本發(fā)明涉及油田分層采油技術(shù),特別涉及一種大斜度井智能分層采油管柱及其作業(yè)方法。
背景技術(shù):
目前海上油田生產(chǎn)井分層開發(fā)主要采用鋼絲作業(yè)開關(guān)滑套方式實(shí)現(xiàn),這種方法因鋼絲作業(yè)故要求井斜不大于60°,而井斜大于60°以上生產(chǎn)井為實(shí)現(xiàn)分層采油分層控制,現(xiàn)還未發(fā)現(xiàn)很好措施予以解決,主要以籠統(tǒng)合采方式生產(chǎn)。然而隨著油田開發(fā)的深入,油井綜合含水上升較快,部分層位水突進(jìn)嚴(yán)重,可能迫使油井關(guān)停,這樣一來就直接影響了油田產(chǎn)量,不利于增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。
因此,進(jìn)行大斜度井智能分層采油管柱研究,可以解決大斜度井開發(fā)的分層采油問題,實(shí)現(xiàn)分層控制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供一種可實(shí)現(xiàn)大斜度井的分層段采油控制、分層獨(dú)立酸化的智能分層采油管柱及其作業(yè)方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種大斜度井智能分層采油管柱,包括由外而內(nèi)依次設(shè)置的套管,分層防砂完井管柱和分層生產(chǎn)管柱;所述分層防砂完井管柱包括設(shè)置于套管內(nèi)的頂部封隔器、至少一個(gè)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(gè)所述封隔器之間形成一個(gè)生產(chǎn)層;所述分層生產(chǎn)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(jī)組、泵工況儀、帶孔管和圓堵;所述帶孔管和所述圓堵之間設(shè)置有過電纜定位密封,若干個(gè)分層配產(chǎn)裝置和至少一個(gè)過電纜插入密封;每一個(gè)所述分層配產(chǎn)裝置均通過鋼鎧電纜連接至與上位機(jī)相連的地面控制器;
所述分層配產(chǎn)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(shè)置有用于與所述鋼鎧電纜相連接的電纜接頭;所述外套內(nèi)軸向設(shè)置有中間通道,所述中間通道和所述外套之間形成環(huán)空過流通道;所述橋式通道內(nèi)軸向設(shè)置有下端與下接頭內(nèi)的進(jìn)液口相連通的本層產(chǎn)液過流通道,和位于本層產(chǎn)液過流通道兩側(cè)、上端與環(huán)空過流通道相連通、下端與下接頭內(nèi)的進(jìn)液口相連通的橋式過流通道,所述橋式通道徑向設(shè)置有與本層產(chǎn)液過流通道相連通的產(chǎn)液口;所述中間通道內(nèi)由上至下設(shè)置有相互連接的控制電路板、電機(jī)、聯(lián)軸器和絲杠,所述絲杠的下端連接有下半部位于所述橋式通道內(nèi)的閥芯,所述閥芯包括與所述絲杠相連接的閥桿、和與閥桿相連接、位于所述本層產(chǎn)液過流通道內(nèi)的閥頭。
所述橋式通道的側(cè)壁上設(shè)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/采集模塊,與所述控制/采集模塊相連接的解碼電路、電機(jī)控制器、霍爾位置傳感器、閥下限位置開關(guān)和閥上限位置開關(guān),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(shè)置在所述定位密封本體上端的定位密封壓帽,設(shè)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(shè)置在所述定位密封本體下端的電纜保護(hù)蓋;所述定位密封本體的側(cè)壁上開設(shè)有電纜穿越通道,所述電纜穿越通道的下端部設(shè)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,其最大外徑大于所述密封模塊的最大外徑,其下端設(shè)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(shè)置在所述插入密封本體上端的插入密封壓帽,設(shè)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(shè)置在所述插入密封本體下端的電纜保護(hù)蓋;所述插入密封本體的側(cè)壁上開設(shè)有電纜穿越通道,所述電纜穿越通道的下端部設(shè)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,其最大外徑小于所述密封模塊的最大外徑。
所述分層配產(chǎn)裝置分別對應(yīng)每一生產(chǎn)層,所述電纜定位密封設(shè)置于所述頂部封隔器內(nèi)部,所述過電纜插入密封設(shè)置于所述隔離分隔器內(nèi)部;所述過電纜定位密封、所述分層配產(chǎn)裝置和所述過電纜插入密封之間通過油管相互連接。
本發(fā)明還提供一種基于上述大斜度井智能分層采油管柱的作業(yè)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(jié)束后起出通井管柱;
(2)分層配產(chǎn)裝置聯(lián)調(diào)測試正常,設(shè)置最下端的分層配產(chǎn)裝置產(chǎn)液口全開、其它分層配產(chǎn)裝置產(chǎn)液口全關(guān),下入大斜度井智能分層采油管柱,鋼鎧電纜隨同管柱一同下入;
