用于降低熱損失的井筒以及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于降低熱損失的井筒，它包括套管、穿設(shè)在套管內(nèi)的油管，套管和油管自地面伸入油層中，其特征在于：套管和油管之間形成環(huán)形空間，井筒還包括設(shè)置在地面上方的井口件，井口件具有用于與油管相連通的第一流道以及用于與環(huán)形空間相連通的第二流道，第一流道與第二流道相隔離，井筒還包括設(shè)置在油層上方且位于環(huán)形空間內(nèi)的封隔器以及設(shè)置在封隔器上方的汽水分離裝置，汽水分離裝置具有用于分離出飽和水的第一分離口以及用于分離出干蒸汽的第二分離口，第一分離口與環(huán)形空間相連通，第二分離口用于與油層相連通。本發(fā)明采用以上方法以及結(jié)構(gòu)，利用飽和水能量抵消井筒熱能損失，從而保護(hù)井筒內(nèi)蒸汽能量，提高注汽質(zhì)量及井底蒸汽干度。
【專利說(shuō)明】用于降低熱損失的井筒以及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種油田注汽技術(shù)和采油工藝技術(shù)，特別涉及一種降低熱損失的井筒以及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在熱力開采稠油的過(guò)程中，普遍存在井筒熱量損失的問題，這是因?yàn)樽⑵羝蔷哂幸欢芰康臐耧柡驼羝⑵羝竭_(dá)井口干度一般70%左右，溫度為350°C左右，而地層溫度一般在100°C左右。高溫物體注汽蒸汽必然會(huì)向低溫物體地層傳熱，注汽蒸汽的熱量即存在損失，其結(jié)果一方面造成注入井筒的蒸汽干度下降，濕蒸汽中含水增加，導(dǎo)致到達(dá)井底蒸汽攜帶能量降低，不能有效的驅(qū)替原油，從而降低了蒸汽的熱利用率，另一方面隨著注汽次數(shù)和時(shí)間的增加，套管長(zhǎng)期處于高溫高壓狀態(tài)而發(fā)生損壞。
[0003]根據(jù)井筒傳熱基本理論，降低井筒熱損失的關(guān)鍵是如何減少井筒總傳熱系數(shù)，即增大總熱阻。由于油井井筒結(jié)構(gòu)的特殊性，使注汽井井筒的傳熱過(guò)程更加復(fù)雜，造成井筒熱損失的因素也是多方面的。例如，井筒結(jié)構(gòu)、油管套管的材質(zhì)，固井的方式及質(zhì)量，油套環(huán)空介質(zhì)的充滿狀態(tài)等。在眾多的影響因素中，井筒隔熱效果直接影響井底蒸汽干度，井底蒸汽干度又是熱采的關(guān)鍵參數(shù)，井底蒸汽干度因此是眾多因素中最有效的因素。因此只有改善井筒隔熱系統(tǒng)的隔熱效果才能有效可行的降低注汽井筒熱損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種降低熱損失的井筒以及方法，其能夠降低井筒的熱損失，以提高井筒的開采效率。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案是:
[0006]一種用于降低熱損失的井筒，它包括套管、穿設(shè)在所述套管內(nèi)的油管，所述套管和所述油管自地面伸入油層中，其特征在于:所述套管和所述油管之間形成環(huán)形空間，所述井筒還包括設(shè)置在地面上方的井口件，所述井口件具有用于與所述油管相連通的第一流道以及用于與所述環(huán)形空間相連通的第二流道，所述第一流道與所述第二流道相隔離，所述井筒還包括設(shè)置在油層上方且位于所述環(huán)形空間內(nèi)的封隔器以及設(shè)置在所述封隔器上方的汽水分離裝置，所述汽水分離裝置具有用于分離出飽和水的第一分離口以及用于分離出干蒸汽的第二分離口，所述第一分離口與所述環(huán)形空間相連通，所述第二分離口用于與油層相連通。
[0007]優(yōu)選地，所述汽水分離裝置包括自上而下連通的旋流分離室和擴(kuò)容分離室，所述旋流分離室內(nèi)設(shè)有旋流分離片以實(shí)現(xiàn)汽水的旋流分離；所述擴(kuò)容分離室的橫截面直徑大于所述旋流分離室以實(shí)現(xiàn)汽水的擴(kuò)容分離；在所述擴(kuò)容分離室內(nèi)還設(shè)置有一中心管，所述中心管具有與所述旋流分離室相對(duì)的通道，所述擴(kuò)容分離室的下部與所述第一分離口相連通。
[0008]優(yōu)選地，所述中心管的通道與第二分離口相連通。
[0009]優(yōu)選地，所述中心管的外壁上設(shè)置有沿其自身徑向延伸的阻隔分離片以實(shí)現(xiàn)汽水的阻隔分離，所述第一分離口位于所述阻隔分離片的下方。
[0010]優(yōu)選地，在所述阻隔分離片的下方還設(shè)置有與所述擴(kuò)容分離室相連通的集水室，所述第一分離口開設(shè)在所述集水室的底部。
[0011]優(yōu)選地，所述阻隔分離片由中心向外逐漸向下傾斜。
