CN201053310Y - 一种水平井分段注汽管柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于油田领域的稠油热采设备，确切地说是一种水平井分段注汽管柱。它包括水平隔热管、筛管，其特点是在筛管后侧的水平隔热管上，由前至后依次串联扶正器、阻隔器、扶正器和分配器。本实用新型实现后，用其实施水平井稠油稀化处理时，可对井下油层实施分段注汽。由此带来的有益效果是：1、使输入井下的压力蒸汽全部进入设定的注汽油层内，使该油层内的稠油被充分稀化，并在随后进行的抽油操作中被充分“动用”，从而避免现有技术存在的井下油藏动用不均衡现象，进而提高油井产量；2、在注汽过程中，只有一段与设定的注气油层位置相对的井管处在高温环境中，以致井管伸长量较小，不会造成井口破坏。

Description

一种水平井分段注汽管柱

技术领域

本实用新型涉及一种应用于油田领域的稠油热采设备，确切地说是一种水平井分段注汽管柱。

技术背景

迄今为止，在国、内外油田领域中，人们已经开发应用的油井主要有两种，即直井和水平井。两者相比，直井属于历史悠久，技术成熟，应用普遍的传统油井；而水平井则属于起步较晚，技术比较成熟，应用还有待普及的新型油井。尽管水平井的应用还处在初期阶段，但是，由于它与直井相比具有可提高产量2.5～4倍等优良使用性能，因而已引起人们的普遍关注。特别是近些年来，随着人们对水平井认知程度的不断提高和水平井技术的逐渐完善，其推广势头更加强劲。据统计，到目前为止，水平井已在中国、美国、加拿大等近七十个国家得到应用，并产生了十分可观的经济效益。

目前，在拥有水平井技术的油田中，人们普遍使用水平井开采地下稠油，同时，多数油田采用“蒸汽吞吐法”对地下稠油实施稀化处理，以提高原油产量，降低生产成本。所述“蒸汽吞吐法”是通过蒸汽吞吐设备实现的。现有的用于水平井的蒸汽吞吐设备主要包括蒸汽锅炉和注汽管柱。其中，注汽管柱主要由导向器、筛管、水平隔热管、垂直隔热管和软管组成。导向器、筛管与水平隔热管之间是按着由前至后的顺序串联成一体的；水平隔热管与垂直隔热管之间则通过油管相联接。使用安装时，注汽管柱插入井管内，并使之前端即导向器所在端伸至井下预定位置，使之垂直隔热管的上端与设置在地面上的蒸汽锅炉排气管路相连通。蒸汽吞吐方法的工作原理是：由蒸汽锅炉产出压力蒸汽，该蒸汽通过注气管柱及井管射孔被注入地下油层，使油层内的稠油在高温作用下降低粘度，提高流动性。现有的水平井注汽管柱在使用过程中存在的主要问题是不能对井下油层实施分段注汽，换言之，它在注气过程中对井下油层没有选择性。由此带来的不利后果是：1、输入井下的压力蒸汽大部分或全部进入注汽阻力最小的油层内，而注气阻力较大的稠油层内则只有少量，甚至没有压力蒸汽注入，导致井下各油层的稠油稀化程度差别显著，从而产生严重的油藏“动用不均衡”现象，即个别油层达到应有的出油量，而其它油层则达不到应有的出油量；2、在注汽过程中，位于地表以下的井管整体处于高温环境中，以致井管热胀伸长量过大，易于造成井口破坏。

