CN112664167A - 孔隙过滤阀、定量注气管、装置和水平井稳定注气方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种孔隙过滤阀、定量注气管、装置和水平井稳定注气方法，属于油田开发领域，该孔隙过滤阀包括阀体、填充块和压盖，阀体具有沿其轴向贯通的安装腔，填充块安装在安装腔内并与阀体的内壁密封配合，压盖安装在阀体的一端，填充块具有能够渗透气体的孔隙结构，压盖上开设有用于通气的多个贯通孔。本发明提出的孔隙过滤阀、定量注气管、定量注气装置和水平井稳定注气方法能够按照预定注气量注入油藏指定部位，进而改善注气波及区域的分布效果。
Description
技术领域
本发明涉及油田开发领域，特别涉及一种孔隙过滤阀、定量注气管、装置和水平井稳定注气方法。
背景技术
目前开发低渗透、特低渗等渗透率更低的油藏已成为关系到国家能源安全的要求，因渗透率低，渗流阻力大，常规的开发方法受到限制。其中，低渗透油藏，常规认为是渗透率低于10md的油藏；特低渗油藏，常规认为是渗透率低于1md的油藏。经过多年研究和实践，最具发展潜力的是常规注气技术以及结合了水平井技术的注气技术。
如图1所示，常规注气技术通常是垂直井300中注入和采出，对于渗透率较高的地层，气体能较好的发挥驱替作用，而应用于渗透率很低的油藏，则气窜现象突出。一旦气体突破在油藏中形成通道，那么后期注入的气体将很难发挥驱油作用，油藏中的剩余油饱和度非常高，渗透率越低或非均质越严重，波及区域400’体积越小，未波及区域500’体积越大。
针对该问题，又提出了水平井注气技术，水平井注气技术包含水平井注(气)垂直井产(油)以及水平井注(气)水平井产(油)两种方式。其中水平井注(气)水平井产(油)技术理论效果最好，如图2所示，具体的，在水平井100’的水平段120’设置多个注气点110’，这样，每个注气点110’的注入气能有效扩大波及体积，改善该控制段的驱油效果。
但是，在实际生产过程中，如图3所示，由于气体在水平井井段内的压力分布条件，使得气体在水平井“根部121”层段大量注入，而远处“尖部120”层段注气量很少，甚至于没有，特别是非均质较严重的油藏，该缺陷限制了该技术的推广实施。
上述气体注入不均的现象，主要是由于气体对油藏非均质性非常敏感以及注气在长、直水平段内的压力难以稳定的原因。而该现象在注水时较少发生，主要是水的渗流阻力较气体大，且注水量低，注入水在水平段管线内成较好的等压稳定状态。通常日注水10m3的低渗透油藏，设计日注气量会达到为2000～10000Nm3(常压条件)，设井深2000m，井底流压10MPa，气体以井底流压为标准折算至地下约为20～100m3。即注气量是注水量的2～10倍。而水的粘度通常在0.5～0.8mPa.S范围内，气体粘度(以氮气为例)油藏条件在0.02～0.05mPa.S范围内。
由达西公式
其中，ΔP——注入压差；μ——流体粘度；K——渗透率；Q——流量，可知，等流量注入时注气压差明显小于注水压差；压差相近时，注气量接近注水量10倍。通常现场采用大流量注入的方式开发，则气体在水平段内出现气体不均衡现象，如图4A所示，注气点110’的出口位置气体湍流现象严重，并且流体的压强P沿水平段的管路由根部至尖部逐渐降低，如图4B所示，位于根部的出口处的压强Pf大，进而该出口处分配的流量大，气体压力损耗大；尖部的出口处的压强Pf小，进而对应出口处的分配的流量很低，便造成了注入地层内的气体不均匀，容易气窜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种孔隙过滤阀、定量注气管、装置和水平井稳定注气方法，能够按照预定注气量注入油藏指定部位，进而改善注气波及区域的分布效果。
为达到上述目的，本发明提出一种孔隙过滤阀，其中，所述孔隙过滤阀包括阀体、填充块和压盖，所述阀体具有沿其轴向贯通的安装腔，所述填充块安装在所述安装腔内并与所述阀体的内壁密封配合，所述压盖安装在所述阀体的一端，所述填充块具有能够渗透气体的孔隙结构，所述压盖上开设有用于通气的多个贯通孔。
