可打撈的熱採井管串及其使用方法與流程
2023-05-18 14:55:31 2
本發明屬於熱採井完井工具，特別涉及一種稠油熱採井的完井管串及其使用方法。
背景技術：
稠油熱採技術是利用蒸汽給儲層增加溫度，以降低稠油的粘度，提高流動性，從而提高開採速度和效率。往地層注熱蒸汽的關鍵難點之一是如何減少熱蒸汽的損失，節約資源，一般情況下，是利用隔熱管和封隔器相配合的方式。注熱蒸汽和稠油開採一般為兩套管串，也就是說，向井內注完熱蒸汽後，需要起出注汽管柱，更換為開採管柱進行油井開採。但目前，注蒸汽管柱也存在封隔器不易打撈、密封不嚴等問題。
現有技術中，一般是採用熱採懸掛器1』+熱力補償器2』+熱敏封隔器3』+篩管4』的管串組合方式，具體請如圖1所示，熱敏封隔器3』安裝在剛出管鞋的裸眼段內，防止蒸汽在非儲層大量漏失，但熱敏封隔器3』的工作溫度在200℃左右，當溫度較低時，密封效果差，影響熱傳遞效率。另外，熱敏封隔器3』可能出現無法解封的問題，影響整個管串的提出。為解決熱敏封隔器3』的密封效果差的問題，現場有時會採用自膨脹封隔器替代熱敏封隔器，密封效果相對更好。但由於是熱採井，井下溫度有時會高達300℃，自膨脹封隔器的耐溫能力和持續密封能力又很難滿足現場要求。另外，使用自膨脹封隔器後，整個管串不能被打撈。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明提出了一種可打撈的熱採井管串及其使用方法，其通過發明一種設有可打撈式裸眼封隔器的管串，配合可打撈式封隔懸掛器，實現一次性下入篩管串並封隔可打撈式裸眼封隔器和可打撈式封隔懸掛器，實現高效注汽的目的。另外，可一次性打撈出下入的整個管串，以滿足修井等作業需要。
為達上述目的，本發明提供一種可打撈的熱採井管串，其包括外部管串和內 部管串，所述的外部管串包括由下向上依次連接的：引鞋、篩管、套管串以及可打撈式封隔懸掛器，所述的套管串上設置有可打撈式裸眼封隔器；其中，所述的可打撈式裸眼封隔器包括：套設於套管外的內套以及在內套的外壁上依次設置的液缸、膠筒以及端環，所述液缸通過坐封剪釘固定於內套上且液缸與內套之間圍有環空，在套管和內套的壁上設有與環空連通的過流孔，所述內套的兩端由可融化擋圈限位。
所述的可打撈的熱採井管串，其中，所述膠筒的中部設有易膨區。
所述的可打撈的熱採井管串，其中，所述的易膨區包括設置於膠筒上的凹槽和/或開口以及凹槽和/或開口的周圍區域。
所述的可打撈的熱採井管串，其中，所述的端環與內套之間設有卡接件，卡接件部分嵌入內套中，在端環的內壁上設有與卡接件相配合的卡接凹槽。
所述的可打撈的熱採井管串，其中，所述卡接件靠近端環的上遊處設有向下遊傾斜的斜面。
所述的可打撈的熱採井管串，其中，在端環下遊的套管外壁上設有解封凹槽，當端環從卡接件脫離時，卡接件在膠筒向下的擠壓作用下能夠陷入解封凹槽內。
所述的可打撈的熱採井管串，其中，在解封凹槽下遊的套管外壁上設有接箍部。
所述的可打撈的熱採井管串，其中，所述環空包括不相連通的上遊環空和下遊環空，所述的過流孔與下遊環空相連通，所述液缸在上遊環空的上端設有防退卡簧。
所述的可打撈的熱採井管串，其中，還包括熱力補償器，其設於所述的套管串上。
本發明還提供一種可打撈的熱採井管串的使用方法，其包括以下步驟：
(1)下入外部管串；
(2)下入內部管串：內部管串包括由下向上依次連接的：與套管串密封的接球座、油管、轉換接頭、可打撈式封隔懸掛器的送入工具、上部的送入鑽具，所述的接球座與可打撈式裸眼封隔器形成密封；
(3)漲封所述的可打撈式裸眼封隔器和可打撈式封隔懸掛器：
投球後，接球座的循環孔被堵塞，繼續憋壓坐封可打撈式裸眼封隔器和上方的可打撈式封隔懸掛器，在可打撈式裸眼封隔器和可打撈式封隔懸掛器坐封后， 完成丟手，起出接球座，整個管串實現通徑；
