一种多功能稠油热采管柱的制作方法

本实用新型涉及石油开采设备，确切地说是一种多功能稠油热采管柱。

背景技术：

在油田领域中，人们开采稠油的常用方法是“蒸汽吞吐法”，实施该方法的必要设备是稠油热采管柱。现有的技术比较先进的稠油井热采管柱是专利号为200720013521.6，名称为“一种多功能稠油热采管柱”的实用新型专利技术。该管柱如图1所示，分别由自上而下顺次串联的隔热管1、泵座2、伸缩管3、封隔器4、注汽控制部件即该专利所称的注汽阀5、爆破阀6、封隔器4、接管7、尾管8和丝堵9组成。其中，上下分布的两个封隔器功能相同，都是一种能在常温状态下，通过从井口向管柱腔内打压使之实现坐封的部件，所谓坐封的含义是将该部件所在位置的管柱外圆与油井套管内孔之间的间隙封闭；注汽阀是一个单球注汽装置，分别由阀体、阀芯和1个阀芯配注球组成，它具有可单次封闭其轴向气体通道，同时开启其径向气体通道的气体流向控制功能；爆破阀6是一个可在额定压力作用下开启其径向泄压孔的泄压阀。这种管柱兼有稠油稀化和采集的双重功能。所谓稠油稀化意指降低稠油粘度，提高其流动性，目的是方便其采集。在实际应用中，该管柱下装在油井套管腔内，并使一个设定的目标油层位于其上、下两个封隔器4之间。其具体应用方式分别如图1、图2所示。

上述管柱的功用包括稠油稀化处理和采油作业两项内容。稠油稀化处理这样操作：1、投注稠油稀化助剂。在常温状态下，根据井况需要向管柱内加压投注诸如酸性解堵剂、液态二氧化碳等稠油稀化助剂；当投注稠油稀化助剂的压力达到封隔器额定座封压力时，上、下两个封隔器4将分别完成座封；当投注稠油稀化助剂的压力继续升高至爆破阀的额定开启压力时，爆破阀6泄压孔打开，使投注于管柱内的高压稠油稀化助剂经所述泄压孔、油井套管射孔被注入目标油层内。2、注蒸汽。首先至井口向管柱内投入所述阀芯配注球，开启注汽阀5，即封闭其轴向气体通道，同时开启其径向气体通道，然后向管柱内注入高温蒸汽，使之经注汽阀的径向气体通道、油井套管射孔被注入目标油层，直到注气量达到设定标准为止；之后焖井，也就是在设定时间内停止其它操作，目的是让井内压力回归到零，此期间稠油稀化助剂与目标油层内的油体之间反应得也会更加充分，从而取得良好注蒸汽效果。采油作业这样操作：向管柱腔内下装抽油泵的泵杆，然后开始抽油作业。

综上所述，不难看出该管柱按图1、图2所示的任一种使用方式实施时，其一次下装后，都仅能对一个目标油层实施稠油稀化处理。换言之，若要对上、下两个油层实施稠油稀化处理，则需两次下装管柱。这就难免带来稠油稀化效率低，进而导致采油成本高的问题。

人们或许会有这样的设想，如果对上述管柱进行改造，使其具体构造及使用方式如图3所示，即将其爆破阀串联在位于下部封隔器下方的接管上，并在下装管柱时，使上部油层位于管柱的上、下两个封隔器之间，而使下部油层与爆破阀位置相应。同时按下述两种方法中任一种方法操作，是否可以在一次下装管柱的条件下，达到对上、下两个油层实施有效的稠油稀化处理目的了呢？

方法之一：先利用爆破阀对下部油层实施投注稠油稀化助剂作业，然后再利用该爆破阀6对下部油层实施注蒸汽作业；随后再向管柱内投入阀芯配注球，开启注汽阀5，先对上部油层实施投注稠油稀化助剂作业，然后再利用该注汽阀对上部油层实施注蒸汽作业。该方法从表面上看似乎可行，但实际上却行不通，原因在于稠油稀化助剂在高温环境中，比如在经过注蒸汽操作之后的油井井内环境中对管柱及油井套管的管壁的腐蚀很严重，也极易引起爆炸，所以稠油稀化助剂只能在常温状态下投注。换言之，稠油稀化助剂的投注操作只能在注蒸汽操作之前完成。而在上述操作中，向上部油层内投注助剂的操作恰恰发生在对下部油层实施的注蒸汽操作之后，这是绝对不允许的。

