一种油页岩厚矿层原位注热分层开采段井身装置制造方法及图纸

一种油页岩厚矿层原位注热分层开采段井身装置，属于油页岩原位注热开采技术领域，解决传统井身装置用于厚及特厚油页岩矿层原位注热开采中出现套管、水泥环变形损坏并发生泄漏，且热损失严重的技术问题。本发明专利技术是由若干真空波纹套管组成，真空波纹套管是由两个外径不同的金属波纹管套装在一起，再由环形盲板连接而成，并在两个金属波纹管的环形间隙内缠绕多层隔热材料，然后抽真空；所述真空波纹套管放置于裸眼井内油页岩矿层段，其长度与油页岩矿层厚度相等。本发明专利技术用于厚及特厚油页岩原位注蒸汽开采油气，该分层开采段井身装置可有效保护注热段套管及水泥环，且大幅减少热量损失。

【技术实现步骤摘要】
一种油页岩厚矿层原位注热分层开采段井身装置
本专利技术属于油页岩原位注热开采
，具体涉及针对厚及特厚油页岩矿层的一种原位注热分层开采段井身装置。
技术介绍
众所周知，油页岩中有机质的主要热解温度区间为300～500℃，所以要使油页岩中的有机质完全转化为页岩油和热解气，必须要把油页岩加热到500℃以上，这是所有加热油页岩开发油气资源方法都必须满足的首要条件。已授权专利技术专利“对流加热油页岩开采油气的方法(专利号：ZL200510012473.4)和一种油页岩油气资源原位开采方法(ZL201310057719.4)”中所述油页岩原位注热开采油气的基本原理是：在地面布置、施工群井，钻井进入油页岩矿层处理层段，套管固井，并采用群井压裂技术使注汽井与产油气井相互联通，然后将蒸汽锅炉中产生的温度为600℃的过热水蒸汽沿注汽井注入油页岩矿层中，加热矿体，使油页岩中的有机质受热分解后形成油气，并通过低温蒸汽或冷凝水携带油气从采油气井抽吸至地面。详细分析其原理后可知：针对典型厚及特厚层油页岩，蒸汽在井筒内注热段输送路径变长，且要求蒸汽在注入油页岩矿体内仍能达到500℃以上，如该技术能成功实施，首先必须解决以下2个关键技术难题：(1)如何解决注热段套管与水泥环之间由于受热后变形不协调而产生高热应力，进而导致套管及水泥环变形损坏并发生泄漏的问题。(2)如何能够大幅降低高温蒸汽向油页岩非注热段扩散的热量，减少热损失，并保证蒸汽在到达油页岩矿层处理段后仍能达到500℃以上，以满足油页岩热解开采的首要温度条件。目前，在稠油热采领域，主要采用蒸汽吞吐和蒸汽驱两种方式相结合的方法降低稠油粘度，进行采油，其蒸汽注入温度一般处于250～350℃范围内，现场普遍使用套管预应力固井法和隔热油管来分别解决套管、水泥环热损变形和井筒热量散失的问题。与稠油注热开发方式不同，油页岩在原位注蒸汽开发过程中，锅炉蒸汽温度达到600℃，比稠油热采蒸汽注入温度(250～350℃)高出近一倍，可想而知，当蒸汽温度达到600℃以上时，如仍采用传统平滑单层直套管固井，则注热段套管、水泥环变形损坏和过量热损失的问题将更加严重，传统稠油热采领域注热段井身结构并不适用。另外，对厚及特厚油页岩矿层采用全厚段注入蒸汽方法，必然出现蒸汽供给量不足和厚矿层加热不均匀的问题，导致大量油气资源难于采出。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种油页岩厚矿层原位注热分层开采段井身装置，解决传统井身装置用于厚及特厚油页岩矿层原位注热分层开采时，不仅极易导致套管、水泥环变形损坏并发生泄漏，而且热损失严重的技术问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种油页岩厚矿层原位注热分层开采段井身装置，其特征在于：所述井身装置由若干真空波纹套管组成，所述真空波纹套管是由两个外径不同的金属波纹管套装在一起，再由环形盲板连接而成，并在两个金属波纹管的环形间隙内缠绕多层隔热材料，然后抽真空；所述真空波纹套管放置于裸眼井内油页岩矿层段，其长度与油页岩矿层厚度相等。进一步，所述真空波纹套管由3～10个组成。进一步，一个所述真空波纹套管的长度为5～30m。进一步，两个外径不同的金属波纹管的外径差为40～300mm。本专利技术具有如下显著的进步和效果：1、该分层开采段井身结构采用多个真空波纹套管相连接的方式，与传统稠油热采直套管相比，优点显而易见，表现为：①波纹管具有刚度值低、柔性大的特性，在温度升高和降低过程中，可以依靠大量波纹间的结构微变形来替代直套管的垂向大变形，且热应力得到大幅释放减小，可避免套管和水泥环的变形损坏；②波纹管与水泥环之间是“S型”交界面，可大幅提高水泥环与波纹管间的咬合阻力，紧紧将波纹管约束；③“S型”交界面使密封路径加长，防蒸汽和油气渗漏特性要远远优于直套管的平滑交界面。