CN111364924A - 一种隔热、保温和测试一体化连续油管 - Google Patents

一种隔热、保温和测试一体化连续油管 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隔热、保温和测试一体化连续油管，包括内管和外管，内管嵌套在外管内，内管和外管之间形成环空；内管的外壁由内向外依次包裹有铝箔反射层、第一SiC气凝胶隔热层和第二SiC气凝胶隔热层；环空内设有测压管、测温管和导管，测压管、测温管和导管的末端设有密封堵头，密封堵头、内管、外管之间形成密封腔室，内管上设有与该腔室连通的开口，开口处设有单流阀。本发明的隔热、保温和测试一体化连续油管，可实时监测隔热油管内外温度场和压力场的变化；可实现最大程度的隔热，减少沿程热损失。本发明具有作业效率高、隔热等级高等优点，解决了注汽以及生产过程中井下流体温度、压力监测的难题，可满足油田特种作业需要。

Description

一种隔热、保温和测试一体化连续油管
技术领域
本发明涉及一种隔热、保温和测试一体化连续油管，涉及油田采油、注汽、测试、作业技术领域。
背景技术
在石油开采过程中，一般需要向井下注入高温热流体，以达到加热油层、清洗防砂砂管、油层解堵以及清洗管柱等目的。传统上，注入蒸汽加热油层、降低稠油粘度一般采用普通隔热油管(如公开号为103527105A的中国发明专利申请)，隔热油管单根长度为9m～10m，作业时采用螺纹连接，这种方法存在以下缺点和不足之处：隔热油管前后两端不保温隔热、热损失大；且隔热油管的接箍外径远远大于隔热油管本体，以Φ127×76mm的隔热油管为例，本体最大外径是127mm，但是配套的接箍外径已经达到Φ141.3mm，在Φ159.7mm套管内已经没有多少富余空间，无法实现隔热管外测温、测压；在数次下井后螺纹会受到不同程度的机械损伤，影响装卸，从而严重影响作业效率。
在注蒸汽和采油过程中，通常需要对井下特定深度的温度、压力进行监测，当下入专门的测温、测压仪器时，由于管柱空间受限，如上述导致的环空空间有限或者井口安全、井的倾斜程度等问题，导致普通隔热油管无法同时满足注汽及测试的需要。另外，采用单根隔热油管或者普通油管采油、作业、测试的工艺技术，对于陆地浅层油田开发普遍能够接受，但是对于海上及深井而言，采用单根隔热油管或普通油管起下作业方式，存在占井周期长、费用高等问题。
针对上述单根隔热油管存在的问题，国内相关研究机构及加工制造厂家开发研制了不同连接方式的隔热油管，如公开号为102392607A的中国发明专利，其公开了一种连续隔热油管及其制造方法，包括内管(1)、外管(2)及隔热保温层(3)，所述内管(1)和外管(2)均为整根连续油管，且内管(1)的外壁上喷涂有热反射隔热涂层(4)，热反射隔热涂层(4)上包裹有隔热保温层(3)；所述外管(2)套装在内管(1)上并可缠绕在卷筒III(7)上，且内管(1)外壁上均布定位环(5)，并使外管(2)的两端口分别与内管(1)的两端口外壁焊接密封，使内管(1)与外管(2)之间形成环空(6)。本发明作业时无需螺纹连接，提高了隔热油管的使用寿命和作业效率，从而创造更高的经济效益。该发明专利提出了采用连续油管的方式进行加工制造，改变了传统的单根隔热油管螺纹连接的方式，提高了作业的效率，但是没有解决注汽过程中测试的难题，反而导致现有采用钢丝起下测试仪器的注汽测试技术都无法在这种连续油管内进行注汽温度、压力等测试，更无法实现注汽管柱内外测温、测压以及在线传输数据。
另外，传统的单根隔热油管注汽过程中，如果井的倾斜角度大于28°，传统的测试钢丝悬挂测试仪器的方法也无法实现隔热管内注汽质量的监测，更无法实现隔热管外与套管之间注汽温度及压力的监测。
上述现状严重影响了井下热采注汽质量的检测和评价，导致石油工程技术人员对此类油井注汽沿程热损失认识不清，因此，有必要研发设计一种隔热、保温和测试一体化连续油管。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种隔热、保温和测试一体化连续油管，用于注入及采出热流体过程中隔热、保温及监测流体参数，可实现实时在线监测注汽过程、实时监测隔热油管内外温度场和压力场的变化、实时评价分析井下注汽质量和沿程热损失等目的。本发明的连续油管，具有作业效率高、隔热等级高等优点，解决了注汽以及生产过程中井下流体温度、压力监测的难题，可满足油田特种作业需要。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种隔热、保温和测试一体化连续油管，包括内管和外管，内管嵌套在外管内，内管和外管之间形成环空，外管的前端开口，后端密封，内管的前端开口，后端与外管的后端连接并设有出油口；
