CN202520295U - 水平注汽井智能配汽工艺管柱 - Google Patents

Abstract

一种水平注汽井智能配汽工艺管柱，在热采井口上部固定有连续油管密封与悬挂装置，连续油管的上端连接连续油管密封与悬挂装置，连续油管在生产套管内，连续油管下端通过连续油管接箍连接配汽短节，每个配汽短节壁上安装有智能配汽阀，控制智能配汽阀实现配汽短节的智能分段配汽。本实用新型的水平注汽井智能配汽工艺管柱，井下不存在运动部件，不需要为改善局部吸汽而频繁拖动注汽油管，就能实现水平井分段智能配汽，大幅度减少修井作业次数，并能够实现水平段均匀配汽，提高水平段动用程度。

Description

水平注汽井智能配汽工艺管柱

技术领域

本实用新型涉及油田采油设备，尤其是一种油田稠油注蒸汽热力采油水平井的注汽管柱。

背景技术

水平井技术始于20世纪80年代，主要应用在稀油油藏和气藏，其优势在于提高油气井的产量和采收率。随着水平井技术的不断进步，水平井的应用规模不断增加，应用的油藏类型越来越广泛，截至目前，已经工业化应用在稠油油藏开发以及煤层气开发中。

对于稠油油藏的水平井开发，主要是应用水平井进行蒸汽吞吐、蒸汽驱以及蒸汽辅助重力泄油(SAGD)。由于水平井接触的油藏面积远远大于直井，因此水平井注蒸汽加热油层以及降低原油黏度的范围更广，可动油面积更大，油井的产量更高。但目前水平井注蒸汽通常采用笼统注汽方式，针对非均质油藏，由于不同水平段油层渗透率差异较大，造成水平段吸汽不均，在连续注汽过程中，从水平井注入的蒸汽容易沿着水平段局部高渗透条带突进生产井底，造成早期汽窜，严重降低了水平段动用程度和水平井的开发效果。

现有技术的一种水平井分段注汽管柱，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。其有益效果是使输入井下的压力蒸汽全部进入设定的注汽油层内，在注汽过程中，只有一段与设定的注汽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。其不足之处在于：一是下入分段注汽管柱后，只能同时对水平井的一段进行注汽，不能对全水平段同时注汽，这样就减少了水平段的吸汽长度，减少了单位时间的泄油面积和生产井生产能力；二是某一特定注汽段的注汽结束后，需要对另一段进行注汽时，使用者需要通过外部拉力将注汽管柱向井外拉出，因此改变注汽段需要涉及非常复杂的修井操作，注汽井每更换一次注汽段都需要关井。

现有技术还有一种水平井注气蒸汽伞，其特点是包括中心管和套在中心管外面的胶筒，胶筒左右两端的连接部分别与中心管的左右连接部固定且密封连接，中心管左右连接部之间的管壁上设有通孔，中心管的左右连接部分别设有将胶筒左右连接部压紧的短管状的左右压片，胶筒左右连接部同中心管左右连接部之间分别垫有短管状的左右压环，中心管的左端连接有一个用于同其它管道连接的接箍，中心管右端设有与接箍配合的连接机构。其工作原理是：注汽时将若干水平井注气蒸汽伞分别连接在若干注汽管柱之间，送入水平井的套管中，注汽时蒸汽通过中心管上的通孔，充入胶筒中，使胶筒膨起，封闭注汽管柱同套管之间的环空，由此将水平段分隔成几个相对独立的注汽单元，以便分别注汽，保证了各注汽单元注汽的均匀性，有利于防止层间干扰，提高油气采收率。而其不足之处在于：该专利仅是采用机械的手段将水平段分成若干注汽段，而未详细阐述采用何种装置或技术手段平均分配或者灵活调节进入各个注汽段的蒸汽流量。