方法之二：先利用爆破阀6对下部油层实施投注稠油稀化助剂作业，再向管柱内投入阀芯配注球，开启注汽阀5，先对上部油层实施投注稠油稀化助剂作业，然后再利用该注汽阀5对上部油层实施注蒸汽作业。该方法同样不可行，原因是在下部油层没有注入蒸汽的情况下，仅仅对其投注稠油稀化助剂几乎无法起到稠油稀化作用，反而增加了采油成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为人们提供一种多功能稠油热采管柱，以便在其一次下装后，能够对两个稠油层实施有效的稠油稀化处理，进而解决现有技术存在的上述问题。

本实用新型的目的是这样实现的，它包括注汽控制部件、封隔器、爆破阀、接管等，其特点是爆破阀串联在下部封隔器下方的接管上；注汽控制部件由双球优化型注汽装置构成，该装置由主阀、下阀芯，下阀芯配注球等组成；所述主阀由外壳、阀体、上阀芯，上阀芯配注球等组成；阀体下端设置下阀芯下移定位止挡；下阀芯可开启定位连接于上阀芯下部的阀体腔内，并对设置于阀体上的注汽孔b形成封堵；下阀芯配注球与下阀芯相配用，可打开下阀芯与阀体之间的定位连接，并对下阀芯内孔形成封堵。

本实用新型实现后，突出特点是能在一次下装条件下，对上、下两个稠油层实施稀化处理，也就是说利用本实用新型对上、下两个稠油层实施稀化处理时，可比现有技术减少管柱下装次数50％，因而可显著提高稠油稀化作业效率，进而大幅度降低采油生产成本。若管柱单次下装费用按3.5万元计，管柱自身价值按3万元计，那么本实用新型管柱下装作业一次，即可降低采油成本6.5万元。与此同时，减少管柱下装次数，还可降低管柱拆装作业带来的安全风险，并减少环境污染。

附图说明

图1是现有多功能稠油热采管柱的一种使用安装形式示意图

图2是现有多功能稠油热采管柱的另一种使用安装形式示意图

图3是现有多功能稠油热采管柱的一种设想的使用安装形式示意图

图4是本实用新型管柱的构造及使用安装形式示意图

图5是双球优化型注汽装置的外壳、阀体及上、下阀芯之间的构造关系示意图

图6是双球优化型注汽装置的一种工作状态示意图

图7是双球优化型注汽装置的另一种工作状态示意图

具体实施方式

由图4可见，本实用新型包括注汽控制部件10、封隔器、爆破阀6、接管7等，它与现有技术的相比具有如下两个构造特点：

一是爆破阀设置位置不同。本实用新型将爆破阀串联在位于下部封隔器下方的接管7上，从而使本实用新型由自上而下依次串联的隔热管1、泵座2、伸缩管3、封隔器4、注汽控制部件10、封隔器4、接管7及串联与其上的爆破阀6、尾管8和丝堵9组成。

二是注汽控制部件的构造方式不同。由图5、图6、图7可见，本实用新型的注汽控制部件由双球优化型注汽装置构成，它分别由主阀、下阀芯15及其配用的下阀芯注配球20等组成。

所述主阀由专利号为201120024156.5，名称为“一种优化型注汽控制装置”的实用新型专利技术改进而成。它由除下阀芯15及其连接销钉22、密封胶圈14和下阀芯注配球20之外的其它所有构件组成。主阀与所述专利技术的本质区别仅在于两者阀体的局部构造不同，即201120024156.5专利技术的阀体内腔下端由端板封闭；而本实用新型的阀体内腔为通孔，并在其下端设置了下阀芯下移定位止挡。

上述主阀由外壳、阀体13、上阀芯16及其配用的密封胶圈17和上阀芯配注球21等组成。其中，外壳分别由外管12和分别连接在其上、下两端的上接头19、下接头11组成，外管12的管壁上制有若干径向注汽孔a；阀体13是一个管状体构件，其外圆上制出一个凸环体，并使该凸环体外圆与外管12的内孔相配用，两者可形成密封接触，该凸环体上制出若干轴向沟槽，相邻沟槽之间的管壁上均制有注汽孔b，阀体上端管壁上制有若干注汽孔c；阀体内孔制成阶梯状通孔，该通孔下端制出内凸环体，该内凸环体构成下阀芯15下移定位的所述止挡；阀体13固定设置在外壳腔内，并使其注汽孔b与所述注汽孔a匹配连通成一体；上阀芯16是一个管状构件，其外圆上制成与阀体的阶梯内孔相配用的阶梯外圆，两者阶梯台肩之间构成上阀芯下移定位机构，两者结合面间形成可滑动接触，并通过密封胶圈17密封；上阀芯与阀体13之间通过可剪断销钉23形成可开启定位连接，并通过其外圆对阀体的注汽孔c形成封堵；上接头19腔内固定设置阀芯保护环18；上阀芯配注球21与上阀芯相配用，可打开上阀芯与阀体之间的定位连接，并通过上阀芯的上端腔口对其内孔形成封堵。

