專利名稱：自適應(yīng)井下分層配汽器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用在石油開采工藝中分層注蒸汽的配汽裝置，特別是涉及一種隨注汽地層壓力變化而自動調(diào)節(jié)配汽孔徑，以滿足固定設(shè)計配汽比例的蒸汽流量分配裝置。
背景技術(shù)：
注蒸汽熱采方法是開采稠油的一種有效手段。以往，多采用籠統(tǒng)注蒸汽的注入方式，即同時對幾個開發(fā)層系注汽，如劉文章編著，稠油注蒸汽熱采工程，石油工業(yè)出版社。但是，由于各層系的地層壓力、滲透率、原油物性等存在差異，有時會使層間注汽量分配不合理，甚至出現(xiàn)某個層位的蒸汽帶急劇推進，達不到預(yù)期的注汽效果，如劉文章編著，熱采稠油油藏開發(fā)模式，石油工業(yè)出版社。分層注汽的目的就是使注汽前沿均勻推進，避免出現(xiàn)舌進現(xiàn)象，合理分配注汽量，從而改善注汽效果。
分層注汽是通過井下工具來實現(xiàn)的。由于地層內(nèi)的壓力是隨注汽量而變化的，所以合理的注汽開采是一個注汽量和壓力的動態(tài)平衡過程。而現(xiàn)有的分層配汽器不具有動態(tài)調(diào)節(jié)功能。
目前現(xiàn)場在分層配汽的過程中，有的采用單層封卡、逐層注入的方式。這種做法不能實現(xiàn)多層同注、同采的目的。有的采用分層同注的方法，但只是在封隔地層后，在相應(yīng)的層位在井下安裝單體配汽嘴或分層恒量配汽閥，來實現(xiàn)控制配汽量的目的。但是，由于在注汽過程中地層的壓力隨注汽量的增多而變化，因配汽孔內(nèi)外壓差、面積之間是非線性的，固定孔徑的管嘴或分層恒量配汽閥根本達不到調(diào)節(jié)配注汽量的目的。從而達不到分層注汽的效果。
自適應(yīng)井下分層配汽器的設(shè)計關(guān)鍵是，科學(xué)、合理地確定配汽器的結(jié)構(gòu)、孔口截面形狀及截面積、自動控制彈簧的物理和力學(xué)參數(shù)。蒸汽沿井筒的流動屬于氣液兩相流動并伴隨著不穩(wěn)定的傳熱過程。目前，有一種注蒸汽熱采方法使用的“稠油熱采井分層恒量配汽閥”，如專利申請?zhí)?2209779.1中所描述的。該配汽閥由上接頭、中心管、流量控制環(huán)、壓帽、閥芯、外管和彈簧組成；其中上接頭下端外圓面和內(nèi)圓面分別以螺紋與外管和中心管相連接，中心管設(shè)閥芯，中心管與閥芯之間內(nèi)設(shè)流量控制環(huán)和彈簧，流量控制環(huán)上部外測臺階坐放在閥芯頂面上，下部以螺紋與閥芯內(nèi)圓面相連接，外管下端面內(nèi)圓面螺紋擰緊壓帽。該配汽閥沒有從理論上定量考慮配汽孔截面積與孔口前后壓差和控制彈簧行程之間的關(guān)系，達不到恒量配汽的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服籠統(tǒng)注汽中由于各層系的地層壓力、滲透率、原油物性等存在差異而造成的層間注汽量分配不合理的現(xiàn)象；和注蒸汽開采稠油過程中不能實現(xiàn)分層同注；以及不能根據(jù)地層的壓力變化，自行調(diào)節(jié)層間分層配汽比例。
另一目的在于克服已有配汽器的不足；為了解決現(xiàn)有分層配汽器不能根據(jù)地層壓力變化而自動調(diào)節(jié)配汽器孔徑，以保持固定配汽比例的問題；從而本發(fā)明根據(jù)動平衡理論，通過對水—水蒸汽兩相流體流經(jīng)配汽孔過程的能量分析，依據(jù)導(dǎo)出的配汽孔面積與地層壓力之間的關(guān)系，提供了一種自適應(yīng)井下分層配汽器。