電汽一體化注汽系統(tǒng)及其注汽方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電汽一體化注汽系統(tǒng)及其注汽方法，該電汽一體化注汽系統(tǒng)包括：注汽設(shè)備，用于向油井注入濕飽和蒸汽；以及，交流供電的電加熱設(shè)備，其包括：井下油管；位于所述井下油管內(nèi)的空心抽油桿；以及，穿過所述空心抽油桿深入所述油井下部的發(fā)熱電纜；所述發(fā)熱電纜的下端與所述井下油管下部相連。本發(fā)明將注汽和電加熱相結(jié)合，對注汽設(shè)備輸出的濕飽和蒸汽進行電加熱，由于濕飽和蒸汽在油管內(nèi)部通過，故產(chǎn)生的熱量，被濕飽和蒸汽流帶走，從而提高濕飽和蒸汽焓值，提高了注入油井內(nèi)的濕飽和蒸汽攜帶的熱能，使到達井底的濕飽和蒸汽的干度較常規(guī)注汽技術(shù)有所提高，從而有利于提高蒸汽波及面積，因而提高了稠油采收率。
【專利說明】電汽一體化注汽系統(tǒng)及其注汽方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及稠油熱采注技術(shù)，尤其是涉及一種電汽一體化注汽系統(tǒng)及其注汽方法。

【背景技術(shù)】
[0002]蒸汽驅(qū)、蒸汽吞吐和SAGD (蒸汽輔助重力泄油)是目前稠油開采的主體工藝。油田應(yīng)用最廣泛的注蒸汽設(shè)備為濕蒸器發(fā)生器，將水轉(zhuǎn)化為干度為75的濕飽和蒸汽，注入井下，對油層進行加熱，降低原油粘度，從而提高采收率。但是，注蒸汽熱采技術(shù)存在如下不足:即地面和井筒熱損失，據(jù)統(tǒng)計熱損失高達20% -30%，蒸汽到達井底干度不足50 %。嚴重影響蒸汽波及面積，而且飽和水對地層原油開采無益，且增加原油開采成本。
[0003]注采井電加熱是一項利用地面電能在注采井進行電加熱的提高原油采收率技術(shù)。油井電加熱理論和技術(shù)源于20世紀50年代，20世紀80年代開始進行了大量的先導(dǎo)試驗，并取得了油井集中式電阻加熱的初步成功，電加熱激勵后原油產(chǎn)量提高了 2-4倍左右。但是，單純電加熱受國內(nèi)電纜制作工藝及油井尺寸限制，無法達到設(shè)計要求。
[0004]因此，現(xiàn)有稠油熱采注技術(shù)的稠油采收率不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種電汽一體化注汽系統(tǒng)及其注汽方法，以提高稠油采收率。
[0006]為達到上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種電汽一體化注汽系統(tǒng)，包括:
[0007]注汽設(shè)備，用于向油井注入濕飽和蒸汽；以及，
[0008]交流供電的電加熱設(shè)備，其包括:
[0009]位于井下油管內(nèi)的空心抽油桿；以及，
[0010]穿過所述空心抽油桿深入所述油井下部的發(fā)熱電纜；
[0011]所述發(fā)熱電纜的下端與所述井下油管下部相連。
[0012]本發(fā)明的電汽一體化注汽系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括風(fēng)電設(shè)備，其包括:
[0013]風(fēng)力發(fā)電機，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成三相工頻交流電；
[0014]儲能設(shè)備，用于將所述三相工頻交流電轉(zhuǎn)變成直流電儲存；
[0015]逆變器，用于將所述儲能設(shè)備儲存的直流電轉(zhuǎn)變成單相中頻交流電為所述電加熱設(shè)備供電。
[0016]本發(fā)明的電汽一體化注汽系統(tǒng)，所述發(fā)熱電纜的下端通過回路接頭與所述井下油管下部的內(nèi)壁相連。
[0017]本發(fā)明的電汽一體化注汽系統(tǒng)，所述電加熱設(shè)備還包括:
[0018]傳感器組，用于檢測井下油管內(nèi)濕飽和蒸汽的壓力、溫度、干度和流量；
[0019]能量控制單元，其串接于所述儲能設(shè)備和所述逆變器之間；
[0020]PLC控制器，用于根據(jù)所述壓力、溫度、干度和流量控制所述能量控制單元的工作狀態(tài)。
