一种稠油热采注汽装置和方法

技术领域

本发明涉及稠油热采技术领域，尤其是涉及一种稠油热采注汽装置和方法。

背景技术

稠油是沥青质和胶质含量较高、粘度较大的原油。世界上稠油资源极为丰富，稠油、超稠油、油砂和沥青大约占全球石油资源总量的70％。全球稠油地质储量约为8150亿吨。我国目前已在12个盆地发现了70多个稠油油田，探明储量40亿吨。储量最多的是辽河油田，然后依次是胜利油田、克拉玛依油田和河南油田。海上稠油集中分布在渤海地区，渤海已探明原油地质储量45亿立方米，其中62％为稠油。

稠油黏度大、流动性差，给整个开发和炼化过程都带来很多困难。在开采阶段，在流动性差，稠油一般无法自喷。对于原油输送时，高黏度的稠油输送必须借助大功率且性能稳定的泵送设备。就炼化工艺而言，为了将稠油转化为燃料油，需要加入大量的氢气进行裂化反应；渣油、硫、氮以及金属元素等还会大大增加炼化工艺的难度。

研究发现，稠油的黏度对温度十分敏感，温度每升高10℃，黏度往往会下降一半。因此专家们提出了人工加热油层的方法，这也成为了后来行业开发稠油的主要思路。蒸汽吞吐法就是其中之一，通过向井筒内注入高温蒸汽加热油藏，提搞稠油流动性，具体步骤为：①地面上的蒸汽发生器产生的蒸汽经由井筒注入到油层中；②焖井，通常2～5天；③开井生产。要根据井深、油层性质、黏度等因素来确定蒸汽注入量以及焖井时间。

由于需要注入高温高压的蒸汽(温度高达350℃、压力最高达17兆帕斯卡)，蒸汽吞吐需要采用特殊的材料、装备和工艺，生产井普遍使用大套管(一般7寸以上，套管的壁厚一般要大于9毫米)。目前国内80％的稠油热采产量是靠蒸汽吞吐工艺获取。辽河油田高三区油井首次进行蒸汽吞吐试验时，累计注汽980吨，自喷58天，产油780吨。

蒸汽吞吐的劣势是；蒸汽冷热周期变化对井筒的损害较大，同时，由于与国外稠油油田相比，我国的稠油埋藏深(集中在1000～1500米)，因此，地面上的蒸汽发生器产生的蒸汽需要经过长距离的井筒输送后，才能到达目标注气层段，在此过程中，会消耗大量的热能，同时，整个井筒都需要采用特殊材料制成的井筒，生产成本较高。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种稠油热采注汽装置和方法，用以解决现有的蒸汽吞吐工艺需要地面上的蒸汽发生器产生的蒸汽需要经过长距离的井筒输送后，才能到达目标注气层段，导致热量大量损失、井筒易受损且生产成本较高的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种稠油热采注汽装置，包括第一封堵件、第二封堵件及蒸汽生成机构；

所述第一封堵件用于塞设于井筒内；

所述第二封堵件用于塞设于井筒内、并位于所述第一封堵件的上方，所述第二封堵件上开设有进气口；

所述蒸汽生成机构包括壳体、若干个隔板、注水管、若干个水阀、注空气管、若干个空气阀、注燃气管、若干个燃气阀、蒸汽管及点火件，所述壳体具有一圆柱形的容纳腔，各个所述隔板均沿所述壳体的长度方向布置于所述容纳腔内，以将所述容纳腔沿长度方向分隔成若干个依次间隔布置的蒸发腔及燃烧腔，所述注水管用于与水源连通，所述注水管上开设有若干个注水口，所述注水口一一对应设置于各个所述蒸发腔内，所述水阀一一对应设置于各个所述注水口上，所述注空气管用于与空压机的出口连通，所述注空气管上开设有若干个进空气口，所述进空气口一一对应设置于各个所述燃烧腔内，所述空气阀一一对应设置于各个所述进空气口上，所述注燃气管用于与燃气源连通，所述注燃气管上开设有若干个进燃气口，所述进燃气口一一对应设置于各个所述燃烧腔内，所述燃气阀一一对应设置于各个所述进燃气口上，所述蒸汽管的一端与各个所述蒸发腔均连通，所述蒸汽管的另一端用于与所述进气口连通，所述点火件的个数与所述燃烧腔的数量相同、并一一对应，各个所述点火件均设置于对应的所述燃烧腔内。