(3)大斜度井智能分層采油管柱到位后進(jìn)行驗(yàn)封;
(4)驗(yàn)封完畢后,控制各個(gè)生產(chǎn)層對應(yīng)的分層配產(chǎn)裝置產(chǎn)液口全開后,啟泵生產(chǎn);
(5)當(dāng)需要對某一層位進(jìn)行酸化作業(yè)時(shí),控制此層位的分層配產(chǎn)裝置產(chǎn)液口全開、其它的分層配產(chǎn)裝置產(chǎn)液口全關(guān),地面注入酸液即可實(shí)現(xiàn)針對此層位的定點(diǎn)酸化。
步驟(1)中,所述通井工具的外形尺寸與分層配產(chǎn)裝置相同。
步驟(3)中,管柱驗(yàn)封的具體方法為:保持最下端的分層配產(chǎn)裝置產(chǎn)液口全開、其它分層配產(chǎn)裝置產(chǎn)液口全關(guān),從環(huán)空注入清水,觀察所有分層配產(chǎn)裝置的管外壓力變化情況,若最上端分層配產(chǎn)裝置和與最下端分層配產(chǎn)裝置相鄰的分層配產(chǎn)裝置的管外壓力升高、其它分層配產(chǎn)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后重新下入;然后保持中間任一的分層配產(chǎn)裝置產(chǎn)液口全開,其相鄰的兩個(gè)分層配產(chǎn)裝置產(chǎn)液口全關(guān),從環(huán)空注入清水,觀察其相鄰的分層產(chǎn)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,否則起出管柱更換后重新下入。
步驟(4)中,生產(chǎn)過程中,當(dāng)生產(chǎn)一段時(shí)間后井口含水上升時(shí),首先,通過單獨(dú)生產(chǎn)某一層、關(guān)閉其它層的方式判斷高含水層位;找到高含水層位后,上位機(jī)發(fā)出關(guān)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(chǎn)裝置的控制電路板,解碼電路解碼后由電機(jī)控制器控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)閥芯的軸向運(yùn)動(dòng),霍爾傳感器啟動(dòng)檢測閥芯位置,當(dāng)檢測閥芯位置到達(dá)關(guān)閉位置后,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),關(guān)閉該層生產(chǎn)。
本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過采用生產(chǎn)管柱和分層控制管柱的一體化整體工藝,實(shí)現(xiàn)大斜度井分層采油的在線無級調(diào)控,同時(shí)可以根據(jù)生產(chǎn)要求實(shí)施定點(diǎn)酸化,解決了以往大斜度井生產(chǎn)籠統(tǒng)合采和籠統(tǒng)酸化所帶來的諸多問題。
附圖說明
圖1:本發(fā)明斜度井智能分層采油管柱結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2:本發(fā)明過電纜定位密封結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3:本發(fā)明過電纜插入密封結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4:本發(fā)明分層配產(chǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5:本發(fā)明分層配產(chǎn)裝置的橋式通道橫截面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6:本發(fā)明分層配產(chǎn)裝置中的流體流向示意圖;
圖7:本發(fā)明分層配產(chǎn)裝置控制原理示意圖。
附圖標(biāo)注:1、上位機(jī);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(jī)組;7、泵工況儀;8、帶孔管;9、過電纜定位密封;10、分層配產(chǎn)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(hù)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(hù)蓋;28、電纜接頭;29、控制電路板;30、外套;31、電機(jī);32、聯(lián)軸器;33、絲杠;34、閥桿;35、壓力傳感器;36、閥頭;37、進(jìn)液口;38、環(huán)空過流通道;39、橋式通道;40、產(chǎn)液口;41、下接頭;42、橋式過流通道;43、本層產(chǎn)液過流通道。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
如附圖1至圖5所示,一種大斜度井智能分層采油管柱,包括由外而內(nèi)依次設(shè)置的套管,分層防砂完井管柱和分層生產(chǎn)管柱。所述分層防砂完井管柱包括設(shè)置于套管內(nèi)的頂部封隔器14、至少一個(gè)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(gè)所述封隔器之間形成一個(gè)生產(chǎn)層。所述分層生產(chǎn)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(jī)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(shè)置有過電纜定位密封9,若干個(gè)分層配產(chǎn)裝置10和至少一個(gè)過電纜插入密封11,每一個(gè)所述分層配產(chǎn)裝置10均通過鋼鎧電纜13連接至與上位機(jī)1相連的地面控制器2。