[0021]本發(fā)明的電汽一體化注汽系統(tǒng)，所述注汽設(shè)備包括依次相連的給水裝置、注汽鍋爐和輸汽管線，所述輸汽管線與所述油井的井口密封連接。
[0022]本發(fā)明的電汽一體化注汽系統(tǒng)，所述井下油管的外部套有套管，所述井下油管和所述套管之間形成有間隙，所述間隙內(nèi)設(shè)有用于阻斷流體的封隔器。
[0023]另一方面，本發(fā)明的還提供了一種上述電汽一體化注汽系統(tǒng)的注汽方法，包括以下步驟:
[0024]將注汽設(shè)備輸出的濕飽和蒸汽通過井口注入油井；
[0025]開啟所述電加熱設(shè)備對注入所述油井內(nèi)的濕飽和蒸汽進行加熱。
[0026]本發(fā)明的注汽方法，所述電加熱設(shè)備由風(fēng)電設(shè)備供電。
[0027]本發(fā)明的注汽方法，所述風(fēng)電設(shè)備包括:
[0028]風(fēng)力發(fā)電機，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成三相工頻交流電；
[0029]儲能設(shè)備，用于將所述三相工頻交流電轉(zhuǎn)變成直流電儲存；
[0030]逆變器，用于將所述儲能設(shè)備儲存的直流電轉(zhuǎn)變成單相中頻交流電為所述電加熱設(shè)備供電。
[0031]本發(fā)明的注汽方法，所述風(fēng)電設(shè)備還包括:
[0032]傳感器組，用于檢測井下油管內(nèi)濕飽和蒸汽的壓力、溫度、干度和流量；
[0033]能量控制單元，其串接于所述儲能設(shè)備和所述逆變器之間；
[0034]PLC控制器，用于根據(jù)所述壓力、溫度、干度和流量控制所述能量控制單元的工作狀態(tài)。
[0035]本發(fā)明將注汽和電加熱相結(jié)合，對注汽設(shè)備輸出的濕飽和蒸汽進行電加熱，由于濕飽和蒸汽在油管內(nèi)部通過，故產(chǎn)生的熱量，被濕飽和蒸汽流帶走，從而提高濕飽和蒸汽焓值，提高了注入油井內(nèi)的濕飽和蒸汽攜帶的熱能，使到達井底的濕飽和蒸汽的干度較常規(guī)注汽技術(shù)有所提高，從而有利于提高蒸汽波及面積，因而提高了稠油采收率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中:
[0037]圖1為本發(fā)明實施例的電汽一體化注汽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0038]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0039]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0040]參考圖1所示，本發(fā)明實施例的電汽一體化注汽系統(tǒng)主要包括注汽設(shè)備和交流供電的電加熱設(shè)備。其中:
[0041]注汽設(shè)備，用于向油井注入濕飽和蒸汽，其包括依次相連的給水裝置4、注汽鍋爐5和輸汽管線6，輸汽管線6與油井的井口 7密封連接。
[0042]電加熱設(shè)備，用于對注汽設(shè)備注入油井內(nèi)的濕飽和蒸汽進行加熱，其包括:
[0043]井下油管2，位于井下油管2內(nèi)的空心抽油桿14，以及穿過空心抽油桿14深入油井下部的發(fā)熱電纜15，與發(fā)熱電纜15的下端通過回路接頭16與井下油管2下部的內(nèi)壁相連。在通電后，井下油管2和空心抽油桿14基本上形成方向相反，大小相等的電流，從而產(chǎn)生集膚效應(yīng)、臨近效應(yīng)和屏蔽效應(yīng)，大幅度增加了交流阻抗，在集膚效應(yīng)、臨近效應(yīng)和屏蔽效應(yīng)的共同作用下，產(chǎn)生熱量，實現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)換，由于濕飽和蒸汽在井下油管2內(nèi)部通過，故產(chǎn)生的熱量，被濕飽和蒸汽流帶走，從而提高濕飽和蒸汽焓值，有利于對油層3的蒸汽驅(qū)。
[0044]為了節(jié)能環(huán)保，本發(fā)明實施例的電汽一體化注汽系統(tǒng)還包括用于為電加熱設(shè)備提供供電的風(fēng)電設(shè)備，該風(fēng)電設(shè)備包括:
[0045]風(fēng)力發(fā)電機9，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成三相工頻(50Hz、AC380V)交流電；
