一种火烧油层防井筒剧烈燃烧方法与流程

本发明是关于一种火烧油层防井筒剧烈燃烧方法，可为其它相应安全措施争取时间，保护测试设备及套管，属于油田安全开发领域。

背景技术：

火烧油层技术又称火驱，是一种能大幅度提高稠油油藏采收率的开采技术，主要是利用地层原油中的重质组分作为燃料，利用空气或富氧气体作为助燃剂，采取自燃和人工点火等方法使油层温度达到原油燃点，并连续注入助燃剂，使油层原油持续燃烧，燃烧反应产生大量的热，加热油层，使得油层温度上升至600～700℃，重质组分在高温下裂解，注入的气体、重油裂解生成的轻质油、燃烧生成的气体以及水蒸汽用于驱动原油向生产井流动，并从生产井采出。

目前火烧油层关键技术研究主要集中在：点火方法、完井方法、示踪方法、监测方法、产出气处理、辅助开采、调剖封堵、室内模拟等方面。安全生产预案也贯穿在生产的各个环节，但总有一些非人为的不可预测的安全隐患影响该技术的正常实施，如点火前邻井蒸汽窜流导致本井温度升高氧化燃烧，油层返油导致井筒内燃烧等等。一旦井筒温度过高没有得到及时处理，轻者可能损坏测试设备，重者可能烧坏套管及固井水泥，使生产井报废。

由于井下高温、高压以及空间受限等复杂因素影响，常规降温、灭火方法不适应生产需求，注水、注氮或注二氧化碳等强制灭火措施，因工序准备需要一定的时间，当井筒发生意外剧烈燃烧时，不能有效及时灭火，错过最佳处理时机。

目前未检索到有效防井筒剧烈燃烧的相关技术研究。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于开发一种火烧油层防井筒剧烈燃烧方法，保护测试设备及套管。

为达上述目的，本发明提供了一种火烧油层防井筒剧烈燃烧方法，该方法包括：

在井下设置灭火装置，当油井意外自燃或在点火中，自动触发灭火装置，将火势控制在萌芽状态，并报警，为后续强制灭火工艺争取时间；其中，所述灭火装置可采用筛管外挂灭火棒(安置在测温点附近)，加设灭火尾管(替换丝堵位置)以及采用灭火弹等多种方法。

根据本发明的具体实施方案，本发明的灭火棒包括包括中空棒状的壳体，壳体底端为密封端，壳体顶端为上密封材料(密封放压阀)，壳体的内部密封空间为容装灭火剂的药剂仓。

根据本发明的具体实施方案，所述壳体内部可进一步通过中间密封材料分隔为上密封空间(第一药剂仓或上药剂仓)与下密封空间(第二药剂仓或下药剂仓)。

根据本发明的具体实施方案，所述壳体为抗高温1000℃以上的金属壳体。

根据本发明的具体实施方案，所述壳体为适于捆绑在井下筛管外部的扁形。

根据本发明的具体实施方案，设置一个药剂仓时，所述灭火剂为90-95％碳酸镁固体和5-10％碳酸氢钠固体(所述90-95％与5-10％为质量百分含量)。优选地，所述灭火剂的装填量为药剂仓容积的80％。

根据本发明的具体实施方案，设置二个药剂仓时，所述第一药剂仓封装80-90％碳酸镁固体和10-20％饱和碳酸氢钠溶液(所述80-90％与10-20％为质量百分含量)。优选地，装填量为药剂仓容积的80％。所述第二药剂仓封装与碳酸氢钠同当量的饱和硫酸铝溶液。

根据本发明的具体实施方案，所述灭火棒长度2-10米。

根据本发明的具体实施方案，本发明的灭火尾管可包括上下串接的第一油管及第二油管；其中，第一油管顶端为上密封材料(密封放压阀)，第一油管的底端与第二油管的顶端通过中间密封材料密封连接，第二油管的底端为油管密封端；并且，第一油管内装填ABC干粉灭火剂，第二油管内装填碳酸镁固体。根据本发明的具体实施方案，所述ABC干粉灭火剂可包括碳酸氢钠干粉、改性钠盐干粉、钾盐干粉、磷酸二氢铵干粉、磷酸氢二铵干粉、磷酸干粉和氨基干粉灭火剂中的一种或多种。装填量通常为每米油管0.03立方米。根据本发明的具体实施方案，第二油管内填装碳酸镁固体。装填量通常为每米油管0.03立方米。

根据本发明的具体实施方案，所述灭火尾管总长度可根据油井口袋长度确定，一般10-80米。上下油管(第一油管及第二油管)可以等长，也可以不等长。

根据本发明的具体实施方案，所述密封材料(上密封材料与中间密封材料)选用熔点600-660℃的金属材料。优选地，上密封材料选用熔点660℃的金属材料，中间密封材料选用熔点600℃的金属材料。

根据本发明的具体实施方案，灭火棒或灭火尾管内部涂刷有机硅耐高温漆或其它耐高温丝扣油，防止电化学反应导致密封提前失效。

本发明的技术方案是当油井意外自燃或在点火中(井筒点火温度一般不超过550℃)，自动触发灭火装置，将火势控制在萌芽状态，并报警，为后续强制灭火工艺争取时间。可采用吸热降温，也可将泡沫或干粉灭火方法引入井下。当井底温度达到600℃以上时，使用温控触发，吸收热量，放出二氧化碳等阻燃物质，控制火势蔓延，保护测试设备及套管。参看图1、图2，在井下温度发生异常时，地面强制灭火工艺开始准备，若井下设置的灭火装置成功灭火，则工艺正常进行，若井下设置的灭火装置未能成功灭火，则启动准备好的强制灭火工艺，保障安全生产。

