隔热型罐装潜油电泵注采一体化的管柱结构及工艺方法
技术领域
本发明属于稠油开发热采工艺技术领域，尤其涉及一种隔热型罐装潜油电泵注采一体化的管柱结构及工艺方法。
背景技术
目前，我国近海蕴藏丰富稠油资源，其探明储量中60％以上为稠油储量。经过十多年的不断探索和试验，对于海上平台的稠油热采开发，已经建立起了多元热流体吞吐和蒸汽吞吐的先导试验区。由于多元热流体吞吐技术非凝析气体含量较大，多轮次吞吐井间气窜比较难治理；因此，在海上规模化推广应用中存在技术的局限性；且由于蒸汽吞吐技术是陆地主要稠油开采技术，在海上平台上也进行了深度试验，因此，其有效期较长，增产效果比较显著，其是目前海上稠油新油田开发主选的开发方式。
蒸汽吞吐是指向一口稠油井短期内连续注入一定量的蒸汽，然后，关井(焖井)数天，使热量得以扩散，之后，再开井生产，当瞬时采油量下降到一定水平后，再进行下一轮的注汽、焖井、采油，如此反复，周期循环；其蒸汽热量利用率的大小，直接决定着热采开发效果的好坏。由于海上平台空间相对比较狭小，导致其在蒸汽吞吐施工作业中的温度压力较高；就目前来讲，国内外还没有适应于海上平台稠油蒸汽吞吐开发的注采一体化管柱模式。
海上先导试验区一般采取注热管柱和生产管柱分离的作业方式，即：在稠油井注蒸汽前，在平台修井作业时换上注热管柱，待焖井放喷结束后，再在修井作业时换上生产管柱，但是，上述这种方式存在以下缺点：
①由于频繁作业洗压井及起下管柱，因此，导致其弥足珍贵的热能，被冷流体消耗，蒸汽热量利用率大幅地降低，热采开发的效果大打折扣；
②由于在钻修井机作业时，资源长期被占用，因此，导致其影响平台稠油井的布井数量，且新油田储量动用受限；
③由于海上修井作业的费用比较昂贵，频繁地进行海上修井作业，使得海上稠油开发成本显著上升；
④由于长期起下管柱，不仅影响平台稠油井套管完整性，而且，还带来了安全开发风险。
为了解决上述问题，陆地常采用“抽油机+隔热油管+耐磨抽油杆+抽稠泵”注采一体化管柱方式，但是，由于海上空间受限，因此，导致其不仅无法摆放体型巨大的磕头机，而且，其杆管腐蚀偏磨问题也会带来安全风险。
中国实用新型专利号为201420699208.2，专利名称为《一种海上热采注热和生产一体化管柱》中公开了一种注热和生产一体化管柱，其可以在注热和生产期间转换，其工作原理为：该一体化管柱利用Y型接头建立注热通道和生产通道，通过钢丝作业起出Y型堵塞器实现注热，注热结束后，再通过钢丝作业，下入Y型堵塞器实现生产，从而实现注热与生产间的转换。但该一体化管柱存在以下不足：
⑴由于在钢丝作业时，起下Y型堵塞器受井斜影响较大，井斜超过60度时，操作较为困难；而海上稠油井一般为大斜度长水平段井身结构，生产期间泵挂位置井斜大多接近70-80度，甚至成水平状态；因此，其在钢丝作业时，存在管串落井的风险；
⑵由于在作业过程中，仍然要执行洗压井工序；而管柱及井下关键工具整体耐温适合250℃多元热流体吞吐技术的应用，并不适合350℃高温蒸汽的注入。
因此，针对海上稠油井蒸汽吞吐开发的特点和油藏适时调整注汽剖面的需求，发明了适合海上平台稠油井350℃蒸汽吞吐开发的注蒸汽、转生产隔热型罐装电泵一体化管柱技术。
发明内容
本发明目的在于提供一种隔热型罐装潜油电泵注采一体化的管柱结构及工艺方法,以解决提高稠油井热能利用率及适合海上平台稠油井350℃蒸汽吞吐开发的注蒸汽的技术问题。
为实现上述目的，本发明的隔热型罐装潜油电泵注采一体化的管柱结构及工艺方法的具体技术方案如下：
