本发明涉及减氧空气驱技术领域，特别涉及一种分层注减氧空气管柱、系统及方法。
背景技术：
注减氧空气采油技术主要是依靠空气中分离的氮气补充地层能量和氧气与原油的氧化反应产生热量的降粘作用及反应产物的降粘驱油作用，补充地层能量，改善油藏开采效果。
我国局部地区已经开展减氧空气驱试验，累计实施24个井组，通过不断摸索、试验，取得了良好的增油效果，实现了潜山油藏稳产。但在实施过程中也暴露了许多问题，主要表现在：随着潜山油藏注气规模的扩大，气窜问题已逐渐暴露。一旦气体前缘突破，油井产量将会迅速下降。气窜井组表现为生产气油比高，井组增油效果较差，甚至导致油井停产，严重影响气驱的整体驱油效果。如何有效封堵优势通道，改变其现有的驱替路径，扩大气驱波及体积已成为气窜井急需解决的难题。
为此，有必要研发一种新的分层注减氧空气工艺，以克服现有技术中的至少一个问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种分层注减氧空气管柱、系统及方法，能够克服现有技术中的缺陷，能够针对不同的产层进行分层注气，且封隔器连接处具有较佳的气密性，具有较佳的分层注气开发效果。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
一种分层注减氧空气系统，其包括用于设置在至少包含上油层、下油层的油藏中的分层注减氧空气管柱以及检测设备；其中，所述分层注减氧空气管柱包括：
设置在上套管中的上油管，自上而下依次连接在所述上油管下的上封隔器、注气短节，其中，所述注气短节设置有注气口，所述注气口高于所述上油层的高度；
设置在所述注气短节下的下油管，所述下油管的下端设置有球座；
穿设在所述上油管、上封隔器、注气短节及部分所述下油管中的导入管；
设置在所述导入管与所述下油管上部之间的插入密封件；
设置在下套管与所述下油管之间的下封隔器；所述下封隔器位于所述上油层与下油层之间；
所述检测设备包括：用于检测生产井氧气浓度的浓度检测件。
在一个优选的实施方式中，所述检测设备还包括：用于获取上油层温度的第一温度检测件和用于获取下油层温度的第二温度检测件。
一种基于上述的分层注减氧空气系统的分层注减氧空气方法，其包括：
步骤s10：制备减氧空气，并在油井中设置分层减氧空气管柱；所述分层注减氧空气管中形成有与上油层连通的上注减氧空气通道以及与下油层连通的下注减氧空气通道；
步骤s12：将制备好的减氧空气以第一预定压力和第一速率注入所述上注减氧空气通道，并将制备好的注减氧空气以第二预定压力和第二速率注入所述下注减氧空气通道；
步骤s14：获取生产井氧气浓度，并根据所述生产井氧气浓度调节注减氧空气的压力和速率。
在一个优选的实施方式中，还包括：获取上油层温度的第一温度和获取下油层温度的第二温度，根据所述第一温度、第二温度，结合所述生产井导管气氧浓度调节注减氧空气的压力和速率。
一种分层注减氧空气管柱，所述分层注减氧空气管柱用于设置在至少包含上油层、下油层的油藏中，所述分层注减氧空气管柱包括：
设置在上套管中的上油管，自上而下依次连接在所述上油管下的上封隔器、注气短节，其中，所述注气短节设置有注气口，所述注气口高于所述上油层的高度；
设置在所述注气短节下的下油管，所述下油管的下端设置有球座；
穿设在所述上油管、上封隔器、注气短节及部分所述下油管中的导入管；
设置在所述导入管与所述下油管上部之间的插入密封件；
设置在下套管与所述下油管之间的下封隔器；所述下封隔器位于所述上油层与下油层之间。
在一个优选的实施方式中，所述上油管与所述上封隔器之间还设置有上防腐短接。
在一个优选的实施方式中，所述下油管与所述球座之间还设置有下防腐短接。
在一个优选的实施方式中，所述上封隔器为机械坐封型封隔器，所述上封隔器包括中心管、胶筒、密封圈和锚定机构，所述胶筒和密封圈的材质为氢化丁晴橡胶。
在一个优选的实施方式中，还包括：用于检测生产井氧气浓度的浓度检测件。
在一个优选的实施方式中，还包括用于获取上油层温度的第一温度检测件和用于获取下油层温度的第二温度检测件。