如上所述的孔隙过滤阀，其中，所述填充块的渗透率为对应油藏渗透率的0.1～0.5倍。
如上所述的孔隙过滤阀，其中，所述填充块的材料为胶结压制的石英砂体。
如上所述的孔隙过滤阀，其中，所述填充块和所述阀体之间胶结密封。
本发明还提出一种定量注气管，其中，所述定量注气管具有外管体和内管体，所述内管体套设穿设在所述外管体内且与所述外管体之间具有环形间隔，所述环形间隔的两端封闭，所述内管体具有沿其轴向贯通的内腔，所述外管体的侧壁具有能够渗透气体的孔隙结构，所述内管体的侧壁上开设有多个沿所述内管体的径向贯通的安装孔，所述安装孔内安装有如上所述的孔隙过滤阀或丝堵，所述丝堵和所述孔隙过滤阀分别与所述安装孔的内壁密封配合。
如上所述的定量注气管，其中，所述外管体为钛粉末烧制成的金属过滤管。
如上所述的定量注气管，其中，所述丝堵和所述孔隙过滤阀与所述安装孔的内壁螺纹连接。
本发明还提出一种定量注气装置，其中，所述定量注气装置包括串联连接的第一封隔器、如上所述的定量注气管和第二封隔器。
本发明还提出一种水平井稳定注气方法，其中，所述方法包括：
步骤1，在水平井内预设多个注气点，多个所述注气点沿所述水平井的水平段顺序间隔设置；
步骤2，计算每个所述注气点的预定注气量；
步骤3，在每个所述注气点对应安装如上所述的定量注气装置，并在根据所述预定注气量确定对应的所述定量注气装置中所述孔隙过滤阀的数量和所述丝堵的数量；
步骤4，向水平井内注气，气体通过多个所述定量注气装置以预定注气量注入对应地层，直至驱油过程结束。
如上所述的水平井稳定注气方法，其中，由所述水平段的根部至所述水平段的尖部，多个所述注气点的预定注气量依次降低。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
本发明提出的孔隙过滤阀能够稳定地释放气体，定量注气管和定量注气装置可以按照预定注气量向地层稳定地注气，同时本发明提出的水平井稳定注气方法，在水平段的每个注气点(出口)上安装能上述定量注气装置，能够在水平段的不同位置按照预定注气量(设计量)稳定地注气(即在指定的油藏部位注入指定量的气体)，进而改善注气波及区域的分布效果，使气体在地层内均匀分布，避免气窜现象，最终提高水平井的产量。
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为垂直井注采方式的气体分布效果图；
图2为水平井注采方式的理论气体分布效果图；
图3为水平井注采方式的实际气体分布效果图；
图4A为注气过程中水平段内的气体流动示意图；
图4B为注气过程中水平段内的气体压力示意图；
图5为本发明提出的孔隙过滤阀的结构示意图；
图6为本发明提出的定量注气管的结构示意图；
图7为本发明提出的定量注气管的截面示意图；
图8为本发明提出的定量注气装置的结构示意图；
图9为本发明中短节的结构示意图；
图10为本发明中定量注气装置的安装示意图；
图11为本发明中水平井稳定注气方法的示意图；
图12为本发明中水平井稳定注气方法的效果图。
附图标记说明：
100、100’、水平井； 120、120’、水平段；
121、121’、根部； 122、122’、尖部；
110、110’、注气点； 10、孔隙过滤阀；
1、阀体； 2、填充块；
3、压盖； 4、安装腔；
5、贯通孔； 20、定量注气管；
21、外管体； 22、内管体；
23、环形间隔； 24、内腔；
25、安装孔； 26、密封圈；
30、丝堵； 40、短节；
41、第一端； 42、第二端；
421、第一安装部； 422、第二安装部；
200、定量注气装置； 210、第一封隔器；
220、第二封隔器； 300、垂直井；
400、400’、波及区域； 500、500’、未波及区域。
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。