所述分層配產(chǎn)裝置10分別對應(yīng)每一生產(chǎn)層,所述電纜定位密封設(shè)置于所述頂部封隔器14內(nèi)部,所述過電纜插入密封11設(shè)置于所述隔離分隔器內(nèi)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(shí)現(xiàn);所述過電纜定位密封9、所述分層配產(chǎn)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(jī)組6與泵工況儀7連接后通過所述油管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(chǎn)管柱與下部的分層控制管柱組成一套整體的分層生產(chǎn)管柱,實(shí)現(xiàn)智能分層采油管柱的整體下入和整體起出,滿足井斜大于60°生產(chǎn)井的應(yīng)用要求。
所述上位機(jī)1通過所述地面控制器2經(jīng)由所述鋼鎧電纜13實(shí)現(xiàn)對井下多個(gè)分層配產(chǎn)裝置10的參數(shù)監(jiān)測和產(chǎn)液口40開度調(diào)控,其中所述地面控制器2用于為井下所述分層配產(chǎn)裝置10供電、數(shù)據(jù)傳輸和上位機(jī)1通信;所述鋼鎧電纜13由內(nèi)至外依次為銅導(dǎo)體、絕緣層、鋼制鎧裝層、11mm×11mm方形護(hù)套層,作為導(dǎo)電和數(shù)據(jù)通信的載體;所述分層配產(chǎn)裝置10對應(yīng)不同層位,產(chǎn)液口40開度變化可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)液量的變化,帶有溫度傳感器和壓力傳感器35,能夠進(jìn)行溫度和管外壓力的監(jiān)測。
本發(fā)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(shè)置在所述定位密封本體16上端的定位密封壓帽17,設(shè)置在所述定位密封本體16外表面上的密封模塊18,和設(shè)置在所述定位密封本體16下端的電纜保護(hù)蓋21。其中,所述密封模塊18與頂部封隔器14的密封筒實(shí)現(xiàn)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,其最大外徑大于所述密封模塊18的最大外徑,其下端設(shè)置有定位臺階,用于與所述頂部封隔器14密封筒上端配合,從而實(shí)現(xiàn)整體管柱的定位;所述定位密封本體16的側(cè)壁上開設(shè)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(shè)置有電纜密封接口20,用于所述鋼鎧電纜13穿越后的密封。
本發(fā)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(shè)置在所述插入密封本體22上端的插入密封壓帽23,設(shè)置在所述插入密封本體22外表面上的密封模塊24,和設(shè)置在所述插入密封本體22下端的電纜保護(hù)蓋27;其中,所述密封模塊24與隔離封隔器15的密封筒實(shí)現(xiàn)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,其最大外徑略小于所述密封模塊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(cè)壁上開設(shè)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(shè)置有電纜密封接口26,用于所述鋼鎧電纜13穿越后的密封。
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(shí)現(xiàn)分層隔離與密封,互不竄層,每一層位設(shè)置一分層配產(chǎn)裝置10,這樣不同層位即可實(shí)現(xiàn)分層獨(dú)立控制。
本發(fā)明中,如圖4和圖5所示,所述分層配產(chǎn)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(shè)置有用于與所述鋼鎧電纜13相連接的電纜接頭28,可實(shí)現(xiàn)鋼鎧電纜13與分層配產(chǎn)裝置10的連接與密封,由此實(shí)現(xiàn)不同分層配產(chǎn)裝置10間與地面控制器2的供電、數(shù)據(jù)傳輸和通信。所述外套30內(nèi)軸向設(shè)置有中間通道,所述中間通道和所述外套30之間形成環(huán)空過流通道38;所述橋式通道39內(nèi)軸向設(shè)置有下端與下接頭41內(nèi)的進(jìn)液口37相連通的本層產(chǎn)液過流通道43,和位于本層產(chǎn)液過流通道43兩側(cè)、上端與環(huán)空過流通道38相連通、下端與下接頭41內(nèi)的進(jìn)液口37相連通的橋式過流通道42;所述橋式通道39徑向設(shè)置有與本層產(chǎn)液過流通道43相連通的產(chǎn)液口40;本發(fā)明分層配產(chǎn)裝置10中的液體流動(dòng)如圖6所示,其中,黑色實(shí)線為本層產(chǎn)液流向,黑色虛線為其它層產(chǎn)液流向,當(dāng)本層產(chǎn)液從本層產(chǎn)液過流通道43流出至下接頭41內(nèi)的進(jìn)液口37后,和其它層產(chǎn)液匯合,通過橋式過流通道42流至環(huán)空過流通道38。