CN115163016A - 一种储层注采一体化管柱设备和一种储层注采方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储层注采一体化管柱设备和储层注采方法，一体化管柱设备包括依次连接的生产管柱装置、射流泵装置、分流器装置、加热管柱装置，生产管柱装置包括外层管柱组和内层管柱组，外层管柱组包括外油管挂体和外层油管。内层管柱组包括内油管挂体和内层油管；外层管柱组还包括过电缆封隔器，过电缆封隔器上设置有放气阀。加热管柱装置包括由上至下依次设置的隔离油管、分流阀组、加热器单元组、单向阀，加热管柱装置还包括：连续管缆，其内设有加热电缆和流通通道；顶部封隔器。分流器装置包括分流器外筒体、分流器、旁通管、安全阀。本发明的一种储层注采一体化管柱设备能够降低储层注采的操作难度，提高储层注采效率。

Description

一种储层注采一体化管柱设备和一种储层注采方法

技术领域

本发明属于石油与天然气行业的稠油开采领域，具体涉及一种储层注采一体化管柱设备和一种储层注采方法。

背景技术

稠油油藏开发潜力大，但开发难度高，尤其是对于高粘稠油，使用常规的冷采方法通常会导致采收率低、效益差等问题。而热采法是实现稠油油藏高效开发的重要措施，具体方法为：通过加热储层，降低原油粘度并提高原油流动性。

现有技术中，热采法主要包括热流体注入法和储层原位加热法，注热流体法具体有蒸汽吞吐、蒸汽驱、重力辅助驱油等；储层原位加热法包括井下加热器加热和火烧油层两种。然而，上述两种热采法在实际使用时，热流体注入法主要是在地面制备热流体然后通过井筒注入储层，这就导致注入过程中，整个井筒都处于高温工况，从而造成对井下管柱、工具的材质、尺寸要求更严格，以导致完井投入的增加。此外，注热过程中井筒热损失严重，既导致地面制热成本增加，又导致热流体注至井底后的温度、干度等参数很难达到设计要求。储层原位加热法则存在综合效益较差的问题，井下加热器加热半径有限，且仅依靠储层导热易导致近井带局部过热伤害储层、远井带受效差，火烧油层法则施工难度大、作业效果无法保障。

发明内容

为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种储层注采一体化管柱设备和一种储层注采方法，以降低储层注采的操作难度，提高储层注采效率。

根据本申请的第一方面，提供了一种储层注采一体化管柱设备，包括依次连接的生产管柱装置、射流泵装置、分流器装置以及加热管柱装置，其中：生产管柱装置包括外层管柱组和内层管柱组，外层管柱组包括由上至下设置的外油管挂体和外层油管；内层管柱组包括由上至下设置的内油管挂体和内层油管；其中，外层管柱组还包括设置于外层油管的外周壁的过电缆封隔器，过电缆封隔器上设置有放气阀；加热管柱装置包括由上至下依次设置的隔离油管、分流阀组、加热器单元组、单向阀，其中，加热管柱装置还包括：与隔离油管连通的连续管缆，其内设有加热电缆和流通通道，加热电缆与加热器单元组电连接，流通通道用于注入流体；顶部封隔器，其设于隔离油管的外周壁，用于连接防砂筛管；分流器装置包括：分流器外筒体，其一端与外层油管相连，另一端与隔离油管相连；分流器，其设于分流器外筒体的内部且中心设有连通孔；旁通管，其设于隔离油管内，旁通管的一端连接于连通孔并与外层油管的内腔连通，另一端贯穿隔离油管的内壁，以连通加热管柱装置与防砂筛管之间的环空；安全阀，其设于分流器外筒体内且位于分流器的上方。

在一些实施例中，连续管缆包括内管缆和外管缆，内管缆同轴连接于外管缆内，加热电缆设于内管缆与外管缆之间，其中，内管缆与外管缆之间还填充有绝缘材料，绝缘材料固定于加热电缆的外部，内管缆的内部构造为流通通道。

在一些实施例中，连续管缆还包括固定连接内管缆与外管缆的若干个支撑肋板，支撑肋板构造为实体结构。

在一些实施例中，连续管缆包括三个支撑肋板，相邻的支撑肋板所在平面的夹角范围为90°至180°，加热电缆构造为具有三个缆体，三个缆体通过三个支撑肋板独立设于内管缆与外管缆之间。

