CN112855102A - 一种自动选择复合注汽装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动选择复合注汽装置及方法，涉及采油工程技术领域，解决了对共存有高渗层与低渗层的油层无法精准化处理的技术问题。该装置包括管柱以及分别与管柱连接的一级投球组件和二级投球组件，一级投球组件安装有一级堵球，二级投球组件安装有二级堵球，药液通过管柱流入一级投球组件后，一级堵球上浮并封堵第一渗层的炮眼，使药液流入第二渗层；一级堵球熔化后，二级堵球释放并封堵第一渗层的炮眼，使蒸汽流入第二渗层。本发明通过两级投球组件的结构设计，实现了一趟管柱两次投球并且自动选择封堵的功能，对于高渗层与低渗层共存的油层无论是化学处理还是蒸汽注入，都可以实现精细化的处理，提高了油层处理的措施效果和生产时率。

Description

一种自动选择复合注汽装置及方法

技术领域

本发明涉及采油工程技术领域，具体来说，是指一种自动选择复合注汽装置及方法。

背景技术

目前，对于稠油开发最为有效的方式是蒸汽吞吐。在稠油蒸汽吞吐的开发过程中，随着吞吐轮次的逐渐增加，受储层非均质性、蒸汽超覆等因素的影响，油层纵向动用不均的矛盾突出，并且汽窜问题严重，已成为影响稠油高效开发的主要矛盾之一。

对于共存有高渗层、低渗层、薄夹层、无夹层或者其相互交错的油井，不仅需要进行注气处理，而且同时需要向油层注入化学药液以酸化解堵或者化学助排。现有技术中，通常采用一趟注汽分层管柱进行笼统的化学处理和分层注汽处理，或者，采用两趟管柱分别进行化学处理和注气处理。但是，针对共存有高渗层、低渗层、薄夹层、无夹层或者其相互交错的稠油热采油井，化学药液或者高温蒸汽更容易流向渗透率大的高渗层，使得渗透率小的低渗层无法得到有效的处理。不仅导致作业成本的增加，而且也无法对油层进行精准化的处理，油层的错综复杂性极大影响了油井后期的生产质量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，第一方面，提供一种自动选择复合注汽装置，以解决现有技术对高渗层与低渗层共存的油层无法精准化处理的技术问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种自动选择复合注汽装置，用于提高油藏的动用程度，所述油藏包括第一渗层与第二渗层，所述第一渗层的渗透率大于所述第二渗层的渗透率，所述自动选择复合注汽装置包括：

管柱，所述管柱伸入井筒内并通过开设于所述井筒侧壁的炮眼向所述油藏通入药液或者蒸汽；

一级投球组件，所述一级投球组件与所述管柱相连接并安装有一级堵球；以及，

二级投球组件，所述二级投球组件与所述管柱相连接并安装有二级堵球；

其中，在所述管柱注入药液时，所述一级堵球上浮并且跟随所述药液的流动封堵所述第一渗层的炮眼，使所述药液流入所述第二渗层；在所述管柱注入蒸汽时，所述一级堵球熔化，所述二级堵球释放后跟随所述蒸汽的流动封堵所述第一渗层的炮眼，使所述蒸汽流入所述第二渗层。

在上述技术方案的基础上，该自动选择复合注汽装置还可以做如下的改进。

可选的，所述一级投球组件包括一级投球筒，所述管柱与所述一级投球筒相连通，所述一级堵球安装于所述一级投球筒内，所述一级投球筒开设有一级投球通道，所述一级堵球穿过所述一级投球通道后封堵所述第一渗层的炮眼。

可选的，所述一级投球筒通过连接件连接有油杆，所述油杆通过母扣与所述管柱相连接。

可选的，所述一级投球筒连接有多个弹性件，用于接收所述二级堵球，所述一级投球筒的外侧壁开设有环形槽，多个所述弹性件插入所述环形槽后通过连接筋连接形成整体结构。

可选的，所述弹性件包括U形板簧，所述U形板簧的端部绕制形成扭簧部，多个所述U形板簧沿所述一级投球筒的周向分布形成灯笼形结构。

可选的，所述二级投球组件包括二级投球筒，所述二级投球筒连接于所述管柱上，所述二级堵球安装于所述二级投球筒内，所述二级投球筒开设有二级投球通道，所述二级堵球穿过所述二级投球通道后封堵所述第一渗层的炮眼。

