CN103615216B - 低产井数控油管捞油装置及捞油方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低产井数控油管捞油装置，包括依次固定设置在油井一侧的地面上的油管、支架、排丝装置和绕丝装置，油管位于油井内部；油管内部的十字挡块与油管底端螺纹连接，挠性抽子与油管内壁配合，且下端与配重通过螺纹连接，其上端固定连接有钢丝绳，油管上部外壁固定设置有一个音标，油管上端螺纹固定在井口转接装置上；井口转接装置上安装有动液面检测装置。本发明还公开了利用该捞油装置进行的捞油方法，首先对低产井数控油管捞油装置的安装及测试，完成系统设置和初始化后进行试捞，之后开始进行自动捞油，本发明的装置和方法克服了低渗透、特低渗透油藏开采时，特别是低产井采油时“三抽”系统效率低、耗能高、油井利用率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于石油开采技术领域，涉及一种低产井数控油管捞油装置，本发明还涉及利用该低产井数控油管捞油装置的捞油方法。
背景技术
随着石油需求量的越来越大，低渗透、特低渗透油藏的勘探、开发得到越来越多的重视，大量此类油藏进入开采阶段。由于低渗透、特低渗透油藏本身的特性，决定了开采油井产能低、单井产量小；而且在低渗透、特低渗透油藏开采时主要采用抽油机、抽油杆、抽油泵组成的“三抽”系统；导致机采系统效率低，国内一般地区平均只有12%～23%，个别高产油田也不到30%，而陕北地区部分机采系统效率不足10%；所以在低渗透、特低渗透油藏开采时能源浪费严重，原油开采成本高。甚至部分油井由于单井产量低，采用“三抽”系统开采已经没有利润，导致油井关井，造成油井利用率下降。所以设计开发新的开采工艺，满足低产井生产需求，对油田节能降耗、提升油井利用率、降低生产成本具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种低产井数控油管捞油装置，克服了低渗透、特低渗透油藏开采时，特别是低产井采油时“三抽”系统效率低、耗能高、油井利用率低的问题。
本发明的另一目的是提供利用该捞油装置实施的低产井数控油管捞油方法。
本发明所采用的技术方案是，低产井数控油管捞油装置，包括依次设置的油管、支架、排丝装置和绕丝装置，支架、排丝装置、绕丝装置和控制系统依次固定设置在油井一侧的地面上，油管位于油井内部；油管内部设置有十字挡块、配重和挠性抽子；十字挡块与油管底端螺纹连接，挠性抽子与油管内壁配合，挠性抽子的下端与配重通过螺纹连接，挠性抽子的上端固定连接有钢丝绳，油管上部外壁固定设置有一个音标，油管上端螺纹固定在井口转接装置上；井口转接装置上安装有动液面检测装置。
本发明的特点还在于，
排丝装置的底座A固定在地面上，底座A上设置有导轨，导轨的两端固定在底座上，限位开关固定在导轨上，螺母丝杠副固定在导轨上，双排滚珠导丝器固定在螺母丝杠福上，螺母丝杠副通过第一联轴器与第一步进电机相连。
绕丝装置包括底座B和设置在底座B上的绕丝筒，绕丝筒的一端通过第二联轴器与第二步进电机连接，绕丝筒的另一端与编码器连接。
钢丝绳的另一端通过井口转接装置，绕过井口支架上的滑轮，然后穿过排丝装置中的双排滚柱导丝器后缠绕在绕丝装置的绕丝筒上。
动液面检测装置通过导线和控制系统连接，控制系统还和绕丝装置以及排丝装置通过导线连接。
本发明的另一技术方案是，利用低产井数控油管捞油装置，进行的低产井数控油管捞油方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，低产井数控油管捞油装置的安装及测试，
步骤1.1，根据完井、射孔资料，确定油管下入深度，油管下入深度为射孔段底界以下50米，然后根据油管下入深度，确定钢丝绳长度，钢丝绳长度大于油管下入深度100米～200米；
步骤1.2，进行低产井数控油管捞油装置的安装和现场测试。
步骤2，对步骤1安装和测试完成的低产井数控油管捞油装置的控制系统进行设置及初始化，
步骤2.1，将各项参数输入控制系统的计算机中，参数包括油管下入深度、油管内径、钢丝绳直径、钢丝绳抗拉强度、射孔段底界、液面检测时间间隔，历史产液量；
步骤2.2，根据钢丝绳抗拉强度及钢丝绳直径计算最大捞油量，并将其作为控制系统中的捞油量上限值；
步骤2.3，根据油井历史产液量及油管直径计算历史产液量在油管中的对应的液柱高度值，并把该液柱高度值的0.8倍设置为捞油量下限值，所述的对应的液柱高度值和捞油量下限值的单位均为m，
步骤2.4，在控制系统中设置每次的捞油量，使其处于步骤2.2捞油量上限值与步骤2.3中设置的捞油量下限值之间。
步骤3，进行手动试捞，
步骤3.1，打开动液面检测装置检测液面，动液面检测装置将检测到的液面数据传回控制系统，由控制系统根据液面高度值计算出可捞量，其中，可捞量指液面高度与油管下入深度之差；