如图5所示，本发明提出一种孔隙过滤阀10，孔隙过滤阀10包括阀体1、填充块2和压盖3，阀体1具有沿其轴向贯通的安装腔4，填充块2安装在安装腔4内并与阀体1的内壁密封配合，压盖3安装在阀体1一端，填充块2具有能够渗透气体的孔隙结构，压盖3上开设有用于通气的多个贯通孔5。
本发明提出的孔隙过滤阀10，在阀体1的安装腔4内设置有填充块2，注入阀体1内的气体需经过填充块2的孔隙结构流出，填充块2的孔隙结构能够对注入的气体起到压力调整的作用，能够减缓气体的流速，使得经由孔隙过滤阀10流出后的气体流动更加稳定。
如图6至图8所示，本发明还提出一种定量注气管20和定量注气装置200，定量注气管20具有外管体21和内管体22，内管体22穿设在外管体21内且与外管体21之间具有环形间隔23，环形间隔23的两端封闭，内管体22具有沿其轴向贯通的内腔24，外管体21的侧壁具有能够渗透气体的孔隙结构，内管体22的侧壁上开设有多个安装孔25，安装孔25沿内管体22的径向贯通内管体的侧壁，安装孔25内安装有丝堵30或孔隙过滤阀10，丝堵30和孔隙过滤阀10均与安装孔25的内壁密封配合。定量注气装置200包括串联连接的第一封隔器210、定量注气管20和第二封隔器220。
本发明提出的定量注气管20及定量注气装置200，在使用时，先将气体注入内管体22的内腔24中再经由设置在安装孔25内的孔隙过滤阀10流出至环形间隔23，最后再经由外管体21侧壁的孔隙结构流出至管外，气体需要流经填充块2的孔隙结构和外管体21侧壁的孔隙结构，使得气体的流动更加稳定。同时，由于丝堵30能够封闭对应的安装孔25进而阻止气流通过，那么需要减少定量注气管20的注气量则将部分安装孔25内的孔隙过滤阀10替换为丝堵30即可(即增加丝堵30的数量，减少孔隙过滤阀10的数量)，需要增加注气管20的注气量时则将部分安装孔25内的丝堵替换为孔隙过滤阀10即可(即减少丝堵30的数量，增加孔隙过滤阀10的数量)，从而实现定量注气。在实际生产中，丝堵30和孔隙过滤阀10的具体数量根据定量注气管20的预定注气量确定。
利用本发明提出的定量注气管20和定量注气装置200能够在水平井内的指定位置(注气点)按预定注气量向地层内注气并且需要地面操控，简化了井筒装置的安装及维修过程，定量注气管20和定量注气装置200结构简单，工作质量及寿命提高。
本发明还提出一种水平井稳定注气方法，如图11所示，该方法包括：
步骤1，在水平井100的水平段预设多个注气点110，多个注气点110由水平段的根部至尖部顺序间隔排列；
步骤2，计算每个注气点110的预定注气量；
步骤3，在每个注气点110对应安装定量注气装置200，并在根据预定注气量确定对应的定量注气装置200中孔隙过滤阀10的数量和丝堵30的数量(如图10所示)；
步骤4，向水平井100内注气，气体通过多个定量注气装置200以预定注气量注入对应地层，直至驱油过程结束。
本发明提出的水平井稳定注气方法，在水平段120的每个注气点(出口)上安装能定量注气装置200，如图12所示，能够通过定量注气装置200按照预定注气量(设计量)稳定地向指定油藏部位注气，进而改善注气波及区域的分布效果，使气体在地层内均匀分布，避免气窜现象，最终提高水平井的产量。
本发明提出的水平井稳定注气方法，在多个注气点110设置定量注气装置200，进而实现水平段120不同位置(注气点)，同时定量注气。从而使注入气在管线内形成稳定状态，多个定量注气装置200协调工作，形成均匀注气的效果。
本发明提出的水平井稳定注气方法，高效地利用了现有水平井注水平井采的配套设备，只需在水平段安装定量注气装置200即可实现定量、稳定注气，最为经济，综合效果有明显优势。
需要说明的是，在本发明中，注气点的数量、位置及对应的预定注气量的都是根据油藏开发条件及要求由油藏工程师进行设计的，是现有技术，在此不进行赘述。
在本发明中，定量注气装置200的注气量由安装在内管体22上的孔隙过滤阀10的数量和丝堵30的数量决定，定量注气装置200安装好即可按预定注气量相地层内稳定地注气，无需在地面控制和操作，不但便于施工和操作，也更加经济。