本发明的特点和优点是：本申请所提供的分层注减氧空气管柱及方法，通过在利用该方法进行注减氧空气采油过程中，氧气与原油接触后发生氧化反应放热加热油层，原油氧化后酸性表面活性物质含量增加，有助于降低油水界面张力，提高注空气采油过程的洗油效率，应用范围广、成本低。而本申请所提供的分层注减氧空气方法在设置有相互独立的与上油层连通的上注减氧空气通道以及与下油层连通的下注减氧空气通道的分层注减氧空气管柱基础上，进行注减氧空气采油，并且设置了用于检测生产井氧气浓度的浓度检测件，在采油过程中，可以根据获取的生产井氧气浓度，实时调节注减氧空气的压力和速率，进一步提高了分层注气开发的效果。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
图1是本申请实施方式中一种分层注减氧空气管柱的结构示意图；
图2是本申请实施方式中基于上述分层注减氧空气管柱的分层注减氧空气方法的步骤流程图。
附图标记说明：
1、上油管；2、上防腐短接；3、上封隔器；4、注气短接：40、注气口；5、插入密封；6、导入管；7、下油管；8、下封隔器；9、下防腐短接；10、球座；11、上油层；12、下油层；13、上套管、14、下套管。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
分层注气技术的研究能够有效解决井组中因层间渗透率差异大，单层吸气量大的问题。该技术的核心是基于管柱和封隔器的改进所提出的一种新分层注气方法，进而实现从笼统注气向分层注气技术的发展。
本发明提供一种分层注减氧空气管柱、系统及方法，能够克服现有技术中的缺陷，能够针对不同的产层进行分层注气，且封隔器连接处具有较佳的气密性，具有较佳的分层注气开发效果。
请参阅图1，本申请实施方式中提供一种分层注减氧空气管柱，所述分层注减氧空气管柱用于设置在至少包含上油层11、下油层12的油藏中，所述分层注减氧空气管柱包括：设置在上套管13中的上油管1，自上而下依次连接在所述上油管1下的上封隔器3、注气短节，其中，所述注气短节设置有注气口40，所述注气口40高于所述上油层11的高度；设置在所述注气短节下的下油管7，所述下油管7的下端设置有球座10；穿设在所述上油管1、上封隔器3、注气短节及部分所述下油管7中的导入管6；设置在所述导入管6与所述下油管7上部之间的插入密封5件；设置在下套管14与所述下油管7之间的下封隔器8；所述下封隔器8位于所述上油层11与下油层12之间。
本申请所提供的分层注减氧空气管柱主要针对包含多个产层的油藏，具体的，至少包含上油层11、下油层12。在本实施方式中，以包含上油层11和下油层12的油藏为例进行举例说明。当然，所属领域技术人员在本申请的技术精髓启示下，可以在针对其他包含更多油层的油藏可以在本申请的基础上作适应性调整，但只要其实现的功能和效果与本申请相同或相似，均应涵盖于本申请保护范围内。
本申请中所述提供的分层注减氧空气管柱，通过在上油管1与上套管13之间的环形空间中设置上封隔器3，从而将上油层11与井口之间形成分隔。通过设置在下油管7与下套管14之间的环形空间中的下封隔器8，将上油层11和下油层12之间进行分隔。
在本实施方式中，所述导入管6穿设在所述上油管1、上封隔器3、注气短节及部分所述下油管7中。该导入管6可以为尺寸小于上油管1和下油管7的小尺寸油管。该导入管6的下端口位于所述下油管7中，通过该导入管6能够将井口注入的气体或者带压液体导入到下油管7中。
在本实施方式中，所述导入管6与所述下油管7上部之间设置有插入密封5件，该插入密封5件用于将所述导入管6与下油管7之间的环空封堵。当插入密封5件将上油管1与导入管6之间形成的环空下端封堵后，使得上油管1和导入管6之间的环空与注气短接4之间能够形成上注减氧空气通道，通过上注减氧空气通道可以对上油层11进行注气。此外，导入管6插设在上油管1中，并穿过插入密封5件伸入下油管7中，当导入管6与下封隔器8下端的球座10相连通时，可以形成下注减氧空气通道，通过该下注减氧空气通道可以对油藏中的下油层12进行注气。