在一些实施例中，加热电缆构造为扁平结构。

在一些实施例中，分流阀组包括设于隔离油管上的至少一个分流阀，分流阀包括环形腔体，加热电缆和加热器单元组设于环形腔体内，环形腔体包括外侧环形壁和内侧环形壁，外侧环形壁和内侧环形壁之间构造为导流腔，其中，外侧环形壁上形成有出液口，内侧环形壁上形成有流入口，出液口和流入口设置为可通断，以使得加热管柱装置能够具有径向分流通道和轴向分流通道。

在一些实施例中，环形腔体内设有活塞和弹簧，活塞滑动设置于导流腔内，弹簧固定连接于导流腔和活塞，以使得流入口、导流腔、出液口构造为径向分流通道，环形腔体的内部构造为轴向分流通道。

在一些实施例中，流入口形成在内侧环形壁的顶部区域，出液口形成在外侧环形壁的底部区域。

根据本申请的第二方面，提供了一种储层注采方法，应用于上述的储层注采一体化管柱设备，包括热水吞吐采油法，其步骤包括：注热阶段，进一步包括：将放气阀和安全阀关闭，通过连续管缆将清水注入至加热管柱装置的内部，接通加热电缆，以将清水进行加热；通过加压，将加热后的清水注入储层，当注水量达到要求后停止注入；焖井阶段，进一步包括：保持加热电缆通电，以使得井底保持高温状态，从而进行焖井；采液阶段，进一步包括：焖井阶段结束后，打开安全阀，启动射流泵装置进行采液。

根据本申请的第三方面，提供了一种储层注采方法，应用于上述的储层注采一体化管柱设备，包括掺热水降粘采油法，其步骤包括：安全阀为打开状态，以预设排量通过连续管缆注入清水至加热管柱装置的内部；加热电缆通电，同时开启射流泵装置开始生产；清水加热成热水或蒸汽后，通过分流阀组和单向阀的位置进入加热管柱装置与防砂筛管之间的环空；在射流泵装置的作用下环空内的介质向旁通管的吸入口方向流动，同时与地层产出液混合实现产出液降粘。

由上述技术方案可知，本发明提供的储层注采一体化管柱设备，能够减少热损失、实现储层高效加热，并可通过多种方法实现稠油储层高效开采。

附图说明

图1为本发明实施例的储层注采一体化管柱设备的一些实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的连续管缆的一些实施例的结构截面示意图；

图3为本发明实施例的分流阀组的一些实施例的结构示意图，其中还示出了加热器单元组；

图4为本发明实施例的分流阀的第一种情况下的作用原理示意图；

图5为本发明实施例的分流阀的第二种情况下的作用原理示意图；

图6为本发明实施例的热水吞吐采油法的示意图，其中，左侧图示出了热水吞吐采油法的注热阶段和加压阶段；右侧图示出了热水吞吐采油法的采液阶段；

图7为本发明实施例的掺热水降粘采油法的示意图；

图8为本发明实施例的热水吞吐采油法的方法流程示意图；

图9为本发明实施例的掺热水降粘采油法的方法流程示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种储层注采一体化管柱设备做进一步详细的描述。

图1示出了根据本发明实施例的储层注采一体化管柱设备100的一些实施例的结构示意图。结合图1所示，该储层注采一体化管柱设备100，包括依次连接的生产管柱装置101、射流泵装置102、分流器103以及加热管柱装置104。其中：生产管柱装置101包括外层管柱组105和内层管柱组106，外层管柱组105包括由上至下设置的外油管挂体1和外层油管2；内层管柱组106包括由上至下设置的内油管挂体10和内层油管11；其中，外层管柱组105还包括设置于外层油管2的外周壁的过电缆封隔器4，过电缆封隔器4上设置有放气阀3；加热管柱装置104包括由上至下依次设置的隔离油管17、分流阀组107、加热器单元组108、单向阀20，其中，加热管柱装置104还包括：与隔离油管17连通的连续管缆14，其内设有加热电缆15和流通通道109(请参照图2所示)，加热电缆15与加热器单元组108电连接，流通通道109用于注入流体；顶部封隔器21，其设于隔离油管17的外周壁，用于连接防砂筛管22；分流器103包括：分流器外筒体131，其一端与外层油管2相连，另一端与隔离油管17相连；分流器7，其设于分流器外筒体131的内部且中心设有连通孔；旁通管8，其设于隔离油管17内，旁通管8的一端连接于连通孔并与外层油管2的内腔连通，另一端贯穿隔离油管17的内壁，以连通加热管柱装置104与防砂筛管22之间的环空；安全阀6，其设于分流器外筒体131内且位于分流器7的上方。