(4)打撈管串：用送入鑽具帶打撈工具下入到可打撈封隔懸掛器的位置，下壓一預定載荷，然後上提，解封可打撈式封隔懸掛器，繼續上提，可打撈式裸眼封隔器的膠筒沿套管向下運動，運動到末端時，膠筒失去束縛解封，不再和井壁接觸，整個管串能夠從井內取出。
本發明的有益效果是：該管串的創新點是採用了可回收的可打撈式裸眼封隔器，並提供了具體的使用方法，能夠一次投球便可漲封可打撈式裸眼封隔器和可打撈式封隔懸掛器。本發明的可打撈式裸眼封隔器用於封非儲層，在熱採井注汽時提高熱效率，相對熱敏封隔器的密封效果更好，更適應裸眼段的密封。
附圖說明
在下文中將基於實施例並參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中：
圖1為現有的熱採井管串的結構示意圖；
圖2為根據本發明的外部管串的結構示意圖；
圖3為根據本發明的可打撈式裸眼封隔器的初始狀態示意圖；
圖4為根據本發明的可打撈式裸眼封隔器的工作狀態示意圖；
圖5為根據本發明的下入管串的示意圖；
圖6為根據本發明的打撈管串的示意圖。
附圖標記說明：100-可打撈式裸眼封隔器；1-可融化擋圈；2-固定環；3-內套；3』-上遊環空；3」-下遊環空；4-坐封剪釘；5-密封圈；6-防退卡簧；7-液缸；7』-過流孔；8-密封圈；9-彈簧；10-膠筒；11-第一密封圈；12-端環；13-卡塊；14-第二密封圈；15-套管；16-易膨區；17-解封凹槽；18-接箍部；200-可打撈式封隔懸掛器；300-熱力補充器；400-套管串；500-篩管；600-引鞋；700-接球座；800-打撈工具；900-油管；1』-熱採懸掛器；2』-熱力補償器；3』-熱敏封隔器；4』-篩管。
在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖並未按照實際的比例。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
本發明針對的是利用水平井技術開採稠油，注汽和開採在一個井眼內完成。首先，本發明提供一種可打撈的熱採井管串，所述管串不僅能夠滿足熱採注汽需 要，並能夠實現一次性打撈。
具體如圖2所示，其為熱採井管串的外部管串的結構示意圖。所述的外部管串包括由下向上依次連接的：引鞋600、篩管500、套管串400、熱力補償器300以及可打撈式封隔懸掛器200，所述的套管串400上設置有可打撈式裸眼封隔器100。所述的可打撈式封隔懸掛器200用來懸掛整個管串，並可封隔環空。所述的可打撈式裸眼封隔器100用於封隔非儲層裸眼段，減少熱損失。所述的熱力補償器300用於調節注熱蒸汽時管串伸長的長度。需要說明的是，所述熱力補償器300的位置並不僅局限於可打撈式裸眼封隔器100和可打撈式封隔懸掛器200之間，外部管串中任一位置都可根據需求安裝熱力補償器300，或者不安裝熱力補償器300。
再請如圖3所示，可打撈式裸眼封隔器100設置於套管15的外壁上，其包括套設於套管15外的內套3以及在內套3的外壁上依次設置的液缸7、膠筒10以及端環12。在液缸7與內套3之間圍有不相連通的上遊環空3』和下遊環空3」。在套管15和內套3的壁上設有能與下遊環空連通的過流孔7』，在過流孔7』的上遊及下遊兩端設有密封圈8。所述液缸7在上遊環空3』的上端設有防退卡簧6。所述液缸7通過位於其上遊的坐封剪釘4固定於內套3上，在坐封剪釘4的上、下遊兩端設有密封圈5。
