CN111255424B - 一种热采管柱及其采油方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种热采管柱及其采油方法，该热采管柱包括：设在井筒内的油管；封隔器，其间隔设在井筒的水平井段，位于井筒上的套管射孔或筛管缝的两侧；热敏采油阀，其设置在油管上用于采油，对应井筒上的套管射孔或筛管缝的区域；和热敏注入阀，其用于注入蒸汽，热敏注入阀设在热敏采油阀后且与热敏采油阀在油管的水平段交替布置，对应套管射孔或筛管缝的区域。该热采管柱能够提高稠油油藏的开发程度。

Description

一种热采管柱及其采油方法

技术领域

本发明属于石油开发技术领域，特别涉及一种用于提高稠油油藏的开发程度的热采管柱及其采油方法。

背景技术

稠油(即重质原油)是指在原始油藏温度下脱气原油粘度在100-1000mPa·s或者在15.6℃及大气压条件下密度为0.9340-1.0000g/cm³。稠油约占总石油资源的60％。由于稠油粘度大，常规采油方式难以开发，必须进行井下加油降低粘度后再进行采油。目前热采主要的方式是向稠油油藏注入高温蒸汽，经过热传导加热稠油降低粘度后，再将稠油抽出至地面。

目前，稠油热采存在的主要问题是：高轮次吞吐，生产效果差；综合含水高，采出程度低；储层夹层多，储层非均质性较强。上述主要问题的根本原因是由于稠油油藏内部渗透率不一致，注入蒸汽时，高温蒸汽大部分进入高渗通道，采油时被加热的原油从高渗通道返出来，相当于在高渗通道进行双向流动，因此能够采出的稠油仅限于高渗通道周围。

公开号CN207161067U的一种用于稠油热采蒸汽分配的装置和包含其的管柱，针对稠油热采的问题，提出了一种用于稠油热采蒸汽分配的装置和包含其的管柱，装置包括管状的装置主体和设置在装置主体的外壁上的连通内外的多个限流分配器，其中，处于不同水平位置的限流分配器的通流面积不同，该装置使得井下蒸汽多点均匀注入地层，从而动用低渗地层的稠油。

公开号CN107794021A的一种用于稠油热采的封窜剂及其制备方法，则提出了另外一种技术手段，通过发明一种封窜剂，将高渗通道进行一定程度的封堵，迫使蒸汽进入低渗油藏。该发明的热采封窜剂初凝时间可达15h，可确保大剂量施工安全进行。其固结后抗压强度可达到2.70MPa，封堵强度高，并且可耐受300℃高温，能在蒸汽吞吐温度下使用。

但现有工具和方法在稠油热采仍然效率不高，经过总结，存在的两大主要原因：一是蒸汽注入地层时不均匀，二是注入蒸汽和稠油流入井筒是同一通道，循环范围小，动用程度低。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种热采管柱及其采油方法，该热采管柱能够实现均匀注蒸汽，且注蒸汽和采油分别为专用通道，采用单向大循环方式，从而提高蒸汽的注入范围和稠油的采出程度。

为了实现以上发明目的，一方面，本发明提出了一种热采管柱，包括：

设在井筒内的油管；

封隔器，其间隔设在井筒的水平井段，位于井筒上的套管射孔或筛管缝的两侧；

热敏采油阀，其设置在油管上用于采油，对应井筒上的套管射孔或筛管缝的区域；和

热敏注入阀，其用于注入蒸汽，热敏注入阀设在热敏采油阀后且与热敏采油阀在油管的水平段交替布置，对应套管射孔或筛管缝的区域。

在本发明中，通过设置封隔器将套管射孔或筛管缝的区域进行封隔，使得高温高压蒸汽注入时能够实现均匀注入。热敏采油阀和热敏注入阀间隔设置，且通过封隔器进行分隔，注蒸汽时从热敏注入阀以及对应的套管射孔或筛管缝分段均匀注入，采油时油液从套管射孔或筛管缝经热敏采油阀流出，实现注蒸汽和采油分别采用专用的、不同的通道，而且均形成为单向大循环方式，从而提高蒸汽的注入范围和稠油的采出程度。

