浅层油砂原位开发工艺应用装备.pdf

本发明公开了浅层油砂原位开发工艺应用装备，包括储油罐、集油管线、抽油泵、过滤器、抽油管线、井桶、蒸汽锅炉、地上注汽管线、地上连通井座、支撑管节、地下注汽管线、地下冲砂管线、地下采油管线和地下连通井座。本发明可有效替代现行采用化学水洗法的砂油分离工艺，不但能使吸附在油砂表面的原油粘度下降以脱附油砂继而被热水运载到注采系统中，而且能使与原油分离的油砂留存在地层内，不污染环境，有效解决了浅层油砂露天开发区所带来的环境污染的问题，同时也有克服了油田常规砂油分离工艺因地层埋深太浅而无法实施井筒造斜作业的技术难题。

1.一种浅层油砂原位开发工艺应用装备，其特征在于：包括储油罐（1）、集油管线（2）、抽油泵（3）、过滤器（4）、抽油管线（5）、井桶（7）、蒸汽锅炉（8）、地上注汽管线（9）、地上连通井座（10）、支撑管节、地下注汽管线（11）、地下冲砂管线（12）、地下采油管线（14）和地下连通井座（6）；当蒸汽锅炉（8）工作而输出蒸汽时，在位于地壳内天然存在的浅油砂层（15）上方的地表或地表上方安设着蒸汽锅炉（8）、地上注汽管线（9）、过滤器（4）、抽油泵（3）、集油管线（2）和储油罐（1），在地壳内部设置着相对水平面垂直的竖井和弧线形斜井，竖井位于其最上端的顶端井口朝上连通至地表靠近抽油泵（3）所在位置的地面，竖井位于其最下端的底端井口朝下穿过浅油砂层（15）而延伸至浅油砂层（15）底界，在竖井内固装着以被竖井内周壁围绕的方式覆盖竖井内周壁并支撑竖井以保持竖井畅通的井桶（7），井桶（7）桶周壁位于其最上端的顶端桶口朝着竖井顶端井口竖直向上，井桶（7）桶周壁靠近其最下端的底端封壁的部位设置有穿透其壁体的引出孔，弧线形斜井顶端井口连通至地表靠近蒸汽锅炉（8）所在位置的地面而弧线形斜井位于其最下端的底端井口连通至引出孔，弧线形斜井靠近其底端井口的下部井段穿过浅油砂层（15）并设置于浅油砂层（15）底界，在弧线形斜井内固装着的支撑管节以沿弧线形斜井延伸轨迹的长度方向依次排布的方式串接成支撑弧线形斜井以保持弧线形斜井畅通的弧线形导向管（13），弧线形导向管（13）对应位于弧线形斜井顶端井口的顶端管口连通至地表靠近蒸汽锅炉（8）所在位置的地面而其对应位于弧线形斜井底端井口的底端管口连通至引出孔，地下注汽管线（11）、地下冲砂管线（12）和地下采油管线（14）同时沿弧线形导向管（13）延伸轨迹的长度方向穿过弧线形导向管（13）内部管腔和弧线形斜井井腔，弧线形导向管（13）靠近其最下端的底端管口而对应位于弧线形斜井下部井段并被嵌置在浅油砂层（15）当中的下部管段均布设置有穿透其管周壁的外出汽孔，地下注汽管线（11）靠近其最下端的底端管口而对应位于弧线形导向管（13）下部管段的下部管段设置着穿透其管周壁的内出汽孔，地下采油管线（14）靠近其最下端的底端管口而对应位于弧线形导向管（13）下部管段的下部管段均布设置有进油孔，而且地下采油管线（14）靠近其最下端的底端管口而对应位于弧线形导向管（13）下部管段的下部管段设置在地下注汽管线（11）下部管段的下方，在弧线形斜井顶端井口上固装着位于地面上的地上连通井座（10），在引出孔上固装着位于井桶（7）内部桶腔里的地下连通井座（6），地下注汽管线（11）、地下冲砂管线（12）和地下采油管线（14）各自位于其最上端的顶端管口经弧线形导向管（13）顶端管口分别连通至地上连通井座（10）而其各自位于其最下端的底端管口经引出孔和地下连通井座（6）连通至井桶（7）内部桶腔，蒸汽锅炉（8）的蒸汽出流口依次通过地上注汽管线（9）和地上连通井座（10）连通至地下注汽管线（11）位于其最上端而对应位于弧线形斜井的顶端管口的顶端管口，抽油管线（5）位于其向下伸至井桶（7）内部桶腔里的下部管段最尾端、最下端的尾端管口以不受井桶（7）桶壁阻塞的方式接近井桶（7）底端封壁，在抽油管线（5）伸出至井桶（7）之外而位于地表之上的上部管段上安装着与抽油管线（5）相串接的过滤器（4），抽油管线（5）位于其上部管段最首端的首端管口连通至抽油泵（3）的进流口，抽油泵（3）的出流口通过集油管线（2）连通至储油罐（1）内部罐腔。

