CN106555574B - 防砂、注汽一体化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油田用油气注汽开采装置，特别是一种防砂、注汽一体化装置。本发明还涉及使用这种防砂、注汽一体化装置实现防砂、注汽的方法。本发明公开的防砂、注汽一体化装置，由第一隔热油管、隔热井下补偿器、第二隔热油管、注汽单流阀、封隔装置、插管密封装置以及至少一个防砂注汽单元依次连接而成，通过将防砂装置、注汽装置一体化的设计，实现了一套管柱能同时起到防砂、注汽效果，简化了工艺程序，避免了复杂情况的发生，有效提高了防砂与注汽效果。

Description

防砂、注汽一体化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种油田用油气注汽开采装置，特别是一种防砂、注汽一体化装置。本发明还涉及使用这种防砂、注汽一体化装置实现防砂、注汽的方法。

背景技术

目前胜利油田稠油油藏注蒸汽热采过程中，笼统注汽开采方式占到了96%以上，受多薄层稠油油藏层间非均质性的影响，垂向吸汽剖面普遍暴露出不均匀的问题，油层吸汽厚度仅占总厚度的30%-50%，储层之间矛盾突出，严重影响了油藏的动用程度。

在目前的稠油井的开发过程中，在注汽前先进行防砂，防砂后采用下入封隔器将油层段防砂管柱与套管环形空间充填砾石砂体进行密封，再下常规的注汽管柱进行注汽，上述工艺不仅措施复杂，而且不能实现防砂、注汽一体化，并且在注汽过程中，由于注入的高温水蒸气与套管段直接接触，伤害套管，并造成大量热能损失。而在注汽过程中，现有技术中主要通过采用特定结构的配汽嘴在一定程度上实现蒸汽流量和干度的控制，现场中比较常用的有三种工艺方式：分层定量注汽工艺、单管分层配汽工艺和同心管分层注汽工艺。分层定量注汽工艺通过分注阀先注一个单元，达到注汽量后再投球封闭该注汽通道，改注另一单元，由于该工艺方式各注汽单元的注汽量是固定的，不需要通过机械或孔道的大小进行控制或调整；同心管分层注汽工艺井口采用双悬挂，井下通过悬挂密封器和分层注汽封隔器将两段油层分隔开，内管与外管之间通过伸缩式滑动密封实现分层注汽，蒸汽从地面的两个通道分别进入内管和外管，通过地面分配流程实现两注汽通道的蒸汽流量控制；目前成熟的单管分层配汽工艺在同一井段内将油层分隔成2-3个以上的独立注汽单元，一次注汽中同时对其进行分层配汽，并根据各油层的不同特性按照设计比例配汽，达到了分层注汽的要求。

因此，在现有的防砂、注汽工艺中，防砂、注汽工艺复杂，并且由于采用双管柱的管柱结构易造成各层之间的蒸汽干度分配不均衡的问题，分配到各油层的蒸汽热焓比与蒸汽流量比不一致，造成蒸汽的热焓得不到有效的分配和利用，此外，注汽过程中热量损失严重，易伤害套管等，这些问题已成为防砂、配汽工艺中急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种防砂、注汽一体化装置。通过本发明的一体化装置，在稠油开采过程中能实现一套管柱同时实现防砂及注汽功能，并且能实现单管等干度注汽，特别适合与多油层注汽开采。本发明还涉及使用这种防砂、注汽一体化装置进行防砂、注汽的方法。

根据本发明的第一方面，提出了一种防砂、注汽一体化装置，该一体化装置由第一隔热油管、隔热井下补偿器、第二隔热油管、注汽单流阀、封隔装置、插管密封装置以及至少一个防砂注汽单元依次连接而成，其中，防砂注汽单元包括双联接头、外防砂装置及内注汽装置，内注汽装置位于外防砂装置的内腔，外防砂装置与双联接头下端部的外螺纹相连接，外防砂装置为筛网式滤砂管；内注汽装置由蒸汽分配器与蒸汽配注器依次连接而成，蒸汽分配器上端部与双联接头下端部的内螺纹相连，蒸汽分配器的下端部与蒸汽配注器相连。

