CN109441400A - 一种气举采油井清防蜡的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气举采油井清防蜡的装置及方法，其用于和井口的四闸板防喷器配合安装，所述装置包括：连续油管和连续保温管；所述连续保温管的一端开口并伸入至连续油管内，伸入至连续油管内的连续保温管与连续油管的内壁之间形成环空，连续保温管的另一端通过出水管线与锅炉连接；所述连续油管的一端封闭，连续油管的另一端与连续保温管之间设有密封器；在所述密封器下方的连续油管上设有出水口，所述出水口通过回水管线依次与循环泵和锅炉连接。本发明能够克服现有技术中的缺陷，在油井不停产的情况下能够保证气举采油井清防蜡的高效性和稳定性，便于操作，且生产成本较低，不会给井中引入新的问题。

Description

一种气举采油井清防蜡的装置及方法

技术领域

本发明涉及油田开采技术领域，具体涉及一种气举采油井清防蜡的装置及方法。

背景技术

蜡是C15-C70的烃类物质，包括正构烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳香烃。油田蜡除含固体烷烃外，还含有油质和其它物质，如胶质、沥青质等。蜡沉积(俗称结蜡)是指原油中的蜡结晶析出并与原油中的其他组分一道沉积在管壁上，使油管流通面积减小，原油流动阻力增大，降低通过流量，严重时产生堵塞。由于地层温度低，原油析蜡温度高，导致生产井油管管壁结蜡问题严重。

现有的清防蜡技术主要包括：机械清蜡技术、物理清蜡技术、化学清蜡技术以及其他辅助清防蜡技术等四大类，以机械清蜡技术、物理清蜡技术为主。其中，机械清蜡是利用刮蜡片刮除油井油管管壁沉积的蜡。其优点是作业方便，清蜡效果好，不影响抽油机井、气举井、自喷井生产；缺点是人工成本高、影响生产时率，井筒落物影响。物理防蜡包括热洗清蜡和电热清蜡，前者通过注入热水或热油等流体。能够有效提高井筒温度，清蜡比较彻底。适用于地层能量高、供液充足、油层埋深不大(小于2000m)的产油井。其缺点是洗井介质用量大，对油井产能有潜在伤害。不适用于深井、层薄、出砂、地层亏空及气举井。后者是通过电缆或油管加热，提高流体温度到析蜡点以上。优点是可直接提高井筒流体温度高于析蜡点，缺点是需提供电力保障。

常规气举采油一般都是通过配套的气举生产管柱、气举阀及气源控制装置来实现原油举升。它通过装在油管上的气举阀将天然气连续不断注入油管内，使油管内的液体与注入的气体混合，降低液柱的密度，从而使液柱重量降低，油层内的原油不断注入井底，并被举升到地面。近年来随着气举采油技术在油田的广泛使用，技术不断成熟。但气举采油井结蜡现象严重，清理防蜡工艺存在以下问题：

一是生产过程中由于套管内注入高压天然气，同时油管也为高压油流，造成机械清蜡成本高、易发生掉、卡等事故，操作风险大；二是没有回流通道无法进行热洗清蜡；三是气举井生产过程中伴随着高压天然气，电加热油管清蜡等工艺存在很大安全隐患；四是现有清蜡剂可以将气举阀的橡胶密封圈溶胀而堵塞气举阀；五是结蜡井蜡样碳数较高、凝点高。因此，气举采油井清防蜡相对更为困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种气举采油井清防蜡的装置及方法，能够克服现有技术中的缺陷，在油井不停产的情况下能够保证气举采油井清防蜡的高效性和稳定性，便于操作，且生产成本较低，不会给井中引入新的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种气举采油井清防蜡的装置，其用于和井口的四闸板防喷器配合安装，所述装置包括：连续油管和连续保温管；所述连续保温管的一端开口并伸入至连续油管内，伸入至连续油管内的连续保温管与连续油管的内壁之间形成环空，连续保温管的另一端通过出水管线与锅炉连接；