浅层油砂原位开发工艺应用装备

技术领域

本发明涉及采收浅层油砂粘附原油的装置，特别是浅层油砂原位开发工艺应用装备。

背景技术

油砂又被称作沥青砂或焦油砂，形成于白垩纪，是一种沥青、沙、粘土和水的混合物，其中的沥青含量为7%—14%，沙和粘土等矿物总体含量为80%—85%，水含量为3%—6%。中国的油砂资源储量初步估算可达到千亿吨，是重要的非常规石油资源。目前，国外浅层（埋深小于75米）油砂开发技术以露天挖掘、水洗作业为主，也曾进行过有机溶剂萃取分离或热解干馏分离工业化试验，基于油砂润湿性、工艺设备成熟度及综合成本考虑，现行主流的砂油分离工艺技术仍普遍采用化学水洗法，需要在水中加入氢氧化钠等以调节其pH值，继而促使砂油分离，提高沥青的回收率，但是化学水洗法消耗大量净水而且产出巨量污水与污泥，随着各国环保政策的日趋严格，这种旨在从油砂中提取原油的化学水洗法日益受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浅层油砂原位开发工艺应用装备，可有效替代现行采用化学水洗法的砂油分离工艺，不但能使吸附在油砂表面的原油粘度下降以脱附油砂继而被热水运载到注采系统中，而且能使与原油分离的油砂留存在地层内，不污染环境，有效解决了浅层油砂露天开发区所带来的环境污染的问题，同时也有克服了油田常规砂油分离工艺因地层埋深太浅（埋深度大于150米）而无法实施井筒造斜作业的技术难题。

本发明的目的是这样实现的：一种浅层油砂原位开发工艺应用装备，包括储油罐、集油管线、抽油泵、过滤器、抽油管线、井桶、蒸汽锅炉、地上注汽管线、地上连通井座、支撑管节、地下注汽管线、地下冲砂管线、地下采油管线和地下连通井座；当蒸汽锅炉工作而输出蒸汽时，在位于地壳内天然存在的浅油砂层上方的地表或地表上方安设着蒸汽锅炉、地上注汽管线、过滤器、抽油泵、集油管线和储油罐，在地壳内部设置着相对水平面垂直的竖井和弧线形斜井，竖井位于其最上端的顶端井口朝上连通至地表靠近抽油泵所在位置的地面，竖井位于其最下端的底端井口朝下穿过浅油砂层而延伸至浅油砂层底界，在竖井内固装着以被竖井内周壁围绕的方式覆盖竖井内周壁并支撑竖井以保持竖井畅通的井桶，井桶桶周壁位于其最上端的顶端桶口朝着竖井顶端井口竖直向上，井桶桶周壁靠近其最下端的底端封壁的部位设置有穿透其壁体的引出孔，弧线形斜井顶端井口连通至地表靠近蒸汽锅炉所在位置的地面而弧线形斜井位于其最下端的底端井口连通至引出孔，弧线形斜井靠近其底端井口的下部井段穿过浅油砂层并设置于浅油砂层底界，在弧线形斜井内固装着的支撑管节以沿弧线形斜井延伸轨迹的长度方向依次排布的方式串接成支撑弧线形斜井以保持弧线形斜井畅通的弧线形导向管，弧线形导向管对应位于弧线形斜井顶端井口的顶端管口连通至地表靠近蒸汽锅炉所在位置的地面而其对应位于弧线形斜井底端井口的底端管口连通至引出孔，地下注汽管线、地下冲砂管线和地下采油管线同时沿弧线形导向管延伸轨迹的长度方向穿过弧线形导向管内部管腔和弧线形斜井井腔，弧线形导向管靠近其最下端的底端管口而对应位于弧线形斜井下部井段并被嵌置在浅油砂层当中的下部管段均布设置有穿透其管周壁的外出汽孔，地下注汽管线靠近其最下端的底端管口而对应位于弧线形导向管下部管段的下部管段设置着穿透其管周壁的内出汽孔，地下采油管线靠近其最下端的底端管口而对应位于弧线形导向管下部管段的下部管段均布设置有进油孔，而且地下采油管线靠近其最下端的底端管口而对应位于弧线形导向管下部管段的下部管段设置在地下注汽管线下部管段的下方，在弧线形斜井顶端井口上固装着位于地面上的地上连通井座，在引出孔上固装着位于井桶内部桶腔里的地下连通井座，地下注汽管线、地下冲砂管线和地下采油管线各自位于其最上端的顶端管口经弧线形导向管顶端管口分别连通至地上连通井座而其各自位于其最下端的底端管口经引出孔和地下连通井座连通至井桶内部桶腔，蒸汽锅炉的蒸汽出流口依次通过地上注汽管线和地上连通井座连通至地下注汽管线位于其最上端而对应位于弧线形斜井的顶端管口的顶端管口，抽油管线位于其向下伸至井桶内部桶腔里的下部管段最尾端、最下端的尾端管口以不受井桶桶壁阻塞的方式接近井桶底端封壁，在抽油管线伸出至井桶之外而位于地表之上的上部管段上安装着与抽油管线相串接的过滤器，抽油管线位于其上部管段最首端的首端管口连通至抽油泵的进流口，抽油泵的出流口通过集油管线连通至储油罐内部罐腔。