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明提供的自適應(yīng)井下分層配汽器包括配汽器上接頭1、配汽器中心管2、壓帽3、彈簧6、配汽器側(cè)管13和配汽器下接頭16；其特征在于還包括上活塞5和下活塞11、上導(dǎo)桿7和下導(dǎo)桿10、上配汽孔4、下配汽孔12、固定導(dǎo)桿銷釘8；其中配汽器上接頭1和配汽器下接頭16分別以內(nèi)螺紋與配汽器中心管2螺合相連接，在配汽器中心管2的管壁上開有上配汽孔4和下配汽孔12，一配汽器側(cè)管13，其截面是矩形與半圓的組合，將該側(cè)管縱剖開，開度以包含配汽孔為宜，將其貼在配汽器中心管2外壁的上下配汽孔的外側(cè)，并焊接在配汽器中心管2外壁上，配汽器側(cè)管13的上端和下端，分別設(shè)一上壓帽3和下壓帽14；在側(cè)管內(nèi)壓帽3下設(shè)有上活塞5，和一套有彈簧6的上導(dǎo)桿7；在側(cè)管內(nèi)下壓帽14上設(shè)有下活塞11，和一套有彈簧9的上導(dǎo)桿10；上下導(dǎo)桿中間通過密封圈用銷釘8，在側(cè)管的外壁中間處將導(dǎo)桿密封固定，使上下兩層隔離；上活塞5與上層彈簧6相連，在上配汽孔4的外側(cè)在側(cè)管內(nèi)沿側(cè)管內(nèi)壁上下滑動，下活塞11與下層彈簧9相連，在下配汽孔12的外側(cè)沿側(cè)管內(nèi)壁上下滑動。
所述的上配汽孔4和下配汽孔12的截面積為非線性截面。
所述的彈簧為線性彈簧。
本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明根據(jù)氣液兩相流體力學(xué)和傳熱學(xué)原理，研究了水和水蒸汽沿井筒的壓力、溫度和干度變化規(guī)律及熱量損失，進而可以確定出每個層系的注汽壓力和干度。根據(jù)分層數(shù)量、地層壓力和設(shè)計注入量的要求，通過對水—水蒸汽流經(jīng)配汽孔的能量分析，得出了配汽孔截面積與孔口前后壓差和控制彈簧行程之間的關(guān)系，據(jù)此可以計算孔口截面大小、形狀、自動控制彈簧的物理和力學(xué)參數(shù)。進而設(shè)計出一種具有根據(jù)地層與井筒之間的動態(tài)平衡原理，通過自動調(diào)節(jié)截流孔面積的大小來消除吸汽壓力對注汽量影響的新型自適應(yīng)井下分層配汽器。它能夠按照配產(chǎn)所需的注汽比例根據(jù)地層內(nèi)的壓力變化自動調(diào)節(jié)注汽量。其工作原理是通過自動調(diào)整截流孔面積的大小，消除油層吸汽壓力對注汽量的影響，使蒸汽按設(shè)計的比例分配到各層中去。
本發(fā)明自適應(yīng)井下分層配汽器的結(jié)構(gòu)科學(xué)、合理；配汽孔口截面形狀及截面積、自動控制彈簧的物理和力學(xué)參數(shù)設(shè)計科學(xué)、合理。蒸汽沿井筒的流動屬于氣液兩相流動并伴隨著不穩(wěn)定的傳熱過程。根據(jù)氣液兩相流體力學(xué)和傳熱學(xué)原理，研究了水和水蒸汽沿井筒的壓力、溫度和干度變化規(guī)律及熱量損失，進而可以確定出每個層系的注汽壓力和干度。
本發(fā)明自適應(yīng)井下分層配汽器采用線性彈簧方案(孔形狀不規(guī)則)設(shè)計。而且在配汽器中使用兩個彈簧，為設(shè)計及制造方便，兩彈簧所有參數(shù)均相同，同時兩配汽孔形狀也相同。選用彈簧類型為圓柱螺旋壓縮彈簧。根據(jù)給定設(shè)計要求如最大工作載荷、工作行程、工作介質(zhì)、工作溫度、彈簧外徑。就可得出計算結(jié)果及導(dǎo)桿的尺寸。
用本發(fā)明的自適應(yīng)井下分層配汽器，進行了現(xiàn)場試驗。設(shè)計配汽比例為60％40％，實測配汽比例為61.13％∶38.87％，達到了很高的控制精度，配產(chǎn)效果良好。.研制的自適應(yīng)井下分層配汽器已經(jīng)用于某油田40-6-29號油井的熱采中。該油井注汽開采分層配汽的現(xiàn)場測試表明，各層配汽量達到了預(yù)期效果，該井日均增產(chǎn)原油8.5t，累計增產(chǎn)原油約1539t。從油井生產(chǎn)情況看，使用自適應(yīng)井下分層配汽器，達到了調(diào)整油井吸汽剖面，提高油層動用程度的目的。