采油管柱和稠油开采装置的制作方法

本实用新型涉及油田采油技术领域，尤其涉及一种采油管柱和稠油开采装置。

背景技术：

稠油是原油的一种，由于稠油中轻质馏分含量较低，而胶质与沥青含量较高，因此稠油的密度和粘度都较大。通常把相对密度大于0.92(20℃)、地下粘度大于50mPa·s的原油称为稠油。在稠油油田开发过程中，油井中的原油粘度较大会造成井筒堵塞，导致停产甚至爆管的现象。

在稠油的实际开采过程中，需要采用多种手段降低其粘度以提高稠油的产量，现有技术中经常通过注入空气和蒸汽降低稠油粘度，或者在稠油中掺入稀油、乳化剂等掺稀液，以降低稠油粘度，降低开采难度。

然而，通过注入空气和蒸汽降低稠油粘度的方式，能耗大，生产成本高；向稠油中注入掺稀液以降低稠油粘度的方式，后期还需要对掺稀液进行分离处理，生产成本高。

技术实现要素：

本实用新型提供一种采油管柱和稠油开采装置，适用于注水加热以降低稠油粘度，提高稠油产量。

本实用新型一方面提供一种采油管柱，包括油管、加热管和套管；

所述油管套设在所述套管内，所述油管和所述套管之间形成油套环空；所述加热管套设在所述油管内，所述加热管与所述油管之间形成热水通道；

所述加热管和所述热水通道相互连通，以供热水进出；其中，所述热水注入到所述加热管中并由所述热水通道排出；或者，所述热水注入到所述热水通道中并经所述加热管排出；

所述油套环空用于排出稠油。

本实用新型实施例提供的采油管柱，通过注入热水对稠油进行加热，以降低稠油的粘度，满足了稠油开采的要求，提高了稠油的开采量；采油管柱通过增加加热管，实现注入热水以降低稠油粘度的功能，相比于注入蒸汽及掺如稀油的降粘方式，生产成本低；结构简单，容易操作，便于大规模推广和使用。

进一步地，所述油管的末端通过堵头封堵。

进一步地，所述采油管柱还包括循环泵，所述循环泵连接在所述加热管和所述热水通道之间，以将从所述加热管中排出的水注入所述热水通道内，或者将所述热水通道内排出的水注入所述加热管中。

进一步地，所述采油管柱还包括：加热装置，所述加热装置用于对待注入的水进行加热。

进一步地，所述循环泵和所述加热装置连接，所述加热装置用于加热从所述加热管或者所述热水通道排出的水。

进一步地，所述采油管柱还包括温度传感器，所述温度传感器用于测量从所述加热管或者所述热水通道排出的水的温度。

进一步地，所述采油管柱还包括流量计，所述流量计用于监控注入所述加热管或所述热水通道的热水的流量。

进一步地，所述采油管柱还包括抽油泵，所述抽油泵与所述油套环空连接，以为油套环空内的稠油的流动提供动力。

进一步地，所述套管设置在井筒内，所述井筒由固井水泥形成，所述套管和所述井筒上设置有与储层位置对应的射孔，稠油经过所述射孔进入所述油套环空。

本实用新型另一方面还提供一种稠油开采装置，包括采油树以及上所述的采油管柱；

所述采油树包括采油树本体，以及分别与所述采油树本体连接的油管挂和套管挂；

所述油管挂与所述油管和所述加热管连接，所述套管挂与所述套管连接。

本实用新型实施例提供的采油管柱和稠油开采装置，通过注入热水对稠油进行加热，以降低稠油的粘度，满足了稠油开采的要求，提高了稠油的开采量；采油管柱通过增加加热管，实现注入热水以降低稠油粘度的功能，相比于注入蒸汽及掺如稀油的降粘方式，生产成本低；结构简单，容易操作，便于大规模推广和使用；设置循环泵为热水循环提供动力，设置抽油泵为稠油的流动提供动力，以提高稠油井的开采效率；温度传感器和流量计的设置用于实时监测热水的温度和流量，以更好地调节注入热水的温度和流量，实现更好地加热降粘的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的采油管柱的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的采油管柱中的流体流动路径示意图；