在本发明一个可选的例子中，填充块2为胶结压制的石英砂体。石英砂体内具有孔隙结构，气体可以通过孔隙结构渗流。填充块的渗透率需要根据油藏情况确定，若油藏渗透率为K，填充块2的渗透率通常在0.1～0.5K之间。同时，交界压制石英砂体为现有技术，在此不进行赘述。
在本发明一个可选的例子中，填充块2和阀体1的内壁之间胶结密封。在本发明中，胶结密封具体是指，在填充块2外侧涂覆环氧树脂，将涂布有环氧树脂的填充块2放入安装腔4内，填充块2的外侧与阀体1的内壁紧密贴合；之后，等待环氧树脂固化，通过固化后的环氧树脂实现填充块2与阀体1内壁的胶结密封。在上述过程中，环氧树脂的用量以整体上环氧树脂进入填充块2内部不超过1mm为宜(即由填充块2的外壁沿填充块2的径向向内的深度不超过1mm)。
在本发明中，由于填充块2与阀体1的内壁密封配合，防止了气体沿阀体1的内壁窜流，保证气体只能由填充块2内的孔隙结构渗流，保证了气体的稳定流出。
在本发明中，阀体1朝向环形间隔23的一端凸出于内管体22的侧壁，压盖3安装在阀体1朝向环形间隔23的一端。
优选的，压盖3上开设的贯通孔5的数量不低于5个，贯通孔5的内径在1～3mm之间。
在本发明一个可选的例子中，定量注气管20的内管体22为普通金属管，外管体21为钛粉末烧制成的金属过滤管，气体受到内管体22侧壁的阻挡只能由开设在内管体22侧壁上的安装孔25处通过，外管体21由钛粉末烧制而成具有均匀的孔隙通透性，在允许气体通过的同时，还能利用孔隙产生的渗流阻力稳定气体的流速，进而保证气流的稳定流出。同时由钛粉末烧制成的金属过滤管具有良好的耐冲击性，更适合井下复杂情况。
优选的，金属过滤管为钛纳米粉末单独烧制而成。
优选的，外管体21其孔隙结构中的孔隙大小通常在5～10μm之间，且孔隙分布均匀，渗透率很高。在一个可选的例子中，外管体21的侧壁厚度为3mm，渗透率为达西级别。
在本发明中，外管体21也可以用陶瓷制作，具有气体能够通过的孔隙结构即可，其渗透率没有具体限制。
在本发明一个可选的例子中，外管体21和内管体22之间的环形空间23的两端分别设置有用于封闭环形空间23的密封圈26，使由孔隙过滤阀10内流出的气体受到外管体21(金属过滤管)的约束。
在本发明中，气体由内管体22流出后，在与外管体21之间的环形空间23内受渗流阻力的调整，气体流动更加稳定。外管体21采用金属过滤管，其耐冲击性较强，还起到保护内管体22的作用。
在本发明中，内管体22的侧壁上的安装孔25呈锥形，安装孔25沿内管体22的径向由内向外逐渐扩径。
在本发明一个可选的例子中，安装孔25的内壁上开设有内螺纹，丝堵30的外壁上和阀体1的外壁上分别开设有与内螺纹对应配合外螺纹，丝堵30和阀体1能拆卸地安装在安装孔25内。同时，由于丝堵30和阀体1均与安装孔25的内壁螺纹配合，保证了丝堵30和阀体1之间的密封配合，防止了气体沿安装孔25的内壁流窜。丝堵30的外螺纹和阀体1的外螺纹(丝扣)同样规格，丝堵30用来封堵内管体22侧壁上多余的安装孔25(孔眼)，即通过丝堵30的数量和孔隙过滤阀10的数量确定定量注气装置200的预定注气量。
在本发明一个可选的例子中，丝堵30为不锈钢材质。
在本发明一个可选的例子中，由于定量注气装置200应用于水平段120，因而管柱承重不强，第一封隔器210和第二封隔器220选择Y45型封隔器即可，当然第一封隔器210和第二封隔器220也可以选择现有的其他封隔器，在此不做详述。
在本发明中，内管体22的两端分别与第一封隔器210和第二封隔器220相连接，注气由内管体22内的空腔经孔隙过滤阀10渗流至内管体22外的环形空间23。
在本发明一个可选的例子中，定量注气管20的两端分别通过短节40与第一封隔器210和第二封隔器220相连接，如图9所示，短节40呈管状，短节40的一端为用于与封隔器相连接的第一端41，短节40的另一端为用于与定量注气管20相连的第二端42，其中第一端41开设有内螺纹，第二端42具有用于与外管体21相连的第一安装部421以及与内管体22相连的第二安装部422，第一安装部421和第二安装部422之间具有环形间隔。
