CN205638401U - 双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱，所述双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱包括：注汽短管，设置在技术套管中；注汽长管，设置在技术套管中，所述注汽长管设置在所述注汽短管之外，并且平行所述注汽短管，所述注汽长管的长度长于所述注汽短管；第三注汽管，同心的设置在所述注汽短管中；所述注汽长管的出汽点为水平段跟端；所述注汽长管的出汽点为水平段趾端；所述第三注汽管的出汽点为水平段的跟端与趾端之间。本实用新型可以实现长水平段三点注汽，改善了常规的平行双管注汽所带来的水平段中部动用差的问题，保证了长水平段SAGD井组生产效果。

Description

双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱

技术领域

本实用新型涉及稠油开采领域，具体涉及一种双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱。

背景技术

蒸汽辅助重力泄油(Steam Assisted Gravity Drainage：SAGD)技术是常规注蒸汽技术难以有效开发的特稠油及超稠油油藏的成熟开发技术，具有单井产量高采收率高等特点。为建立双水平井组合SAGD注、采井之间的热连通一般采取两种预热的方式，即蒸汽吞吐预热和蒸汽循环预热。

目前SAGD有两种布井方式：第一种是双水平井布井方式，在靠近油藏底部钻一对上下平行的双水平井，上部水平井注汽，下部水平井采油；第二种是直井与水平井组合方式，即在油藏底部钻一口水平井，在其上方钻一口或几口垂直井，直井注汽，水平井采油。双水平井布井方式蒸汽腔发育体积大，驱油效率高，随着水平井钻井技术的进步，双水平井SAGD应用越来越广泛。在SAGD的开发过程中，通常采用长油管和短油管组成的平行双管注汽工艺管柱，其中长油管下入水平段趾端，短油管下入水平段跟端，通过长短注汽管柱，可以实现水平段两点出汽，这种管柱组合优点是两管的注汽参数可控性强，而且互补干扰，缺点是改善水平段动用程度效果一般。

对于双水平井SAGD生产，在蒸汽腔上升阶段产量计算公式为

$q_o=3L{\left(\frac{kg\mathrm{\α}}{{\mathrm{mv}}_s}\right)}^{2/3}{\left({\mathrm{\φ\ΔS}}_o\right)}^{1/3}{t}^{1/3}$

式中q_o为生产井产油量，L为水平段长度，k为渗透率，g为重力加速度，α为热扩散系数，φ为孔隙度，ΔS_o为含油饱和度，t为生产天数，m为原油黏度系数，v_s原油运动黏度。

可以看出双水平井SAGD生产井产油量和L有正比关系(在SAGD生产井的三个不同生产阶段：蒸汽腔上升阶段、蒸汽腔向外扩展阶段和蒸汽腔衰竭阶段产油量均与L有直接关系)，即水平段长度越长，接收泄油面积越大，油井产量越高。因此，为了增加SAGD单井产油量，可以设计长水平段生产井和注汽井。目前国内常规的双水平井SAGD水平段长度为300～400m，可以设计为700～800m超长水平段。但是，增加水平段长度后增加了均匀注汽难度，常规的长短管双管注汽工艺管柱对于动用水平段程度适应性差，由于长短管优先动用趾端和跟端，所以水平段中部动用效果较差，也会影响生产。

现有的专利文件，如中国实用新型专利201320772545.5提出了一种水平井注汽、采油、以及温度压力实时监测三管同井筒采油工艺设备，如图1，在双水平井的上水平井1中下入上水平井注汽管柱17和上水平井机械举升管柱15，上水平井注汽管柱17下深到上水平井水平段10的2/3处，即距离上水平井水平段10的末端为上水平井水平段10长度的1/3，在所述双水平井的下水平井3中下入下水平井注汽管柱37和下水平井机械举升管柱35，下水平井注汽管柱37下深到下水平井水平段30的脚尖处；上水平井机械举升管柱15设置在所述上水平井的造斜段13或脚跟处，下水平井机械举升管柱35设置在所述下水平井的造斜段33或脚跟处；上述参数的设置，考虑到实现水平井之间的热连通，以及上水平井的水平段整体的预热效果和下水平井的水平段整体的预热效果，保证各水平井的冷凝液得以强制循环；

