CN203394488U - 基于智能温控的火驱辅助重力泄油注采系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种基于智能温控的火驱辅助重力泄油注采系统，在生产井内设有注入管柱、监测管柱和生产管柱三套彼此独立的管柱，在注气井内设有注气管柱，以及用于智能调控产液温度的智能温控装置，其中：注入管柱串接隔热管、筛管和导锥，监测管柱串接监测管、筛管和导锥，监测管中设有测压装置，生产管柱串接空心杆、防气泵、气锚、筛管和导锥；智能温控装置包括设于监测管柱内的多组测温器，安装在井口生产管线上的测温探头，设置在地面端的数据采集设备，输入接口与数据采集设备连接的控制设备，连接控制设备输出接口的温控执行机构，其包含连通于注入管柱的注入管线、连通于注气管柱的注气管线、以及伸入生产管柱的电加热装置三者其一。

Description

基于智能温控的火驱辅助重力泄油注采系统

技术领域

本实用新型涉及火烧油层开采领域，尤指一种基于智能温控的火驱辅助重力泄油注采系统。

背景技术

火烧油层开采技术是利用油层内原油的一部分重质成分作燃料，不断燃烧生热，把油层中的原油驱出，较其他采油方式具有适用范围广、驱油效率高、成本低等诸多优势，可以成为稠油开采的有效接替技术。将火烧技术应用于水平井，可达到火驱辅助重力泄油的效果。火驱辅助重力泄油生产过程中典型的特点就是高温(最高超过700℃)、高气油比、产液温度变化范围大、生产过程中管柱作业次数直接影响火线前缘的稳定推进，对于中深层稠油油藏，这些特点对于水平生产井的正常生产影响尤其大。其中高气油比是指原油中轻烃、蒸汽和油液的比例会因火烧油层而大幅上升，当大量气体进入泵后，由于气体的可压缩性，使泵效降低，当气量大到一定程度时，会导致泵无法抽出油液。

常用的火驱生产管柱结构单一，主要是由油管串接防气泵再串接气锚而形成，其中气锚根据气液密度的不同，通过螺旋结构把气液进行分离，液体进入抽油泵抽到地面，气体进入油套环空，然后排出井外；而防气泵通过强开强闭的作用排液，即使液体中含有少量的气体也不会影响泵的正常生产，由此解决了高气油比带来的泵效降低的问题。

然而，上述火驱生产单一管柱仍然无法解决有效控制产液温度的问题。在火驱生产中，井下油液最高超过700℃，最低可低于原油拐点温度(拐点温度指在某个温度条件下，稠油的粘度明显降低，与普通稀油粘度相当)，当井下温度太高、超过管柱的耐温极限时，就会使管柱寿命大幅降低，甚至出现损坏破裂导致管件报废；当温度太低时，井筒中的稠油难以流动，为举升作业带来相当大的困难，所以温度过高或过低都会影响生产的正常进行。

目前也有作业人员为解决监测井下温度的问题，将生产管柱提出井外，再下入测温管柱对井下进行测温，而每次更换管柱还需要压井操作以防止井喷，作业繁琐、耽误工时、浪费人力，同时火驱生产过程中水平生产井的频繁压井作业还会使大量低温的压井液对地层造成伤害，尤其对火线前缘稳定推进造成直接影响(部分油层由高温氧化区进入低温氧化区，影响燃烧的效果)，因此将直接导致火驱生产无法进行。

此外，现有的火驱油井中，井下温度的获取是利用热电偶测温(测温原理：热电偶感知温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度)，现场作业是把多组热电偶预制到连续油管中，用连续油管车把连续油管下入监测管柱中。对测得温度的收集是靠数据采集系统显示，数据采集系统放置在井场，便于观察记录的位置。井口的温度获取是热电偶温度计或玻璃管温度计，安装在井口生产流程管线上。

然而现有的温度测量及显示系统具有如下的缺陷：

(1)水平生产井主要录取井口及井底的产液温度，注气井主要录取累注气量、注气速度。这两口井的数据采集分散，而且需操作人员频繁观察，并且只靠人工每小时记录一次，数据录取复杂，工作量大，耗费人力，并且记录的温度数据都是离散的，无法精确表达井下温度随时间的变化情况；