本發(fā)明的配汽器適用于分層注汽的熱采工藝，在我國稠油的開采份額越來越多，采用蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)的井數(shù)越來越多，為合理地分配注汽量，都應(yīng)采用分層配汽器。因此，該產(chǎn)品具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的自適應(yīng)井下分層配汽器結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的自適應(yīng)井下分層配汽器中配汽孔側(cè)視3是本發(fā)明分層配汽器中配汽孔面積變化與壓差關(guān)系曲線4是本發(fā)明的自適應(yīng)井下分層配汽器中彈簧特性曲線5是用本發(fā)明的分層配汽器進行實測吸汽剖面與設(shè)計吸汽剖面的結(jié)果圖具體實施方式
參照圖1，圖中(1)——配汽器上接頭；(2)——配汽器中心管；(3)——上壓帽；(4)——上配汽孔；(5)——上活塞；(6)——上彈簧；(7)——上導(dǎo)桿；(8)——固定導(dǎo)桿銷釘；(9)——下彈簧；(10)——下導(dǎo)桿；(11)——下活塞；(12)——下配汽孔；(13)——配汽器側(cè)管；(14)——下壓帽；(15)——側(cè)管下出汽孔道；(16)——配汽器下接頭；本實施例提供的井下自適應(yīng)分層配汽器包括一圓柱形的長為75cm的注汽主管段，即配汽器中心管2，和一長為50cm輔助注汽管段，即配汽器側(cè)管13。為了真正能夠?qū)崿F(xiàn)固定的配汽比例，在配汽器中心管2的管壁上開兩個非線性的配器孔4和12，形狀如附圖2所示。將該配汽器側(cè)管13縱剖開呈扁平圓柱形的，縱剖的面罩在配汽器中心管2外壁上的上下配汽孔的外側(cè)，并焊接在配汽器中心管2外壁上，配汽器側(cè)管13的上端和下端，分別設(shè)一上壓帽3和上壓帽14。配汽孔的開度是由孔外壁的活塞、彈簧及管道內(nèi)外的壓力差綜合作用、自行調(diào)節(jié)決定。上配汽孔4與目的注汽層一相通，下配汽孔12與目的注汽層二相通，在配汽器側(cè)管段13內(nèi)，上彈簧6套在圓形上導(dǎo)桿7上，下調(diào)節(jié)彈簧9套在圓形下導(dǎo)桿10上，導(dǎo)桿中間用密封圈和用銷釘在管的外壁中間處將導(dǎo)桿固定密封，使上下兩層隔離。
其中配汽器上接頭1和配汽器下接頭15采用螺母，它們分別以內(nèi)螺紋與配汽器中心管2螺合相連接，在側(cè)管內(nèi)壓帽3下設(shè)有上活塞5，和一套有彈簧6的上導(dǎo)桿7；在側(cè)管內(nèi)下壓帽16上設(shè)有下活塞11，和一套有彈簧9的上導(dǎo)桿10；上下導(dǎo)桿中間通過密封圈用銷釘8，在側(cè)管的外壁中間處將導(dǎo)桿密封固定，使上下兩層隔離；上活塞5與上層彈簧6相連，在上配汽孔4的外側(cè)在側(cè)管內(nèi)沿側(cè)管內(nèi)壁上下滑動，下活塞11與下層彈簧9相連，在下配汽孔12的外側(cè)沿側(cè)管內(nèi)壁上下滑動；在側(cè)管內(nèi)上壓帽3和下壓帽14為環(huán)形金屬的，中間為側(cè)管上出汽孔道和下出汽孔道15。
其中彈簧采用線性的，彈簧特性曲線如圖4，配器孔的形狀為非線性的，即孔形狀為不規(guī)則的，形狀如圖2。根據(jù)地層與井筒之間的動態(tài)平衡原理，通過自動調(diào)節(jié)截流孔面積的大小來消除吸汽壓力對注汽量影響，如圖3所示，這樣可以實現(xiàn)分層注汽中固定配汽比例的難題。