在一种实施方案中，所述热敏采油阀和热敏注入阀设有多组，热敏采油阀和热敏注入阀的数量根据水平井段的长度和稠油油藏的性质共同确定。一般井筒的水平井段采用6组至8组热敏采油阀和热敏注入阀。但对于水平井段很长的管柱或对于稠油粘度较大的稠油油藏，可相应增加热敏采油阀和热敏注入阀的组数。

在一种实施方案中，所述热敏采油阀包括：

采油阀本体，其连接油管，且内部形成有台肩；

采油阀滑阀，其滑动设在采油阀本体的内部，一端与台肩滑动配合，另一端与远离台肩的采油阀本体内壁滑动配合；

热敏液体，其设在采油阀本体与采油阀滑阀形成的腔体内；和

采油口，其设在采油阀本体远离台肩的一侧且正常情况下被采油阀滑阀封闭，当热敏液体压缩带动采油阀滑阀运动时，采油口开启。

在一种实施方案中，当温度低于设定温度时，热敏液体收缩带动滑阀运动，采油口开启并与地层、油管连通，地层里的稠油经采油口进入油管；当温度达到或超过设定温度时，热敏液体膨胀推动滑阀运动关闭采油口。该设定温度一般设置为150℃，当然根据不同油藏性质，也可以根据实际情况调高，例如提高到200℃。

在一种实施方案中，设在高渗区域的热敏采油阀的采油口以及设置在靠近蒸汽注入段的热敏采油阀的采油口的尺寸较小。以便形成大循环，波及更大的面积。

在一种实施方案中，所述热敏注入阀包括：

注入阀本体，其连接油管，且内部形成有台肩；

注入阀滑阀，其滑动设在注入阀本体内部，一端与台肩滑动配合，另一端与远离台肩的注入阀本体内壁滑动配合；

热敏液体，其设在注入阀本体与注入阀滑阀形成的腔体内；和

注入口，其设在靠近注入阀本体的一侧且正常情况下被注入阀滑阀关闭，当热敏液体膨胀带动注入阀滑阀运动时，注入口开启。

在一种实施方案中，高温高压蒸汽从油管传递到水平段，热敏采油阀关闭，热敏注入阀开启，高温高压蒸汽从多个注入口经井筒的注入区域被均匀注入地层加热稠油。

在一种实施方案中，设在高渗区域的热敏注入阀的注入口的尺寸小，控制其注入蒸汽量；设在低渗区域的热敏注入阀的注入口的尺寸大，促使更多的蒸汽进入低渗区。该方法主要是为了实现更均匀注入蒸汽。

在一种实施方案中，热敏液体采用煤油或酒精等热膨胀系数较大的流体。

另一方面，本发明还公开了一种采油方法，该采油方法采用如前述的热采管柱，并包括以下采油步骤：

高温高压蒸汽经热采管柱的热敏注入阀均匀注入地层；

关井48小时，使高温蒸汽与油藏充分热交换；

开井采油，被加热的稠油经热敏采油阀进入油管，并被泵送到地面。

在一种实施方案中，所述高温高压蒸汽经热采管柱的热敏注入阀均匀注入地层包括以下步骤：

从油管注入高温高压蒸汽；

高温高压蒸汽向油管的水平段传递，由于温度较高，热敏采油阀关闭，热敏注入阀开启；

蒸汽从热敏注入阀的注入口进入井筒，在热敏注入阀两侧的封隔器作用下，蒸汽从井筒的套管射孔被注入地层加热稠油。

在一种实施方案中，重新开井后，由于热交换后高温蒸汽的温度下降，热敏注入阀关闭，热敏采油阀开启，被加热的稠油经热敏采油阀进入油管，并被泵送到地面。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

根据水平井段的长度和稠油油藏的性质可以灵活确定采用的热敏采油阀和热敏注入阀的组数，从而实现更均匀注入高温高压蒸汽以及对尤其与低渗区的稠油更充分进行热交换的目的。

通过交替(或间隔)设置热敏采油阀和热敏注入阀，热敏注入阀在注入蒸汽的高温环境(不低于150℃)下开启，形成专门的注蒸汽通道。而且注气时由于热敏注入阀通道的两侧设置有封隔器，使得高温高压蒸汽只能从设定的区域进入地层，因而能够促使更多的高温高压蒸汽进入低渗区。采油时温度降低热敏注入阀关闭。热敏采油阀在温度降低后(低于150℃)则开启，从而形成专门的采油通道。