可选的，所述二级投球筒的一端与所述管柱固定连接，所述二级投球筒的另一端通过支撑件与所述管柱固定连接，所述二级投球通道内设置有可在所述蒸汽的温度作用下熔化的封堵板，所述二级堵球通过所述封堵板封堵于所述二级投球通道内。

可选的，所述管柱连接有可与所述井筒的井底密封的封隔器，所述管柱设置有位于所述炮眼位置的割缝管，所述割缝管开设有多个溢流孔。

可选的，所述一级堵球为甲基乙烯基硅橡胶球，所述二级堵球为空心的不锈钢球。

第二方面，本发明还提供一种自动选择复合注汽方法，采用上述的自动选择复合注汽装置，包括以下步骤：

将所述自动选择复合注汽装置下潜至所述井筒的设计位置；

向所述管柱内注入药液，所述一级堵球跟随所述药液的流动封堵所述第一渗层的炮眼，所述药液流入所述第二渗层；

药液注入完毕后，向所述管柱内注入蒸汽，所述一级堵球在所述蒸汽的温度作用下熔化，所述二级堵球释放后跟随所述蒸汽的流动封堵所述第一渗层的炮眼，所述蒸汽流入所述第二渗层。

与现有技术相比，本发明提供的自动选择复合注汽装置具有的有益效果是：

本发明通过在管柱上设置一级投球组件与二级投球组件，当注入药液时，药液首先进入油藏中渗透率大的第一渗层，也即是高渗层，此时一级堵球上浮并跟随药液的流动被吸附至高渗层的炮眼处，使药液只能流入油藏中渗透率小的第二渗层，也即是低渗层；当注入高温蒸汽时，一级堵球被高温熔化，同时二级堵球被释放，蒸汽首先进入高渗层，此时二级堵球跟随蒸汽的流动被吸附至高渗层的炮眼处，使蒸汽只能流入低渗层。

本发明通过两级投球组件的结构设计，实现了一趟管柱两次投球并且自动选择封堵的功能，对于高渗层与低渗层共存的油层无论是化学处理还是蒸汽注入，都可以实现精细化的处理，提高了油层处理的措施效果和生产时率，改善了油藏的动用程度和稠油的开发效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明自动选择复合注汽装置的剖视结构示意图；

图2是图1中一级投球组件的立体结构示意图；

图3是图2中弹性件的结构示意图；

图4是图1中二级投球组件的立体结构示意图；

图5是本发明自动选择复合注汽方法的流程图。

图中：

10—井筒；11—第一渗层；12—第二渗层；13—炮眼；

20—管柱；21—油杆；22—母扣；23—割缝管；24—溢流孔；

30—一级投球筒；31—一级堵球；32—一级投球通道；33—连接件；34—弹性件；341—U形板簧；342—扭簧部；35—环形槽；36—连接筋；

40—二级投球筒；41—二级堵球；42—二级投球通道；43—支撑件；44—封堵板；

50—封隔器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全面的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例：

本发明提供一种自动选择复合注汽装置，如图1所示，包括管柱20、一级投球组件以及二级投球组件，用于提高油藏的动用程度。油藏包括第一渗层11与第二渗层12，本发明中的第一渗层11主要是指对化学药液和高温蒸汽具有较大渗透率的高渗层，本发明中的第二渗层12主要是指对化学药液和高温蒸汽具有较小渗透率的低渗层。由于地层孔隙度、组成地层的各种矿物含量以及泥质含量等不同，各油层的渗透率有所差异，再加上蒸汽超覆的现象，油层往往存在纵向动用不均的问题。因此，第一渗层11的渗透率大于第二渗层12的渗透率，化学药液和高温蒸汽更容易渗入第一渗层11，也即是高渗层。

