认知套管页岩油临界层

认知套管页岩油临界层
作者：屈习生    工作单位：发明专业户     通讯居住地址：陕西省咸阳市咸兴东路7号内 陕广生活小区   邮编：712099
物体以固体和液体以及气体形式存在的物理定义，任何人不需要背诵就能记住；气体和液体之间存在气液临界层，固体和液体之间存在固液临界层的物理定义，则属于专业研究者必须记诵的物理定义。没有记忆在脑海中的物理定义，大多数情况下不能得到随心如意的应用，有理由认为，那些进行专业性研究的学者，不是所有人都能在进行科学技术研究时，下意识的运用与固液临界层和气液临界层有关的物理定义。
我作为民间研究学者，作为民间发明家，也属于不能下意识运用与固液临界层和气液临界层有关的物理定义的人；作为例子，我努力多年发明的无油口补热井，发明目的是改善液态烃在烃矿层中的流动性能；但无油口补热井用于实际生产，不是理想的创新发明。
无油口补热井确实能用来改善液态烃在烃矿层中的流动性能，但烃流经过套管出井，不考虑烃流如何在套管中流动，无油口补热井作为发明，没有得到来自油田的响应。
大庆油田是我的第二故乡，我在那里长大，进入石油队伍，也为油田建设作出了应有的贡献。我离开大庆石油队伍之后，假如大庆油田的石油队伍对我的发明毫无兴趣，只能解释为我的发明不完善。
昔日的同事和同学担任石油企业主要领导的时候，只要我的发明能代表先进技术，他们不会视而不见；年少时候如愿随意，我在水井队做钻工时，曾累得新来的小工友，央求姐姐说情叫我照顾他；721大学结业进入大庆石油设计院设计所一室，吃过午饭就去绘制设计图，弄得做师傅的老工程技术人员也觉得被动……。努力工作，用心阅读专业书，同事们怎么能忘记我。
大庆油田和胜利油田，青海油田和江汉油田，盘锦油田和江苏油田等油田，有石油处有朋友，我调回陕西，目的仅仅在于去文学出版社方便，昔日的同事和同学们，就是去新疆的大沙漠也要随叫随到。
油田的砂岩油开发后期，大庆油田和胜利油田，包括长庆油田，不得不选择页岩油开采工程作为油田建设方针的时候，如果我的无油口补热井不受欢迎，我就必须改进无油口补热井。
毫无疑问，我国的大庆油田和胜利油田以及长庆油田，使用过注水驱油开采方法的砂岩油区，矿层温度低于原始矿层温度，使用补热井为矿层补热，改善砂岩油在矿层中的流动性能，必定有助于提高砂岩油采收率。但是对于吉林油田的页岩油矿，对于四川油田的页岩油矿，想尽可能多的开采页岩油，仅使用补热井或许不能实现目的。
如何发明比补热井更好的采油机械？第一重要的当然是有没有发明灵感。少年时代的我，上学时看到路边开挖的沉井，几次走近好奇的观看，对沉井的印象很深；所以几十年后，有我的环沉井布采油井技术的发明。经历环沉井补热井的发明过程之后，我发明了筛管补热井。
——无疑问的事情，物欲的驱使对于发明也同样重要，想成为比尔·盖茨一样的富翁，也是促使我努力发明的动力，一日三餐必行力思，领悟到套管中理论上存在固液临界层和气液临界层时候，我意识到发明的成功临近了。
仅仅认识页岩油在矿层中的相平衡状态还不足以理论取油；充分认识页岩油在套管中的相平衡状态，才有条件实现理论取油的目的。
对于自喷油井或产气井，理论上可以认为，在它们套管的油口部位，存在气烃和液烃的临界层；并且此临界层的位置，会随着砂岩油层或页岩油层温度压力状态的变化，在套管中上升或下降。也就是说，对于四川油田为代表的、3000米深度的页岩气井，只要能实现对套管中的气烃和液烃的临界面的控制，存在使页岩气井成为页岩油井的可能。
在套管油口附近，存在气烃和液烃的临界层的理由，从理论上说，就是烃矿开采井完井之后，开采井周围的烃矿层，必然产生恢复套管中的与原始烃矿层温度压力接近的烃组分运动。开采井周围的烃矿层是固体，套管油口外理论上存在固态烃，决定了套管油口内理论上应该是液态烃，否则类似四川油田的页岩气井，不可能有大量页岩气自喷出井；——高温高压状态的页岩气出井，就是套管油口附近，甚至在套管中部位置，存在气烃和液烃临界面的证明。
