一种海上热采电潜泵注采一体化管柱及作业方法
阅读说明：本技术 一种海上热采电潜泵注采一体化管柱及作业方法 (Offshore thermal recovery electric submersible pump injection-production integrated pipe column and operation method ) 是由 刘义刚 张华� 白健华 吴华晓 王弘宇 刘昊 韩晓冬 蒋召平 方涛 于法浩 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种海上热采电潜泵注采一体化管柱及作业方法,一体化管柱包括由上至下依次连接的第一气凝胶隔热油管、深井安全阀、热采封隔器、第二气凝胶隔热油管、普通油管和引鞋；一体化管柱还包括电潜泵系统,电潜泵系统可拆卸地设置在第一气凝胶隔热油管内,包括由上至下依次连接的连续油管、液/电双通道短节、泵、电机和底部插接；一体化管柱还包括高温光纤、第一液控管线、第二液控管线、小扁电缆和大扁电缆；第一液控管线用于控制放气阀。当地层需要注蒸汽时,通过连续油管起出电潜泵系统,可实现注高温蒸汽,注蒸汽结束需要下电泵生产时,再通过连续油管下入电潜泵系统,通过连续管缆的起下可实现注采间的自由切换,方便快捷。(The invention discloses an offshore thermal recovery electric submersible pump injection-recovery integrated pipe column and an operation method, wherein the integrated pipe column comprises a first aerogel heat-insulation oil pipe, a deep well safety valve, a thermal recovery packer, a second aerogel heat-insulation oil pipe, a common oil pipe and a guide shoe which are sequentially connected from top to bottom; the integrated tubular column further comprises an electric submersible pump system, the electric submersible pump system is detachably arranged in the first aerogel heat insulation oil pipe and comprises a continuous oil pipe, a liquid/electric double-channel short section, a pump, a motor and a bottom plug-in connector which are sequentially connected from top to bottom; the integrated tubular column further comprises a high-temperature optical fiber, a first hydraulic control pipeline, a second hydraulic control pipeline, a small flat cable and a large flat cable; the first hydraulic control pipeline is used for controlling the air release valve. When the stratum needs to annotate steam, play out electric submersible pump system through coiled tubing, can realize annotating high-temperature steam, when annotating steam end needs the production of charge pump down, rethread coiled tubing puts into electric submersible pump system down, can realize annotating freely switching between adopting through the play of coiled tubing cable, convenient and fast.)
