專利名稱：提高油井出口處油溫的方法及油井結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采油方法及油管結(jié)構(gòu)，尤其是一種應(yīng)用于稠油井抽油過(guò)程中回收井下較深處高溫原油熱量加熱抽至井口處，以改善抽出原油尤其是稠油的流動(dòng)性的方法及油井結(jié)構(gòu)。具體地說(shuō)是一種能減少稠油井的用電量，甚至去除整個(gè)抽油桿的電加熱裝置及其控制器件、或?qū)τ途母邷馗邏赫羝⑷肓浚沟贸橛拖到y(tǒng)的抽油操作變得簡(jiǎn)單，提高原油的流動(dòng)性，減少抽油的事故率的提高油井出口處油溫的方法及油井結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
眾所周知，在稠油井的原油抽取過(guò)程中，每一口稠油井的空心桿內(nèi)裝有電加熱裝置，且每隔一段時(shí)期都要對(duì)油井內(nèi)注入大量的高溫高壓蒸汽，以克服由于地層散熱所消耗的熱量，提高出口處的原油溫度，改善抽出原油尤其是稠油的流動(dòng)性。1995年，人們?cè)岢鰧⒅亓κ綗峁軕?yīng)用于稠油開(kāi)采油井結(jié)構(gòu)中作為抽油桿并通過(guò)抽油桿的熱管效應(yīng)對(duì)井筒內(nèi)的原油進(jìn)行加熱的理念。21世紀(jì)后，國(guó)內(nèi)某些學(xué)者在該理念的指導(dǎo)下，先后對(duì)數(shù)口稠油井進(jìn)行了將一整支重力式熱管替代整個(gè)空心抽油桿的相關(guān)的實(shí)地試驗(yàn)研究，結(jié)果證明，此舉可將出口處原有的溫度提高10 20°C，同時(shí)使得蒸汽注入量減少約10%。但是，通過(guò)對(duì)油井結(jié)構(gòu)及地層散熱問(wèn)題進(jìn)行傳熱分析后認(rèn)為，油井中原油從井底上升過(guò)程中的溫度降低主要在于地層的散熱，提高抽出處原油溫度的關(guān)鍵在于克服油管與地層間的散熱，現(xiàn)有的油井井管大多采用隔熱性能較好的玻璃鋼材料制造，以降低熱能向地層的傳輸。因此，為保證出油溫度，現(xiàn)有的采油井均在抽油桿上采取措施，通過(guò)外界補(bǔ)充能源的措施來(lái)提高出油溫度，不僅使得井筒設(shè)備復(fù)雜，而且能耗高，效率低，對(duì)此一直沒(méi)有好的解決方法。正因于此，采用一種吸熱速度高于地層散熱速度的方法，使得將從熱原油處吸收來(lái)的熱量仍傳回給冷原油，以提高油井出口處的冷原油溫度是解決目前原油抽取中存在問(wèn)題的關(guān)鍵。而熱管具有傳熱速率快、能在較小溫差下即能工作的特點(diǎn)，可以適應(yīng)上述要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前原油抽取過(guò)程中需通過(guò)外部供熱或電加熱的方法使稠油保持在合適的出口溫度范圍內(nèi)來(lái)增加流動(dòng)性，勢(shì)必造成井口設(shè)備復(fù)雜，能耗高等一系列問(wèn)題，發(fā)明一種基于熱管原理的提高油井出口處油溫的方法，同時(shí)設(shè)計(jì)一種采用熱管作為油管的井筒結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)方案之一是:
一種提高油井出口處油溫的方法，其特征是將若干支重力式套管形熱管連接成一體作為油管，使原油通過(guò)各支重力式套管形熱管的中心抽出抽油管外，在各支重力式套管形熱管的密閉管壁間隙中注入工質(zhì)并抽真空，每支重力式套管的下部為熱管蒸發(fā)段，上部為熱管冷凝段，在原油從井底處向上抽出流動(dòng)的過(guò)程中，對(duì)于每支重力式套管形熱管而言，下部?jī)?nèi)側(cè)表面處于熱流體區(qū)，上部?jī)?nèi)側(cè)表面處于冷流體區(qū)，由于熱管具有在較小的冷、熱流體溫差下就能正常工作的特性，且能把下部熱原油的熱量向上傳遞給上部的冷原油，可以使得上部的冷原油溫度相比于無(wú)熱管時(shí)要高，從而通過(guò)各支重力式套管形熱管底端的熱量逐級(jí)上傳，使各支重力式套管形熱管中心通過(guò)的原油不斷地與管壁進(jìn)行熱交換從而使原油不會(huì)變稠，最終使最靠近出油口的重力式套管形熱管內(nèi)的油溫滿足防稠的出油溫度要求。為防止重力式套管形熱管所處位置的地層溫度低于管內(nèi)的油溫，則可在全部或部分重力式套管形熱管的外表面增設(shè)保溫層以防止熱量向外或地層擴(kuò)散。本發(fā)明的技術(shù)方案之二是:
一種能提高油井出口處油溫的油井結(jié)構(gòu)，它包括抽油桿I和油管2，抽油桿I在動(dòng)力裝置的帶動(dòng)下在油管2中上下運(yùn)動(dòng)從而將地層中的原油3從油管2中抽至油管2的出油口 4進(jìn)入輸油管道中，其特征是所述的油管2由若干支重力式套管形熱管5通過(guò)連接件6連接而成，所述的重力式套管形熱管5由內(nèi)管和外管組成，內(nèi)管和外管之間為注有工質(zhì)的真空結(jié)構(gòu)，內(nèi)管的內(nèi)部形成供原油和抽油桿通過(guò)的原油通道，組成油管2的部分或全部重力式套管形熱管5的外表面設(shè)有保溫層。所述的連接件6為機(jī)械連接裝置結(jié)構(gòu)。所述的油管2的外部設(shè)有保護(hù)層7。本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明突破了熱管的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，開(kāi)創(chuàng)性地將其應(yīng)用于原油開(kāi)采中，不僅簡(jiǎn)化了采油井筒設(shè)備的結(jié)構(gòu)，可省去傳統(tǒng)采油中的電加熱、高壓注氣等用于提高原油出口處油溫的裝置，具有節(jié)能降耗和綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，而且具有制造安裝方便，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用多節(jié)重力式套管形熱管連接而成，克服了單根熱管的缺點(diǎn)，如果整個(gè)油管的重力式套管形熱管只是一整支很長(zhǎng)的熱管，則存在如下影響熱管工作性能的致命性的弊端:
(O由于鋼管出廠尺寸與油井深度間的差距較大，使得整支套管形熱管必須由多段內(nèi)、外管壁分別各自連接而成，因此整個(gè)熱管長(zhǎng)度方向上的連接點(diǎn)較多，且多為在鉆井現(xiàn)場(chǎng)制作，這樣使得形成熱管所要求的環(huán)隙真空度不能保證，所制作的熱管也容易受損，熱管環(huán)隙頂端有相當(dāng)一段的長(zhǎng)度將被不凝性氣體所占領(lǐng)，使得熱管冷凝段的有效傳熱面積大大縮小，性能下降；
(2)該整支熱管如若損壞，則整個(gè)套管形熱管油管的傳熱能力就喪失殆盡；
(3)整支套管形熱管油管的長(zhǎng)度尺寸較大，傳熱面積較大，傳遞功率較大，而相對(duì)于長(zhǎng)度而言熱管的環(huán)隙空間尺寸又較小，因而容易出現(xiàn)熱管環(huán)隙內(nèi)上升的工質(zhì)蒸汽攜帶沿?zé)峁墉h(huán)隙壁面下降的工質(zhì)液體，使得熱管環(huán)隙壁面的下部出現(xiàn)無(wú)工質(zhì)液體濕潤(rùn)的干涸現(xiàn)象，即出現(xiàn)熱管的攜帶傳熱極限，使得熱管蒸發(fā)段的有效傳熱面積大大縮小，傳熱性能下降，最終使得實(shí)際傳熱能力受限。本發(fā)明充分發(fā)揮了熱管的傳熱性能，僅需很小的溫差即可實(shí)現(xiàn)高效的熱傳遞。它能很方便地將底部的高溫原油加熱上部低溫原油，達(dá)到提高井口出口處原油溫度，改善稠油流動(dòng)性，減少油井用電量，去除油井用電控制器，減少油井事故率的目的。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，尤其是大大簡(jiǎn)化了抽油桿的結(jié)構(gòu)。


圖1是本發(fā)明的油井的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例一。如圖1所示。一種提高油井出口處油溫的方法，其關(guān)鍵是將若干支重力式套管形熱管連接成一體作為油管，使原油通過(guò)各支重力式套管形熱管的中心抽出油油管外，在各支重力式套管形熱管的密閉管壁間隙中注入工質(zhì)并抽真空，每支重力式套管的下部為熱管蒸發(fā)段，上部為熱管冷凝段，在原油從井底處向上抽出流動(dòng)的過(guò)程中，對(duì)于每支重力式套管形熱管而言，下部?jī)?nèi)側(cè)表面處于熱流體區(qū)，上部?jī)?nèi)側(cè)表面處于冷流體區(qū)，由于熱管具有在較小的冷、熱流體溫差下就能正常工作的特性，且能把下部熱原油的熱量向上傳遞給上部的冷原油，可以使得上部的冷原油溫度相比于無(wú)熱管時(shí)要高，從而通過(guò)各支重力式套管形熱管底端的熱量逐級(jí)上傳，使各支重力式套管形熱管中心通過(guò)的原油不斷地與管壁進(jìn)行熱交換從而使原油粘度降低不會(huì)變稠，最終使最靠近出油口的支重力式套管形熱管內(nèi)的油溫滿足防稠的出油溫度要求；為防止熱量從套管外壁損失，可在全部或部分重力式套管形熱管的外表面增設(shè)保溫層以防止熱量向地層或外部擴(kuò)散。