[0012]優(yōu)選地，所述第一流道和所述第二流道相平行。
[0013]本發(fā)明還公開了一種降低井筒熱損失的注汽方法，其特征在于，它包括以下步驟:
[0014]向井筒內(nèi)注入蒸汽；
[0015]對(duì)注入井筒內(nèi)的蒸汽進(jìn)行汽水分離以得到飽和水和干蒸汽；
[0016]將汽水分離后得到的飽和水引入套管與油管之間的環(huán)形空間中，以使得飽和水對(duì)油管進(jìn)行保溫；
[0017]將汽水分離后得到的干蒸汽引入油層中。
[0018]優(yōu)選地，它還包括以下步驟:將進(jìn)入環(huán)形空間的飽和水反排至地面，并從井口導(dǎo)出。
[0019]本發(fā)明采用以上方法以及結(jié)構(gòu)，利用飽和水能量抵消井筒熱能損失，從而保護(hù)井筒內(nèi)蒸汽能量，提高注汽質(zhì)量及井底蒸汽干度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來(lái)限制本發(fā)明公開的范圍。另外，圖中的各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對(duì)本發(fā)明的理解，并不是具體限定本發(fā)明各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來(lái)實(shí)施本發(fā)明。
[0021]圖1顯示了本發(fā)明中井筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2顯示了本發(fā)明中汽水分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]以上附圖的附圖標(biāo)記:1、井口件；11、第一流道；12、第二流道；2、油管；3、汽水分離裝置；31、第一分離口 ；32、第二分離口 ；4、封隔器；5、環(huán)形空間；6、套管；10、地面；20、地層；30、油層；33、旋流分離室；331、旋流分離片；34、擴(kuò)容分離室；35、中心管；351、通道；36、阻隔分離片；37、集水室。

【具體實(shí)施方式】
[0024]結(jié)合附圖和本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的描述，能夠更加清楚地了解本發(fā)明的細(xì)節(jié)。但是，在此描述的本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，僅用于解釋本發(fā)明的目的，而不能以任何方式理解成是對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的教導(dǎo)下，技術(shù)人員可以構(gòu)想基于本發(fā)明的任意可能的變形，這些都應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的范圍。
[0025]參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明公開了一種用于降低熱損失的井筒，它包括套管6、穿設(shè)在所述套管6內(nèi)的油管2，所述套管6和所述油管2自地面10進(jìn)入地層20，再?gòu)牡貙?0伸入油層30中，所述套管6和所述油管2之間形成環(huán)形空間5，所述井筒還包括設(shè)置在地面10上方的井口件1，所述井口件I具有用于與所述油管2相連通的第一流道11以及用于與所述環(huán)形空間5相連通的第二流道12，第一流道11與第二流道12相隔離，所述井筒還包括設(shè)置在油層30上方且位于所述環(huán)形空間5內(nèi)的封隔器4以及設(shè)置在所述封隔器4上方的汽水分離裝置3，所述汽水分離裝置3具有第一分離口 31以及第二分離口 32，所述第一分離口 31與所述環(huán)形空間5相連通。
[0026]具體的，套管6是用于支撐油、氣井井壁的管柱，以保證鉆井過(guò)程進(jìn)行和完井后整個(gè)油井的正常運(yùn)行。油管2是用于注汽和開采的管柱。油管2穿設(shè)在套管6中，套管6和油管2之間形成環(huán)形空間5。油管2和套管6的上端穿出地面10，油管2和套管6的下端自地面10伸入地下并延伸至油層30中。
[0027]井口件I位于地面10上，且設(shè)置在油管2和套管6的上端。井口件I的第一流道11與油管2相連通以向油管2內(nèi)注入蒸汽。井口件I的第二流道12與環(huán)形空間5相連通，以將飽和水從第二流道12向外排出。第一流道11和第二流道12相隔離以確保注入的蒸汽和飽和水不會(huì)混合。
[0028]封隔器4套設(shè)在油管2和套管6之間。封隔器4位于油層30的上方，以用于將油層30進(jìn)行隔絕。