内管的外壁由内向外依次包裹有铝箔反射层、第一SiC气凝胶隔热层和第二SiC气凝胶隔热层；
环空内设有测压管、测温管和导管，测压管、测温管和导管的末端设有密封堵头，密封堵头、内管、外管之间形成密封腔室，内管上设有与该腔室连通的开口，开口处设有单流阀(保证腔室内的流体只能进，不能出，减少氮气测压过程中波动影响)；
所述测压管的末端开口，与密封腔室连通；
所述测温管紧贴外管内壁，其末端密封，测温管内设有上感温探头和下感温探头，上感温探头紧贴内壁(从而与外管的内壁也紧贴，以监测外管的温度)，下感温探头位于测温管的末端(以监测密封腔室内流体的温度)；
所述导管的末端开口，与密封腔室连通；
所述测压管、测温管、导管和外管的外侧均涂覆有SiC气凝胶，涂覆厚度约0.5mm。
进一步地，所述环空内每隔一定距离(比如50m)设置一个固定架，以固定测压管、测温管、导管和内管，使其与外管成为一个整体，以保证上滚筒时不发生错位等情况(此为常规设计)。
优选的，所述测压管、测温管和导管三者之间呈120°对称分布。
优选的，所述测压管、测温管和导管三者的外径一致。
优选的，所述内管、外管后端密封处的形状为半球形，以在下井过程中起到引导作用，防止遇阻。
优选的，所述内管、外管、测压管、测温管和导管，均由不锈钢材料制成。
优选的，所述内管的规格为Φ127×76mm(满足现行隔热油管本体管的技术指标)，内径和外径分别为76mm、89mm；或/和：所述铝箔反射层、第一SiC气凝胶隔热层、第二SiC气凝胶隔热层的厚度分别为3～6mm、3mm、3mm；或/和：所述外管的内径和外径分别为108.6mm、127mm；或/和：所述测压管5、测温管6和导管7的内径相同、外径相同，分别为4.57mm、6.35～8mm。
本发明的隔热、保温和测试一体化连续油管，使用时可在末端连接热敏封隔器(如图3所示)，利用注汽过程中高温高压，实现热敏封隔器在高温环境下的座封。具体作业及测试过程可以如下：将本发明的隔热、保温和测试一体化连续油管缓慢下入到5.5in或7in油井预定位置，下入过程中通过地面直读测试设备，监测下入过程中沿程的温度、压力随井深的测试数据，得到注汽前的井温、井压随深度的测试数据，可以用来分析油层段的非均质情况；然后将该管柱上提到预定的位置，连接地面注汽管柱，按照注汽设计开始注汽，利用下感温探头、上感温探头和测压管的出口开始实时监测注汽管柱内外的温度和注汽时该点的注汽压力。利用与之开发配套的注汽井井下注汽质量及热损失评价技术，分析本次注汽过程中，实时注汽温度、压力、干度和热损失情况。封隔器在160℃下座封，从而形成两个腔体，一个是连续油管内管热流体通道，一个是封隔器上部封隔不流动通道，此时利用上感温探头可以监测油套环空中单点温度或者全井筒温度，而下感温探头可以监测注入流体温度，进而可以评价综合传热系数。腔室中设计有单流阀结构，保证腔室内的流体只能进、不能出，减少氮气测压过程中波动影响。
本发明的隔热、保温和测试一体化连续油管，可实时测压、测温，从而实时监测隔热油管内外温度场和压力场的变化：末端设计有腔室，可将注入或产出的流体压力引入该腔室，通过与腔室联通的毛细管(测压管)形成一套可活动起下的毛细管测压系统，可以直接监测井下该点处的压力。测温管内的热电偶感温探头深入腔室并紧贴外管的管壁，可以直接监测井下该点处的温度。
本发明的隔热、保温和测试一体化连续油管，可实现最大程度的隔热，减少沿程热损失：设置铝箔反射层的目的是降低热量传递三种方式中的热辐射损失，通过高反射率的铝箔表面，将内管中高温流体中辐射出的热能反射回去，减少热辐射损失。设置SiC气凝胶隔热层(低导热系数的气凝胶材料)的目的是降低热量传递三种方式中的传导热损失。SiC气凝胶隔热层是由掺杂了SiC的气凝胶(SiO2)复合材料(制备方法参考中国发明专利ZL201510137847.9，公开号106145881A)形成的，该复合材料的密度为0.2g/cm3，常温下热导率为0.019W/(m·K)，400℃热导率为0.035W/(m·K)，如图4所示。本发明采用2层结构，每层厚度3mm。本发明中提及的SiC气凝胶即是该复合材料。使用时，可对环空进行抽真空处理(抽气口真空度可以是10Pa、1Pa、0.1Pa，真空度与隔热性能关系曲线图如图5所示，视导热系数≤0.03w/(m.℃))，以降低热量传递三种方式中的对流热损失，减少里面空气流动传递热量。高等级隔热效果，以上三个方面综合起到高等级隔热效果。
