节，但总有一些非人为的不可预测的安全隐患影响该技术的正常实施，如点火前邻井蒸汽窜流导致本井温度升高氧化燃烧，油层返油导致井筒内燃烧等等。一旦井筒温度过高没有得到及时处理，轻者可能损坏测试设备，重者可能烧坏套管及固井水泥，使生产井报废。
发明内容
本发明的一个目的在于开发一种火烧油层点火前危险温度识别及应急处理方法，能实时识别危险温度，同时进行灭火降温，保护测试设备，为后续安全手段争取缓冲时间。
为达上述目的，本发明提供了一种火烧油层点火前危险温度识别及应急处理方法，该方法包括：
提供一种双探头监测装置，安装在筛管外侧，随筛管放置到井下，用于监测井下温度；
在井下设置灭火装置，当油井意外自燃或在点火中，自动触发灭火装置，将火势控制在萌芽状态，并报警，为后续强制灭火工艺争取时间。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，所述双探头监测装置包括两个温度探头，其中一个探头暴露在外，监测井下实际温度，另一个探头埋入由纯金属或金属合金固化的金属块内。
根据本发明的具体实施方案，本发明的双探头监测装置中，两个温度探头可通过线路连接至地面显示报警装置。或者，两个温度探头可通过线路连接至温差传感器，温差传感器可进一步通过线缆连接报警装置。
根据本发明的具体实施方案，本发明的双探头监测装置中，所述由纯金属或金属合金固化的金属块是容置于抗高温金属壳体内。
根据本发明的具体实施方案，本发明的双探头监测装置中，所述抗高温金属壳体为抗1000℃以上温度的金属壳体。
根据本发明的具体实施方案，本发明的双探头监测装置中，所述由纯金属或金属合金固化的金属块是熔点温度250-600℃(例如250-300℃或400-600℃)的金属块。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，所述灭火装置可采用筛管外挂灭火棒(安置在测温点附近)，加设灭火尾管(替换丝堵位置)以及采用灭火弹等多种方法。
根据本发明的具体实施方案，本发明的灭火棒包括包括中空棒状的壳体，壳体底端为密封端，壳体顶端为上密封材料(密封防压阀)，壳体的内部密封空间为容装灭火剂的药剂仓。
根据本发明的具体实施方案，所述壳体内部可进一步通过中间密封材料分隔为上密封空间(第一药剂仓)与下密封空间(第二药剂仓)。
根据本发明的具体实施方案，所述壳体为抗高温1000℃以上的金属壳体。
根据本发明的具体实施方案，所述壳体为适于捆绑在井下筛管外部的扁形。
根据本发明的具体实施方案，设置一个药剂仓时，所述灭火剂为90-95％碳酸镁固体和5-10％碳酸氢钠固体(所述90-95％与5-10％为质量百分含量)。所述灭火剂的装填量为药剂仓容积的80％。
根据本发明的具体实施方案，设置二个药剂仓时，所述第一药剂仓封装80-90％碳酸镁固体和10-20％饱和碳酸氢钠溶液(所述80-90％与10-20％为质量百分含量)。装填量为药剂仓容积的80％。所述第二药剂仓封装与碳酸氢钠同当量的饱和硫酸铝溶液。
根据本发明的具体实施方案，所述灭火棒长度2-10米。
根据本发明的具体实施方案，本发明的灭火尾管可包括上下串接的第一油管及第二油管；其中，第一油管顶端为上密封材料(密封放压阀)，第一油管的底端与第二油管的顶端通过中间密封材料密封连接，第二油管的底端为油管密封端；并且，第一油管内装填ABC干粉灭火剂，第二油管内装填碳酸镁固体。根据本发明的具体实施方案，所述ABC干粉灭火剂可包括碳酸氢钠干粉、改性钠盐干粉、钾盐干粉、磷酸二氢铵干粉、磷酸氢二铵干粉、磷酸干粉和氨基干粉灭火剂中的一种或多种。装填量通常为每米油管0.03立方米。根据本发明的具体实施方案，第二油管内填装碳酸镁固体。装填量通常为每米油管0.03立方米。
根据本发明的具体实施方案，所述灭火尾管总长度可根据油井口袋长度确定，一般10-80米。上下油管(第一油管及第二油管)可以等长，也可以不等长。
根据本发明的具体实施方案，所述密封材料(上密封材料与中间密封材料)选用熔点600-660℃的金属材料。优选地，所述上密封材料选用熔点660℃的金属材料，中间密封材料选用熔点600℃的金属材料。
