一种井下高温可控的电加热装置和方法与流程

本发明涉及致密气藏储层保护与高效开发领域中的一种井下高温可控的电加热装置和方法。

背景技术：

针对部分致密气藏水力压裂增产效果不显著的问题，采用高温电加热技术以提高储层产能，在极大改善储层渗流能力的同时，电加热技术只消耗电量，经济成本很低，也不会对储层造成二次损害，符合环保理念。国内外研究表明，高温电加热能够极大提高储层渗透率，但目前电加热主要应用于稠油，还未见到有关于致密气藏高温电加热增产的相关报道。

中国专利cn203223214u公开了一种稠油水平井连续油管电缆电加热装置，该装置包括油管、套管，在油管和套管的油套环空中间设有连续油管，连续油管内设有电缆，电缆上部连接控制柜，电缆连接传感器和加热棒，连续油管悬挂在井口，连续油管与井口之间设有密封件，传感器和加热棒设于井下稠油水平段，控制柜有外接电源，控制柜有导线连接数据发射器；通过连续油管将电缆、传感器、加热棒下入井下稠油水平段，通过控制柜采集井下压力、温度等数据实时控制井下温度，利用加热棒直接对稠油进行加热升温，降低稠油粘度，降低开采和输送成本。但该装置存在问题有：将传感器和加热棒放置在连续油管外，在入井过程中容易发生磨损和碰撞，同时暴露在井底易被水侵和腐蚀；连续油管与加热棒采用软连接，其施工时可能需要多次操作才能下入稠油层；未考虑地面配套设施；加热棒寿命短，需要频繁更换，影响施工进度，加大施工成本；加热棒故障可能会出现击穿短路的情况，威胁井下安全；加热棒一部分电能转换为光能，加热效率降低；未考虑加热棒的电路连接方式。

中国专利cn108119115a公开了一种连续油管稠油加热装置的使用方法，该装置由连续油管、多级电热管组和多级补偿器组成，连续油管内腔穿有三芯动力电缆，在连续油管内腔下部安设绝缘密封层，将三芯动力电缆密封并分隔开，并在连续油管的底部安装多级补偿器和电多级热管组，底部连接引鞋；通过井口注入冷空气，经过连续油管底部设有的加热装置来完成对冷空气的加热，形成的热空气对稠油层进行加热，而且设有补偿器可以解决不同材质的保护和电加热管的膨胀问题。但该装置存在如下问题：未考虑地面配套设备；不具备井下温度测量、控制和数据传输功能；电阻丝加热寿命较短，影响施工进度，加大施工成本；电阻丝一部分电能转换为光能，加大能量损耗。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种井下高温可控的电加热装置，该装置原理可靠，操作简便，可用于致密气藏高温电加热增产，通过连续油管下入加热装置直接加热储层以改善其渗流能力，并在地面实时监测及控制井下温度，为致密气藏储层保护及高效开发提供一种新的技术手段。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置对致密气藏储层进行高温加热的方法，该方法通过高效加热储层，提高致密气井单井产能，且经济成本低，安全环保，不会对储层造成二次损害，具有广阔的市场应用前景。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种井下高温可控的电加热装置，主要由温度测量与控制系统、铠装电缆、信号转换器、井下电加热装置、连续油管、套管、信号传输光缆、排出管线、气液冷却分离室、废物处理室、储气室、温度传感器组成。

所述套管中有连续油管，套管与连续油管中间存在环空，连续油管中有井下电加热装置；电源连接温度调节与控制系统、铠装电缆和井下电加热装置；绞车连接连续油管；环空连接排出管线、气液冷却分离室，再分别连接废物处理室和储气室。

所述井下电加热装置主要由接线室、绝缘隔热层、发热串、陶瓷骨架、绝缘密封层组成。所述发热串由若干个发热单元串联形成，若干发热串并联在电路中，发热串外有陶瓷骨架；连续油管内侧表面涂有耐高温导热涂层。

井下的连续油管分布多个温度传感器，温度信号在信号转换器中转换成电信号，并通过信号传输光缆将信号传输至温度调节与控制系统。

所述发热单元包括氮化硅发热体、保险。氮化硅发热体与保险串联形成发热小单元，若干发热小单元并联形成发热单元。

本装置包括地面气液处理部分、电源及动力部分、井下加热主体部分、井下温度测传部分、地面智能温度调控部分，以下简要阐述这五个部分的工作流程。

地面气液处理部分：假设致密气藏产气且地层出水，水受重力影响汇集在井底，井底的井下电加热装置利用高温蒸发地层水，通过致密气藏产气携带水蒸气经过套管和连续油管之间的环空及排出管线排入气液冷却分离室，地层水与部分废气分离进入废物处理室，天然气进入储气室。

电源及动力部分：电源提供电能经铠装电缆送入井下电加热装置中；绞车负责连续油管的抬升及下放。

井下加热主体部分：绝缘隔热层起到保护井下电加热装置之上的油管部分；绝缘密封层将井底的水、气封隔，避免水、气进入井下电加热装置中腐蚀元器件和电路；耐高温导热涂层能显著提高连续油管的导热效率；陶瓷骨架能在一定幅度内弯曲，利于水平井过弯，防止发热串与连续油管壁碰撞及发热串之间的碰撞；该部分电路总体上采用“串-并-串-并”的混联方式，当某一氮化硅发热体发生断路时，不会影响该发热单元中其他并联的氮化硅发热体的正常工作，当某一氮化硅发热体发生短路时，与其串联的保险会自动熔断形成断路，也不会影响到其他氮化硅发热体的正常工作；若干发热单元串联在电路中，能避免电路的电流过大；若干串发热单元并联在电路中，当某一串发热单元发生故障时，不会影响到其他若干串发热单元正常工作；总的来说，该混联方式不但能降低电路的总电流，还能最大程度保证井下电加热的顺利进行。