[0029]在封隔器4的上方還設(shè)置有汽水分離裝置3，以用于將注入的蒸汽進(jìn)行分離得到飽和水和干蒸汽。汽水分離裝置3具有分離出飽和水的第一分離口 31以及分離出干蒸汽的第二分離口 32。第一分離口 31與環(huán)形空間5相連通，以將分離出的飽和水導(dǎo)入環(huán)形空間5內(nèi)。第二分離口與油層相連通，以將分離出的干蒸汽注入油層中。
[0030]汽水分離裝置3將注入所述油管2中的蒸汽進(jìn)行汽水分離，并將分離出的飽和水自第一分離口 31排向環(huán)形空間5。進(jìn)入環(huán)形空間5內(nèi)的飽和水再?gòu)木诩蘒的第二流道12導(dǎo)出地面10。在此過(guò)程中，分離出的飽和水在油管2外，對(duì)油管2進(jìn)行保溫，以減少井筒的溫度散失，進(jìn)而降低井筒的熱損失。
[0031]參照?qǐng)D2所示，汽水分離裝置3包括自上而下連通的旋流分離室33和擴(kuò)容分離室34，所述旋流分離室33內(nèi)設(shè)有旋流分離片331以實(shí)現(xiàn)汽水的旋流分離。旋流分離片331呈鋸齒狀排布，以能對(duì)蒸汽產(chǎn)生多次反復(fù)撞擊作用。所述擴(kuò)容分離室34的橫截面直徑大于所述旋流分離室33以實(shí)現(xiàn)汽水的擴(kuò)容分離；在所述擴(kuò)容分離室34內(nèi)還設(shè)置有一中心管35，所述中心管35具有與所述旋流分離室33相對(duì)的通道351，所述中心管35的通道351與第二分離口 32相連通，以將經(jīng)過(guò)分離的干蒸汽排入油層30。所述擴(kuò)容分離室34的下部與所述第一分離口 31相連通，以將經(jīng)過(guò)分離的飽和水排入環(huán)形空間5。
[0032]濕飽和蒸汽從旋流分離室33進(jìn)入所述汽水分離裝置3中。由于旋流分離室33設(shè)有旋流分離片331，環(huán)狀流的飽和蒸汽在旋流分離片331的作用下瞬間改變流動(dòng)方向，產(chǎn)生強(qiáng)行旋流。由于所述飽和蒸汽和水的比重不同，在旋流時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同離心力，比重較大的水會(huì)甩離中心軸線，而比重較小的蒸汽沿著軸線向下流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)汽水快速分離。經(jīng)過(guò)汽水分離后，在重力作用下，分離出的飽和水沿著旋流分離室33壁流下，流經(jīng)擴(kuò)容分離室34。
[0033]從旋流分離室33分離后的干蒸汽進(jìn)入擴(kuò)容分離室34內(nèi)。擴(kuò)容分離室34的容積要遠(yuǎn)大于旋流分離室33的容積。隨著容積瞬間的增大，使蒸汽壓力迅速下降。壓力的突變使得蒸汽和水產(chǎn)生不同的流速。在所述不同流速作用下，蒸汽和水與器壁產(chǎn)生沖擊摩擦，蒸汽和水會(huì)產(chǎn)生不同的離心力，比重較大的水會(huì)在和器壁產(chǎn)生摩擦后沿著器壁流下，比重較小的蒸汽則繼續(xù)下行，從而實(shí)現(xiàn)汽水快速分離。所述汽水分離出的水在重力作用下沿著擴(kuò)容分離室34壁流下，最終流到第一分離口 31。分離出的一部分飽和蒸汽進(jìn)入中心管35，自中心管35從第二分離口 32進(jìn)入油管2，進(jìn)行注汽。
[0034]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述中心管35的外壁上設(shè)置有沿其自身徑向延伸的阻隔分離片36以實(shí)現(xiàn)汽水的阻隔分離，所述第一分離口 31位于所述阻隔分離片36的下方。除了直接流向中心管35的蒸汽外，還有部分?jǐn)U容分離室34內(nèi)的蒸汽流向阻隔分離片36，這部分蒸汽急速?zèng)_向阻隔分離片36后再急速轉(zhuǎn)向。由于飽和蒸汽和所具有不同的比重，飽和蒸汽和水在急速轉(zhuǎn)向后運(yùn)動(dòng)軌跡就不同。比重較大的水會(huì)沿著阻隔分離片36向下運(yùn)動(dòng)；比重較小的蒸汽會(huì)在撞擊阻隔分離片36后反彈回去，蒸汽和水就進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了汽水分離。
[0035]更進(jìn)一步的，在所述阻隔分離片36的下方還設(shè)置有與所述擴(kuò)容分離室34相連通的集水室37，所述第一分離口 31開設(shè)在所述集水室37上。集水室37能夠?qū)Ξa(chǎn)生的飽和水進(jìn)行收集，并向環(huán)形空間5中導(dǎo)入流速較為穩(wěn)定的飽和水。所述阻隔分離片36由中心向外逐漸向下傾斜，向下傾斜的阻隔分離片36能夠更加利于飽和水自阻隔分離片36向第一分尚口 31流動(dòng)。
[0036]本發(fā)明還公開了一種降低井筒熱損失的注汽方法，它包括以下步驟:
[0037]向井筒內(nèi)注入蒸汽；
