井下電加熱水平井管柱結構及其油層加熱方法與流程

本申請涉及油氣開采技術領域，尤其是涉及一種井下電加熱水平井管柱結構及其油層加熱方法。

背景技術：

目前對于稠油油藏的水平井開發，主要是應用水平井進行蒸汽吞吐、蒸汽驅以及蒸汽輔助重力泄油(SAGD)。然而由于注蒸汽能耗較高，碳排放量大，能耗過高，因此需要開發新的稠油開采加熱技術。目前諸如稠油開采電加熱等技術已經興起，并有可能成為未來稠油開發最具潛力的開發技術之一。

例如對于雙水平井SAGD開發方式，在油層內部署一對上下疊置的水平井對，上部水平井的水平段距離下部水平井的水平段通常為5米。在生產初期，需要首先開展預熱啟動，其原理是上下水平井同時注入蒸汽并采出，依靠蒸汽循環來預熱井筒，通過熱傳導加熱注采井間油層，當溫度上升到150℃左右，而使原油具有較好流動能力時，再改為上部井注汽，下部井生產的開采方式。

對于注蒸汽循環預熱啟動，由于注蒸汽能耗較高，碳排放量大，初期投入成本過高。同時，注蒸汽循環預熱存在蒸汽出口溫度高、油層升溫高，離出口很遠的遠端蒸汽干度低溫度低，油層升溫效果差，導致水平段不同部位油層升溫效果不一致，難以均勻有效預熱油層的問題。

此外，對于注采井間存在夾層或者不同水平段油層巖心巖性差異導致的熱物性參數不同的情況，單純的注蒸汽容易造成各水平段升溫速率不一致，即造成水平段在預熱一段時間后，各段之間存在較大的溫度差異，在循環預熱轉入SAGD生產后，低溫段蒸汽腔發育差，而高溫段蒸汽腔優先發育，從而也容易出現油層采收率偏低的問題。

技術實現要素：

本申請實施例的目的在于提供一種井下電加熱水平井管柱結構及其油層加熱方法，以提高油層受熱的均勻度，油藏采收率。

為達到上述目的，一方面，本申請實施例提供了一種井下電加熱水平井管柱結構，包括套管組件；所述套管組件的水平段內安裝有導熱管，所述導熱管上纏繞有加熱電纜；按照所處油層的平均導熱率的不同，所述套管組件的水平段被劃分為若干個分段；每個所述分段對應的導熱管上所纏繞的加熱電纜的纏繞密度，與該分段所對應的油層的平均導熱率負相關。

