CN102926722B - 一种分层采油系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分层采油系统，包括油管和串接在油管上的智能开关器，智能开关器包括采油管道，采油管道上具有进油孔、主通道及过液通道，主通道及过液通道均沿上下方向延伸，过液通道的下端具有用于与主通道内腔连通的出油口，进油孔位于出油口上方，控制进油孔与过液通道通断的开关为封堵开关，控制主通道及过液通道通断的开关为单向阀。地层液体从上往下的顶推开封堵阀芯后直接进入主通道中，当封堵开关隔断过液通道时，过液通道中存留的地层液体的杂质会沉积在封堵阀芯上，在封堵开关动作使得进油孔与过液通道导通时，进入过液通道中的地层液体会将杂质从封堵阀芯上冲入主通道中，避免积存的杂质堵塞智能开关器而影响智能开关器的正常工作。

Description

一种分层采油系统

技术领域

本发明属于油田开采技术领域，具体涉及一种分层采油系统。

背景技术

油田进入高含水开发后期，层间矛盾日益突出，由于层间干扰，高压层产液量大，同时抑制低压层产液能力、造成油井采收率低；同时大量的地层水被无效采出，后续处理、回注成本高。如何找出并封堵高含水层，开采低含水层，降低采油成本；同时实现高压层与低压层交替开采，提高油井纵向上总的动用程度，是油田开发后期面临的一项技术难题。

在公开号为CN101250987A的中国发明专利申请公布说明书中公开了一种油井智能分层测试与开采的方法，该方法中采用了一种分层采油系统，该分层采油系统由油管和串接在油管上的多个用于在采油时与中间油层对应布置的智能开关器组成，分层采油系统通过向智能开关器输入不同的压力信号进而实现对中间油层和采油通道的通断控制，进而采油时通过控制智能开关器的开启和关闭实现对该油层的开采，通过控制不同智能开关器的开启和关闭而实现油田的分层开采。此处的智能开关器实现中间油层和上、下层的通断，该智能开关器为一工具短节，上下与油管连接，本体与其上设置有层位采油通道、上下层位串通采油通道的桥通体螺纹联接，在桥通体上设有用于连通层位采油通道和上下层位串接采油通道的过渡管道，过渡管道的上部开设连通过渡管道内腔和上下层为串接采油通道的泄流孔、其下部开设有连通过渡管道内腔的导流孔，在过渡管道中从上至下顺序安装电池、传感器、微处理器、驱动机构、连杆、封堵开关、密封圈、单向阀及微型压力测试仪，所述导流孔位于单向阀和微型压力测试仪之间，所述封堵开关在驱动机构及连杆的控制下实现对泄流孔的通断控制。桥通体上设有层位采油通道及上下层位串通通道，内部还设计有单向阀，液体经过单向阀与泄流孔吸入油管内，可保证地面打压时液体不会进入油层，不会对油层造成伤害。连杆分别与封堵开关和驱动机构连接，由驱动机构带动连杆运动来打开和关闭封堵开关。使用时，通过地面发送压力信号的遥控指令而灵活实现井下智能开关器的开关动作，完成对层位的打开和关闭，从而完成分层找水、堵水及生产、测试过程。

但上述智能开关器在使用时，通过层位采油通道进入过渡管道的杂质容易在过渡管道的底部沉积，沉积较为严重时会堵塞导流孔，从而影响智能开关器的正常使用，并且这种杂质沉积还不容易清理，清理时需要起出采油管柱，额外增加了安全风险及安装成本，使上述智能开关器的现场应用受到限制。另外，具有过渡管道的桥通体位于开关器的中央，这样无法满足向开关器管柱内下入仪器或工具的工艺要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分层采油系统，以解决现有技术中采油时油中的杂质容易在其智能开关器中沉积堵塞而影响智能开关器正常使用的技术问题。