根据本发明的具体实施方案，灭火棒或灭火尾管内部涂刷有机硅耐高温漆或其它耐高温丝扣油，防止电化学反应导致密封提前失效。
综上所述，本发明的方法包括两个部分：危险温度识别方法与应急处理方法。危险温度识别方法采用双温度探头，一个暴露在外，监测井下实际温度，一个埋入由纯金属或金属合金(不限，可视为任何有一定熔点的晶体)固化的腔体内，当井下温度正常时，双温度探头在热传导作用下温差很小，当井下温度超过纯金属或合金金属的熔点温度时，因纯金属或合金金属是晶体，有一定的熔点温度，这时双温度探头的温度差会逐渐增大，当增大到一定范围(50-150℃)，井下温度超过400℃，可判定井下危险高温，地面报警，参看图1。应急处理方法是当油井意外自燃时，自动触发灭火装置，将火势控制在萌芽状态，为后续强制灭火工艺争取时间。可采用吸热降温，也可将泡沫或干粉灭火方法引入井下。当井底温度达到600℃以上时，使用温控触发，吸收热量，放出二氧化碳等阻燃物质，控制火势蔓延，保护测试设备及套管。参看图3、图4，在井下温度发生异常时，地面强制灭火工艺开始准备，若井下设置的灭火装置成功灭火，则工艺正常进行，若井下设置的灭火装置未能成功灭火，则启动准备好的强制灭火工艺，保障安全生产。
本发明的有益效果。
(1)设计简单，操作性强。
(2)实时监测，敏感度高。
(3)处置及时，保障生产。
附图说明
图1为探头温度变化趋势模拟图。
图2为自动识别装置安装示意图。图中，1-筛管，2-外露温度探头，3-内埋温度探头，4-纯金属或合金金属。
图3为成功灭火温度趋势示意图。
图4为未成功灭火温度趋势示意图。
图5A与图5B为应急灭火棒结构示意图。图中，51-上密封，52-第一药剂仓，53-中间密封，54-第二药剂仓。
图6为灭火尾管结构示意图。图中，61-密封放压阀，62-油管A，63-中间密封，64-油管B。
具体实施方式
以下结合具体实施例说明本发明技术的实施和应用效果，但这些实施例并非用于限制本发明的保护范围。
实施例1
危险温度识别参看图2，应急处理参看图5。
用铜或铁等抗高温1000℃以上的金属为壳体，内部根据需要封装不同熔点的纯金属或合金金属4(铝:660℃锌:419.5℃等)设定熔点温度在400-450℃，并预埋温度探头3。
将外露温度探头2与内埋温度探头3绑在筛管1外同一高度或相近高，随油井设计管柱下入井下。
探头和地面显示报警装置连接。设定外露温度探头2和内埋温度探头3的温度差为50℃，一般油井井下正常温度在60-200℃，也就是说，设定当井下温度超过400℃，视为危险高温，则有可能因邻井汽窜或其它原因，井下发生氧化自燃。
应急处理方法参看图5，采用抗高温1000℃以上的高强度金属为壳体，制作成中空扁形灭火棒(耐内压20MPa)，使之有利于捆绑在井下筛管外部，上密封51出口对准温度探头。上密封51和中间密封53材料选用金属铝或合金铝(熔点600-660℃)，灭火棒内部涂刷有机硅耐高温漆，防止电化学反应导致密封提前失效。
第一药剂仓52封装80-90％碳酸镁固体(固体540℃分解放出二氧化碳)和10-20％饱和碳酸氢钠溶液(固体270℃分解)，第一药剂仓52内留20％空间，抽真空。
第二药剂仓54封装与碳酸氢钠同当量的饱和硫酸铝溶液。
当井下发生意外自燃时，碳酸镁在540℃开始分解产生二氧化碳，仓体内部升压，当温度继续升高到600-660℃时，密封失效，碳酸氢钠和硫酸铝反应，放出大量二氧化碳，喷向温度探头，对温度探头附近进行灭火。
地面凭借温度探头所显示的温度趋势判定井下是否灭火成功，制定下一步相应的措施，保障生产。
应急备用参看图6(图5所示应急灭火棒因空间受限，所带化学药剂有限，图6装置一般远离点火点，当井筒剧烈燃烧时，可触发)。如图所示，本发明的灭火尾管包括上下串接的第一油管(油管A)62及第二油管(油管B)64；油管采用普通油管即可，根据油井口袋长度，确定采用的油管总长度。其中，第一油管62顶端为上密封材料(密封放压阀)61，第一油管62的底端与第二油管64的顶端通过中间密封材料63密封连接，第二油管64的底端为油管密封端；并且，第一油管62内装填ABC干粉灭火剂(如碳酸氢钠干粉、改性钠盐干粉、钾盐干粉、磷酸二氢铵干粉、磷酸氢二铵干粉、磷酸干粉和氨基干粉灭火)，装填量为每米油管0.03立方米。第二油管内装填碳酸镁固体，装填量为每米油管0.03立方米。上密封材料选用熔点660℃的金属铝材料，中间密封材料选用熔点600℃的金属合金铝材料。密封材料和油管接触面涂刷有机硅耐高温漆或其它耐高温丝扣油，防止电化学反应导致密封提前失效。