所述连续油管的一端封闭，连续油管的另一端与连续保温管之间设有密封器；在所述密封器下方的连续油管上设有出水口，所述出水口通过回水管线依次与循环泵和锅炉连接。

连续油管的尺寸、连续保温管的尺寸、伸入至连续油管内的连续保温管与连续油管的内壁之间形成环空的环空间隙通过优化设计计算给出。

作为优选，伸入至连续油管内的连续保温管与连续油管的内壁之间形成环空的环空间隙为10-20mm。

作为优选，所述连续油管的尺寸为Φ(30-40)mm×(2-4)mm，连续保温管的尺寸为Φ(15-25)mm×(1-2)mm。

作为优选，所述锅炉为燃气加热炉，以天然气作为燃料。

作为优选，所述循环泵在有电源的情况下，采用以电做动力；在无电源的情况下，采用气动往复泵，利用现场气举气作为往复泵动力源，驱动热水在锅炉、井筒之间循环。

作为优选，所述气动往复泵的流量为1.3m³/h-225m³/h。

进一步的，所述连续油管上设有压力温度远传一次表接口，并分别与远传压力表和远传温度计连接。

进一步的，所述远传压力表、远传温度计、循环泵和锅炉分别与控制器连接；根据油井热负荷，对温度、热水流量等进行自动调控。

本发明的第二方面，提供一种利用上述装置进行气举采油井清防蜡的方法，包括以下步骤：

(1)根据具体气举采油井相关参数及要求，设计连续保温管和连续油管的尺寸；根据井口产液温度要求，进行热工计算、配套锅炉加热功率、连续保温管和连续油管下井深度；

(2)将连续保温管穿入连续油管内，使之成为一体，然后将连续油管封闭的一端下入至气举井生产油管内，连续油管的外壁与气举井生产油管的内壁之间形成环空；

(3)将锅炉通过出水管线与连续保温管连接，连续油管的出水口通过回水管线依次与循环泵和锅炉连接；通过锅炉将水加热至设定温度，经出水管线流入至连续保温管内，由连续保温管将热水送至连续油管底部，在循环泵的作用下，水从连续保温管与连续油管之间的环空从连续油管的出水口流出，经回水管线回流至锅炉内，形成循环；在循环过程中将热水的热量持续传递给原油使其温度高于析蜡点，从而实现气举采油井清防蜡。

优选的，步骤(1)中，所述气举采油井相关参数及要求包括：日液、日油、含水、结蜡点、水型和管柱结构。

优选的，步骤(2)中，连续油管的外壁与气举井生产油管的内壁之间形成环空的环空间隙为10-12mm。

本发明的有益效果：

(1)本发明的气举采油井清防蜡方法与电加热相比，密闭热水循环加热防蜡工艺不需要电源，充分利用了气举井现场的气举气，不需要上作业，节省电费及作业施工费用；而且清防蜡效果优异。

(2)本发明的气举采油井清防蜡方法可对装置的压力、温度、热水流量等重要参数的远程调节、监控、保护报警。日常维护、运行成本较低。

附图说明

图1：本发明的气举采油井清防蜡的装置的结构示意图；其中，1-气举井套管，2-气举井生产油管，3-连续油管，4-连续保温管，5-压力温度远传一次表接口，6-井口与连续管密封用四闸板防喷器，7-连续油管与连续保温管之间的密封器，8-出水管线9-燃气锅炉，10-回水管线，11-循环泵。

图2：伸入至连续油管内的连续保温管与连续油管的内壁之间形成环空的环空间隙示意图；其中，3-连续油管，4-连续保温管，d-环空间隙。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

术语说明：

环空间隙：是指外管的内径与内管的外径之间的差值。本发明中伸入至连续油管内的连续保温管与连续油管的内壁之间形成环空的环空间隙是指连续油管的内径与连续保温管的外径之间的差值d(如图2所示)，其中，连续油管和连续保温管的截面为同心圆。连续油管的外壁与气举井生产油管的内壁之间形成环空的环空间隙是指气举井生产油管的内径与连续油管的外径之间的差值，其中，连续油管和气举井生产油管的截面为同心圆。

