基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统的制作方法

本实用新型属于油田开发技术领域，尤其适用于稠油开发领域,特别是涉及一种基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统。

背景技术：

原油具有随温度降低粘度增加的特点，并当温度降低到一定程度时会出现结蜡现象，此温度值即为原油的结蜡点。在原油采出过程中要求原油的采出温度应始终处于结蜡点以上，对于结蜡温度较高的原油，目前采用普通钢制油管作为生产管柱就可以保证其采出温度高于结蜡点。但对于稠油，由于结蜡温度较低，若不对钢制油管采取其他保温措施，则不能保证原油在采出过程中其温度始终处于结蜡点之上。据资料介绍，全球稠油的资源量远大于常规原油的资源量，但其产量远低于常规原油的产量，产生这种结果的原因是稠油开发成本高，其开发成本是常规原油开发成本的二倍或以上，进一步分析造成成本增高的原因主要是原油在采出过程中随着温度的降低，粘度增加，有时伴有结蜡现象，从而增加了工艺难度。

所以目前本领域的技术人员一直都在寻找一种适合稠油开发的投资少、工艺简单、运行成本低、具有广泛适应性的技术。目前常用的稠油开发技术主要有：(一)降粘法，即将活性水溶液按一定的比例注入井内，使之与井内的稠油混合，再用常规方法开采。(二)稀释法，即向井内注入一定量的稀油而与井筒内的稠油互溶，以降低稠油粘度，再用常规方法开采。(三)热力开采法，即用加热的方法使油层中的稠油粘度降低。其中有蒸汽吞吐法：向稠油层注入一定量的蒸汽，以降低稠油粘度。为防止蒸汽的热量散失到油层上部的井筒周围，需要配备一套隔热管柱，目前常用的是真空隔热油管。热力开采法中的层内燃烧法，也可用于稠油开采。(四)电热法，即用井下电炉加热油层以降低稠油粘度。

上述几种方法虽然已成功应用于稠油开采，但均存在某种缺陷，其结果是稠油开采成本显著高于常规原油的开采成本。对于降粘法，适应的稠油范围有限，而且需要一定量的活性剂；对于稀释法，只适用于有稀油资源地区；对于热力开采法，其主要缺点是投资大，开发工艺、地面及井筒结构复杂；采用的真空隔热油管占用的井筒空间大，制造成本高；对于电热法，缺点是耗电量大，加温井筒周围地层的范围有限，工艺复杂。

若从保证原油在采出过程中的流动性为目标进行分析，上述几种方法也存在一定缺陷，对于降粘法和稀释法，随着原油在采出过程中温度降低，产液粘度增加，效果降低。对于热力开采法，向地层注入大量热量以增加原油的流动性，虽然应用了真空隔热油管降低了散热功率，但仍有一定的热量损失，原油在采出过程中温度降低后粘度仍会增加。同时该方法投资大、能耗高、开发成本高。对于电热法，由于采油管柱隔热效果不佳，能耗较高。上述方法均没有实现如何将原油在采出过程中热量损失降低，对已经降低了的热量损失进行补偿及对补偿能量进行控制作为整体，由此建立起的一套基于能量充分利用的采油系统。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统。

为了达到上述目的，本实用新型提供的基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统包括油井套管、井下抽油泵、隔热油管、涂层隔热空心抽油杆、套管闸门、油管闸门、蒸汽伴热系统、动液面监控系统、蒸汽输送管线和地面驱动装置；其中油井套管位于油井钻孔内，下端口处于井底，上端口安装有套管闸门；井下抽油泵设置在油井套管内靠近目的层处，吸入口浸在油井套管内的油井液面之下；隔热油管悬挂于油井套管内部，上端与安装有油管闸门的采油井口装置相连，油管闸门与地面原油集输系统的输油管相连接，下端固定在井下抽油泵的壳体上；涂层隔热空心抽油杆的内表面设有隔热涂层，下入在隔热油管内部，下端与井下抽油泵的动子相连，上端与地面驱动装置的电机输出轴相接；蒸汽伴热系统设置在地面上，通过蒸汽输送管线与涂层隔热空心抽油杆的上端口相连接；动液面监控系统设置在地面上，输出端与地面驱动装置的电机电连接。