如图2，该专利文件采用的三管同井筒采油工艺设备包括：井口阀门***、注蒸汽管柱102、机械举升管柱103、以及无接箍油管109。

技术套管101，设置在水平井的井筒中，所述技术套管包括：相互连接的技术套管的垂直段及技术套管的水平段；在一较佳实施中，所述技术套管101的垂直段的内径≥220mm，所述技术套管的水平段的内径≥178mm。

井口阀门***，如图3，设置在水平井的井筒的井口处或地面，并连接技术套管101；

注蒸汽管柱102、机械举升管柱103、以及无接箍油管109，分别设置在技术套管101中，如图4和图5，注蒸汽管柱102、机械举升管柱103、以及无接箍油管109互不包含，或者说注蒸汽管柱102、机械举升管柱103、以及无接箍油管109这三者没有套接的关系，这三个管柱或管道中的任一个均设置在其他两个之外；

所述无接箍油管109包括：相互连接的无接箍油管的垂直段及无接箍油管的水平段；所述无接箍油管的垂直段位于所述技术套管的垂直段中，所述无接箍油管的水平段位于所述技术套管的水平段中，所述无接箍油管柱的末端位于所述注蒸汽管柱的出汽口前部，用于保护温压监测连续油管；

如图4和图5，所述连续油管110，设置在所述无接箍油管109中，所述连续油管内设有毛细管及多组热电偶，所述连续油管包括：相互连接的连续油管的垂直段及连续油管的水平段，所述连续油管的垂直段位于所述无接箍油管的垂直段中，所述连续油管的垂直段水平段位于所述无接箍油管的水平段中，所述连续油管的末端与无接箍油管末端基本相当，用于充填毛细管测压及热电偶测温；所述毛细管测试压力应小于15MPa，所述多组热电偶测试温度应小于450℃，与所述连续油管间采用耐热保护材料充填；

所述注蒸汽管柱102包括：相互连接的注蒸汽管柱的垂直段107及注蒸汽管柱的水平段108，所述注蒸汽管柱的垂直段位于所述技术套管的垂直段中，所述注蒸汽管柱的水平段位于所述技术套管的水平段中，所述注蒸汽管柱的末端向水平井井筒注入蒸汽实现原油开发及油层预热；如图4和图5所示，注汽管柱从外向内包括：隔热外管305、保温层306以及隔热内管307，保温层306夹设在隔热外管305与隔热内管307之间；

所述机械举升管柱103设置在所述技术套管的垂直段中，用于举升井筒内的液体(原油)；如图5，机械举升管柱103包括通过抽油管接箍304连接起来的抽油管；

如图6，所述井口阀门***包括：厚法兰密封主体209、无接箍油管悬挂器208、抽油管出口201以及蒸汽入口202(如图3)，蒸汽入口202设置在厚法兰密封主体209上。

所述无接箍油管109及连续油管110悬挂在所述无接箍油管悬挂器208上，所述机械举升管柱103连接所述抽油管出口201，所述注蒸汽管柱102连接所述蒸汽入口202。如图6，无接箍油管悬挂器208设置在厚法兰密封主体209上，无接箍油管悬挂器208中有信号接收***，将连续油管110中接收到的信号转换为温度和压力数据。此外，如图3，所述井口阀门***还包括：套管环空出入口203，光杆204，光杆密封器205，胶皮闸门206，远程液压封井器207。

