CN109681148B - 全井筒保温装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全井筒保温装置及其使用方法，其涉及油气及地热开采技术领域，全井筒保温装置包括：注气短接，注气短接的侧壁上设置有注气喷嘴；连接在注气短接下端的封隔器；设置在注气短接内的套筒，套筒的内侧壁上开设有第一卡合部；设置在套筒和注气短接内的能沿竖直方向进行滑动以封闭注气喷嘴的开关滑套，开关滑套的侧壁上具有能沿径向方向伸缩的、能嵌入第一卡合部的第一伸缩机构，开关滑套的内侧壁开设有第二卡合部；能穿入开关滑套的开关器，开关器的侧壁上具有能沿径向方向伸缩的、能嵌入第二卡合部的第二伸缩机构。本申请能够在原油及地热开采过程中进行隔热保温，并具有安装简单、施工成本低的优势。

Description

全井筒保温装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及油气及地热开采技术领域，特别涉及一种全井筒保温装置及其使用方法。

背景技术

随着我国社会经济快速发展，我国油气资源形势日益严峻，2017年石油表观消费量估计为5.88亿吨，对外依存度达到67.4％，能源战略安全问题突出。而我国稠油、重质油、含蜡油等资源丰富，但目前开发方式成本较高，特别是为了地面输运方便，往往需要保证原油到达井口时仍具备较高的温度。在从深几千米的井底输运到地面的过程中热损失较大。特别是在稠油开采过程中，需要往地下输入高温高压蒸汽，以及在稠油采出的过程中存在两次严重热损失，极大地增加了开采成本。目前采用开发方式主要有两种，一是保温管柱，常用表面涂层、同心真空管；二是地面管线加热，即在地面管线外部通过电加热的方式进行加热。前者成本较高，工艺复杂，保温效果不理想；后者则增加了作业成本以及用电安全的问题。

此外，随着传统化石能源带来的资源枯竭和环境污染问题日益突出，我国把大力发展清洁能源作为今后节能减排的重头戏，能源规划指出2020年，地热能利用规模需要达到7000万吨标煤以上。地热能作为一种清洁、无污染的替代能源，对缓解能源供应压力、改善生态环境发挥着重要的作用，因此，加快地热资源开发利用的速度势在必行。在地热开采过程中如何有效降低热损失是中深层水热型地热资源高效利用的关键。热水从2000米至3000米井底输运到井口时，温度往往降低了十几度甚至几十度以上，严重限制了取热效果。提高取热管柱的保温性能有利于减少热损，但是目前尚未有直接应用于数千米地热井的取水保温管。尽管真空保温管已在稠油开采中有所应用，但对于中深层地热开采而言真空保温管的成本过高，难以推广应用，且其接箍处难以有效保温，不能实现全尺寸的真空保温，因此热损失会相对更高。最后，现场对于真空管的下入需要配套的设备和专业人员，需要额外投入较高的人力和物力，并且还可能带来一些下入或起出过程的安全问题。因此，亟需一种全井筒保温装置及其使用方法以克服现有技术中的缺陷。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种全井筒保温装置及其使用方法，其能够在原油及地热开采过程中进行隔热保温，并具有安装简单、施工成本低的优势。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种全井筒保温装置，所述全井筒保温装置包括：

注气短接，所述注气短接的侧壁上设置有注气喷嘴；

连接在所述注气短接下端的封隔器；

设置在所述注气短接内的套筒，所述套筒的内侧壁上开设有第一卡合部；

设置在所述套筒和注气短接内的能沿竖直方向进行滑动以封闭所述注气喷嘴的开关滑套，所述开关滑套的侧壁上具有能沿径向方向伸缩的、能嵌入所述第一卡合部的第一伸缩机构，所述开关滑套的内侧壁开设有第二卡合部；