本发明的有益效果：

(1)设计简单，操作性强。

(2)实时监测，敏感度高。

(3)处置及时，保障生产。

附图说明

图1为成功灭火温度趋势示意图。

图2为未成功灭火温度趋势示意图。

图3A与图3B为一种灭火棒结构示意图。图中，1-上密封，2-第一药剂仓，3-中间密封，4-第二药剂仓。

图4A与图4B为另一种灭火棒结构示意图。图中，41-密封放压阀，42-药剂仓。

图5为灭火尾管结构示意图。图中，51-密封放压阀，52-油管A，53-中间密封，54-油管B。

图6为点火管柱结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例说明本发明技术的实施和应用效果，但这些实施例并非用于限制本发明的保护范围。各实施例中，点火管柱结构可参见图6。

实施例1

如图3A与图3B所示，本发明提供了一种火烧油层防井筒燃烧灭火棒，其包括金属壳体，金属壳体底端为密封端，顶端为上密封材料(密封放压阀)1，且壳体内部通过中间密封材料3分隔为上密封空间(第一药剂仓)2与下密封空间(第二药剂仓)4，其中，上密封材料与中间密封材料选用熔点600-660℃的金属材料。

本实施例中，采用抗高温1000℃以上的高强度金属为壳体，制作成中空扁形灭火棒(耐内压20MPa)，使之有利于捆绑在井下筛管外部，上密封出口对准温度探头。上密封和中间密封材料选用金属铝或合金铝(熔点600-660℃)，灭火棒内部涂刷有机硅耐高温漆，防止电化学反应导致密封提前失效。

第一药剂仓封装80-90％碳酸镁饱和固体(固体540℃分解放出二氧化碳，常识)和10-20％饱和碳酸氢钠溶液(固体270℃分解)，药剂仓留20％空间，抽真空。

第二药剂仓封装与碳酸氢钠同当量的饱和硫酸铝溶液。

当井下发生意外自燃时，碳酸镁固体在540℃开始分解产生二氧化碳，仓体内部升压，当温度继续升高到600-660℃时，密封失效，碳酸氢钠和硫酸铝反应，放出大量二氧化碳，喷向温度探头，对温度探头附近进行灭火。

地面凭借温度探头所显示的温度趋势判定井下是否灭火成功，制定下一步相应的措施。保障生产。

实施例2

如图4A与图4B所示，本发明提供了一种火烧油层防井筒燃烧抗高温自动灭火棒，其包括中空棒状的壳体，壳体底端为密封端，壳体顶端为上密封材料(密封放压阀)41，壳体的内部密封空间为容装灭火剂的药剂仓42。

本实施例中，采用抗高温1000℃以上的高强度金属为壳体，制作成中空扁形灭火棒(耐内压10-15MPa)，使之有利于捆绑在井下筛管外部，密封放压阀出口对准温度探头。密封放压阀材料选用金属铝或合金铝(熔点600-660℃)，灭火棒内部涂刷有机硅耐高温漆，防止电化学反应导致密封提前失效。

药剂仓封装90-95％碳酸镁固体(固体540℃分解放出二氧化碳，常识)和5-10％碳酸氢钠固体(固体270℃分解)，药剂仓留20％空间，抽真空。

设定密封放压阀耐压10MPa，当井下温度超过270℃，释放一定的二氧化碳使灭火棒内升压，产生一定的喷射压力，若压力高于10MPa，密封放压阀开启，释放一定量的气体，保证灭火棒安全完好。当发生井筒燃烧时，温度快速升高到600-660℃时，密封放压阀熔化失效，大量二氧化碳，喷向温度探头，对温度探头附近进行灭火。

地面凭借温度探头所显示的温度趋势判定井下是否灭火成功，制定下一步相应的措施，保障生产。

实施例3

请参见图5，为本发明的火烧油层防井筒燃烧灭火尾管结构示意图。如图所示，本发明的灭火尾管包括上下串接的第一油管(油管A)52及第二油管(油管B)54；其中，第一油管52顶端为上密封材料(密封放压阀)51，第一油管52的底端与第二油管54的顶端通过中间密封材料53密封连接，第二油管54的底端为油管密封端；并且，第一油管52内装填ABC干粉灭火剂(如碳酸氢钠干粉、改性钠盐干粉、钾盐干粉、磷酸二氢铵干粉、磷酸氢二铵干粉、磷酸干粉和氨基干粉灭火)，装填量为每米油管0.03立方米。第二油管内装填碳酸镁固体，装填量为每米油管0.03立方米。上密封材料选用熔点660℃的金属铝材料，中间密封材料选用熔点600℃的金属合金铝材料。密封材料和油管接触面涂刷有机硅耐高温漆或其它耐高温丝扣油，防止电化学反应导致密封提前失效。

根据油井口袋长度，确定采用的油管总长度。

当井底温度达到540℃时，碳酸镁固体分解放出二氧化碳，对油管内部增压。

当井底温度达到600℃时，中间密封熔化解开，对整个油管内部增压，

当井底温度达到660℃时，上密封熔化解开，油管内部二氧化碳带压喷入上部筛管，并冲入井筒，对井筒进行火势控制。

地面凭借温度探头所显示的温度趋势已判定井筒着火，为制定准备下一步相应的安全措施争取时间，保障生产。

最后说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的实施过程和特点，而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的保护范围之内。