在一些实施例中，所述第一封堵件包括第一封堵块、第一气囊及第一气泵，所述第一封堵块用于设置于井筒内，所述第一封堵块的侧壁上开设有第一安装槽，所述第一气囊内置于所述第一安装槽内，所述第一气泵与所述第一气囊连通。

在一些实施例中，所述壳体的下端还形成有蒸汽腔，所述壳体的下端面上开设有与所述蒸汽腔连通的出蒸汽接头，所述蒸汽管的一端与各个所述蒸发腔均连通，所述蒸汽管的另一端与所述蒸汽腔连通，所述出蒸汽接头用于与所述进气口连通。

在一些实施例中，所述第二封堵件包括第二封堵块、第二气囊及第二气泵，所述第二封堵块用于设置于井筒内，所述进气口开设于所述第二封堵块上，所述第二封堵块的侧壁上开设有第二安装槽，所述第二气囊内置于所述第二安装槽内，所述第二气泵与所述第二气囊连通。

在一些实施例中，所述第二封堵件还包括进气接头及到位检测件，所述进气接头固定于所述进气口的进气端、并与所述出蒸汽接头相配合，所述到位检测件包括第一极板、第二极板、弹性件及报警件，所述第一极板固定于所述第二封堵块上，所述第二极板位于所述第一极板的上方，所述弹性件的一端与所述第一极板固定连接，所述弹性件的另一端与所述第二极板固定连接，所述报警件与所述第一极板及所述第二极板均电连接，当所述第一极板与所述第二极板抵接时，所述报警件发出警报信号。

在一些实施例中，所述第二封堵件还包括出气接头，所述出气接头固定于所述进气口的出气端。

在一些实施例中，各个所述蒸发腔内均设置有液位检测件。

本发明还提供了一种稠油热采注气方法，适用于所述的稠油热采注汽装置，包括如下步骤：

S1、对需要进行稠油开采的目标层段进行射孔作业；

S2、将第一封堵件下入井筒内，并使其封堵于目标层段的下方；

S3、将第二封堵件下入井筒内，并使其封堵于目标层段的上方；

S4、将蒸汽生成机构下入井筒内，并使蒸汽生成机构的蒸汽管与第二封堵件的进气口连通，使注水管的上端与地面上的水源连通，使注燃气管的上端与地面上的燃气源连通，使注空气管的上端与地面上的空压机的出口连通；

S5、开启各个水阀、空气阀及燃气阀，使水经由注水管进入各个蒸发腔内，使燃气及空气进入各个燃烧腔内，同时通过各个点火件进行点火，从而使各个燃烧腔内的燃气燃烧，燃烧的产生的热量可对相邻的蒸发腔内的水进行加热，使水蒸发，各个蒸发腔内产生的蒸汽经由蒸汽管及进气口进入井筒内第一封堵件与第二封堵件之间，再注入目标层段内。

与现有技术相比，本发明提出的技术方案的有益效果如下：

(1)通过第一封堵件及第二封堵件塞设于井筒内目标层段的上下两端，将蒸汽生成机构下入井筒内，蒸汽生成机构产生的蒸汽注入第一封堵件与第二封堵件之间的井筒段，再进入目标层段内，由于蒸汽生成机构位于井筒内，从而其产生的蒸汽不需要经过长距离的运输就可以直接注入目标层段内，这样既能减少热量在运输过程中的损失，也能避免井筒因冷热交替而损坏，同时，井筒也不需要采用特殊材料制成，降低了生产成本；

(2)本发明通过在圆柱形的壳体内沿长度方向依次间隔布置若干个蒸发腔及燃烧腔，从而使蒸发腔与燃烧腔相互错开布置，以便于蒸发腔与燃烧腔的换热，从而一方面可提高燃烧腔内燃烧产生的热量的利用效率，同时多蒸发腔与多燃烧腔的布置方式也克服了现有的蒸汽发生器体积较大、无法下入井筒内的缺陷。