该专利除了在井筒中同时设有三个管柱或管道外，在井口处，该专利与现有井口设备有明显区别。其中的一个主要区别为：该专利在井口处，即在井口阀门***同时设有连接或悬挂三个管柱或管道的部件，机械举升管柱连接所述抽油管出口201，注蒸汽管柱102连接所述蒸汽入口202，无接箍油管109及连续油管110悬挂在所述无接箍油管悬挂器208。也可以说，注蒸汽管柱和机械举升管柱都直接悬挂在厚法兰密封主体209上，为井口原有的油管悬挂器，这一点与现有技术是相同的，但除此之外，该专利还在厚法兰密封主体209上悬挂了无接箍油管悬挂器208，用于固定和连接连续油管110。

为了保证在井口阀门***的有限空间内能够同时连接或悬挂三个管柱或管道，该专利在厚法兰密封主体209上除了开设蒸汽入口202外，还为无接箍油管悬挂器208的设置留出了空间，使得二者或不影响，互不干涉，无接箍油管悬挂器208设置在蒸汽入口202的侧向，从图3上看，无接箍油管悬挂器208设置在蒸汽入口202的后方。

该专利实现了同井筒内的注汽、采油、监测，使得注汽、采油、监测可在同一井筒内同时进行，而现有技术仅仅为吞吐开发进行的注汽和监测，需要在注汽结束后提出注汽与监测管柱、下入采油管柱后才能进行采油作业。

进一步地，如图2，所述三管同井筒采油工艺设备还包括：抽油泵104，连接在所述机械举升管柱103的下底端，用于抽取水平井中的蒸汽冷凝水及蒸汽冷凝水中掺杂的原油。所述抽油泵的活塞与抽油杆采用抽油杆脱接器连接。

进一步地，如图2，所述三管同井筒采油工艺设备还包括：水平井的筛管悬挂器106，设置在所述技术套管中，于悬挂水平井水平段的筛管，末端筛105位于筛管的末端，用于向所述技术套管的水平段注入蒸汽。

进一步地，如图5，所述注蒸汽管柱最大外径、机械举升管柱及无接箍油管最大外径之和比所述技术套管的垂直段的内径至少小10mm，以保证三个管柱或管道都能安装在技术套管中。进一步地，所述技术套管的垂直部分的内径≥220mm，以保证三个管柱或管道都能安装在技术套管中。

进一步地，所述无接箍油管的内径应至少大于40mm，所述连续油管的内径应至少小于38mm，以便无接箍油管容纳连续油管。

进一步地，所述技术套管的垂直部分的内径≥220mm，所述机械举升管柱的最大外径≥70mm，这样，能够减小机械举升管柱的外径尺寸，增加其他两个管柱或管道的空间，进一步地，所述抽油泵本体及抽油泵接箍的最大外径均≤92mm，以获得合理的空间分配。所述机械举升管柱的内径≥62mm，以保证举升效率。进一步地，所述注蒸汽管柱的内径≥40mm，以保证注汽质量。

进一步地，所述注蒸汽管柱的接箍的外径与无接箍油管的最大外径之和比所述技术套管的水平段的内径至少小10mm，以使得注蒸汽管柱能够设置在技术套管的水平段中。

作为较佳的选择，所述注蒸汽管柱102的内径≥40mm，外径≤89mm；所述注蒸汽管柱102的接箍的外径比所述技术套管的水平段的内径至少小10mm，较佳地，所述注蒸汽管柱的接箍的外径≥108mm，所述接箍采用双向倒角连接。

较佳地，所述机械举升管柱103的外径≥70mm，内径≥62mm；所述注蒸汽管柱102的最大外径与机械举升管103柱的最大外径之和比所述技术套管101的垂直部分的内径至少小10mm，机械举升管柱103的接箍大约为89mm。

上述专利文件中，虽然提到了蒸汽辅助重力泄油开发过程中的设置，提出了采油、注汽和监测三管柱，但是没有提及如何解决注汽阶段水平井的趾端和跟端之间的水平段中部动用效果较差的问题。