用本實施例加工制作的自適應(yīng)井下分層配汽器，進行了現(xiàn)場試驗。設(shè)計配汽比例為60％∶40％，實測配汽比例為61.13％∶38.87％，達到了很高的控制精度，配產(chǎn)效果良好如圖5。.研制的自適應(yīng)井下分層配汽器已經(jīng)用于某油田油井的熱采中。該油井注汽開采分層配汽的現(xiàn)場測試表明，各層配汽量達到了預(yù)期效果，該井日均增產(chǎn)原油8.5t，累計增產(chǎn)原油約1539t。從油井生產(chǎn)情況看，使用自適應(yīng)井下分層配汽器，達到了調(diào)整油井吸汽剖面，提高油層動用程度的目的。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)井下分層配汽器包括配汽器上接頭(1)、配汽器中心管(2)、壓帽(3)、彈簧(6)、配汽器側(cè)管(13)和配汽器下接頭(16)；其特征在于還包括上活塞(5)和下活塞(11)、上導(dǎo)桿(7)和下導(dǎo)桿(10)、上配汽孔(4)、下配汽孔(12)、固定導(dǎo)桿銷釘(8)；其中配汽器上接頭(1)和配汽器下接頭(16)分別以內(nèi)螺紋與配汽器中心管(2)螺合相連接，在配汽器中心管(2)的管壁上開有上配汽孔(4)和下配汽孔(12)，一縱剖開的配汽器側(cè)管(13)，其截面是矩形與半圓的組合，開度以包含配汽孔為宜，將其縱剖面貼在配汽器中心管(2)外壁的上下配汽孔的外側(cè)，并焊接在配汽器中心管(2)外壁上，配汽器側(cè)管(13)的上端和下端，分別設(shè)一上壓帽(3)和下壓帽(14)；在側(cè)管內(nèi)上壓帽(3)下設(shè)有上活塞(5)，和一套有彈簧(6)的上導(dǎo)桿(7)；在側(cè)管內(nèi)下壓帽(14)上設(shè)有下活塞(11)，和一套有彈簧(9)的上導(dǎo)桿(10)；上下導(dǎo)桿中間通過密封圈用銷釘(8)在側(cè)管的外壁中間處將導(dǎo)桿密封固定，使上下兩層隔離；上活塞(5)與上層彈簧(6)相連，在上配汽孔(4)的外側(cè)，在側(cè)管內(nèi)沿側(cè)管內(nèi)壁上下滑動，下活塞(11)與下層彈簧(9)相連，在下配汽孔(12)的外側(cè)沿側(cè)管內(nèi)壁上下滑動。
2，按權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)井下分層配汽器，其特征在于所述的上配汽孔4和下配汽孔(12)的截面積為非線性截面。
3.按權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)井下分層配汽器，其特征在于所述的彈簧為線性彈簧。
全文摘要
本發(fā)明涉及自適應(yīng)井下分層配汽器包括配汽器上下接頭分別以內(nèi)螺紋與配汽器中心管螺合相連接，在配汽器中心管的管壁上開有上下配汽孔，一配汽器側(cè)管罩在配汽器中心管外壁的上下配汽孔上，并焊接在配汽器中心管外壁上，配汽器側(cè)管的上端和下端，分別設(shè)上壓帽和下壓帽；在側(cè)管內(nèi)壓帽下設(shè)有上活塞和一套有彈簧的上導(dǎo)桿；在側(cè)管內(nèi)壓帽上設(shè)有下活塞和一套有彈簧的上導(dǎo)桿；上下導(dǎo)桿中間通過密封圈用銷釘，在側(cè)管的外壁中間處將導(dǎo)桿密封固定，上活塞與上層彈簧相連，在上配汽孔的外側(cè)在側(cè)管內(nèi)沿側(cè)管內(nèi)壁上下滑動，下活塞與下層彈簧相連，在下配汽孔的外側(cè)沿側(cè)管內(nèi)壁上下滑動。它能夠按照配產(chǎn)所需的注汽比例根據(jù)地層內(nèi)的壓力變化自動調(diào)節(jié)注汽量。
文檔編號E21B34/08GK1746461SQ20041007466
公開日2006年3月15日 申請日期2004年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月10日
發(fā)明者石在虹, 吳應(yīng)湘, 關(guān)仲, 李華, 魏凱, 趙政超, 劉德鑄, 吳寧 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所