CN106837279B - 井下组合加热装置及其加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种井下组合加热装置及其加热方法，该井下组合加热装置包括：电磁波热能发生器由串连组装的多个加热段组成，加热段包括磁力棒和分别连接在磁力棒两端的电阻棒，磁力棒上缠绕有铜丝，电阻棒上缠绕第一钨丝；电热膜加热机构连接在连续管上，其具有电热管和缠绕在电热管上的第二钨丝，电热管外部密封套接电热膜壳，第二钨丝位于电热膜壳内，电热膜壳与电热管之间形成加热腔，加热腔填充惰性气体，电磁波热能发生器位于连续管内且位于电热膜加热机构下方；封装电缆的加热段电缆与第一钨丝相连，超导脉冲电缆与铜丝相连，电热膜电缆与第二钨丝相连。本发明的井下组合加热装置及其加热方法，成本低、热量损失小、加热速度快。
Description
技术领域
本发明有关于一种组合加热装置及加热方法，尤其有关于一种油田生产技术领域的井下组合加热装置及其加热方法。
背景技术
目前，在石油开采领域中，普遍采用以能源换能源的方式进行采油，这种传统的一二次采油方式浪费了大量的电力和原油能源。空气驱采油是新兴的一种石油开采技术，可以节约大量的能源，降低采油成本，大幅提升采油的速度和采收率，是一种绿色环保的创新型采油技术，这种技术同样可以应用到煤炭地下气化点火工艺中。
注汽井点火就是将热能在井底部直接通过空气或水注入到油层中，使油层温度迅速上升，同时，加注氧化剂和助燃剂促使原油发生化学反应的过程。注气井点火技术是空气驱采油和煤炭地下气化的重要组成部分。注气井点火技术操作简捷、投资少、成功率高，其直接关系到空气驱采油正常进行。
蒸汽点火是一种常用的注汽井点火方式，蒸汽点火需要从地面向井下注入大量过热蒸汽，以提高井下油层温度，从而达到使井下油层氧化裂解所需温度的目的，但是过热蒸汽在输送过程中会产生大量的损耗；另一种注汽井点火方式为井下化学点火，其成本较高，应用范围较小。
因此，有必要提供一种新的井下加热装置及加热方法，来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种井下组合加热装置，其能在井下对高温热水和液态富氧行进两级加热，热量损失小、加热速度快、成本低。
本发明的另一个目的是提供一种井下组合加热装置的加热方法，该加热方法热量损失小、加热速度快、成本低。
本发明提供一种井下组合加热装置，其中，所述井下组合加热装置包括：电磁波热能发生器，其设置在井下油层部位处，所述电磁波热能发生器由串连组装的多个加热段组成，所述加热段包括磁力棒和分别连接在所述磁力棒两端的电阻棒，所述磁力棒上缠绕有铜丝，所述电阻棒上缠绕有第一钨丝；电热膜加热机构，其连接在连续管上，所述电热膜加热机构具有电热管和缠绕在所述电热管上的第二钨丝，所述电热管的外部密封套接有电热膜壳，所述第二钨丝位于所述电热膜壳内，所述电热膜壳与所述电热管之间形成有加热腔，所述加热腔中填充有惰性气体，所述连续管位于井下的套管内，所述电磁波热能发生器位于所述连续管内，并置于所述电热膜加热机构下方；封装电缆，其具有加热段电缆、电热膜电缆和超导脉冲电缆，所述加热段电缆与所述第一钨丝相连，所述超导脉冲电缆与所述铜丝相连，所述电热膜电缆与所述第二钨丝相连。
如上所述的井下组合加热装置，其中，所述连续管的底部连接有射孔罩，所述电磁波热能发生器位于所述射孔罩的上方，所述射孔罩上设有贯通的多个射孔。
如上所述的井下组合加热装置，其中，所述封装电缆设置在所述连续管中的封装管内，所述封装管中还设有测温电缆，所述测温电缆连接有测温器，所述测温器位于所述电热膜加热机构和所述电磁波热能发生器之间的所述连续管内。