为实现上述目的，本发明所提供的分层采油系统采用如下技术方案：一种分层采油系统，包括油管和串接在油管上的至少两个用于在采油时与中间油层对应布置的井下智能开关器，该井下智能开关器包括沿上下方向延伸的采油管道，采油管道上具有用于连通中间油层的进油孔，采油管道中具有用于连通油管的主通道及用于连通进油孔和主通道的过液通道，采油管道中设有用于分别控制主通道与过液通道通断及进油孔与过液通道通断的两个开关，所述的主通道及过液通道均沿上下方向延伸，过液通道的下端具有用于与主通道内腔连通的出油口，所述进油孔位于出油口上方，所述控制进油孔与过液通道通断的开关为封堵开关，该封堵开关包括电机，电机通过传动机构传动连接有往复滑动密封装配在过液通道中的用于封堵或打开所述进油孔的封堵杆，所述控制主通道及过液通道通断的开关为单向阀，该单向阀包括位于所述出油口下方的用于顶压封堵出油口的封堵阀芯和驱动封堵阀芯复位以封堵出油口的复位弹簧。

所述的采油管道包括沿上下方向延伸的管道本体和螺纹连接在管道本体上下两端的上、下接头，在管道本体和所述上、下接头的过渡连接处均设有密封圈，所述过液通道设在管道本体中，在管道本体中于过液通道一侧设有沿上下方向延伸的两端开口的中心通道，该中心通道与上、下接头组成所述的主通道。

所述的单向阀还包括螺纹联接在所述中心通道下端开口处的复位弹簧座，该复位弹簧座包括螺纹联接在中心通道上的管接头和一体固连在管接头上的支撑平台，所述复位弹簧的下端坐在所述支撑平台上；所述封堵阀芯为阀球，过液通道的底端开口处具有用于与阀球对应顶压配合的锥形密封面，在复位弹簧的上端插装有定位阀座，定位阀座上设有朝下的与复位弹簧上端止推顶压配合的环形阶梯面，在定位阀座的上端面凹设有与阀球顶压配合的锥形定位通孔。

所述的封堵开关还包括用于监测所述主通道压力信号的压力传感器和微处理器，压力传感器与微处理器的信号输入端连接，微处理器与所述电机控制连接，所述封堵杆为止旋滑动装配在所述过液通道中的螺母活塞，所述传动机构包括与电机输出轴传动连接的沿上下方向延伸的旋转螺杆，螺母活塞螺旋套装在旋转螺杆上并由旋转螺杆驱动沿上下方向往复移动，在螺母活塞的外周面上沿轴向依次布置有与过液通道的通道内壁滑动密封配合的上密封结构和下密封结构，上、下密封结构均为嵌设在螺母活塞外周面上的密封圈，在螺母活塞向下移动至所述进油孔位于所述上、下密封结构之间时所述进油孔与过液通道断开，在螺母活塞向上移动至所述进油孔位于所述螺母活塞下方时所述进油孔与所述过液通道连通。

所述的螺母活塞和过液通道通过设置在两者间的止旋导向机构实现其止旋滑动配合，所述止旋导向机构包括螺母活塞外周面上凹设的沿上下方向延伸的止旋导向槽和过液通道中凸设的与止旋导向槽插配的止旋导向销。

所述的过液通道的对应所述进油孔位置的通道内壁上凹设有与进油孔串接连通的扩容缓冲环槽，该扩容缓冲环槽在螺母活塞向下移动至所述进油孔与过液通道断开的位置时与螺母活塞的外周面形成扩容缓冲腔。

本发明的有益效果是：本发明所提供的分层采油系统中的井下智能器在使用时，当采油及找水过程中，封堵开关控制进油孔与过液通道连通，中间油层中的液体从进油孔进入过液通道中，进入过液通道中的地层液体克服复位弹簧的作用后顶开封堵阀芯，地层液体从过液通道的出油口进入主通道中，完成采油及找水。在堵水过程中，通过地面打压，封堵开关将进油孔与过液通道断开，中间油层与主通道隔断，在打压过程中，封堵阀芯顶压封堵在过液通道的下端出油口处，主通道中的液体不会进入过液通道中，也不会经过液通道进入中间油层中，避免污染中间油层。因为地层液体从上往下的顶推开封堵阀芯后直接进入主通道中，当封堵开关隔断过液通道时，过液通道中存留的地层液体的杂质会沉积在封堵阀芯上，在封堵开关动作使得进油孔与过液通道导通时，进入过液通道中的地层液体会将杂质从封堵阀芯上冲入主通道中，避免积存的杂质堵塞智能开关器而影响智能开关器的正常工作。