能穿入所述开关滑套的开关器，所述开关器的侧壁上具有能沿径向方向伸缩的、能嵌入所述第二卡合部的第二伸缩机构。

优选地，所述注气短接具有第一台阶部，所述套筒的上端抵住所述第一台阶部，所述套筒的下端抵住所述封隔器。

优选地，所述注气短接具有第二台阶部，所述第二台阶部能抵住所述开关滑套，以对所述开关滑套进行限位。

优选地，所述第一伸缩机构包括第一伸缩件和设置在所述第一伸缩件和所述开关滑套之间的第一弹性件，所述第一伸缩件的下端具有第一导向部。

优选地，所述第二伸缩机构包括第二伸缩件和设置在所述第二伸缩件和所述开关器之间的第二弹性件，所述第二伸缩件的上端具有第二导向部。

优选地，所述套筒的内侧壁上具有能够抵住所述开关滑套的第三台阶部，以对所述开关滑套进行限位。

优选地，所述开关滑套和所述注气短接之间通过剪切销钉进行固定。

优选地，当所述第一伸缩机构与所述第一卡合部相卡合时，所述开关滑套封闭所述注气喷嘴。

优选地，当所述开关滑套与所述第三台阶部相抵时，所述开关滑套远离所述注气喷嘴处。

一种如上述任一所述的全井筒保温装置的使用方法，包括以下步骤：

将所述全井筒保温装置的所述注气短接连接在油管下端，下入至地热井或油井中；

将所述封隔器进行坐封以对油套环空进行封隔；

待所述封隔器坐封后，通过绳索将所述开关器下入所述油管，直至所述开关器的所述第二伸缩机构卡入所述开关滑套的所述第二卡合部；

对所述油管内部进行加压，以使所述开关滑套的第一伸缩机构与所述套筒的所述第一卡合部脱离，并使得所述开关滑套离开所述注气喷嘴处；

向所述油管中注入气体，从而排出所述油套环空中的液体并使得所述油套环空中充满气体；

通过绳索上提所述开关器，进而带动所述开关滑套向上移动，以使所述开关滑套封闭所述注气喷嘴；

继续上提所述开关器以使所述开关器的所述第二伸缩机构与所述开关滑套的所述第二卡合部分离，直至所述开关器自井口取出。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

1、本发明中的全井筒保温装置保温效果好，通过封隔器将油套环空封隔，再通过注气喷嘴将油套环空中的液体顶替到地面，进而使油套环空充满空气，从而实现全井筒的气体绝热，最大限度地降低热损失。

2、本发明中的全井筒保温装置可操作性强，所有管柱均为普通管柱，无需特殊加工与操作，正常起下钻作业人员即可完成所有操作。

3、本发明中的全井筒保温装置的安全性好，其中不存在运动部件，后期密封长期有效。

4、本发明中的全井筒保温装置具有较高的经济性，所有管柱均为普通管柱，无需特殊绝热材料，无需特殊作业人员，操作方面，作业时间短，如此可以大大降低作业成本；而且本申请采用单管柱结构，对于较深的井特别适用，其经济性较好，该装置可以使得稠油、重质油、地热等能源得到更好地开发利用。

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。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中全井筒保温装置的注气喷嘴处于关闭状态的示意图；

图2为本发明实施例中全井筒保温装置的注气喷嘴处于打开状态的示意图；

图3为本发明实施例中全井筒保温装置中的注气短接的结构示意图；

图4为本发明实施例中全井筒保温装置中的开关滑套的立体示意图；

图5为本发明实施例中全井筒保温装置中的套筒的剖面示意图；

图6为本发明实施例中全井筒保温装置中的套筒的立体示意图；

图7为本发明实施例中全井筒保温装置中的开关器的立体示意图。

以上附图的附图标记：

1、套管；2、注气短接；21、安装孔；22、通孔；23、第一台阶部；24、第二台阶部；3、开关滑套；31、第一伸缩机构；32、第二卡合部；33、销钉槽；4、套筒；41、第一卡合部；42、第三台阶部；5、封隔器；6、注气喷嘴；7、剪切销钉；8、第二密封圈；9、开关器；91、第二伸缩机构；92、连接扣；10、第一密封圈；11、第三密封圈。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。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。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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，不是旨在于限制本申请。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。