(2)在获取温度数据后，没有反馈环节，当操作人员发现变化幅度很大时，只能人为进行温控操作(调整注水量、注气量，和/或开启电加热等)；如果调整不及时，水平生产井近井地带可能出现高温氧化燃烧，产液温度将大幅度提升，有可能给火驱带来严重后果，如管柱烧坏、气窜、出砂等，而注气量如果达不到油层高温氧化燃烧的要求，油层燃烧将进入低温氧化燃烧。

实用新型内容

鉴于上述背景技术的缺陷，本实用新型的目的，即是提供一种基于智能温控的火驱辅助重力泄油注采系统，通过在生产井下入生产管柱、监测管柱和注入管柱三套管柱，实现三管独立作业，从而使本实用新型同时具有温压实时监测、井下油气分离、良好控制产液温度以及无需反复压井保证火驱燃烧效果的多重功能和优势；通过将生产井井下和井口的测温数据集中收集显示，并设置反馈控制设备，根据温度的变化实时调整火驱生产井井口及井下的温度，不需人为调整，既节省了人力，又避免了因人为调整不及时给火驱生产带来的严重后果。

上述本实用新型的目的，是由以下的技术方案所实现的：

一种基于智能温控的火驱辅助重力泄油注采系统，在生产井内设有注入管柱、监测管柱和生产管柱三套彼此独立的管柱，在注气井内设有注气管柱，以及用于智能调控产液温度的智能温控装置，其中：

注入管柱包括顺序串接的隔热管、筛管和导锥，监测管柱包括顺序串接的监测管、筛管和导锥，所述监测管中还设有多个测压装置，生产管柱包括顺序串接的空心杆、防气泵、气锚、筛管和导锥；

注气管柱包括顺序串接的油管和封隔器，注气管柱末端设有喇叭口；

智能温控装置包括设置于所述监测管柱内的多组测温器，以及安装在生产井井口生产管线上的测温探头；设置在地面端、用以收集井下及井口温度的数据采集设备，数据采集设备通过多根电缆连接所述多组测温器和测温探头；用于根据数据采集设备的输出结果发出温度调节指令的控制设备，控制设备的输入接口与数据采集设备电性连接；能受控制设备所控的温控执行机构，电性连接于控制设备的输出接口，所述温控执行机构包含连通于所述注入管柱的注入管线、连通于所述注气井内注气管柱的注气管线、以及伸入所述生产管柱的电加热装置三者的至少其一。