附图说明

图1是本发明所提供的分层采油系统一种实施例的结构示意图；

图2是图1中的井下智能开关器的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种分层采油系统的实施例，该实施例中的分层采油系统包括套管，在套管中布置有油管30和从上至下依次串接在油管上的3个井下智能开关器40，油管通过3个液压封隔器固定在套管中，在油管下到位后，3个井下智能开关器40分别对应不同的中间油层50，该分层采油系统还包括位于地表的用于向井下中输入高低压脉冲信号以控制井下智能开关器通断工作的压力控制器20，使用时，通过压力控制器20向不同的井下智能开关器40输出不同的高低压脉冲信号，控制不同的井下智能开关器开启和关闭，进而实现对中间油层的分层开采。

如图2所示，上述的井下智能开关器40主要包括沿上下方向延伸的采油管道，在采油管道上设有用于连通上下油管的主通道100和用于连通中间油层及主通道的过液通道200，主通道100及过液通道200均沿上下方向延伸，在采油管道的管道壁上开设有用于与中间油层连通的进油孔10，过液通道200下端具有用于与主通道内腔连通的出油口，进油孔位于出油口上方，在采油管道中设有用于分别控制主通道与过液通道通断及进油孔与过液通道通断的两个开关，控制进油孔与过液通道通断的开关为封堵开关300，该封堵开关包括电机，电机通过传动机构传动连接有往复滑动密封装配在过液通道中的用于封堵或打开所述进油孔的封堵杆。控制主通道及过液通道通断的开关为单向阀400，该单向阀包括位于所述出油口下方的用于顶压封堵出油口的封堵阀芯和驱动封堵阀芯复位以封堵出油口的复位弹簧。

本实施例中的采油管道由沿上下方向延伸的管道本体9和螺纹连接在管道本体9上下两端的上接头1和下接头17所组成，上、下接头在使用时分别用于与上、下 油管对接，在管道本体9和所述上接头1、下接头17的过渡连接处均设有密封圈，在管道本体9上设有沿上下方向延伸的两端开口的中心通道18和位于中心通道一侧的过液通道200，所述中心通道18与上接头1及下接头17的内腔组成所述的主通道100。

在本实施例中，管道本体9包括与上、下接头螺纹连接的圆柱形连接体91，在圆柱形连接体91的上、下端的外周面上分别设有联接螺纹，在圆柱型连接体91上沿轴向开设有中心通孔和侧通孔，其中，中心通孔的直径比侧通孔的直径大，此处的侧通孔即为过液通道200，所述进油孔10开设在圆柱形连接体91上，在圆柱形连接体91的上端面上向上一体延伸有插装在上接头1中的支撑管道92，该支撑管道92与所述圆柱型连接体91上的中心通孔同轴布置，支撑管道92的外径小于圆柱型连接体91的外径，该支撑管道92和圆柱形连接体91上的中心通孔构成所述的中心通道18，在支撑管道92的顶端固设有顶推在上接头1的顶推凸缘，在顶推凸缘的上端面上嵌设有密封圈。本实施例中，在采油管道中由管道本体9上的圆柱型连接体91、支撑管道92和上接头1构成一个封闭的安装空间，在该安装空间中于所述圆柱形连接体上的侧通孔的上方安装有智能控制的封堵开关300，封堵开关300控制进油孔与过液通道的通断。封堵开关300由从上至下依次布置在封闭的安装空间中的用于监测所述中心通道压力信号的压力传感器2、电池组3、微处理器4、电机5、沿上下方向延伸的旋转螺杆6及螺母活塞8所组成，其中，压力传感器2与微处理器4的信号输入端连接，微处理器4与电机5控制连接，电机5的输出轴与旋转螺杆6同轴传动连接，螺母活塞8螺旋套装在旋转螺杆6上并由旋转螺杆6驱动沿上下方向往复移动，螺母活塞8止旋滑动装配在所述过液通道200中，在螺母活塞8的外周面上沿轴向依次布置有与过液通道的通道内壁滑动密封配合的上密封结构81和下密封结构82，此处的上密封结构81还用于实现过液通道与所述的用于安装封堵开关的安装空间之间的隔断密封，所述的上、下密封结构均为嵌设在螺母活塞外周面上的密封圈，在螺母活塞8向下移动至所述进油孔10的出油口位于所述上、下密封结构之间时隔断所述进油孔10与过液通道200的连通、在其向上移动至所述进油孔10的出油口位于所述螺母活塞8下方时保持所述进油孔10与过液通道200的连通。此处，在所述的螺母活塞8和过液通道200之间设有止旋导向机构，该止旋导向机构包括螺母活塞外周面上凹设的沿上下方向延伸的止旋导向槽和过液通道中凸设的与止旋导向槽插配的止旋导向销7。