为了能够在原油及地热开采过程中进行隔热保温，以克服现有技术中存在的普通管柱保温性能差和真空保温管安装困难、施工成本高、安全性无法保证的问题，在本申请中提出了一种全井筒保温装置，图1为本发明实施例中全井筒保温装置的注气喷嘴处于关闭状态的示意图，图2为本发明实施例中全井筒保温装置的注气喷嘴处于打开状态的示意图，图3为本发明实施例中全井筒保温装置中的注气短接的结构示意图，图4为本发明实施例中全井筒保温装置中的开关滑套的立体示意图，图5为本发明实施例中全井筒保温装置中的套筒的剖面示意图，图6为本发明实施例中全井筒保温装置中的套筒的立体示意图，图7为本发明实施例中全井筒保温装置中的开关器的立体示意图，如图1至图7所示，全井筒保温装置可以包括：注气短接2，注气短接2的侧壁上设置有注气喷嘴6；连接在注气短接2下端的封隔器5；设置在注气短接2内的套筒4，套筒4的内侧壁上开设有第一卡合部41；设置在套筒4和注气短接2内的能沿竖直方向进行滑动以封闭注气喷嘴6的开关滑套3，开关滑套3的侧壁上具有能沿径向方向伸缩的、能嵌入第一卡合部41的第一伸缩机构31，开关滑套3的内侧壁开设有第二卡合部32；能穿入开关滑套3的开关器9，开关器9的侧壁上具有能沿径向方向伸缩的、能嵌入第二卡合部32的第二伸缩机构91。

如图3所示，注气短接2大致呈中空的圆管状，其上端开设有螺纹，以用于与油管相连接，例如，该螺纹可以为外螺纹；注气短接2的下端同样开设有螺纹，以用于与封隔器5相连接，例如，该螺纹可以为内螺纹。为了能够使得注气短接2能将开关滑套3固定在需要的位置，注气短接2的侧壁上开设有销钉孔，销钉孔中安装有剪切销钉7，从而通过剪切销钉7固定住开关滑套3。注气短接2的侧壁上开设有安装孔21，安装孔21中设置有注汽喷嘴，注汽喷嘴可以位于剪切销钉7的下方。注气短接2的内壁上具有第一台阶部23，第一台阶部23用于抵住套筒4的上端。注气短接2的内壁上还具有第二台阶部24，第二台阶部24用于抵住开关滑套3，当开关滑套3在注气短接2内向上滑动时，第二台阶部24能够对开关滑套3进行限位。

如图1和图2所示，封隔器5连接在注气短接2下端，封隔器5与注气短接2之间可以通过螺纹相连接，当封隔器5坐封时，其用于将油套环空进行封隔。在本申请中并不对封隔器5的具体类型做任何限制，其只要满足能够封隔油套环空即可。

如图5和图6所示，套筒4设置在注气短接2内，套筒4的上端抵住第一台阶部23，套筒4的下端抵住封隔器5的上端，如此套筒4被限位在注气短接2内，不会上下滑动。套筒4的内侧壁上开设有第一卡合部41，第一卡合部41可以呈镂空状或缺口状，其能够使得开关滑套3的第一伸缩机构31卡入，从而实现开关滑动与套筒4之间的定位。套筒4的内侧壁上具有能够抵住开关滑套3的第三台阶部42，以对开关滑套3进行限位。当开关滑套3向下滑动时，第三台阶部42能够对开关滑套3的下端进行限位。套筒4上端的内径与注气短节中部的内径相等，如此可以使得注气喷嘴6在套筒4和注气短节中滑动。

如图4所示，开关滑套3设置在套筒4和注气短接2内，开关滑套3和注气短接2之间通过剪切销钉7进行固定。开关滑套3的外侧壁上具有销钉槽33，剪切销钉7穿过注气短接2上的通孔22嵌入销钉槽33中。开关滑套3的侧壁上具有能沿径向方向伸缩的、能嵌入第一卡合部41的第一伸缩机构31。第一伸缩机构31可以包括第一伸缩件和设置在第一伸缩件和开关滑套3之间的第一弹性件，第一伸缩件的下端具有第一导向部。当开关滑套3将要向下移动时，第一伸缩件在第一导向部的作用下向径向方向收缩，以使开关滑套3能向下移动。第一弹性件可以采用弹簧。此时，开关滑套3封闭注气短接2上的注气喷嘴6，第一伸缩机构31嵌入第一卡合部41。当剪切销钉7被切断后，开关滑套3能沿竖直方向进行滑动，开关滑套3向下滑动以后，开关滑套3与套筒4的第三台阶部42相抵，开关滑套3远离注气喷嘴6处。开关滑套3的内侧壁开设有第二卡合部32，第二卡合部32可以位于第一伸缩机构31的下方。第二卡合部32可以呈镂空状或缺口状，其能够使得开启器的第二伸缩机构91卡入，从而实现开关滑动与开关器9之间的定位。