作为本发明的一种改进，该一体化装置包括多个防砂注汽单元，相邻的所述防砂注汽单元之间连接有长效汽驱密封器，将不同的油层相分隔密封；封隔装置为蒸汽驱封隔器。

该一体化装置还包含有安全接头，该安全接头一端与插管密封装置相连，其另一端与双联接头相连；第二隔热油管与注汽单流阀之间通过长效汽驱密封器连接。

隔热井下补偿器包括内滑管以及套设在该内滑管外侧的第一密封室，内滑管与第一密封室之间设置有第一密封总成，第一密封室的上端还设置有第一压帽，用以提高第一密封室的密封效果；该隔热井下补偿器还包括与第一密封室的下端相连接的隔热外管，该隔热井下补偿器两端均设置有变扣接头。

作为本发明的又一种改进，长效汽驱密封器包括中空的中心管，该中心管的外壁上设置有密封部件，该密封部件的外壁上围设有热敏双金属，该热敏双金属的外壁上围设有耐高温胶筒。

该密封部件包括第二密封室、第二密封总成以及第二压帽，该第二密封室套设在中心管的外壁，第二密封总成设置在中心管与第二密封室之间，该第二密封总成上端由第二压帽固定。

耐高温胶筒的上下两端分别设置有上档环与下档环，该下档环的下端部设置有销钉，通过该销钉，将下档环、第二密封室及中心管连接在一起；下档环的下方、中心管的外壁上设置有防撞环。

作为本发明的又一种改进，蒸汽分配器由整流器、管内相分隔装置、注汽支管连接而成；管内相分隔装置内腔设置有以内腔轴线为轴的隔板，该隔板的两端线与所述管内相分隔装置的内腔密封贴合，将所述管内相分隔装置的内腔分隔成两部分内腔，其中一部分内腔与所述蒸汽配注器相连通，可直接对油层注汽，另一部分内腔与注汽支管相连，将蒸汽引入下一个油层。

作为本发明的再一种改进，整流器内腔设置旋流片，该旋流片呈螺旋状分布；所述蒸汽配注器内腔设置为锥形扩散面。

根据本发明的第二方面，提出了使用根据上文所述的防砂、注汽一体化装置进行防砂、注汽的方法，包括以下步骤：

步骤一：地填化学防砂。

首先，下入注砂管柱，向油层均匀地加入高温覆膜砂；

注砂后，通过注砂管柱向井下正顶替油田水，将管柱中的高温覆膜砂完全顶替出注砂管柱，起出注砂管柱，关井候凝；

下入钻塞管柱，钻塞，进行反洗井至出液干净，起出钻塞管柱；

最后，下入刮管管柱，进行通井验套、刮管、洗井，至出液干净，起出刮管管柱。

步骤二：组装、下入防砂、注汽一体化装置。

根据需要注汽油层的层数选择相同数量的防砂注汽单元；

对防砂、注汽一体化装置进行连接固定，多个防砂注汽单元之间通过长效汽驱密封器进行连接；

组装好后，将防砂、注汽一体化装置下入井下，使得防砂注汽单元的位置与需要注汽的油层的位置相对应。

步骤三：向环空注氮。

通过套管阀门向油套环空注入氮气，将环空液体顶替出油套环空，在减少工具结垢的同时，进一步提高隔热效果。

步骤四：分层等干度注汽。

连接地面注汽管线，开炉注汽，蒸汽由地面输汽管线进入防砂、注汽一体化装置，所述长效汽驱密封器随着注汽管柱的温度升高而逐渐胀封，进而实现油层间封隔密封，通过井下蒸汽分配器实现蒸汽干度分配相等，进一步通过所述蒸汽配注器对相应油层进行蒸汽注入，从而实现单管等干度分层防砂注汽。

与现有技术相比，本发明的优点在于，通过将防砂装置、注汽装置一体化的设计，实现了一套管柱能同时起到防砂、注汽效果，简化了工艺程序，避免了复杂情况的发生；同时，通过分配器与配注器的配合使用，能够实现单管分层防砂、等干度注汽，保证分配到各油层的蒸汽热焓比与蒸汽流量比保持一致，此外，通过蒸汽驱封隔器、长效汽驱密封器、插管密封装置及隔热井下补偿器的联合使用，提高了管柱的热密封效果及热利用率，避免了热损失，也减轻了蒸汽对套管的伤害，从而有效提高了防砂与注汽效果。