下阀芯15为管状构件，其内腔下端制有凸环体，其外圆与阀体内腔相配用，两者接触面间形成可滑动接触，并通过密封胶圈14形成密封，下阀芯通过可剪断销钉22可开启定位连接于上阀芯16下部的阀体腔内，并通过其外圆对设置于阀体上的注汽孔b形成封堵；当然由于所述注汽孔b与外壳上的注汽孔a是密封连通成一体的，所以当下阀芯15封堵阀体的注汽孔b时，也就同时封堵了外管上的注汽孔a；下阀芯配注球20与下阀芯相配用，可打开下阀芯与阀体之间的定位连接，并通过设置在下阀芯内腔下端的所述凸环体对其内孔形成封堵。

需要说明，在实际应用中，下装本实用新型管柱时，所述上、下阀芯配注球均留置在井上备用，当需要先后打开下、上阀芯与阀体之间的定位连接时，再先后将下、上阀芯配注球自井口投入本实用新型管柱腔内，使之分别剪断下、上阀芯与阀体之间的定位连接件，从而实现打开下、上阀芯与阀体之间定位连接的目的。此操作方式与相关的现有技术一样。

应当说明，图5给出的设置于阀体下端腔内的用于下阀芯下移定位的所述止挡的结构形式不是唯一的。例如，它还可以由可拆固定于阀体下端内圆面上的任意形状的，比如圆柱销钉状的凸起构成，等等。

利用本实用新型对上、下油层实施稠油稀化处理时，其使用安装方法及工作原理：

1、下装管柱。按常规方法将图4所示的本实用新型管柱下装到油井套管腔内，保证上部目标油层位于其上、下封隔器之间，爆破阀位于下部油层位置；

2、向下部油层投注稠油稀化助剂。在常温状态下，按常规方法向本实用新型管柱腔内加压投注稠油稀化助剂；当投注助剂的压力达到封隔器额定座封压力时，上、下两个封隔器分别完成座封；当压力继续升高至爆破阀的额定开启压力时，爆破阀泄压孔开启，使稠油稀化助剂经所述泄压孔、油井套管射孔被注入下部油层；

3、向上部油层投注稠油稀化助剂。在常温条件下，自井口向本实用新型管柱腔内投入下阀芯配注球20，使之撞击下阀芯下端凸环体，进而使下阀芯与阀体之间的定位连接件，即可剪断销钉22在阀芯配注球撞击力作用下被剪断，使两者间的定位连接被打开，使下阀芯下移，并被设置于阀体下端腔内的所述止挡定位，同时使下阀芯内孔被下阀芯配注球封堵，使设置于阀体上的下部注汽孔b，以及设置于外壳上的注汽孔a被开启，此时双球优化型注汽装置的工作状态如图6所示；然后向管柱腔内加压投注稠油稀化助剂，并使之通过所述注汽孔a、b，以及油井套管射孔被注入上部油层；

4、向上部油层注蒸汽。按常规方法向本发明管柱内注入高温蒸汽，使之通过所述注汽孔a、b，以及油井套管射孔被注入上部油层，直至其达到设定注气量时，停止注蒸汽。

5、向下部油层注蒸汽。首先自井口向本实用新型管柱腔内投注上阀芯配注球21，使之撞击上阀芯上端口部位，进而使上阀芯与阀体之间的定位连接件，即可剪断销钉23在阀芯配注球撞击力作用下被剪断，使上阀芯下移，并使之被所述上阀芯下移定位机构止挡定位，同时其内孔被上阀芯配注球封堵，使阀体的上部注汽孔c被开启，此时双球优化型注汽装置的工作状态如图7所示；然后，按常规方法向本发明管柱内注入蒸汽，使之通过所述上部注汽孔c、经设置于阀体上的轴向沟槽、外壳下部内腔，以及油井套管射孔被注入下部油层，直至其达到设定注气量时，停止注蒸汽。

6、焖井。注蒸汽作业结束后，在设定时间内停止其它操作，目的是让井内压力回归到零，此期间稠油稀化助剂与目标油层内的油体之间反应得也会更加充分，从而取得良好注蒸汽效果。

7、转抽。焖井结束后，按现有技术向本实用新型管柱腔内下装抽油泵的泵杆，开始抽油作业。