一种水平井分层蒸汽均匀注入管柱及方法

技术领域

本发明属于水平井分层注入管柱领域，特别涉及一种水平井分层蒸汽均匀注入管柱及方法。

背景技术

随着水平井开采技术在辽河油田的成熟应用，水平井的数量逐年增加。对于稠油水平井来说，注蒸汽开采是主体开采工艺之一。目前水平井注汽多采用笼统方式注汽，笼统方式注汽在水平井段只有一个出汽口，水平井段一般都在300m左右，并且水平井段还存在物性差异，所以在水平井段易造成动用不均现象。大量的水平井井温监控资料分析研究开发发现，80％的水平井水平段都存在动用不均的情况，为了更好的发挥水平井的作用，均匀动用水平段，需采用水平井分段注汽工艺技术。

水平井分层蒸汽均匀注入管柱是从根源抓起，解决水平井段动用不均问题。采用蒸汽伞、油管扶正器和自控汽液混合流量控制装置等工具对水平井各段进行分段注汽，提高水平井段动用程度。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种水平井分层蒸汽均匀注入管柱，所述管柱包括：

设置在水平油管中的多个组合机构，每个所述组合机构两侧均设置有自控汽液混合流量控制装置，所述组合机构包括依次连接的蒸汽伞和扶正器，其中，

所述扶正器设置在所述水平油管靠近末端一侧，所述蒸汽伞设置在所述水平油管远离末端一侧。

进一步的，所述蒸汽伞用于封隔不同注汽层段；所述自控汽液混合流量控制装置用于分层均匀注入蒸汽。

进一步的，所述自控汽液混合流量控制装置包括主体和设置在所述主体内的喷嘴和叶轮。

进一步的，所述喷嘴通过弹簧挡圈设置在所述主体内，所述叶轮通过芯轴活动设置在所述主体内。

进一步的，所述喷嘴和所述叶轮表面通过密封橡胶设置有盖板，所述盖板通过第一固定钉和第二固定钉与所述主体相连接。

进一步的，所述盖板与所述主体形成注汽通道，所述喷嘴和所述叶轮设置在所述注汽通道内。

进一步的，所述喷嘴用于控制蒸汽注入量。

进一步的，所述叶轮用于充分混合注入蒸汽的汽液相，分层均匀注入蒸汽。

进一步的，所述管柱还包括套设在所述水平油管外的筛管和隔热管，所述水平油管与设置在同一油井中的非水平井段中的隔热管连接。

进一步的，所述水平油管中相隔两个所述自控汽液混合流量控制装置的距离为80-100m。

进一步的，所述叶轮包括离心式叶轮、混流式叶轮和风扇式叶轮中的任意一种。

本发明还提供一种水平井分层蒸汽均匀注入方法，所述方法包括：

建立管柱，所述管柱包括：

设置在水平油管中的多个组合机构，每个所述组合机构两侧均设置有自控汽液混合流量控制装置，所述组合机构包括依次连接的蒸汽伞和扶正器，其中，所述扶正器设置在所述水平油管靠近末端一侧，所述蒸汽伞设置在所述水平油管远离末端一侧；