本发明的隔热、保温和测试一体化连续油管，具有如下优点和有益效果：
(1)采用了连续油管的方式，方便了施工，减少了普通油管或隔热油管起下过程中的反复上卸扣等工作，减少了机械损伤，延长了使用寿命。
(2)改变了传统的单根隔热油管螺纹连接的方式，提高了作业的效率，解决了注汽过程中井斜超过28°井的注汽质量及热损失检测的难题，帮助石油工程技术人员清楚认识对此类油井注汽质量和沿程热损失。
(3)由于采用了导热系数低、耐高温且使用寿命长的掺杂了SiC的气凝胶保温材料，研制的气凝胶隔热管视导热系数≤0.03W/(m.℃)，耐温达到400℃。
(4)该隔热型连续复合管中巧妙复合了毛细管测压及热电偶测温系统，在作业过程中也监测了井下流体温度及压力，解决了很多工艺中测试仪器起下的难题。
本发明所引述的所有文献，它们的全部内容通过引用并入本文，并且如果这些文献所表达的含义与本发明不一致时，以本发明的表述为准。此外，本发明使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。
附图说明
图1：本发明的隔热、保温和测试一体化连续油管的结构示意图。
图2：图1中A-A向剖视图。
其中，1、内管；2、铝箔反射层；3、第一SiC气凝胶隔热层；4、第二SiC气凝胶隔热层；5、测压管；6、测温管；7、导管；8、外管；9、密封堵头；10、腔室；11、限位弹簧；12、单流阀；13、出油口；51、测压管开口；61、上感温探头；62、下感温探头。
图3：与热敏封隔器连接的示意图。
其中，101、隔热、保温和测试一体化连续油管；102、油管末端；103、热敏封隔器。
图4为本发明掺杂了SiC气凝胶实验数据图。
图5为本发明真空度与隔热性能关系曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化和修饰。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
一种隔热、保温和测试一体化连续油管，包括内管1和外管8，如图1、图2所示，内管1嵌套在外管8内，内管1和外管8之间形成环空，外管8的前端开口，后端密封，内管1的前端开口，后端与外管8的后端连接并设有出油口13；
内管1的外壁由内向外依次包裹有铝箔反射层2、第一SiC气凝胶隔热层3和第二SiC气凝胶隔热层4；
环空内设有测压管5、测温管6和导管7，三者之间呈120°对称分布；环空内每隔50m设置一个固定架，以固定测压管5、测温管6、导管7和内管1，使其与外管8成为一个整体，以保证上滚筒时不发生错位等情况；
测压管5、测温管6和导管7的末端设有密封堵头9，密封堵头9、内管1、外管8之间形成密封腔室10，内管1上设有与该腔室10连通的开口，开口处设有限位弹簧11和单流阀12(保证腔室内的流体只能进，不能出，减少氮气测压过程中波动影响)；
所述测压管5的末端开口(测压管开口51)，与密封腔室10连通；
所述测温管6紧贴外管内壁，其末端密封，测温管6内设有上感温探头61和下感温探头62，上感温探头61紧贴内壁(从而与外管的内壁也紧贴，以监测外管的温度)，下感温探头62位于测温管5的末端(以监测密封腔室内流体的温度)；
所述导管7的末端开口，与密封腔室10连通。
所述测压管5、测温管6、导管7和外管8的外侧均涂覆有SiC气凝胶，涂覆厚度0.5mm。
所述内管1、外管8后端密封处的形状为半球形，以在下井过程中起到引导作用，防止遇阻。
所述内管1、外管8、测压管5、测温管6和导管7，均由不锈钢材料制成。
所述内管1的规格为Φ127×76mm(满足现行隔热油管本体管的技术指标)，内径和外径分别为76mm、89mm；所述铝箔反射层2、第一SiC气凝胶隔热层3、第二SiC气凝胶隔热层4的厚度分别为3mm、3mm、3mm；所述外管8的内径和外径分别为108.6mm、127mm；所述测压管5、测温管6和导管7的内径相同、外径相同，分别为4.57mm、6.35mm；或：4.57mm、8mm。