如上所述的注采系统，所述注采系统沿生产井井口向下具有直井段和水平井段，其中，所述注入管柱和监测管柱下入到水平井段，而所述生产管柱仅下入到直井段。

如上所述的注采系统，所述监测管柱的监测管为无接箍油管，所述测压装置和所述测温器分布于监测管柱的直井段和水平井段。

如上所述的注采系统，所述控制设备具有三个输出接口，所述温控执行机构包括注入管线、注气管线和电加热装置，且这三者与上述三个输出接口一一对应。

如上所述的注采系统，所述注入管线和注气管线上均设有用于控制流量的电磁阀门，而各电磁阀门分别电性连接于所述控制设备的输出接口。

如上所述的注采系统，所述电加热装置设有受所述控制设备所控的电加热开关，电加热开关电性连接于所述控制设备的输出接口。

如上所述的注采系统，所述数据采集设备为数据采集卡。

如上所述的注采系统，所述控制设备为可编程控制器或单片机。

如上所述的注采系统，所述测压装置为毛细管，所述测温器为热电偶。

如上所述的注采系统，所述注气井的井底距离所述生产井水平段末端的垂直距离和水平距离都在5-10m之间。

借由以上技术方案，本实用新型的优点在于：

1.本实用新型的注入管柱用于注蒸汽预热地层、火驱初期伴热举升(由于火驱初期泄入井底的原油温度较低或低温氧化，造成原油粘度变大，本实用新型的注入管柱可注入蒸汽使泄入井底的产液粘度降低，很容易举升到地面)、火驱见效期注水降温(泄油段达到或超过水平生产井的脚尖处，此时产出流体温度较高，最高达700℃，超过水平井段生产管柱的耐温极限350℃，本实用新型的注入管柱可注入凉水对其降温)；监测管柱用于实时监测井底温压变化，有助于调整生产参数；生产管柱满足火驱整个生产阶段的生产要求，并且实现井下油气分离的功能。通过以上三套管柱，使本实用新型在无需反复更换管柱并反复压井的前提下，同时具有温压实时监测、井下油气分离、良好控制产液温度以及保证火驱燃烧效果的多重功能和优势。

2.火驱辅助重力泄油生产阶段包括预热阶段、火驱初期阶段、火驱见效阶段三个阶段，在第一阶段水平生产井需要注入高干度蒸汽预热地层，在第二阶段需要注蒸汽伴热辅助举升，在第三个阶段需要注水降温；而本实用新型的注入管柱的隔热管可以满足高干度注汽的要求，在辅助伴热阶段可达到减少热损失的作用。因此，为减少作业次数，注入管柱选用隔热管，在火驱的三个阶段无需更换不同的隔热管，由此减少火驱生产过程中水平生产井频繁压井对火线前缘稳定推进的影响。

3.由于火驱生产的整个过程中，气油比范围较大，对于中深层稠油油藏，气举不能满足要求，本实用新型的生产管柱的下部设有气锚，通过重力作用使液体和气体得到分离。

4.本实用新型在气锚上部设有防气泵，防气泵通过机械式开启游动阀，能够防止气锁，减小气体对泵效的影响，达到高效举升的目的；而通过防气泵和气锚的双重作用，实现井下油气分离，可减少地面集输管线及油气分离设备，降低投资成本，提高火驱经济效益，还可减小火烧尾气对泵效的影响。

5.本实用新型的智能温控装置通过实时获取生产井井口及井下产液温度信息，并对温度信息进行采集分析，再通过注入管线、注气管线以及电加热装置对生产井井口及井下温度进行适时适度的温控操作反馈，使井底产液温度处于200～300℃之间，井口产液温度处于原油拐点温度至150℃之间，即井口及井下产液温度都保持在可控范围和安全范围内，该装置应用于生产，整个温度数据采集、运算、反馈过程无需人为调整介入，为全自动化实施，既节省了人力，又避免了因人为调整不及时造成的产业温度失控，从而导致的一系列生产问题，如：减少管柱的损坏，减少生产过程中的气窜，减少地面建设成本，促进火线的均匀推进，提高火驱辅助重力泄油的驱油效果和经济效益。

附图说明

图1为本实用新型基于智能温控的火驱辅助重力泄油注采系统的示意图。

具体实施方式

为令本实用新型的发明目的、技术手段及技术效果有更完整及清楚的揭露，以下进行详细说明，并请一并参阅附图及部件标号。

如图1所示，一种基于智能温控的火驱辅助重力泄油注采系统，在生产井400内设有注入管柱100、监测管柱200和生产管柱300三套彼此独立的管柱，在注气井900内设有注气管柱，以及用于智能调控产液温度的智能温控装置，其中：

注入管柱100包括顺序串接的隔热管1、筛管12和导锥13，监测管柱200包括顺序串接的监测管2、筛管10和导锥13，所述监测管2中还设有多个测压装置9，生产管柱300包括顺序串接的空心杆4、防气泵5、气锚6、筛管7和导锥8；

注气管柱包括顺序串接的油管21和封隔器14，注气管柱末端设有喇叭口15；

智能温控装置包括设置于所述监测管柱200内的多组测温器11，以及安装在生产井400井口生产管线上的测温探头23；设置在地面端、用以收集井下及井口温度的数据采集设备17，数据采集设备17通过多根电缆连接所述多组测温器11和测温探头23；用于根据数据采集设备17的输出结果发出温度调节指令的控制设备19，控制设备19的输入接口与数据采集设备17电性连接；能受控制设备19所控的温控执行机构，电性连接于控制设备19的输出接口，所述温控执行机构包含连通于所述注入管柱100的注入管线91、连通于所述注气井900内注气管柱21的注气管线92、以及伸入所述生产管柱300的电加热装置41三者的至少其一。