附图说明

图1为本发明的防砂、注汽一体化装置示意图；

图2为图1的隔热井下补偿器的半剖视图；

图3为图1的蒸汽驱封隔器的半剖视图；

图4为图1的插管密封装置的半剖视图。

图5为图1的蒸汽分配器与蒸汽配注器连接后的示意图。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

图1为本发明的防砂、注汽一体化装置示意图。防砂、注汽一体化装置由第一隔热油管1、隔热井下补偿器2、第二隔热油管3、长效汽驱密封器4、注汽单流阀5、蒸汽驱封隔器6、插管密封装置7、安全接头8以及防砂注汽单元9依次连接而成，防砂注汽单元9包括双联接头91、筛网式滤砂管92及内注汽装置，内注汽装置位于筛网式滤砂管92的内腔，筛网式滤砂管92与双联接头91下端部的外螺纹相连接；内注汽装置由蒸汽分配器93与蒸汽配注器94依次连接而成，蒸汽分配器93上端部与双联接头91下端部的内螺纹相连，蒸汽分配93器的下端部与蒸汽配注器94相连。相邻防砂注汽单元9之间连接有长效汽驱密封器4，将不同的油层相分隔密封；安全接头一端与插管密封装置相连，其另一端与双联接头相连。

从图2可知，隔热井下补偿器2包括内滑管22，其上端连接有上变扣接头21，与隔热油管1连接，其下端连接有挡环27；第一密封室25，其套设在内滑管22的外侧，内滑管22与第一密封室25之间设有第一密封总成24，第一压帽23，其连接在第一密封室25的上端，并围设在内滑管22的外壁上，用以固定第一密封总成24，以提高第一密封室25的密封效果；隔热外管26，其上端与第一密封室25下端相连接，其下端连接有下变扣接头28，与第二隔热油管3连接。

长效汽驱密封器包括中空的中心管，该中心管的外壁上设置有密封部件，该密封部件的外壁上围设有热敏双金属，该热敏双金属的外壁上围设有耐高温胶筒。在一个优选的实施例中，密封部件包括第二密封室、第二密封总成以及第二压帽，该第二密封室套设在中心管的外壁，第二密封总成设置在中心管与第二密封室之间，第二密封总成上端由第二压帽固定。耐高温胶筒的上下两端分别设置有上档环与下档环，该下档环的下端部设置有销钉，通过该销钉，将下档环、第二密封室及中心管连接在一起，束缚耐高温胶筒的径向位移。下档环的下方、中心管的外壁上设置有防撞环。中心管的上端连接有接头。

从图3可知，蒸汽驱封隔器6包括上接头61、销钉62、密封圈63、坐封活塞64、内中心管65、缸套66、传力套67、锁环68、打捞头69、外套610、解封套611、剪钉612、封隔件上挡环613、套筒614、封隔件615、封隔件下挡环616、上锥体617、卡瓦罩618、卡瓦619、中心管620、锁爪621、滑套622、下接头623。座封：蒸汽驱封隔器6下到预定位置后，向油管中投入钢球，当液压传到封隔器的液压座封部分时，座封部分在液体压力的作用下，推动传力套67向下运动，传力套67通过封隔件上挡环613和套筒614，首先剪断座封剪钉6121，然后推动封隔器的上锥体617和封隔件615向下运动，两锥体间的距离缩小，卡瓦619张开，支撑在套管壁上。传力套67继续向下运动，剪断座封6122，推动封隔件上挡环613压缩封隔件615，使封隔件615的外径扩大，封隔油套环形空间。同时锁紧机构将封隔件615和卡瓦619锁紧，座封完毕。继续打压，剪断液压丢手部分的销钉，座封滑套622推动支撑环向下移动，使锁爪621失去内支撑，当上提管柱时，锁爪621缩进封隔器的中心管65内，因而使封隔器6的液压座封部分和内中心管65与封隔器6的本体脱离，实现丢手。如果升至设计压力，而封隔器没有丢手，则正转管柱，利用封隔器的强制丢手部分使封隔器强制丢手。解封：将打捞工具下入井中，捞住封隔器的打捞头69后，上提管柱，剪断解封销钉，继续上提管柱，解封套611开始向上移动，撑开锁环68，使锁紧机构失去作用，再上提管柱，解封套带动传力套67和封隔件上挡环613将封隔件615释放；然后封隔件上挡环613、套筒614带动上锥体617向上移动，两锥体间的距离扩大，卡瓦619在弹簧力的作用下缩回，封隔器6被释放，实现解封。