通过所述管柱将蒸汽注入地层，完成所述水平井分层蒸汽均匀注入。

进一步的，通过所述蒸汽伞将所述水平油管封隔成不同注汽层段；

通过所述自控汽液混合流量控制装置将蒸汽分层均匀注入。

进一步的，所述自控汽液混合流量控制装置包括主体和设置在所述主体内的喷嘴和叶轮。

进一步的，通过所述喷嘴控制蒸汽注入量。

进一步的，通过所述叶轮充分混合注入蒸汽的汽液相，分层均匀注入蒸汽。

进一步的，所述自控汽液混合流量控制装置的安装位置通过油藏参数确定。

进一步的，所述油藏参数包括井温曲线、渗透率和地层压力。

进一步的，所述水平油管中相隔两个所述自控汽液混合流量控制装置的距离为80-100m。

进一步的，所述管柱还包括套设在所述水平油管外的筛管和隔热管，所述水平油管与设置在同一油井中的非水平井段中的隔热管连接。

本发明的水平井分层蒸汽均匀注入管柱及方法，可以改变注入地层蒸汽的流动方向，实现蒸汽均匀注入地层，达到均匀动用油层的目的。应用自控汽液混合流量控制装置，以自调节方式使注入蒸汽的汽液相充分混合，对经过初步控制的蒸汽进行均匀注入，同时可以改变高温、高压蒸汽流的方向，避免对油井完井井壁中套管或筛管造成硬性伤害，偏心结构设计，在保证注汽通道大小的前提下，保证了整体管柱尺寸符合要求。本发明利用蒸汽伞及扶正器将需要注汽层段分割开来，蒸汽伞随注汽温度密封，停注时解封。该管柱主要针对水平井段物性差异较大，注汽时需要使用蒸汽伞降各水平井段分开，实现水平井分层蒸汽均匀注入。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例中的水平井分层蒸汽均匀注入管柱结构示意图；

图2示出了本发明实施例中的蒸汽伞结构示意图；

图3示出了本发明实施例中的扶正器结构示意图；

图4示出了本发明实施例中的自平衡流量精细控制装置结构示意图；

图5示出了本发明实施例中的自平衡流量精细控制装置俯视图；

图6示出了本发明实施例中的叶轮结构示意图；

图7示出了本发明实施例中的叶轮侧视图。

图中：1-隔热管；2-悬挂器；3-蒸汽伞；4-扶正器；5-筛管；6-自控汽液混合流量控制装置；31-第一接箍；32-第一中心管；33-上压环；34-胶筒组件；35-下压环；36-紧定螺钉；37-0型橡胶密封圈；41-第二接箍；42-护套；43-扶正体；44-扶正块；45-第二中心管；46-外弹簧；47-内弹簧；48-下接头；61-主体；62-盖板；63-喷嘴；64-叶轮；65-芯轴；66-第一固定钉；67-第二固定钉；68-密封橡胶；69-弹簧挡圈。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

研制水平井分层蒸汽均匀注入管柱，能够有效解决水平井段动用不均问题。与现有技术相比，改变了注入地层蒸汽的流动方向，实现蒸汽均匀注入地层，达到均匀动用油层的目的。而且还可以使高温、高压蒸汽流不会直接对油井完井井壁中套管或筛管造成硬性伤害，能对油井起到保护作用。

本发明设计了一种水平井分层蒸汽均匀注入管柱，可以改变注入地层蒸汽的流动方向，实现蒸汽均匀注入地层，达到均匀动用油层的目的。本发明应用了自控汽液混合流量控制装置6，以自调节方式使注入蒸汽的汽液相充分混合，对经过初步控制的蒸汽进行均匀注入，自控汽液混合流量控制装置6采用盖板62保护结构设计，使高温、高压蒸汽流不会直接对油井完井井壁中套管或筛管造成硬性伤害，能对油井起到保护作用；装置采用偏心结构设计，偏心结构体现为该装置内通道圆柱中心轴与整个管柱中心轴保持平行但不共线，在保证注汽通道大小的前提下，保证了整体管柱尺寸符合要求。本装置体积小、重量轻，施工方便，在井底工作中性能可靠，能够满足下得去、提得出的要求。本发明利用蒸汽伞3及扶正器4将需要注汽层段分割开来，蒸汽伞随注汽温度密封，停注时解封。该管柱主要针对水平井段物性差异较大，注汽时需要使用蒸汽伞降各水平井段分开，实现水平井分层蒸汽均匀注入。

本发明实施例中提供一种水平井分层蒸汽均匀注入管柱，图1示出了本发明实施例中的水平井分层蒸汽均匀注入管柱结构示意图，图1中，所述管柱包括与地面连接并非水平设置的隔热管1，所述隔热管1的下端通过转折油管连接有水平油管，水平油管外套设有筛管5，隔热管1的外周设置有套管，套管与筛管5连接处设置有悬挂器2，水平油管中设置多个组合机构，每个所述组合机构两侧均设置有自控汽液混合流量控制装置6，所述组合机构包括依次连接的蒸汽伞3和扶正器4，其中，所述扶正器4设置在所述水平油管靠近末端一侧，所述蒸汽伞3设置在所述水平油管远离末端一侧，管柱中还包括丝堵以及连接管柱，所述管柱还包括套设在所述水平油管外的筛管5和隔热管1，所述水平油管与设置在同一油井中的非水平井段中的隔热管1连接。