连续油管的尺寸为Φ(30-40)mm×(2-4)mm，表示的是连续油管的外径为(30-40)mm，管的壁厚为(2-4)mm；

连续保温管的尺寸为Φ(15-25)mm×(1-2)mm，表示的是连续保温管的外径为(15-25) mm，管的壁厚为(1-2)mm。

正如背景技术部分所介绍的，气举采油井结蜡现象严重，现有的清理防蜡工艺存在诸多问题，基于此，本发明基于“密闭循环防蜡技术”设计了一种新的气举采油井清防蜡的装置及方法。

本发明的气举采油井清防蜡的装置，其可以与井口的四闸板防喷器配合安装，所述装置包括：连续油管和连续保温管；所述连续保温管的一端开口并伸入至连续油管内，伸入至连续油管内的连续保温管与连续油管的内壁之间形成环空，连续保温管的另一端通过出水管线与锅炉连接；

所述连续油管的一端封闭，连续油管的另一端与连续保温管之间设有密封器；在所述密封器下方的连续油管上设有出水口，所述出水口通过回水管线依次与循环泵和锅炉连接。

连续油管的尺寸、连续保温管的尺寸、伸入至连续油管内的连续保温管与连续油管的内壁之间形成环空的环空间隙通过优化设计计算给出。特别是伸入至连续油管内的连续保温管与连续油管的内壁之间形成环空的环空间隙的尺寸设计尤为关键，由于该环空间隙是热水回流的通道，因此直接影响到换热效率。经多次设计试验发现，伸入至连续油管内的连续保温管与连续油管的内壁之间形成环空的环空间隙为10-20mm时，其换热效果最佳。

在本发明的一种实施方案中，给出的气举采油井清防蜡的方法如下：

1、计算优化：根据油田具体油井有关参数及要求，如日液、日油、含水、结蜡点、水型、管柱结构等，设计“密闭循环防蜡技术”所用配套连续管和隔热管的尺寸、型号。根据井口产液温度要求，进行热工计算、配套锅炉加热功率、管柱下井深度，以及对气举流体的影响等参数，编写设计方案。如果实施一套锅炉对多口井加热方案，则优化锅炉、管线流程等。

2、设备加工、组装：该技术所用设备包括燃气型锅炉、循环内外管、井口密封零部件、自动控制装置等。根据前期计算、优化结果，确定配套设备技术参数，并进行集成组合。

3、管柱结构在工厂完成组装，即形成连续油管(外)和连续保温管(内)的穿管、内外管盘管和集成；

4、现场采用连续管注入技术，用注入头将双管(连续油管和连续保温管)下入到气举井生产油管内，连续油管的外壁与气举井生产油管的内壁之间形成环空。注入头由链条牵引总成、鹅颈管及注入头框架组成。采油井口与连续油管密封采用的是四闸板防喷器；连续油管与连续保温管之间通过密封器进行密封，形成密闭循环系统。

5、气举井现场如果没有电源，可利用现场天然气做往复泵动力，驱动热水在锅炉、井筒之间循环。气动往复泵为双缸、双作用、卧式泵，改由天然气直接驱动。

6、燃气加热炉燃料采用天然气，根据结蜡点，确定油井出口最低温度后，经前期热工计算，确定油井热负荷，选择加热炉功率。用自动控制装置对温度、热水流量等进行自动调控。调控装置电源由蓄电池供电。

本发明的气举采油井清防蜡的工作过程为：通过锅炉(燃气加热炉)将水加热至设定温度，经出水管线流入至连续保温管内，由连续保温管将热水送至连续油管底部，在循环泵的作用下，水从连续保温管与连续油管之间的环空从连续油管的出水口流出，经回水管线回流至锅炉内，形成循环；在循环过程中将热水的热量持续传递给原油使其温度高于析蜡点，从而实现气举采油井清防蜡。