综上所述，现有技术中存在以下问题：蒸汽辅助重力泄油开发过程中，常规的长短管双管注汽工艺管柱对于动用水平段程度适应性差，趾端和跟端之间的水平段中部动用效果较差，会影响生产。

实用新型内容

本实用新型提供一种双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱，以解决蒸汽辅助重力泄油开发过程中，水平井的趾端和跟端之间的水平段中部动用效果较差，影响生产的问题。

为此，本实用新型提出一种双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱，所述双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱包括：

注汽短管，设置在技术套管中；

注汽长管，设置在技术套管中，所述注汽长管设置在所述注汽短管之外，并且平行所述注汽短管，所述注汽长管的长度长于所述注汽短管；

第三注汽管，同心的设置在所述注汽短管中；

所述注汽长管的出汽点为水平段跟端；

所述注汽长管的出汽点为水平段趾端；

所述第三注汽管的出汽点为水平段的跟端与趾端之间。

进一步地，所述第三注汽管的出汽点为水平段的跟端与趾端之间的中间位置。

进一步地，所述技术套管的外径为Φ339.7mm。

进一步地，所述注汽短管的外径为Φ114.3mm。

进一步地，所述注汽短管为真空隔热管。

进一步地，所述注汽短管最大接箍外径为132mm。

进一步地，所述注汽长管最大接箍外径为108mm。

进一步地，所述技术套管的内径为313.6mm。

进一步地，所述第三注汽管的外径为Φ48.3mm。

进一步地，所述注汽长管的外径为Φ89mm。

本实用新型通过注汽长管、注汽短管和同心细管(第三注汽管)组成的长水平段SAGD水平井注汽工艺三管柱，可以实现长水平段三点注汽，改善了常规的平行双管注汽所带来的水平段中部动用差的问题，保证了长水平段SAGD井组生产效果。

本实用新型是这样实现的：为了增加水平段中部动用程度，可以在原有常规长短管平行双管柱基础上增加同心细管，即同心细管和短管组成同心管注汽工艺管柱，短管下至跟端，同心细管下至水平段中部，长管下至水平段趾端，这种工艺管柱组合结合了平行双管柱和同心双管柱，以此实现了超长水平段三点注汽，从而大大改善了水平段动用程度。双水平井SAGD超长水平段生产井和注汽井均采用大套管组合，因为生产井产量高需要下入大直径管式泵或电潜泵采油生产，注汽井需要下入多管柱注汽管柱，所以超长水平段水平井技术套管设计为Φ339.7mm×13.06mm(内径313.6mm),油层套管为Φ244.5mm×11.99mm(内径220.5mm)。对于SAGD生产，需要保证井底剩余干度大于40％，因此为了保证减少注入蒸汽沿程热损失，应尽可能增大注汽管径以减少摩阻；同时考虑到下入注汽管柱作业可行性，注汽管柱最大接箍外径之和至少小于套管内径20mm以上，空隙越大越安全。根据以上理由，设计注汽管柱组合为：短管为Φ114.3mm真空隔热管下至水平段跟端，长管为Φ89mm真空隔热管下至水平段趾端，同心细管(第三注汽管)为Φ48.3mm无接箍油管下至水平段中部。

