一种金属定子螺杆泵稠油注采装置及其使用方法与流程

本发明涉及石油开采，尤其涉及一种金属定子螺杆泵稠油注采装置及其使用方法。

背景技术：

1、螺杆泵由定子与转子两部分组成，普通螺杆泵的定子由钢筒内衬橡胶制成。随着制造技术的进步，近年出现了没有内衬橡胶的全钢定子的螺杆泵，即金属定子螺杆泵。相对于橡胶定子的普通螺杆泵，金属定子螺杆泵耐高温，更适合于高温油井的人工举升。因此，金属定子螺杆泵在稠油蒸汽吞吐热采的人工举升方面获得了一定规模的应用。

2、对目前的金属定子螺杆泵举升工艺技术，在结构组成方面按定子、转子两方面说明，如图1所示：(1)金属定子螺杆泵的金属定子连接在油管上，定子下面的油管短节内安装有调整防冲距的限位销，油管短节下面配套安装有防转锚定器。金属定子随油管下入稠油开发井井筒内的设计深度以后，油管上端安装油管挂，坐在井口四通上。(2)金属定子螺杆泵的转子安装在实心抽油杆下端，随实心抽油杆通过油管内腔下入到螺杆泵的定子内腔形成配合；抽油杆上端则与驱动头连接。驱动头旋转带动实心抽油杆旋转，实心抽油杆带动转子在金属定子内旋转，实现稠油的举升。

3、目前，金属定子螺杆泵在稠油蒸汽吞吐热采的人工举升应用中，有两道工序需要交替进行。第一道工序是对井内的稠油油层注过热蒸汽，通过蒸汽对稠油油层的加热作用使井筒周围一定空间范围内的稠油温度升高、粘度降低，从而可以使稠油在油层压力的作用下从油层中流入井筒。执行第一道工序(注蒸汽)之前，如图2所示，需要动用作业设备提起抽油杆杆柱将转子从定子中拔出，以便利用油管和定子的内腔作为注蒸汽的流通通道。第二道工序是执行完第一道工序并经过一段时间焖井之后进行的人工举升工序。这时，如图1所示，需要下放抽油杆杆柱将转子再次插入金属定子，启动井口驱动装置使螺杆泵的转子在定子内旋转，将流入井筒的稠油举升到地面。这两道工序依次轮流进行，注蒸汽加热油层时不能进行人工举升，人工举升时也不能注蒸汽。

