CN1081287C - 一种稠油井采油方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于稠粘原油开采的方法和装置。它以高温高压导热流体介质,在驱动流体动力机产生动力的同时,对油层进行加热,便于稠粘原油入进入泵。所采用的叶泵装置,体积小、泵效高、制造简单、成本低。本发明能减少采油设备占地面积,降低设备复杂程度和购置费用,便于操作和维护,降低能耗和采油成本,提高采油生产效率。

Description

一种稠油井采油方法及其装置
本发明涉及一种稠粘石油采油方法及其装置,特别是一种利用叶泵同时完成抽油和对井下石油加热的稠油井采油方法及其装置。
在我国各地油田中,有不少稠油油田。这类油田原油的粘度较高。随着我国各大油田进入中后期开发,稠油、特稠油、高凝点、高含蜡的原油开采比例也越来越大。由于油层粘度大,温度又低,给原油开采增加了很大的难度。目前,解次这一难题的办法是在抽油的同时,由专门的装置对油管入口周围和油管中的原油持续进行加热,以提高其温度,降低其粘度,以便使原油能顺利地进入油管和油泵,最终被顺利地提升至地面,并且具有符合采油生产要求的出口油温。因此,抽油与加热方法和设备的效率和成本,决定了稠油井开采的产量、效率和所产原油的成本及利润。
目前,常用的采油方法中,采用管式泵和杆式泵都需有地面的抽油机(俗称“磕头机”)来驱动,还需配备井下加热设备,因此设备投资高、占地面积大,采油效率不高。若采用电潜离心泵、螺杆泵等方法,则井下电机、泵和电缆都非常昂贵,而且不能长期在高温环境下使用,因此增加了采油成本。
本发明的目的,是克服上述采油方法和设备的不足,提供一种能同时完成抽油和对油层加热的采油方法,以及以更小的占地面积、更简单的结构、更小的投资和运行成本实现这种方法的采油装置。
本发明的技术方案是:一种抽油加热二合一的叶泵稠油井采油方法,其特征在于该方法实施步骤如下:
A.在地面将导热流体介质加热到所需温度;
B.对导热流体介质加压,输送至井下;
C.导热流体介质驱动井下的流体动力机旋转,并将热量扩散到周围的原油油液中;
D.导热流体介质被输送回地面,重复所述A至C步骤;
E.将流体动力机输出的旋转运动调整至所需的转速,并转换成正向半周、反向半周反复交替的转动;
F.驱动叶泵动转;
G.叶泵动转时,内部所产生的腔室效应导致将泵外油层中的原油从尾端吸入泵内,并从其顶端将泵内油液排出;
H.叶泵持续运转,油层中的原油不断被举升至地面。
在导热流体介质进入流体动力机之前,还可以对已泵出的油液进行加热。
本发明的采油方法的核心,是用高温、高压导热流体介质驱动一个流体动力机,以获得能带动油泵运转的动力。在驱动流体动力机的同时及其后,高温导热流体介质都可将热能传导给泵口周围的油液,实现热交换,使这部分原油的温度提高,粘度降低,能更顺利地进入油泵。如果需要,还可以在驱动流体动力机之前,将热能传导给已由油泵排出的油液,以维持其温度和粘度,使其顺利到达地面输油管网中。释放了能量的导热流体介质再被输送回地面,重新加热、加压、再次获得热能与动能,并输送到井下,如此周而复始地进行能量转换过程,驱动流体动力机持续运转。经过减速的流体动力机输出轴的转动,再被转换成正向半周、反向半周反复交替转动,以驱动叶泵。持续运转的叶泵将井下原油提升至地面。
关于叶泵的结构和原理将在后文详述。
本发明的技术方案还包括:一种用于上述稠油井采油方法的采油装置,其特征在于,它包括:
A.一个设在地面的导热流体介质加热装置4;
B.一个加压泵3,经管路连通导热流体介质加热装置4;
C.井口装置7,加压泵3输出的导热流体介质通过管路5由此输入井下:
D.油管9,其上端连接井口装置7;
E.套管8;
F.叶泵10,其上端与油管9连通;
G.换向机11,其输出端与叶泵10底部的接口连接;
H.减速器12,连接并驱动换向器11;
I.流体动力机13,连接并驱动减速器12,导热流体介质输入口通过管路5连接加压泵3;
J.油层加热器14,导热流体介质入口连通流体动力机13尾端的介质出口,其导热流体介质出口通过管路6连通导热流体介质加热装置4。