如图1、图2和图4所示，为了提高开关滑套3与套筒4、注气短接2之间的密闭性，开关滑套3的侧壁上设置有具有第一密封圈10的第一凹槽、具有第二密封圈8的第二凹槽、具有第三密封圈11的第三凹槽。当开关滑套3和注气短接2之间通过剪切销钉7进行固定时，第一密封圈10位于剪切销钉7与注气喷嘴6之间；第二密封圈8位于注气喷嘴6与第一伸缩机构31之间；第三密封圈11位于第一伸缩机构31的下方。

如图7所示，开关器9能够通过绳索连接后下入地热井或油井中，开关器9呈圆柱状，其上部具有用于连接绳索的连接扣92。开关器9的侧壁上具有能沿径向方向伸缩的、能嵌入第二卡合部32的第二伸缩机构91。第二伸缩机构91可以包括第二伸缩件和设置在第二伸缩件和开关器9之间的第二弹性件，第二伸缩件的上端具有第二导向部。当开关器9将要向上移动时，第二伸缩件在第二导向部的作用下向径向方向收缩，以使开关器9能向上移动。当开关器9的第二伸缩机构91与第二卡合部32相卡合后，开关器9能够带动开关滑套3向上移动或向下移动，从而使得开关滑套3能够对注气喷嘴6进行封闭或打开。

本申请中的全井筒保温装置的使用方法可以包括以下步骤：

将全井筒保温装置的注气短接2连接在油管下端，将油管和全井筒保温装置一起下入至地热井或油井中的套管1中。

待油管和全井筒保温装置一起下入至地热井或油井深处所需位置后，将封隔器5进行坐封，使其坐封在套管1上，从而对油套环空进行封隔。如图1所示，此时井底通过管柱的内部与地面向连通。

待封隔器5坐封后，如图2所示，通过绳索将开关器9下入油管，直至开关器9的第二伸缩机构91卡入开关滑套3的第二卡合部32。在此过程中，当开关器9的第二伸缩机构91部分收缩到达开关滑套3时，开关器9可能无法在自身重力下继续向下滑动，此时，在地面开启高压泵向油管内部加压，从而使得开关器9继续下行。当开关器9的第二伸缩机构91完全收缩后并下入至开关滑套3的下端的第二卡合部32时，开关器9的第二伸缩机构91伸出。

对油管内部继续进行加压，开关器9将要带动开关滑套3继续下行，在压力的作用下，开关滑套3与注气短接2之间的剪切销钉7被切断，开关滑套3的第一伸缩机构31与套筒4的第一卡合部41脱离，开关器9带动开关滑套3下行直至开关滑套3的下端抵住套筒4的第三台阶部42。此时，开关滑套3离开注气喷嘴6处，通过注气喷嘴6，油管内部与油套环空相连通，油管中的压力气体通过注气喷嘴6进入油套环空中，油套环空内的液体从井口排出，从这以后全井筒保温装置进入注气工作状态。

如图2所示，全井筒保温装置进入注气工作状态，此时，注气喷嘴6连通油套环空与油管内部，注气短节下部被开关器9与开关滑套3封隔。通过地面打开压气机向油管中注入气体，例如空气，气体通过注气喷嘴6进入全井筒保温装置上方的油套环空，从而排出油套环空中的液体并使得油套环空中充满气体。油套环空中充满气体以后达到理想隔热状态，且油套环空体积较大，其内部的气体层较厚，从而实现全井筒保温的效果。

注气完成以后，通过绳索上提开关器9，在开关器9的第二伸缩机构91的作用下带动开关滑套3上行，从而使得开关滑套3抵住注气短接2的第二台阶部24。此时，开关滑套3对注气喷嘴6进行封闭，开关滑套3的第一伸缩机构31卡入套筒4的第一卡合部41中，从而防止后续过程中开关滑套3自行下滑。

通过绳索继续上提开关器9，由于注气短接2的第二台阶部24抵住开关滑套3，开关器9的第二伸缩机构91在第二伸缩件的上端的第二导向部的作用下收缩，如此开关器9的第二伸缩机构91与开关滑套3的第二卡合部32分离，之后开关器9可以不断上行最终自井口取出。此后，该地热井或油井便可以开始生产，由于油套环空充满气体，在地下资源通过油管生产时可产生较好的保温效果。