热敏注入阀组的数量根据水平井段的长度及稠油油藏的性质进行确定。一般为6-8个。高渗区域的热敏注入阀其注入口尺寸小，控制其注入蒸汽量。低渗区域的热敏注入阀其注入口尺寸大，促使更多的蒸汽进入低渗区，从而实现均匀注气的目标。

热敏采油阀组的数量与水平段长度及稠油油藏的性质以及其位置有关。一般为6-8个。高渗区域的热敏采油阀，采油口尺寸要小一些，以便更均匀的采油。靠近蒸汽注入段的热敏采油阀采油口尺寸要小一些，以便形成大循环，波及更大的面积。

因此本发明的热采管柱可以更好地控制蒸汽吞吐方向，不仅达到均匀注气的目的，而且注采单向大循环又提高了波及面积，能够很好地提高稠油油藏的动用程度和稠油的采出程度。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1所示为本发明的热采管柱的其中一种实施例的结构示意图；

图2所示为本发明的热采管柱中的热敏采油阀关闭状态的结构示意图；

图3所示为本发明的热采管柱中的热敏采油阀开启状态的结构示意图；

图4所示为本发明的热采管柱中的热敏注入阀关闭状态的结构示意图；

图5所示为本发明的热采管柱中的热敏注入阀开启状态的结构示意图。

附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

发明人在很多次的实践和试验后，总结出稠油热采效率不高的两大原因：一是蒸汽注入地层时不均匀，二是注入蒸汽和稠油流入井筒是同一通道，存在循环范围小、动用程度低。

针对以上不足，本发明的实施例提出了一种用于提高稠油油藏的开发程度的热采管柱及其采油方法，下面进行详细说明。

图1显示了本发明的热采管柱的其中一种实施例的结构示意图。在该实施例中，本发明的热采管柱主要包括：井筒1、油管2、封隔器3、热敏采油阀4和热敏注入阀5。其中，油管2设在井筒1内，两者均主要由竖直段、过渡段和水平段连接形成。热敏采油阀4和热敏注入阀5有多组，交替布置设在油管2的水平段。交替布置又可称为间隔布置，即在油管2的水平段先布置一个热敏采油阀4然后紧跟着在下一个需要布置的位置布置热敏注入阀5，然后接着是另一个热敏采油阀4、热敏注入阀5，根据油管2的长度和油藏稠油的性质如此布置下去，直至布置足够的热敏采油阀4和热敏注入阀5。封隔器3间隔设在井筒1的水平井段，位于井筒1的套管射孔6或井筒上设置的筛管缝的两侧。井筒1的水平段有多个套管射孔6或筛管缝，对应每个套管射孔6或筛管缝所在的区域设有一个热敏采油阀4或一个热敏注入阀5。第一个热敏采油阀4的前端位于井筒1处设置有第一个封隔器3，在第一个热敏采油阀4与第一个热敏注入阀5之间的井筒1内设有第二个封隔器3，依次类推。在注入高温高压蒸汽时，在温度作用下，热敏注入阀5打开，蒸汽从油管2进入井筒1，由于热敏注入阀5的两侧均设有封隔器3，在封隔器的封隔作用下，高温高压蒸汽不能从环空中返出，只能被注入地层，加热稠油油藏。

在一个实施例中，如图1所示，热采管柱的油管2上一般设有多组热敏采油阀4和热敏注入阀5。一般正常的热采管柱的油管2上设有6组至8组热敏采油阀4和热敏注入阀5。但热敏采油阀4和热敏注入阀5的具体组数或数量主要根据井筒1的水平井段的长度以及稠油油藏的性质共同确定。