发明内容

本实用新型的目的是为人们提供一种水平井分段注汽管柱，以便在用其实施水平井稠油稀化处理时，避免发生地下油藏动用不均衡现象，并防止井管过量伸长。

本实用新型的目的是这样实现的，它包括水平隔热管、筛管，其特点是在筛管后侧的水平隔热管上，由前至后依次串联扶正器、阻隔器、扶正器和分配器。

在所述分配器后侧的水平隔热管上，由前至后依次串联扶正器、阻隔器和扶正器。

上述阻隔器由内管等组成，内管前端外部设置软体胀环及其定位部件，该定位部件与内管之间滑动接触，并设置解封销轴和轴向防脱机构；内管后端外部固定设置热动液压缸，该液压缸由缸体、活塞和热胀液组成，活塞伸出端锥形推力头与软体胀环前端内腔位置相对，彼此配用，使软体胀环在活塞伸出时被扩外胀，该阻隔器两端设置邻接件联接结构。

上述分配器由外壳，阀体、阀球等组成，外壳、阀体均为管形构件，外壳的一处圆周上制有径向排气孔，外壳内插置管形阀体，两者之间滑动密封接触，并设置解封销轴和轴向防脱机构，阀球与阀体内腔止口端面相配用，可对其形成压密封接触，该分配器两端设置邻接件联接结构。

上述扶正器由中心管等组成，中心管前端外部沿其周向设置若干扶正爪及其联接部件和复位机构，联接部件与中心管定位联接，扶正爪前端与联接部件之间形成轴向无窜动、周向无转动、径向可摆动联接，复位机构由设置在扶正爪前端与中心管之间的弹性件构成；中心管后端外部设置热动液压缸，其缸体与中心管之间滑动密封接触，并设置解封销轴和轴向防脱机构，其活塞伸出端锥形体与所述各扶正爪的后端内侧斜面滑动接触，使扶正爪后端在活塞伸出时被推径向外移，该扶正器两端设置邻接件联接结构。

本实用新型实现后，在用其实施水平井稠油稀化处理时，具有可对井下油层进行分段注气的功能。由此带来的有益效果是：1、使输入井下的压力蒸汽全部进入设定的注汽油层内，使该油层内的稠油被充分稀化，并在随后进行的抽油操作中被充分“动用”，从而避免现有技术存在的井下油藏动用不均衡现象，进而提高油井产量；2、在注汽过程中，只有一段与设定的注气油层位置相对的井管处在高温环境中，以致井管伸长量较小，不会造成井口破坏。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构形式示意图

图2是图1中扶正器、阻隔器和分配器之间的联接方式图

图3是本实用新型的另一种结构形式示意图

图4是图3中扶正器、阻隔器和分配器之间联接方式图

图5是本实用新型阻隔器的结构形式示意图

图6是本实用新型扶正器的结构形式示意图

图7是本实用新型分配器的结构形式示意图

具体实施方式

图1给出本实用新型的一种实施方式。由图可见，本实用新型包括了现有技术的所有组成构件，即导向器1、筛管2、水平隔热管6、垂直隔热管8和油管7。其中，导向器、筛管与水平隔热管之间按着由前至后的顺序串联成一体；水平隔热管与垂直隔热管之间则通过油管相联接。

本实用新型与现有技术的区别是在筛管后侧水平隔热管上，由前至后依次串联扶正器3、阻隔器4、扶正器3和分配器5。该扶正器、阻隔器和分配器之间的联接方式如图2所示。

图3给出了本实用新型的另一种具体实施方式，由图可见，它与前一种实施方式相比，其差别是在所述分配器5后侧的水平隔热管上，由前至后依次串联扶正器3、阻隔器4和扶正器3。该各扶正器、阻隔器和分配器之间的联接方式如图4所示。

本实用新型阻隔器的结构形式如图5所示。由图可见，它由内管9等组成，内管后端外部设置软体胀环15及其定位部件，该定位部件与内管9之间滑动接触，并设置解封销轴13和轴向防脱机构；内管9前端外部设置热动液压缸，该液压缸由缸体、活塞和热胀液20组成，活塞伸出端锥形推力头18与软体胀环15前端内腔位置相对，彼此配用，使软体胀环在活塞伸出时被扩外胀，该阻隔器两端设置临接件联接结构。所说临接件是指在使用安装时与阻隔器两端相邻接的构件。