如上所述的井下组合加热装置，其中，所述加热段电缆的外部、所述电热膜电缆的外部、所述超导脉冲电缆的外部和所述测温电缆的外部均设有绝缘层。
如上所述的井下组合加热装置，其中，所述封装管内填充隔热绝缘材料。
如上所述的井下组合加热装置，其中，所述套管内穿设有油管，所述连续管位于所述油管内，所述油管的下端连接有承托器，所述承托器与所述连续管的下端固定相连。
如上所述的井下组合加热装置，其中，所述油管上设有上封隔器和下封隔器，所述上封隔器和所述下封隔器封隔在所述套管内，所述上封隔器和所述下封隔器之间封堵有水泥环。
如上所述的井下组合加热装置，其中，所述连续管中设有注入管，所述注入管的下端位于所述电热膜壳的上方。
如上所述的井下组合加热装置，其中，所述惰性气体为氦气。
如上所述的井下组合加热装置，其中，所述第一钨丝的外表面和所述第二钨丝的外表面均涂有隔热涂料层。
本发明还提供一种井下组合加热装置的加热方法，采用如上所述的井下组合加热装置，其中，所述井下组合加热装置的加热方法包括如下步骤：
步骤A：向井下注水，同时开启所述电热膜加热机构和所述电磁波热能发生器，以对所述注水加热，所述注水加热后形成过热蒸汽注入井下油层中；
步骤B：当所述井下油层的温度达到预定值时，向井下油层通入液态富氧，所述井下油层氧化裂解。
如上所述的井下组合加热装置的加热方法，其中，在所述步骤A中，向所述井下注水的水温为80℃～120℃。
如上所述的井下组合加热装置的加热方法，其中，在所述步骤B中，所述液态富氧为含氧量40％的液态空气，通入所述液态富氧的体积为5m3～10m3。
如上所述的井下组合加热装置的加热方法，其中，在所述步骤B之后还包括步骤B1：向井下通入泡沫空气，每天通入所述泡沫空气的体积为8000m3～15000m3，连续通入所述泡沫空气8天～15天。
如上所述的井下组合加热装置的加热方法，其中，在所述步骤B中，当所述井下油层的的温度达到550℃的预定值时，向所述井下油层通入所述液态富氧。
本发明的特点及优点是：
本发明的井下组合加热装置，通过电热膜加热机构和电磁波热能发生器对注入的高温热水和液态富氧进行两级加热，将高温热水迅速加热为高温过热蒸汽，过热蒸汽的热量随后被高效迅速地输送到井下油层，其成本低、热量损失小、加热速度快。
本发明的井下组合加热装置的加热方法，能对注入的高温热水和液态富氧进行两级加热，将高温热水迅速加热为高温过热蒸汽，过热蒸汽的热量随后被高效迅速地输送到井下油层，其成本低、热量损失小、加热速度快。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明的井下组合加热装置的结构示意图；
图2为本发明的井下组合加热装置的电磁波热能发生器的结构示意图；
图3为本发明的井下组合加热装置的加热方法的流程图。
附图标号说明：1、自动控制装置；2、超导脉冲装置；3、测温电缆；4、加热段电缆；5、套管；6、油管；7、连续管；8、上封隔器；9、电热膜加热机构；91、电热膜壳；92、加热腔；93、电热管；94、第二钨丝；10、测温器；11、电磁波热能发生器；1100、加热段；110、磁力棒；1101、铜丝；1102、接线端；111、电阻棒；1111、第一钨丝；1112、接线端；12、下封隔器；13、射孔罩；14、射孔；15、井下油层；16、承托器；17、水泥环；18、电热膜电缆；19、超导脉冲电缆；20、注入管；21、封装管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。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例，都属于本发明保护的范围。