在一个实施例中，如图2和图3所示，热敏采油阀4主要包括：采油阀本体41、采油阀滑阀42、热敏流体43和采油口45。采油阀本体41连接油管2，且在采油阀本体41内部左侧形成有台肩。采油阀滑阀42滑动设在采油阀本体41的内部，左端与台肩滑动配合，右端与远离台肩的采油阀本体41的内壁滑动配合。热敏液体43设在采油阀本体41与采油阀滑阀42形成的腔体内。采油口45设在采油阀本体41远离台肩的一侧(图2和图3中为右侧)，且正常情况下，如图2所示，采油阀滑阀42上设有密封件44，采油阀滑阀42封堵采油口时通过密封件44密封采油口45防止地层油液渗入到油管2中。当热敏液体43压缩带动采油阀滑阀42向左运动时，采油口45开启，如图3所示。

在一个实施例中，当温度低于150℃时，热敏采油阀4中的热敏液体43收缩带动滑阀42向左运动。采油口45开启并与地层、油管2连通，地层里的稠油经采油口45进入油管2中。当温度达到或超过150℃，热敏液体43膨胀推动采油阀滑阀42向右运动关闭采油口45。说明的是，本发明中的150℃为根据一般井筒的水平井长度和常见的稠油油藏设计的设定温度。实际上，根据不同稠油油藏性质，为了提高稠油的采出程度，也可以更改该设定温度，例如提高到200℃等。

在一个实施例中，如图4和图5所示，热敏注入阀5主要包括：注入阀本体51、注入阀滑阀54、热敏液体55和注入口52。其中，注入阀本体51连接油管2。注入阀本体51内部形成有台肩。注入阀滑阀54滑动设在注入阀本体51的内部，注入阀滑阀54的左端与台肩滑动配合，注入阀滑阀54的右端与远离台肩的注入阀本体51的内壁滑动配合。热敏液体55设在注入阀本体51与注入阀滑阀54形成的腔体内。注入口52设在靠近注入阀本体51的一侧(图4和图5中为左侧)且正常情况下被注入阀滑阀54关闭，注入口52的两侧通过设在注入阀滑阀54上的密封件53密封。当热敏液体55膨胀带动注入阀滑阀54运动时，注入口52开启。

在一个实施例中，如图4和图5所示，高温高压蒸汽从油管2传递到油管2的水平段，热敏采油阀4关闭，热敏注入阀5开启，高温高压蒸汽从多个注入口52经井筒1的注入区域被均匀注入地层加热稠油。

在一个优选的实施例中，高渗区域的热敏注入阀5的注入口52尺寸小，控制其注入蒸汽量，低渗区域的热敏注入阀5的注入口52尺寸大，促使更多的蒸汽进入低渗区，从而实现更均匀注气的目标。

在一个优选的实施例中，在高温高压蒸汽充分注入后，关井48小时，进行高温蒸汽和油藏的充分热交换，随后开井采油。由于热交换之后的蒸汽温度下降，热敏注入阀5关闭，热敏采油阀4打开。被加热后的稠油只能从热敏采油阀4进入油管2，从而被泵抽至地面。

在一个优选的实施例中，热敏采油阀4的数量与水平段长度及稠油油藏的性质以及其位置有关，一般为6至8个。设在高渗区域的热敏采油阀4，采油口45的尺寸要小一些。另外，靠近蒸汽注入段的热敏采油阀4的采油口45的尺寸要小一些，以便形成大循环，波及更大的面积。

另一方面，本发明还公开了一种采油方法，该采油方法采用如前述的热采管柱，并包括以下采油步骤：

高温高压蒸汽经热采管柱的热敏注入阀5均匀注入地层；

关井48小时，使高温蒸汽与油藏充分热交换；

开井采油，被加热的稠油经热敏采油阀4进入油管2，并被泵送到地面。

在一个实施例中，高温高压蒸汽经热采管柱的热敏注入阀均匀注入地层主要包括以下步骤：

从油管注入高温高压蒸汽；

高温高压蒸汽向油管2的水平段传递，由于温度较高，热敏采油阀4关闭，热敏注入阀5开启；

蒸汽从热敏注入阀5的注入口52进入井筒，在热敏注入阀两侧的封隔器作用下，蒸汽从井筒1的套管射孔6被注入地层加热稠油。

在一个实施例中，重新开井后，由于热交换后高温蒸汽的温度下降，热敏注入阀5关闭，热敏采油阀4开启，被加热的稠油经热敏采油阀4进入油管2，并被泵送到地面。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热采管柱，其特征在于，包括：