技术领域
本发明涉及海上稠油热采开发采油工艺，特别涉及一种海上热采电潜泵注采一体化管柱及作业方法。
背景技术
稠油蒸汽吞吐热采是指向一口稠油井短期内连续注入一定量的蒸汽，然后焖井5-7天，使蒸汽热量向储层扩散，之后再启泵开井生产，当瞬时采油量或井底流温下降到一定水平后进入下一轮的注汽、焖井、采油阶段，如此反复，多轮次周期循环，蒸汽热量利用率的大小决定着热采开发效果的好坏。
海上油田可使用面积空间小，蒸汽吞吐热采温度压力高，目前国内外还没有完全适合于海上平台稠油蒸汽吞吐开发的注采一体化模式，海上热采一般采取注热管柱和生产管柱分离的作业方式，即：稠油井注蒸汽前平台修井作业换上注热管柱，焖井放喷结束后再修井作业换上生产管柱，该模式有不足之处：①修井作业冷流体洗压井及起下管柱，近井地带蒸汽热能被冷流体消耗，热量利用率降低，热采开发效果受影响；②钻修井机作业资源长期占用，影响平台稠油井储量动用；③海上修井作业费用高，来回作业使海上稠油开发成本上升；④长期起下管柱，也影响平台稠油井套管完整性，带来安全开发风险。陆地常采用“抽油机+隔热油管+耐磨抽油杆+抽稠泵”注采一体化管柱方式，但海上空间受限，无法摆放体型巨大的磕头机，且杆管腐蚀偏磨问题也会带来安全风险。为此，有必要研发一种适合海上稠油热采开发的低本高效注采一体化新模式。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种海上热采电潜泵注采一体化管柱及作业方法。本发明海上稠油井蒸汽吞吐开发频繁起下管柱的特点，设计了一种适合海上平台稠油井蒸汽吞吐开发的低本高效注蒸汽、转生产一体化装置及作业方法。
本发明所采用的技术方案是：一种海上热采电潜泵注采一体化管柱，所述一体化管柱设置在原井套管内，并与所述原井套管之间形成油套环空，所述原井套管上安装有热采井口；
所述一体化管柱包括由上至下依次连接的第一气凝胶隔热油管、深井安全阀、热采封隔器、第二气凝胶隔热油管、普通油管和引鞋；其中，所述第一气凝胶隔热油管坐挂在所述热采井口上；所述热采封隔器坐封在所述原井套管上，并且，所述热采封隔器的一侧设置有放气阀；所述第二气凝胶隔热油管通过Y接头与所述普通油管相连接；所述普通油管和所述引鞋位于所述原井套管的水平段内，所述普通油管上间隔设置有多个配注阀；
所述一体化管柱还包括电潜泵系统，所述电潜泵系统可拆卸地设置在所述第一气凝胶隔热油管内，包括由上至下依次连接的连续油管、液/电双通道短节、泵、电机和底部插接；所述第一气凝胶隔热油管的底部设置有用于与所述底部插接配合连接的承重台肩，所述底部插接与所述承重台肩之间能拆卸地相互连接；所述液/电双通道短节与所述第一气凝胶隔热油管之间设置有封隔器，所述液/电双通道短节的出液通道上设置有出液口，所述出液口位于所述连续油管与第一气凝胶隔热油管之间的环空内；所述连续油管坐挂在所述热采井口上；
所述一体化管柱还包括高温光纤、第一液控管线、第二液控管线、小扁电缆和大扁电缆；所述高温光纤设置在所述普通油管内，所述高温光纤的其中一端与所述引鞋相连接、另一端穿越所述Y接头后进入油套环空并在依次穿越所述热采封隔器和所述热采井口后与地面系统相连接；所述第一液控管线用于控制所述放气阀，所述第一液控管线的其中一端与所述放气阀相连接、另一端穿越所述热采井口与地面控制系统相连接；所述第二液控管线用于控制所述深井安全阀，所述第二液控管线的其中一端与所述深井安全阀相连接、另一端穿越所述热采井口与所述地面控制系统相连接；所述小扁电缆的其中一端与所述电机相连接、另一端伸入至所述液/电双通道短节的输电通道内；所述大扁电缆设置在所述连续油管内，所述大扁电缆的其中一端伸入至所述液/电双通道短节的输电通道内与所述小扁电缆相连接、另一端穿越所述热采井口与地面电力控制系统相连接。
进一步地，所述深井安全阀的上端连接有第一隔热短节，所述第一隔热短节通过隔热变扣与所述第一气凝胶隔热油管相连接；所述深井安全阀的下端连接有第二隔热短节，所述第二隔热短节与所述热采封隔器相连接。