如图1所示，井筒10钻入油层后，在井筒10的侧壁上开设有多个炮眼13，这些炮眼13有的连通第一渗层11，有的连通第二渗层12，具有随机性。管柱20的外侧壁连接有可与井筒10的井底密封的封隔器50，管柱20在封隔器50与井筒10的井底之间设置有割缝管23，割缝管23上开设有位于炮眼13位置的多个溢流孔24。注入管柱20内的化学药液和高温蒸汽可以通过溢流孔24经炮眼13流入第一渗层11与第二渗层12。其中，根据实际工况的需要，溢流孔24可以是圆孔，也可以是腰形孔或者缝隙。

如图1与图2所示，一级投球组件包括一级投球筒30，一级投球筒30呈一端开口另一端封闭的筒型结构。一级投球筒30具有开口的一端通过连接件33连接有油杆21，油杆21通过母扣22与管柱20连通，连接件33包括但不限于连接管、连接板或者连接架等结构。一级投球筒30内装填有多个一级堵球31，连接件33将一级投球筒30的开口划分的区域为一级投球通道32。

当向管柱20内注入化学药液后，化学药液流入一级投球筒30内，一级堵球31在化学药液的浮力作用下上浮并穿过一级投球通道32。由于化学药液更容易流入渗透率较大的第一渗层11，一级堵球31跟随化学药液流动至第一渗层11的炮眼13位置并封堵炮眼，从而使后续的化学药液只能流入渗透率较小的第二渗层12。其中，一级堵球31为甲基乙烯基硅橡胶球，一级堵球31的外径为26mm，密度为0.8-1g/cm³，能够在化学药液的浮力作用下上浮。此外，一级堵球31具有良好的强度和耐酸性，橡胶材料具有一定的弹性，使一级堵球31能够镶嵌在炮眼13上。当然，一级堵球31还可以选用耐酸不耐热的蜡球或者空心蜡球制作而成。

如图1与图4所示，二级投球组件包括二级投球筒40，二级投球筒40呈两端开口的筒型结构。二级投球筒40套接于管柱20上形成筒中筒结构，在二级投球筒40与管柱20之间装填有多个二级堵球41。二级投球筒40的顶部与管柱20密封连接，防止二级堵球41在蒸汽作用下窜出。二级投球筒40的底部通过支撑件43与管柱20固定连接，支撑件43使二级投球筒40与管柱20之间形成二级投球通道42。二级投球通道42内设置有封堵板44，封堵板44可以在高温蒸汽的作用下熔化，从而释放二级堵球41。

当向管柱20内注入高温蒸汽后，随着井筒10内温度的升高，一级堵球31与封堵板44在高温蒸汽的作用下熔化，二级堵球41释放，高温蒸汽更容易流入渗透率较大的第一渗层11，二级堵球41跟随高温蒸汽流动至第一渗层11的炮眼13位置并封堵炮眼，从而使后续的高温蒸汽只能流入渗透率较小的第二渗层12。其中，封堵板44可以选用与一级堵球31材质相同的甲基乙烯基硅橡胶，也可以选用蜡板或者聚乙烯材料，均具有耐酸但不耐高温的特性。二级堵球41为不锈钢空心球，二级堵球41的外径为22mm，壁厚为0.5mm,密度为0.8-1g/cm³，能够跟随高温蒸汽的流动而运动。此外，二级堵球41具有可持续耐高温、高压的性能，使二级堵球41也能够镶嵌在炮眼13上。

如图1至图3所示，一级投球组件位于管柱20靠近井筒10的井底一端，二级投球组件位于割缝管23与封隔器50之间。在一级投球筒30开口的一端连接有多个弹性件34，用于接收二级堵球41。具体来说，弹性件34包括U形板簧341，U形板簧341可以通过φ8或者φ10的钢筋弯制而成。在U形板簧341开口的端部绕制形成扭簧部342，多个U形板簧341沿一级投球筒30的筒口周向分布形成灯笼形结构，使二级堵球41能够落入灯笼形结构的U形板簧341上并最终落入一级投球筒30，以回收二级堵球41。