图3为本实用新型实施例提供的采油管柱中的流体流动路径的又一结构示意图；

图4为图1的俯视视角的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的采油管柱的又一结构示意图；

图6为图5的俯视视角的结构示意图。

附图标记：

100-油管

200-加热管

300-套管

400-井筒

101-堵头

13-油套环空

21-热水通道

34-固井水泥

341-射孔

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在原油开采时，如果井筒底部的压力不足，或者原油粘度过大等原因，使油井的自身能量不能将井筒中的原油举升到地面或者举升到地面的原油量太低，就需要采用以机械采油为主的方式进行人工举升。采油管柱是稠油开采装置的核心组成部分，所起的作用是将地面的能量传递至井筒中的原油，并且将原油举升到地面。

稠油的粘度对于温度非常敏感，随着温度的增加，稠油的粘度急剧下降，且稠油粘度越高，这种变化就越明显。因此在实际生产中，经常通过提高稠油的温度的方式来降低其粘度。

下面参考附图并结合具体的实施例描述本实用新型。

图1为本实用新型实施例提供的采油管柱的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的采油管柱中的流体流动路径示意图，图3为本实用新型实施例提供的采油管柱中的流体流动路径的又一结构示意图，图2和图3中箭头方向代表流体流动的方向，图4为图1的俯视视角的结构示意图，参考图1-图4所示，本实用新型一方面提供一种采油管柱，包括油管100、加热管200和套管300；

油管100套设在套管300内，油管100和套管300之间形成油套环空13；加热管200套设在油管100内，加热管200与油管100之间形成热水通道21；加热管200和热水通道21相互连通，以供热水进出；其中，热水注入到加热管200中并由热水通道21排出；或者，热水注入到热水通道21中并经加热管200排出；油套环空13用于排出稠油。

参考图2和图3所示，注入的热水的流动路径可以有两种操作方式。第一种为，热水注入到加热管200中，经热水通道21排出；第二种为，热水注入到热水通道21中，经加热管200排出。两种方式下，热水均可以提高油管100管壁的温度，进而提高油套环空13内的稠油的温度，使得稠油的粘度降低，实现稠油的顺利开采。

在实际稠油开采过程中，首先向加热管200中注入高温热水，热水在重力的作用下朝向下方流动，并经过热水通道21向上排出，热水在热水通道21向上排出的同时，与油套环空13内的稠油通过油管100的管壁发生热传导，使稠油因吸热而温度上升，粘度显著降低，因而能够顺利地从油套环空13内排出。或者，向热水通道21中注入高温热水，热水在重力的作用下朝向下方流动，在流动的同时与油套环空13内的稠油通过油管100的管壁发生热传导，使稠油因吸热而温度上升，而温度降低后的热水经过加热管200排出。

上述两种注入热水的方式各有利弊：若热水注入到加热管200中，经热水通道21排出，则热水在加热管200中流动时会造成一部分的热量损失，热水与油管100的管壁之间的温差减小，导致传热效率降低；若热水注入到热水通道21中，经加热管200排出，热水首先与油管100的管壁进行热传导，不存在前者所述的热量损失，在一定程度上提高了换热效率，但同时，热水直接注入注水通道21内时，其下降速度较快，可能会存在与油管100的管壁传热不充分，从而导致热量损失。

具体地，油管100、加热管200和套管300同轴设置。油管100和套管300一般为圆形管柱，优选地，加热管200的横截面为圆形，以使注入加热管200或热水通道21的热水对稠油进行均匀的加热。油管100和套管300的长度根据储层深度及压力等参数来确定，油管100和套管200的直径根据稠油的产量及油井的压力等参数来确定。

显然，加热管200的长度小于油管100的长度，加热管200的内径小于油管100的内径。实际应用中，可以控制加热管100的体积和热水通道21的体积大致相同，以使得注入的热水能够顺利的排出，实现热水的良好循环以及与稠油的充分热交换。可选地，加热管200的内径值是油管100的内径值的倍。比如，假设加热管200的内径值为a，油管100的内径值为b，则要使得加热管100的体积和热水通道21的体积大致相同，应使得a²＝b²-a²，解出