上述软体胀环15采用非金属软质弹性材料制成，将其制成软体构件的原因是：由于重力作用，致使阻隔器所在的在水平井段的外圆与井管内孔之间不同心，上下间隙差值达30毫米左右，在这种情况下，采用具有密封自补性能的软体胀环作为阻隔器的密封件有利保证密封质量。

上述定位部件由滑套12、紧固套14和后端联接套11螺纹联接而成，并通过滑套12与内管外圆之间形成所述的滑动接触。在实际生产中，当紧固套14和后端联接套11制成一体时，也是可以使用的。

上述轴向防脱机构由所述滑套12与固定在内管外端部外圆面上的挡体10构成。

应当说明，上述轴向防脱机构的结构形式不是唯一的，当其由设置在内管外圆上的止动槽和设置在滑套12上止动凸体构成时，本实用新型也可以实现。

阻隔器的热动液压缸是一个能在蒸汽热能作用下，使之活塞自动伸出的动力部件。由图5可见，它由缸体、热胀液20及活塞构成。其中，缸体由缸套和前端联接套21组成，它与内管之间形成固定密封联接；热胀液是一种可在蒸汽热能作用下发生体积彭胀的液体，在本实施例中它由乙醚水溶液构成；活塞由动力环19、锥形推力头以及设置在两者间的弹簧17组成，锥形推力头又分别由内滑套16和外锥套18构成，活塞与内管之间形成滑动密封联接。在本实施例中，将活塞制成弹性伸缩式组合部件的目的是在阻隔器工作过程中，使活塞的推力头与软体胀环之间始终保持压接触，以确保作封质量。应当说明，在实际生产中，将活塞的推力环与推力头制成一体，并取消弹簧17，或者将缸体制成整体式构件时，本实用新型也可以使用，只是使用效果差一些。

在本实施例中，设置于阻隔器前、后两端的邻接件联接结构分别由前端联接套21的前端外螺纹、后端联接套11的后端内螺纹构成。

在地下油藏稀化处理过程中，阻隔器的作用是对其外圆与井管内孔之间的间隙形成封堵。其工作原理是：当注入蒸汽通过其内管时，热动液压缸的热胀液受热膨胀，使之活塞伸出，并使软体胀环被扩外胀，进而对井管内孔形成封堵即实现作封。注汽操作结束后，当使用者需要通过外部拉力将本实用新型向井外拉出时，解封销轴13将在阻隔器与井管内孔之间形成的轴向位移阻力和外部拉力的共同作用下被剪断，使阻隔器的软体胀环与活塞之间的联接被打开，以实现解封，进而消除阻隔器与井管之间的位移阻力，使阻隔器的定位部件后移，并在轴向防脱机构的作用下与内管定位，随之带动阻隔器以及位于其前部的其它构件一并后移，直到井外。

由解封销轴的作用可见，其设计原则是：额定剪切力应当大于阻隔器作封过程中，活塞对软体胀环施加的最大推力，并小于阻隔器作封后的轴向位移阻力。

本实用新型分配器的结构形式如图7所示。由图可见，它由外壳36，阀球38、阀体37等组成，其中，外壳、阀体均为管形构件，外壳的一处圆周上制有径向排气孔，外壳内插置管状阀体37，两者间滑动密封接触，并由解封销轴39定位，两者定位后，所述径向排气孔恰好被阀体外圆面密封，阀球与阀体内腔止口外端面相配用，可对其形成压密封接触，阀体与外壳之间设置防脱机构，分配器两端设置邻接件联接结构，该联接结构分别由设置在外壳的内、外端上的外、内螺纹构成。

分配器的防脱机构由设置在外壳前端内空中的内止口端面与阀体37的前端面构成。当然，在实际生产中，它也可以由其它结构形式，这对本领域技术人员来说不难想象，故不再赘述。