请结合图1所示，本申请中所提到的射流泵装置102应当理解为其具有射流泵外工作筒5和射流泵内工作筒12，射流泵外工作筒5与外层油管2相连，射流泵内工作筒12与内层油管11相连，射流泵内工作筒12的内部设有射流泵泵芯13，并整体安装于射流泵外工作筒5的内部使用。本申请中所提到的射流泵泵芯13可通过内层油管11和外层油管2注入液体实现投放和打捞。本申请中所提到的放气阀3和安全阀6可通过同一条液控管线9与地面控制设备电连接。本申请中所提到的顶部封隔器21还可包括插入密封16。本申请中还应当理解为包括沉砂封隔器23，其设于防砂筛管22的底部，用于固定防砂筛管22。本申请中所提到的分流阀组107可包括由上至下间隔设置的多个分流阀18，多个分流阀18可通过隔离油管17进行连接。本申请中所提到的加热器单元组108可包括由上至下间隔设置的多个加热器单元19。

本发明实施例的储层注采一体化管柱设备100在具体使用时，可包括以下两种开采方法：

第一种是储层注采方法，应用于上述的储层注采一体化管柱设备100，包括热水吞吐采油法200，图6为本发明实施例的热水吞吐采油法的示意图，图8为本发明实施例的热水吞吐采油法200的方法流程示意图，结合图6和图8所示，热水吞吐采油法200的步骤包括：S201，注热阶段(结合图6左图所示)，进一步包括：将放气阀3和安全阀6关闭，通过连续管缆14将清水注入至加热管柱装置104的内部，接通加热电缆15，以将清水进行加热；S202，通过加压，将加热后的清水注入储层，当注水量达到要求后停止注入；S203，焖井阶段，进一步包括：保持加热电缆15通电，以使得井底保持高温状态，从而进行焖井；S204，采液阶段(结合图6右图所示)，进一步包括：焖井阶段结束后，打开安全阀6，启动射流泵装置102进行采液。

第二种是储层注采方法，应用于上述的储层注采一体化管柱设备100，包括掺热水降粘采油法300，图7为本发明实施例的掺热水降粘采油法的示意图，图9为本发明实施例的掺热水降粘采油法300的方法流程示意图，结合图7和图9所示，掺热水降粘采油法300的步骤包括：S301，安全阀6为打开状态，以预设排量(通常为小排量)通过连续管缆14注入清水至加热管柱装置104的内部；S302，加热电缆15通电，同时开启射流泵装置102开始生产；S303，清水加热成热水或蒸汽后，通过分流阀组107和单向阀20的位置进入加热管柱装置104与防砂筛管22之间的环空；S304，在射流泵装置102的作用下环空内的介质向旁通管8的吸入口方向流动，同时与地层产出液混合实现产出液降粘。

通过上述设置，本发明实施例的储层注采一体化管柱设备100能够减少热损失、实现储层高效加热，并可通过多种方法实现稠油储层高效开采。

请继续参照图2，在一些实施例中，连续管缆14可包括内管缆144和外管缆141，内管缆144同轴连接于外管缆141内，加热电缆15设于内管缆144与外管缆141之间。其中，内管缆144与外管缆141之间还填充有绝缘材料143，绝缘材料143固定于加热电缆15的外部，内管缆144的内部构造为流通通道109。

本申请所提到的内管缆144和外管缆141可使得连续管缆14构造为双层腔结构设计。本申请所提到的绝缘材料143可为现有技术中电缆使用的常规绝缘材料143。本申请中所提到的流通通道109，可理解为用于注入清水使用。

请继续参照图2，在一些实施例中，连续管缆14还可包括固定连接内管缆144与外管缆141的若干个支撑肋板142，支撑肋板142构造为实体结构。通过该设置，支撑肋板142采用实心结构设计，能够直接提高支撑肋板142的结构强度，从而可有效地用于增加连续管缆14的抗弯曲能力，从而有效避免连续管缆14产生弯折过度的问题，进而能够有效地保护连续管缆14内的加热电缆15和内管缆144。

结合图2所示，在一些实施例中，连续管缆14可包括三个支撑肋板142，相邻的支撑肋板142所在平面的夹角范围为90°至180°，加热电缆15构造为具有三个缆体，三个缆体通过三个支撑肋板142独立设于内管缆144与外管缆141之间。

