一種大斜度井智能分層採油管柱及其作業方法與流程
2023-10-05 15:51:59
本發明涉及油田分層採油技術，特別涉及一種大斜度井智能分層採油管柱及其作業方法。
背景技術：
目前海上油田生產井分層開發主要採用鋼絲作業開關滑套方式實現，這種方法因鋼絲作業故要求井斜不大於60°，而井斜大於60°以上生產井為實現分層採油分層控制，現還未發現很好措施予以解決，主要以籠統合採方式生產。然而隨著油田開發的深入，油井綜合含水上升較快，部分層位水突進嚴重，可能迫使油井關停，這樣一來就直接影響了油田產量，不利於增產穩產。
因此，進行大斜度井智能分層採油管柱研究，可以解決大斜度井開發的分層採油問題，實現分層控制。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種可實現大斜度井的分層段採油控制、分層獨立酸化的智能分層採油管柱及其作業方法。
本發明所採用的技術方案是：一種大斜度井智能分層採油管柱，包括由外而內依次設置的套管，分層防砂完井管柱和分層生產管柱；所述分層防砂完井管柱包括設置於套管內的頂部封隔器、至少一個隔離封隔器和沉砂封隔器，所述封隔器之間通過篩管相連接，相鄰兩個所述封隔器之間形成一個生產層；所述分層生產管柱包括由上至下通過油管依次連接的井下安全閥、過電纜封隔器、潛油電泵機組、泵工況儀、帶孔管和圓堵；所述帶孔管和所述圓堵之間設置有過電纜定位密封，若干個分層配產裝置和至少一個過電纜插入密封；每一個所述分層配產裝置均通過鋼鎧電纜連接至與上位機相連的地面控制器；
所述分層配產裝置包括由上至下依次連接的上接頭、外套、橋式通道和下接頭；所述上接頭和所述下接頭上分別設置有用於與所述鋼鎧電纜相連接的電纜接頭；所述外套內軸向設置有中間通道，所述中間通道和所述外套之間形成環空過流通道；所述橋式通道內軸向設置有下端與下接頭內的進液口相連通的本層產液過流通道，和位於本層產液過流通道兩側、上端與環空過流通道相連通、下端與下接頭內的進液口相連通的橋式過流通道，所述橋式通道徑向設置有與本層產液過流通道相連通的產液口；所述中間通道內由上至下設置有相互連接的控制電路板、電機、聯軸器和絲槓，所述絲槓的下端連接有下半部位於所述橋式通道內的閥芯，所述閥芯包括與所述絲槓相連接的閥杆、和與閥杆相連接、位於所述本層產液過流通道內的閥頭。
所述橋式通道的側壁上設置有與所述控制電路板相連接的壓力傳感器。
所述控制電路板包括控制/採集模塊，與所述控制/採集模塊相連接的解碼電路、電機控制器、霍爾位置傳感器、閥下限位置開關和閥上限位置開關，以及與解碼電路相連接的溫度傳感器。
所述電纜定位密封包括定位密封本體，設置在所述定位密封本體上端的定位密封壓帽，設置在所述定位密封本體外表面上、與所述頂部封隔器密封連接的密封模塊，和設置在所述定位密封本體下端的電纜保護蓋；所述定位密封本體的側壁上開設有電纜穿越通道，所述電纜穿越通道的下端部設置有電纜密封接口；所述定位密封壓帽通過螺紋與所述定位密封本體相連接，其最大外徑大於所述密封模塊的最大外徑，其下端設置有與所述頂部封隔器相配合的定位臺階。
所述過電纜插入密封包括插入密封本體，設置在所述插入密封本體上端的插入密封壓帽，設置在所述插入密封本體外表面上、與所述隔離封隔器密封連接的密封模塊，和設置在所述插入密封本體下端的電纜保護蓋；所述插入密封本體的側壁上開設有電纜穿越通道，所述電纜穿越通道的下端部設置有電纜密封接口；所述插入密封壓帽通過螺紋與所述插入密封本體相連接，其最大外徑小於所述密封模塊的最大外徑。
所述分層配產裝置分別對應每一生產層，所述電纜定位密封設置於所述頂部封隔器內部，所述過電纜插入密封設置於所述隔離分隔器內部；所述過電纜定位密封、所述分層配產裝置和所述過電纜插入密封之間通過油管相互連接。
本發明還提供一種基於上述大斜度井智能分層採油管柱的作業方法，包括以下步驟：