进一步地，所述液/电双通道短节上设置有连续油管接头，所述液/电双通道短节通过所述连续油管接头与所述连续油管相连接。
进一步地，所述第一气凝胶隔热油管的直径为7寸，所述第二气凝胶隔热油管的直径为4.5寸。
进一步地，所述引鞋采用带倒角斜口引鞋。
进一步地，所述第一液控管线和第二液控管线直径均为1/4寸。
进一步地，所述热采封隔器、放气阀、深井安全阀均耐温350℃、耐压21MPa。
本发明所采用的另一技术方案是：一种基于上述一体化管柱的作业方法，包括以下步骤：
(一)当稠油井需要实施注蒸汽时
地面控制系统关闭深井安全阀和放气阀，起出第一气凝胶隔热油管内的电潜泵系统后，地面控制系统加压打开深井安全阀和放气阀，高温蒸汽通过热采井口、第一气凝胶隔热油管、深井安全阀、热采封隔器、第二气凝胶隔热油管、Y接头、普通油管、配注阀后进入地层，高纯氮气通过热采井口、油套环空、放气阀后进入地层，实现高温蒸汽注入工况；
(二)当蒸汽注入完成及焖井结束后，需要进行稠油井放喷作业时
确认地面放喷流程后，先进行油压泄放，放喷井液经配注阀、普通油管、Y接头、第二气凝胶隔热油管、热采封隔器、深井安全阀、第一气凝胶隔热油管、热采井口后进入地面放喷管线；当油压泄放后，再泄放套压，套管气经放气阀、油套环空、热采井口后进入地面放喷流程，实现高温井液放喷工况；
(三)当放喷结束稠油井需要生产时
将第一气凝胶隔热油管内的电潜泵系统下入到设计井深，通过地面电泵控制柜启动电潜泵系统生产，地层流体经配注阀、普通油管、Y接头、第二气凝胶隔热油管、热采封隔器、深井安全阀、泵、液/电双通道短节上的出液口、连续油管与第一气凝胶隔热油管之间的环空、热采井口后进入地层生产流程，实现注蒸汽后的电潜泵生产工况。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种全新的注热、转生产一体化管柱模式，提高了热能利用率、作业效率和生产时率，并可实现全井筒全时域高温高压参数监测，为稠油热采动态调整提供数据支持。
附图说明
图1：本发明海上热采电潜泵注采一体化管柱整体结构示意图；
图2：本发明高温蒸汽注入工况实施状态图；
图3：本发明高温井液放喷工况实施状态图；
图4：本发明电潜泵生产工况实施状态图。
附图标注：
1——引鞋； 2——普通油管；
3——高温光纤； 4——配注阀；
5——Y接头； 6——第二气凝胶隔热油管；
7——热采封隔器； 8——放气阀；
9——第二隔热短节； 10——深井安全阀；
11——第一隔热短节； 12——隔热变扣；
13——承重台肩； 14——第一气凝胶隔热油管；
15——第一液控管线； 16——第二液控管线；
17——液/电双通道短节； 18——小扁电缆；
19——连续油管接头； 20——出液口；
21——大扁电缆； 22——原井套管；
23——底部插接； 24——电机；
25——泵； 26——封隔器；
27——连续油管； 28——高温蒸汽；
29——高纯氮气； 30——套管气；
31——放喷井液； 32——地层流体。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如附图1至图4所示，一种海上热采电潜泵注采一体化管柱，所述一体化管柱设置在原井套管22内，并与所述原井套管22之间形成油套环空，所述原井套管22上安装有热采井口。
所述一体化管柱包括由上至下依次连接的第一气凝胶隔热油管14、第一隔热短节11、深井安全阀10、第二隔热短节9、热采封隔器7、第二气凝胶隔热油管6、普通油管2和引鞋1。所述第一气凝胶隔热油管14坐挂在所述热采井口上，所述第一气凝胶隔热油管14的直径为7寸。所述第一隔热短节11通过隔热变扣12与所述第一气凝胶隔热油管14相连接。所述热采封隔器7坐封在所述原井套管22上，并且，所述热采封隔器7的一侧设置有放气阀8。所述第二气凝胶隔热油管6通过Y接头5与所述普通油管2相连接，所述第二气凝胶隔热油管6的直径为4.5寸。所述普通油管2和所述引鞋1位于所述原井套管22的水平段内，所述普通油管2上等间距均匀设置有多个配注阀4；所述引鞋1采用带倒角斜口引鞋。其中，所述热采封隔器7、放气阀8、深井安全阀10均耐温350℃、耐压21MPa。
