CN113250669A - 一种火驱注入管柱 - Google Patents

Abstract

本发明为一种火驱注入管柱，包括竖直设置的外管以及能够插设在外管内的微波发射源，外管包括呈上下设置的火驱封隔器和隔热管，在隔热管内壁上设有介电材料涂层。本发明的火驱注入管柱能够利用微波对管壁上的介电材料加热形成热源，散热面积更大，加热更均匀，加热速度更快，火驱作业效率更高。

Description

一种火驱注入管柱

技术领域

本发明是关于稠油开采技术领域，尤其涉及一种火驱注入管柱。

背景技术

火驱技术具有驱油效率高、开采成本低等优势，目前已经得以广泛应用，并且也取得了明显的增产效果，成为稠油开发后期重要的转换方式。火驱点火时一般需要热源将注入的空气加热到一定温度注入到地层中，通过热空气携带热量将地下原油点燃。

但是，目前通常的点火方式为电点火，即通过电缆下入一个巨大的热电偶，通电后热电偶温度升高，以将注入的空气加热。而采用电点火方式具有如下不足：

在电点火时只有热电偶一起下入的细管被加热，散热面积较小，对注入的空气加热较慢；同时电点火时对注入空气加热并不均匀，热转换效率低，加热速度慢；另外，将加热后的热空气注入油层后，由于热空气密度低会往上飘，存在超覆现象，使得上部的油层能够被有效加热、动用效果好，而下部分油层无法加热到指定温度、动用效果较差，影响油层开采效果。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种火驱注入管柱，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种火驱注入管柱，能够利用微波对管壁上的介电材料加热形成热源，散热面积更大，加热更均匀，加热速度更快，火驱作业效率更高。

本发明的目的是这样实现的，一种火驱注入管柱，包括：竖直设置的外管，外管包括呈上下设置的火驱封隔器和隔热管，在隔热管内壁上设有介电材料涂层；以及能够插设在外管内的微波发射源。

在本发明的一较佳实施方式中，介电材料涂层的厚度为0.4～1mm，介电材料涂层为碳化硅涂层。

在本发明的一较佳实施方式中，火驱封隔器为液力式封隔器，外管还包括设在隔热管下方的定压球座，在定压球座上坐落有能够封堵外管底端的坐落球。

在本发明的一较佳实施方式中，火驱封隔器为热力式封隔器，外管还包括设在火驱封隔器上方的至少一个上述的隔热管，并在该隔热管内壁上设有介电材料涂层。

在本发明的一较佳实施方式中，在火驱封隔器的下方共间隔设有至少两个隔热管，相邻两个隔热管之间通过一油管连接，并在油管侧壁上开设有注气孔。

在本发明的一较佳实施方式中，隔热管包括至少一根子隔热管；子隔热管包括外护管以及间隔套设在外护管内的中心管，在中心管的上端与外护管的上端之间连接有上连接套，在中心管的下端和外护管的下端之间连接有下连接套，上连接套下端、下连接套上端、中心管外壁和外护管内壁之间形成环形密封腔，介电材料涂层设在中心管的内壁上。

在本发明的一较佳实施方式中，环形密封腔内填充有隔热材料，且环形密封腔为真空腔。

在本发明的一较佳实施方式中，外护管包括上下固定的上接管和下接管，上连接套与下接管内壁连接。

在本发明的一较佳实施方式中，中心管的顶端位于下接管顶端的上方，上连接套与下接管的顶端内壁和中心管的上部外壁焊接固定，中心管的上端外壁与上接管的内壁之间形成环形安装空间。

在本发明的一较佳实施方式中，下连接套的上部夹设在中心管和下接管之间并与中心管外壁焊接固定，下连接套的下部位于中心管底端的下方并与下接管的下端内壁焊接固定，下连接套的下部内壁与中心管的外径相同；在下连接套的下部内壁沿周向开设有环形凹槽，并在环形凹槽内设有一密封圈。