(1)下入通井管柱，確保通井工具多次下入井底位置，通井結束後起出通井管柱；
(2)分層配產裝置聯調測試正常，設置最下端的分層配產裝置產液口全開、其它分層配產裝置產液口全關，下入大斜度井智能分層採油管柱，鋼鎧電纜隨同管柱一同下入；
(3)大斜度井智能分層採油管柱到位後進行驗封；
(4)驗封完畢後，控制各個生產層對應的分層配產裝置產液口全開後，啟泵生產；
(5)當需要對某一層位進行酸化作業時，控制此層位的分層配產裝置產液口全開、其它的分層配產裝置產液口全關，地面注入酸液即可實現針對此層位的定點酸化。
步驟(1)中，所述通井工具的外形尺寸與分層配產裝置相同。
步驟(3)中，管柱驗封的具體方法為：保持最下端的分層配產裝置產液口全開、其它分層配產裝置產液口全關，從環空注入清水，觀察所有分層配產裝置的管外壓力變化情況，若最上端分層配產裝置和與最下端分層配產裝置相鄰的分層配產裝置的管外壓力升高、其它分層配產裝置管外壓力無變化，則說明過電纜定位密封和最下端過電纜插入密封密封良好，否則需起出管柱更換新工具後重新下入；然後保持中間任一的分層配產裝置產液口全開，其相鄰的兩個分層配產裝置產液口全關，從環空注入清水，觀察其相鄰的分層產液裝置的管外壓力變化，若兩者壓力都無變化，則說明相鄰的過電纜插入密封密封良好，否則起出管柱更換後重新下入。
步驟(4)中，生產過程中，當生產一段時間後井口含水上升時，首先，通過單獨生產某一層、關閉其它層的方式判斷高含水層位；找到高含水層位後，上位機發出關閉指令，通過地面控制器及鋼鎧電纜傳送至該層的分層配產裝置的控制電路板，解碼電路解碼後由電機控制器控制電機的正轉或反轉，從而帶動閥芯的軸向運動，霍爾傳感器啟動檢測閥芯位置，當檢測閥芯位置到達關閉位置後，電機停止轉動，關閉該層生產。
本發明的有益效果是：本發明通過採用生產管柱和分層控制管柱的一體化整體工藝，實現大斜度井分層採油的在線無級調控，同時可以根據生產要求實施定點酸化，解決了以往大斜度井生產籠統合採和籠統酸化所帶來的諸多問題。
附圖說明
圖1：本發明斜度井智能分層採油管柱結構示意圖；
圖2：本發明過電纜定位密封結構示意圖；
圖3：本發明過電纜插入密封結構示意圖；
圖4：本發明分層配產裝置結構示意圖；
圖5：本發明分層配產裝置的橋式通道橫截面結構示意圖；
圖6：本發明分層配產裝置中的流體流向示意圖；
圖7：本發明分層配產裝置控制原理示意圖。
附圖標註：1、上位機；2、地面控制器；3、油管；4、井下安全閥；5、過電纜封隔器；6、潛油電泵機組；7、泵工況儀；8、帶孔管；9、過電纜定位密封；10、分層配產裝置；11、過電纜插入密封；12、圓堵；13、鋼鎧電纜；14、頂部封隔器；15、隔離封隔器；16、定位密封本體；17、定位密封壓帽；18、密封模塊；19、電纜穿越通道；20、電纜密封接口；21、電纜保護蓋；22、插入密封本體；23、插入密封壓帽；24、密封模塊；25、電纜穿越通道；26、電纜密封接口；27、電纜保護蓋；28、電纜接頭；29、控制電路板；30、外套；31、電機；32、聯軸器；33、絲槓；34、閥杆；35、壓力傳感器；36、閥頭；37、進液口；38、環空過流通道；39、橋式通道；40、產液口；41、下接頭；42、橋式過流通道；43、本層產液過流通道。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步的描述。
如附圖1至圖5所示，一種大斜度井智能分層採油管柱，包括由外而內依次設置的套管，分層防砂完井管柱和分層生產管柱。所述分層防砂完井管柱包括設置於套管內的頂部封隔器14、至少一個隔離封隔器15和沉砂封隔器，所述封隔器之間通過篩管相連接，相鄰兩個所述封隔器之間形成一個生產層。所述分層生產管柱包括由上至下通過油管3依次連接的井下安全閥4、過電纜封隔器5、潛油電泵機組6、泵工況儀7、帶孔管8和圓堵12；所述帶孔管8和所述圓堵12之間設置有過電纜定位密封9，若干個分層配產裝置10和至少一個過電纜插入密封11，每一個所述分層配產裝置10均通過鋼鎧電纜13連接至與上位機1相連的地面控制器2。