本申请中的相邻的支撑肋板142所在平面的夹角范围可优选为120°。本申请中加热电缆15可构造为三芯设计，三根电缆芯分别进行绝缘密封处理并独立设置于连续管缆14的内部，连续管缆14进入加热管柱装置后，将三根电缆芯汇成一根主电缆使用。通过该设置，一方面，三根电缆相互独立设置可有效降低之间的干扰，使得电缆的使用更为稳定；另一方面，还避免因其他电缆的损坏而造成的影响。

结合图2所示，在一些实施例中，加热电缆15可构造为扁平结构。通过该设置，加热电缆15既能够获得较大的加热电缆15的尺寸，又能够有利于加热电缆15的散热。

本申请中的连续管缆14的固定方式可优选为：连续管缆14的一端从井口依次穿过外油管挂体1、过电缆封隔器4，至加热管柱装置104的位置后，穿过隔离油管17，以最终与隔离油管17的内部连通。同时，使用管缆卡子将连续管缆14固定在外层油管2的外壁上，以最终完成固定。

图3示出了根据本发明实施例的分流阀组107的一些实施例的结构示意图，其中还示出了加热器单元组。在一些实施例中，分流阀组107可包括设于隔离油管17上的至少一个分流阀18，分流阀18可包括环形腔体，加热电缆15和加热器单元组108设于环形腔体内，环形腔体包括外侧环形壁186和内侧环形壁187，外侧环形壁186和内侧环形壁187之间构造为导流腔183，其中，外侧环形壁186上形成有出液口181，内侧环形壁187上形成有流入口182，出液口181和流入口182设置为可通断，以使得加热管柱装置104能够具有径向分流通道和轴向分流通道。

本申请中所提到的分流阀18也可理解为双层腔结构设计。结合图4和图5所示，图4为分流阀18的第一种情况下的作用原理示意图；图5为分流阀18的第二种情况下的作用原理示意图；本申请中的分流阀18具体使用时：

结合图4所示，当加热管柱装置104内的液体压力较低时，出液口181与流入口182断开，加热管柱装置104内的液体仅在分流阀18的内腔沿加热管柱装置104轴向流动，即液体仅通过内侧环形壁187的内部轴向流动；结合图5所示，当加热管柱装置104内的液体压力较高时，出液口181与流入口182连通，加热管柱装置104内的液体沿流入口182与出液口181实现径向分流，同时部分液体继续沿着加热管柱装置104轴向流动，即部分液体依次通过内侧环形壁187、导流腔183以及外侧环形壁186，其余部分液体仅通过内侧环形壁187的内部轴向流动。

请参照图3，在一些实施例中，环形腔体内设有活塞184和弹簧185，活塞184滑动设置于导流腔183内，弹簧185固定连接于导流腔183和活塞184，以使得流入口182、导流腔183、出液口181构造为径向分流通道，环形腔体的内部构造为轴向分流通道。

结合上文的陈述，同时参照图4和图5，具体的：当加热管柱装置104内的液体压力较低时，导流腔183的内部压力低于弹簧185的弹力，以使得出液口181被活塞184堵住而无法与流入口182连通，加热管柱装置104内的液体仅能在分流阀18的内腔沿加热管柱装置104轴向流动；当加热管柱装置104内的液体压力较高时，活塞184在压力作用下压缩弹簧185沿导流腔183的底部运动，从而实现出液口181与流入口182的连通，加热管柱装置104内的液体沿流入口182与出液口181实现径向分流，同时部分液体继续沿着加热管柱装置104的轴向流动。

请继续参照图5，在一些实施例中，流入口182可形成在内侧环形壁187的顶部区域，出液口181可形成在外侧环形壁186的底部区域，以便于液体从高位沿地位流通，以降低逆流问题的产生。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种储层注采一体化管柱设备，其特征在于，包括依次连接的生产管柱装置、射流泵装置、分流器装置以及加热管柱装置，其中：

所述生产管柱装置包括外层管柱组和内层管柱组，所述外层管柱组包括由上至下设置的外油管挂体和外层油管；所述内层管柱组包括由上至下设置的内油管挂体和内层油管；其中，所述外层管柱组还包括设置于所述外层油管的外周壁的过电缆封隔器，所述过电缆封隔器上设置有放气阀；