连续油管的外壁与气举井生产油管的内壁之间形成环空的环空间隙的尺寸对于气举采油井清防蜡的效果是非常关键的，若环空间隙的尺寸过小，会对气举井产油量造成不利影响；若环空间歇的尺寸过大，有会降低换热效率，对清防蜡的效果产生不利影响。经综合考虑和多次试验发现，连续油管的外壁与气举井生产油管的内壁之间形成环空的环空间隙为10-12mm时，其在不影响气举井产油量的同时，清防蜡的效果最佳。

本发明的气举采油井清防蜡的装置及方法，可以充分利用气举井生产现场的条件，在油井不停产的情况下能够保证气举采油井清防蜡的高效性和稳定性，便于操作，且生产成本较低，不会给井中引入新的问题。对于同一地区的气举采油井，经测试，采用本发明的装置及方法与未采用相比，可清除95％以上沉积在油管管壁上的蜡，并防止新蜡的沉积。与现有的在生产油管外壁进行加热除蜡的方法相比，除蜡效果提高了40％以上。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。未注明详细条件的实验方法是按照常规试验方法或按照供应商所建议的操作说明书进行的。

实施例1：

一种气举采油井清防蜡的装置，其结构如图1所示，其用于和井口的四闸板防喷器6 配合安装，所述装置包括：连续油管3和连续保温管4；所述连续保温管4的一端开口并伸入至连续油管3内，伸入至连续油管3内的连续保温管4与连续油管3的内壁之间形成环空，环空的环空间隙为10-12mm；连续保温管4的另一端通过出水管线8与锅炉9连接；

所述连续油管3的一端封闭，连续油管3的另一端与连续保温管4之间设有密封器7；在所述密封器7下方的连续油管3上设有出水口，所述出水口通过回水管线10依次与循环泵11和锅炉9连接。

所述锅炉为燃气加热炉，以天然气作为燃料。

所述循环泵为气动往复泵，利用现场天然气做往复泵动力，驱动热水在锅炉、井筒之间循环。所述气动往复泵的流量为1.3m³/h-225m³/h。

利用上述装置进行气举采油井清防蜡的方法，包括以下步骤：

(1)根据具体气举采油井相关参数及要求，设计连续保温管和连续油管的尺寸；根据井口产液温度要求，进行热工计算、配套锅炉加热功率、连续保温管和连续油管下井深度。

(2)在生产车间将连续保温管穿入连续油管内，使之成为一体，然后盘入连续油管绞盘上，施工时用连续油管下入装置和步骤，一次性将其下入气举生产油管内，该作业可实现不停产施工。连续油管的外壁与气举井生产油管的内壁之间形成环空。

(3)将锅炉通过出水管线与连续保温管连接，连续油管的出水口通过回水管线依次与循环泵和锅炉连接；通过锅炉将水加热至设定温度，经出水管线流入至连续保温管内，由连续保温管将热水送至连续油管底部，在循环泵的作用下，水从连续保温管与连续油管之间的环空从连续油管的出水口流出，经回水管线回流至锅炉内，形成循环；在循环过程中将热水的热量持续传递给原油使其温度高于析蜡点，从而实现气举采油井清防蜡。

实施例2：

以某油田为例：

(1)油田概况

某油田原油含蜡量37％；其中饱和烃80％，芳香烃12％，沥青质6％；原油含蜡量34.4-38.6％；析蜡点：47.5℃；结蜡位置：600-1000m之间；生产方式：采用半闭式气举采油工艺。平均日产油22.6t，日产水39m³，综合含水63.5％。综上数据可见，原油含蜡量高，析蜡温度高、倾点高，地层温度低(50℃)，“三高一低”的特征造成油田结蜡问题严重，很大程度上制约了油田经济高效开发。

