CN107939339A - 油田专用空气源高温清蜡洗井装置及采用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种油田专用空气源高温清蜡洗井装置，包括油井***和高温水加热***；油井***包括内至外依次设置的套管、油管和抽油光杆以及连接在油管上端的防喷盒、密封连接在油管下端的抽油泵，油管与套管之间具有油套环形空间，油套环形空间的上端外部还具有连通油管的采油管道；高温水加热***包括进水管道、高温水管道以及出水温度范围为100℃～120℃的热泵，进水管道的两端分别连通水源和热泵的进水端，进水管道上设有增压泵，高温水管道的两端分别与热泵的出水端和油套环形空间连通。本发明还提供了一种采油方法。本发明采用向油井内掺入高温热水对原油进行稀释混合的方式，保证顺利地对原油进行开采。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种油田专用空气源高温清蜡洗井装置以及采油方法。
背景技术
粘度高、比重大的原油称为稠油。由于稠油含沥青成分高，在采油过程中，根据工艺需要，井筒内需持续或间断加温，才能保证原油顺畅的从地下开采或在管道当中运送。可是有很多油井，因井口天然气不足、只能采用电加温的方式，能耗巨大。
每个油田都有稠油井，比较严重的稠油，在50℃的时候，人可以站立于上，这样的稠油，需要蒸汽热采的同时还要在1000米左右的深井井筒内加温，保证原油是70℃的情况下，才能将原油开采出来，能耗巨大。因国际原油价格下跌，开采成本过高，现在很多油井，处于关井状态。
现有的油井加温采油***中的加温方式有以下几种：
1、空心抽油杆内电加温
抽油杆制成空心状，自地面开始穿入中频加热电缆，根据加温需求，在地下500—1500米不等的位置，整体对抽油杆加温，然后抽油杆将热量传递给井筒内的原油；一般情况下，电加温的功率为100KW左右。
2、双空心抽油杆内热水循环加温
抽油杆制成双空心状，在当中，热水循环加温，热水进水温度要求在110℃，回水温度要求在80℃；原油采出液，最高要求在70℃。
热水的加温采用以下方式：
(1)井口伴生气(溶解天然气)的充足的可行，直接利用伴生气加温；
(2)井口缺少天然气的，现采用燃煤加温，因环保政策的关系，燃煤加温，要求取缔。
本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：
1、空心杆电加温的缺点：
1.1、空心杆采购成本较高，投资大；
1.2、能耗大；
1.3、不能够给抽油泵加温及清洗抽油泵。
2、双空心杆热水循环加温的缺点：
2.1、双空心杆采购成本高、投资大；抽油杆连接处的“O”形密封圈易漏失，作业成本高；
2.2、燃煤加温污染环境；井口天然气不足的油井，需求温度高的只能采用高能耗的电加温；
2.3、不能够同时给井底抽油泵加温、无法提高泵效。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种油田专用空气源高温清蜡洗井装置，可以实现对油井的清蜡和洗井操作，并且还可以在采油的过程中对原油进行稀释和加热。本发明还提供了一种采油方法，采用向油井内掺入高温热水对原油进行稀释混合的方式，保证顺利地对原油进行开采。另外，本发明还具有能耗低，采油效率高等特点。
本发明的技术方案是：一种油田专用空气源高温清蜡洗井装置，包括与油井***连通的高温水加热装置；
所述油井***包括套管、油管、防喷盒、抽油泵和抽油光杆，所述抽油光杆、油管和套管由内至外依次设置，所述防喷盒密封连接在所述油管的上端，所述抽油泵密封连接在所述油管的下端，所述抽油泵的活塞连接于所述抽油光杆的下端，所述油管与所述套管之间具有上端封闭的油套环形空间，所述油套环形空间的上端外部还具有连通所述油管的采油管道；
所述高温水加热装置为出水温度范围为100℃～120℃的热泵，所述热泵的进水端通过进水管道连通水源，所述进水管道上设置有增压泵，所述热泵的出水端通过高温水管道从所述套管的上端侧壁与所述油套环形空间连通。
作为优选：所述抽油光杆为实心杆。