所述分層配產裝置10分別對應每一生產層，所述電纜定位密封設置於所述頂部封隔器14內部，所述過電纜插入密封11設置於所述隔離分隔器內部，不同層位間的密封通過所述過電纜定位密封9與過電纜插入密封11實現；所述過電纜定位密封9、所述分層配產裝置10和所述過電纜插入密封11之間通過油管3相互連接。所述潛油電泵機組6與泵工況儀7連接後通過所述油管3和所述帶孔管8與所述過電纜定位密封9連接，這樣一來上部的生產管柱與下部的分層控制管柱組成一套整體的分層生產管柱，實現智能分層採油管柱的整體下入和整體起出，滿足井斜大於60°生產井的應用要求。
所述上位機1通過所述地面控制器2經由所述鋼鎧電纜13實現對井下多個分層配產裝置10的參數監測和產液口40開度調控，其中所述地面控制器2用於為井下所述分層配產裝置10供電、數據傳輸和上位機1通信；所述鋼鎧電纜13由內至外依次為銅導體、絕緣層、鋼製鎧裝層、11mm×11mm方形護套層，作為導電和數據通信的載體；所述分層配產裝置10對應不同層位，產液口40開度變化可實現產液量的變化，帶有溫度傳感器和壓力傳感器35，能夠進行溫度和管外壓力的監測。
本發明中，如圖2所示，所述電纜定位密封包括定位密封本體16，設置在所述定位密封本體16上端的定位密封壓帽17，設置在所述定位密封本體16外表面上的密封模塊18，和設置在所述定位密封本體16下端的電纜保護蓋21。其中，所述密封模塊18與頂部封隔器14的密封筒實現密封；所述定位密封壓帽17通過螺紋與所述定位密封本體16相連接，起到對密封模塊18軸向壓緊作用，其最大外徑大於所述密封模塊18的最大外徑，其下端設置有定位臺階，用於與所述頂部封隔器14密封筒上端配合，從而實現整體管柱的定位；所述定位密封本體16的側壁上開設有電纜穿越通道19，為所述鋼鎧電纜13提供穿越通道，所述電纜穿越通道19的下端部設置有電纜密封接口20，用於所述鋼鎧電纜13穿越後的密封。
本發明中，如圖3所示，所述過電纜插入密封11包括插入密封本體22，設置在所述插入密封本體22上端的插入密封壓帽23，設置在所述插入密封本體22外表面上的密封模塊24，和設置在所述插入密封本體22下端的電纜保護蓋27；其中，所述密封模塊24與隔離封隔器15的密封筒實現密封；所述插入密封壓帽23通過螺紋與所述插入密封本體22相連接，其最大外徑略小於所述密封模塊24的最大外徑，其下端無定位臺階，可整體穿過頂部封隔器14和隔離封隔器15；所述插入密封本體22的側壁上開設有電纜穿越通道25，為所述鋼鎧電纜13提供穿越通道，所述電纜穿越通道25的下端部設置有電纜密封接口26，用於所述鋼鎧電纜13穿越後的密封。
通過過電纜定位密封9與頂部封隔器14的配合密封以及過電纜插入密封11與隔離封隔器15的配合密封，不同層位間實現分層隔離與密封，互不竄層，每一層位設置一分層配產裝置10，這樣不同層位即可實現分層獨立控制。
本發明中，如圖4和圖5所示，所述分層配產裝置10包括由上至下依次連接的上接頭、外套30、橋式通道39和下接頭41。所述上接頭和所述下接頭41上分別設置有用於與所述鋼鎧電纜13相連接的電纜接頭28，可實現鋼鎧電纜13與分層配產裝置10的連接與密封，由此實現不同分層配產裝置10間與地面控制器2的供電、數據傳輸和通信。所述外套30內軸向設置有中間通道，所述中間通道和所述外套30之間形成環空過流通道38；所述橋式通道39內軸向設置有下端與下接頭41內的進液口37相連通的本層產液過流通道43，和位於本層產液過流通道43兩側、上端與環空過流通道38相連通、下端與下接頭41內的進液口37相連通的橋式過流通道42；所述橋式通道39徑向設置有與本層產液過流通道43相連通的產液口40；本發明分層配產裝置10中的液體流動如圖6所示，其中，黑色實線為本層產液流向，黑色虛線為其它層產液流向，當本層產液從本層產液過流通道43流出至下接頭41內的進液口37後，和其它層產液匯合，通過橋式過流通道42流至環空過流通道38。