4、由此可见，现有技术存在的问题是，注蒸汽和机械举升两道工序的交替转换需要反复拔出和插入转子，需要作业人员和井口作业设备频繁地进行这种井口作业。

技术实现思路

1、本发明提供一种金属定子螺杆泵稠油注采装置及其使用方法，不需要把螺杆泵的转子从定子中拔出，不需要动用相应的作业设备，就能注蒸汽加热稠油油层。

2、为实现上述目的，本发明提供一种金属定子螺杆泵稠油注采装置，包括井上部分和井下部分；

3、所述井上部分包括井口装置，所述井下部分包括油管；

4、所述油管内部设有空心杆柱，所述空心杆柱内部设有流体通道，所述流体通道用于注入蒸汽以加热油管底部的稠油油层；

5、所述井口装置上设有第一通道和第二通道，所述第一通道与所述空心杆柱的流体通道连通，所述第一通道用于注入过热蒸汽；

6、所述第二通道用于注入保温气体，所述第二通道与所述空心杆柱和所述油管之间的空腔相通。

7、进一步的，所述井上部分还包括安装在所述井口装置上方的驱动装置；

8、所述驱动装置与所述空心杆柱的上端连接，所述驱动装置用于驱动所述空心杆柱旋转以进行抽油作业。

9、进一步的，所述空心杆柱包括抽油杆和螺杆泵，所述螺杆泵包括转子和金属定子，所述抽油杆和所述转子内部均设为空心；

10、所述抽油杆下端与所述转子上端连接，所述油管下端内壁安装有金属定子，所述金属定子与所述转子转动连接。

11、进一步的，所述空心杆柱还包括光杆，所述光杆内部设为空心，所述光杆下端与所述抽油杆上端连接；

12、所述光杆的上端贯穿所述井口装置与所述驱动装置连接。

13、进一步的，所述第一通道位于所述第二通道上方，所述光杆上端贯穿所述第一通道和第二通道与所述驱动装置连接；

14、位于所述第一通道内的所述光杆上开设有通孔，用于流通蒸汽。

15、进一步的，所述井口装置上设置有光杆密封组件，所述光杆密封组件包括第一光杆密封和第二光杆密封；

16、所述第一通道上设有第一光杆密封，所述光杆上端贯穿所述第一光杆密封与所述驱动装置连接；

17、所述第一通道和所述第二通道之间设置有第二光杆密封，所述光杆下端贯穿第二光杆密封与所述抽油杆连接。

18、进一步的，所述油管外套设有套管，所述油管与所述套管之间的空腔上端安装有油管挂密封，所述油管挂密封顶部与所述井口装置相抵触。

19、进一步的，所述油管与所述套管之间的空腔下端依次安装有防转锚(2)和封隔器；

20、所述驱动装置上安装有防反转装置。

21、基于同一发明构思，本发明还提供一种金属定子螺杆泵稠油注采装置的使用方法，包括：

22、通过井口装置的第二通道向所述空心杆柱和所述油管之间的空腔注入保温气体，将所述空心杆柱和所述油管之间的空腔内原油或油水混合物进行驱替，并在所述空腔内形成气体保温层；

23、通过井口装置的第一通道向所述空心杆柱的流体通道内注入过热蒸汽，然后按照预设要求进行闷井，同时停止注入保温气体和过热蒸汽；

24、焖井结束后，启动空心杆柱进行人工举升。

25、进一步的，在所述空心杆柱和所述油管之间的空腔注入保温气体之前，操作驱动装置上安装的防反转装置，使空心杆柱中的螺杆泵处于不起作用的状态。

26、进一步的，所述在所述空腔内形成气体保温层，包括，

27、操作所述防反转装置，使所述空心杆柱中的螺杆泵处于起作用的状态中；

28、当所述保温气体的注入压力达到预定的上限压力后停止注入，待注入压力降低至预定的下限压力后，所述保温气体进行自动补充注入，使所述空腔内形成气体保温层。

29、本发明的技术效果和优点：1、稠油蒸汽吞吐热采过程中，地面不需要作业设备和人员对螺杆泵井进行作业，不需要提升和下放抽油杆杆柱插拔转子，节省了作业时间，增加了生产时间和产量。同时，由于在油管管柱内和抽油杆杆柱外的环形空间内充注了天然气或氮气保温层，大大提高了蒸汽在井筒内流动过程中的热损失，节省了蒸汽发生器(锅炉)的能源消耗；

30、2、本发明把目前金属螺杆泵的实心转子做成空心转子，与空心光杆、空心抽油杆组成的空心杆柱串联在一起，使三者的内腔形成一个新的流体通道，用作注蒸汽时蒸汽的流通通道。这样就可以在注蒸汽加热稠油油层时，不需要把螺杆泵的转子从定子中拔出，不需要动用相应的作业设备；

31、3、本发明提出在空心抽油杆杆柱与油管的环形空间中充入天然气、氮气或其它非腐蚀性气体的概念。充入的气体在驱替了前一阶段稠油举升中存留在杆管环空中的稠油和水以后，气体本身作为保温层，可极大地降低蒸汽流过杆柱内腔时的热量损失，提高热的利用率；

32、4、由于本发明提出的注蒸汽通道是光杆、抽油杆和空心转子的内腔，而螺杆泵举升的油流通道是抽油杆与油管之间的环形内腔，因此利用本发明可以实现蒸汽循环加热油层处井筒(即蒸汽注到井底后与油混合，形成温度更高的油水混合物，在不进入油层的情况下在井筒内加热油层)和螺杆泵举升同时进行。循环加热油层和人工举升同时进行时，可以延长前期注蒸汽焖井之后人工举升的生产时间；

33、5、空心光杆、空心抽油杆和空心转子串联形成的流体通道还可用于在井底注入降粘剂和缓蚀剂等化学药剂，起到补充降粘或防腐的作用；当油井发生故障，稠油因为降温而凝结在油管内不能启动螺杆泵时，可以利用空心光杆、空心抽油杆和空心转子的流体通道下加热电阻丝加热抽油杆外壁，抽油杆与油管之间的空腔内凝结的稠油溶化后就可以重新启动螺杆泵投产。

34、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。