从另一角度分析，3000米的地层深处，高温高压状态的烃组分，以气态烃存在的可能性也很小。研究者习惯于将空气作为气液相平衡研究对象，或许导致我国的一些学者，忽视了气态烃不是空气那样，连续均匀的存在于套管（容器）中的问题。
国内外的研究学者，或许都存在不能正确的认识页岩油井的套管中的气液临界层的可能。国外的页岩油埋深浅，油田开发时不会遇到高温高压问题，当然不需要考虑套管中的气液临界层。我国的页岩油矿在吉林油田之外，普遍埋深3000米，不可以不考虑套管中的气液临界层。
有理由认为，四川油田开发60多年时间，没有成功的采出页岩油，主要原因在缺乏正确的页岩油开采理论的指导。我国的石油工程队伍，20世纪60年代以来，普遍沿袭俄罗斯的冷采油方法，注地下水驱砂岩油出井；国外的石油工程队伍，使用热采油方法采浅层页岩油、采砂岩油，都不存在产生正确的页岩油开采理论的条件。人类21世纪之后，砂岩油渐告枯竭时，美国开始大量采集页岩油，使用的依然是热采油办法，——将过热蒸气注入页岩油层，随后抽出变成液体状态的页岩油；我国依旧在摸索注水驱采页岩油的开采办法，并且使用了天然气当量计算烃产量的开发方针。
怎么看我国也属于人均砂岩油矿储量少的“贫油国”，不从页岩油矿采出页岩油，就不可能改变贫油国的形象；近几年为了实现页岩油的开采，我国石油队伍又一次借鉴俄罗斯的冷采油方法，向页岩油矿注二氧化碳驱油，表明我国的石油队伍，还是没有找到正确的开采页岩油的办法。
根据网络的有关报道，江苏油田还建立了注二氧化碳驱油的示范站。
有理由认为注二氧化碳驱油技术具备可用性，此种采油方法的创建，也以物理学的相平衡理论为基础。但冷采油方法的属性，决定了一旦页岩油矿温度下降到某个临界点，就必须停止页岩油开采了。
根据网络的报道推测，胜利油田最近使用的页岩油开采办法，也属于冷采油方法；——虽然生产了数量可观的页岩油，消耗的水量很大。
有理由推测，如同注二氧化碳没有实现大量开采页岩油的目的，注水驱油依旧不能将埋藏地下的页岩油大量开采到地面。我国的页岩油储量世界排名在前，想通过开采页岩油改变我国大量进口石油的局面，或许只有尽快使用筛管补热井技术。
有理由认为，本文左图部分描述的、可以称为筛管补热井的套管的筛管段，隔着管壁设置了筛管气隙环，能很好的实现井下防电爆燃的目的。也有理由认为，筛管补热井能增加热量传递量是必然性结果。作为说明例，筛管补热井的筛管外表面，设置的筛管气隙环用小颗粒河流石和沥青材料混合制作，能防止过量气体进入油层，降低油层温度。设置套管气缝隙环，适量气体进入油层是不会遇到阻止的。不阻止适量气体进入油层，就是不阻止来自蓄热炉的对流热，穿过筛管气隙环传递到油层。                                                                                                                                                                       
顾名思义，筛管补热井也是补热放在第一位的页岩油开采机械，以温度低的吉林油田页岩油矿为例，矿层温度低会影响页岩油的流动状态，并且页岩油矿层不仅需要补热增压，还需要注充浸油液。
从采油机理方面讲，就是开采石油，必须使石油流动起来。砂岩油的流动相对容易些，水能驱动，天然气顶能驱动。页岩油的流动就不是那么容易了，水驱不动，气顶也驱不动。补热增压，页岩油的流动也不是那么容易的，采取浸油方法，尽量使页岩油的流动条件改变，事情就会有所改变。
从采油机理方面讲，以尽可能多的实现页岩油出井为目的，烃流出井方向是正向烃流（油气混合物）方向，——不通过筛管补热井补热，烃流的流动性能趋向于变差，出井烃流的数量会减少。
从采油机理方面讲，套管油口外的页岩油层的烃组分是固体。固体的相平衡状态，仅存在少量液烃，气烃如同不存在；但套管油口内的烃组分，理论上不存在任何固态烃，必然是液态烃为主的状态，或者就是液烃和气烃的临界面为主的状态。
套管外的固态烃，得到来自筛管补热井的热量，必然会产生生成固态烃液态烃临界层的趋势，促使液态烃组分通过套管油口向套管中运动……