[0046]儲能設(shè)備10，用于將三相工頻交流電轉(zhuǎn)變成直流(例如DC530V)電儲存；
[0047]逆變器12，用于將儲能設(shè)備10儲存的直流電轉(zhuǎn)變成例如ΙΟ-ΙΟΟΟΗζ單相中頻交流電為電加熱設(shè)備供電。
[0048]此外，本發(fā)明實施例中，井下油管2的外部套有套管I，井下油管2和套管I之間形成有間隙，間隙內(nèi)設(shè)有用于阻斷流體的封隔器8，在注汽時該封隔器8可用于防止?jié)耧柡驼羝蛏匣卮鴮?dǎo)致熱量損失加快。
[0049]為了實現(xiàn)更為精確的濕飽和蒸汽加熱控制且不浪費電能，本發(fā)明實施例的電加熱設(shè)備還可以包括:
[0050]傳感器組17，用于檢測井下油管2內(nèi)濕飽和蒸汽的壓力、溫度、干度和流量；
[0051]能量控制單元11 (例如數(shù)字電位器等)，其串接于儲能設(shè)備10和逆變器12之間；
[0052]PLC控制器13，用于根據(jù)壓力、溫度、干度和流量控制能量控制單元11的工作狀態(tài)，從而控制調(diào)整整個電加熱設(shè)備的輸出功率，使得井下濕飽和蒸汽的干度始終能達到設(shè)定要求。具體的，通常濕飽和蒸汽的能量計算與其壓力、溫度、干度、流量有關(guān)，通過查表可知已知壓力(溫度)下的飽和蒸汽與飽和水焓值，可利用以下公式計算:
[0053]Q = xhl+(1-x)h2，其中，Q為濕飽和蒸汽具有的能量，X為濕飽和蒸汽干度，hi為飽和蒸汽焓值，h2為飽和水焓值。比如:
[0054]壓力:17.5Mpa，溫度353 °C，Ik干度為75 %的濕飽和蒸汽具有的能量:=1*0.75*607.4+1*0.25*405.1 = 556.8Kcal ；
[0055]壓力:17.5Mpa，溫度353 °C，Ikg干度為95 %的濕飽和蒸汽具有的能量:=1*0.95*607.4+1*0.05*405.1 = 597.3Kcal。
[0056]因此，每千克濕飽和蒸汽的干度若75%提高到95%則需要能量=597.3-556.8 =40.5kcal，這部分能量由風(fēng)力發(fā)電提供。PLC控制器13根據(jù)壓力、溫度、干度和流量計算當前電加熱設(shè)備產(chǎn)生的能量，以對油井內(nèi)的濕飽和蒸汽進行能量動態(tài)補償，從而使得井下濕飽和蒸汽的干度始終能達到設(shè)定要求。
[0057]上述的本發(fā)明實施例的電汽一體化注汽系統(tǒng)的注汽方法包括以下步驟:
[0058]步驟1，將注汽設(shè)備輸出的濕飽和蒸汽通過井口注入油井。其中，濕飽和蒸汽通過以下過程生成:
[0059]注汽鍋爐進行除硬、除氧后，經(jīng)過給水裝置提高來水壓力(17.5Mpa)后進入注汽鍋爐與其燃料燃燒換熱，注汽鍋爐輸出的濕飽和蒸汽的出口蒸汽干度為75%、壓力為17.5Mpa、溫度為353°C左右，后經(jīng)過輸汽管線輸送到井口，熱能損耗約3% -5%，干度降低到70%左右，到達井口濕飽和蒸汽通過配套工具輔助配合注入井下用以加熱油層。
[0060]步驟2，開啟電加熱設(shè)備對注入油井內(nèi)的濕飽和蒸汽進行加熱。在通電后，井下油管2和空心抽油桿14基本上形成方向相反，大小相等的電流，從而產(chǎn)生集膚效應(yīng)、臨近效應(yīng)和屏蔽效應(yīng)，大幅度增加了交流阻抗，在集膚效應(yīng)、臨近效應(yīng)和屏蔽效應(yīng)的共同作用下，產(chǎn)生熱量，實現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)換，由于濕飽和蒸汽在井下油管2內(nèi)部通過，故產(chǎn)生的熱量，被濕飽和蒸汽流帶走，從而提高濕飽和蒸汽焓值，有利于對油層3的蒸汽驅(qū)。
[0061 ] 由此本發(fā)明實施例實現(xiàn)了將注汽和電加熱相結(jié)合，采用單項中頻電對注汽設(shè)備輸出的濕飽和蒸汽進行加熱，由于濕飽和蒸汽在油管內(nèi)部通過，故產(chǎn)生的熱量，被濕飽和蒸汽流帶走，從而提高濕飽和蒸汽焓值，提高了注入油井內(nèi)的濕飽和蒸汽攜帶的熱能，以抵消井筒熱損失，使到達井底的濕飽和蒸汽的干度較常規(guī)注汽技術(shù)有所提高，從而有利于提高蒸汽波及面積，因而提高了稠油采收率。