所述橋式通道39的側壁上設置有與下述控制電路板29相連接的壓力傳感器35，可監測分層配產裝置10的當前環境壓力和溫度，還可以用於管柱下入後分層驗封，此外當某一層高含水關閉生產後可以進行壓力恢復測試。所述中間通道內由上至下設置有相互連接的控制電路板29、電機31、聯軸器32和絲槓33，所述絲槓33的下端連接有下半部位於所述橋式通道39內的閥芯，所述閥芯包括與所述絲槓33相連接的閥杆34、和與閥杆34相連接、位於所述本層產液過流通道43內的閥頭36，其中，所述控制電路板29包括控制/採集模塊，與所述控制/採集模塊相連接的解碼電路、電機控制器、霍爾位置傳感器、閥下限位置開關和閥上限位置開關，以及與解碼電路相連接的溫度傳感器等，用於控制所述電機31的正、反轉以及所述壓力傳感器35和溫度傳感器的壓力溫度信號採集傳輸，所述電機31的旋轉運動經過聯軸器32和絲槓33轉換為軸向運動；所述閥芯在所述電機31的帶動作用下可在軸向一定範圍內往復運動，閥芯的位置變化決定了所述產液口40的開度大小，這樣通過控制閥芯的位置狀態可直接控制對應層位的產液量變化；本發明所述分層配產裝置10的控制原理圖如圖7所示。
本發明上述大斜度井智能分層採油管柱的作業方法，包括以下步驟：
步驟一：為了保證分層配產裝置10能夠一次性順利下入預定位置，判斷井下防砂段的臺階及遇阻點的影響大小，首先下入通井管柱，通井工具外形尺寸與分層配產裝置10相同，確保通井工具多次下入井底位置，通井結束後起出通井管柱。
步驟二：將分層配產裝置10按照下入層位的不同進行編號，地面所有配產裝置聯調測試正常，設置最下端的分層配產裝置10產液口40全開，其它分層配產裝置10產液口40全關，按照圖1所示下入大斜度井智能分層採油管柱，鋼鎧電纜13隨同管柱一同下入；下入過程中，管柱每下入200米，鋼鎧電纜13連接地面控制器2和上位機1，判斷通信正常與否；若通信正常則繼續下入管柱，否則停止下入後尋找故障原因和解決措施。
步驟三：大斜度井智能分層採油管柱到位後進行驗封。管柱驗封的具體方法為：保持最下端的分層配產裝置10產液口40全開、其它分層配產裝置10產液口40全關，從環空注入清水，觀察所有分層配產裝置10的管外壓力變化情況，若最上端分層配產裝置10和與最下端分層配產裝置10相鄰的分層配產裝置10的管外壓力升高、其它分層配產裝置10管外壓力無變化，則說明過電纜定位密封9和最下端過電纜插入密封11密封良好，否則需起出管柱更換新工具後重新下入；然後保持中間任一的分層配產裝置10產液口40全開，其相鄰的兩個分層配產裝置10產液口40全關，從環空注入清水，觀察其相鄰的分層產液裝置的管外壓力變化，若兩者壓力都無變化，則說明相鄰的過電纜插入密封11密封良好，否則起出管柱更換後重新下入。
步驟四：驗封完畢後，控制各個生產層對應的分層配產裝置10產液口40全開後，啟泵生產。生產過程中，當生產一段時間後井口含水上升時，首先，通過單獨生產某一層、關閉其它層的方式判斷高含水層位；找到高含水層位後，上位機1發出關閉指令，通過地面控制器2及鋼鎧電纜13傳送至該層的分層配產裝置10的控制電路板29，解碼電路解碼後由電機31控制器控制電機31的正轉或反轉，從而帶動閥芯的軸向運動，霍爾傳感器啟動檢測閥芯位置，當檢測閥芯位置到達關閉位置後，電機31停止轉動，關閉該層生產。
步驟五：當需要對某一層位進行酸化作業時，控制此層位的分層配產裝置10產液口40全開、其它的分層配產裝置10產液口40全關，地面注入酸液即可實現針對此層位的定點酸化。