从图4可知，插管密封装置7包括插管72，其上端连接有扶正器71，与注汽单流阀5连接；密封室74，其套设在所述插管72的下端，所述插管72与所述密封室74之间设有密封总成75，所述密封总成75的上端通过压帽73固定，其连接在所述密封室74的上端，压帽73上端有变扣接头，与蒸汽驱封隔器6连接；所述密封室74下端有变扣接头，与安全接头8连接。

从图5所示：蒸汽分配器93包括整流器931，整流器931下端连接有管内相分隔装置932，管内相分隔器932内腔设置有以内腔轴线为轴的隔板933，该隔板933的两端线与管内相分隔装置932的内腔表面密封贴合，将管内相分隔装置932的内腔分隔成两部分内腔，其中一部分内腔与蒸汽配注器94相连接，可直接对油层注汽，另一部分内腔与注汽支管934相连，将蒸汽引入下一个油层。整流器931内腔设置有旋流片，该旋流片呈螺旋状分布；蒸汽配注器内腔设置为锥形扩散面。

下面将根据图1-5来描述使用防砂、注汽一体化装置进行防砂、注汽的方法，其包括以下步骤：

步骤一：地填化学防砂。

首先，下入注砂管柱，向油层均匀地加入高温覆膜砂；

注砂后，通过注砂管柱向井下正顶替油田水，将管柱中的高温覆膜砂完全顶替出注砂管柱，起出注砂管柱，关井候凝；

下入钻塞管柱，钻塞，进行反洗井至出液干净，起出钻塞管柱；

最后，下入刮管管柱，进行通井验套、刮管、洗井，至出液干净，起出刮管管柱。

步骤二：组装、下入防砂、注汽一体化装置。

根据需要注汽油层的层数选择相同数量的防砂注汽单元9；

按照图1所示的结构，对防砂、注汽一体化装置进行连接固定，多个防砂注汽单元9之间通过长效汽驱密封器4进行连接；

组装好后，将防砂、注汽一体化装置下入井下，使得防砂注汽单元9的位置与需要注汽的油层的位置相对应。

步骤三：向环空注氮。

通过套管阀门向油套环空注入氮气，将环空液体顶替出油套环空，在减少工具结垢的同时，进一步提高隔热效果。

步骤四：分层等干度注汽。

连接地面注汽管线，开炉注汽，蒸汽由地面输汽管线进入防砂、注汽一体化装置，长效汽驱密封器4随着注汽管柱的温度升高而逐渐胀封，进而实现油层间封隔密封，通过蒸汽分配器93实现蒸汽干度分配相等，进一步通过蒸汽配注器对相应油层进行蒸汽注入，从而实现单管等干度分层防砂注汽。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (6)

1.防砂、注汽一体化装置，其特征在于：该一体化装置由第一隔热油管、隔热井下补偿器、第二隔热油管、注汽单流阀、封隔装置、插管密封装置以及至少一个防砂注汽单元依次连接而成，其中，所述的防砂注汽单元包括双联接头、外防砂装置及内注汽装置，所述内注汽装置位于所述外防砂装置的内腔，所述外防砂装置与所述双联接头下端部的外螺纹相连接，所述外防砂装置为筛网式滤砂管；所述内注汽装置由蒸汽分配器与蒸汽配注器依次连接而成，所述蒸汽分配器上端部与所述双联接头下端部的内螺纹相连，所述蒸汽分配器的下端部与所述蒸汽配注器相连；