附图说明

图1是本发明提供的稠油热采注汽装置的一实施例的结构示意图；

图2是图1中的蒸汽生成机构的剖面结构示意图；

图3是图2中的蒸汽生成机构的结构示意图；

图4是图1中的第一封堵件的立体结构示意图；

图5是图4中的第一封堵件的结构示意图；

图6是图1中的第二封堵件的立体结构示意图；

图7是图6中的第二封堵件的结构示意图；

图中：1-第一封堵件、11-第一封堵块、111-第一安装槽、12-第一气囊、13-第一气泵、2-第二封堵件、21-第二封堵块、211-进气口、212-第二安装槽、213-出气接头、22-第二气囊、23-第二气泵、24-进气接头、25-到位检测件、251-第一极板、252-第二极板、253-弹性件、3-蒸汽生成机构、31-壳体、311-蒸发腔、312-燃烧腔、313-蒸汽腔、314-出蒸汽接头、32-隔板、33-注水管、331-水阀、34-注空气管、341-空气阀、35-注燃气管、351-燃气阀、36-蒸汽管、361-开口、37-点火件、4-井筒、S1-第一层段、S2-第二层段、S3-第三层段、S4-目标层段、S5-第五层段。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

请参照图1-图7，本发明提供了一种稠油热采注汽装置和稠油热采方法，包括第一封堵件1、第二封堵件2及蒸汽生成机构3。

所述第一封堵件1用于塞设于井筒4内。所述第二封堵件2用于塞设于井筒4内、并位于所述第一封堵件1的上方，所述第二封堵件2上开设有进气口211。

所述蒸汽生成机构3包括壳体31、若干个隔板32、注水管33、若干个水阀331、注空气管34、若干个空气阀341、注燃气管35、若干个燃气阀351、蒸汽管36及点火件37，所述壳体31具有一圆柱形的容纳腔，壳体31采用隔热材料制成，各个所述隔板32均沿所述壳体31的长度方向布置于所述容纳腔内，以将所述容纳腔沿长度方向分隔成若干个依次间隔布置的蒸发腔311及燃烧腔312(即从上至下，按蒸发腔311、燃烧腔312、蒸发腔311、燃烧腔312……的顺序依次布置，从而使蒸发腔311与燃烧腔312相互错开布置，以便于蒸发腔311与燃烧腔312的换热)，隔板32采用导热性良好的材料制成，从而便于蒸发腔311与相邻的燃烧腔312换热。

所述注水管33用于与水源(带压水源，如自来水管)连通，所述注水管33上开设有若干个注水口，所述注水口一一对应设置于各个所述蒸发腔311内，所述水阀331一一对应设置于各个所述注水口上，所述注空气管34用于与空压机(未示出)的出口连通，所述注空气管34上开设有若干个进空气口，所述进空气口一一对应设置于各个所述燃烧腔312内，所述空气阀341一一对应设置于各个所述进空气口上，所述注燃气管35用于与燃气源(如天然气管道)连通，所述注燃气管35上开设有若干个进燃气口，所述进燃气口一一对应设置于各个所述燃烧腔312内，所述燃气阀351一一对应设置于各个所述进燃气口上，所述蒸汽管36的一端与各个所述蒸发腔311均连通，所述蒸汽管36的另一端用于与所述进气口211连通，具体来说，蒸汽管36开设有若干个开口361，各个开口361与各个蒸发腔311一一对应，从而便于蒸汽经由开口361进入蒸汽管36内，所述点火件37的个数与所述燃烧腔312的数量相同、并一一对应，各个所述点火件37均设置于对应的所述燃烧腔312内。应当理解，为了便于排出燃烧腔312内燃烧产生的废气，蒸汽生成机构3还包括排气管(未示出)，排气管的下端与各个燃烧腔312均连通，排气管的上端延伸到地面。