井下温度测传部分：若干温度传感器将收集到的不同距离的温度信号传递至信号转换器转换成电信号，再通过信号传输光缆将电信号传输到温度调节与控制系统。

地面智能温度调控部分：信号传输光缆将电信号传入温度调节与控制系统中，通过与该系统中设定的温度值进行一系列比较及处理，最后输出一个调节信号调节输入井下的电功率大小以调节井下电加热装置的温度，实现智能控温的功能；相关的温度、功率等数据均在温度调节与控制系统中显示。

利用上述装置对致密气藏进行高温电加热的方法，依次包括以下步骤：

（1）通过绞车将连续油管、井下电加热装置放入井中目的层位；

（2）在温度调节与控制系统中设定加热的温度值；

（3）打开电源通过铠装电缆向井下输电，利用井下电加热装置加热目的储层；

（4）通过温度传感器采集一系列温度数据，在信号转换器中转换为电信号，再将电信号通过传输光缆传输到温度调节与控制系统；

（5）温度调节与控制系统会进行一系列的信号比较及处理，后自动调节电源功率大小，智能调控井下温度，相关的温度、功率等数据均在该系统中显示；

（6）地层产出的气、液通过排出管线进入气液冷却分离室中分离，将得到的天然气储存在储气室内，其他废水废气排放到废物处理室。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）实现了智能调控井下加热温度的功能；

（2）采用氮化硅陶瓷加热体相较于加热棒和电阻丝等加热材料而言，加热寿命更长、加热效率更高、耐高温高压和腐蚀能力更强，加热体不发光不会将电能损耗在光能上，也不会产生明火，降低了井下安全风险；

（3）井下电加热装置的电路采用“串-并-串-并”的混联方式，不但能降低电路的总电流，且当部分氮化硅发热体发生故障时，井下电加热装置依然能正常运作；

（4）连续油管内侧的耐高温导热涂层能有效提高热传导效率，节约电能；

（5）陶瓷骨架能在一定幅度内弯曲，利于水平井过弯，同时防止发热串与连续油管壁碰撞及发热串之间的碰撞。

附图说明

图1是一种井下高温可控的电加热装置整体结构示意图。

图2是井下电加热装置结构示意图。

图3是图2中（a—a）截面图。

图4是发热单元结构示意图。

图中：1.温度测量与控制系统，2.电源，3.铠装电缆，4.绞车，5.信号转换器，6.井下电加热装置，7.连续油管，8.套管，9.信号传输光缆，10.排出管线，11.气液冷却分离室，12.废物处理室，13.储气室，14.绝缘隔热层，15.耐高温导热涂层，16.发热单元，17.绝缘密封层，18.温度传感器，19.陶瓷骨架，20.接线室，21.氮化硅发热体，22.保险，23.环空，24.发热串。

具体实施方式

下面根据附图进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。

参见图1、图2、图3、图4。

一种井下高温可控的电加热装置，由温度测量与控制系统1、连续油管7、套管8、铠装电缆3、井下电加热装置6、信号传输光缆9、温度传感器18、信号转换器5、排出管线10、气液冷却分离室11、废物处理室12、储气室13组成。

所述套管8内有连续油管7，套管8与连续油管7之间存在环空23，连续油管7中有井下电加热装置6；地面的温度测量与控制系统1（可采用目前市售的美国omega公司出产ir2全系列温度测量和控制系统，网购地址https://cn.omega.com/pptst/ir2.html#order）通过铠装电缆3连接井下电加热装置6；通过环空23向地面延伸的排出管线10连接气液冷却分离室11，气液冷却分离室11分别连接废物处理室12和储气室13（见图1）。

所述铠装电缆3通过接线室20连接井下电加热装置6（见图2），井下电加热装置6的顶部有绝缘隔热层14，底部有绝缘密封层17，四周有耐高温导热涂层15，内部分布若干发热串24，发热串24外有陶瓷骨架19包裹（见图3）；每个发热串24由多个发热单元16串联形成，若干发热串24并联在电路中。

井下的连续油管7内分布多个温度传感器18，将采集到的温度信号在信号转换器5中转换成电信号，通过信号传输光缆9传递至温度测量与控制系统1。

所述发热单元16包括氮化硅发热体21、保险22（见图4），氮化硅发热体21和保险22串联形成发热小单元，若干发热小单元并联形成发热单元16。

利用上述装置对致密气藏进行高温电加热的方法，依次包括以下步骤：

（1）通过绞车4将连续油管7、温度传感器18、信号转换器5和井下电加热装置6放入井中目的层位；

（2）在温度测量与控制系统1中设定加热的温度值；

（3）打开电源2，通过铠装电缆3向井下输电，利用井下电加热装置6加热目的储层；

（4）通过温度传感器18采集一系列温度信号并在信号转换器5中转换成电信号，再通过信号传输光缆9传输到温度测量与控制系统1；

（5）温度测量与控制系统1比较及处理温度信号，自动调节电源2功率大小，智能调控井下温度，并显示相关温度、功率等数据；

（6）地层产出的气、液通过环空23的排出管线10进入气液冷却分离室11中分离，将得到的天然气储存在储气室13内，其他废水废气排放到废物处理室12；

（7）加热完成后，关闭电源2，用绞车4将连续油管7和井下电加热装置6拖出。