下面结合附图中的实施例作详细说明:
图1,本发明采油装置总体结构示意图;
图2,本发明叶泵连接结构图;
图3,本发明叶泵之泵筒示意图;
图4,本发明叶泵之泵叶示意图;
图5,本发明叶泵之泵头结构图;
图6,本发明叶泵之泵座结构图;
图7,本发明换向机结构图;
图8,本发明换向机之输入轴和驱动齿盘示意图;
图9,本发明换向机之输入轴和输出齿盘示意图;
参照图1,本发明的采油装置中,地面设备除电力设备1和控制配电箱2以外,仅有导热流体介质加热装置4和加压泵3,显著减少了采油设备的占地面积和设备购置费。在本实施例中,导热流体介质选用的是导热油,它在加热后能达到较高的温度。高温高压的导热油通过管路5从井口7进入井下。参照前述的采油方法,导热油可以通过管路5从油管9与套管8之间直接进入并驱动流体动力机13,也可以将管路5从油管9中穿过,将部分热能先传导给已被叶泵10泵入油管9的油液,然后再驱动流体动力机13。导热油在流体动力机13内将流体动能转换成机械能的同时,也将部分热能传导给装置周围的原油。之后,导热油进入油层加热器14,将剩余的热能传导给油层加热器14周围的原油。完成了主要的能量交换过程以后,油层加热器14排出的导热油经过管路6从油管9和套管8之间回输到地面的导热流体介质加热器4中。流体动力机13输出的机械能,经减速后带动一个叶泵10运转,叶泵10将油层中的原油通过油管9举升至地面。
参见图2~图6,所述的叶泵10包括:
A.一个泵筒101;
B.两个对称地设于泵筒101内壁上的隔板102;
C.一个位于泵筒101内同轴安装的泵轴103;
D.两个对称地安装在泵轴103上的泵叶104;
E.一个安装在泵筒101顶端,设有出口凡尔105和出油口106的泵头107;
F.一个安装在泵筒101尾端,设有入口凡尔108、入油口109及驱动接口110的泵座111。
叶泵10是一种正、反向交替转动的油泵。叶泵10内的两个泵叶104与泵筒101上的两个隔板102之间共形成四个腔室。当泵轴103带动泵叶104向某一方向转动时,两个泵叶104与其运动方向相结的隔板102之间的两个腔室容积同时缩小,压力增高,导致将该两个腔室上部的出口凡尔105打开,下部入口凡尔108关闭,腔室内油液被排出,经出油口106进入油管9;同时,两个泵叶104与其运动方向相反的隔板102之间的两个腔室容积同时增大,压力降低,使入口凡尔108打开,出口凡尔105关闭,油层中的原油经入油口109和入口凡尔108被吸入泵筒101。当泵叶104向相反方向转动时,两对腔室所起的作用改变:原来排出油液的,现在吸入油液;原来吸入油液的,现在排出油液。所以,在叶泵10的每半个运动周期(正向或反向半周)中,总有两个腔室(近50%容积)吸油、同时另两个腔室(近50%容积)在排油。
因此,叶泵具有体积小、能耗小、泵效高、制造工艺简单、成本低的优点,能广泛适用于稀油、稠油、高凝油的开采,也适合作为含砂、含气油井的采油泵。可方便地安装于竖井、斜井或水平井内作深层石油开采。
参见图7~图9,所述的换向机11包括:
A.机壳121;
B.轴承122;
C.输入轴123;
D.设在输入轴123上的正转驱动齿盘124和反转驱动齿盘125;
E.设在输入轴123两侧且轴线相互平行的正转传动齿轮126和反转传动齿轮127;
F.设在输入轴123轴线延长线上的输出轴120;
G.设在输出轴120上的正向输出齿盘128和设在正向输出齿盘128底面上的反向输出齿盘129。
换向机11是配合叶泵10使用的机械装置,其功能是将轴的连续旋转运动,转换为正向半周、反向半周反复交替的转动。它的工作原理如下:当连续旋转的输入轴123在某一半周转动时,半圆形的正转驱动齿盘124开始与正转传动齿轮126啮合,而正转传动齿轮126与正向输出齿盘128啮合,这样,输入轴123转动半周,通过这三个正转齿轮与齿盘的传动关系,使输出轴120以相同方向转动半周。由于正转驱动齿盘124为一半圆形(180°),所以在这个半周转动结束时,它即与正转传动齿轮126脱离。而反转驱动齿盘125因半径不同,并不能与正转传动齿轮126啮合。当输入轴123开始下一半周转动时,反转驱动齿盘125开始与输入轴123另一侧的反转传动齿轮127啮合,而反转传动齿轮127一直与输出轴120上的反转输出齿盘129啮合,所以,在这个半周内,输入轴123驱动输出轴120作反向转动。而这时,正向驱动齿盘124与正转传动齿轮126脱离,输出轴120带动正转传动齿轮126空转,不影响反向半周的转动。同理,正转半周时,反转传动齿轮127空转,不影响正转进行。
