CN1087385C - 减小油井内堵塞碳氢化合物粘性的装置 - Google Patents

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Abstract

用于减小油井(58)内的堵塞碳氢化合物粘性的装置和方法。该装置最好安装在拖车上以便移动。它包括管状热交换器(30)，热交换器(30)使热气体进入供给水盘管(48，44)，从而在一压力下把水加热到预定温度，该压力可防止供给水在热交换器(30)内发生任何蒸发或者相变。加热过的供给水从热交换器(30)开始通过导管(54)，而导管(54)流注到油井。油井与大气相通，因此当供给水加入油井时，它发生相变或蒸发。最后形成的蒸汽和热水可充分减小碳氢化合物的粘性，从而有利于它们流出油井。热交换器(30)的一个实施例包括特别的盘管结构以提高加热效率。

Description

减小油井内堵塞碳氢化合物粘性的装置
本发明涉及用于减小油井内堵塞碳氢化合物粘性的装置。热交换器控制加热的供给水急骤蒸发成蒸汽，直到供给水喷射到油井内之后为止，而该油井与大气压力相通。
多年来，采用加热油来提高是边际生产井的油井的产量，因为油井在它们的上部或者更加浅的端部处被高粘性的有机固体或者碳氢化合物如石蜡和沥青质堵塞。这些使正常的储油流动中止。
加热油工艺是用于恢复这种油井的费用相对较低的方法。加过热的油被装上卡车送到油井，并向油井加入足够量，过了足够长的时间后，油井管柱和邻近地层被足够加热，从而把堵塞碳氢化合物的粘性提高到它们可以随储油一起流出油井的大小上。
热油工艺只是对弄干净油井的上部有效，因为，当加过热的油沉到油井的较深处时，它就很快地失去它的热能。
蒸汽喷射是另一种方法，该方法通过粘性的热减小来处理堵塞的碳氢化合物，尤其是用于处理地层与井身交汇处堵塞孔眼或者割缝衬管的碳氢化合物。
就这种处理而言，蒸汽的特性使得它比热油更加有效，而且还可用于处理井的适度更深部分。由于蒸汽直到它完全冷凝为止没有温降，因此与加热的液体如热油相比，它的热效果可传到井的较深处。它每磅的热含量大约是水的三倍。
此外，在相同温度和压力下，饱和蒸汽占有大约六十倍的水容积，总压力作用在周围地层上，从而有助于把减小了粘性的油驱出地层。
在已授权给A.K Winkler的美国专利No.3288214所描述的现有技术的一个蒸汽喷射方法中，采用含有大量矿物质和杂质的供给水。为了在把蒸汽喷射到油井时避免这些杂质进入地层和可能堵塞地层，因此在套管柱上设置一个封隔器，从而提高地层压力，因而提高了喷射的供给水蒸发成蒸汽时的压力。美国专利No.3288214公开了一种在二次石油开采作业中用于减小油井内的堵塞碳氢化合物粘性的热能输送装置，该热能输送装置包括：热交换装置，该热交换装置又包括一个具有一适合于接受热燃烧气体的燃烧器端部和一供给水端部的主体部分、一位于主体部分中的第一螺旋形盘管和一在主体部分外部延伸用于将供给水引导流过主盘管的主供给水导管；一与第一盘管连接并沿着主盘管侧向向外延伸的排出导管，该排出导管用于将供给水排入油井上端，以使加热过的水在其中蒸发成蒸汽；以及一个回压阀，该回压阀可操作地将供给水保持在这样一个压力下：在供给水在油井上端蒸发成蒸汽之前，在该压力下基本上不发生供给水的汽化。
这种布置把供给水的蒸发或者汽化程度减小到不超过20％的重量。这显然上具有限制把杂质送到蒸汽中的效果，但是该汽化程度也明显地减少了所得到的蒸汽。因此，喷射的水和蒸汽更加象起着现有技术中的热水或者热油的作用，相应地减小了使用蒸汽的优点。