较佳地，所述注采系统沿生产井400井口向下具有直井段a和水平井段b，其中，所述注入管柱100和监测管柱200下入到水平井段b，而所述生产管柱300仅下入到直井段a。

较佳地，所述监测管柱200的监测管2为无接箍油管，所述测压装置9和所述测温器11分布于监测管柱200的直井段a和水平井段b。

较佳地，所述控制设备19具有三个输出接口，所述温控执行机构包括注入管线91、注气管线92和电加热装置41，且这三者与上述三个输出接口一一对应。

较佳地，所述注入管线91和注气管线92上均设有用于控制流量的电磁阀门１6、20，而各电磁阀门16、20分别电性连接于所述控制设备19的输出接口。

较佳地，所述电加热装置41设有受所述控制设备19所控的电加热开关18，电加热开关18电性连接于所述控制设备19的输出接口。

较佳地，所述数据采集设备17为数据采集卡，其型号为：西门子S7-EM235。

较佳地，所述控制设备19为可编程控制器或单片机。当然，也可以是任意具有可编程芯片，并能够用以控制硬件的终端，例如电脑。

较佳地，所述测压装置9为毛细管，所述测温器11为热电偶。

较佳地，所述注气井900的井底距离所述生产井400水平段b末端的垂直距离和水平距离都在5-10mm之间。

根据上述技术方案所构成的本实用新型，其工作原理和操作方法如下：

生产井管柱施工安装顺序：先下入注入管柱(隔热管)到人工井底脚尖处(留出安全操作距离)，连接3～6m筛管；再下入监测管柱，到人工井底脚尖处(留出安全操作距离)，连接2m筛管；最后下入生产管柱，在预热阶段尽量深下(下泵深度在井斜小于55°处)，火驱见效期，下泵深度调整到直井段。井口连接三管井口，三根管柱在井筒内的排布空隙足够三管独立作业。

火驱初步划分为三个阶段。第一个阶段是火驱预备阶段，此阶段主要是通过注入管柱和注气管柱注入蒸汽，预热油层，建立起注、采井之间的热联通，为后期点火和生产做准备；第二阶段是火驱初期阶段，此阶段火线前缘还未到达人工井底脚尖，泄油量较少，产液温度较低(最低可低于原有拐点温度，拐点温度即指使稠油的粘度明显降低并与普通稀油粘度相当的温度条件)；第三个阶段是火驱见效期，此阶段火线前缘已到达水平井脚尖处，泄油量大大增加，产液温度较高(最高可能超过700℃)。以下分阶段介绍本实用新型的操作方法：

第一个阶段：注入管柱和注气管柱注入蒸汽，在注入蒸汽的同时，生产管柱及时把预热地层的产液排出，从而提高地层预热效果，监测管柱实时监测井底的温度压力，为判断是否达到预热效果提供依据。

第二个阶段：由于产液温度较低，注入管柱仍然注入蒸汽(注入量比预热阶段小)，而注气管柱改注空气，通过空气辅助火驱燃烧，通过蒸汽提高产液温度，即伴热举升；监测管柱实时监测产液温度，保证蒸汽的注入量足够使产液高效举升到地面；生产管柱把产液及时排出，不影响火驱驱替的效果；如果注入蒸汽的热量不足以把产液举升到地面，即在举升过程中原油温度降到拐点温度以下，则需在生产管柱的空心杆中下入电缆。

第三个阶段：由于产液温度较高(最高可能超过700℃)，可能超过管柱的耐温极限，此时，注入管柱注入凉水，以降低产液的温度，即掺水降温；监测管柱实时监测产液温度，保证凉水的注入量足够使产液温度降到安全范围内；此时产液量升高，产气量也升高，需把生产管柱的泵提升至直井段(因为气锚是通过重力作用使液体和气体得到分离)，使气液分离的效果更好。