该一体化装置包括多个防砂注汽单元，相邻的所述防砂注汽单元之间连接有长效汽驱密封器，将不同的油层相分隔密封；所述的封隔装置为蒸汽驱封隔器；该一体化装置还包含有安全接头，该安全接头一端与所述插管密封装置相连，其另一端与所述双联接头相连；所述第二隔热油管与所述注汽单流阀之间通过长效汽驱密封器连接；

所述的蒸汽分配器由整流器、管内相分隔装置、注汽支管连接而成；所述管内相分隔装置内腔设置有以内腔轴线为轴的隔板，该隔板的两端线与所述管内相分隔装置的内腔密封贴合，将所述管内相分隔装置的内腔分隔成两部分内腔，其中一部分内腔与所述蒸汽配注器相连通，可直接对油层注汽，另一部分内腔与所述注汽支管相连，将蒸汽引入下一个油层；

所述整流器内腔设置旋流片，该旋流片呈螺旋状分布；所述蒸汽配注器内腔设置为锥形扩散面。

2.如权利要求1所述的防砂、注汽一体化装置，其特征在于：所述的隔热井下补偿器包括内滑管以及套设在该内滑管外侧的第一密封室，所述内滑管与所述第一密封室之间设置有第一密封总成，所述第一密封室的上端还设置有第一压帽，用以提高所述第一密封室的密封效果；该隔热井下补偿器还包括与第一密封室的下端相连接的隔热外管，该隔热井下补偿器两端均设置有变扣接头。

3.如权利要求1所述的防砂、注汽一体化装置，其特征在于：所述的长效汽驱密封器包括中空的中心管，该中心管的外壁上设置有密封部件，该密封部件的外壁上围设有热敏双金属，该热敏双金属的外壁上围设有耐高温胶筒。

4.如权利要求3所述的防砂、注汽一体化装置，其特征在于，所述的密封部件包括第二密封室、第二密封总成以及第二压帽，该第二密封室套设在所述中心管的外壁，所述第二密封总成设置在所述中心管与所述第二密封室之间，该第二密封总成上端由第二压帽固定。

5.如权利要求3所述的防砂、注汽一体化装置，其特征在于：所述的耐高温胶筒的上下两端分别设置有上档环与下档环，该下档环的下端部设置有销钉，通过该销钉，将下档环、第二密封室及中心管连接在一起；所述下档环的下方、中心管的外壁上设置有防撞环。

6.一种使用权利要求1-5中任一项所述的防砂、注汽一体化装置进行防砂、注汽的方法，包括以下步骤：

步骤一：地填化学防砂；

首先，下入注砂管柱，向油层均匀地加入高温覆膜砂；

注砂后，通过注砂管柱向井下正顶替油田水，将管柱中的高温覆膜砂完全顶替出注砂管柱，起出注砂管柱，关井候凝；

下入钻塞管柱，钻塞，进行反洗井至出液干净，起出钻塞管柱；

最后，下入刮管管柱，进行通井验套、刮管、洗井，至出液干净，起出刮管管柱；

步骤二：组装、下入防砂、注汽一体化装置；

根据需要注汽油层的层数选择相同数量的防砂注汽单元；

对防砂、注汽一体化装置进行连接固定，多个防砂注汽单元之间通过长效汽驱密封器进行连接；

组装好后，将防砂、注汽一体化装置下入井下，使得防砂注汽单元的位置与需要注汽的油层的位置相对应；

步骤三：向环空注氮；

通过套管阀门向油套环空注入氮气，将环空液体顶替出油套环空，在减少工具结垢的同时，进一步提高隔热效果；

步骤四：分层等干度注汽；

连接地面注汽管线，开炉注汽，蒸汽由地面输汽管线进入防砂、注汽一体化装置，所述长效汽驱密封器随着注汽管柱的温度升高而逐渐胀封，进而实现油层间封隔密封，通过井下蒸汽分配器实现蒸汽干度分配相等，进一步通过所述蒸汽配注器对相应油层进行蒸汽注入，从而实现单管等干度分层防砂注汽。

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