本发明的工作原理为:蒸汽锅炉产出的可流动传热介质（过热蒸汽、轻烃、轻质油）依次经地上注气管线、穿过曲形导向管的地下注气管线上部管段、地下注气管线下部管段设置有的内出汽孔和曲形导向管下部管段设置有的外出汽孔被强制地注入浅油砂层内而加热油砂，可流动传热介质所携带的高热能可使吸附在油砂表面的原油粘度下降，在脱附油砂的油砂油（原油）被可流动传热介质融化后受重力随同由蒸汽液化成的冷凝水则经曲形导向管下部管段设置有的外出汽孔、地下采油管线靠近其最下端的底端管口而对应位于曲形导向管下部管段的下部管段均布设置有的进油孔、地下采油管线靠近其最下端的底端管口而对应位于曲形导向管下部管段的下部管段、引出孔流入井桶内暂存，与原油分离的油砂仍留存在地层中，抽油泵再将暂存在井桶内的原油和冷凝水依次经抽油管线、过滤器、抽油泵泵腔、集油管线泵入储油罐中，以便最终随热水返回到注采系统中。当在本发明井桶内部不可避免地积存较多由浅油砂层经地下采油管线和地下连通井座进入竖井内沉积下来的油砂时，从地上连通井座注入地下冲砂管线的干净的冲砂水则可通过地下冲砂管线内部管腔和地下连通井座被强制导入井桶内部强力冲起油砂而使留存在井桶内的绝大部分油砂以悬浮状态被上涨而经井桶顶端桶口溢流至竖井之外或地面上的冲砂水运载至竖井之外或地面上，继而达到有效洗井的目的。本发明可有效替代现行采用化学水洗法的砂油分离工艺，不但能使吸附在油砂表面的原油粘度下降以脱附油砂继而被热水运载到注采系统中，而且能使与原油分离的油砂留存在地层内，不污染环境，有效解决了浅层油砂露天开发区所带来的环境污染的问题，同时也有克服了油田常规砂油分离工艺因地层埋深太浅（埋深度大于150米）而无法实施井筒造斜作业的技术难题。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明总体的剖视结构示意图。