(2)初步方案

配套的思路：

1、井筒配套Φ38mm×3mm连续油管+Φ24mm×1.3mm连续保温管；

2、井场无电源时，采用天然气加热装置加热水，用气(天然气)动力往复泵循环热水。

配套的工艺包括：

1)、连续管

1、循环外管采用Φ38mm×3mm连续油管，内管采用Φ24mm×1.3mm连续保温管(耐温120℃，极限240℃)。

2、生产油管与连续油管之间的环空尺寸为12mm，可满足生产需求。

2)、连续管下入

根据下入油管为2⁷/₈管柱，设计内外管出厂时窜在一起，节省下入工作量。采用连续油管四链条注入头一起下入。注入头由链条牵引总成、鹅颈管及注入头框架组成。

3)、气动往复泵

利用现场天然气做往复泵动力，驱动热水在锅炉、井筒之间循环。气动往复泵为双缸、双作用、卧式泵，改由天然气直接驱动。机械结构可分汽缸部分和液缸部分，由中节连在一起，中心架装在中节上面。

a)往复泵流量。在任何排出压力下，往复泵的流量基本不变。可通过更换缸套尺寸(泵型号)，调节冲程，大幅度调节流量。

b)往复泵压力。往复泵的实际运行压力和系统管路有关，取决于管路系统的背压。只要驱动气体的功率、泵本身及管道材料强度足够，从理论上讲，往复泵的排出压力可以无限高，适应范围大。

气动往复泵适用于锅炉给水、矿山排水及输送石油产品或中性液体。根据不同流量的要求，有12种规格，其流量最小1.3m³/h，最大225m³/h。可根据油井产液量，选择合适的规格、型号。同时，随着产液量和井口温度的变化，通过调节冲程，大幅度调节往复泵的排量，保障井筒流体温度高于析蜡点。

4)、燃气加热炉

燃料：天然气

热负荷：根据油井热负荷，计算选择一炉一井，或一炉两井。

5)自动控制

根据油井热负荷，对温度、热水流量等进行自动调控。

调控装置电源：由蓄电池供电。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气举采油井清防蜡的装置，其用于和井口的四闸板防喷器配合安装，其特征在于，所述装置包括：连续油管和连续保温管；所述连续保温管的一端开口并伸入至连续油管内，伸入至连续油管内的连续保温管与连续油管的内壁之间形成环空，连续保温管的另一端通过出水管线与锅炉连接；

所述连续油管的一端封闭，连续油管的另一端与连续保温管之间设有密封器；在所述密封器下方的连续油管上设有出水口，所述出水口通过回水管线依次与循环泵和锅炉连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，伸入至连续油管内的连续保温管与连续油管的内壁之间形成环空的环空间隙为10-20mm。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连续油管的尺寸为Φ(30-40)mm×(2-4)mm，连续保温管的尺寸为Φ(15-25)mm×(1-2)mm。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述锅炉为燃气加热炉，以天然气作为燃料。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述循环泵在有电源的情况下，以电做动力；在无电源的情况下，采用气动往复泵，利用现场气举气作为气动往复泵动力源。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述气动往复泵的流量为1.3m³/h-225m³/h。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连续油管上设有压力温度远传一次表接口，并分别与远传压力表和远传温度计连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述远传压力表、远传温度计、循环泵和锅炉分别与控制器连接。

9.一种利用上述装置进行气举采油井清防蜡的方法，其特征在于，包括以下设计步骤：

(1)根据具体气举采油井相关参数及要求，设计连续保温管和连续油管的尺寸；根据井口产液温度要求，进行热工计算、配套锅炉加热功率、连续保温管和连续油管下井深度；

(2)将连续保温管穿入连续油管内，使之成为一体，然后将连续油管封闭的一端下入至气举井生产油管内，连续油管的外壁与气举井生产油管的内壁之间形成环空；

(3)将锅炉通过出水管线与连续保温管连接，连续油管的出水口通过回水管线依次与循环泵和锅炉连接；通过锅炉将水加热至设定温度，经出水管线流入至连续保温管内，由连续保温管将热水送至连续油管底部，在循环泵的作用下，水从连续保温管与连续油管之间的环空从连续油管的出水口流出，经回水管线回流至锅炉内，形成循环；在循环过程中将热水的热量持续传递给原油使其温度高于析蜡点，从而实现气举采油井清防蜡。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，连续油管的外壁与气举井生产油管的内壁之间形成环空的环空间隙为10-12mm。