在本发明一个可选的例子中，由水平段120的根部121至水平段120的尖部122，多个注气点110的预定注气量依次降低。
请参考附图，现结合一实施例在对发明提出的水平井稳定注气方法进行详细说明：
步骤1，在水平井100内预设3个注气点110，3个注气点110沿水平井100的水平段120顺序间隔设置；
步骤2，计算每个注气点110的预定注气量；
步骤3，按照井筒设计，在3个注气点(注气位置)依次布设和安装定量注气装置200，并在根据预定注气量确定对应的定量注气装置200中孔隙过滤阀10和丝堵30的数量；安装后，定量注气装置200的第一封隔器210和第二封隔器220均对套管进行了密封，即水平段120的油管内的气体只能经定量注气管20进入套管内，再进入油层。
步骤4，向水平井100内注气，自水平段120的根部121至水平段120的尖部122，3个定量注气装置200依次以日注气量30m3、日注气量20m3和日注气量10m3向对应地层内注入气体，直至驱油过程结束。
在本实施例中，采用水平井稳定注气方法的总注气量与常规方法的注气量保持一致，但由于经过定量注气装置200注入地层内的气体流动稳定，扩散可控，可以有效防止地层内气窜现象；同时，由于每个注气点110处的定量注气装置200是以预定注气量向地层内注气，注入气体的波及效率及波及区域400可达到理想状态，
针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。
Claims (10)
1.一种孔隙过滤阀，其特征在于，所述孔隙过滤阀包括阀体、填充块和压盖，所述阀体具有沿其轴向贯通的安装腔，所述填充块安装在所述安装腔内并与所述阀体的内壁密封配合，所述压盖安装在所述阀体的一端，所述填充块具有能够渗透气体的孔隙结构，所述压盖上开设有用于通气的多个贯通孔。
2.如权利要求1所述的孔隙过滤阀，其特征在于，所述填充块的渗透率为对应油藏渗透率的0.1～0.5倍。
3.如权利要求1所述的孔隙过滤阀，其特征在于，所述填充块的材料为胶结压制的石英砂体。
4.如权利要求3所述的孔隙过滤阀，其特征在于，所述填充块和所述阀体之间胶结密封。
5.一种定量注气管，其特征在于，所述定量注气管具有外管体和内管体，所述内管体穿设在所述外管体内且与所述外管体之间具有环形间隔，所述环形间隔的两端封闭，所述内管体具有沿其轴向贯通的内腔，所述外管体的侧壁具有能够渗透气体的孔隙结构，所述内管体的侧壁上开设有多个沿所述内管体的径向贯通的安装孔，所述安装孔内安装有如权利要求1至4中任意一项所述的孔隙过滤阀或丝堵，所述丝堵和所述孔隙过滤阀分别与所述安装孔的内壁密封配合。
6.如权利要求5所述的定量注气管，其特征在于，所述外管体为钛粉末烧制成的金属过滤管。
7.如权利要求5所述的定量注气管，其特征在于，所述丝堵和所述孔隙过滤阀均与所述安装孔的内壁螺纹连接。
8.一种定量注气装置，其特征在于，所述定量注气装置包括串联连接的第一封隔器、如权利要求5所述的定量注气管和第二封隔器。
9.一种水平井稳定注气方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，在水平井内预设多个注气点，多个所述注气点沿所述水平井的水平段顺序间隔设置；
步骤2，计算每个所述注气点的预定注气量；
步骤3，在每个所述注气点对应安装如权利要求8所述的定量注气装置，并在根据所述预定注气量确定对应的所述定量注气装置中所述孔隙过滤阀的数量和所述丝堵的数量；
步骤4，向水平井内注气，气体通过多个所述定量注气装置以预定注气量注入对应油藏，直至驱油过程结束。
10.如权利要求9所述的水平井稳定注气方法，其特征在于，由所述水平段的根部至所述水平段的尖部，多个所述注气点的预定注气量依次降低。
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