本申请中的分层注减氧空气管柱可以分别形成上注减氧空气通道和下注减氧空气通道，可以分别对油层中的上油层11和下油层12实现分别注减氧空气，即通过地面调节可以对油层中的高渗层减少注减氧空气量，对油层中的低渗层加大注减氧空气量，从而达到了针对不同渗透率进行注减氧空气的目的，使得注减氧空气效果更加均匀，提高了减氧空气驱的驱油效果。其次，本申请中的分层注减氧空气管柱结构简单，有利于降低整个管柱的成本，而且在整个调整注减氧空气的过程中，操作人员只需在地面进行调节操作，无需对井下管柱进行操作，如此，有利于注减氧空气过程中对注减氧空气气量的调节。
为了能够更好的理解本申请中的分层注减氧空气管柱，下面将对其做进一步解释和说明。具体的，该分层注减氧空气管柱可以适用于7寸油井中。当然，其他尺寸的油井可以在本申请所提供的分层注减氧空气管柱的基础上，作适用性调整，具体的本申请在此不再重复举例。
如图1所示，在油井中首先通过连接上油管1，在配合套管的尺寸下，上油管1优先选择尺寸较大的油管，如此可以使得上油管1有一个较大的内径。如图1所示，在上油管1的下端可以连接有上封隔器3，为了能够保证上封隔器3的分隔效果，上封隔器3优选选择注减氧空气封隔器，相比于其它常规封隔器而言，由于本申请中的管柱用于注减氧空气，注减氧空气封隔器坐封可靠，气密封性能良好，价格低廉，其具有较大的优势。例如在配合3寸的上油管1时，上封隔器3的型号可以选择常规的y521注气封隔器或者类似y521注气封隔器。上封隔器3用于将油层中的上油层11与油井井口之间的油井进行分隔。
在一个实施方式中，作为对上封隔器3的进一步改进，所述上封隔器3为机械坐封型封隔器，所述上封隔器3包括中心管、胶筒、密封圈和锚定机构。其中，所述胶筒和密封圈的材质为氢化丁晴橡胶。上述封隔器的结构和材质能够进一步提高该上封隔器3的气密性。具体的，当胶筒和密封圈的材质为气密登记更高的氢化丁晴橡胶时，可以提高该上封隔器3的气密性，另外通过设置锚定机构，可以提供该上封隔器3的承下压能力。此外，该上封隔器3的中心管为一体化结构设计，连接位置都设置有o圈密封，并且锚定机构部分也由o圈密封，进一步提高了气密性。
如图1所示，在上封隔器3的下端可以连接有注气短接4，注气短接4的侧壁上开设有注气口40，通过该注气口40可使得上油管1内部与外界相连通，进而通过该注气口40向油层中的上油层11进行注减氧空气。
如图1所示，插入密封5件连接在注气短接4下端，插入密封5件的中部可以插入油管，如此，以使导入管6插入在插入密封5件中。插入密封5件的作用在于将上油管1与导入管6之间的环空与插入密封5件的下方相分隔，如此，上油管1与导入管6之间的环空与注气短接4的注气口40相连通以形成上注减氧空气通道。
如图1所示，插入密封5件的下端可以连接下封隔器8，由于油藏的上油层11和下油层12之间的距离不确定，在下封隔器8与插入密封5件之间可以连接有下油管7，由于油井下端的直径较小，因此下油管7的直径需小于上油管1的直径。例如，下油管7可以采用
如图1所示，上油管1中插设有导入管6，部分导入管6穿出插入密封5件插入至下油管7中，导入管6的直径小于下油管7的直径，如此，导入管6与下封隔器8下端的球座10相连通，从而导入管6与下油管7形成下注减氧空气通道，通过下注减氧空气通道可以对油藏的下油层12进行注减氧空气。例如，导入管6可以采用1.9寸的油管。为了避免导入管6在注减氧空气的过程中发生氧化反应，导致管柱腐蚀减少寿命，导入管6可以采用防腐油管，即在油管的内壁涂设有防腐涂层。同时，为了扩大上油管1与导入管6之间的环空横截面面积，导入管6可以才用无接箍油管，如此，可以使得导入管6的外径减小，进而达到增大环空的面积以加大注减氧空气量。
如图1所示，球座10连接在下封隔器8的下端，其可以用于进行投球操作以封堵管柱末端，从而可以进行打压将下封隔器8进行坐封。
在一种优选的实施方式中，上油管1与上封隔器3之间可以连接有上防腐短接2。球座10与下封隔器8之间可以连接有下防腐短接9。通过上防腐短接2可以有效减小上油管1发生腐蚀的可能性，通过下防腐短接9可以有效减小下油管7发生腐蚀的可能性，如此以避免管柱腐蚀而减少使用寿命。
由于本申请中的管柱形成了两条独立的上注减氧空气通道和下注减氧空气通道，因此，本申请中用于分层气驱的管柱可以采用双管注气井口，从而达到分别向上注减氧空气通道和下注减氧空气通道输送不同流量的气体。