其中，在一级投球筒30的外侧壁开设有环形槽35，沿一级投球筒30的筒口周向开设有多个孔眼，多个U形板簧341分别插入孔眼并伸入环形槽35内，使用连接筋36将多个U形板簧341焊接形成整体结构，从而防止弹性件34与一级投球筒30的脱离。

可以理解的是，本发明中的一级堵球31与封堵板44还可以选用其余能够耐化学药液酸性但不耐蒸汽高温的材料制成，二级堵球41还可以选用其余的耐高温、高压的金属或者合金材料制成。本发明对一级堵球31和二级堵球41的材质选择是仅要求一级堵球31耐酸、二级堵球41耐高温，并不要求一级堵球31和二级堵球41同时既耐酸又耐高温，从而扩大了一级堵球31和二级堵球41材料的选择范围。当然，根据采油工况的不同，一级投球组件与二级投球组件还可以设计为钢筋笼或者托盘等结构类型。

实施例2：

本发明还提供一种自动选择复合注汽方法，如图1至图5所示，采用上述实施例中的自动选择复合注汽装置。首先，将自动选择复合注汽装置下潜至井筒10的设计位置，使割缝管23大致位于待处理油层的炮眼13位置。此时，封隔器50封闭井筒10，灯笼形结构的弹性件34与井筒10的井壁紧密的贴合，并且弹性件34能够随井筒10管径的变化而随之变化。

第一步，通过管柱20向井筒10内注入化学药液，化学药液通过管柱20流入一级投球筒30内，一级堵球31在化学药液的浮力作用下上浮并通过一级投球通道32释放。由于第一渗层11的渗透率大于第二渗层12的渗透率，化学药液更容易流入第一渗层11，此时在第一渗层11与第二渗层12的炮眼13之间产生压差，一级堵球31在压差的作用下跟随化学药液的流动封堵第一渗层11的炮眼13，从而迫使后续的化学药液仅能流入第二渗层12，以达到对低渗层的稠油进行化学处理的目的。

第二步，当化学药液注入完毕后，通过管柱20向井筒10内注入温度高于200℃以上的高温蒸汽。随着温度的升高，一级堵球31与封堵板44在蒸汽的高温作用下熔化，二级堵球41通过二级投球通道42释放。同理，由于第一渗层11的渗透率大于第二渗层12的渗透率，高温蒸汽更容易流入第一渗层11，此时在第一渗层11与第二渗层12的炮眼13之间产生压差，二级堵球41在压差的作用下跟随高温蒸汽的流动封堵第一渗层11的炮眼13，从而迫使后续的高温蒸汽仅能流入第二渗层12，以达到对低渗层的稠油进行蒸汽处理的目的。

第三步，当高温蒸汽注入完毕后，起出自动选择复合注汽装置，二级堵球41落入一级投球筒30内回收，下泵后方可继续恢复采油生产。

本发明通过两级投球组件的结构设计，实现了化学处理与蒸汽处理仅通过一趟管柱两次投球的功能，一级堵球31与二级堵球41优先封堵地层压力小、动用比较好的油层，迫使化学药剂和高温蒸汽更多进入动用不好的油层。对于共存有高渗层、低渗层、薄夹层、无夹层或者其相互交错的井筒10均可实现化学药液与高温蒸汽的精确注入，从而实现油层的精细化处理，提高了油层处理的措施效果和生产时率，改善了油藏的动用程度和稠油的开发效果。具有使用范围广、节约成本、操作简单的特点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动选择复合注汽装置，其特征在于，用于提高油藏的动用程度，所述油藏包括第一渗层(11)与第二渗层(12)，所述第一渗层(11)的渗透率大于所述第二渗层(12)的渗透率，所述自动选择复合注汽装置包括：