本申請實施例的井下電加熱水平井管柱結構，所述套管組件包括技術導管，所述技術導管的水平段下端安裝有水平篩管，所述導熱管位于所述水平篩管內。

本申請實施例的井下電加熱水平井管柱結構，所述水平篩管的內壁上安裝有用以實現定向導熱的磁化不銹鋼貼片。

本申請實施例的井下電加熱水平井管柱結構，所述磁化不銹鋼貼片覆蓋所述水平篩管的內壁二分之一面積。

本申請實施例的井下電加熱水平井管柱結構，所述加熱電纜為礦物絕緣加熱電纜。

本申請實施例的井下電加熱水平井管柱結構，所述礦物絕緣加熱電纜材質為：

第一金屬材料與黃銅按照1:1質量比例組成的合金材料，所述第一金屬材料包括鐵、鈷、鎳中的一種或多種。

本申請實施例的井下電加熱水平井管柱結構，所述水平篩管與所述導熱管之間的空隙內填充有導熱粉體。

本申請實施例的井下電加熱水平井管柱結構，所述導熱粉體包括氧化鎂粉體和/或氧化鋁粉體。

本申請實施例的井下電加熱水平井管柱結構，所述導熱粉體的粒度為0.01～1mm。

本申請實施例的井下電加熱水平井管柱結構，所述加熱電纜的加熱功率可控。

另一方面，本申請實施例提供了一種上述井下電加熱水平井管柱結構的油層加熱方法，包括以下步驟：

向水平井井底注入由導熱粉體和攜砂液組成的第一流體，直至井底油層壓力達到預設壓力，并在停注設定時間后，將井底內液體回采，直至井底壓力下降恢復至原始油層壓力；

向所述水平井注入預定量的由導熱粉體和攜砂液組成的第二流體；

根據套管組件的水平段所處油層的平均導熱率，確定套管組件的水平段的分段，及各分段對應導熱管的加熱電纜的纏繞密度；

對各分段對應的油層進行加熱，直至各個分段均達到預設溫度。

本申請實施例的油層加熱方法，所述第一流體中導熱粉體與攜砂液的質量比例為0.1:1～1:1。

本申請實施例的油層加熱方法，所述第二流體中導熱粉體與攜砂液的質量比例為1:1～3:1。

本申請實施例的油層加熱方法，所述的注入量為套管組件的水平段容積的2/3～1。

本申請實施例的油層加熱方法，所述的預設壓力為：低于油層破裂壓力0.1～0.5MPa。

本申請實施例的油層加熱方法，所述預設時間為0.1～1天。

由以上本申請實施例提供的技術方案可見，本申請實施例的套管組件的水平段內安裝有導熱管，導熱管上纏繞有加熱電纜；按照所處油層的平均導熱率的不同，套管組件的水平段被劃分為若干個分段；每個分段對應的導熱管上所纏繞的加熱電纜的纏繞密度，與該分段所對應的油層的平均導熱率負相關，導熱率越高的油層位置，加熱電纜的纏繞密度越低，反之，導熱率越低的油層位置，加熱電纜的纏繞密度越高，從而實現了油層的均勻加熱。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：

圖1為本申請一實施例的井下電加熱水平井管柱結構的示意圖；

圖2為圖1所示的井下電加熱水平井管柱結構的剖視放大視圖。

圖3為本申請一實施例的井下電加熱水平井管柱結構的油層加熱方法流程圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。

參考圖1所示，為本申請實施例的井下電加熱水平井管柱結構，其包括套管組件，所述套管組件包括技術套管31和表層套管21。所述表層套管21套于所述技術套管31上，使用時所述技術套管31的上端可位于井口11處。所述技術套管31下端通過篩管懸掛器41安裝有水平篩管51，所述水平篩管51構成套管組件的水平段。所述水平篩管51內安裝有導熱管62，所述導熱管62上纏繞有加熱電纜63；所述加熱電纜63通過導線61供電。按照所處油層的平均導熱率的不同，所述水平篩管51被劃分為若干個分段(例如可以劃分為2～5個分段)；每個所述分段對應的導熱管62上所纏繞的加熱電纜63的纏繞密度，與該分段所對應的油層的平均導熱率負相關，即導熱率越高的油層位置，加熱電纜63的纏繞密度越低，反之，導熱率越低的油層位置，加熱電纜63的纏繞密度越高。

也就是說，本申請實施例考慮了油層巖心巖性和熱物性參數的差異對升溫的影響，即根據油層巖心巖性和熱物性參數(例如比熱、熱導率、熱擴散系數)確定水平篩管51對應油層的平均導熱率，然后將水平篩管51根據油層的平均導熱率進行分段，并據此設置導熱管62上加熱電纜63的纏繞密度，即低導熱段設置高纏繞密度，高導熱段設置低纏繞密度，從而實現整個水平篩管51所對應油層的均勻升溫加熱。本申請實施例中，電纜纏繞密度可以為0.1圈/米～5圈/米，即值最大相差50倍。

結合圖2所示，所述水平篩管51的內壁上安裝有用以實現定向導熱的磁化不銹鋼貼片52。在本申請的一個示例性實施例中，所述磁化不銹鋼貼片52可覆蓋所述水平篩管51的內壁二分之一面積。這樣，有利于將導熱管62與加熱電纜63牢牢吸附在水平篩管51的內壁上，實現油層的定向加熱。

在本申請的一個示例性實施例中，所述加熱電纜63可以為礦物絕緣加熱電纜。其中，所述礦物絕緣加熱電纜材質可以為：第一金屬材料與黃銅按照1:1質量比例組成的合金材料，所述第一金屬材料包括鐵、鈷、鎳中的一種或多種。