实施方式一
如图1至图3所示，本发明提供一种井下组合加热装置包括：电磁波热能发生器11，其设置在井下油层15部位处，所述电磁波热能发生器11由串连组装的多个加热段1100组成，所述加热段1100包括磁力棒110和分别连接在所述磁力棒110两端的电阻棒111，所述磁力棒110上缠绕有铜丝1101，所述电阻棒111上缠绕有第一钨丝1111；电热膜加热机构9，其连接在连续管7上，所述电热膜加热机构9具有电热管93和缠绕在所述电热管93上的第二钨丝94，所述电热管93的外部密封套接有电热膜壳91，所述第二钨丝94位于所述电热膜壳91内，所述电热膜壳91与所述电热管93之间形成有加热腔92，所述加热腔92中填充有惰性气体，所述连续管7位于套管5内，所述电磁波热能发生器11位于所述连续管7内，并置于所述电热膜加热机构9下方；封装电缆，其具有加热段电缆4、电热膜电缆18和超导脉冲电缆19，所述加热段电缆4与所述第一钨丝1111相连，所述超导脉冲电缆19与所述铜丝1101相连，所述电热膜电缆18与所述第二钨丝94相连。本发明的井下组合加热装置通过电热膜加热机构9和电磁波热能发生器11对注入的高温热水和液态富氧进行两级加热，将高温热水迅速加热为高温过热蒸汽，过热蒸汽的热量随后被高效迅速地输送到井下油层，其成本低、热量损失小、加热速度快。
具体地，如图1所示，在本实施方式中，电热膜加热机构9的长度为5m～10m，其设置于连续管7上；电热膜加机构9具有电热管93，电热管93上下都具有丝扣(图中未标出)，与连续管7通过丝扣连接；电热管93上缠绕有第二钨丝94，第二钨丝94外面涂有隔热涂料层，该隔热涂料层例如可为陶瓷隔热涂料，可防止热量散失；电热管93的外部密封套接有电热膜壳91，电热膜壳91由不锈钢制成，其两端密封焊接在电热管93上，电热膜壳91与电热管93之间形成加热腔92，加热腔92中填充惰性气体，可以起到隔热保温，防止第二钨丝94氧化的作用。其中，惰性气体优选为氦气，也可以为氖气、氩气、氪气或氙气。电热膜加热机构9为一级加热装置。
如图1和图2所示，电磁波热能发生器11设置在连续管7的下部，电磁波热能发生器11为分段串连结构，每个加热段1100为一米，各个加热段1100之间通过丝扣(图中未标出)连接起来。加热段1100的中间一段为50cm的磁力棒110，磁力棒110上缠绕有铜丝1101，铜丝1101的接线端1102与超导脉冲电缆19的一端连接，超导脉冲电缆19的另一端与地面的超导脉冲装置2连接，超导脉冲装置2为超导脉冲电缆19提供超导脉冲电流；磁力棒110的两端各连接有一电阻棒111，电阻棒111上缠绕第一钨丝1111，加热段电缆4的一端与第一钨丝1111的接线端1112连接，加热段电缆4的另一端与地面的自动控制装置1连接，自动控制装置1为加热段电缆4提供控制电流。电磁波热能发生器11为二级加热装置。
如图1所示，套管5内穿设有油管6，连续管7位于油管6中，连续管7内还设有注入管20，注入管20的下端位于电热膜壳91的上方。在井下油层15上部的油管6和套管5之间密封有上封隔器8和下封隔器12，两个封隔器中间设有水泥环17，水泥环17的高度为50m～100m。水泥环17的安装方法为：在套管5和油管6之间先坐封下封隔器12，然后从井口注入水和水泥，再坐封上封隔器8，等水泥凝固后，即形成了水泥环17，水泥环17可以防止井下的气体从套管5和油管6之间泄露，起到防腐封隔的作用。另外，水泥环17耐高温性能好，不易受井下高温的影响。