所述的井下抽油泵采用游梁式抽油机或油田螺杆泵；当采用游梁式抽油机时，其上的柱塞作为动子；当采用油田螺杆泵时，其上的转子作为动子。

所述的隔热油管采用涂层隔热油管或真空隔热油管，其中涂层隔热油管包括多根油管本体、多个锁紧环、多个压帽、多根短管、多个隔热套和多个连接接箍；其中油管本体的外表面涂有隔热涂层；锁紧环的一侧为带有锥度的开口爪锁，另一侧带有牙嵌，套在油管本体的端部外表面上；短管的内表面涂有隔热涂层，内端带有与油管本体相连的内螺纹，中部带有与压帽相连的外螺纹，并且内端口处形成有与锁紧环上牙嵌相配合的牙嵌；压帽的内表面涂有隔热涂层，套在锁紧环和短管的内端外部，内端压紧在锁紧环上，外端内表面上的内螺纹与短管中部的外螺纹相连接；相邻的两根短管的外端之间设有一个隔热套；连接接箍套在两根短管的外端以及隔热套的外部，并且连接接箍两端的内螺纹与两根短管外端的外螺纹相连接，由此将两根油管本体连接成一体。

所述的涂层隔热空心抽油杆包括多根空心抽油杆本体、多个空心抽油杆接箍和多个隔热环；其中相邻的两根空心抽油杆本体的外端之间设有一个隔热环；空心抽油杆接箍上的内螺纹与相邻的两根空心抽油杆本体外端的外螺纹相连，隔热环嵌入在空心抽油杆接箍与两根空心抽油杆本体连接后形成的环形空间内。

所述的蒸汽伴热系统包括水箱、泵送增压设备、加热汽化设备、压力表、蒸汽测温器和井口测温器；其中水箱、泵送增压设备和加热汽化设备通过管路依次相连，加热汽化设备连接蒸汽输送管线；蒸汽测温器和压力表均安装于加热汽化设备与蒸汽输送管线的连接部位；井口测温器则安装于油管闸门与地面原油集输系统的连接部位。

所述的动液面监控系统包括动液面测量仪、放大、滤波器、微处理器、D/A 转换器和调速器；其中动液面测量仪安装在套管闸门上，并通过信号传输线与放大、滤波器相连接；放大、滤波器依次与微处理器、D/A转换器和调速器电连接，调速器同时与地面驱动装置的电机电连接。

本实用新型与现有技术比较具有的有益效果是：(1)通过控制原油在采出过程中的温度，可使原油在整个开采过程中保持流动性。(2)隔热油管可对原油起到隔热保温效果，利用涂层隔热空心抽油杆的中间通道可以将热量输送到井下预定位置，从而对原油在采出过程中的热量损失进行补偿。(3)通过对涂层隔热油管的连接部位结构进行改进，做到了涂层隔热措施全覆盖，整体隔热效果与真空隔热油管几乎相当。(4)涂层隔热空心抽油杆在确保整体隔热效果的同时，外部几何尺寸没有变化，可以使其插入在涂层隔热油管中。由于它具有良好的保温效果，可以实现热量从涂层隔热空心抽油杆中心输送到井下预定位置，对原油在采出过程中的散热损失进行补偿。(5)由于涂层分别涂敷于隔热油管的外表面和涂层隔热空心抽油杆的内表面，在原油开发过程中可以实现对涂层的保护。(6)由于使用了隔热油管、涂层隔热空心抽油杆，原油在采出过程中热量损失大大降低，为了确保原油的采出温度所需要的伴热功率也大大降低，一般只需几十千瓦，多数情况下地面伴热系统所需的动力可由井场设施提供，降低了工程实现难度，减少了设备投资，也实现了节能，节能效果可达 70﹪以上。(7)配备了蒸汽伴热系统，可实现基于蒸汽生成温度和原油采出温度的控制方案，从而构成一套基于地层能量充分利用和对采油过程中散热补偿的智能采油系统。同时还可以简化地面流程，多数情况下可以省去地面加热炉。 (8)采用将水转换成高压蒸汽作为伴热介质，一方面是水来源广泛，另一方面是充分利用水汽化热高的特点实现减少水资源的利用。(9)集成动液面控制技术，配备电机调速系统，可以使油井动液面保持在合理位置，一方面进一步改善井筒环境隔热效果，另一方面也可以最大限度地利用地层能量提高原油产量。 (10)本系统投资少、工艺简单、运行成本低、适应范围广。

附图说明

图1为本实用新型提供的基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统结构示意图。

图2为本实用新型提供的基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统中隔热油管上相邻段连接部位结构示意图。

图3为本实用新型提供的基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统中锁紧环纵向结构剖视图。

图4为本实用新型提供的基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统中锁紧环外部结构示意图。

图5为本实用新型提供的基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统中涂层隔热空心抽油杆上相邻段连接部位结构示意图。

图6为本实用新型提供的基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统中蒸汽伴热系统构成示意图。

图7为本实用新型提供的基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统中动液面监控系统构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型提供的基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统进行详细说明。