由上所述，本发明中的管柱通过在隔热管内壁上设置介电材料涂层，并与微波发射源相配合，利用微波加热介电材料涂层来形成热源，利用该热源对注入空气加热最终注入地层实现点火目的。由于介电材料涂层涂覆在隔热管的内壁上，在下入微波发射源后整个隔热管的内壁都会形成热源，能够增大热源的覆盖面积，相较于电点火方式而言，散热面积更大，加热更快。同时利用微波进行加热，实现“体加热”，加热更加均匀，且热转换率高，加热速度更快，加热时间更短，使得火驱作业效率更高。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明提供的火驱点火管柱的结构示意图。

图2：为本发明提供的火驱点火管柱的另一结构示意图。

图3：为本发明提供的火驱点火管柱的另一结构示意图。

图4：为本发明提供的子隔热管的结构示意图。

附图标号说明：

1、火驱封隔器；

2、隔热管；21、子隔热管；211、上接管；212、下接管；213、中心管；214、上连接套；215、下连接套；2151、密封圈；216、环形密封腔；217、环形安装空间；

3、介电材料涂层；

4、定压球座；41、坐落球；

5、油管；51、上注气孔；52、下注气孔；

6、微波发射源；

7、套管；

8、油层。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本实施例提供一种火驱注入管柱，包括竖直设置的外管以及能够插设在外管内的微波发射源6，外管包括呈上下设置的火驱封隔器1和隔热管2，在隔热管2内壁上设有介电材料涂层3。

其中，火驱封隔器1的主要作用是保护上部的套管7，防止热量损失。微波发射源6能够发射微波，其作用主要是将电能转化为微波能，对介电材料涂层3进行加热。隔热管2的作用主要是防止热量散失，提高热量利用率；其内壁上设置的介电材料涂层3能够吸收微波并产生热能。在实际应用中，介电材料涂层3可以采用电镀、化学镀或者其他工艺涂覆在隔热管2内壁上，并保证其在高温下不会掉落，具体工艺为现有技术，在此不再赘述。一般介电材料涂层的厚度为0.4～1mm，以保证加热效果。介电材料涂层3优选为碳化硅涂层，吸波性能好。当然，根据需要也可以采用其他的介电材料，本实施例仅为举例说明。

在使用时，先下入外管，然后根据火驱封隔器1的类型选择微波发射源6下入的时机，下入微波发射源6之后，通过微波发射源6发射微波，隔热管2内壁上的介电材料涂层3吸收微波后转化为热能，温度升高，注入空气通过后被加热，注入到油层8中，完成点火工艺。整个点火结束后，起出微波发射源6，继续注入常温空气，以维持地层持续燃烧。

具体而言，微波加热的原理是由于微波会对介电材料产生电了或原了极化、界面及偶极转向极化，造成介质损耗从而将损耗能转变成热能，因微波作用是介质内外部同时吸收微波能量，是一种体加热，这也区别于传统意义上由外及内传热的加热方式。具有以下几个优点：(1)微波能够穿透一定深度而达到材料内部，致使材料吸收微波后产生介质损耗而被加热，可以达到内部和表面同时加热的效果，即“体加热”，具有均匀性的优点；(2)物料吸收微波能量的转换率高，达95％以上；(3)加热速度快，加热时间短；因为是体加热，内外均匀一致，不需要热传导，可以短时间内达到均匀加热。

由此，本实施例中的管柱通过在隔热管2内壁上设置介电材料涂层3，并与微波发射源6相配合，利用微波加热介电材料涂层3来形成热源，利用该热源对注入空气加热最终注入地层实现点火目的。由于介电材料涂层3涂覆在隔热管2的内壁上，在下入微波发射源6后整个隔热管2的内壁都会形成热源，能够增大热源的覆盖面积，相较于电点火方式而言，散热面积更大，加热更快。同时利用微波进行加热，实现“体加热”，加热更加均匀，且热转换率高，加热速度更快，加热时间更短，使得火驱作业效率更高。

