井下电加热水平井管柱结构及其油层加热方法技术领域
本申请涉及油气开采技术领域，尤其是涉及一种井下电加热水平井管柱结构及其
油层加热方法。
背景技术
目前对于稠油油藏的水平井开发，主要是应用水平井进行蒸汽吞吐、蒸汽驱以及
蒸汽辅助重力泄油(SAGD)。然而由于注蒸汽能耗较高，碳排放量大，能耗过高，因此需要开
发新的稠油开采加热技术。目前诸如稠油开采电加热等技术已经兴起，并有可能成为未来
稠油开发最具潜力的开发技术之一。
例如对于双水平井SAGD开发方式，在油层内部署一对上下叠置的水平井对，上部
水平井的水平段距离下部水平井的水平段通常为5米。在生产初期，需要首先开展预热启
动，其原理是上下水平井同时注入蒸汽并采出，依靠蒸汽循环来预热井筒，通过热传导加热
注采井间油层，当温度上升到150℃左右，而使原油具有较好流动能力时，再改为上部井注
汽，下部井生产的开采方式。
对于注蒸汽循环预热启动，由于注蒸汽能耗较高，碳排放量大，初期投入成本过
高。同时，注蒸汽循环预热存在蒸汽出口温度高、油层升温高，离出口很远的远端蒸汽干度
低温度低，油层升温效果差，导致水平段不同部位油层升温效果不一致，难以均匀有效预热
油层的问题。
此外，对于注采井间存在夹层或者不同水平段油层岩心岩性差异导致的热物性参
数不同的情况，单纯的注蒸汽容易造成各水平段升温速率不一致，即造成水平段在预热一
段时间后，各段之间存在较大的温度差异，在循环预热转入SAGD生产后，低温段蒸汽腔发育
差，而高温段蒸汽腔优先发育，从而也容易出现油层采收率偏低的问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种井下电加热水平井管柱结构及其油层加热方
法，以提高油层受热的均匀度，油藏采收率。
为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种井下电加热水平井管柱结构，
包括套管组件；所述套管组件的水平段内安装有导热管，所述导热管上缠绕有加热电缆；按
照所处油层的平均导热率的不同，所述套管组件的水平段被划分为若干个分段；每个所述
分段对应的导热管上所缠绕的加热电缆的缠绕密度，与该分段所对应的油层的平均导热率
负相关。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，所述套管组件包括技术导管，所述
技术导管的水平段下端安装有水平筛管，所述导热管位于所述水平筛管内。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，所述水平筛管的内壁上安装有用以
实现定向导热的磁化不锈钢贴片。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，所述磁化不锈钢贴片覆盖所述水平
筛管的内壁二分之一面积。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，所述加热电缆为矿物绝缘加热电
缆。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，所述矿物绝缘加热电缆材质为：
第一金属材料与黄铜按照1:1质量比例组成的合金材料，所述第一金属材料包括
铁、钴、镍中的一种或多种。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，所述水平筛管与所述导热管之间的
空隙内填充有导热粉体。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，所述导热粉体包括氧化镁粉体和/
或氧化铝粉体。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，所述导热粉体的粒度为0.01～1mm。
本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，所述加热电缆的加热功率可控。
另一方面，本申请实施例提供了一种上述井下电加热水平井管柱结构的油层加热
方法，包括以下步骤：
向水平井井底注入由导热粉体和携砂液组成的第一流体，直至井底油层压力达到
预设压力，并在停注设定时间后，将井底内液体回采，直至井底压力下降恢复至原始油层压
力；
向所述水平井注入预定量的由导热粉体和携砂液组成的第二流体；
根据套管组件的水平段所处油层的平均导热率，确定套管组件的水平段的分段，
及各分段对应导热管的加热电缆的缠绕密度；
对各分段对应的油层进行加热，直至各个分段均达到预设温度。
本申请实施例的油层加热方法，所述第一流体中导热粉体与携砂液的质量比例为
0.1:1～1:1。
本申请实施例的油层加热方法，所述第二流体中导热粉体与携砂液的质量比例为
1:1～3:1。
本申请实施例的油层加热方法，所述的注入量为套管组件的水平段容积的2/3～
1。
本申请实施例的油层加热方法，所述的预设压力为：低于油层破裂压力0.1～
0.5MPa。
本申请实施例的油层加热方法，所述预设时间为0.1～1天。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例的套管组件的水平段内
安装有导热管，导热管上缠绕有加热电缆；按照所处油层的平均导热率的不同，套管组件的
水平段被划分为若干个分段；每个分段对应的导热管上所缠绕的加热电缆的缠绕密度，与
该分段所对应的油层的平均导热率负相关，导热率越高的油层位置，加热电缆的缠绕密度
越低，反之，导热率越低的油层位置，加热电缆的缠绕密度越高，从而实现了油层的均匀加
热。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提
下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本申请一实施例的井下电加热水平井管柱结构的示意图；
图2为图1所示的井下电加热水平井管柱结构的剖视放大视图。
图3为本申请一实施例的井下电加热水平井管柱结构的油层加热方法流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实