如图1所示，本实用新型提供的基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统包括油井套管1、井下抽油泵2、隔热油管3、涂层隔热空心抽油杆4、套管闸门5、油管闸门6、蒸汽伴热系统7、动液面监控系统8、蒸汽输送管线9 和地面驱动装置；其中油井套管1位于油井钻孔内，下端口处于井底，上端口安装有套管闸门5；井下抽油泵2设置在油井套管1内靠近目的层处，吸入口浸在油井套管1内的油井液面之下；隔热油管3悬挂于油井套管1内部，上端与安装有油管闸门6的采油井口装置相连，油管闸门6与地面原油集输系统的输油管相连接，下端固定在井下抽油泵2的壳体上；涂层隔热空心抽油杆4的内表面设有隔热涂层，下入在隔热油管3内部，下端与井下抽油泵2的动子相连，上端与地面驱动装置的电机输出轴相接；蒸汽伴热系统7设置在地面上，通过蒸汽输送管线9与涂层隔热空心抽油杆4的上端口相连接；动液面监控系统8 设置在地面上，输出端与地面驱动装置的电机电连接。

所述的井下抽油泵2采用游梁式抽油机或油田螺杆泵；当采用游梁式抽油机时，其上的柱塞作为动子；当采用油田螺杆泵时，其上的转子作为动子。

所述的隔热油管3采用涂层隔热油管或真空隔热油管，如图2—图4所示，所述的涂层隔热油管包括多根油管本体11、多个锁紧环12、多个压帽13、多根短管14、多个隔热套15和多个连接接箍16；其中油管本体11的外表面涂有隔热涂层；锁紧环12的一侧为带有锥度的开口爪锁，另一侧带有牙嵌，套在油管本体11的端部外表面上；短管14的内表面涂有隔热涂层，内端带有与油管本体11相连的内螺纹，中部带有与压帽13相连的外螺纹，并且内端口处形成有与锁紧环12上牙嵌相配合的牙嵌；压帽13的内表面涂有隔热涂层，套在锁紧环12和短管14的内端外部，内端压紧在锁紧环12上，外端内表面上的内螺纹与短管14中部的外螺纹相连接；相邻的两根短管14的外端之间设有一个隔热套15；连接接箍16套在两根短管14的外端以及隔热套15的外部，并且连接接箍16两端的内螺纹与两根短管14外端的外螺纹相连接，由此将两根油管本体 11连接成一体；采用真空隔热油管的目的是利于油田用户对可能库存的真空隔热油管盘活利用。

所述的隔热涂层选用主要由纳米陶瓷微珠和硅铝纤维组成的高温隔热涂料，隔热系数小于等于0.06W/m·K，硬度大于等于4H，涂层厚度控制在1-5mm 之间，采用喷涂或刷涂工艺涂覆在油管本体11、短管14、压帽13和涂层隔热空心抽油杆4上。生产企业为北京志盛威华化工公司、广州亦纳新材料科技有限公司等，能够满足隔热油管、涂层隔热空心抽油杆4使用的最高温度要求。

如图5所示，所述的涂层隔热空心抽油杆4包括多根空心抽油杆本体17、多个空心抽油杆接箍18和多个隔热环19；其中相邻的两根空心抽油杆本体17 的外端之间设有一个隔热环19；空心抽油杆接箍18上的内螺纹与相邻的两根空心抽油杆本体17外端的外螺纹相连，隔热环19嵌入在空心抽油杆接箍18与两根空心抽油杆本体17连接后形成的环形空间内。

如图6所示，所述的蒸汽伴热系统7包括水箱20、泵送增压设备21、加热汽化设备22、压力表23、蒸汽测温器24和井口测温器25；其中水箱20、泵送增压设备21和加热汽化设备22通过管路依次相连，加热汽化设备22连接蒸汽输送管线9；蒸汽测温器24和压力表23均安装于加热汽化设备22与蒸汽输送管线9的连接部位；井口测温器25则安装于油管闸门6与地面原油集输系统的连接部位。

如图7所示，所述的动液面监控系统8包括动液面测量仪26、放大、滤波器27、微处理器28、D/A转换器29和调速器30；其中动液面测量仪26安装在套管闸门5上，并通过信号传输线10与放大、滤波器27相连接；放大、滤波器27依次与微处理器28、D/A转换器29和调速器30电连接，调速器30同时与地面驱动装置的电机电连接。