现有技术还有一种水平井注汽方法及系统，该方法包括：对水平井注汽流体的流动规律、水平井井眼轨迹、以及水平井分段注汽量和注汽孔面积进行分析；根据分析结果及井温剖面测试曲线，确定水平井注汽管柱中各注汽阀的位置、注汽量和注汽孔径；根据确定的位置、注汽量和注汽孔径，在水平井注汽管柱中设置各注汽阀，并利用所述水平井注汽管柱进行水平井注汽。该发明可以解决现有技术中水平井段过长，水平井段注汽不均匀，以及水平井筛管完井，注汽工艺实施困难的问题。但该发明的不足之处在于：由于注蒸汽过程中水平段外油层孔隙结构不断变化，原来注汽量高的注汽阀对应的水平段由于长期高速注汽会产生高渗透率吸汽段，需要降低注汽量防止汽窜；而原来注汽量低的注汽阀对应的水平段由于长期低速吸汽，造成该段原油动用差，需要提高注汽量来增加油层吸汽量，提高原油动用程度；而该现有技术阐述下入水平段的注汽阀的位置、注汽量和注汽孔径是根据水平井段注蒸汽经验公式的分析结果及井温剖面测试曲线来预先确定的，未详细阐述采用何种技术手段来在实际注汽过程中动态调整不同位置注汽阀的注汽量，也未阐述实际注蒸汽过程中，是否需要根据变化后的井温剖面测试结果重新下入不同规格的注汽阀。

发明内容

本实用新型的实施例，提供一种水平注汽井智能配汽工艺管柱，包括：连续油管密封与悬挂装置，固定在热采井口上部；表层套管，固定在水平井的生产套管外；筛管，设置在水平井的水平段内，通过筛管密封悬挂器悬挂在生产套管的尾端，在筛管的末端固定有底堵；连续油管，设置在生产套管内，连续油管的上端与所述连续油管密封与悬挂装置相连接；多个配汽短节，相互之间利用配汽短节接箍连接，连接后的多个配汽短节一端通过连续油管接箍与连续油管的下端相连接，另一端的远端出口封闭；智能配汽阀，设置在每个配汽短节壁上，用于控制蒸汽流量。以解决现有技术中无法实现全水平段同时均匀注汽、无法动态调节蒸汽注汽量、无法动态调节注汽阀注汽量等问题。

本实用新型实施例的有益效果是：井下不存在运动部件，不需要为改善局部吸汽而频繁拖动注汽油管，就能实现水平井分段智能配汽，可大幅度减少修井作业次数，并能够实现水平段均匀配汽，提高水平段动用程度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1是本实用新型水平注汽井智能配汽工艺管柱实施例的结构示意图；

图2是本实用新型水平注汽井智能配汽工艺管柱的配汽短节实施例的结构形式示意图；

图3是本实用新型水平注汽井智能配汽工艺管柱的控制单元实施例的结构形式示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性

实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

以下参照附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

实施例1是一个水平注汽井智能配汽工艺管柱为例，对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型水平注汽井智能配汽工艺管柱实施例的结构示意图。如图1所示，在水平井的生产套管5外固定有表层套管3，在生产套管5的尾端通过筛管密封悬挂器7悬挂有筛管8，筛管8在水平井的水平段内，在筛管8的末端固定有底堵11。在热采井口2上部固定有连续油管密封与悬挂装置1，连续油管6的上端连接连续油管密封与悬挂装置1，连续油管6在生产套管5内，连续油管6下端通过连续油管接箍12连接多个配汽短节13，每个配汽短节13壁上安装有用于控制蒸汽流量的智能配汽阀10，配汽短节13之间利用配汽短节接箍14连接，配汽短节13远端出口封闭。

温度压力监测电缆4位于生产套管5和配汽短节13之间的环空内，并与连续油管6和配汽短节13平行，在水平段的温度压力监测电缆4上均匀分布温度压力传感器9。

图2是本实用新型水平注汽井智能配汽工艺管柱的配汽短节实施例的结构形式示意图。如图2所示，智能配汽阀10包括：滑槽19，形成有滑动通道；密封卡槽21，与滑槽相对，并与滑槽保持一定的间隔而设置；滑动密封件20，沿着滑动通道而滑动；控制单元，控制滑动密封件的滑动，使得滑动密封件与密封卡槽接合或分离，从而控制滑动密封件的关闭或开启程度，以关闭或打开进气孔25。

其中的控制单元包括：电机组18，提供驱动力，用于驱动滑动密封件；电机组控制模块，与电机组相连接，对电机组进行控制；蓄电池组16，通过电机组控制模块与电机组相连接，为电机组控制模块和电机组提供电力供应。

密封卡槽21的前端，也就是滑动密封件20的一侧设置与滑动密封件20直径和厚度尺寸一致的凹槽，凹槽的位置正对滑动密封件20，当希望关闭进汽孔25时，滑动密封件20伸出，进入密封卡槽21的凹槽，使得进汽孔25的完全关闭。