对于普通的水平井完井井深结构，套管内径Φ224mm，水平段筛管内径Φ159mm。于是本实用新型的各管柱可按下述外径值设计，注入管柱最大外径Φ88.9mm，生产管柱最大外径Φ88.9mm，监测管柱最大外径Φ53mm。

智能温控装置的工作原理：

水平井井底和泵下的温度通过热电偶传输到数据采集设备中，井口的温度由测温探头测定，通过电缆传输到数据采集设备；采集的温度通过电缆传输到控制设备中，根据现场生产数据在控制设备中预置一套温度阈值，程序判定测定的温度是否超出阈值范围，而后控制设备通过判定结果确定是否需要注水降温、注蒸汽伴热、调整注气量，并设定注入速度，并确定是否需要开启电加热；由控制设备输出的控制结果通过电缆传输给各个温控执行机构，由电磁阀智能调整注水速度，智能调整注气量，并通过电加热开关控制开启电加热装置为生产管柱加热。整个温度数据采集、运算、反馈过程无需人为调整介入，为全自动化实施，于是既节省了人力，又避免了因人为调整不及时给生产带来严重后果。

以上所举仅为本实用新型示意性的部分实施例，并非用以限制本实用新型的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应包括在本专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于智能温控的火驱辅助重力泄油注采系统，其特征在于，在生产井内设有注入管柱、监测管柱和生产管柱三套彼此独立的管柱，在注气井内设有注气管柱，以及用于智能调控产液温度的智能温控装置，其中：

注入管柱包括顺序串接的隔热管、筛管和导锥，监测管柱包括顺序串接的监测管、筛管和导锥，所述监测管中还设有多个测压装置，生产管柱包括顺序串接的空心杆、防气泵、气锚、筛管和导锥；

注气管柱包括顺序串接的油管和封隔器，注气管柱末端设有喇叭口；

智能温控装置包括设置于所述监测管柱内的多组测温器，以及安装在生产井井口生产管线上的测温探头；设置在地面端、用以收集井下及井口温度的数据采集设备，数据采集设备通过多根电缆连接所述多组测温器和测温探头；用于根据数据采集设备的输出结果发出温度调节指令的控制设备，控制设备的输入接口与数据采集设备电性连接；能受控制设备所控的温控执行机构，电性连接于控制设备的输出接口，所述温控执行机构包含连通于所述注入管柱的注入管线、连通于所述注气井内注气管柱的注气管线、以及伸入所述生产管柱的电加热装置三者的至少其一。

2.根据权利要求1所述的注采系统，其特征在于，所述注采系统沿生产井井口向下具有直井段和水平井段，其中，所述注入管柱和监测管柱下入到水平井段，而所述生产管柱仅下入到直井段。

3.根据权利要求2所述的注采系统，其特征在于，所述监测管柱的监测管为无接箍油管，所述测压装置和所述测温器分布于监测管柱的直井段和水平井段。

4.根据权利要求1所述的注采系统，其特征在于，所述控制设备具有三个输出接口，所述温控执行机构包括注入管线、注气管线和电加热装置，且这三者与上述三个输出接口一一对应。

5.根据权利要求4所述的注采系统，其特征在于，所述注入管线和注气管线上均设有用于控制流量的电磁阀门，而各电磁阀门分别电性连接于所述控制设备的输出接口。

6.根据权利要求4所述的注采系统，其特征在于，所述电加热装置设有受所述控制设备所控的电加热开关，电加热开关电性连接于所述控制设备的输出接口。

7.根据权利要求1-6任一项所述的注采系统，其特征在于，所述数据采集设备为数据采集卡。

8.根据权利要求1-6任一项所述的注采系统，其特征在于，所述控制设备为可编程控制器或单片机。

9.根据权利要求1-6任一项所述的注采系统，其特征在于，所述测压装置为毛细管，所述测温器为热电偶。

10.根据权利要求1-6任一项所述的注采系统，其特征在于，所述注气井的井底距离所述生产井水平段末端的垂直距离和水平距离都在5-10m之间。

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