在使用时，假设地层从上至下依次为第一层段S1、第二层段S2、第三层段S3、第四层段(即目标层段S4)及第五层段S5，首先对需要进行稠油开采的目标层段S4进行射孔作业，再将第一封堵件1下入井筒4内，并使其封堵于目标层段S4的下方；将第二封堵件2下入井筒内，并使其封堵于目标层段S4的上方；将蒸汽生成机构3下入井筒4内，并使蒸汽生成机构3的蒸汽管36与第二封堵件2的进气口211连通，使注水管33的上端与地面上的水源连通，使注燃气管35的上端与地面上的燃气源连通，使注空气管34的上端与地面上的空压机的出口连通；开启各个水阀331、空气阀341及燃气阀351，使水经由注水管33进入各个蒸发腔311内，使燃气及空气进入各个燃烧腔312内，同时通过各个点火件37进行点火，从而使各个燃烧腔312内的燃气燃烧，燃烧的产生的热量可对相邻的蒸发腔311内的水进行加热，使水转化为蒸汽，各个蒸发腔311内产生的蒸汽经由蒸汽管36及进气口211进入井筒4内第一封堵件与第二封堵件之间，再注入目标层段S4内。

本发明的有益效果如下：

(1)通过第一封堵件1及第二封堵件2塞设于井筒4内目标层段S4的上下两端，将蒸汽生成机构3下入井筒4内，蒸汽生成机构3产生的蒸汽注入第一封堵件1与第二封堵件2之间的井筒段，再进入目标层段S4内，由于蒸汽生成机构3位于井筒4内，从而其产生的蒸汽不需要经过长距离的运输就可以直接注入目标层段S4内，这样既能减少热量在运输过程中的损失，也能避免井筒4因冷热交替而损坏，同时，井筒4也不需要采用特殊材料制成，降低了生产成本；

(2)本发明通过在圆柱形的壳体31内沿长度方向依次间隔布置若干个蒸发腔311及燃烧腔312，从而使蒸发腔311与燃烧腔312相互错开布置，以便于蒸发腔311与燃烧腔312的换热，从而一方面可提高燃烧腔312内燃烧产生的热量的利用效率，同时多蒸发腔311与多燃烧腔312的布置方式也克服了现有的蒸汽发生器体积较大、无法下入井筒4内的缺陷。

为了具体实现第一封堵件1的功能，请参照图1、图4和图5，在一优选的实施例中，所述第一封堵件1包括第一封堵块11、第一气囊12及第一气泵13，所述第一封堵块11用于设置于井筒4内，所述第一封堵块11的侧壁上开设有第一安装槽111，所述第一气囊12内置于所述第一安装槽111内，所述第一气泵13与所述第一气囊12连通，在使用时，通过钻杆将第一封堵块11下入到目标地层的下方，再通过第一气泵13向第一气囊12内注气，从而使第一气囊12膨胀并封堵于井筒4内。

为了便于实现蒸汽管36与进气口211的连通，请参照图1-图3，在一优选的实施例中，所述壳体31的下端还形成有蒸汽腔313，所述壳体31的下端面上开设有与所述蒸汽腔313连通的出蒸汽接头314，所述蒸汽管36的一端与各个所述蒸发腔311均连通，所述蒸汽管36的另一端与所述蒸汽腔313连通，所述出蒸汽接头314用于与所述进气口211连通，在使用时，只需要将壳体31下入到井筒4内、并使出蒸汽接头314与第二封堵块21上的进气口211对接即可实现蒸汽管36与进气口211的连通。

为了具体实现第二封堵件2的功能，请参照图1、图6和图7，在一优选的实施例中，所述第二封堵件2包括第二封堵块21、第二气囊22及第二气泵23，所述第二封堵块21用于设置于井筒4内，所述进气口211开设于所述第二封堵块21上，所述第二封堵块21的侧壁上开设有第二安装槽212，所述第二气囊22内置于所述第二安装槽212内，所述第二气泵23与所述第二气囊22连通，在使用时，通过钻杆将第二封堵块21下入到目标地层的上方，再通过第二气泵23向第二气囊22内注气，从而使第二气囊22膨胀并封堵于井筒4内。