2、采用充填隔热材料的真空波纹套管，可以大幅降低高温蒸汽在井筒内向油页岩矿层非注热段扩散的热量，提高蒸汽注入温度。附图说明图1是一种油页岩厚矿层原位注热分层开采段井身装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术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专利技术一部分，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本专利技术保护范围。实施例1如图1所示，一种油页岩厚矿层原位注热分层开采段井身装置，由3个长度5m的真空波纹套管1连接而成，所述真空波纹套管1是由两个外径不同的金属波纹管(一个外径为240mm；另一个外径为200mm。)套装在一起，再由环形盲板2连接而成，并在两个金属波纹管的环形间隙内缠绕多层隔热材料3，然后抽真空；3个所述真空波纹套管1放置于裸眼井内油页岩矿层段4，分别与矿体下分段41、矿体中分段42和矿体上分段43位置相对应。实施例2如图1所示，一种油页岩厚矿层原位注热分层开采段井身装置，由6个长度20m的真空波纹套管1连接而成，所述真空波纹套管1是由两个外径不同的金属波纹管(一个外径为550mm；另一个外径为400mm。)套装在一起，再由环形盲板2连接而成，并在两个金属波纹管的环形间隙内缠绕多层隔热材料3，然后抽真空；6个所述真空波纹套管1放置于裸眼井内油页岩矿层段4，分别与6个矿体分段位置相对应(图中未画出)。实施例3如图1所示，一种油页岩厚矿层原位注热分层开采段井身装置，由10个长度30m的真空波纹套管1连接而成，所述真空波纹套管1是由两个外径不同的金属波纹管(一个外径为800mm；另一个外径为500mm。)套装在一起，再由环形盲板2连接而成，并在两个金属波纹管的环形间隙内缠绕多层隔热材料3，然后抽真空；10个所述真空波纹套管1放置于裸眼井内油页岩矿层段4，分别与10个矿体分段位置相对应(图中未画岀)。如图1所示，选定厚层油页岩目标注热开采区，厚度为60m、埋深11为160m的近水平单一油页岩矿层，按20m厚度将油页岩矿层段4沿厚度方向分为3段，分别为矿层下分段41、矿层中分段42和矿层上分段43。以60m厚油页岩矿层为例，采用本专利技术的原位注热分层开采油气的方法，其具体步骤如下：1、首先将3个真空波纹套管1用环形盲板2连接在一起，并在两个金属波纹管的环形间隙内缠绕多层隔热材料3后抽真空，再将3个真空波纹套管1放置于裸眼井内油页岩矿层段4，分别与矿层下分段41、矿层中分段42和矿层上分段43位置相对应，向真空波纹套管1和地层间的环形空腔内注入水泥形成水泥环5；2、分别在目标注热井和采油井内，利用射孔弹射穿油页岩矿层下分段41的真空波纹套管1、隔热材料3、水泥环5，并穿透油页岩矿体到一定深度，形成下分段射孔6；3、下分段射孔6作为水力压裂注水入口，然后选择目标注热井为压裂井，周围目标采油井为连通井，进行油页岩矿层下分段41水力压裂连通；4、将隔热油管7与真空波纹套管1顶部的内螺纹接口8旋转对接密封，内螺纹接口8内设置耐高温高压的密封圈9，然后连接地面蒸汽管路，在目标注热井中将地面锅炉中产生的大量600℃高温过热蒸汽通过隔热油管7注入到油页岩下分段20m矿层中，蒸汽沿下分段压裂通道流动，并逐渐从热破裂面渗流到岩体内部，对流热解开采油气；同时，在周围采油井中收集油气及冷凝水，冷凝水净化后循环利用；当20m下分段注热井和采油井本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油页岩厚矿层原位注热分层开采段井身装置，其特征在于：所述井身装置由若干真空波纹套管(1)组成，所述真空波纹套管(1)是由两个外径不同的金属波纹管套装在一起，再由环形盲板(2)连接而成，并在两个金属波纹管的环形间隙内缠绕多层隔热材料(3)，然后抽真空；所述真空波纹套管(1)放置于裸眼井内油页岩矿层段，其长度与油页岩矿层厚度相等。

【技术特征摘要】
1.一种油页岩厚矿层原位注热分层开采段井身装置，其特征在于：所述井身装置由若干真空波纹套管(1)组成，所述真空波纹套管(1)是由两个外径不同的金属波纹管套装在一起，再由环形盲板(2)连接而成，并在两个金属波纹管的环形间隙内缠绕多层隔热材料(3)，然后抽真空；所述真空波纹套管(1)放置于裸眼井内油页岩矿层段，其长度与油页岩矿层厚度相等，向真空波纹套管1和地层间的环形空腔内注入水泥形...

【专利技术属性】
技术研发人员：康志勤，赵阳升，杨栋，梁卫国，赵静，冯子军，耿毅德，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14