现将本实用新型提供的基于隔热油管、涂层隔热空心抽油杆的采油系统的工作原理阐述如下：

当需要开采原油时，对于结蜡点较高的原油，在油井产量较高、井身隔热条件较好，因而可以保证其采出温度高于结蜡点的情况下，无需启动蒸汽伴热系统7；首先由工作人员开启地面驱动装置，若井下抽油泵2采用游梁式抽油机，在地面驱动装置上电机的带动下，涂层隔热空心抽油杆4将进行上下往复运动，从而带动游梁式抽油机上的柱塞也一同上下往复运动，由此将目的层的原油通过井下抽油泵2的吸入口吸入隔热油管3的内部，然后通过隔热油管3和涂层隔热空心抽油杆4的间隔举升到地面，最后通过油管闸门6进入地面原油集输系统，由此完成原油的采出；若井下抽油泵2采用油田螺杆泵，在地面驱动装置上电机的带动下，涂层隔热空心抽油杆4将进行旋转运动，从而带动油田螺杆泵上的转子也一同旋转，由此将目的层的原油通过井下抽油泵2的吸入口吸入隔热油管3的内部，然后通过隔热油管3和涂层隔热空心抽油杆4的间隔举升到地面，最后通过油管闸门6进入地面原油集输系统，由此完成原油的采出。在此过程中，利用动液面测量仪26定期检测不同时点的油井动液面深度H2，然后将上述检测信号传送给放大、滤波器27进行放大滤波，之后再传送给微处理器28；微处理器28将上述油井动液面深度H2与预先设定的油井动液面深度H1 进行比较，若两者的差值小于设定的阈值，保持地面驱动装置上电机的转速；若两者的差值大于等于设定的阈值，微处理器28将发出指令，该指令由D/A转换器29进行模数转换后传送给调速器30，由调速器30对地面驱动装置上电机的转速进行调整，以使油井动液面保持在合理位置。预先设定的油井动液面深度H1确定原则是在满足井下抽油泵2制造厂家要求的最低沉没度和地层条件允许的最深动液面等前提下，尽可能地保持较深的油井动液面位置。

而对于稠油及凝固点较低的原油，由于不能保证其温度在采出过程始终高于结蜡点，这样采出过程中原油的粘度会增加，甚至结蜡；对于中低产油井，由于原油输送时间变长，举升过程中油温降低会更大，因此在开采原油时就需要启动蒸汽伴热系统7。该系统中水箱20内的水经泵送增压设备21增压后再经加热汽化设备22加温汽化而形成高压蒸汽，所产生的高压蒸汽通过蒸汽输送管线9进入涂层隔热空心抽油杆4的内部并被输送到地下预定位置，由此对隔热油管3内部的原油进行加热，这样就能够保证采出过程中原油的温度始终高于结蜡点。可利用压力表23实测的蒸汽压力值查找对应该压力值下水的汽化温度，并依此调节加热汽化设备22的蒸汽排出温度，使蒸汽测温器24的实测值保持在该压力下的汽化温度以上。同时可利用井口测温器25实测的原油采出温度来调节泵送增压设备21的供水量大小，实现在满足需要的前提下节能、节水。

另外，由于隔热涂层位于涂层隔热油管的外表面，若不采取措施，其上连接接箍16部位的涂层在下井过程中极易与油井套管1因磨损而受到破坏，而且在油管本体11连接过程中钳牙与其接触部位也会造成隔热涂层损坏，进而影响整个涂层隔热油管的保温性能。因此在相邻油管本体11的连接部位设置了锁紧环 12、压帽13、短管14、隔热套15和连接接箍16。装配时事先将压帽13除内螺纹以外的内表面,即图2所示的A表面涂覆好隔热涂层，然后按图示方向将锁紧环12 和压帽13套在油管本体11的外端上，再将油管本体11和短管14连接上紧后，将涂料涂覆于油管本体11的外表面和短管14的内表面。由于短管14的内径大于油管本体11的内径，且短管14的轴向长度很短，因此可以避免涂层隔热空心抽油杆4在运动过程中与短管14的内表面相接触，由此实现对短管14内表面隔热涂层的保护，也可以再增设保护套对短管14内表面的涂层进行保护。将锁紧环12和短管14的牙嵌相互嵌入后，上紧压帽13与短管14的连接螺纹，以压紧锁紧环12，即可将油管本体11、锁紧环12、压帽13、短管14连接成一体。在两根短管14之间放置隔热套15后再利用连接接箍16将两根短管14以及隔热套15相连接，由此将两根油管本体11连接成一体。

此外，在相邻两根涂层隔热空心抽油杆本体17之间增加隔热环19可以保证涂层隔热空心抽油杆4整体的隔热效果。