在本实施例中,导热流体介质加热器4、加压泵3、井口装置7、流体动力机13和油层加热器14等,均可采用已有的设备,此处不再详述。另外,本实施例中,减速器12亦采用常见的摆线针轮减速器,并与换向机11合为一整体。
本发明的采油装置,可以完整地实现稠油井抽油加热二合一采油方法。
本发明与现有技术相比,具有显著的优越性:
1.显著减少了采油设备的占地面积;
2.降低了地面和井下设备的购置费和运营成本;
3.降低了工艺和设备的复杂程度,便于制造和维修;
4.降低了能耗;
5.提高了采油生产效率,降低了原油成本;
6.适用面广,特别能满足稠粘油井的开采需要。

Claims (5)

1.一种稠油井采油方法,其特征在于,该方法的实施步骤如下:
A.在地面将导热流体介质加热到所需温度;
B.对导热流体介质加压,输送至井下;
C.导热流体介质驱动井下的流体动力机旋转,并将热量扩散到周围的原油油液中;
D.导热流体介质被输送回地面,重复所述A到C步骤;
E.将流体动力机输出的旋转运动调整至所需的转速,并转换成正向半周、反向半周反复交替的转动;
F.驱动叶泵动转;
G.叶泵动转时,内部所产生的腔室效应导致将泵外油层中的原油从尾端吸入泵内,并从其顶端将泵内油液排出;
H.叶泵持续动转,油层中的原油不断被举升至地面。
2.根据权利要求1所述的稠油井采油方法,其特征在于:在导热流体介质进入流体动力机之前,还可以对已泵出的油液进行加热。
3.一种应用于权利要求1所述采油方法的采油装置,其特征在于,它包括:
A.一个设在地面的导热流体介质加热装置(4);
B.一个加压泵(3),经管路连通导热流体介质加热装置(4);
C.井口装置(7),加压泵(3)输出的导热流体介质通过管路(5)由此输入井下;
D.油管(9),其上端连接井口装置(7);
E.套管(8);
F.叶泵(10),其上端与油管(9)连通;
G.换向机(11),其输出端与叶泵(10)底部的接口连接;
H.减速器(12),连接并驱动换向机(11);
I.流体动力机(13),连接并驱动减速器(12),导热流体介质输入口通过管路(5)连接加压泵(3);
J.油层加热器(14),导热流体介质入口连通流体动力机(13)尾端的介质出口,其导热流体介质出口通过管路(6)连通导热流体介质加热装置(4)。
4.根据权利要求3所述的稠油井采油装置,其特征在于:所述的叶泵(10)包括:
A.一个泵筒(101);
B.两个对称地设于泵筒(101)内壁上的隔板(102);
C.一个位于泵筒(101)内同轴安装的泵轴(103);
D.两个对称地安装在泵轴(103)上的泵叶(104);
E.一个安装在泵筒(101)顶端,设有出口凡尔(105)和出油口(106)的泵头(107);
F.一个安装在泵筒(101)尾端,设有入口凡尔(108)、入油口(109)及驱动接口(110)的泵座(111)。
5.根据权利要求3或4所述的稠油井采油装置,其特征在于:所述的换向机(11)包括:
A.机壳(121);
B.轴承(122);
C.输入轴(123);
D.设在输入轴(123)上的正转驱动齿盘(124)和反转驱动齿盘(125);
E.设在输入轴(123)两侧且轴线相互平行的正转传动齿轮(126)和反转传动齿轮(127);
F.设在输入轴(123)轴线延长线上的输出轴(120);
G.设在输出轴(120)上的正向输出齿盘(128);
H.设在正向输出齿盘(128)底面上的反向输出齿盘(129)。
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