所述一体化管柱还包括电潜泵系统，所述电潜泵系统可拆卸地设置在所述第一气凝胶隔热油管14内，包括由上至下依次连接的连续油管27、液/电双通道短节17、泵25、电机24和底部插接23。所述第一气凝胶隔热油管14的底部设置有用于与所述底部插接23配合连接的承重台肩13，所述底部插接23与所述承重台肩13之间能拆卸地相互连接。所述液/电双通道短节17与所述第一气凝胶隔热油管14之间设置有封隔器26，所述液/电双通道短节17上设置有出液口20和连续油管接头19，所述出液口20设置在所述液/电双通道短节17的出液通道上，并位于所述连续油管27与第一气凝胶隔热油管14之间的环空内。所述连续油管27坐挂在所述热采井口上，所述连续油管27通过所述连续油管接头19与所述液/电双通道短节17相连接。
所述一体化管柱还包括高温光纤3、第一液控管线15、第二液控管线16、小扁电缆18和大扁电缆21。所述高温光纤3设置在所述普通油管2内，所述高温光纤3的其中一端与所述引鞋1相连接、另一端穿越所述Y接头5后进入油套环空并在依次穿越所述热采封隔器7和所述热采井口后与地面系统相连接。所述第一液控管线15用于控制所述放气阀8，所述第一液控管线15的其中一端与所述放气阀8相连接、另一端穿越所述热采井口与地面控制系统相连接。所述第二液控管线16用于控制所述深井安全阀10，所述第二液控管线16的其中一端与所述深井安全阀10相连接、另一端穿越所述热采井口与所述地面控制系统相连接。所述小扁电缆18的其中一端与所述电机24相连接、另一端伸入至所述液/电双通道短节17的输电通道内。所述大扁电缆21设置在所述连续油管27内，所述大扁电缆21的其中一端伸入至所述液/电双通道短节17的输电通道内与所述小扁电缆18相连接、另一端穿越所述热采井口与地面电力控制系统相连接。其中，所述第一液控管线15和第二液控管线16的直径均为1/4寸。
当地层需要注蒸汽时，通过连续油管27起出电潜泵系统，可实现注高温蒸汽28，注蒸汽结束需要下电泵生产时，再通过连续油管27下入电潜泵系统，通过连续管缆的起下可实现注采间的自由切换，方便快捷。
本发明海上热采电潜泵注采一体化管柱使用时，如图1所示，将连接好的一体化管柱下入生产套管内，地面启动电泵正常生产。
如图2所示，当稠油井生产困难需要实施注蒸汽时，地面控制系统关闭深井安全阀10和放气阀8，防止在起管串时发生抽汲现象及洗压井污染地层，通过连续油管27地面装置起出第一气凝胶隔热油管14内的电潜泵系统后，地面控制系统加压打开深井安全阀10和放气阀8，此时，注蒸汽通道和环空注氮气通道建立。高温蒸汽28通过热采井口、第一气凝胶隔热油管14、深井安全阀10、热采封隔器7、第二气凝胶隔热油管6、Y接头5、普通油管2、配注阀4后进入地层，高纯氮气29通过热采井口、油套环空、放气阀8后进入地层，实现高温蒸汽28注入工况。
如图3所示，当蒸汽注入完成及焖井结束后，需要进行稠油井放喷作业，确认地面放喷流程后，先进行油压泄放，放喷井液31经配注阀4、普通油管2、Y接头5、第二气凝胶隔热油管6、热采封隔器7、深井安全阀10、第一气凝胶隔热油管14、热采井口后进入地面放喷管线。当油压泄放后，再泄放套压，套管气30经放气阀8、油套环空、热采井口后进入地面放喷流程，实现高温井液放喷工况。
如图4所示，当放喷结束稠油井需要生产时，连续油管27地面装置将第一气凝胶隔热油管14内的电潜泵系统下入到设计井深，通过地面电泵控制柜启动电潜泵系统生产，地层流体32经配注阀4、普通油管2、Y接头5、第二气凝胶隔热油管6、热采封隔器7、深井安全阀10、泵25、液/电双通道短节17上的出液口20、连续油管27与第一气凝胶隔热油管14之间的环空、热采井口后进入地层生产流程，实现注蒸汽后的电潜泵生产工况。
本发明的海上热采电潜泵注采一体化管柱的工作原理为：
当稠油井需要注蒸汽作业时，通过连续管缆地面装置起出第一气凝胶隔热油管14内的电潜泵系统，地面液压控制系统打开深井安全阀10和放气阀8后，建立起注蒸汽和注氮气通道，高温蒸汽28通过第一气凝胶隔热油管14进入地层，高纯氮气29通过第一气凝胶隔热油管14和原井套管22的环空进入地层。当稠油井需要下泵生产时，连续管缆地面装置将第一气凝胶隔热油管14内的电潜泵系统下入到设计井深，通过地面电泵控制柜启动电泵生产。
本发明中，通过连续管缆起下方式实现注采的自由切换，不受井斜影响，可避免频繁修井作业时入井液对地层的冷伤害，提高了热量利用率及热采开发效果。
同时，海上热采电潜泵注采一体化管柱设有全井筒高温光纤3测试功能，实时掌握注蒸汽全井筒及生产阶段水平段产液剖面情况。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。