此外，智能配汽阀10包括还包括：出汽孔板23，将蒸汽从智能配汽阀向外排出；橡胶密封环26，由耐高温橡胶制成，紧固于滑槽19内侧以及密封卡槽21的凹槽内侧，橡胶密封环受热膨胀后，将滑动密封件内侧与滑槽的间隙密封，达到避免漏汽的目的；挡体22，其内部用于安装控制单元，其外部形成为智能配汽阀的外壳、以及设置在智能配汽阀的两端；以及用于固定智能配汽阀的前端紧固套15和后端紧固套24。其中，前端紧固套15与后端紧固套24、挡体22、以及密封卡槽21均有内螺纹，与配汽短节13外壁的外螺纹密封连接，以防止智能配汽阀10滑脱。

智能配汽阀10为管形构件，组成智能配汽阀10的遥控感应器17、蓄电池组16、电机组18，滑动密封件20、出汽孔板23、滑槽19、橡胶密封环26、密封卡槽21，挡体22、以及前端紧固套15和后端紧固套24均为管形构件。

图3是本实用新型水平注汽井智能配汽工艺管柱的控制单元实施例的结构形式示意图。如图3所示，控制单元中的电机组18包括：电机前端紧固套28、电刷29、永久磁铁30、电枢总成31、齿轮减速器32、飞轮33、电机后端紧固套34。

控制单元中的电机组控制模块包括遥控感应器17，用于接收来自地面的指令。随后，电机组控制模块根据地面指令启动或关闭电机组的运转，或改变电机组的正负极电流方向。其中，启动或关闭电机组的运转可以采用断开或连接蓄电池组与电机组之间的集成电路27的方式进行。蓄电池组16通过集成电路27与遥控感应器17同电机组18连接，蓄电池组16、遥控感应器17与电机组18三者串联。

每个智能配汽阀的遥控感应器为单个遥控指令单元，在地面控制系统内可以向每个遥控感应器下达操作指令，遥控感应器接到指令后启动电机组，电机组控制每个智能配汽阀的滑动密封件的开启或关闭程度，即控制蒸汽的流量；滑动密封件的开启或关闭程度经由遥控感应器反馈到地面控制系统。蓄电池组的电能主要消耗于每个地面操作指令下达时电机组的运转，通过将电能转换为机械能，为电机组控制滑动密封件提供动力。在地面未下达操作指令时，智能配汽阀遥控感应器处于待机状态，电机组处于断电状态，蓄电池组只为感应器供电，耗电量少。以每个智能配汽阀每个月改变一次蒸汽流量计算，每个智能配汽阀的蓄电池组工作时间超过3年。

电机组18的飞轮33外缘为螺纹，与滑动密封件20外缘螺纹相互咬合；飞轮33根据电流方向的切换，可顺时针和逆时针旋转；飞轮33顺时针旋转时推动滑动密封件20向外伸出，限制智能配汽阀10的蒸汽流量；飞轮33逆时针旋转时推动滑动密封件20向内缩回，提高智能配汽阀10的蒸汽流量。

在刚开始注汽时，所述的智能配汽阀10的滑动密封件20位于滑槽19内，智能配汽阀10为全部开启状态。

水平段温度压力传感器9通过温度压力监测电缆4与地面控制系统连接，根据水平段温度压力传感器9数据所反应的水平段不同位置蒸汽腔发育情况，从地面控制系统控制水平段相应位置智能配汽阀10。具体而言，向遥控感应器发出指令，智能调节水平段相应位置的智能配汽阀10出口蒸汽流量。

对于蒸汽腔不发育的水平段，增大相应位置智能配汽阀的滑动密封件开启程度，提高该水平段位置出口蒸汽流量，促进蒸汽腔在该水平段的发育；对于发生汽窜的水平段，减少相应位置智能配汽阀的滑动密封件开启程度或将阀门关闭，有效控制汽窜。

优选地，本实用新型的实施例1采用如下的尺寸设计：生产套管5规格为11″，筛管8为9″割缝筛管，连续油管6为5″隔热油管，配汽短节13为4″隔热油管，配汽短节接箍14规格为3″。

本实用新型实施例中的水平注汽井智能配汽工艺管柱，采用水平段均匀分布的温度压力传感器适时监测水平段不同位置的吸汽情况，并利用受地面遥控指令控制的智配汽阀实现配汽短节的智能分段配汽。采用这种管柱后，井下不存在运动部件，不需要为改善局部吸汽而频繁拖动注汽油管，可大幅度减少修井作业次数(修井周期：3年)，并能够实现水平段均匀配汽，提高水平段动用程度。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水平注汽井智能配汽工艺管柱，其特征在于，该水平注汽井智能配汽工艺管柱包括：