在图1中，工具下入时，将自控汽液混合流量控制装置6根据设计的位置连接于蒸汽伞3与扶正器4组合下端、中间及上端，扶正器4在下入过程中保证蒸汽伞3及自控汽液混合流量控制装置6不会受到磕碰进而损坏。到达预定位置后，开始注汽，蒸汽伞3在蒸汽的高温作用下开始膨胀封隔不同注汽层段，自控汽液混合流量控制装置6完成对注入蒸汽的分层均匀注入。

图1中，所述水平油管中相隔两个所述自控汽液混合流量控制装置6的距离为80-100m，不需注入的井段可通过两个组合机构隔离单元之间不安装自控汽液混合流量控制装置6进行隔离。自控汽液混合流量控制装置6的安装位置通过油藏参数确定，所述油藏参数包括井温曲线、渗透率和地层压力。

图2示出了本发明实施例中的蒸汽伞结构示意图，图2中，蒸汽伞包括第一中心管32和胶筒组件34，胶筒组件34通过胶桶与两段的金属件一起构成，所述胶筒组件34套设在所述第一中心管32外壁，所述胶筒组件34上方通过紧定螺钉36设置有压环，压环包括上压环33和下压环35，上压环33和下压环35分别设置在胶筒组件34左右两侧，下压环35通过紧定螺钉36紧固在部分胶筒组件34外壁和部分第一中心管32外壁，所述胶筒组件34通过0型橡胶密封圈37套设在所述第一中心管32外壁，所述第一中心管32外壁上远离所述胶筒组件34一侧设置有第一接箍31，所述第一接箍31侧壁与所述胶筒组件34侧壁在所述第一中心管32外壁相抵，部分所述第一接箍31通过紧定螺钉36设置在所述压环底面。

本发明实施例中利用注汽压差撑开蒸汽伞3，蒸汽伞3的高温胶筒采用耐高温复合材料一体化复合制成，在注汽过程中注汽管柱内外的压差撑开胶筒密封注汽管柱与筛管5之间的环空，将水平井段分隔成几个相对独立的注汽单元。

图3示出了本发明实施例中的扶正器结构示意图，图3中，所述扶正器4包括第二中心管45、扶正体43和扶正块44，所述扶正体43套设在所述第二中心管45外壁，所述扶正块44通过弹性机构支撑在所述第二中心管45外壁，所述扶正体43上开设凹槽，所述扶正块44通过凹槽设置在所述扶正体43上。所述弹性机构包括外弹簧46和内弹簧47，所述内弹簧47环套在所述外弹簧46内，所述扶正体43外壁和所述扶正块44部分表面设置有护套42，所述第二中心管45外壁上远离所述扶正块44一侧设置有第二接箍41，所述第二接箍41侧壁与所述护套42侧壁相抵；所述第二中心管45外壁上远离所述扶正块44另一侧设置有下接头48，所述下接头48侧壁与所述护套42侧壁相抵，即，第二中心管45的两侧分别设置第二接箍41和下接头48。

本发明实施例中利用扶正器4保护其它工具避免受到刮碰，进而提高井下作业效率。例如在水平井段注汽时，使蒸汽伞3居中，保护蒸汽伞3，提高注汽效果，管柱遇阻时，扶正块44压缩弹簧，扶正器4的外径减小，保证管柱能顺利从井下起出。

图4示出了本发明实施例中的自平衡流量精细控制装置结构示意图，图4中，所述自控汽液混合流量控制装置6包括主体61和设置在所述主体61内的喷嘴63和叶轮64，所述喷嘴63通过弹簧挡圈69设置在所述主体61内，所述叶轮64通过芯轴65活动设置在所述主体61内，所述喷嘴63和所述叶轮64表面通过密封橡胶68设置有盖板62，图5示出了本发明实施例中的自平衡流量精细控制装置俯视图，图5中，所述盖板62通过第一固定钉66和第二固定钉67与所述主体61相连接，所述喷嘴63用于控制蒸汽注入量；所述叶轮64用于充分混合注入蒸汽的汽液相，分层均匀注入蒸汽，所述盖板62与所述主体61形成注气通道，所述喷嘴63和所述叶轮64设置在所述注汽通道内，喷嘴63形式与叶轮64形式可以通过调整安装孔来进行更换。