当井底温度达到540℃时，碳酸镁固体分解放出二氧化碳，对油管内部增压。
当井底温度达到600℃时，中间密封熔化解开，对整个油管内部增压。
当井底温度达到660℃时，上密封熔化解开，油管内部二氧化碳带压喷入上部筛管，并冲入井筒，对井筒进行火势控制。
地面凭借温度探头所显示的温度趋势已判定井筒着火，为制定准备下一步相应的安全措施争取时间，保障生产。
最后说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的实施过程和特点，而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种火烧油层点火前危险温度识别及应急处理方法，该方法包括：
提供一种双探头监测装置，安装在筛管外侧，随筛管放置到井下，用于监测井下温度；所述双探头监测装置包括两个温度探头，其中一个探头暴露在外，监测井下实际温度，另一个探头埋入由纯金属或金属合金固化的金属块内，且所述由纯金属或金属合金固化的金属块是容置于抗高温1000℃以上的金属壳体内，设定金属块熔点温度在400-450℃；两个探头绑在筛管外同一高度或相近高度；两个温度探头通过线路连接至地面显示报警装置；或者，两个温度探头通过线路连接至温差传感器，温差传感器可进一步通过线缆连接报警装置；当井下温度超过纯金属或合金金属的熔点温度时，双温度探头的温度差会逐渐增大，当增大到50-150℃，判定井下危险高温，地面报警；
在井下设置灭火装置，当油井意外自燃或在点火中，自动触发灭火装置，将火势控制在萌芽状态，并报警，为后续强制灭火工艺争取时间；其中，所述灭火装置采用安置在测温点附近的筛管外挂灭火棒，和/或替换丝堵位置的灭火尾管；其中，灭火棒包括中空棒状的壳体，采用抗高温1000℃以上的高强度金属为壳体，制作成中空扁形灭火棒，耐内压20MPa，壳体底端为密封端，壳体顶端为上密封材料，上密封出口对准温度探头；灭火棒内部涂刷有机硅耐高温漆；壳体的内部密封空间为容装灭火剂的药剂仓；或者，所述壳体内部进一步通过中间密封材料分隔为上下二个药剂仓；设置一个药剂仓时，所述灭火剂为90-95%碳酸镁固体和5-10%碳酸氢钠固体，所述灭火剂的装填量为80%；设置二个药剂仓时，上面的第一药剂仓封装80-90%碳酸镁固体和10-20%饱和碳酸氢钠溶液，装填量为80%，下面的第二药剂仓封装与碳酸氢钠同当量的饱和硫酸铝溶液，上密封材料和中间密封材料选用熔点为600-660℃的金属铝或合金铝；当井下发生意外自燃时，碳酸镁在540℃开始分解产生二氧化碳，仓体内部升压，当温度继续升高到600-660℃时，密封失效，碳酸氢钠和硫酸铝反应，放出大量二氧化碳，喷向温度探头，对温度探头附近进行灭火；其中，灭火尾管可包括上下串接的第一油管及第二油管；其中，第一油管顶端为上密封材料，第一油管的底端与第二油管的顶端通过中间密封材料密封连接，第二油管的底端为油管密封端；并且，第一油管内装填ABC干粉灭火剂，装填量为每米油管0.03立方米；第二油管内装填碳酸镁固体，装填量为每米油管0.03立方米；尾管的上密封材料选用熔点660℃的金属铝材料，中间密封材料选用熔点600℃的金属合金铝材料；当井底温度达到540℃时，碳酸镁固体分解放出二氧化碳，对油管内部增压；当井底温度达到600℃时，中间密封熔化解开，对整个油管内部增压；当井底温度达到660℃时，上密封熔化解开，油管内部二氧化碳带压喷入上部筛管，并冲入井筒，对井筒进行火势控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述ABC干粉灭火剂包括碳酸氢钠干粉、改性钠盐干粉、钾盐干粉、磷酸二氢铵干粉、磷酸氢二铵干粉、磷酸干粉和氨基干粉灭火剂中的一种或多种。
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