大部分现有技术的碳氢化合物防堵塞蒸汽喷射系统的另一个问题是它们不是便携式的，锅炉或者蒸汽发生器一般设置在一个中心位置上，而油田管道从蒸汽发生器延伸通过分配支管从而到达油田的各个油井中。
在这种系统中的热损失较高，费用较高，并且失去了便携式布置的灵活性。
GB-A-940762公开了一种采用热能减小堵塞碳氢化合物粘性的方法，该方法是在一压力下加热热交换器中的水，使得其达到不会发生水蒸发的温度，然后减小水的压力，使得在油井中发生水的蒸发。
现有技术中的油井蒸汽产生设备由于不合理的锅炉设计而具有较低的效率。这又引起较高的运行费用，因此堵塞的油井的汽化成本优点常常超过了提高产量的经济利益。因此，还是需要一种有效系统用于以合理的成本来有助于二次石油开采。
根据本发明，设置了热能输送装置，该装置能在二次石油开采作业中有效地减小堵塞油井的碳氢化合物的粘性。该装置的特征在于，油井具有一个开口上端以使供给水在大气压力下排入油井，并且热交换装置包括一个沿主体部分侧向延伸的竖管部分，主体部分和竖管部分的内部是相连通的，从而使在主体部分的燃烧器端部处引入的热燃烧气体通过主体部分并且侧向向外地通过竖管部分的内部；一个位于竖管部分中的第二螺旋形盘管；以及一个在竖管部分外部延伸并连接到竖管盘管的上端部上、用于引导供给水向下流过竖管盘管的竖管供给水导管，主供给水导管将竖管盘管的内端部与主盘管连接起来。
在一个优选实施例中，该装置具有大约5百万BTU的容量，并能输送大约260℃(500华氏度)的蒸汽，从而每个月顺序地处理或者修复大约100个油井。
热交换器是一个直通系统，它由于下面的各种原因而具有高效，这些原因包括：它没有蒸汽鼓或者泥浆鼓，因此不需要强制循环或者自然循环，或者不需要现有技术中常用的下部排出系统。只是采用现有的供给水的泵来驱动供给水通过热交换器的管子。
为了使用本发明的装置，通过任何合适的装置如离子交换系统对供给水进行初步处理，以减小它的矿物质含量和杂质。然后把处理过的供给水送到设置在与燃烧器端部相对的主体部分的端部上的管道系统的端盘管中。这可初步加热供给水，但是更加重要的是，冷却了有关的端部，因此它不会由于从燃烧器穿过主体部分内部的燃烧器气体而变得过热。
控制热交换器内的温度和压力，从而使在油井的上游处供给水不会发生汽化。但是，所形成的压力和温度是这样的：在油井内的大气压力下，使重量为大约40％的水在油井内产生蒸发。
加热过的供给水的喷射在大气压力下连续进行从而使它蒸发成蒸汽，以熔化堵塞碳氢化合物或者减小堵塞碳氢化合物的粘性。然后就可恢复油井的正常泵送作业。
用于实现上述作业的设备最好安装在拖车上或者类似物上，以便它能运到单个油井从而立即进行作业。燃烧器最好通过燃料瓶或者容器来供给燃料，如装在拖车上的丙烷或者天然气。尽管可以使用其它燃料如柴油或者当地原油，但是这需要使用昂贵防污染设备如清洁器。
为方便进入，所有动力产生和控制设备也安装在拖车上。这种布置的结果是，省去了伸缩接头、蒸汽集管、蒸汽分流器和现有技术中使用的长的油田歧管，这种歧管用于从一个中心位置处同时处理许多分散的油井。而且如前面所述，可简单地把本装置运到将要修复的单个油井，处理该油井，然后把装置移动到下一个油井。这大大地减小作业费用，并且在把加热过的水排入油井之前减少了热能损失。
以下结合附图的更加详细描述使得本发明的其它方面和优点变得显而易见。
图1是本发明装置的立体图，它安装在拖车上从而来回移动到一个油井位置；及
图2是该装置的热交换器的简化纵向横剖面图，它示意性地显示了把热交换器连接到油田导管上，而该油田导管把加过热的供给水送到井场，从而在与大气压力相通的油井的上端中进行喷射和汽化。