一种隔热型罐装潜油电泵注采一体化的管柱结构，包括：安装在生产套管内的工艺管柱、与工艺管柱相连的管柱接头、由上至下安装在管柱接头一侧上的注采换向阀、套装在注采换向阀下面的注入蒸汽的隔热油管及隔热接箍；由上至下安装管柱接头另一侧上的单流阀、电泵、保护器、耐高温的潜油电机、电机扶正器；其中，管柱接头的一侧与隔热油管连接，另一侧与耐高温隔热型罐装的潜油电机连接；电泵和保护器之间设有数个电泵分离器出气口和数个电泵分离器进液口；在电泵分离器出气口和扶正器之间的外面还安装有隔热型导流装置，该隔热型导流装置的下面设有导流装置进液口，该导流装置进液口的下面安装有防蒸汽上窜的密封装置，通过液控的注采换向阀和防蒸汽上窜的密封装置的控制，以实现注蒸汽施工与热采后电泵生产之间的自由切换。
进一步，所述管柱接头为Y型；管柱接头主通道上、下位置上连接有注采换向阀、隔热油管及隔热接箍。
进一步，所述注采换向阀通过第一液控管线控制其开启关闭。
进一步，所述单流阀的下端是通过隔热短节与潜油电机连接；潜油电机的外层是通过气凝胶与隔热型导流装置相连，潜油电机的机组下部与电机扶正器连接，用以提高潜油电机机组的曲直度。
进一步，所述隔热型导流装置的本体是由内外管两层组成，且层间充填气凝胶隔热材料，并作抽真空处理；且隔热型导流装置的外层涂覆有1-2mm耐高温保温特种复合材料，该耐高温保温特种复合材料是由耐高温树脂和空心陶瓷球组成。
进一步，隔热型导流装置上设置有耐高温的电缆穿越装置，其中，电缆穿越装置的矿物质电缆是通过穿越装置与电机的插座相连；且隔热型导流装置是通过法兰安装在电泵分离器进液口的上部和分离器出气口的下部之间位置，以利于高温井液气体从生产套管中排出；且隔热型导流装置的下部还通过防蒸汽上窜密封装置的第二液控管线与防蒸汽上窜的密封装置连接，通过防蒸汽上窜密封装置的第二液控管线连接，令地面泄放压来控制其开启关闭。
进一步，其特征在于，所述隔热油管采用气凝胶的隔热油管，隔热接箍采用气凝胶的隔热接箍，用以降低井筒的热损失，提高井底热能利用率。
本发明还提供了一种隔热型罐装潜油电泵注采一体化的工艺方法，设置有如上面所述的罐装潜油电泵注采一体化的管柱结构，具体蒸汽吞吐量的开发采用以下步骤：
第一步：将连接好的注采一体化工艺管柱下入生产套管内；
第二步：当实施注蒸汽工况时，
⑴注采换向阀通过第一液控管线打压，建立起注蒸汽主通道；
⑵防蒸汽上窜的密封装置通过第二液控管线打压并关闭密封装置，防止蒸汽从隔热油管与生产套管中环空窜入隔热型导流装置；
⑶该环空同步注入氮气进行隔热；通过油套环空注入高纯度氮气，高纯度氮气通过油套环空、隔热型导流装置、防蒸汽上窜的密封装置，将环空液体顶替进入油层水平段，用以防止高温条件下产生腐蚀介质，降低油套环空温度，以保护潜油电机的机组系统；
⑷隔热油管内注入高温蒸汽，高温蒸汽通过管柱接头、注采换向阀、隔热油管4进入油层水平段；
第三步：①当注蒸汽及焖井结束后，倒好地面放喷流程，先进行油压的泄放，井底高温流体通过井筒周围的井底压力，将流体从隔热油管的通道中输送到井口；②当油压泄放为0后，再泄放套压至0，井底高温流体分别表示油套压泄压时，井底高温流体的放喷流向；
第四步：1)当转周期生产时，注采换向阀通过第一液控管线1泄压，并关闭，切断管柱接头以下注蒸汽通道；
2)防蒸汽上窜的密封装置打开，并建立潜油电机电泵系统的生产通道，且由地面控制柜启动电潜泵系统，井底高温流体通过密封装置、隔热型导流装置、潜油电机、电泵、单流阀、管柱接头及上部隔热油管举升至井口，底高温流体在通过电泵分离器时分离出的气体经过电泵分离器出气口进入套管环空、由分离出的气体分离出的高温井液进入管柱接头以上的管柱通过，从而实现电泵正常生产状态。