附图说明

图1为根据现有技术的工作原理示意图；

图2为现有技术的水平井注汽、采油、以及温度压力实时监测三管同井筒采油工艺设备的主视方向的结构示意图；

图3为现有技术的水平井注汽、采油、以及温度压力实时监测三管同井筒采油工艺设备的井口阀门***的主视方向的剖视结构示意图；

图4为现有技术的位于技术套管的垂直段中的水平井注汽、采油、以及温度压力实时监测三管同井筒采油工艺设备的水平方向剖面结构示意图；

图5为现有技术的位于技术套管的水平段中的水平井注汽、采油、以及温度压力实时监测三管同井筒采油工艺设备的垂直方向剖面结构示意图；

图6为现有技术的水平井注汽、采油、以及温度压力实时监测三管同井筒采油工艺设备的井口阀门***的无接箍油管悬挂器的剖视结构示意图(侧视方向)；

图7为本实用新型的双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱的主视方向的结构示意图；

图8为本实用新型的双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱的截面示意图。

附图标号说明：

1、上水平井 10、水平段 13、造斜段 15、上水平井机械举升管柱 17、上水平井注汽管柱

3、下水平井 30、水平段 33、造斜段 35、下水平井机械举升管柱 17、下水平井注汽管柱

101技术套管 102注蒸汽管柱 103机械举升管柱、104抽油泵、105末端筛 106水平井的筛管悬挂器 107注蒸汽管柱的垂直段 108注蒸汽管柱的水平段 109无接箍油管 110连续油管 202蒸汽入口，203套管环空出入口，204光杆，205光杆密封器，206胶皮闸门，207远程液压封井器，208无接箍油管悬挂器 209厚法兰密封主体 304抽油管接箍 305隔热管 306保温层 307隔热内管

1000、注汽短管；2000、注汽长管；3000、第三注汽管(同心细管)；4000、技术套管；5000、油层筛管

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型。

如图7和图8所示，本实用新型实施例的双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱包括：

注汽短管1000，设置在技术套管4000中；

注汽长管2000，设置在技术套管4000中，所述注汽长管2000设置在所述注汽短管1000之外，并且平行所述注汽短管1000，所述注汽长管2000的长度长于所述注汽短管1000；

第三注汽管3000(也称为同心细管)，同心的设置在所述注汽短管1000中，第三注汽管3000(也称为同心细管)的外径小于注汽短管1000的内径；

注汽短管1000，注汽长管2000和第三注汽管3000都为注汽管，都用于在双水平井的蒸汽辅助重力泄油开发中，注汽短管1000，注汽长管2000和第三注汽管3000都设置在水平井中，用于注入蒸汽；

所述注汽长管的出汽点为水平段跟端A点；

所述注汽长管的出汽点为水平段趾端B点；

所述第三注汽管的出汽点为水平段的跟端与趾端之间的C点。

本实用新型通过注汽长管、注汽短管和同心细管(第三注汽管)组成的长水平段SAGD水平井注汽工艺三管柱，可以实现长水平段三点注汽，通过A、B和C三个相对均匀分布的出汽点实现超长水平段的动用程度改善，改善了常规的平行双管注汽所带来的水平段中部动用差的问题，保证了长水平段SAGD井组生产效果。

进一步地，所述第三注汽管3000的出汽点为水平段的跟端与趾端之间的中间位置，即C点位于水平段跟端A点和水平段趾端B点之间的中点，这个位置，使同心细管的出汽点能够更加兼顾水平段跟端A点和水平段趾端B点，更能实现超长水平段的动用程度改善。其中，注汽短管1000，注汽长管2000和第三注汽管3000的末端都设置在油层筛管5000内。

进一步地，所述技术套管4000的外径为Φ339.7mm，以便有充分的空间安装注汽长管、注汽短管并进行SAGD开发。

进一步地，所述注汽短管1000的外径为Φ114.3mm，以便注汽并容纳第三注汽管3000(也称为同心细管)。

进一步地，所述注汽短管1000为真空隔热管，以实现移动的保温效果。

进一步地，所述注汽短管1000最大接箍外径为132mm，以便能够与注汽长管2000都能安装在技术套管4000中。

进一步地，所述注汽长管2000最大接箍外径为108mm，以便能够与注汽短管1000相配合，能安装在技术套管4000中。

进一步地，所述技术套管4000的内径为313.6mm，以便充分的空间安装注汽长管、注汽短管并进行SAGD开发。

进一步地，所述第三注汽管3000的外径为Φ48.3mm，以便安装在注汽短管1000中，并实现水平段跟端A点和水平段趾端B点之间的注汽与注汽短管1000以及注汽长管2000三者注汽的匹配。

