加强高粘度石油生产的方法及其实施装置.pdf

本发明涉及石油生产工业，并且用于加强增加在高粘度石油生产期间由传统方向发展的油井的产量的过程。所述发明的两个目的都具有技术效果即增加储油层的渗透率并减小石油的粘度，并通过避免化学试剂和蒸汽发生器的使用增加了环境的安全性。所述发明的第一目的在井底(10)区域内应用高能超声波场从而降低了石油的粘度并加热所述区域。所述发明的第二目的包括表面超声波产生器和位于油井管端部的至少一个超声波磁致伸缩辐射体使用高频电流加热所述管在输送至表面期间保持石油的粘度。

1.  一种加强高粘度石油生产的方法，包括：
用于井底区域的超声波激发的单元，所述单元由表面超声波产生器和位于油井管(OWT)的端部的至少一个超声波磁致伸缩辐射体构成，所述表面超声波产生器和超声波磁致伸缩辐射体通过三芯电缆的两根软线彼此电气地连接，和
用于油井管的加热的单元，所述单元由表面高频产生器和用于油井管加热的线路构成，所述线路沿着油井管的整个长度分布并利用高频电流加热油井管，所述线路包括三芯电缆的第三根软线或导线。

2.  根据权利要求1所述的装置，其中：
用于加热油井管的单元包括在地表面上的表面高频产生器，所述高频产生器通过地线在所述超声波磁致伸缩辐射体的位置电气地连接于油井管，所述油井管与井的井壁管电气绝缘，表面高频产生器通过三芯电缆的第三软线或导线被连接于所述油井管。

3.  根据权利要求2所述的装置，其中：
所述超声波磁致伸缩辐射体的内直径与所述油井管的内直径相匹配。

4.  根据权利要求3所述的装置，其中：
所述超声波磁致伸缩辐射体制成中空圆筒形或类似形状的形式。

5.  根据权利要求1所述的装置，其中：
所述油井管加热单元包括所述表面高频产生器的一个输出，所述表面高频产生器的一个输出在地表面上连接于表面超声波产生器的第一输出，并且连接于该第一输出的三芯电缆的一根软线或导线是用于两个产生器的公共软线或导线，并且所述表面高频产生器的第二输出通过三芯电缆的第三软线或导线在超声波磁致伸缩辐射体的位置连接于所述三芯电缆的所述公共软线或导线。

6.  根据权利要求5所述的装置，其中：
利用高频电流加热油井管的所述线路，进一步包括：
至少两个位于油井管上的并连接于三芯电缆的所述第三软线或导线的感应器。

7.  根据权利要求6所述的装置，其中：
所述超声波磁致伸缩辐射体的内直径与所述油井管的内直径相匹配。

8.  根据权利要求7所述的装置，其中：
所述超声波磁致伸缩辐射体制成中空圆筒形或类似形状的形式。

9.  一种加强高粘度石油生产的方法，其中：
通过在所述井底区域上应用高能超声波场减小井底区域内石油的粘度，并且另外，提供井底区域的加热，并且在石油输送到地表面期间利用高频电流通过油井管(OWT)的加热保持已实现的石油的减小的粘度。