为防止通过进油孔进入过液通道中的地层液体的压力过大而冲击上、下密封结构，在所述的过液通道的对应进油孔的出油口位置的通道内壁上凹设有与串接连通的扩容缓冲环槽120，该扩容缓冲环槽120在螺母活塞8向下移动至隔断所述进油孔与过液通道的连通的位置时与螺母活塞8的外周面形成扩容缓冲腔。

本实施例中的单向阀400包括螺纹联接在所述中心通道18下端开口处的复位弹簧座16、位于所述出油口下方的用于顶压封堵出油口的封堵阀芯和驱动封堵阀芯复位以封堵出油口的复位弹簧15。所述复位弹簧座16包括螺纹联接在中心通道上的管接头和一体固连在管接头上的支撑平台，所述复位弹簧15的下端坐在所述支撑平台上，所述封堵阀芯为阀球13，在复位弹簧15的上端插装有定位阀座14，定位阀座14上设有朝下的与复位弹簧上端止推顶压配合的环形阶梯面，在定位阀座的上端面凹设有与阀球顶压配合的锥形定位通孔，该锥形定位通孔包括上部的用于与阀球顶压配合的锥孔段和与锥形段过渡连通的直孔段，该锥形定位通孔的直孔段的下端直接与主通道100相连通。

上述实施例中所提供的井下智能器在使用时，当采油及找水过程中，智能控制的封堵开关300中的螺母活塞8上移至管道本体9的进油孔10的上方时，进油孔10与所述过液通道200导通，中间油层中的地层液体从管道本体9上的进油孔10进入过液通道200中并向单向阀400中的阀球13施加作用力，复位弹簧15受力压缩，阀球13、定位阀座14随着复位弹簧15的压缩而向下移动，阀球13离开过液通道200的出油口，单向阀400打开，地层液体进入主通道100中。

在堵水过程中，通过地面打压，压力传感器2将所监测到的压力信号传输给微处理器4，微处理器4根据预先设置的压控编码比对向电机5输出控制信号，电机5驱动旋转螺杆6转动，旋转螺杆6驱动螺母活塞8向下移动，当螺母活塞8向下移动至所述进油孔10位于所述螺母活塞8上的上、下密封结构之间时，封堵开关300隔断进油孔10与过液通道200。

在打压过程中，在复位弹簧15作用下，阀球13重新顶压在过液通道200的出油口处，这样主通道100中的液体不会进入过液通道200中，也不会通过过液通道200进入中间油层中，避免污染中间油层。

在上述实施例所提供的智能开关器中设置有中心通道，该中心通道通常直径较大，这样除了便于液体在采油管道中流动，还满足向采油管道中下仪器、下工具等工艺要求，这样可以对智能开关器中的通道内壁进行清理，还可以实现对各油层的分层测试。