為了避免在井下高溫環境中，封隔器坐封后，套管15在熱脹冷縮原理下產生軸向移動而破壞膠筒10的封隔作用。在本發明的一個具體實施例中，將內套3的兩端設有與套管15相配合的固定環2，在固定環2與套管15之間設有可融化擋圈1。在這種情況下，當封隔器進入深井作業時，井下高溫使位於封隔器兩側的可融化擋圈1融化，套管15與內套3之間的軸向約束消失，使得兩者可以發生相對運動。套管15在井下高溫影響下會發生熱膨脹現象而產生軸向位移，由於套管15與內套3之間可進行相對運動，因此，可以保證封隔器與裸眼井壁之間相對靜止，進而保證封隔效果。
在本發明的一個具體實施例中，在膠筒10的內壁的中部構造有易膨區16。優選地，易膨區16包括設置於膠筒10上的凹槽和/或開口以及凹槽和/或開口的周圍區域。優選地，可以在膠筒10內徑中心部環剝去一個V型槽，形成一定的薄弱環節。在這種情況下，由於在膠筒10的中部形成了一定的薄弱環節，封隔器在井下坐封時，受到井下高溫環境的影響以及坐封載荷的作用能夠保證膠筒10 在中心處的易膨區16附近膨脹，使膠筒10的中心處與井壁緊密接觸，進而使膠筒10與井壁之間的密封封隔效果理想。
在本發明的一個具體實施例中，如圖1所示，膠筒10兩側設有彈簧9，省去了膠筒10外殼的防突結構，使封隔器外表面等徑。由此，可以避免封隔器回收作業時與裸眼井壁之間的磕碰，影響套管15的上提。其中，彈簧9可通過硫化方式固定於膠筒10的兩側內部，但不以此為限。
在本發明的一個具體實施例中，端環12與內套3之間設有卡接件。優選地，卡接件部分嵌入內套3中的卡塊13，在端環12的內壁上設有與卡塊13相配合的卡接凹槽(圖中未標示)。在卡塊13的上、下遊兩端分別設有第一密封圈11和第二密封圈14。在卡塊13靠近端環12的上遊處構造有向下遊傾斜的斜面，以利於封隔器解封過程中卡塊13沿斜面滑動脫出卡接凹槽。
在本發明的一個具體實施例中，在端環12下遊的套管15外壁上設有解封凹槽17。在套管15與封隔器內套3之間的軸向約束消失並上提套管15時，卡塊13隨之上行一段距離，卡塊13與端環12之間的軸向約束消失，端環12沿斜面從卡塊13中脫離出，並在膠筒10的擠壓作用下向下運動，膠筒10解封。然後卡塊13在膠筒10向下的擠壓作用下陷入解封凹槽17內。進一步地，在端環12的下遊的套管15的外壁上設有接箍部16。由此，當膠筒10與裸眼井壁之間的擠壓力消失，封隔器單元整體滑落至接箍部16，在上提套管15的過程中封隔器隨之一起到達井口，實現打撈回收作業。
下面對本發明的可打撈式裸眼封隔器的具體使用過程進行說明。
當封隔器與套管15到達預定位置後，向套管15內下入球座與憋壓球，然後再向套管15內注入高壓液體，開始坐封。高壓液體經過過流孔7』進入液缸7與內套3之間的下遊環空3」。當套管15內的高壓液體的壓力增大到一定程度後會剪斷位於液缸7的上端的坐封剪釘4。液缸7在高壓液體作用下沿套管15向下運動，擠壓膠筒10使其收縮，膠筒10藉助於其中部的易膨區16更容易沿套管15徑向膨脹，封堵井壁環空的效果更佳。持續憋壓一段時間後放壓，膠筒10在防退卡簧6的作用下，保持封隔狀態，完成坐封。
當坐封結束後，在井下高溫環境中經過一段時間後可融化擋圈1被融化，這時套管15與封隔器內套3之間的軸向約束消失，套管15相對於封隔器可以進行軸向自由運動。在深井或超深井中，由於下入的套管15較長，在井下高溫影響 下套管15會產生很大的軸向變形。由於套管15和封隔器之間可以實現自由軸向運動，這樣就避免了因為套管15變形量過大而破壞封隔器的封隔作用，可以實現套管15長度的自補償。