作为优选：所述高温水管道与所述套管之间设置有高温水阀门。
作为优选：所述采油管道与所述油管之间设置有采油阀门。
作为优选：所述水源为油田掺输水。
作为优选：所述高温水管道外壁设置有保温隔热层。
作为优选：所述热泵为空气源热泵。
作为优选：所述空气源热泵包括高温水加热组件和辅助冷却加热组件；
所述高温水加热组件包括依次通过管道连通成闭环的第一冷凝器、第二冷凝器、第一节流阀、蒸发器和第一压缩机；
所述第一冷凝器具有第一热交换腔，所述第一热交换腔靠近所述第二冷凝器的一端设置有进水口，所述第一热交换腔靠近所述压缩机的一端设置有出水口，所述进水口与所述进水管道连通，所述出水口与所述高温水管道连通；
所述第二冷凝器具有第二热交换腔；
所述蒸发器具有第三热交换腔；
所述辅助冷却组件包括第二压缩机和第二节流阀，所述第二压缩机、第三热交换腔、第二节流阀、第二热交换腔依次通过管道连通成闭环。
作为优选：所述抽油光杆的上端连接抽油机。
本发明的另一技术方案是：一种采油方法，在采油过程中，利用上述任意一项所述的油田专用空气源高温清蜡洗井装置进行原油稀释和加热，包括以下步骤：
S1、启动增压泵进行工作，进水管道内的水经增压后进入热泵，以便提高水的沸点；
S2、启动热泵进行工作，将经增压的水加热至100℃～120℃成高温高压热水；
S3、100℃～120℃的高温高压热水经高温水管道输送进入油套环形空间，高温高压热水减压喷射进入油管环形空间内形成水蒸气，放热后液化形成高温常压热水，高温常压热水在油套环形空间中从上至下进行流动，同时将热量传递至油管；
S4、高温常压热水流动至油套环形空间的下端后与原油混合，形成高温油水混合物；
S5、抽油光杆上下运动使抽油泵进行工作，将高温油水混合物泵入油管内并提升至油管上端。
本发明的有益效果是：本发明可以实现对油井的清蜡和洗井操作，并且还可以在采油的过程中对原油进行稀释和加热。
利用本发明对油井进行清蜡和洗井操作时，通过采用高温水加热***加热至100℃～120℃的水输送至油管与套管之间的油套环形空间内，100℃～120℃的水通过抽油泵的工作被泵入油管的过程中，对抽油泵内的活动凡尔和固定凡尔进行清洗，从而可以减小活动凡尔运动的摩擦力，保证活动凡尔活动的顺畅，而且有效保证了活动凡尔和固定凡尔座封的严密，减少漏失，提高泵效，增油增产。随着油管内的水不断向上流动，将油管壁融化的油蜡一并排出油管，达到清蜡洗井的目的。
利用本发明在采油过程中对原油进行稀释和加热时，通过采用高温水加热***加热至100℃～120℃的水输送至油管与套管之间的油套环形空间内，对原油进行稀释和升温，降低了粘度，形成温度为50℃～85℃的流动性良好的高温油水混合物，高温油水混合物通过抽油泵提升至油管的上端并进入采油管道内。
在高温油水混合物的提升过程中，100℃～120℃的水不断输送至油管与套管之间的油套环形空间内，100℃～120℃的水进入油套环形空间后，在其由上至下的流动过程中，不断对油管进行加热，对油管内的高温油水混合物进行保温，保证了采油的持续顺畅进行。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例中的空气源热泵的示意图。
图中11、套管；12、油管；13、抽油光杆；14、抽油泵；15、防喷盒；16、抽油机；101、油套环形空间；2、采油管道；21、采油阀门；3、高温水管道；31、高温水阀门；4、空气源热泵；41、第一冷凝器；411、第一进口；412、第一出口；42、第二冷凝器；421、第二进口；422、第二出口；43、第一节流阀；44、蒸发器；441、第三进口；442、第三出口；45、第一压缩机；46、第二压缩机；47、第二节流阀；5、进水管道；51、增压泵。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
如图1所示，本发明实施例提供了一种油田专用空气源高温清蜡洗井装置，包括与油井***连通的高温水加热装置。