在下封隔器12的下部固定连接承托器16，承托器16大体为环形结构，其外壁固定连接于下封隔器12，承托器16内壁固定连接在电热膜加热机构9下端的连续管7的上，起到承托整个连续管7的作用。
连续管7的下端连接有射孔罩13，射孔罩13为半球形，焊接于连续管7的下部，射孔罩13的球面上设有多个贯通的射孔14，这些射孔14可以供过热蒸汽通过。
进一步地，电热膜加热机构9的下部设有测温器10，测温器10位于电热膜加热机构9和电磁波热能发生器11之间的连续管7内，测温器10通过测温电缆3与地面的自动控制装置1连接。测温器10能实时监控井下的温度并反馈给自动控制装置1。
更进一步地，测温电缆3、热电偶电缆4、电热膜加热电缆18和超导脉冲电缆19设置于封装管21中，上述电缆外部均设有绝缘层，该绝缘层为由玻璃纤维材料制成的绝缘套管，封装管21位于连续管7中，封装管21内还填充有隔热绝缘材料，该隔热绝缘材料为抗高温玻璃棉，该抗高温玻璃棉使用的温度范围为600℃到1000℃，以保证各电缆的使用寿命。
在实际作业中，本发明的井下组合加热装置位于点火井中，其周围还有多个生产井，当点火成功后，井下的稠油发生氧化裂解和燃烧等反应，稠油粘度下降，周围的几个生产井即可进行采油生产。
本发明的井下组合加热装置工作过程如下：
1、向注入管20中注入温度为80℃～120℃的高温热水，对注入管20和近井地带进行清洗，防止点火过程中井底发生结焦和自燃等现象；
2、持续向注入管20中注入80℃～120℃的高温热水，同时启动电热膜加热机构9和电磁波热能发生器11，高温热水在经过电热膜加热机构9时，迅速转化为高温蒸汽，高温蒸汽的温度约为300℃，此为一级加热。由于高温热水的不断注入，高温蒸汽继续下行，经过电磁波热能发生装置11，经过一级加热的高温蒸汽在电磁波热能发生器11处进行二级加热，形成过热蒸汽，温度约为550℃。套管5在井下油层15中下部设有多个射孔(图中未标出)，由于地面高温热水在高压下持续注入，过热蒸汽通过射孔14喷射，再由套管5上的射孔进入井下油层15中，使井下油层15形成了高温温度场，从而为后续氧化裂解做好了准备；
3、通过测温器10检测井下温度，当油层15的温度达到预定值550℃时，向井下通入液态富氧，液态富氧是指含氧量超过40％的液态空气，井下油层15迅速氧化裂解和燃烧，此时，井下油层15点火成功。当油藏氧化裂解后，将形成高温带，可持续不断的释放出热能。井下油层15氧化裂解和燃烧后产生的混合气体(氮气、二氧化碳和过热蒸汽)形成多项混合流体驱动功能。在这一过程中，通入的液态富氧的总体积约为5m3～10m3。
4、向注入管20中注入泡沫空气，其中，泡沫的成分包括：a、十二烷基硫酸钠(K12)，b、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)，c、正庚烷，d、常温清水，a、b、c、d的混合制成泡沫，其比例为a：b：c：d＝1：2：2：95。泡沫空气为携热剂，可以高效地将热量注入到井下油层15。在实际生产中，每天向井下油层15通入泡沫空气的体积为8000m3～15000m3，连续通入所述泡沫空气8天～15天；
5、利用气象色谱仪检测周围的生产井中裂解和燃烧产出的尾气的成分，当二氧化碳含量高于4％，氧气含量低于4％时，即可判断点火成功。点火成功后停止一级加热装置和二级加热装置的运行，通过连续管7和油管6之间的环形空间持续向井下注入空气，使氧化裂解和燃烧持续发生。