當遇到修井或洗井等井下操作時，需要將封隔器解封並連同套管15一起提出井口。本發明的方案可以實現封隔器的打撈回收作業。具體過程為：首先，解除套管15與封隔器內套3之間的軸向約束並上提套管15，卡塊13隨之上行一段距離，卡塊13與端環12之間的軸向約束消失，端環12沿斜面從卡塊13中脫離出，並在膠筒10的擠壓作用下向下運動，膠筒10解封。然後卡塊13在膠筒10向下的擠壓作用下陷入解封凹槽17內。進一步地，在端環12的下遊的套管15的外壁上設有接箍部16。由此，當膠筒10與裸眼井壁之間的擠壓力消失，封隔器單元整體滑落至接箍部16，在上提套管15的過程中封隔器隨之一起到達井口，實現打撈回收作業。
其次，本發明還提供一種可打撈的熱採井管串的使用方法，所述的使用方法具體包括以下步驟：
(1)下入外部管串(請見圖2)：
所述的外部管串包括由下向上依次連接的：引鞋600、篩管500與套管串400以及可打撈式封隔懸掛器200，在所述的套管串400上安裝至少一個可打撈式裸眼封隔器100。此外，還可根據需要下入熱力補償器300，熱力補償器300的位置可設於可打撈式裸眼封隔器100和可打撈式封隔懸掛器200之間，當然，外部管串中任一位置都可根據需求安裝熱力補償器300。以上為外部管串。
(2)下入內部管串(請見圖5)：
下完外部管串後坐吊卡，開始下入內部管串。內部管串包括由下向上依次連接的：可以與套管串400密封的接球座700、油管900或小尺寸鑽具、轉換接頭(圖中未詳示)、可打撈式封隔懸掛器的送入工具(圖中未詳示)、上部的送入鑽具(圖中未詳示)。所述的接球座700與可打撈式裸眼封隔器100形成密封。
其中，接球座700外部為密封膠碗，內部有可剪切的接球座。
(3)漲封所述的可打撈式裸眼封隔器100和可打撈式封隔懸掛器200：
所述的可打撈裸眼封隔器100和可打撈式封隔懸掛器200均為液壓漲封。
投球後，接球座700的循環孔被堵塞，繼續憋壓坐封可打撈式裸眼封隔器100和上方的可打撈式封隔懸掛器200。密封球座5利用鑽杆或者油管900連接在可 打撈式封隔懸掛器200的送入工具下方，送入工具與鑽杆(或油管)、接球座700之間的連接螺紋均是密封連接。可打撈式封隔懸掛器200與專用的送入工具連接，送入整個下部管串到設計位置，在可打撈式裸眼封隔器100和可打撈式封隔懸掛器200坐封后，完成丟手，起出接球座700，整個下部管串實現通徑。
本發明所提供的可打撈的熱採井管串可同時適應常溫開採和注熱蒸汽開採兩種情況。注熱蒸汽開採時，由於高溫使管串軸向伸長，一般的裸眼封隔器的位置可能發生滑動，影響與裸眼的密封效果，因此在本發明的可打撈式裸眼封隔器100上設計了可融化擋圈1，管串伸長時，只有管串的套管15運動，膠筒10不動，膠筒10與套管15之間為滑動密封。
(4)打撈管串(請見圖6)：
用送入鑽具帶打撈工具800下入到可打撈封隔懸掛器200的位置，下壓一定載荷(一般為50kN左右)，然後上提，解封可打撈式封隔懸掛器200，繼續上提，可打撈式裸眼封隔器100的膠筒10沿套管15向下運動，運動到末端時，膠筒10失去束縛解封，不再和井壁接觸。整個管串可從井內取出。
綜上所述，本發明的有益效果是：該管串的創新點是採用了可回收的可打撈式裸眼封隔器100，並提供了具體的使用方法，能夠一次投球便可漲封可打撈式裸眼封隔器100和可打撈式封隔懸掛器200。本發明的可打撈式裸眼封隔器100用於封非儲層，在熱採井注汽時提高熱效率，相對熱敏封隔器的密封效果更好，更適應裸眼段的密封。本發明的可打撈式裸眼封隔器100已經通過地面和現場試驗，整個管串的功能能夠到達設計要求。
雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構衝突，各個實施例中所提到的各項技術特徵均可以任意方式組合起來。本發明並不局限於文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的範圍內的所有技術方案。