一种海上稠油热采的井下热力发生装置及其应用

技术领域

本发明属于海上稠油热采技术领域，具体来说涉及一种海上稠油热采的井下热力发生装置及其应用。

背景技术

由于稠油具有粘度高、摩擦力大等特性，在储层和井筒内的流动阻力大，无法高效开采，并且受海上平台面积小、运输难等限制，海上稠油热采难度很大。目前主要采用的热采技术为蒸汽吞吐工艺，即在平台甲板发生蒸汽，再通过井筒传输注入油藏，但该技术存在如下问题：

1.完井要求高、作业中需要进行注采管柱替换作业，修井费用高；

2.热效率利用低，蒸汽从井口传递到井底的过程中发生大量热量损失，影响注热质量和稠油开采效果；

3.蒸汽吞吐作业是高温(370℃)高压(21MPa)作业，作业安全风险大。

因此需寻求一种海上稠油热采的井下热力发生装置，可以提高稠油采收率，保障井筒安全，降低作业成本，为稠油油田规模化热采开发奠定技术基础。

发明内容

本发明根据海上油田及井型特点，创新设计一种海上稠油热采的井下热力发生装置及其应用。本发明在不改变现有完井结构、不增加不占用海上油田现有空间的条件下，实现海上油田稠油热采开采的目标。该装置及方法可以应用于多种稠油热采技术，针对不同井况及需求实现多模式开采方式。同时该装置及方法包含井下安全控制和测试设备，在实现稠油热采的同时，保障稠油热采生产安全，并获取全井筒井下参数，为后期工艺方案优化提供技术支持。

本发明所采用的技术方案如下所述：

一种海上稠油热采的井下热力发生装置，该装置包括井下热力发生工艺管柱、安全控制系统和加热系统；

所述井下热力发生工艺管柱包括第一油管(3-1/2”)、电泵电缆、Y接头、油管短节、电泵机组、第二油管(2-7/8”)、电缆穿越Y接头、带孔管(2-7/8”)和引斜；

所述Y接头上部连接第一油管(3-1/2”)连接，所述油管短节上部与Y接头连接，下部与电泵机组连接，所述第二油管(2-7/8”)上部与Y接头连接，下部与电缆穿越Y接头连接，所述带孔管(2-7/8”)上部与电缆穿越Y接头连接，下部与引斜连接，所述电泵电缆下部与电泵机组连接。

所述安全控制系统包括安全阀液控管线、封隔器液控管线、安全阀、排气阀液控管线、排气阀和封隔器；

所述安全阀、封隔器均设置在第一油管(3-1/2”)上，所述安全阀位于封隔器上方，所述排气阀下部与封隔器连接，所述安全阀液控管线与安全阀连接，所述封隔器液控管线与封隔器连接，所述排气阀液控管线与排气阀连接。

所述加热系统中，导体与绝缘材料连接，所述三组绝缘材料相互接触并与外铠连接，所述三组绝缘材料与外铠连接中间放置有毛细管、光纤外铠和热电偶外铠，所述光纤外铠内放置光纤纤芯，所述热电偶外铠内放置热电偶丝。

一种海上稠油热采的井下热力发生装置在注热水稠油开采中的应用，通过井下电加热技术将地面注入的冷水加热成热水进行热水驱开采，并通过井下参数监测和安全控制系统保证作业安全。

一种海上稠油热采的井下热力发生装置在化学药剂辅助降粘中的应用，通过井下电加热技术对储层加热，符合化学药剂对温度要求以提高其活性和实现稠油开采，并通过井下参数监测技术实时观察井底生产情况，确保井筒作业安全。

一种海上稠油热采的井下热力发生装置在储层加热中的应用，通过调节地面控制柜输出功率(300～3000kw)控制井下电加热发生功率，直接对油藏储层进行加热，以提高储层和原油温度，降低粘度使其具备流动性，同时可启动电泵进行举升作业，实现井底热力发生与举升同步作业，并通过监测技术实时观察井底温度，避免原油结焦以及确保井筒作业安全。

本发明具有的优点和积极效果是：与原有技术相比，其优点是本方案实现了实现常规电泵举升、井下安全控制、水平段大功率热力发生、全井段温度监测、井下压力监测等多功能结合的管柱结构，可实现储层加热技术、注热水稠油开采技术技术、化学药剂辅助降粘技术，提高热量利用效率，降低作业成本，减少对完井、油管隔热性能要求；同时本发明满足海上安全要求，在井下设计安全控制系统和监测系统，可保障热采作业安全和后期工艺方案优化提供技术支持；该井下热力发生工艺可应用于储层加热技术、注热水稠油开采技术、化学药剂辅助降粘技术等多个方面。该方案的实施对渤海稠油规模化开发具有重大意义。