施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通
技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护
的范围。
参考图1所示，为本申请实施例的井下电加热水平井管柱结构，其包括套管组件，
所述套管组件包括技术套管31和表层套管21。所述表层套管21套于所述技术套管31上，使
用时所述技术套管31的上端可位于井口11处。所述技术套管31下端通过筛管悬挂器41安装
有水平筛管51，所述水平筛管51构成套管组件的水平段。所述水平筛管51内安装有导热管
62，所述导热管62上缠绕有加热电缆63；所述加热电缆63通过导线61供电。按照所处油层的
平均导热率的不同，所述水平筛管51被划分为若干个分段(例如可以划分为2～5个分段)；
每个所述分段对应的导热管62上所缠绕的加热电缆63的缠绕密度，与该分段所对应的油层
的平均导热率负相关，即导热率越高的油层位置，加热电缆63的缠绕密度越低，反之，导热
率越低的油层位置，加热电缆63的缠绕密度越高。
也就是说，本申请实施例考虑了油层岩心岩性和热物性参数的差异对升温的影
响，即根据油层岩心岩性和热物性参数(例如比热、热导率、热扩散系数)确定水平筛管51对
应油层的平均导热率，然后将水平筛管51根据油层的平均导热率进行分段，并据此设置导
热管62上加热电缆63的缠绕密度，即低导热段设置高缠绕密度，高导热段设置低缠绕密度，
从而实现整个水平筛管51所对应油层的均匀升温加热。本申请实施例中，电缆缠绕密度可
以为0.1圈/米～5圈/米，即值最大相差50倍。
结合图2所示，所述水平筛管51的内壁上安装有用以实现定向导热的磁化不锈钢
贴片52。在本申请的一个示例性实施例中，所述磁化不锈钢贴片52可覆盖所述水平筛管51
的内壁二分之一面积。这样，有利于将导热管62与加热电缆63牢牢吸附在水平筛管51的内
壁上，实现油层的定向加热。
在本申请的一个示例性实施例中，所述加热电缆63可以为矿物绝缘加热电缆。其
中，所述矿物绝缘加热电缆材质可以为：第一金属材料与黄铜按照1:1质量比例组成的合金
材料，所述第一金属材料包括铁、钴、镍中的一种或多种。
继续结合图2所示，在本申请的一个示例性实施例中，所述水平筛管51与所述导热
管62之间的空隙内可填充有导热粉体70，用于进一步增加导热管62与水平筛管51之间的导
热密封性，增强导热效果。其中，所述导热粉体70可以包括氧化镁粉体和/或氧化铝粉体，且
其导热粉体70的粒度可以为0.01～1mm。
此外，为了便于控制热加效果，所述加热电缆63的加热功率可控。例如通过调整电
流、电压的大小实现。
本申请实施例的套管组件的水平段内安装有导热管，导热管上缠绕有加热电缆；
按照所处油层的平均导热率的不同，套管组件的水平段被划分为若干个分段；每个分段对
应的导热管上所缠绕的加热电缆的缠绕密度，与该分段所对应的油层的平均导热率负相
关，导热率越高的油层位置，加热电缆的缠绕密度越低，反之，导热率越低的油层位置，加热
电缆的缠绕密度越高，从而实现了油层的均匀加热。
参考图3所示，为井下电加热水平井管柱结构的油层加热方法，其包括以下步骤：
S301、向水平井井底注入由导热粉体和携砂液组成的第一流体，直至井底油层压
力达到预设压力，并在停注设定时间后，将井底内液体回采，直至井底压力下降恢复至原始
油层压力。
本申请实施例中，所述第一流体中导热粉体与携砂液的质量比例可以为0.1:1～
1:1之间任意值。所述的预设压力为：低于油层破裂压力0.1～0.5MPa。这种近破裂压力注入
可使水平筛管附近油层内产生微裂缝，以将导热粉体作为支撑剂广泛充填在微裂缝中，从
而在加热过程中进一步增加油层的导热能力。
本申请实施例中，停注设定时间的目的在于使得导热粉体可充分沉淀，从而有利
于导热粉体广泛充填在微裂缝中。具体的，停注设定时间可根据需要设定，例如设定为0.1
～1天。
本申请实施例中除用于微压裂外，携砂液还可以作为液体起到携带导热粉体的作
用，以利于导热粉体的下放和扩散。
S302、向所述水平井注入预定量的由导热粉体和携砂液组成的第二流体。所述第
二流体中导热粉体与携砂液的质量比例可以为1:1～3:1之间任意值。
所述第二流体的注入量可为水平筛管容积的2/3～1。在重力沉淀作用下，导热粉
体将充填于导热管与筛管之间的环空中，从而减少了空隙，进一步增大定向加热速率。
S303、根据套管组件的水平段所处油层的平均导热率，确定套管组件的水平段的
分段，及各分段对应导热管的加热电缆的缠绕密度。
本申请实施例考虑了油层岩心岩性和热物性参数的差异对升温的影响，即根据油
层岩心岩性和热物性参数(例如比热、热导率、热扩散系数)确定水平筛管对应油层的平均
导热率，然后将水平筛管根据油层的平均导热率进行分段，并据此设置导热管上加热电缆
的缠绕密度，实现低导热段高缠绕密度，高导热段低缠绕密度，从而实现了整个水平筛管所
对应油层的均匀升温加热。
本申请实施例中，电缆缠绕密度可以为0.1圈/米～5圈/米，即值最大相差50倍。
S304、对各分段对应的油层进行加热，直至各个分段均达到预设温度。
通过沿水平筛管均匀部署温度传感器，可对水平筛管各分段所对应油层温度变化
进行监测，当整个水平筛管所对应油层的温度均上升至设定温度(例如150℃等)时，认为达
到预热效果，可以停止电加热。
本申请实施例的套管组件的水平段内安装有导热管，导热管上缠绕有加热电缆；
按照所处油层的平均导热率的不同，套管组件的水平段被划分为若干个分段；每个分段对
应的导热管上所缠绕的加热电缆的缠绕密度，与该分段所对应的油层的平均导热率负相
关，导热率越高的油层位置，加热电缆的缠绕密度越低，反之，导热率越低的油层位置，加热
电缆的缠绕密度越高，从而实现了油层的均匀加热。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部
分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员
来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同
替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。