所述橋式通道39的側(cè)壁上設(shè)置有與下述控制電路板29相連接的壓力傳感器35,可監(jiān)測分層配產(chǎn)裝置10的當(dāng)前環(huán)境壓力和溫度,還可以用于管柱下入后分層驗(yàn)封,此外當(dāng)某一層高含水關(guān)閉生產(chǎn)后可以進(jìn)行壓力恢復(fù)測試。所述中間通道內(nèi)由上至下設(shè)置有相互連接的控制電路板29、電機(jī)31、聯(lián)軸器32和絲杠33,所述絲杠33的下端連接有下半部位于所述橋式通道39內(nèi)的閥芯,所述閥芯包括與所述絲杠33相連接的閥桿34、和與閥桿34相連接、位于所述本層產(chǎn)液過流通道43內(nèi)的閥頭36,其中,所述控制電路板29包括控制/采集模塊,與所述控制/采集模塊相連接的解碼電路、電機(jī)控制器、霍爾位置傳感器、閥下限位置開關(guān)和閥上限位置開關(guān),以及與解碼電路相連接的溫度傳感器等,用于控制所述電機(jī)31的正、反轉(zhuǎn)以及所述壓力傳感器35和溫度傳感器的壓力溫度信號采集傳輸,所述電機(jī)31的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過聯(lián)軸器32和絲杠33轉(zhuǎn)換為軸向運(yùn)動(dòng);所述閥芯在所述電機(jī)31的帶動(dòng)作用下可在軸向一定范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng),閥芯的位置變化決定了所述產(chǎn)液口40的開度大小,這樣通過控制閥芯的位置狀態(tài)可直接控制對應(yīng)層位的產(chǎn)液量變化;本發(fā)明所述分層配產(chǎn)裝置10的控制原理圖如圖7所示。
本發(fā)明上述大斜度井智能分層采油管柱的作業(yè)方法,包括以下步驟:
步驟一:為了保證分層配產(chǎn)裝置10能夠一次性順利下入預(yù)定位置,判斷井下防砂段的臺階及遇阻點(diǎn)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(chǎn)裝置10相同,確保通井工具多次下入井底位置,通井結(jié)束后起出通井管柱。
步驟二:將分層配產(chǎn)裝置10按照下入層位的不同進(jìn)行編號,地面所有配產(chǎn)裝置聯(lián)調(diào)測試正常,設(shè)置最下端的分層配產(chǎn)裝置10產(chǎn)液口40全開,其它分層配產(chǎn)裝置10產(chǎn)液口40全關(guān),按照圖1所示下入大斜度井智能分層采油管柱,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(jī)1,判斷通信正常與否;若通信正常則繼續(xù)下入管柱,否則停止下入后尋找故障原因和解決措施。
步驟三:大斜度井智能分層采油管柱到位后進(jìn)行驗(yàn)封。管柱驗(yàn)封的具體方法為:保持最下端的分層配產(chǎn)裝置10產(chǎn)液口40全開、其它分層配產(chǎn)裝置10產(chǎn)液口40全關(guān),從環(huán)空注入清水,觀察所有分層配產(chǎn)裝置10的管外壓力變化情況,若最上端分層配產(chǎn)裝置10和與最下端分層配產(chǎn)裝置10相鄰的分層配產(chǎn)裝置10的管外壓力升高、其它分層配產(chǎn)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后重新下入;然后保持中間任一的分層配產(chǎn)裝置10產(chǎn)液口40全開,其相鄰的兩個(gè)分層配產(chǎn)裝置10產(chǎn)液口40全關(guān),從環(huán)空注入清水,觀察其相鄰的分層產(chǎn)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,否則起出管柱更換后重新下入。
步驟四:驗(yàn)封完畢后,控制各個(gè)生產(chǎn)層對應(yīng)的分層配產(chǎn)裝置10產(chǎn)液口40全開后,啟泵生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中,當(dāng)生產(chǎn)一段時(shí)間后井口含水上升時(shí),首先,通過單獨(dú)生產(chǎn)某一層、關(guān)閉其它層的方式判斷高含水層位;找到高含水層位后,上位機(jī)1發(fā)出關(guān)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(chǎn)裝置10的控制電路板29,解碼電路解碼后由電機(jī)31控制器控制電機(jī)31的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)閥芯的軸向運(yùn)動(dòng),霍爾傳感器啟動(dòng)檢測閥芯位置,當(dāng)檢測閥芯位置到達(dá)關(guān)閉位置后,電機(jī)31停止轉(zhuǎn)動(dòng),關(guān)閉該層生產(chǎn)。
步驟五:當(dāng)需要對某一層位進(jìn)行酸化作業(yè)時(shí),控制此層位的分層配產(chǎn)裝置10產(chǎn)液口40全開、其它的分層配產(chǎn)裝置10產(chǎn)液口40全關(guān),地面注入酸液即可實(shí)現(xiàn)針對此層位的定點(diǎn)酸化。