附图说明

附图1：本发明一种海上稠油热采的井下热力发生装置的结构示意图。

附图2：发明新型加热系统(功率300～3000kw)横截面示意图。

其中：A-1：第一油管，A-2：电泵电缆，A-3：Y接头，A-4：油管短节，A-5：电泵机组，A-6：第二油管，A-7：电缆穿越Y接头，A-8：带孔管，A-9：引斜，B-1：安全阀液控管线，B-2：封隔器液控管线，B-3：安全阀，B-4：排气阀液控管线，B-5：排气阀，B-6：封隔器，C：加热系统，C-1：电缆外铠，C-2：毛细管，C-3：绝缘材料，C-4：导体，C-5：热电偶外铠，C-6：热电偶丝，C-7：光纤外铠，C-8：光纤纤芯。

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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例

如附图1所示，一种海上稠油热采的井下热力发生装置，由井下热力发生工艺管柱A、安全控制系统B和加热系统C(功率300～3000kw)三部分组成。

所述井下热力发生工艺管柱A包括第一油管A-1(3-1/2”)、电泵电缆A-2、Y接头A-3、油管短节A-4、电泵机组A-5、第二油管A-6(2-7/8”)、电缆穿越Y接头A-7、带孔管A-8(2-7/8”)和引斜A-9；

所述Y接头A-3上部连接第一油管A-1(3-1/2”)连接，所述油管短节A-4上部与Y接头A-3连接，下部与电泵机组A-5连接，所述第二油管A-6(2-7/8”)上部与Y接头A-3连接，下部与电缆穿越Y接头A-7连接，所述带孔管A-8(2-7/8”)上部与电缆穿越Y接头A-7连接，下部与引斜A-9连接，所述电泵电缆A-2下部与电泵机组A-5连接。

所述安全控制系统B包括安全阀液控管线B-1、封隔器液控管线B-2、安全阀B-3、排气阀液控管线B-4、排气阀B-5和封隔器B-6；

所述安全阀B-3、封隔器B-6均设置在第一油管A-1(3-1/2”)上，所述安全阀B-3位于封隔器B-6上方，所述排气阀B-5下部与封隔器B-6连接，所述安全阀液控管线B-1与安全阀B-3连接，所述封隔器液控管线B-2与封隔器B-6连接，所述排气阀液控管线B-4与排气阀B-5连接。

所述加热系统其特征在于所述C-4导体与C-3绝缘材料连接，所述三组C-3绝缘材料相互接触并与C-1外铠连接，所述C-4三组绝缘材料与C-1外铠连接中间放置有C-2毛细管、C-7光纤外铠、C-5热电偶外铠，所述C-7光纤外铠内放置C-8光纤纤芯，所述C-5热电偶外铠内放置C-6热电偶丝。

本发明的工作原理：

在将本发明应用于注热水稠油开采技术时，由油管向地层注入低温水，同时通过地面控制柜调节井下热力发生装置的工作功率(300～3000kw)，将电能传递到井下后转化成热能，产生的热能将油管注入的常温水加热并流向地层深处流动，以提高地层温度降低稠油粘度，实现稠油开采的目的。与此同时通过电缆中集成的井下参数监测设备对井下温度、压力进行实时监测，当发生温度上返、压力升高等紧急事件时可通过地面打压，由液控管线控制安全阀、封隔器、排气阀关闭，以封堵油管通道、油套环空通道。

在将本发明应用于进行化学药剂辅助降粘技术时，由油管向地层注入化学药剂溶液，同时通过地面控制柜调节井下热力发生装置的工作功率(300～3000kw)，将电能传递到井下后转化成热能，产生的热能对油管注入的化学药剂溶液加热，使其温度升高到化学药剂最大活性。在化学药剂与地层稠油充分接触降粘后。与此同时通过电缆中集成的井下参数监测设备对井下温度、压力进行实时监测；当发生温度上返、压力升高等紧急事件时可通过地面打压，由液控管线控制安全阀、封隔器、排气阀关闭，以封堵油管通道、油套环空通道。

在将本发明应用于储层加热技术时，通过地面控制柜调节井下热力发生装置的工作功率(300～3000kw)，将电能经电缆传递到井下并转化成热能，通过热传导、热辐射等方式将热能传递给周围流体，通过流动和传递等方式逐步向地层深处传递热量，提高地层温度，降低稠油粘度，以实现稠油有效开采的目的。同时通过井下参数监测技术实时观察加热系统加热温度，当地层流体温度升高到原油结焦温度的80％时，调节地面控制柜输出功率以保持地层加热温度恒定。在满足地层加热条件后可开启电泵进行生产，实现井下热力发生与电泵举升同步作业。与此同时通过电缆中集成的井下参数监测设备对井下温度、压力进行实时监测，当发生温度上返、压力升高等紧急事件时可通过地面打压，由液控管线控制安全阀、封隔器、排气阀关闭，以封堵油管通道、油套环空通道。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。