现在参照附图，图示在图1中的本发明的装置是配套型的，并安装到轮式拖车10上从而在井场上容易来回移动。如示意图所示一样，水箱12安装到拖车上，从该水箱12内通过泵14抽出供给水，从而在现有的离子交换系统中的离子交换箱16、盐水箱18和过滤器20内进行处理，以减小水中的任何矿物质和杂质的含量。
控制系统22自动控制所储存的供给水的上水位和下水位，并在预定条件下关闭供给水。便携式发电机24提供使泵14和其它以电作为能量的元件运行的动力，一对丙烷箱26把燃料供给到燃烧器或者燃烧炉28中，而燃烧器或者燃烧炉28设置在锅炉或者热交换器30的燃烧器端部。在拖车上也安装了辅助控制系统31以用于现有的燃烧控制，并且为了合适安全地运行互锁和关闭机构，还包括一个减压阀(未示出)从而防止热交换器中的管子的压力过量增高。显而易见，如果需要，控制系统还可以用计算机控制。
实现上述这些的合适系统对本领域普通技术人员来讲是公知的，为简洁起见，因此省去了这些结构和运行过程的细节。
显而易见，尽管为了减小空气污染而优选使用诸如丙烷的燃料，但是大多数易燃燃料满足燃烧器28内的燃烧。而且，在可得到相对较高质量或者纯水源的情况下，可以省去水的净化装置或者处理装置。
最好如图2所示一样，锅炉或者热交换器30包括水平取向的主体部分32，该主体部分32具有燃烧器端部34和供给水端部36，而燃烧器28安装到燃烧器端部34上。构成端盘管38的管道螺旋形结构合适地安装在供给水端部36的端壁内部中，并且通过供水导管40把它连接到拖车10上的水处理装置上。
主体部分32在邻近端盘管38处有一个开口，一个侧向定向、垂直取向的竖管部分42的下端以密封关系固定到主体部分32上，因此主体部分32的内部与竖管部分42的内部连通。这就把热的燃烧气体的路线定为从燃烧器28到主体部分32，然后进入竖管部分42，从而从竖管部分42的上端排到大气中。当这些气体从主体部分32转移到竖管部分42时，它们处于最热的状态，端盘管38的存在既可在供给水通过端盘管38第一次进入热交换器时预热供给水，又可用于防止供给水端部36的端壁过热和可能的热损害。
尽管没有示出，但是挡板最好设置在主体部分和竖管部分32和42的内部从而降低加过热的气体通过内部时的速度，因此，在主体盘管和竖管盘管44和48内提高热量从气体到供给水的传输。在这方面，本发明的目标是调整运行参数，以致使从竖管部分42顶部出来的气体温度尽可能地接近离开热交换器30的加过热的供给水的温度。这种状态的实现可以导致最大的运行效率，已经发现，用在所描述的该系统中的特殊元件和元件取向非常接近这种情况。
主体部分和竖管部分32和42各自包括外壳体和内壳体，这些壳体间隔布置从而限制一个环形空间。该环形空间充有任何合适的绝热材料，从而使热交换器的热损失最小，这些是显而易见的。
构成主盘管44的螺旋设置的管道结构沿着主体部分32的长度方向延伸。它通过若干沿圆周方向间隔设置的传输线固定器46合适地支撑在内壁上，而这些固定器46安装在壁上。一个类似的被支撑管道结构设置在竖管部分42内并构成了竖管盘管48。
竖管供给水导管50连接到端盘管38上，并沿着竖管盘管48的外侧而垂直延伸到它的上端。该导管从这里连接到竖管盘管48的上端，因此供给水向下通过竖管盘管48。
竖管盘管48的下端连接到主供给水导管52上，而导管52从竖管部分42中延伸出来并沿着主体部分32的外侧进行延伸。导管52连接到主盘管44的燃烧器端上，因此供给水通过主盘管，并环绕燃烧器气体通过的内部空间。