本發(fā)明的多支重力式套管形熱管采用機(jī)械連接裝置，在每支重力式套管形熱管的兩端各加工一個(gè)外螺紋，再通過(guò)螺母連接件將相連的熱管連接成一個(gè)整體，為了防止漏油，在連接螺母中應(yīng)安裝耐高溫和耐腐蝕的密封墊，同時(shí)為了增加油井的強(qiáng)度，具體實(shí)施時(shí)應(yīng)采用類似于傳統(tǒng)玻璃鋼井筒的結(jié)構(gòu)，即在玻璃鋼井筒的外側(cè)澆鑄混凝土保護(hù)層，而且本發(fā)明的抽油桿的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，無(wú)需增加電加熱裝置。具體使用時(shí)，由于溫度損失小，也可省去傳統(tǒng)的注汽工藝，因此采油成本可大大降低。本發(fā)明采用多節(jié)重力式套管形熱管首尾相連的結(jié)構(gòu)可克服單根式結(jié)構(gòu)存在的如下缺陷:
(O由于作為熱管殼體的鋼管出廠長(zhǎng)度尺寸與油井深度(整個(gè)油管長(zhǎng)度，有時(shí)達(dá)到千米以上)間的差距較大，使得整個(gè)熱管必須由多段管壁在鉆井現(xiàn)場(chǎng)連接制作而成，因此整個(gè)熱管長(zhǎng)度方向上的連接點(diǎn)較多，這樣使得形成熱管所要求的管內(nèi)真空度不能保證，因而所制作的熱管容易受損，性能下降；
(2)在鉆井現(xiàn)場(chǎng)制作的整體式套管形熱管井筒油管，由于油溫的存在，使得熱管工質(zhì)充液量的精確控制不能得到保證，對(duì)整體式套管形熱管井筒油管的使用性能必定產(chǎn)生影響；
(3)該整體式熱管如若有一個(gè)損壞點(diǎn)，則整個(gè)整體式套管形熱管井筒油管的傳熱能力就喪失殆盡；
(4)整體式套管形熱管井筒油管的長(zhǎng)度尺寸較大，傳熱面積較大，傳遞功率較大，而相對(duì)于長(zhǎng)度而言套管形熱管的工質(zhì)所在的內(nèi)外管間的環(huán)隙尺寸又較小，因而容易出現(xiàn)熱管內(nèi)外管間環(huán)隙中上升的工質(zhì)蒸汽攜帶沿環(huán)隙壁面下降的工質(zhì)液體，使得熱管的下部環(huán)隙壁面出現(xiàn)無(wú)工質(zhì)液體濕潤(rùn)的現(xiàn)象，受熱面干涸，即出現(xiàn)熱管的攜帶傳熱極限，導(dǎo)致熱管的實(shí)際傳熱能力面積受限，最終使得實(shí)際傳熱能力受限。實(shí)施例二。
如圖1所示?！N能提高油井出口處油溫的油井結(jié)構(gòu)，它包括抽油桿I和油管2，油管2在油井中的安裝方式及結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相同，如圖1所示，整個(gè)油井由最外部的混凝土層8、保溫層9和套管10組成，保溫層9位于混凝土層8和套管10之間，油管2位于套管10中，在油管2和套管10之間留有間隙11，在間隙11中會(huì)有各種雜物(如水、油、泥土、碎石等)形成雜物層，間隙11的存在也便于油管2的維修和更換，抽油桿I的上端穿過(guò)套管、保溫層和混凝土層在動(dòng)力裝置的帶動(dòng)下在油管2中上下運(yùn)動(dòng)從而將地層中的原油3從油管2中抽至油管2的出油口 4進(jìn)入輸油管道中，在油管2的外部最好是設(shè)有起保護(hù)作用的保護(hù)層7，保護(hù)層7可采用常規(guī)的混凝土結(jié)構(gòu)，所述的油管2由若干個(gè)重力式套管形熱管5通過(guò)連接件6 (可采用連接螺母或法蘭)連接而成，采用螺母連接時(shí)，應(yīng)在每支重力式套管形熱管5的上下兩端(最上和最下的可省去一端)各加工相應(yīng)的外螺紋，在螺母中還應(yīng)加裝密封墊，所述的重力式套管形熱管5由內(nèi)管和外管組成，內(nèi)管和外管之間為注有工質(zhì)(可為適合于原油溫度的熱管中常用的傳熱效果好的介質(zhì))的真空結(jié)構(gòu)，內(nèi)管的內(nèi)部形成供原油和抽油桿通過(guò)的原油通道，抽油桿在內(nèi)管的內(nèi)部上下移動(dòng)帶動(dòng)原油從油層向出口處移動(dòng)，組成油管2的部分或全部重力式套管形熱管5的外表面設(shè)有保溫層，如果重力式套管形熱管5安裝位置處的地層溫度大于油溫，則可不設(shè)置保溫層，如果地層溫度低于內(nèi)管中的原油的油溫，此時(shí)最好是在對(duì)應(yīng)的重力式套管形熱管5的外管的外表面增加保溫層，從制造安裝方便的角度出發(fā)，為每支重力式套管形熱管5均增加保護(hù)層是不錯(cuò)的選擇。