在具体实现方式中，火驱封隔器1可以采用如下两种方式：

第一种、如图1所示，火驱封隔器1为液力式封隔器，外管还包括设在隔热管2下方的定压球座4，在定压球座4上坐落有能够封堵外管底端的坐落球41。

这样，使用时，下入外管后，先利用泵车对外管内腔打压坐封火驱封隔器1，然后再提高压力继续打压，打掉定压球座4的阀芯以及坐落球41，使外管底端贯通，形成注气通道，完成前期准备工作；最后再下入微波发射源6进行点火工艺。其中，定压球座4为现有技术，具体包括坐落接管以及通过一剪切销钉固定在坐落接管内壁的阀芯(为管状结构)，坐落球41的直径大于阀芯的内径，在打压时剪切销钉被剪断，阀芯和坐落球41一起掉落。

第二种、如图2所示，火驱封隔器1为热力式封隔器，外管还包括设在火驱封隔器1上方的至少一个隔热管2，并在该隔热管2内壁上设有介电材料涂层3。

此时外管的底端开口，能够形成注气通道，在使用时，下入外管后，直接下入微波发射源6，先将微波发射源6下至火驱封隔器1上方的隔热管2处，并注入空气，使得火驱封隔器1热力坐封。然后下放微波发射源6至火驱封隔器1下方的隔热管2处，并继续注入空气，热空气通过下端的注气通道注入到油层8中，完成点火。

进一步地，当火驱封隔器1为热力式封隔器时，为了使得油层8的各部分都能够被有效加热，在火驱封隔器1的下方共间隔设有至少两个隔热管2，相邻两个隔热管2之间通过一油管5连接，并在油管5侧壁上开设有注气孔。

以图3中火驱封隔器1的上方设有一个隔热管2，其下方共设有三个隔热管2，位于上方的注气孔记作上注气孔51，位于下方的注气孔记作下注气孔52为例，这样，外管底端的注气通道对应油层8的下部，上注气孔51对应油层8的上部，下注气孔52对应油层8的中部。在下入微波发射源6时，先下至火驱封隔器1上方的隔热管2处，并注入空气，使得火驱封隔器1热力坐封。然后依次下放微波发射源6分别至火驱封隔器1下方的三个隔热管2处，并继续注入空气，微波便可以分别加热三个隔热管2内壁上的介电材料涂层3形成三段热源，使得加热后的热空气分别注入油层8的上部、中部和下部，进而保证油层8的上部、中部和下部都能够被有效加热。

因此，本实施例中通过在火驱封隔器1的下方设置多个隔热管2并与注气孔相配合，能够将油层8从上至下分成多段并分别加热，保证了油层8各部分都能够有效加热，提高各部分油层的动用效果，进而大大提高了油层8的开采效果。

进一步地，如图4所示，上述的隔热管2包括至少一根子隔热管21，子隔热管21包括外护管以及间隔套设在外护管内的中心管213，在中心管213的上端与外护管的上端之间连接有上连接套214，在中心管213的下端和外护管的下端之间连接有下连接套215，上连接套214下端、下连接套215上端、中心管213外壁和外护管内壁之间形成环形密封腔216，以起到隔热作用，上述的介电材料涂层3设在中心管213的内壁上。

在实际应用中，为了提高隔热效果，环形密封腔216内填充有隔热材料，且环形密封腔216为真空腔。对于隔热材料可以采用现有中任一具有隔热效果的材料即可，本发明对此不进行限定。

为了便于加工和安装，外护管包括上下固定的上接管211和下接管212，上连接套214与下接管212内壁连接。一般上接管211的下端内壁与下接管212的上端外壁螺纹连接。在使用时，上接管211的上端内壁与上部管柱外壁螺纹固定，下接管212的下端外壁与下部管柱内壁螺纹固定。

在具体实现过程中，根据每根隔热管2的长度需求有时需要由多个子隔热管21串联构成，为了便于多个子隔热管21能够串联固定，中心管213的顶端位于下接管212顶端的上方，上连接套214与下接管212的顶端内壁和中心管213的上部外壁焊接固定，中心管213的上端外壁与上接管211的内壁之间形成环形安装空间217。