加强高粘度石油生产的方法及其实施装置
技术领域
本发明涉及石油生产工业，并且用于加强增加生产高粘度石油的油井的产量的过程。
背景技术
目前，已知相当多的方法和装置能够促进高粘度石油的生产过程。在绝大多数情况下，这些技术采用影响地层(井底区域)及输送系统的物理化学方法，所述输送系统将石油从地层输送到地表。特别地，推荐向井内添加试剂(reagent)或通过不同频率的弹性振动、冲出波、电磁场或者它们的结合以影响地层。在一些情况下，使用包括弹性振动源的装置和感应加热系统。
已知一种通过激发地层和井底区域中的弹性振动以加强石油生产的方法(US 5,950,726A，1991年1月31公开)。通过使用液压振动产生器、所供应液体中的压力的循环改变而激发弹性振动。弹性振动的激发引起石油粘度的减小、储油层渗透率的增加以及油井输出的增加。
该方法的缺点在于它在通过油井管输送石油期间不提供对石油的影响，因而降低了方法的效率。
提出的发明的第一目的的原型是开发油床的方法(RU 2184842 C2，2002年7月10日公开)，其中建议激发利用热源和弹性振动源的生产形式。热源位于注入井内部。利用热源功率的周期性振动处理热源。弹性振动源安装在石油生产井的油源(wellhead)的表面上。热源和弹性振动源以相同频率及周期恒定相位差运行。由于石油与水的储藏层的石油粘度和相位渗透率的变化，可获得最彻底地抽出石油的效果。
该方法的缺点是它的效率不足，因为在利用油井管输送石油期间不提供对石油的影响。
已知生产高粘度石油的装置(RU 2198284 C2，2003年2月10日公开)，该装置涉及感应油井电子加热器的使用。在此装置中，安装有带有狭缝(slit)的金属环的油井管(OWT)是套筒并同时是磁芯。卷绕在套筒的外表面上的感应线圈的电线(wire)穿过狭缝铺设。由于电能转换为热能，装置的使用能够加热正被抽出的石油。
此装置的缺点是它对于底层和井底区域的石油不提供附加的效果，因而降低了该装置的效率。
提出的发明的第二目的的原型是热声波(thermo-acoustic)油井装置(SU 1086131 A，1984年4月15日公开)，该装置使用磁致伸缩辐射体(radiator)利用超声波能够处理在油井底部区域的油层的同时的加热和辐照，这增加了石油注入到油井中。
该装置的缺点是处理仅在油层中执行而不加热油井管，这降低了装置在石油产生期间的效率。
声波油井回收方法和装置专利申请US10/615,230提出一种声波激发的方法及其实施装置，由于它包括设置在井内的发电机和振动系统，因此它具有特点。专利申请US10/615,230提出的该方法促进了在抽出区域中剪切振动的形成。所述申请关于高粘度液体的生产的缺点在于以下事实：在通过油井管输送到表面期间它既不考虑在抽出区域中产生的热量也不考虑回收液体的激发。
发明内容
在本发明的第一目的和第二目的中，实现的技术效果在于：由于储油层的渗透率的增加和石油的粘度的减小，在通过石油工业中所使用的传统方法的油井的开发期间增加高粘度石油生产的效率，并且由于不使用化学活性试剂(酸)和蒸汽产生器而增加了环境的安全性。
在本发明的第一目的-加强高粘度石油生产的方法中，具体的技术效果由以下方式实现。
在加强高粘度石油生产的方法中，利用高能超声波场对井底区域的作用减小井底区域内石油的粘度。激发的超声波场另外提供井底区域的加热。利用高频电流加热油井管(OWT)在石油输送到地表面(daylight)期间保持已实现的石油的粘度。
在本发明的第二目的-加强高粘度石油生产的装置中，具体的技术效果由以下方式实现。
一种加强高粘度石油生产的装置包括：井底区域的超声波激发单元，所述单元包括表面超声波产生器和位于油井管(OWT)的端部的至少一个超声波磁致伸缩辐射体，所述表面超声波产生器和超声波磁致伸缩辐射体通过三芯电缆的两根软线或导线彼此电气地连接。油井管的加热单元由地表面(daylight surface)高频产生器和OWT加热线路构成，所述线路沿着OWT的整个长度分布并利用高频电流进行加热，所述线路包括三芯电缆的第三软线或导线。