具体实施方式

一种浅层油砂原位开发工艺应用装备，如图1所示，包括储油罐1、集油管线2、抽油泵3、过滤器4、抽油管线5、井桶7、蒸汽锅炉8、地上注汽管线9、地上连通井座10、支撑管节、地下注汽管线11、地下冲砂管线12、地下采油管线14和地下连通井座6；当蒸汽锅炉8工作而输出蒸汽时，在位于地壳内天然存在的浅油砂层15上方的地表或地表上方安设着蒸汽锅炉8、地上注汽管线9、过滤器4、抽油泵3、集油管线2和储油罐1，在地壳内部设置着相对水平面垂直的竖井和弧线形斜井，竖井位于其最上端的顶端井口朝上连通至地表靠近抽油泵3所在位置的地面，竖井位于其最下端的底端井口朝下穿过浅油砂层15而延伸至浅油砂层15底界，在竖井内固装着以被竖井内周壁围绕的方式覆盖竖井内周壁并支撑竖井以保持竖井畅通的井桶7，井桶7桶周壁位于其最上端的顶端桶口朝着竖井顶端井口竖直向上，井桶7桶周壁靠近其最下端的底端封壁的部位设置有穿透其壁体的引出孔，弧线形斜井顶端井口连通至地表靠近蒸汽锅炉8所在位置的地面而弧线形斜井位于其最下端的底端井口连通至引出孔，弧线形斜井靠近其底端井口的下部井段穿过浅油砂层15并设置于浅油砂层15底界，在弧线形斜井内固装着的支撑管节以沿弧线形斜井延伸轨迹的长度方向依次排布的方式串接成支撑弧线形斜井以保持弧线形斜井畅通的弧线形导向管13，弧线形导向管13对应位于弧线形斜井顶端井口的顶端管口连通至地表靠近蒸汽锅炉8所在位置的地面而其对应位于弧线形斜井底端井口的底端管口连通至引出孔，地下注汽管线11、地下冲砂管线12和地下采油管线14同时沿弧线形导向管13延伸轨迹的长度方向穿过弧线形导向管13内部管腔和弧线形斜井井腔，弧线形导向管13靠近其最下端的底端管口而对应位于弧线形斜井下部井段并被嵌置在浅油砂层15当中的下部管段均布设置有穿透其管周壁的外出汽孔，地下注汽管线11靠近其最下端的底端管口而对应位于弧线形导向管13下部管段的下部管段设置着穿透其管周壁的内出汽孔，地下采油管线14靠近其最下端的底端管口而对应位于弧线形导向管13下部管段的下部管段均布设置有进油孔，而且地下采油管线14靠近其最下端的底端管口而对应位于弧线形导向管13下部管段的下部管段设置在地下注汽管线11下部管段的下方，在弧线形斜井顶端井口上固装着位于地面上的地上连通井座10，在引出孔上固装着位于井桶7内部桶腔里的地下连通井座6，地下注汽管线11、地下冲砂管线12和地下采油管线14各自位于其最上端的顶端管口经弧线形导向管13顶端管口分别连通至地上连通井座10而其各自位于其最下端的底端管口经引出孔和地下连通井座6连通至井桶7内部桶腔，蒸汽锅炉8的蒸汽出流口依次通过地上注汽管线9和地上连通井座10连通至地下注汽管线11位于其最上端而对应位于弧线形斜井的顶端管口的顶端管口，抽油管线5位于其向下伸至井桶7内部桶腔里的下部管段最尾端、最下端的尾端管口以不受井桶7桶壁阻塞的方式接近井桶7底端封壁，在抽油管线5伸出至井桶7之外而位于地表之上的上部管段上安装着与抽油管线5相串接的过滤器4，抽油管线5位于其上部管段最首端的首端管口连通至抽油泵3的进流口，抽油泵3的出流口通过集油管线2连通至储油罐1内部罐腔。

在本发明借助非开挖、非明挖（暗挖）的顶管设备强制将套管（支撑管节）压入地壳内而使被压入地壳内的套管（支撑管节）沿位于地壳内的浅油砂层15底界铺设的过程中沿浅油砂层15底界延伸的弧线形斜井也随之形成；所采用的套管在弧线形斜井内串接成弧线形导向管13，在弧线形导向管13与弧线形斜井内周壁之间的环状孔隙充填着的水泥用于固定套管。竖井的直径一般为1米至20米。井桶7由混凝土或耐腐蚀钢材构成。地下采油管线14由光管与管周壁均设有进油孔的割缝油管顺次连接，光管用于封闭非采油区域，割缝油管用于输油。