此外，在本实施例中，阀球采用以硅泡沫为主料的混合材料制成。

在地下油藏稀化处理过程中，分配器的作用是控制压力蒸汽对地下油层的注入位置。其工作原理是：当需要将压力蒸汽注入最前部阻隔器前方的一段井管四周的油层内时，分配器的轴向阀腔将处于开启状态，而其径向排气孔则处于封闭状态。此时，阀体与外壳之间的相对位置如图7所示，而阀球则与阀体相分离。实际操作中，阀球被放置于井外备用；当需要将压力蒸汽注入最前部阻隔器的后方井管四周的油层内时，分配器的轴向阀腔将处于封闭状态，而其径向排气孔则处于开启状态。此时，阀球与阀体37之间的相对位置如图7所示，而阀体则与设置在阀壳36上的径向排气孔相分离。实际操作中，阀球自本实用新型的垂直隔热管8的上端口被投入其腔内，并在压力蒸汽的推动下就位，使阀球外侧的管路腔内开始蓄压，此时，分配器各组成零部件的位置分布状态如图7所示。瞬间后，施加在阀球与阀体组件外端面上的正压力达到设定值，该压力使解封销轴39被剪断，使阀球与阀体组件前移，并在所述径向排气孔被完全开启后，由防脱机构止动定位。

上述扶正器由中心管23等组成，中心管前端外部沿周向设置若干扶正爪31及其联接部件和复位机构，联接部件与中心管定位联接，扶正爪前部与联接部件之间形成轴向无窜动、周向无转动、径向可摆动联接，复位机构由设置在扶正爪前端与中心管之间的弹性件34构成，中心管后端外部设置热动液压缸，其缸体与中心管后部管体滑动密封接触，并设置解封销轴26和轴向防脱机构，其活塞伸出端锥形体与所述各扶正爪的后端内侧斜面滑动接触，使扶正爪后端在活塞伸出时被推动推径向外移，该扶正器两端设置临接件联接结构。

上述扶正爪由矩形截面的异型杆体构成，其前端内侧制有定位凸体，前端外侧面制有一段斜面，该斜面与包容套内圆面相配用，为组装后的扶正爪提供径向摆动空间，其后端内侧制有斜面，该斜面斜度与活塞伸出端锥形体锥度相匹配。扶正爪的联接部件由前端联接套35、包容套33、支撑套32组成，支撑套的外圆面上制有与包容套内螺纹相配用的外螺纹，外圆本体内制有外花键及定位环槽。部件组装时，支撑套套置于中心管上，扶正爪的前部杆体滑动插置于支撑套的花键槽内，并使之定位凸体活动地插置于支撑套的定位环槽内，包容套33联接在支撑套32的外圆上，并对扶正爪形成包容；前端联接套35与中心管螺纹连接，并使之后端对扶正爪前端形成包容。由此实现下述技术方案：使所述连接部件与中心管之间形成定位联接、使扶正爪与联接部件之间形成轴向无窜动、周向无转动、径向可摆动联接。

应当说明，联接部件的结构形式以及扶正爪与该部件之间的联接方案不是唯一的。例如，以下两个方案均是可以实现的：1、调整扶正爪与支撑套结构形式，使两者间实现铰联接，同时省略包容套33；2、将包容套与前端联接套制成一体。此外，在实际应用中，取消扶正爪的复位机构，本实用新型也可以使用。

扶正器热动液压缸与阻隔器热动液压缸的性质一样，也是一个能在蒸汽热能作用下，使之活塞自动伸出的动力部件。由图6可见，它由缸体、热胀液及活塞29构成。其中，缸体由内滑套25、外套、端盖30和后端联接套24组成，外套又分别由过渡环27和套体28构成。缸体通过其内滑套与中心管之间滑动密封接触、并通过解封销轴26定位；热胀液与阻隔器使用的热胀液的性质和作用一致。