上述注入的热水的温度，可根据实际稠油的粘度、稠油在油套环空13中向上流动的速度、热水的循环速度等因素灵活合理设置，使经过热水与稠油之间的热交换后，稠油的温度能够达到临界点温度即可。该临界点温度，是指在该临界点温度下的稠油粘度能够保证稠油能够顺利地从油套环空13被举升到地面，实现正常生产。比如稠油的临界点温度为40℃左右，则一般控制注入的热水的温度为50℃～90℃；经过热交换后，排出的热水温度一般为40℃左右。若稠油的临界点温度为10℃左右，可适当降低热水的温度。

本实用新型实施例提供的采油管柱，通过注入热水对稠油进行加热，以降低稠油的粘度，满足了稠油开采的要求，提高了稠油的开采量；采油管柱通过增加加热管，实现注入热水以降低稠油粘度的功能，相比于注入蒸汽及掺如稀油的降粘方式，生产成本低；结构简单，容易操作，便于大规模推广和使用。

下面采用更加详细的实施例，对各部件的结构进行详细说明。

为避免热水和稠油混合，参考图1所示，油管100的末端通过堵头101封堵。热水在加热管200和油管100中流动，稠油在油套环空13内流动，为了避免热水和稠油直接接触造成稠油的含水率升高，需要将油管100和油套环空13阻隔开。油管100一般包括多根短节，相邻的短节之间通过丝扣连接，短节的数量和长度可根据油井的具体参数进行设置。多根短节的内部相互连通，阻隔开油管100和油套环空13仅需要对油管100的末端，及最底端的一根短节进行封堵即可。

具体地，上述短节一般是具有固定长度的钢管，其具体材质和管壁厚度以能够承受稠油开采过程中产生的压力为准，比如一般可采用的钢管牌号为J55、K55、N80、L80和P110等，其管壁厚度一般为6mm～18mm左右。短节两端设有螺纹，使相邻的短节能够实现螺纹连接；或者，也可以设有与短节配套的变径接头，实现相邻短节之间的螺纹连接。油管100的末端的封堵结构可以为堵头、丝堵等结构，能够承受油管100内外的流体的压力，且实现密封即可。

进一步地，为实现热水的循环利用，上述采油管柱还可以包括循环泵(图中未示出)，循环泵连接在加热管200和热水通道21之间，以将从加热管200中排出的水注入热水通道21内，或者将热水通道21内排出的水注入加热管200中。循环泵用于实现热水的循环利用，避免热水的浪费，有利于降低生产成本。

并且，通过循环泵调节热水的注入速度(即循环速度)，使加热管200或者热水通道21内的热水能够对油套环空13内的稠油进行充分加热，以降低稠油粘度，提高稠油开采产量。

在上述实施例的基础上，采油管柱还包括：加热装置(图中未示出)，加热装置用于对待注入的水进行加热。加热装置的具体加热方式不限，可以为电加热或者燃气加热等，加热装置的具体结构在此不做限制，其能够保证将水加热至需要的温度，并满足流量的要求即可。

进一步地，循环泵和加热装置连接，加热装置用于加热从加热管200或者热水通道21排出的水。从加热管200或者热水通道21排出的水可首先被该加热装置加热至适宜的温度，然后在循环泵的作用下被重新注入到热水通道21或加热管200中，实现热水的循环利用，降低生产成本。

在上述实施例的基础上，采油管柱还包括温度传感器(图中未示出)，温度传感器用于测量从加热管200或者热水通道21排出的水的温度。排出的水的温度是热水循环过程中的最低温度，根据排出的水的温度，可相应调整注入的水的温度，以实现最佳的换热效果，提高稠油的生产量。