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種提高油井出口處油溫的方法，其特征是將若干支重力式套管形熱管連接成一體作為油管，使原油通過(guò)各支重力式套管形熱管的中心抽出油管外，在各支重力式套管形熱管的密閉管壁間隙中注入工質(zhì)并抽真空，每支重力式套管的下部為熱管蒸發(fā)段，上部為熱管冷凝段，在原油從井底處向上抽出流動(dòng)的過(guò)程中，對(duì)于每支重力式套管形熱管而言，下部?jī)?nèi)側(cè)表面處于熱流體區(qū)，上部?jī)?nèi)側(cè)表面處于冷流體區(qū)，由于熱管具有在較小的冷、熱流體溫差下就能正常工作的特性，且能把下部熱原油的熱量向上傳遞給上部的冷原油，可以使得上部的冷原油溫度相比于無(wú)熱管時(shí)要高，從而通過(guò)各支重力式套管形熱管底端的熱量逐級(jí)上傳，使各支重力式套管形熱管中心通過(guò)的原油不斷地與管壁進(jìn)行熱交換從而使原油溫度升高，粘度降低，不會(huì)變稠，流動(dòng)性變好，最終使最靠近出油口的重力式套管形熱管內(nèi)的油溫滿足防稠的出油溫度要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高油井出口處油溫的方法，其特征是如果所述的全部或部分重力式套管形熱管的外表面設(shè)有保溫層以防止熱量向外擴(kuò)散。
3.一種能提高油井出口處油溫的油井結(jié)構(gòu)，它包括抽油桿(I)和油管(2)，抽油桿(I)在動(dòng)力裝置的帶動(dòng)下在油管(2)中上下運(yùn)動(dòng)從而將地層中的原油(3)從油管(2)中的下部抽至油管(2)上部的出油口(4)進(jìn)入輸油管道中，其特征是所述的油管(2)由若干個(gè)重力式套管形熱管(5)通過(guò)連接件(6)連接而成,所述的重力式套管形熱管(5)由內(nèi)管和外管組成，內(nèi)管和外管之間為注有工質(zhì)的真空間隙結(jié)構(gòu)，內(nèi)管的內(nèi)部形成供原油和抽油桿通過(guò)的原油通道，組成油管(2)的部分或全部重力式套管形熱管(5)的表面設(shè)有保溫層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所的能提高油井出口處油溫的油井結(jié)構(gòu)，其特征是所述的連接件(6)為機(jī)械連接裝置結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所的能提高油井出口處油溫的油井結(jié)構(gòu)，其特征是所述的油管(2)的外部設(shè)有保護(hù)層(7)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高油井出口處油溫的方法，同時(shí)公開(kāi)了相應(yīng)的油井結(jié)構(gòu)，方法和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是將若干支重力式套管形熱管連接成一體作為油管，使原油通過(guò)各支重力式套管形熱管的中心抽出井外，在各支重力式套管形熱管的密閉管壁間隙中注入工質(zhì)并抽真空，每支重力式套管的下部為熱管蒸發(fā)段，上部為熱管冷凝段，通過(guò)各支重力式套管形熱管底端的熱量逐級(jí)上傳，使各支重力式套管形熱管中心通過(guò)的原油不斷地與管壁進(jìn)行熱交換從而使原油粘度降低不會(huì)變稠，最終使最靠近出油口的支重力式套管形熱管內(nèi)的油溫滿足防稠的出油溫度要求。本發(fā)明具有節(jié)能、簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，可大幅度降低采油成本。
文檔編號(hào)E21B17/00GK103161428SQ201310101040
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者王良虎, 李菊香 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)