[0062]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電汽一體化注汽系統(tǒng)，其特征在于，包括: 注汽設(shè)備，用于向油井注入濕飽和蒸汽；以及， 交流供電的電加熱設(shè)備，其包括: 井下油管； 位于所述井下油管內(nèi)的空心抽油桿；以及， 穿過所述空心抽油桿深入所述油井下部的發(fā)熱電纜； 所述發(fā)熱電纜的下端與所述井下油管下部相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電汽一體化注汽系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括風(fēng)電設(shè)備，其包括: 風(fēng)力發(fā)電機，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成三相工頻交流電； 儲能設(shè)備，用于將所述三相工頻交流電轉(zhuǎn)變成直流電儲存； 逆變器，用于將所述儲能設(shè)備儲存的直流電轉(zhuǎn)變成單相中頻交流電為所述電加熱設(shè)備供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電汽一體化注汽系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)熱電纜的下端通過回路接頭與所述井下油管下部的內(nèi)壁相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電汽一體化注汽系統(tǒng)，其特征在于，所述電加熱設(shè)備還包括: 傳感器組，用于檢測井下油管內(nèi)濕飽和蒸汽的壓力、溫度、干度和流量； 能量控制單元，其串接于所述儲能設(shè)備和所述逆變器之間； PLC控制器，用于根據(jù)所述壓力、溫度、干度和流量控制所述能量控制單元的工作狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電汽一體化注汽系統(tǒng)，其特征在于，所述注汽設(shè)備包括依次相連的給水裝置、注汽鍋爐和輸汽管線，所述輸汽管線與所述油井的井口密封連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電汽一體化注汽系統(tǒng)，其特征在于，所述井下油管的外部套有套管，所述井下油管和所述套管之間形成有間隙，所述間隙內(nèi)設(shè)有用于阻斷流體的封隔器。
7.—種如權(quán)利要求1所述電汽一體化注汽系統(tǒng)的注汽方法，其特征在于，包括以下步驟: 將注汽設(shè)備輸出的濕飽和蒸汽通過井口注入油井； 開啟所述電加熱設(shè)備對注入所述油井內(nèi)的濕飽和蒸汽進行加熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的注汽方法，其特征在于，所述電加熱設(shè)備由風(fēng)電設(shè)備供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的注汽方法，其特征在于，所述風(fēng)電設(shè)備包括: 風(fēng)力發(fā)電機，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成三相工頻交流電； 儲能設(shè)備，用于將所述三相工頻交流電轉(zhuǎn)變成直流電儲存； 逆變器，用于將所述儲能設(shè)備儲存的直流電轉(zhuǎn)變成單相中頻交流電為所述電加熱設(shè)備供電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的注汽方法，其特征在于，所述電加熱設(shè)備還包括: 傳感器組，用于檢測井下油管內(nèi)濕飽和蒸汽的壓力、溫度、干度和流量； 能量控制單元，其串接于所述儲能設(shè)備和所述逆變器之間； PLC控制器，用于根據(jù)所述壓力、溫度、干度和流量控制所述能量控制單元的工作狀態(tài)。
【文檔編號】E21B43/24GK104373096SQ201410592936
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】張紅朋, 張洪君, 許寶燕, 馬慶, 李娟娟, 張曦宇, 由春坤 申請人:中國石油天然氣股份有限公司