[0038]對(duì)注入井筒內(nèi)的蒸汽進(jìn)行汽水分離以得到飽和水和干蒸汽；
[0039]將汽水分離后得到的飽和水引入套管6與油管2之間的環(huán)形空間5中，以使得飽和水對(duì)油管2進(jìn)行保溫；
[0040]將汽水分離后得到的干蒸汽引入油層30中；
[0041]將進(jìn)入環(huán)形空間5的飽和水反排至地面10，并從井口導(dǎo)出。
[0042]壓力為17.5Mpa、溫度353°C的高溫高壓蒸汽自第一流道11進(jìn)入油管2中，進(jìn)入汽水分離裝置3進(jìn)行汽水分離。汽水分離裝置3通過(guò)第二分離口 32分離出的干蒸汽沿著油管2進(jìn)入油層30進(jìn)行注汽，汽水分離裝置3通過(guò)第一分離口 31分離的壓力為17.5Mpa，溫度為353°C的飽和水沿著環(huán)形空間5反排到地面10，并從第二流道12導(dǎo)出地面10。在此過(guò)程中，分離出的飽和水在油管2外，對(duì)油管2進(jìn)行保溫，以減少井筒的溫度散失，進(jìn)而降低井筒的熱損失。
[0043]本說(shuō)明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可。
[0044]上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于降低熱損失的井筒，它包括套管、穿設(shè)在所述套管內(nèi)的油管，所述套管和所述油管自地面伸入油層中，其特征在于:所述套管和所述油管之間形成環(huán)形空間，所述井筒還包括設(shè)置在地面上方的井口件，所述井口件具有用于與所述油管相連通的第一流道以及用于與所述環(huán)形空間相連通的第二流道，所述第一流道與所述第二流道相隔離，所述井筒還包括設(shè)置在油層上方且位于所述環(huán)形空間內(nèi)的封隔器以及設(shè)置在所述封隔器上方的汽水分離裝置，所述汽水分離裝置具有用于分離出飽和水的第一分離口以及用于分離出干蒸汽的第二分離口，所述第一分離口與所述環(huán)形空間相連通，所述第二分離口用于與油層相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井筒，其特征在于:所述汽水分離裝置包括自上而下連通的旋流分離室和擴(kuò)容分離室，所述旋流分離室內(nèi)設(shè)有旋流分離片以實(shí)現(xiàn)汽水的旋流分離；所述擴(kuò)容分離室的橫截面直徑大于所述旋流分離室以實(shí)現(xiàn)汽水的擴(kuò)容分離；在所述擴(kuò)容分離室內(nèi)還設(shè)置有一中心管，所述中心管具有與所述旋流分離室相對(duì)的通道，所述擴(kuò)容分離室的下部與所述第一分離口相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井筒，其特征在于:所述中心管的通道與第二分離口相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井筒，其特征在于:所述中心管的外壁上設(shè)置有沿其自身徑向延伸的阻隔分離片以實(shí)現(xiàn)汽水的阻隔分離，所述第一分離口位于所述阻隔分離片的下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的井筒，其特征在于:在所述阻隔分離片的下方還設(shè)置有與所述擴(kuò)容分離室相連通的集水室，所述第一分離口開設(shè)在所述集水室的底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的井筒，其特征在于:所述阻隔分離片由中心向外逐漸向下傾斜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井筒，其特征在于:所述第一流道和所述第二流道相平行。
8.一種降低井筒熱損失的注汽方法，其特征在于，它包括以下步驟: 向井筒內(nèi)注入蒸汽； 對(duì)注入井筒內(nèi)的蒸汽進(jìn)行汽水分離以得到飽和水和干蒸汽； 將汽水分離后得到的飽和水引入套管與油管之間的環(huán)形空間中，以使得飽和水對(duì)油管進(jìn)行保溫； 將汽水分離后得到的干蒸汽引入油層中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的降低井筒熱損失的注汽方法，其特征在于，它還包括以下步驟:將進(jìn)入環(huán)形空間的飽和水反排至地面，并從井口導(dǎo)出。
【文檔編號(hào)】E21B43/24GK104314543SQ201410534464
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】張紅朋, 許寶燕, 馬慶, 李娟娟, 張曦宇, 由春坤, 陳楠, 邵恒玉 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司