所述油井***包括套管11、油管12、防喷盒15、抽油泵14和抽油光杆13，所述抽油光杆13、油管12和套管11由内至外依次设置。所述防喷盒15密封连接在所述油管12的上端，所述抽油泵14密封连接在所述油管12的下端。所述抽油泵14的活塞连接于所述抽油光杆13的下端，所述抽油光杆13的上端连接抽油机16。
作为可选地实施方式，所述抽油光杆13为实心杆。抽油光杆13采用实心杆，相对于现有的空心杆，具有制作成本低，安装精度高，结构强度好等特点。
所述油管12与所述套管11之间具有上端封闭的油套环形空间101。所述油套环形空间101的上端外部还具有连通所述油管12的采油管道2。
作为可选地实施方式，所述采油管道2与所述油管12之间设置有采油阀门21，通过控制采油阀门21来控制采油管道2的通断。采油阀门21与采油管道2之间为可拆卸的连接，可拆卸连接的方式可以采用法兰连接、螺纹连接等。采油管道2可以根据原油产量设置为多根，或者油管12的上端设置多个采油阀门21，仅其中一个连接采油管道2，其余采油管道2作为备用。
所述高温水加热装置为进水温度范围为5℃～50℃、出水温度范围为100℃～120℃的热泵。
热泵的进水端通过进水管道5连通水源。作为可选地实施方式，所述水源为油田掺输水。水源也可以采用其他水源，只要该水源不会破坏原油的成分即可。
所述进水管道5上设置有增压泵51。进水管道5内的水通过增压泵51进行加压后，再进入热泵中，以便能够提高水的沸点，使其能够升温至120℃。
热泵的出水端通过高温水管道3从所述套管11的上端侧壁与所述油套环形空间101连通。以便进入油套环形空间101的高温热水在从上至下流动的过程中，同时将热量传递给油管12，对油管12进行加热，一方面使在洗井的过程中使附着在油管12内壁的油蜡融化，融化的油蜡随油管12内的热水向上流动，达到彻底清洁油管12的作用，另一方面在采油的过程中可以起到对油管12内原油的保温作用，避免发生原油在油管12内向上流动的过程中温度逐渐降低，导致流动性降低而减缓采油效率的情况，有效地提升了采油的效率。
作为可选地实施方式，所述高温水管道3与所述套管11之间设置有高温水阀门31，通过控制高温水阀门31来控制高温水管道3的通断。高温水阀门31与高温水管道3之间为可拆卸的连接，可拆卸连接的方式可以采用法兰连接、螺纹连接等。高温水管道3可以根据加热需要设置为多根，每根高温水管道3各连通至一个高温水加热***。或者在套管11的上端设置多个高温水阀门31，仅其中一个连通高温水管道3，其余高温水阀门31作为备用。
作为可选地实施方式，所述高温水管道3外壁设置有保温隔热层。保温隔热层可以采用现有的保温材料制成，比如保温棉。通过保温隔热层可以有效地隔绝高温水管道3内的高温水沿高温水管道3壁向外散热。
作为可选地实施方式，所述热泵为空气源热泵4。具体地，如图2所示，所述空气源热泵4包括高温水加热组件和辅助冷却加热组件。
所述高温水加热组件包括依次通过管道连通成闭环的第一冷凝器41、第二冷凝器42、第一节流阀43、蒸发器44和第一压缩机45。
所述第一冷凝器41具有第一热交换腔。所述第一热交换腔靠近所述第二冷凝器42的一端设置有第一进口411(即热泵的进水端)，所述第一热交换腔靠近所述压缩机的一端设置有第一出口412(即热泵的出水端)，所述进水口与所述进水管道5连通，所述出水口与所述高温水管道3连通。
所述第二冷凝器42具有第二热交换腔。
所述蒸发器44具有第三热交换腔。
所述辅助冷却组件包括第二压缩机46和第二节流阀47，所述第二压缩机46、第三热交换腔、第二节流阀47、第二热交换腔依次通过管道连通成闭环。
所述第二热交换腔靠近所述第一节流阀43的一端设置有与第二节流阀47连通第二进口421，所述第二热交换腔靠近所述第一冷凝器41的一端设置有与第二压缩机46连通的第二出口422。
第三热交换腔靠近第一压缩机45的一端设置有与第二压缩机46连通的第三进口441，第三热交换腔靠近第一节流阀43的一端设置有与第二节流阀47连通的第三出口442。