繼續結合圖2所示，在本申請的一個示例性實施例中，所述水平篩管51與所述導熱管62之間的空隙內可填充有導熱粉體70，用于進一步增加導熱管62與水平篩管51之間的導熱密封性，增強導熱效果。其中，所述導熱粉體70可以包括氧化鎂粉體和/或氧化鋁粉體，且其導熱粉體70的粒度可以為0.01～1mm。

此外，為了便于控制熱加效果，所述加熱電纜63的加熱功率可控。例如通過調整電流、電壓的大小實現。

本申請實施例的套管組件的水平段內安裝有導熱管，導熱管上纏繞有加熱電纜；按照所處油層的平均導熱率的不同，套管組件的水平段被劃分為若干個分段；每個分段對應的導熱管上所纏繞的加熱電纜的纏繞密度，與該分段所對應的油層的平均導熱率負相關，導熱率越高的油層位置，加熱電纜的纏繞密度越低，反之，導熱率越低的油層位置，加熱電纜的纏繞密度越高，從而實現了油層的均勻加熱。

參考圖3所示，為井下電加熱水平井管柱結構的油層加熱方法，其包括以下步驟：

S301、向水平井井底注入由導熱粉體和攜砂液組成的第一流體，直至井底油層壓力達到預設壓力，并在停注設定時間后，將井底內液體回采，直至井底壓力下降恢復至原始油層壓力。

本申請實施例中，所述第一流體中導熱粉體與攜砂液的質量比例可以為0.1:1～1:1之間任意值。所述的預設壓力為：低于油層破裂壓力0.1～0.5MPa。這種近破裂壓力注入可使水平篩管附近油層內產生微裂縫，以將導熱粉體作為支撐劑廣泛充填在微裂縫中，從而在加熱過程中進一步增加油層的導熱能力。

本申請實施例中，停注設定時間的目的在于使得導熱粉體可充分沉淀，從而有利于導熱粉體廣泛充填在微裂縫中。具體的，停注設定時間可根據需要設定，例如設定為0.1～1天。

本申請實施例中除用于微壓裂外，攜砂液還可以作為液體起到攜帶導熱粉體的作用，以利于導熱粉體的下放和擴散。

S302、向所述水平井注入預定量的由導熱粉體和攜砂液組成的第二流體。所述第二流體中導熱粉體與攜砂液的質量比例可以為1:1～3:1之間任意值。

所述第二流體的注入量可為水平篩管容積的2/3～1。在重力沉淀作用下，導熱粉體將充填于導熱管與篩管之間的環空中，從而減少了空隙，進一步增大定向加熱速率。

S303、根據套管組件的水平段所處油層的平均導熱率，確定套管組件的水平段的分段，及各分段對應導熱管的加熱電纜的纏繞密度。

本申請實施例考慮了油層巖心巖性和熱物性參數的差異對升溫的影響，即根據油層巖心巖性和熱物性參數(例如比熱、熱導率、熱擴散系數)確定水平篩管對應油層的平均導熱率，然后將水平篩管根據油層的平均導熱率進行分段，并據此設置導熱管上加熱電纜的纏繞密度，實現低導熱段高纏繞密度，高導熱段低纏繞密度，從而實現了整個水平篩管所對應油層的均勻升溫加熱。

本申請實施例中，電纜纏繞密度可以為0.1圈/米～5圈/米，即值最大相差50倍。

S304、對各分段對應的油層進行加熱，直至各個分段均達到預設溫度。

通過沿水平篩管均勻部署溫度傳感器，可對水平篩管各分段所對應油層溫度變化進行監測，當整個水平篩管所對應油層的溫度均上升至設定溫度(例如150℃等)時，認為達到預熱效果，可以停止電加熱。

本申請實施例的套管組件的水平段內安裝有導熱管，導熱管上纏繞有加熱電纜；按照所處油層的平均導熱率的不同，套管組件的水平段被劃分為若干個分段；每個分段對應的導熱管上所纏繞的加熱電纜的纏繞密度，與該分段所對應的油層的平均導熱率負相關，導熱率越高的油層位置，加熱電纜的纏繞密度越低，反之，導熱率越低的油層位置，加熱電纜的纏繞密度越高，從而實現了油層的均勻加熱。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。

以上所述僅為本申請的實施例而已，并不用于限制本申請。對于本領域技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的權利要求范圍之內。