本申请中提供的全井筒保温装置及其使用方法具有如下有益效果：

1、本发明中的全井筒保温装置保温效果好，通过封隔器将油套环空封隔，再通过注气喷嘴将油套环空中的液体顶替到地面，进而使油套环空充满空气，从而实现全井筒的气体绝热，最大限度地降低热损失。

2、本发明中的全井筒保温装置可操作性强，所有管柱均为普通管柱，无需特殊加工与操作，正常起下钻作业人员即可完成所有操作。

3、本发明中的全井筒保温装置的安全性好，其中不存在运动部件，后期密封长期有效。

4、本发明中的全井筒保温装置具有较高的经济性，所有管柱均为普通管柱，无需特殊绝热材料，无需特殊作业人员，操作方面，作业时间短，如此可以大大降低作业成本；而且本申请采用单管柱结构，对于较深的井特别适用，其经济性较好，该装置可以使得稠油、重质油、地热等能源得到更好地开发利用。

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。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种全井筒保温装置，其特征在于，所述全井筒保温装置包括：

注气短接，所述注气短接的侧壁上设置有注气喷嘴；

连接在所述注气短接下端的封隔器；

设置在所述注气短接内的套筒，所述套筒的内侧壁上开设有第一卡合部；

设置在所述套筒和注气短接内的能沿竖直方向进行滑动以封闭所述注气喷嘴的开关滑套，所述开关滑套的侧壁上具有能沿径向方向伸缩的、能嵌入所述第一卡合部的第一伸缩机构，所述开关滑套的内侧壁开设有第二卡合部；所述套筒的内侧壁上具有能够抵住所述开关滑套的第三台阶部，以对所述开关滑套进行限位；

能穿入所述开关滑套的开关器，所述开关器的侧壁上具有能沿径向方向伸缩的、能嵌入所述第二卡合部的第二伸缩机构；

当所述第一伸缩机构与所述第一卡合部相卡合时，所述开关滑套封闭所述注气喷嘴；当所述开关滑套与所述第三台阶部相抵时，所述开关滑套远离所述注气喷嘴处。

2.根据权利要求1所述的全井筒保温装置，其特征在于，所述注气短接具有第一台阶部，所述套筒的上端抵住所述第一台阶部，所述套筒的下端抵住所述封隔器。

3.根据权利要求1所述的全井筒保温装置，其特征在于，所述注气短接具有第二台阶部，所述第二台阶部能抵住所述开关滑套，以对所述开关滑套进行限位。

4.根据权利要求1所述的全井筒保温装置，其特征在于，所述第一伸缩机构包括第一伸缩件和设置在所述第一伸缩件和所述开关滑套之间的第一弹性件，所述第一伸缩件的下端具有第一导向部。

5.根据权利要求1所述的全井筒保温装置，其特征在于，所述第二伸缩机构包括第二伸缩件和设置在所述第二伸缩件和所述开关器之间的第二弹性件，所述第二伸缩件的上端具有第二导向部。

6.根据权利要求1所述的全井筒保温装置，其特征在于，所述开关滑套和所述注气短接之间通过剪切销钉进行固定。

7.一种如权利要求1至6中任一所述的全井筒保温装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述全井筒保温装置的所述注气短接连接在油管下端，下入至地热井或油井中；

将所述封隔器进行坐封以对油套环空进行封隔；

待所述封隔器坐封后，通过绳索将所述开关器下入所述油管，直至所述开关器的所述第二伸缩机构卡入所述开关滑套的所述第二卡合部；

对所述油管内部进行加压，以使所述开关滑套的第一伸缩机构与所述套筒的所述第一卡合部脱离，并使得所述开关滑套离开所述注气喷嘴处；

向所述油管中注入气体，从而排出所述油套环空中的液体并使得所述油套环空中充满气体；

通过绳索上提所述开关器，进而带动所述开关滑套向上移动，以使所述开关滑套封闭所述注气喷嘴；

继续上提所述开关器以使所述开关器的所述第二伸缩机构与所述开关滑套的所述第二卡合部分离，直至所述开关器自井口取出。

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