可选地，采油管柱还包括流量计，流量计用于监控注入加热管200或热水通道21的热水的流量。注入的热水的温度和流量都会影响到换热效果，根据流量计测得的热水流量的大小，可选择较佳的流量，使加热管200或者热水通道21内的热水能够对油套环空13内的稠油进行充分加热，以降低稠油粘度，提高稠油开采产量。

在上述实施例的基础上，采油管柱还包括抽油泵，抽油泵与油套环空13连接，以为油套环空13内的稠油的流动提供动力。本实用新型实施例提供的采油管柱，可以适用于目前稠油开采中较为常见的自喷井，也可以适用于机采井。其中，对于机采井，上述采油管柱还可以进一步包括抽油泵(图中未示出)，该抽油泵与油套环空13连接，以为油套环空13内的稠油的流动提供动力。

具体地，上述抽油泵设置在油套环空13内，比如可以设置在油套环空13的中部，也可以设置在油套环空13中部偏下的位置，其与油套环空13下端之间的距离可根据实际油井内稠油的压力等条件合理设置，以能够将稠油举升到地面。

图5为本实用新型实施例提供的采油管柱的又一结构示意图，图6为图5的俯视视角的结构示意图，参考图5和图6所示，套管300设置在井筒400内，井筒400由固井水泥34形成，套管300和井筒400上设置有与储层位置对应的射孔341，稠油经过射孔341进入油套环空13。

具体地，稠油开采过程中使用的套管300，是用于支撑稠油井井壁的钢管，以保证钻井过程进行和完井后整个稠油井的正常运行。套管300一般是通过固井水泥34固定在稠油井的井筒400内，并且在套管300底部的侧壁以及固井水泥34上径向开设有多个射孔341，使储层内的稠油能够通过该射孔341进入油套环空13内。

在稠油开采之前，可首先将稠油井钻至一定深度，比如4000米，然后在稠油井的井筒400内下套管300，套管300与井筒400之间形成了环形空间，然后向该环形空间内注入固井水泥34，即俗称的“固井”；随后采用射孔工具依次射穿套管300底部、固井水泥34并深入稠油储层，形成套管300与稠油储层之间的连通孔道，即射孔341；其次实施压井，防止后续作业时发生井喷，保证稠油开采安全、顺利进行；最后下加热管200和油管100，利用油管100把压井液举出，确保后续稠油开采时油层畅通。

本实用新型实施例提供的采油管柱，通过注入热水对稠油进行加热，以降低稠油的粘度，满足了稠油开采的要求，提高了稠油的开采量；采油管柱通过增加加热管，实现注入热水以降低稠油粘度的功能，相比于注入蒸汽及掺如稀油的降粘方式，生产成本低；结构简单，容易操作，便于大规模推广和使用；设置循环泵为热水循环提供动力，设置抽油泵为稠油的流动提供动力，以提高稠油井的开采效率；温度传感器和流量计的设置用于实时监测热水的温度和流量，以更好地调节注入热水的温度和流量，实现更好地加热降粘的效果。

本实用新型另一方面还提供一种稠油开采装置，包括采油树以及上的采油管柱；

采油树包括采油树本体，以及分别与采油树本体连接的油管挂和套管挂；

油管挂与油管100和加热管20连接，套管挂与套管300连接。

具体地，采油树是自喷井和机采井等用来开采原油的井口装置，是控制和调节原油生产的主要设备，主要包括套管挂、油管挂、采油树本体三部分，其中套管挂和油管挂均与采油树本体连接。

本实用新型实施例提供的稠油开采装置，其采油管柱通过注入热水对稠油进行加热，以降低稠油的粘度，满足了稠油开采的要求，提高了稠油的开采量；采油管柱通过增加加热管，实现注入热水以降低稠油粘度的功能，相比于注入蒸汽及掺如稀油的降粘方式，生产成本低；结构简单，容易操作，便于大规模推广和使用；设置循环泵为热水循环提供动力，设置抽油泵为稠油的流动提供动力，以提高稠油井的开采效率；温度传感器和流量计的设置用于实时监测热水的温度和流量，以更好地调节注入热水的温度和流量，实现更好地加热降粘的效果。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。