进一步，所述第一步中，在注蒸汽及放喷工况下，注采换向阀处于常开状态，防蒸汽上窜的密封装置处于常关状态；在生产过程中，注采换向阀关闭状态，防蒸汽上窜的密封装置开启状态。
本发明的隔热型罐装潜油电泵注采一体化的管柱结构及工艺方法具有以下优点：
1)由于采用了气凝胶隔热型导流装置，在注蒸汽时，不仅隔热型导流装置能起到隔热作用，有效地降低了高温机组本体温度，而且，在隔热型导流装置的下部安装有防蒸汽上窜密封装置，同时，环空采取注高纯度氮气，可有效地防止井底高温蒸汽的上返，保护了电泵机组不受高温侵扰。
2)通过液控注采换向阀和防蒸汽上窜密封装置，不仅实现了注蒸汽施工与热采后电泵生产之间的自由切换，而且，在注蒸汽施工时，将换向阀打开，防蒸汽上窜密封装置关闭，蒸汽从隔热油管主蒸汽通道注入油藏，并通过安装在另一侧电泵管柱通道上的单流阀，防止蒸汽窜入；同时，在焖井结束生产时，将换向阀关闭，防蒸汽上窜密封装置打开，井液从导流装置进液口流入，通过分离器吸入口进入电泵生产。
3)通过在地面控制柜上打压、泄压，不仅实现了注采的自由切换，无需进行钢丝作业，而且，不受井斜影响；
4)其可以避免洗压井液对地层的冷伤害及管串的落井风险，可实现无缝转换，大大提高了生产时效和安全等级。
5)由于采用投资较小的隔热型导流装置，解决了电泵不适应高温蒸汽吞吐工况的问题；该隔热型导流装置不但适用于潜油电泵，也适用潜油螺杆泵、潜油往复泵等举升工艺。
附图说明
图1为本发明管柱结构示意图；
图2为本发明注高温蒸汽工况下的管柱结构示意图；
图3为本发明焖井后放喷工况下管柱结构示意图；
图4为本发明转周期生产工况下管柱结构示意图。
图中标记说明：
1-第一液控管线、2-管柱接头、3-注采换向阀、4-隔热油管、5-生产套管、6-第二液控管线、7-矿物质电缆、8-单流阀、9-电泵、10-电泵分离器出气口、11-电缆穿越装置、12-电泵分离器进液口、13-保护器、14-隔热型导流装置、15-潜油电机、16-电机扶正器、17-导流装置进液口、18-密封装置、19-高温蒸汽、20-高纯度氮气、21-井底高温流体、22-分离出的气体、23-高温井液。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种隔热型罐装潜油电泵注采一体化的管柱结构及工艺方法做进一步详细的描述。
如图1-图4所示，本发明隔热型罐装潜油电泵注采一体化的管柱结构包括：安装在生产套管5内的工艺管柱、与工艺管柱相连的管柱接头2、由上至下安装在管柱接头2一侧上的注采换向阀3、套装在注采换向阀3下面的注入蒸汽的隔热油管4及隔热接箍；由上至下安装管柱接头2另一侧上的单流阀8、电泵9、保护器13、耐高温的潜油电机15、电机扶正器16；其中，管柱接头2的一侧与隔热油管4连接，另一侧与耐高温隔热型罐装的潜油电机15连接；电泵9和保护器13之间设有数个(本实施例为二个)电泵分离器出气口10和数个(本实施例为二个)电泵分离器进液口12；在电泵分离器出气口10和扶正器16之间的外面还安装有隔热型导流装置14，隔热型导流装置14的下面设有导流装置进液口17，导流装置进液口17的下面安装有防蒸汽上窜的密封装置18，通过液控的注采换向阀3和防蒸汽上窜的密封装置18的控制，以实现注蒸汽施工与热采后电泵生产之间的自由切换。
上述管柱接头2为Y型。
如图1所示，在具体实施时，注采换向阀3、隔热油管4及隔热接箍连接在管柱接头2主通道上、下位置，其中，注采换向阀3通过第一液控管线1控制其开启关闭。