本发明的井下组合加热装置还可用于煤炭地下汽化点火和井下蒸汽发生，其具体使用方法与上述油层点火过程类似，在此不再赘述。
本发明的井下组合加热装置通过电热膜加热机构9和电磁波热能发生器11对注入的高温热水、液态富氧和泡沫空气进行两级加热，将高温热水迅速加热为高温过热蒸汽，过热蒸汽的热量高效随便被迅速地输送到井下油层，其成本低、热量损失小、加热速度快。
实施方式二
本发明还提供一种利用上述井下组合加热装置来给井下油层加热的方法，该井下组合加热装置的加热方法利用实施方式一中的井下组合加热装置，其中，井下组合加热装置的结构、工作原理和有益效果与实施方式一相同，在此不再赘述。该加热方法包括如下步骤：
如图3所示，步骤A：向井下注水，同时开启所述电热膜加热机构9和所述电磁波热能发生器11，以对所述注水加热，所述注水加热后形成过热蒸汽注入井下油层15中；
具体地，向注入管柱20中注入温度为80℃～120℃的高温热水，对注入管20和近井地带进行清洗，防止点火过程中井底发生结焦和自然等现象；然后，持续向注入管柱20中注入80℃～120℃的高温热水，同时启动一级加热装置和二级加热装置，高温热水在经过电热膜加热机构9时，迅速转化为高温蒸汽，高温蒸汽的温度约为300℃，此为一级加热；由于高温热水的不断注入，高温蒸汽继续下行，经过电磁波热能发生装置11，高温蒸汽在电磁波热能发生器11处进行二级加热，形成过热蒸汽，温度约为550℃。由于地面高温热水在高压下持续注入，过热蒸汽通过射孔14喷射进井下油层15中，使井下油层15形成了高温温度场，从而为井下油层15的氧化裂解做好了准备；
步骤B：当所述井下油层的温度达到预定值时，向井下油层通入液态富氧，所述井下油层15氧化裂解。
具体地，利用测温器10检测井下温度，当井下油层15的温度达到预定值550℃时，向井下通入液态富氧，液态富氧是指含氧量40％的液态空气或含氧量超过40％的液态空气，液态富氧在注入后迅速汽化，成为助燃剂，井下油层15迅速氧化裂解和燃烧。当井下油层15氧化裂解后，将形成高温带，可持续不断的释放出热能。井下油层15氧化裂解和燃烧后产生的混合气体(氮气、二氧化碳和过热蒸汽)形成多项混合流体驱动功能。
利用气象色谱仪检测周围的生产井中裂解和燃烧产出的尾气的成分，当二氧化碳含量高于4％，氧气含量低于4％时，即可判断点火成功。点火成功后关闭一级加热装置和二级加热装置，通过连续管7和油管6之间的环形空间持续向井下注入空气，使井下油层15的氧化裂解和燃烧持续发生。
进一步地，在所述步骤B中，所述液态富氧为含氧量40％的液态空气，通入液态富氧的总体积为5m3～10m3。
更进一步地，在所述步骤B之后还包括步骤B1，向井下通入泡沫空气，每天向井下通入泡沫空气的体积为8000m3～15000m3，连续通入所述泡沫空气8天～15天。其中，泡沫空气中的泡沫的成分包括：a、十二烷基硫酸钠(K12)，b、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)，c、正庚烷，d、常温清水，a、b、c、d的混合制成泡沫，其比例为a：b：c：d＝1：2：2：95。泡沫空气为携热剂，可以高效的将热量注入到井下油层15。
本发明的加热方法对注入的高温热水、液态富氧和泡沫空气进行两级加热，将高温热水迅速加热为高温过热蒸汽，过热蒸汽的热量随后被高效迅速地输送到井下油层15，其成本低、热量损失小、加热速度快。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (14)
1.一种井下组合加热装置，其特征在于，所述井下组合加热装置包括：