扶正器的轴向防脱机构由所述内滑套25与固定在中心管外端部外圆面上的挡体22构成。

和阻隔器轴向防脱机构一样，扶正器轴向防脱机构的图式结构形式也不是唯一的，当其由设置在内管外圆上的止动槽和设置在内滑套上止动凸体构成时，本实用新型也可以实现。

在本实施例中，设置于扶正器前、后两端的邻接件联接结构分别由前端联接套35的前端外螺纹、后端联接套24的后端内螺纹构成。

在地下油藏稀化处理过程中，扶正器的作用是使水平段注汽管柱与井管内孔同轴。其工作原理是：当注入蒸汽通过其中心管时，其热动液压缸的热胀液受热膨胀，使之活塞伸出，并使扶正爪后端被推径向外移，并对井管内孔壁形成内撑，从而使水平段注汽管柱被扶正，即与井管内孔同轴。注汽操作结束后，当使用者需要通过外部拉力将本实用新型向井外拉出时，解封销轴26将在扶正器与井管内孔之间形成的轴向位移阻力和外部拉力的共同作用下被剪断，使扶正爪的与活塞之间的联接被打开，进而消除扶正器与井管之间的位移阻力，使热动液压缸后移，并在轴向防脱机构的作用下与中心管定位，随之带动封隔器以及位于其前部的其它构件一并后移，直到井外。

由解封销轴的上述作用可见，其设计原则是：额定剪切力应当大于扶正器扶正过程中，活塞对扶正爪施加的最大推力，并小于扶正器处于扶正状态时的轴向位移阻力。

按图1所示方式实施本实用新型时，它将井下油层分成两段，可对各段油层分别注汽。这种设置形式适合于深度较浅的油井。

按图2所示方式实施本实用新型时，它将井下油层分成三段，可对各段油层分别注汽。这种设置形式适合于较深的油井。

Claims (5)

1.一种水平井分段注汽管柱，包括水平隔热管、筛管，其特征在于筛管后侧的水平隔热管上，由前至后依次串联扶正器、阻隔器、扶正器和分配器。

2.根据权利要求1所述的一种水平井分段注汽管柱，其特征在于所述分配器后侧的水平隔热管上，由前至后依次串联所述扶正器、阻隔器和扶正器。

3.根据权利要求1或2所述的一种水平井分段注汽管柱，其特征在于所述阻隔器由内管等组成，内管后端外部设置软体胀环及其定位部件，该定位部件与内管之间滑动接触，并设置解封销轴和轴向防脱机构；内管前端外部固定设置热动液压缸，该液压缸由缸体、活塞和热胀液组成，活塞伸出端锥形推力头与软体胀环前端内腔位置相对，彼此配用，使软体胀环在活塞伸出时被扩外胀，该阻隔器两端设置邻接件联接结构。

4.根据权利要求1或2所述的一种水平井分段注汽管柱，其特征在于所述分配器由外壳，阀体、阀球等组成，外壳、阀体均为管形构件，外壳的一处圆周上制有径向排气孔，外壳内插置管形阀体，两者之间滑动密封接触，并设置解封销轴和轴向防脱机构，阀球与阀体内腔止口端面相配用，可对其形成压密封接触，该分配器两端设置邻接件联接结构。

5.根据权利要求1或2所述的一种水平井分段注汽管柱，其特征在于所述扶正器由中心管等组成，中心管前端外部沿其周向设置若干扶正爪及其联接部件和复位机构，联接部件与中心管定位联接，扶正爪前端与联接部件之间形成轴向无窜动、周向无转动、径向可摆动联接，复位机构由设置在扶正爪前端与中心管之间的弹性件构成；中心管后端外部设置热动液压缸，其缸体与中心管之间滑动密封接触，并设置解封销轴和轴向防脱机构，其活塞伸出端锥形体与所述各扶正爪的后端内侧斜面滑动接触，使扶正爪后端在活塞伸出时被推径向外移，该扶正器两端设置邻接件联接结构。

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