主盘管44的燃烧器端从主体部分32中伸出，并连接到排出导管54，而该导管54延伸到生产油井58的套管柱56的开口上端，而该套管柱形成了生产套管，该生产套管延伸通过石油地层60的上部。油井58在顶部敞开的事实使得油井内部处于大气压力。
一个回压阀62或者其它合适的装置设置在排出导管54中，从而在热交换器30内保持预定的回压。阀62可设置在导管54的任何地方上，最好尽可能接近油井58，如果可能的话，设置在位于套管柱56内的导管54的底部。
控制回压阀62、燃烧器28和通过该系统的供给水的循环，以致使热交换器30内的供给水保持在供给水在交换器内不会汽化的温度和压力下。因此，在盘管或者导管上没有因为矿物质或者其它杂质在供给水中沉淀而形成的结垢。所有加热过的供给水在油井58内汽化或者蒸发成蒸汽。在这种情况下，当供给水到达油井时的温度和压力最好被控制，以使重量大约为40％的水汽化。在各种运行条件下，这种百分比可以稍微改变，但是，最好精确地控制供给水的温度和压力，从而实现40％汽化的所需最小量。在实现这种理想结果时，将油井内的压力保持在大气压力下是重要的。
在通常情况下，根据石油地层的特殊地质条件，喷射供给水汽化的连续时间处于5个小时和10小时之间。堵塞碳氢化合物常常被清理出该系统，从而恢复了正常的泵送运行。根据在油井处所遭受的碳氢化合物堵塞的严重性，需要时，可以重复这种处理。
可以预料，在大约52×104kg/m2(750磅/英寸2)的压力下把供给水加热到大约176℃到260℃(350到500华氏度)以及使供给水在油井内在大气压力下汽化一段指定的时间将产生理想程度的汽化，这种程度的汽化是充分地加热和熔化套管柱的上端部周围的直径约为10英寸的区域内的石蜡和其它碳氢化合物堵塞剂所必需的。

Claims (2)

1.一种在二次石油开采作业中用于减小油井(58)内的堵塞碳氢化合物粘性的热能输送装置，该装置包括热交换装置(30)，该热交换装置又包括一个具有一适合于接受热燃烧气体的燃烧器端部(34)和一供给水端部(36)的主体部分(32)、一位于主体部分中的第一螺旋形盘管(44)和一在主体部分(32)外部延伸用于引导供给水流过主盘管的主供给水导管(52)；一个与第一盘管(44)连接并沿着主盘管侧向向外延伸的排出导管(54)，该排出导管用于将供给水排入油井(58)上端，以使加热过的水在其中蒸发成蒸汽；以及一个回压阀(62)，该回压阀可操作以将供给水保持在这样一个压力下：在供给水在油井上端蒸发成蒸汽之前，在该压力下基本上不发生供给水的汽化，其特征在于，油井具有一个开口上端以使供给水在大气压力下排入油井，并且热交换装置(30)包括一个沿主体部分(32)侧向延伸的竖管部分(42)，竖管部分(42)和主体部分(32)的内部是相连通的，从而使在主体部分(32)的燃烧器端部处引入的热燃烧气体通过主体部分(32)并且侧向向外地通过竖管部分(42)的内部；一个位于竖管部分(42)中的第二螺旋形盘管(48)；以及一个在竖管部分(42)外部延伸并连接到竖管盘管(48)的上端部上、用于引导供给水向下流过竖管盘管(48)的竖管供给水导管(50)，主供给水导管(52)将竖管盘管(48)的内端部与主盘管(44)连接起来。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，主体部分(32)和竖管部分(42)具有外部和内部圆柱形壳体，这些壳体在它们之间限定一个环形空间，该环形空间填充有绝热材料。
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