在辅助冷却组件在工作过程中，其管道内的冷却剂经第二节流阀47后进入第二热交换腔内蒸发成气态，同时吸收第二冷凝器42内冷却剂的热量。第二冷凝器42内的冷却剂的热量经吸收后，一方面可以对高温水加热组件的冷凝热进行充分的利用，另一方面可以实现将第二冷凝器42内的冷却剂的温度降至其零界点以下，有效地保证高温水加热组件的工作效率。因此，经一级冷凝水的第一冷凝器41的进水口进入的水可以采用温度为5℃～50℃的水，而不会受冷却剂零界点的限制，影响高温水加热组件的正常工作。
第二热交换腔内的冷却剂蒸发成气态后，经第二压缩机46压缩成高温高压气体，而后进入第三交换腔内进行冷凝放热。第三交换腔内放出的热量被蒸发器44吸收利用，用于为高温水加热组件的蒸发器44内的冷却剂的蒸发过程提供热量。从而可以有效地提高高温水加热组件的加热效率。
本发明与稠油井空心抽油杆中频电加温对比，具有以下优点：
1、可替换空心抽油杆中频电加温，无需每口油井的抽油杆制作成空心杆，减少因投资空心杆的成本；
2、根据稠油的粘度高低，设备可制作成活动加温方式，一机多管，大大降低了每口井加温投资成本；
3、降低运行电费，与中频电加温同比，节约70％电能；
4、原油在井底提温稀释、降低粘度、节约电能、提高泵效、增油增产。
本发明与稠油井双空心抽油杆内循环热水加温对比，具有以下优点：
1、可替换双空心抽油杆加温，降低双空心杆高投资成本；
2、双空心杆为多个双空心杆连接而成，连接处的“O”型密封圈，容易泄露，再次维修，增加运行成本，本发明替换了双空心杆内热水循环的加温方式；不涉及密封问题，降低运行成本；
3、根据每口井况不同，可加工成固定式、活动式两种；稠油严重的油井可采用固定式加温，稠油不严重的根据实际情况，可采用活动式加温，一机多管，大大降低了初投资的成本；
4、可实现清洗抽油泵14及去除油管12蜡垢，大大提高泵效，增油增产。
采用固定式加温是指，将热泵固定设置在油井附近的地面上，固定对该油井提供原油稀释和升温的高温热水。固定式加温主要适用于原油中稠油含量高的油井。
采用活动式加温是指，在热泵底部设置滑动轮组，或者采用车载，热泵可移动地设置在油井附件的地面上，对该油井进行清蜡洗井操作，或者提供原油稀释和升温的高温热水，在不需要加温时，可以将热泵拆卸后移动至其他需要的油井处进行使用。活动式加温主要适用于原油中稠油含量较低的油井。
采用本发明实施例的油田专用空气源高温清蜡洗井装置进行清蜡洗井操作，包括以下步骤：
S1、启动增压泵51进行工作，进水管道5内的水经增压后进入热泵，以便提高水的沸点；
S2、启动热泵进行工作，将经增压的水加热至100℃～120℃成高温高压热水；
S3、100℃～120℃的高温高压热水经高温水管道3输送进入油套环形空间101，高温高压热水减压喷射进入油管12环形空间内形成水蒸气，放热后液化形成高温常压热水，初始进入油管12环形空间的高温常压热水快速降低温度，待逐渐形成热场后，降温放缓，高温常压热水在油套环形空间101中从上至下进行流动，同时将热量传递至油管12，对油管12内部进行加热，使附着在油管12内壁的油蜡融化；
S4、高温常压热水流动至油套环形空间101的下端后，启动抽油机16带动抽油光杆13上下运动使抽油泵14进行工作，将高温常压热水泵入油管，并持续不断地从油管12的下端流动至油管12上端，在高温常压热水在油管12内流动的过程中，融化的油蜡随油管12内的热水向上流动，最后经采油管道2排出，达到彻底清洁油管12的作用。
本发明实施例还提供了一种采油方法，在采油过程中，利用上述油田专用空气源高温清蜡洗井装置进行原油稀释和加热，包括以下步骤：
S1、启动增压泵51进行工作，进水管道5内的水经增压后进入热泵，以便提高水的沸点；
S2、启动热泵进行工作，将经增压的水加热至100℃～120℃成高温高压热水；
S3、100℃～120℃的高温高压热水经高温水管道3输送进入油套环形空间101，高温高压热水减压喷射进入油管12环形空间内形成水蒸气，放热后液化形成高温常压热水，初始进入油管12环形空间的高温常压热水快速降低温度，待逐渐形成热场后，降温放缓，高温常压热水在油套环形空间101中从上至下进行流动，同时将热量传递至油管12，对油管12内部进行保温；
S4、高温常压热水流动至油套环形空间101的下端后与原油混合，形成高温油水混合物；