不存在疑问，3000米的井深，套管油口附近的压力必然与套管的接近井口部分不同，但假设套管中压力为定值，有助于使涉及液态烃和气态烃临界层移动的论述清晰和简化。只要套管中压力为定值，就能结论说，补热能使液态烃和气态烃临界层上移，注二氧化碳会产生相反的结果。
同样的事情，假设套管中压力为定值，温度也为定值，通过注水方法驱液方法采页岩油，套管中烃流水分的增加，代表比重接近甲烷的水蒸气的增加，代表烃流中丁烷和重于丁烷的烃组分的减少。从套管中存在液态烃和气态烃临界层理论的创建点出发，注水采页岩油会使液态烃和气态烃临界层下移，不是好的采油方法。
根据以上论述，欲实现尽可能多的采出页岩油的目的，就是使页岩油随液态烃和气态烃临界层上移到接近井口的套管处。
套管中液态烃和气态烃临界层接近井口，依靠烃流惯性就能使页岩油进入井外的油气集输系统了。
论述至此还有必要指出，筛管补热井机械不是筛管补热井为主要部分，如同本文附图中上图描述的那样，筛管补热井机械的注浸油液部件和注空气部件也不可缺少。结合实际例子论述，就是将筛管补热井机械用于页岩油开采，为什么能尽可能多的采出页岩油，与沥青和柴油混合液作为浸油液，有助于实现套管中的液态烃和气态烃临界层的上移运动有关。
从采油机理方面讲，油井套管外的烃组分主要是固态烃；——固态烃理论上不存在移动条件，但得到来自筛管补热井的少量浸油液之后，固态烃的浸油液接触面，会有一定数量的固态烃溶解进入浸油液，使得部分固态烃相变，由套管油口进入套管中，促使套管中的液态烃和气态烃临界层上移。
另外一方面，由于浸油液中的沥青是重烃，在浸油液参与套管外烃组分重新组合的过程，存在沥青置换套管内外的、液态烃中的戊烷和重于戊烷的烃组分的特殊相平衡变化。诸如此类的特殊相平衡变化，必然有助于套管中的液态烃和气态烃临界面的正向运动。
结论是明确的，采油井套管中液态烃和气态烃临界面的运动，能决定页岩油采出量，能决定采出的页岩油的组分，筛管补热井从理论方面讲，能代表页岩油开采技术的创新。
本文附图中上图部分描述的筛管补热井机械的机械原理结构图上，00标示采油井；01标示筛管补热井；02标示控制浸油液注入数量的电磁或气控阀；03标示进浸油液阀——将浸油液向浸油液罐中添加时开启，停止添加后关闭的进浸油液阀；04标示与中高压气罐气压相等，用途是储存浸油液的浸油液罐；05标示单向阀，用途是阻止注入筛管补热井的气体回流的单向阀；06标示压力连通阀，用途是使中高压气罐和浸油液罐气压相等的气压连通阀；07标示中高压气泵，用途是向中高压气罐中灌注气体的中高压气泵；08标示进气阀，——中高压气泵和中高压气罐之间设置的进气阀；09标示中高压气罐，用途是储存中压气体或高压气体的中高压气罐。
绘制附图右面部分的目的，在于对照油井的固态烃和液态烃以及气态烃分布图，能较深入的理解涉及气态烃和液态烃临界层的有关论述，以及涉及液态烃和固态烃临界层的有关论述。
本文附图右面部分描述的烃组分分布图上，00标示采油树；01标示套管；02标示匿矿层；03标示气态烃；04标示固态烃；05标示油口（套管油口）；06标示液态烃。
本文附图左面部分描述了作为热采油机械的筛管补热井构件的、筛管段套管的机械结构。
本文附图左面部分描述的筛管浸油井机械的机械结构图上，页岩油采集原理结构图上，00标示套管内壁；01标示注气注液管，——表面具有管连通导线（段），贴附固定了贴管导线，并且通过炉管连套与蓄热炉连接在一起的注气管；02标示贴附固定在注气管表面的贴管导线；03标示可以用注气管提升出井的蓄热炉（或电蓄热炉）；04标示炉管连套，——用途是将蓄热炉固定在注气管末端的炉管连套；05标示固定在注气管下端，与注气管电力连通的管连通导线；06标示匿矿层；07标示采油树；08标示用途是为蓄热炉定位的、设置在筛管上的蓄热炉架；09标示页岩油层；10标示传热用的水泥环，——固定在筛管表面的，便于固井水泥浆通过的，用导热材料制作的水泥环；11标示筛管气隙环——用小颗粒河流石与沥青之类材料混合。并用模具压力固定在筛管表面的筛管气隙环；12标示筛管，——外表面模压固定了筛管气隙环的筛管；13标示浸油液。