为了便于检测出蒸汽接头314是否与进气口211对接到位，请参照图1、图2、图6和图7，在一优选的实施例中，所述第二封堵件2还包括进气接头24及到位检测件25，所述进气接头24固定于所述进气口211的进气端、并与所述出蒸汽接头相配合，所述到位检测件25包括第一极板251、第二极板252、弹性件253及报警件(未示出)，所述第一极板251固定于所述第二封堵块21上，所述第二极板252位于所述第一极板251的上方，所述弹性件253的一端与所述第一极板251固定连接，所述弹性件253的另一端与所述第二极板252固定连接，所述报警件与所述第一极板251及所述第二极板252均电连接，当所述第一极板251与所述第二极板252抵接时，所述报警件发出警报信号。在下入壳体31时，当出蒸汽接头314进入进气接头24内后，会与第二极板252抵接，之后压动第二极板252向下移动，当第一极板251与所述第二极板252抵接时，报警件发出警报信号，表明出蒸汽接头314进入进气接头24对接完毕，从而停止壳体31的下入。

为了便于排出蒸汽，请参照图1、图6和图7，在一优选的实施例中，所述第二封堵件21还包括出气接头213，所述出气接头213固定于所述进气口211的出气端。

为了防止蒸发腔311内发生空烧或漫水的情况，请参照图1-图3，在一优选的实施例中，各个所述蒸发腔311内均设置有液位检测件(未示出)，当液位检测件到蒸发腔311内的水位低于预设水位时，则相应的水阀331开启，当液位检测件到蒸发腔311内的水位高于预设水位时，则相应的水阀331关闭，从而可使蒸发腔311内的水位始终保持在预设水位，以防止发生空烧或漫水的情况。

本发明还提供了一种稠油热采注气方法，适用于所述的稠油热采注汽装置，包括如下步骤：

S1、对需要进行稠油开采的目标层段S4进行射孔作业；

S2、将第一封堵件1下入井筒4内，并使其封堵于目标层段S4的下方；

S3、将第二封堵件2下入井筒4内，并使其封堵于目标层段S4的上方；

S4、将蒸汽生成机构3下入井筒4内，并使蒸汽生成机构3的蒸汽管36与第二封堵件2的进气口211连通，使注水管33的上端与地面上的水源连通，使注燃气管35的上端与地面上的燃气源连通，使注空气管34的上端与地面上的空压机的出口连通；

S5、开启各个水阀331、空气阀341及燃气阀351，使水经由注水管33进入各个蒸发腔311内，使燃气及空气进入各个燃烧腔312内，同时通过各个点火件37进行点火，从而使各个燃烧腔312内的燃气燃烧，燃烧的产生的热量可对相邻的蒸发腔311内的水进行加热，使水蒸发，各个蒸发腔311内产生的蒸汽经由蒸汽管36及进气口211进入井筒4内第一封堵件1与第二封堵件2之间，再注入目标层段S4内。

综上所述，本发明的有益效果如下：

(1)通过第一封堵件1及第二封堵件2塞设于井筒4内目标层段S4的上下两端，将蒸汽生成机构3下入井筒4内，蒸汽生成机构3产生的蒸汽注入第一封堵件1与第二封堵件2之间的井筒段，再进入目标层段S4内，由于蒸汽生成机构3位于井筒4内，从而其产生的蒸汽不需要经过长距离的运输就可以直接注入目标层段S4内，这样既能减少热量在运输过程中的损失，也能避免井筒4因冷热交替而损坏，同时，井筒4也不需要采用特殊材料制成，降低了生产成本；

(2)本发明通过在圆柱形的壳体31内沿长度方向依次间隔布置若干个蒸发腔311及燃烧腔312，从而使蒸发腔311与燃烧腔312相互错开布置，以便于蒸发腔311与燃烧腔312的换热，从而一方面可提高燃烧腔312内燃烧产生的热量的利用效率，同时多蒸发腔311与多燃烧腔312的布置方式也克服了现有的蒸汽发生器体积较大、无法下入井筒4内的缺陷；

(3)通过在第二封堵块21上设置到位检测件25，可检测出蒸汽接头314是否与进气口211对接到位，从而可便于下入蒸汽生成机构3，大大提高了稠油热采注汽装置的使用便利度。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。