连续油管密封与悬挂装置，固定在热采井口上部；

表层套管，固定在水平井的生产套管外；

筛管，设置在水平井的水平段内，通过筛管密封悬挂器悬挂在生产套管的尾端，在筛管的末端固定有底堵；

连续油管，设置在生产套管内，连续油管的上端与所述连续油管密封与悬挂装置相连接；

多个配汽短节，设置在生产套管内，相互之间利用配汽短节接箍连接，连接后的多个配汽短节一端通过连续油管接箍与连续油管的下端相连接，另一端是封闭的远端出口；

智能配汽阀，设置在每个配汽短节壁上，用于控制蒸汽流量。

2.根据权利要求1所述的水平注汽井智能配汽工艺管柱，其特征在于，所述的智能配汽阀包括：

滑槽，形成有滑动通道；

密封卡槽，与滑槽相对，并与滑槽保持一定的间隔而设置；

滑动密封件，沿着所述滑动通道而滑动；

控制单元，控制滑动密封件的滑动，使得滑动密封件与密封卡槽接合或分离，从而控制滑动密封件的关闭或开启程度。

3.根据权利要求2所述的水平注汽井智能配汽工艺管柱，其特征在于，所述的控制单元包括：

电机组，用于驱动滑动密封件；

电机组控制模块，与所述电机组相连接，对所述电机组进行控制；

蓄电池组，通过所述电机组控制模块与所述电机组相连接，用于电力供应。

4.根据权利要求3所述的水平注汽井智能配汽工艺管柱，其特征在于，所述电机组控制模块包括：

遥控感应器，用于接收来自地面控制系统的地面指令，并将所述滑动密封件的开启或关闭程度经由遥控感应器反馈到地面控制系统；

其中，所述电机组控制模块，根据地面指令启动或关闭电机组的运转，或改变电机组的正负极电流方向。

5.根据权利要求3所述的水平注汽井智能配汽工艺管柱，其特征在于，所述电机组包括：

飞轮，外缘设置有螺纹，与所述滑动密封件外缘的螺纹相互咬合；

其中，所述飞轮根据电流方向的切换，进行顺时针或逆时针旋转，所述飞轮顺时针旋转时推动滑动密封件向外伸出，限制智能配汽阀的蒸汽流量，所述飞轮逆时针旋转时推动滑动密封件向内缩回，提高智能配汽阀的蒸汽流量。

6.根据权利要求1所述的水平注汽井智能配汽工艺管柱，其特征在于，所述水平注汽井智能配汽工艺管柱还包括：

温度压力监测电缆，设置于生产套管和配汽短节之间的环空内，并与连续油管和配汽短节平行；

温度压力传感器，均匀分布在水平段的温度压力监测电缆上。

7.根据权利要求6所述的水平注汽井智能配汽工艺管柱，其特征在于：

所述温度压力传感器通过所述温度压力监测电缆与地面控制系统连接，根据温度压力传感器的数据所反应的水平段不同位置蒸汽腔发育情况，从地面控制系统控制水平段相应位置的智能配汽阀，从而智能调节水平段相应位置的智能配汽阀出口蒸汽流量。

8.根据权利要求2所述的水平注汽井智能配汽工艺管柱，其特征在于，所述智能配汽阀还包括：

凹槽，设置于滑动密封件一侧对应的密封卡槽的前端，与所述滑动密封件直径和厚度尺寸相一致，凹槽的位置正对滑动密封件；

其中，当要关闭进汽孔时，滑动密封件伸出，进入密封卡槽的凹槽，使得进汽孔的完全关闭。

9.根据权利要求8所述的水平注汽井智能配汽工艺管柱，其特征在于，所述智能配汽阀还包括：

橡胶密封环，由耐高温橡胶制成，紧固于滑槽内侧以及密封卡槽的凹槽内侧，橡胶密封环受热膨胀后，将滑动密封件内侧与滑槽的间隙密封。

10.根据权利要求2所述的水平注汽井智能配汽工艺管柱，其特征在于，所述智能配汽阀还包括：

前端紧固套与后端紧固套，设置在智能配汽阀的两端，用于固定智能配汽阀；

挡体，其内部用于安装控制单元，其外部形成为智能配汽阀的外壳；

所述前端紧固套与后端紧固套、挡体、以及密封卡槽均有内螺纹，与配汽短节外壁的外螺纹密封连接。

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