进一步地，所述注汽长管2000的外径为Φ89mm，注汽长管2000的外径小于注汽短管1000，以便兼顾注汽长管2000与其内部的第三注汽管3000的尺寸的配合。

本实用新型的具体布置方式例如为：参见图7，在技术套管4000内平行下入注汽短管1000和注汽长管2000，在注汽短管1000中同心下入同心细管组成三管柱注汽工艺。注汽短管1000出汽点为水平段跟端A点，注汽长管2000出汽点为水平段趾端B，同心细管出汽点为水平段中部C点，通过A、B和C三个相对均匀分布的出汽点实现超长水平段的动用程度改善。

参见图8，在技术套管4000内下入平行双管柱注汽短管1000和注汽长管2000，技术套管外径Φ339.7mm，内径313.6mm；注汽短管1000为Φ114.3mm真空隔热管，最大接箍外径为132mm，注汽长管2000为Φ89mm真空隔热管，最大接箍外径为108mm，注汽短管1000和注汽长管2000最大外径和为240mm，和技术套管空隙为73.6mm，可以满足下入作业技术要求。

由于注汽短管1000和注汽长管2000为平行双管，因此互相不存在干扰。注汽短管1000和同心细管存在干扰，由于注汽短管1000和同心细管存在的温度差较小，因此注汽同心细管热损失大大降低，而相对而言注汽短管增大了一定热损失，这样的三管柱工艺设计的优点包含两点：一是降低了注汽短管1000出汽点A点的汽窜程度。因为蒸汽自注汽短管1000流出后，受环空截面积影响流速降低，这样容易在出汽点A点进入油层，造成局部吸汽导致汽窜。采用同心管组合一定程度上减少了注汽短管1000出汽点A的剩余干度，可以减少该处汽窜程度；第二是同心管组合保证了细管出口C点的剩余干度，可以从水平段中部像两边扩散，增大水平段动用程度。上述描述可以参看以下软件模拟计算结果：井口注汽压力10MPa，单管注汽速度8.3t/h，井口干度95％，注汽短管出口A点剩余干度51.2％，温度318℃，同心细管3000出汽点C剩余干度70.4％，温度325.6℃，均达到SAGD油藏工程要求的井底干度40％以上。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱，其特征在于，所述双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱包括：

注汽短管，设置在技术套管中；

注汽长管，设置在技术套管中，所述注汽长管设置在所述注汽短管之外，并且平行所述注汽短管，所述注汽长管的长度长于所述注汽短管；

第三注汽管，同心的设置在所述注汽短管中；

所述注汽长管的出汽点为水平段跟端；

所述注汽长管的出汽点为水平段趾端；

所述第三注汽管的出汽点为水平段的跟端与趾端之间。

2.如权利要求1所述的双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱，其特征在于，所述第三注汽管的出汽点为水平段的跟端与趾端之间的中间位置。

3.如权利要求1所述的双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱，其特征在于，所述技术套管的外径为Φ339.7mm。

4.如权利要求1所述的双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱，其特征在于，所述注汽短管的外径为Φ114.3mm。

5.如权利要求1所述的双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱，其特征在于，所述注汽短管为真空隔热管。

6.如权利要求1所述的双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱，其特征在于，所述注汽短管最大接箍外径为132mm。

7.如权利要求1所述的双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱，其特征在于，所述注汽长管最大接箍外径为108mm。

8.如权利要求1所述的双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱，其特征在于，所述技术套管的内径为313.6mm。

9.如权利要求1所述的双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱，其特征在于，所述第三注汽管的外径为Φ48.3mm。

10.如权利要求1所述的双水平井蒸汽辅助重力泄油三管注汽管柱，其特征在于，所述注汽长管的外径为Φ89mm。