上述实施例中的封堵开关的结构可以采用现有技术中的结构，只要能够实现过液通道的通断控制即可。

上述实施例中的单向阀也可以采用现有技术中的单向阀的结构，只要能够实现封堵阀芯向下单向开启即可。

Claims (6)

1.一种分层采油系统，包括油管和串接在油管上的至少两个用于在采油时与中间油层对应布置的井下智能开关器，该井下智能开关器包括沿上下方向延伸的采油管道，采油管道的管道壁上具有用于连通中间油层的进油孔，采油管道中具有用于连通油管的主通道及用于连通进油孔和主通道的过液通道，采油管道中设有用于分别控制主通道与过液通道通断及进油孔与过液通道通断的两个开关，其特征在于，所述的主通道及过液通道均沿上下方向延伸，过液通道的下端具有用于与主通道内腔连通的出油口，所述进油孔位于出油口上方，所述控制进油孔与过液通道通断的开关为封堵开关，该封堵开关包括电机，电机通过传动机构传动连接有往复滑动密封装配在过液通道中的用于封堵或打开所述进油孔的封堵杆，所述控制主通道及过液通道通断的开关为单向阀，该单向阀包括位于所述出油口下方的用于顶压封堵出油口的封堵阀芯和驱动封堵阀芯复位以封堵出油口的复位弹簧。

2.根据权利要求1所述的分层采油系统，其特征在于，所述的采油管道包括沿上下方向延伸的管道本体和螺纹连接在管道本体上下两端的上、下接头，在管道本体和所述上、下接头的过渡连接处均设有密封圈，所述过液通道设在管道本体中，在管道本体中于过液通道一侧设有沿上下方向延伸的两端开口的中心通道，该中心通道与上、下接头组成所述的主通道。

3.根据权利要求2所述的分层采油系统，其特征在于，所述的单向阀还包括螺纹联接在所述中心通道下端开口处的复位弹簧座，该复位弹簧座包括螺纹联接在中心通道上的管接头和一体固连在管接头上的支撑平台，所述复位弹簧的下端坐在所述支撑平台上；所述封堵阀芯为阀球，过液通道的底端开口处具有用于与阀球对应顶压配合的锥形密封面，在复位弹簧的上端插装有定位阀座，定位阀座上设有朝下的与复位弹簧上端止推顶压配合的环形阶梯面，在定位阀座的上端面凹设有与阀球顶压配合的锥形定位通孔。

4.根据权利要求1或2或3所述的分层采油系统，其特征在于，所述的封堵开关还包括用于监测所述主通道压力信号的压力传感器和微处理器，压力传感器与微处理器的信号输入端连接，微处理器与所述电机控制连接，所述封堵杆为止旋滑动装配在所述过液通道中的螺母活塞，所述传动机构包括与电机输出轴传动连接的沿上下方向延伸的旋转螺杆，螺母活塞螺旋套装在旋转螺杆上并由旋转螺杆驱动沿上下方向往复移动，在螺母活塞的外周面上沿轴向依次布置有与过液通道的通道内壁滑动密封配合的上密封结构和下密封结构，上、下密封结构均为嵌设在螺母活塞外周面上的密封圈，在螺母活塞向下移动至所述进油孔位于所述上、下密封结构之间时所述进油孔与过液通道断开，在螺母活塞向上移动至所述进油孔位于所述螺母活塞下方时所述进油孔与所述过液通道连通。

5.根据权利要求4所述的分层采油系统，其特征在于，所述的螺母活塞和过液通道通过设置在两者间的止旋导向机构实现其止旋滑动配合，所述止旋导向机构包括螺母活塞外周面上凹设的沿上下方向延伸的止旋导向槽和过液通道中凸设的与止旋导向槽插配的止旋导向销。

6.根据权利要求5所述的分层采油系统，其特征在于，所述的过液通道的对应所述进油孔位置的通道内壁上凹设有与进油孔串接连通的扩容缓冲环槽，该扩容缓冲环槽在螺母活塞向下移动至所述进油孔与过液通道断开的位置时与螺母活塞的外周面形成扩容缓冲腔。