下连接套215的上部夹设在中心管213和下接管212之间并与中心管213外壁焊接固定，下连接套215的下部位于中心管213底端的下方并与下接管212的下端内壁焊接固定，下连接套215的下部内壁与中心管213的外径相同。在下连接套215的下部内壁沿周向开设有环形凹槽，并在环形凹槽内设有一密封圈2151。

这样，以两个子隔热管21为例，将位于上方的子隔热管21记作第一子隔热管，位于下方的子隔热管21记作第二子隔热管。将两个子隔热管21串联固定时，第一子隔热管的下接管212外壁与第二子隔热管的上接管211内壁螺纹连接，第一子隔热管的下连接套215下部插设在第二子隔热管的环形安装空间217内，此时第一子隔热管的中心管213下端抵靠在第二子隔热管的中心管213上端，第一子隔热管的密封圈2151与第二子隔热管的中心管213上端外壁密封接触，实现对第二子隔热管的上接管211与第一子隔热管的下接管212螺纹连接处的密封，防止该螺纹连接处蒸汽绕流、减压对蒸汽流动的影响，进而降低了热点损失。

整个子隔热管21的结构简单，操作简便。当然，在实际应用时，根据需要也可以采用其他结构的隔热管2，本实施例仅为举例说明。

以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种火驱注入管柱，其特征在于，包括：

竖直设置的外管，所述外管包括呈上下设置的火驱封隔器和隔热管，在所述隔热管内壁上设有介电材料涂层；

以及能够插设在所述外管内的微波发射源。

2.如权利要求1所述的火驱注入管柱，其特征在于，

所述介电材料涂层的厚度为0.4～1mm，所述介电材料涂层为碳化硅涂层。

3.如权利要求1所述的火驱注入管柱，其特征在于，

所述火驱封隔器为液力式封隔器，所述外管还包括设在隔热管下方的定压球座，在所述定压球座上坐落有能够封堵外管底端的坐落球。

4.如权利要求1所述的火驱注入管柱，其特征在于，

所述火驱封隔器为热力式封隔器，所述外管还包括设在所述火驱封隔器上方的至少一个所述的隔热管，并在该隔热管内壁上设有介电材料涂层。

5.如权利要求4所述的火驱注入管柱，其特征在于，

在所述火驱封隔器的下方共间隔设有至少两个所述隔热管，相邻两个隔热管之间通过一油管连接，并在所述油管侧壁上开设有注气孔。

6.如权利要求1所述的火驱注入管柱，其特征在于，

所述隔热管包括至少一根子隔热管；所述子隔热管包括外护管以及间隔套设在外护管内的中心管，在所述中心管的上端与外护管的上端之间连接有上连接套，在所述中心管的下端和外护管的下端之间连接有下连接套，所述上连接套下端、下连接套上端、中心管外壁和外护管内壁之间形成环形密封腔，所述介电材料涂层设在所述中心管的内壁上。

7.如权利要求6所述的火驱注入管柱，其特征在于，

所述环形密封腔内填充有隔热材料，且所述环形密封腔为真空腔。

8.如权利要求6所述的火驱注入管柱，其特征在于，

所述外护管包括上下固定的上接管和下接管，所述上连接套与所述下接管内壁连接。

9.如权利要求8所述的火驱注入管柱，其特征在于，

所述中心管的顶端位于下接管顶端的上方，所述上连接套与下接管的顶端内壁和中心管的上部外壁焊接固定，所述中心管的上端外壁与上接管的内壁之间形成环形安装空间。

10.如权利要求9所述的火驱注入管柱，其特征在于，

所述下连接套的上部夹设在中心管和下接管之间并与中心管外壁焊接固定，所述下连接套的下部位于中心管底端的下方并与下接管的下端内壁焊接固定，所述下连接套的下部内壁与中心管的外径相同；

在所述下连接套的下部内壁沿周向开设有环形凹槽，并在所述环形凹槽内设有一密封圈。

Images