电磁波热能发生器，其设置在井下油层部位处，所述电磁波热能发生器由串连组装的多个加热段组成，所述加热段包括磁力棒和分别连接在所述磁力棒两端的电阻棒，所述磁力棒上缠绕有铜丝，所述电阻棒上缠绕有第一钨丝；
电热膜加热机构，其连接在连续管上，所述电热膜加热机构具有电热管和缠绕在所述电热管上的第二钨丝，所述电热管的外部密封套接有电热膜壳，所述第二钨丝位于所述电热膜壳内，所述电热膜壳与所述电热管之间形成有加热腔，所述加热腔中填充有惰性气体，所述连续管位于井下的套管内，所述电磁波热能发生器位于所述连续管内，并置于所述电热膜加热机构下方；
封装电缆，其具有加热段电缆、电热膜电缆和超导脉冲电缆，所述加热段电缆与所述第一钨丝相连，所述超导脉冲电缆与所述铜丝相连，所述电热膜电缆与所述第二钨丝相连；
其中，所述封装电缆设置在所述连续管中的封装管内，所述封装管中还设有测温电缆，所述测温电缆连接有测温器，所述测温器位于所述电热膜加热机构和所述电磁波热能发生器之间的所述连续管内。
2.如权利要求1所述的井下组合加热装置，其特征在于，所述连续管的底部连接有射孔罩，所述电磁波热能发生器位于所述射孔罩的上方，所述射孔罩上设有贯通的多个射孔。
3.如权利要求1所述的井下组合加热装置，其特征在于，所述加热段电缆的外部、所述电热膜电缆的外部、所述超导脉冲电缆的外部和所述测温电缆的外部均设有绝缘层。
4.如权利要求1所述的井下组合加热装置，其特征在于，所述封装管内填充隔热绝缘材料。
5.如权利要求1所述的井下组合加热装置，其特征在于，所述套管内穿设有油管，所述连续管位于所述油管内，所述油管的下端连接有承托器，所述承托器与所述连续管的下端固定相连。
6.如权利要求5所述的井下组合加热装置，其特征在于，所述油管上设有上封隔器和下封隔器，所述上封隔器和所述下封隔器封隔在所述套管内，所述上封隔器和所述下封隔器之间封堵有水泥环。
7.如权利要求1所述的井下组合加热装置，其特征在于，所述连续管中设有注入管，所述注入管的下端位于所述电热膜壳的上方。
8.如权利要求1所述的井下组合加热装置，其特征在于，所述惰性气体为氦气。
9.如权利要求1所述的井下组合加热装置，其特征在于，所述第一钨丝的外表面和所述第二钨丝的外表面均涂有隔热涂料层。
10.一种井下组合加热装置的加热方法，其采用如权利要求1至9中任一项所述的井下组合加热装置，其特征在于，所述井下组合加热装置的加热方法包括如下步骤：
步骤A：向井下注水，同时开启所述电热膜加热机构和所述电磁波热能发生器，以对所述注水加热，所述注水加热后形成过热蒸汽注入井下油层中；
步骤B：当所述井下油层的温度达到预定值时，向井下油层通入液态富氧，所述井下油层氧化裂解。
11.如权利要求10所述的井下组合加热装置的加热方法，其特征在于，在所述步骤A中，向所述井下注水的水温为80℃～120℃。
12.如权利要求10所述的井下组合加热装置的加热方法，其特征在于，在所述步骤B中，所述液态富氧为含氧量40％的液态空气，通入所述液态富氧的体积为5m3～10m3。
13.如权利要求10所述的井下组合加热装置的加热方法，其特征在于，在所述步骤B之后还包括步骤B1：向井下通入泡沫空气，每天通入所述泡沫空气的体积为8000m3～15000m3，连续通入所述泡沫空气8天～15天。
14.如权利要求10所述的井下组合加热装置的加热方法，其特征在于，在所述步骤B中，当所述井下油层的温度达到550℃的预定值时，向所述井下油层通入所述液态富氧。
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