本发明实施例中，喷嘴的形状包括内径不同的一组环形喷嘴、变内径喷嘴，所述变内径喷嘴的内径沿其轴线方向变化、变外径喷嘴，所述变外径喷嘴的外径沿其轴线方向变化、旋流注汽喷嘴，所述旋流注汽喷嘴包含沿其轴线呈螺旋状延伸的喷射通道中的任意一种，本发明实施例中的喷嘴的形状只是举例性说明，实际应用过程中，只要能够控制蒸汽注入量的喷嘴形状均在本发明实施例的保护范围之内。

图6示出了本发明实施例中的叶轮结构示意图，本发明实施例中还通过图7对叶轮结构的侧视图进行说明，本发明实施例中的叶轮包括离心式叶轮、混流式叶轮和风扇式叶轮中的任意一种，本发明实施例中的叶轮的结构只对举例进行说明，实际应用过程中，只要能够在蒸汽的流动作用下，以自调节方式使注入蒸汽的汽液相充分混合的叶轮结构，均在本发明实施例的保护范围之内。

本发明实施例中，工具下入前，根据每层段注入量设计将设计尺寸的喷嘴63安装于主体61中，通过孔用弹簧挡圈69固定，之后将叶轮64、密封橡胶68安装于主体61内，然后将盖板62与主体61通过第一固定钉66和第二固定钉67连接起来，完成自控汽液混合流量控制装置6安装。工具下入时，将自控汽液混合流量控制装置6根据设计的位置连接于蒸汽伞3与扶正器4组合下端、中间及上端，到达预定位置后，开始注汽，在喷嘴63的作用下，自控汽液混合流量控制装置6完成对注入蒸汽初步流量控制，之后在地层吸气量及流速的作用下，叶轮64以自调节的方式实现注入蒸汽的汽液相充分混合，从而完成蒸汽的分层均匀注入。

本发明实施例中的自控汽液混合流量控制装置6采用喷嘴63结构设计：通过改变喷嘴63大小，实现对不同层段蒸汽注入量的初步控制；采用叶轮64结构设计：在蒸汽的流动作用下，以自调节方式使注入蒸汽的汽液相充分混合，对经过初步控制的蒸汽进行均匀注入；采用盖板62保护结构设计：使高温、高压蒸汽流不会直接对油井完井井壁中套管或筛管5造成硬性伤害，能对油井起到保护作用；采用偏心结构设计：在保证注汽通道大小的前提下，保证了整体管柱尺寸符合要求。本装置体积小、重量轻，施工方便，在井底工作中性能可靠，能够满足下得去、提得出的要求。

本发明实施例中还提供一种水平井分层蒸汽均匀注入方法，所述方法包括：

建立管柱，所述管柱包括：设置在水平油管中的多个组合机构，每个所述组合机构两侧均设置有自控汽液混合流量控制装置6，所述组合机构包括依次连接的蒸汽伞3和扶正器4，其中，所述扶正器4设置在所述水平油管靠近末端一侧，所述蒸汽伞3设置在所述水平油管远离末端一侧；

通过所述管柱将蒸汽注入地层，完成所述水平井分层蒸汽均匀注入。

具体的，通过所述蒸汽伞3将所述水平油管封隔成不同注汽层段；通过所述自控汽液混合流量控制装置6将蒸汽分层均匀注入，所述自控汽液混合流量控制装置6包括主体61和设置在所述主体61内的喷嘴63和叶轮64；通过所述喷嘴63控制蒸汽注入量，通过所述叶轮64充分混合注入蒸汽的汽液相，分层均匀注入蒸汽。

本发明的水平井分层蒸汽均匀注入管柱及方法，可以改变注入地层蒸汽的流动方向，实现蒸汽均匀注入地层，达到均匀动用油层的目的。应用自控汽液混合流量控制装置，以自调节方式使注入蒸汽的汽液相充分混合，对经过初步控制的蒸汽进行均匀注入，同时可以改变高温、高压蒸汽流的方向，避免对油井完井井壁中套管或筛管造成硬性伤害，偏心结构设计，在保证注汽通道大小的前提下，保证了整体管柱尺寸符合要求。本发明利用蒸汽伞及扶正器将需要注汽层段分割开来，蒸汽伞随注汽温度密封，停注时解封。该管柱主要针对水平井段物性差异较大，注汽时需要使用蒸汽伞降各水平井段分开，实现水平井分层蒸汽均匀注入。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。