本发明的隔热、保温和测试一体化连续油管，使用时可在末端连接热敏封隔器，利用注汽过程中高温高压，实现热敏封隔器在高温环境下的座封。具体作业及测试过程可以如下：将发明的隔热、保温和测试一体化连续油管缓慢下入到5.5in或7in油井预定位置，下入过程中通过地面直读测试设备(温度压力数据采集系统，现有技术中已有的产品和技术)，监测下入过程中沿程的温度、压力随井深的测试数据，得到注汽前的井温、井压随深度的测试数据，可以用来分析油层段的非均质情况；然后将该管柱上提到预定的位置，连接地面注汽管柱，按照注汽设计开始注汽，利用下感温探头、上感温探头和测压管的出口开始实时监测注汽管柱内外的温度和注汽时该点的注汽压力。利用与之开发配套的注汽井井下注汽质量及热损失评价技术，分析本次注汽过程中，实时注汽温度、压力、干度和热损失情况。封隔器在160℃下座封，从而形成两个腔体，一个是连续油管内管热流体通道，一个是封隔器上部封隔不流动通道，此时利用上感温探头可以监测油套环空中单点温度或者全井筒温度，而下感温探头可以监测注入流体温度，进而可以评价综合传热系数。腔室中设计有单流阀结构，保证腔室内的流体只能进、不能出，减少氮气测压过程中波动影响。
给本领域技术人员提供上述实施例，以完全公开和描述如何实施和使用所主张的实施方案，而不是用于限制本文公开的范围。对于本领域技术人员而言显而易见的修饰将在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种隔热、保温和测试一体化连续油管，其特征在于：包括内管和外管，内管嵌套在外管内，内管和外管之间形成环空，外管的前端开口，后端密封，内管的前端开口，后端与外管的后端连接并设有出油口；
内管的外壁由内向外依次包裹有铝箔反射层、第一SiC气凝胶隔热层和第二SiC气凝胶隔热层；
环空内设有测压管、测温管和导管，测压管、测温管和导管的末端设有密封堵头，密封堵头、内管、外管之间形成密封腔室，内管上设有与该腔室连通的开口，开口处设有单流阀或/和限位弹簧；
所述测压管的末端开口，与密封腔室连通；
所述测温管紧贴外管内壁，其末端密封，测温管内设有上感温探头和下感温探头，上感温探头紧贴内壁，下感温探头位于测温管的末端；
所述导管的末端开口，与密封腔室连通；
所述测压管、测温管、导管和外管的外侧均涂覆有SiC气凝胶。
2.根据权利要求1所述的隔热、保温和测试一体化连续油管，其特征在于：所述环空内设置固定架，以固定测压管、测温管、导管和内管。
3.根据权利要求1所述的隔热、保温和测试一体化连续油管，其特征在于：所述测压管、测温管和导管三者之间呈120°对称分布。
4.根据权利要求1所述的隔热、保温和测试一体化连续油管，其特征在于：所述内管、外管后端密封处的形状为半球形。
5.根据权利要求1所述的隔热、保温和测试一体化连续油管，其特征在于：所述内管、外管、测压管、测温管和导管，均由不锈钢材料制成。
6.根据权利要求1所述的隔热、保温和测试一体化连续油管，其特征在于：所述内管的规格为Φ127×76mm，内径和外径分别为76mm、89mm；
或/和：所述外管的内径和外径分别为108.6mm、127mm；
或/和：所述测压管5、测温管6和导管7的内径相同、外径相同，分别为4.57mm、6.35～8mm。
7.根据权利要求1所述的隔热、保温和测试一体化连续油管，其特征在于：所述铝箔反射层、第一SiC气凝胶隔热层、第二SiC气凝胶隔热层的厚度分别为3～6mm、3mm、3mm；
或/和：所述测压管、测温管、导管和外管的外侧涂覆的SiC气凝胶的厚度均为0.5mm。
8.根据权利要求1所述的隔热、保温和测试一体化连续油管，其特征在于：所述隔热、保温和测试一体化连续油管的末端连接热敏封隔器。
9.利用权利要求1～8中任一项所述的隔热、保温和测试一体化连续油管进行井下测试的方法，其特征在于：将隔热、保温和测试一体化连续油管下入到油井预定位置，下入过程中通过地面直读测试设备，监测下入过程中沿程的温度、压力随井深的测试数据；然后上提到预定的位置，连接地面注汽管柱，开始注汽，利用下感温探头、上感温探头和测压管的出口开始实时监测注汽管柱内外的温度和注汽时该点的注汽压力。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述地面直读测试设备为温度压力数据采集系统。
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