上述单流阀8的下端是通过隔热短节与潜油电机15连接；潜油电机15的外层是通过气凝胶与隔热型导流装置14相连，潜油电机15的机组下部与电机扶正器16连接，用以提高潜油电机15机组的曲直度。
上述隔热型导流装置14上设置有耐高温的电缆穿越装置11，其中，电缆穿越装置11的矿物质电缆7是通过穿越装置与电机的插座相连。
上述隔热型导流装置14是通过法兰安装在电泵分离器进液口12的上部和分离器出气口10的下部之间位置，以利于高温井液气体从生产套管5中排出。
上述隔热型导流装置14的下部还通过防蒸汽上窜密封装置的第二液控管线6与防蒸汽上窜的密封装置18连接，通过防蒸汽上窜密封装置的第二液控管线6连接，使地面泄放压来控制其开启关闭。
上述隔热型导流装置14的外层涂覆有1-2mm耐高温保温特种复合材料，该耐高温保温特种复合材料是由耐高温树脂和空心陶瓷球等组成。
上述隔热型导流装置14的本体是由内外管两层组成，且层间充填气凝胶隔热材料，并作抽真空处理。
上述隔热油管4采用气凝胶的隔热油管，隔热接箍采用气凝胶的隔热接箍，用以降低井筒的热损失，提高井底热能利用率。
本发明的隔热型罐装潜油电泵注采一体化工艺方法进行蒸汽吞吐开发量的过程如下：
第一步：如图1所示，将连接好的注采一体化工艺管柱下入生产套管5内；生产套管5严格执行刮削、通井等作业程序，以确保井筒干净；
第二步：如图2所示，当实施注蒸汽工况时，⑴注采换向阀3通过第一液控管线1打压，建立起注蒸汽主通道；
⑵防蒸汽上窜的密封装置18通过第二液控管线6打压并关闭密封装置18，防止蒸汽从隔热油管4与生产套管5中环空窜入隔热型导流装置14；
⑶该环空同步注入氮气进行隔热；即：图中箭头所指，高温蒸汽19、高纯度氮气20表示蒸汽和氮气的注入方向，通过油套环空注入高纯度氮气20，高纯度氮气20通过油套环空、隔热型导流装置14、防蒸汽上窜的密封装置18，将环空液体顶替进入油层水平段，用以防止高温条件下产生腐蚀介质，降低油套环空温度，以保护潜油电机15的机组系统；
⑷隔热油管4内注入高温蒸汽19，高温蒸汽19通过管柱接头2、注采换向阀3、隔热油管4进入油层水平段；
第三步：如图3所示，①当注蒸汽及焖井结束后，倒好地面放喷流程，先进行油压的泄放，井底高温流体21通过井筒周围的井底压力，将流体从隔热油管4的通道中输送到井口；②当油压泄放为0后，再泄放套压至0，即：图中箭头所指，井底高温流体21分别表示油套压泄压时，井底高温流体的放喷流向；
第四步：如图4所示，1)当转周期生产时，注采换向阀3通过第一液控管线1泄压，并关闭，切断管柱接头2以下注蒸汽通道；
2)防蒸汽上窜的密封装置18打开，并建立潜油电机15电泵系统的生产通道，且由地面控制柜启动电潜泵系统，井底高温流体21通过密封装置18、隔热型导流装置14、潜油电机15、电泵9、单流阀8、管柱接头2及上部隔热油管举升至井口，井底高温流体21在通过电泵分离器时分离出的气体22经过电泵分离器出气口10进入套管环空、由分离出的气体22分离出的高温井液23进入管柱接头2以上的管柱通过，从而实现电泵正常生产状态。
在注蒸汽及放喷工况下，注采换向阀3处于常开状态，防蒸汽上窜的密封装置18处于常关状态；在生产过程中，注采换向阀3关闭状态，防蒸汽上窜的密封装置18开启状态。
上述为注采换向阀、单流阀、电泵、保护器、潜油电机、电机扶正器为现有技术，未作说明的技术为现有技术，故不再赘述。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