所述加热管柱装置包括由上至下依次设置的隔离油管、分流阀组、加热器单元组、单向阀，其中，所述加热管柱装置还包括：与所述隔离油管连通的连续管缆，其内设有加热电缆和流通通道，所述加热电缆与所述加热器单元组电连接，所述流通通道用于注入流体；顶部封隔器，其设于所述隔离油管的外周壁，用于连接防砂筛管；

所述分流器装置包括：分流器外筒体，其一端与所述外层油管相连，另一端与隔离油管相连；分流器，其设于所述分流器外筒体的内部且中心设有连通孔；旁通管，其设于所述隔离油管内，所述旁通管的一端连接于所述连通孔并与所述外层油管的内腔连通，另一端贯穿所述隔离油管的内壁，以连通所述加热管柱装置与所述防砂筛管之间的环空；安全阀，其设于所述分流器外筒体内且位于所述分流器的上方。

2.根据权利要求1所述的储层注采一体化管柱设备，其特征在于，所述连续管缆包括内管缆和外管缆，所述内管缆同轴连接于所述外管缆内，所述加热电缆设于所述内管缆与所述外管缆之间，其中，所述内管缆与所述外管缆之间还填充有绝缘材料，所述绝缘材料固定于所述加热电缆的外部，所述内管缆的内部构造为所述流通通道。

3.根据权利要求2所述的储层注采一体化管柱设备，其特征在于，所述连续管缆还包括固定连接所述内管缆与所述外管缆的若干个支撑肋板，所述支撑肋板构造为实体结构。

4.根据权利要求3所述的储层注采一体化管柱设备，其特征在于，所述连续管缆包括三个所述支撑肋板，相邻的所述支撑肋板所在平面的夹角范围为90°至180°，所述加热电缆构造为具有三个缆体，三个所述缆体通过三个所述支撑肋板独立设于所述内管缆与所述外管缆之间。

5.根据权利要求4所述的储层注采一体化管柱设备，其特征在于，所述加热电缆构造为扁平结构。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的储层注采一体化管柱设备，其特征在于，所述分流阀组包括设于所述隔离油管上的至少一个分流阀，所述分流阀包括环形腔体，所述加热电缆和所述加热器单元组设于所述环形腔体内，所述环形腔体包括外侧环形壁和内侧环形壁，所述外侧环形壁和所述内侧环形壁之间构造为导流腔，其中，所述外侧环形壁上形成有出液口，所述内侧环形壁上形成有流入口，所述出液口和所述流入口设置为可通断，以使得所述加热管柱装置能够具有径向分流通道和轴向分流通道。

7.根据权利要求6所述的储层注采一体化管柱设备，其特征在于，所述环形腔体内设有活塞和弹簧，所述活塞滑动设置于所述导流腔内，所述弹簧固定连接于所述导流腔和所述活塞，以使得所述流入口、所述导流腔、所述出液口构造为所述径向分流通道，所述环形腔体的内部构造为所述轴向分流通道。

8.根据权利要求7所述的储层注采一体化管柱设备，其特征在于，所述流入口形成在所述内侧环形壁的顶部区域，所述出液口形成在所述外侧环形壁的底部区域。

9.一种储层注采方法，应用于根据权利要求1至8中任一项所述的储层注采一体化管柱设备，其特征在于，包括热水吞吐采油法，其步骤包括：

注热阶段，进一步包括：将所述放气阀和所述安全阀关闭，通过所述连续管缆将清水注入至所述加热管柱装置的内部，接通所述加热电缆，以将所述清水进行加热；通过加压，将所述加热后的清水注入储层，当注水量达到要求后停止注入；

焖井阶段，进一步包括：保持所述加热电缆通电，以使得井底保持高温状态，从而进行焖井；

采液阶段，进一步包括：所述焖井阶段结束后，打开所述安全阀，启动所述射流泵装置进行采液。

10.一种储层注采方法，应用于根据权利要求1至8中任一项所述的储层注采一体化管柱设备，其特征在于，包括掺热水降粘采油法，其步骤包括：

所述安全阀为打开状态，以预设排量通过连续管缆注入清水至所述加热管柱装置的内部；

所述加热电缆通电，同时开启所述射流泵装置开始生产；

所述清水加热成热水或蒸汽后，通过所述分流阀组和单向阀的位置进入所述加热管柱装置与所述防砂筛管之间的环空；

在所述射流泵装置的作用下环空内的介质向所述旁通管的吸入口方向流动，同时与地层产出液混合实现产出液降粘。

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