S5、启动抽油机16带动抽油光杆13上下运动使抽油泵14进行工作，将高温油水混合物泵入油管12内并提升至油管12上端，即可经采油管道2进行输送，汇入到集输管网中。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种油田专用空气源高温清蜡洗井装置，其特征在于：包括与油井***连通的高温水加热装置；
所述油井***包括套管(11)、油管(12)、防喷盒(15)、抽油泵(14)和抽油光杆(13)，所述抽油光杆(13)、油管(12)和套管(11)由内至外依次设置，所述防喷盒(15)密封连接在所述油管(12)的上端，所述抽油泵(14)密封连接在所述油管(12)的下端，所述抽油泵(14)的活塞连接于所述抽油光杆(13)的下端，所述油管(12)与所述套管(11)之间具有上端封闭的油套环形空间(101)，所述油套环形空间(101)的上端外部还具有连通所述油管(12)的采油管道(2)；
所述高温水加热装置为出水温度范围为100℃～120℃的热泵，所述热泵的进水端通过进水管道(5)连通水源，所述进水管道(5)上设置有增压泵(51)，所述热泵的出水端通过高温水管道(3)从所述套管(11)的上端侧壁与所述油套环形空间(101)连通。
2.根据权利要求1所述的油田专用空气源高温清蜡洗井装置，其特征在于：所述抽油光杆(13)为实心杆。
3.根据权利要求1所述的油田专用空气源高温清蜡洗井装置，其特征在于：所述高温水管道(3)与所述套管(11)之间设置有高温水阀门(31)。
4.根据权利要求1所述的油田专用空气源高温清蜡洗井装置，其特征在于：所述采油管道(2)与所述油管(12)之间设置有采油阀门(21)。
5.根据权利要求1所述的油田专用空气源高温清蜡洗井装置，其特征在于：所述水源为油田掺输水。
6.根据权利要求1所述的油田专用空气源高温清蜡洗井装置，其特征在于：所述高温水管道(3)外壁设置有保温隔热层。
7.根据权利要求1所述的油田专用空气源高温清蜡洗井装置，其特征在于：所述热泵为空气源热泵(4)。
8.根据权利要求7所述的油田专用空气源高温清蜡洗井装置，其特征在于：所述空气源热泵(4)包括高温水加热组件和辅助冷却加热组件；
所述高温水加热组件包括依次通过管道连通成闭环的第一冷凝器(41)、第二冷凝器(42)、第一节流阀(43)、蒸发器(44)和第一压缩机(45)；
所述第一冷凝器(41)具有第一热交换腔，所述第一热交换腔靠近所述第二冷凝器(42)的一端设置有进水口，所述第一热交换腔靠近所述压缩机的一端设置有出水口，所述进水口与所述进水管道(5)连通，所述出水口与所述高温水管道(3)连通；
所述第二冷凝器(42)具有第二热交换腔；
所述蒸发器(44)具有第三热交换腔；
所述辅助冷却组件包括第二压缩机(46)和第二节流阀(47)，所述第二压缩机(46)、第三热交换腔、第二节流阀(47)、第二热交换腔依次通过管道连通成闭环。
9.根据权利要求1所述的油田专用空气源高温清蜡洗井装置，其特征在于：所述抽油光杆(13)的上端连接抽油机(16)。
10.一种采油方法，其特征在于：在采油过程中，利用权利要求1至9中任意一项所述的油田专用空气源高温清蜡洗井装置进行原油稀释和加热，包括以下步骤：
S1、启动增压泵(51)进行工作，进水管道(5)内的水经增压后进入热泵，以便提高水的沸点；
S2、启动热泵进行工作，将经增压的水加热至100℃～120℃成高温高压热水；
S3、100℃～120℃的高温高压热水经高温水管道(3)输送进入油套环形空间(101)，高温高压热水减压喷射进入油管(12)环形空间内形成水蒸气，放热后液化形成高温常压热水，高温常压热水在油套环形空间(101)中从上至下进行流动，同时将热量传递至油管(12)；
S4、高温常压热水流动至油套环形空间(101)的下端后与原油混合，形成高温油水混合物；
S5、抽油光杆(13)上下运动使抽油泵(14)进行工作，将高温油水混合物泵入油管(12)内并提升至油管(12)上端。
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