设在井筒内的油管；

封隔器，其间隔设在井筒的水平井段，位于井筒上的套管射孔或筛管缝的两侧；

热敏采油阀，其设置在油管上用于采油，对应井筒上的套管射孔或筛管缝的区域；和

热敏注入阀，其用于注入蒸汽，热敏注入阀设在热敏采油阀后且与热敏采油阀在油管的水平段交替布置，对应套管射孔或筛管缝的区域，

其中，所述热敏采油阀包括：采油阀本体，其连接油管，且内部形成有台肩；采油阀滑阀，其滑动设在采油阀本体的内部，一端与台肩滑动配合，另一端与远离台肩的采油阀本体内壁滑动配合；热敏液体，其设在采油阀本体与采油阀滑阀形成的腔体内；以及采油口，其设在采油阀本体远离台肩的一侧且正常情况下被采油阀滑阀封闭，当热敏液体压缩带动采油阀滑阀运动时，采油口开启；

所述热敏注入阀包括：注入阀本体，其连接油管，且内部形成有台肩；注入阀滑阀，其滑动设在注入阀本体内部，一端与台肩滑动配合，另一端与远离台肩的注入阀本体内壁滑动配合；热敏液体，其设在注入阀本体与注入阀滑阀形成的腔体内；以及注入口，其设在靠近注入阀本体的一侧且正常情况下被注入阀滑阀关闭，当热敏液体膨胀带动注入阀滑阀运动时，注入口开启。

2.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述热敏采油阀和热敏注入阀设有多组，热敏采油阀和热敏注入阀的数量根据水平井段的长度和稠油油藏的性质共同确定。

3.根据权利要求1或2所述的管柱，其特征在于，当温度低于设定温度时，热敏液体收缩带动滑阀运动，采油口开启并与地层、油管连通，地层里的稠油经采油口进入油管；当温度达到或超过设定温度时，热敏液体膨胀推动滑阀运动关闭采油口。

4.根据权利要求1或2所述的管柱，其特征在于，设在高渗区域的热敏采油阀的采油口以及设置在靠近蒸汽注入段的热敏采油阀的采油口的尺寸较小。

5.根据权利要求1或2所述的管柱，其特征在于，高温高压蒸汽从油管传递到水平段，热敏采油阀关闭，热敏注入阀开启，高温高压蒸汽从多个注入口经井筒的注入区域被均匀注入地层加热稠油。

6.根据权利要求1或2所述的管柱，其特征在于，设在高渗区域的热敏注入阀的注入口的尺寸小，控制其注入蒸汽量；设在低渗区域的热敏注入阀的注入口的尺寸大，促使更多的蒸汽进入低渗区。

7.根据权利要求1或2所述的管柱，其特征在于，热敏液体采用热膨胀系数较大的流体，所述流体包括煤油或酒精。

8.一种采油方法，其特征在于，其采用如权利要求1至7中任一项所述的热采管柱，并包括以下采油步骤：

高温高压蒸汽经热采管柱的热敏注入阀均匀注入地层；

关井48小时，使高温蒸汽与油藏充分热交换；

开井采油，被加热的稠油经热敏采油阀进入油管，并被泵送到地面。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述高温高压蒸汽经热采管柱的热敏注入阀均匀注入地层包括以下步骤：

从油管注入高温高压蒸汽；

高温高压蒸汽向油管的水平段传递，由于温度较高，热敏采油阀关闭，热敏注入阀开启；

蒸汽从热敏注入阀的注入口进入井筒，在热敏注入阀两侧的封隔器作用下，蒸汽从井筒的套管射孔被注入地层加热稠油。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，重新开井后，由于热交换后高温蒸汽的温度下降，热敏注入阀关闭，热敏采油阀开启，被加热的稠油经热敏采油阀进入油管，并被泵送到地面。

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