在本发明实施的一种情况中，OWT加热单元的地表面高频产生器通过地线电气地连接于OWT。OWT与井的井壁管电气地绝缘。在超声波辐射体的位置，表面高能产生器通过三芯电缆的第三软线或导线连接于OWT。
在本发明实施的其它情况中，油井管加热单元的地表面高频产生器的一个输出被连接于表面超声波产生器的一个输出，并且连接于此输出的三芯电缆的一根软线或导线是用于两个产生器的公共软线或导线。而且，所述表面日光高频产生器的第二输出通过三芯电缆的第三软线或导线在超声波磁致伸缩辐射体的位置的地方连接于所述三芯电缆的所述公共软线或导线。
另外，利用高频电流的OWT加热线路另外包括至少两个位于OWT之上的并且连接于三芯电缆的第三软线或导线的感应器。
而且，超声波磁致伸缩辐射体制成中空圆筒形，所述中空圆筒的内直径与OWT的内直径相匹配。
附图说明
图1显示了油井的大致结构。
图2显示了用于加强高粘度石油生产的方法的实施的装置。
图3显示用于使用公共软线或导线的加强高粘度石油生产的方法的实施的装置。
图4显示了用于使用公共软线或导线和感应器的加强高粘度石油生产的方法的实施的装置。
具体实施方式
图1到图4通过示意性视图图示说明本发明，在所述示意性视图中显示了通过高频电流利用、利用用于连接高频电流的OWT加热单元的加热线路的不同情况，加强高粘度石油生产的方法的实施装置。
图1显示了油井和用三芯电缆9连接的地表面水平面(daylightlevel)1的表面装置20(包括表面超声波产生器3和地表面高频产生器10)和在油井管5的端部的超声波磁致伸缩辐射体4的大致结构。
图2中显示了以下内容：地表面水平面1、地层-储油层2，井底区域的超声波激发单元，井底区域的超声波激发单元包括表面超声波产生器3和至少一个位于OWT5的端部的超声波磁致伸缩辐射体(ultrasonicmagnetostrictive radiator)4。
磁致伸缩辐射体4形式为中空圆筒，所述中空圆筒的内直径与OWT5的内直径相匹配。
表面超声波产生器3和超声波磁致伸缩辐射体4通过三芯电缆9的两根软线或导线(cord)7和8彼此电气地连接。
OWT加热单元由表面高频产生器10和OWT加热单元线路构成，所述OWT加热单元线路沿OWT5的整个长度分布并由高频电流加热并且包含三芯电缆9的第三根软线或导线11。
在一个发明实施(图2)的情况中，在利用高频电流的OWT5的加热线路中，在地表面1上的表面高频产生器10的一个输出通过地线12被电连接于OWT5。表面高频产生器10的其它输出通过电缆9的第三软线或导线11在超声波磁致伸缩辐射体4的位置的地方在井底区域内直接地连接于OWT5。OWT5利用绝缘体13与井壁管6电气地绝缘。
在图3中所示的其它特殊情况中，在利用高频电流的OWT5的加热线路中，表面高频产生器10的一个输出在地表面1上连接于表面超声波产生器3的一个输出，和连接于该输出的三芯电缆9的软线或导线8是用于产生器3和10两者的公共软线或导线。并且，表面高频产生器10的第二输出通过电缆9的第三软线或导线11在超声波磁致伸缩辐射体4的位置的地方在井底区域内连接于电缆9的公共软线或导线8。
为了OWT5的更强的加热以及随之为了石油输送的便利，利用高频电流加热的OWT的线路另外可包括位于OWT5上的并且连接于电缆9的第三软线或导线11的至少两个感应器14和15(图4)。
方法实施的实例如下。
来自表面超声波产生器3的高能超声波振动通过三芯电缆9的软线或导线7和8传递到超声波磁致伸缩辐射体4。表面超声波产生器3产生的超声波振动的能量取决于正在生产的石油的粘度和量。通过调整超声波振动的能量，实现最优的石油生产过程。
根据地层厚度和正在产生的石油的粘度和量的增加，超声波辐射体的数量从1变化到多个，朝着增加改变。在多于20m的地层厚度，渗透率低于20毫达西，孔隙率小于20％，产量每天15-20吨并且粘度大约50厘泊，必须安装至少两台高能辐射体。
在磁致伸缩辐射体的超声波场的激发之下，发生以下情况：