本申请中的用于分层注减氧空气管柱在使用时操作过程可以如下：首先向油井的套管中下入连接好的上油管1、上防腐短接2、上封隔器3、注气短接4、插入密封5件、下油管7、下封隔器8、下防腐短接9和球座10，将上封隔器3和下封隔器8调整至指定位置，然后先坐封上封隔器3，然后向管柱进行投球，通过将球座10封堵，再打压以使下封隔器8坐封；接着下入导入管6，将导入管6插入至插入密封5件的中部并穿出，最后将球座10打掉以使管柱末端打开，管柱施工完成。通过导入管6和下油管7对油层的下油层12进行注减氧空气，外通过上油管1与导入管6形成的环空对油层的上油层11进行注减氧空气，通过地面调节注减氧空气量，以使油藏中的上油层11和下油层12的注减氧空气量不同。
整体上，在一个实施方式中，针对预定尺寸的油井，例如7"油井实施分层注气注减氧空气时，本发明通过对上密封隔器的改进以及管柱工艺结构的创新，实现了减氧空气在7"油井分层注气注减氧空气的目的，具有如下效果：结构简单可靠，便于现场施工和作业；上封隔器3加上了锚定装置，提高了封隔器的承下压能力；上封隔器3连接处都用o圈密封，锚体部分由o圈挡圈一起密封，气密封性能良好；使用了两套管柱，实现了分层注气注减氧空气，同时避免了套管腐蚀。
在一个实施方式中，由于油层中需要注入的减氧空气的浓度需要根据油层温度、原油性质以及气体在地层中的停留时间等确定，因此该分层注减氧空气管柱通常与检测设备相配套，形成分层注减氧空气系统。具体的，该检测设备可以包括：用于检测生产井氧气浓度的浓度检测件以及用于获取上油层11温度的第一温度检测件和用于获取下油层12温度的第二温度检测件。
请参阅图2，基于上述分层注减氧空气系统，本申请还提供的分层注减氧空气方法，该分层注减氧空气方法可以包括：
步骤s10：制备注减氧空气，并在油井中设置分层注减氧空气管柱；所述分层注减氧空气管中形成有与上油层11连通的上注减氧空气通道以及与下油层12连通的下注减氧空气通道；
步骤s12：将制备好的减氧空气以第一预定压力和第一速率注入所述上注减氧空气通道，并将制备好的减氧空气以第二预定压力和第二速率注入所述下注减氧空气通道；
步骤s14：获取生产井氧气浓度，并根据所述生产井氧气浓度调节注减氧空气的压力和速率。
此外，该分层注减氧空气方法还包括：获取上油层11温度的第一温度和获取下油层12温度的第二温度，根据所述第一温度、第二温度，结合所述生产井导管气氧浓度调节注减氧空气的压力和速率。
具体的，制备减氧空气时，可以先将压力3.4mpa、氧浓度为21％的压缩空气与纯度>99.5％的液氮(1m3液氮可汽化为标准状态下氮气696m3)按照体积比0.5-51:1的比例混合，或将压力为0.5mpa、氧浓度为21％的压缩空气与压力为0.5mpa、纯度>99.5％的压缩氮气按照体积比1:6-0.4的比例混合，制得氧浓度为3-15％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井中的上油管1以及导入管6分别以5-40mpa的压力通过上注减氧空气通道和下注减氧空气通道注入目标油藏；最后采用注减氧空气焖井吞吐或驱替的方式采油，测量采出井套管气氧气浓度，严格控制轻质油藏采出井套管气氧气浓度<3％，稠油油藏采出井套管氧气浓度<3-5％。
本申请提供了一种分层注减氧空气方法，在利用该方法进行注减氧空气采油过程中，氧气与原油接触后发生氧化反应放热加热油层，原油氧化后酸性表面活性物质含量增加，有助于降低油水界面张力，提高注空气采油过程的洗油效率，应用范围广、成本低。而本申请所提供的分层注减氧空气方法在设置有相互独立的与上油层11连通的上注减氧空气通道以及与下油层12连通的下注减氧空气通道的分层注减氧空气管柱基础上，进行注减氧空气采油，并且设置了用于检测生产井氧气浓度的浓度检测件，在采油过程中，可以根据获取的生产井氧气浓度，实时调节注减氧空气的压力和速率，进一步提高了分层注气开发的效果。
本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
本文披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。
以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。