管柱(20)，所述管柱(20)伸入井筒(10)内并通过开设于所述井筒(10)侧壁的炮眼(13)向所述油藏通入药液或者蒸汽；

一级投球组件，所述一级投球组件与所述管柱(20)相连接并安装有一级堵球(31)；以及，

二级投球组件，所述二级投球组件与所述管柱(20)相连接并安装有二级堵球(41)；

其中，在所述管柱(20)注入药液时，所述一级堵球(31)上浮并且跟随所述药液的流动封堵所述第一渗层(11)的炮眼(13)，使所述药液流入所述第二渗层(12)；在所述管柱(20)注入蒸汽时，所述一级堵球(31)熔化，所述二级堵球(41)释放后跟随所述蒸汽的流动封堵所述第一渗层(11)的炮眼(13)，使所述蒸汽流入所述第二渗层(12)。

2.根据权利要求1所述的自动选择复合注汽装置，其特征在于，所述一级投球组件包括一级投球筒(30)，所述管柱(20)与所述一级投球筒(30)相连通，所述一级堵球(31)安装于所述一级投球筒(30)内，所述一级投球筒(30)开设有一级投球通道(32)，所述一级堵球(31)穿过所述一级投球通道(32)后封堵所述第一渗层(11)的炮眼(13)。

3.根据权利要求2所述的自动选择复合注汽装置，其特征在于，所述一级投球筒(30)通过连接件(33)连接有油杆(21)，所述油杆(21)通过母扣(22)与所述管柱(20)相连接。

4.根据权利要求2所述的自动选择复合注汽装置，其特征在于，所述一级投球筒(30)连接有多个弹性件(34)，用于接收所述二级堵球(41)，所述一级投球筒(30)的外侧壁开设有环形槽(35)，多个所述弹性件(34)插入所述环形槽(35)后通过连接筋(36)连接形成整体结构。

5.根据权利要求4所述的自动选择复合注汽装置，其特征在于，所述弹性件(34)包括U形板簧(341)，所述U形板簧(341)的端部绕制形成扭簧部(342)，多个所述U形板簧(341)沿所述一级投球筒(30)的周向分布形成灯笼形结构。

6.根据权利要求1所述的自动选择复合注汽装置，其特征在于，所述二级投球组件包括二级投球筒(40)，所述二级投球筒(40)连接于所述管柱(20)上，所述二级堵球(41)安装于所述二级投球筒(40)内，所述二级投球筒(40)开设有二级投球通道(42)，所述二级堵球(41)穿过所述二级投球通道(42)后封堵所述第一渗层(11)的炮眼(13)。

7.根据权利要求6所述的自动选择复合注汽装置，其特征在于，所述二级投球筒(40)的一端与所述管柱(20)固定连接，所述二级投球筒(40)的另一端通过支撑件(43)与所述管柱(20)固定连接，所述二级投球通道(42)内设置有可在所述蒸汽的温度作用下熔化的封堵板(44)，所述二级堵球(41)通过所述封堵板(44)封堵于所述二级投球通道(42)内。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的自动选择复合注汽装置，其特征在于，所述管柱(20)连接有可与所述井筒(10)的井底密封的封隔器(50)，所述管柱(20)设置有位于所述炮眼(13)位置的割缝管(23)，所述割缝管(23)开设有多个溢流孔(24)。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的自动选择复合注汽装置，其特征在于，所述一级堵球(31)为甲基乙烯基硅橡胶球，所述二级堵球(41)为空心的不锈钢球。

10.一种自动选择复合注汽方法，其特征在于，采用权利要求1至9中任一项所述的自动选择复合注汽装置，包括以下步骤：

将所述自动选择复合注汽装置下潜至所述井筒(10)的设计位置；

向所述管柱(20)内注入药液，所述一级堵球(31)跟随所述药液的流动封堵所述第一渗层(11)的炮眼(13)，所述药液流入所述第二渗层(12)；

药液注入完毕后，向所述管柱(20)内注入蒸汽，所述一级堵球(31)在所述蒸汽的温度作用下熔化，所述二级堵球(41)释放后跟随所述蒸汽的流动封堵所述第一渗层(11)的炮眼(13)，所述蒸汽流入所述第二渗层(12)。

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