·在超声波场中井底区域内的热量和质量传递过程的加强，
·超声波场中的石油的石油粘度的减小(在自由空间减小30％，在声致毛细作用的效果(sonocapillary effect)之下在多孔介质中达到大致更大范围。粘度的减小的范围由介质多孔性(porosity)和超声波场的参数的特征决定)，
·由于在磁致伸缩辐射体中的能量的损失加热井底区域，因为它的效率不超过50％，并且热量传递到井底区域中，
·作为更高居里点的结果作为电声换能器的磁致伸缩辐射体的使用，与使用压电陶瓷相比能够使一个磁致伸缩辐射体大致增加用于实施方法的操作温度。
石油从井底区域进入OWT5。OWT5由以下方式被高频电流加热。
电缆9的第三软线或导线11直接地连接或通过公共软线或导线8的连接的第一和第二的两种情况下，都利用高频电流产生它的感应加热。
在第一情况(图2)下，高频电流直接地通过第三软线或导线11从地表面表面高频产生器10进入OWT5并加热OWT5。但是，OWT5利用绝缘体13与井壁管6绝缘是必须的。该方法可用于更不利的石油抽取条件。
在第二种情况(图3)下，高频电流通过第三软线或导线11和公共软线或导线8的连接处从地表面高频产生器10进入OWT5并加热OWT5。在此情况下不需要OWT5的绝缘。此特殊情况更易于生产，但是，由于电缆的温度稳定性在石油生产的温度条件增加上存在限制，并且在此连接中适合于用于石油生产的较少不利条件。
在石油生产的最不利情况下，适合于使用OWT5的附加加热，这利用感应器14和15进行。
以此方式用加热的管输送的石油保持它减小的粘度并因此增加石油生产的效率。
在提出的发明中，储油层渗透率的增加，石油粘度的减小，及作为结果，石油生产效率的增加以及环境安全的增加由于以下原因而实现：
由于超声波和热处理的结合井底区域中的石油粘度的降低，
由于利用高频电流加热OWT，OWT中的石油粘度的降低。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种加强高粘度石油生产的方法，包括：
用于井底区域的超声波激发的单元，所述单元由表面超声波产生器和位于油井管(OWT)的端部的至少一个超声波磁致伸缩辐射体构成，所述表面超声波产生器和超声波磁致伸缩辐射体通过三芯电缆的两根软线彼此电气地连接，和
用于油井管的加热的单元，所述单元由表面高频产生器和用于油井管加热的线路构成，所述线路沿着油井管的整个长度分布并利用高频电流加热油井管，所述线路包括三芯电缆的第三根软线或导线。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
用于加热油井管的单元包括在地表面上的表面高频产生器，所述高频产生器通过地线在所述超声波磁致伸缩辐射体的位置电气地连接于油井管，所述油井管与井的井壁管电气绝缘，表面高频产生器通过三芯电缆的第三软线或导线被连接于所述油井管。
3.根据权利要求2所述的装置，其中：
所述超声波磁致伸缩辐射体的内直径与所述油井管的内直径相匹配。
4.根据权利要求3所述的装置，其中：
所述超声波磁致伸缩辐射体制成中空圆筒形或类似形状的形式。
5.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述油井管加热单元包括所述表面高频产生器的一个输出，所述表面高频产生器的一个输出在地表面上连接于表面超声波产生器的第一输出，并且连接于该第一输出的三芯电缆的一根软线或导线是用于两个产生器的公共软线或导线，并且所述表面高频产生器的第二输出通过三芯电缆的第三软线或导线在超声波磁致伸缩辐射体的位置连接于所述三芯电缆的所述公共软线或导线。
6.根据权利要求5所述的装置，其中：
利用高频电流加热油井管的所述线路，进一步包括：
至少两个位于油井管上的并连接于三芯电缆的所述第三软线或导线的感应器。
7.根据权利要求6所述的装置，其中：
所述超声波磁致伸缩辐射体的内直径与所述油井管的内直径相匹配。
8.根据权利要求7所述的装置，其中：
所述超声波磁致伸缩辐射体制成中空圆筒形或类似形状的形式。