步骤3.2，将步骤3.1中计算出的可捞量与步骤2中设置的捞油量上限值和捞油量下限值进行对比，从而确定此次的捞油量，对比的结果有如下三种情况：
当可捞量大于捞油量上限值，以上限值为此次捞油量；
当可捞量小于捞油量上限值大于捞油量下限值，以步骤2中设置的捞油量为此次捞油量；
当可捞量小于捞油量下限值，不进行捞油；
步骤3.3，按下开始按钮，控制系统的计算机根据步骤3.2中确定的捞油量和液面高度计算钢丝绳下入长度，并控制绕丝装置及排丝装置运动，完成一次捞油，
步骤3.4，重复步骤3.1～3.3，直到步骤3.1中计算出的可捞量小于捞油量下限值。
步骤4，自动数控捞油，
步骤4.1，在试捞完成后，按下自动捞油按钮，控制系统控制本发明的低产井数控油管捞油装置进入自动数控捞油模式；
步骤4.2，在自动捞油模式下，动液面检测装置每隔1h～3h对动液面进行检测，并实时的把检测结果发送到控制系统；
步骤4.3，控制系统的计算机根据动液面检测结果计算油井产液量，并根据产液量确定是否捞油；
步骤4.4，当确定需要捞油后，控制系统根据可捞量及动液面高度确定出钢丝绳下井长度
步骤4.5，并根据步骤4.4中确定的钢丝绳下井长度，进行运算后产生驱动信号和控制信号，进而控制绕丝装置和排丝装置运动，完成一次捞油。
步骤4.6，重复步骤4.2～4.5，即实现自动数控捞油。
本发明的有益效果是，本发明涉及的低产井数控油管捞油装置及捞油方法适合直井、定向井甚至水平井的捞油，能根据油井产能实现智能控制，完成自动捞油，达到节能降耗、减少成本的目的。
附图说明
图1是本发明低产井数控油管捞油装置的结构示意图；
图2是本发明低产井数控油管捞油装置中排丝装置的结构示意图；
图3是本发明低产井数控油管捞油装置中绕丝装置的结构示意图。
图中，1.十字挡块，2.油管，3.配重，4.挠性抽子，5.钢丝绳，6.音标，7.动液面检测装置，8.井口转接装置，9.支架，10.排丝装置，11.绕丝装置，12.控制系统，13.第一步进电机，14.第一联轴器，15.限位开关，16.螺母丝杠副，17.导轨，18.双排滚柱导丝器，19.底座A，20.第二步进电机，21.第二联轴器，22.底座B，23.绕丝筒，24.编码器，25.滑轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
包括依次设置的油管2、支架9、排丝装置10和绕丝装置11，支架9、排丝装置10、绕丝装置11和控制系统12依次固定设置在油井一侧的地面上，油管2位于油井内部；油管2内部设置有十字挡块1、配重3和挠性抽子4；十字挡块1与油管2底端螺纹连接，挠性抽子3与油管2内壁配合，挠性抽子4的下端与配重3通过螺纹连接，挠性抽子4的上端固定连接有钢丝绳5，油管2上部外壁固定设置有一个音标6。油管上端螺纹固定在井口转接装置8上；井口转接装置8上安装有动液面检测装置7。
排丝装置10的底座A19固定在地面上，底座A19上设置有导轨17，导轨17的两端固定在底座上，限位开关15固定在导轨17上，螺母丝杠副16固定在导轨17上，双排滚珠导丝器18固定在螺母丝杠福16上，螺母丝杠副16通过第一联轴器14与第一步进电机13相连。
绕丝装置11包括底座B20和设置在底座B20上的绕丝筒23，绕丝筒23的一端通过第二联轴器21与第二步进电机20连接，绕丝筒23的另一端与编码器24连接。
钢丝绳5的另一端通过井口转接装置8，绕过井口支架9上的滑轮25，然后穿过排丝装置10中的双排滚柱导丝器18后缠绕在绕丝装置11的绕丝筒23上。
动液面检测装置7通过导线和控制系统12连接，控制系统12还和绕丝装置11以及排丝装置10通过导线连接。
本发明的低产井数控油管捞油装置的工作原理为：动液面检测装置7实时检测油井动液面，并把检测结果传输到控制系统12，控制系统12根据检测值实时计算出油井的可捞油量，当油井可捞油量达到设定值时，控制系统12将产生捞油指令，并控制绕丝装置11和排丝装置10联动，通过钢丝绳5带着挠性抽子4在油管2中上下运动，下行时液体从挠性抽子4上的油道进入到抽子上方，上行时靠摩擦抽子上油道自行密封，挠性抽子4上方的液体被带到井口，从排液口排出，实现自动捞油。
利用低产井数控油管捞油装置，进行的低产井数控油管捞油方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，低产井数控油管捞油装置的安装及测试，
步骤1.1，根据完井、射孔资料，确定油管下入深度，油管下入深度为射孔段底界以下50米，然后根据油管下入深度，确定钢丝绳长度，钢丝绳长度大于油管下入深度100米～200米；
步骤1.2，进行低产井数控油管捞油装置的安装和现场测试。
步骤2，对步骤1安装和测试完成的低产井数控油管捞油装置的控制系统进行设置及初始化，
步骤2.1，将各项参数输入控制系统的计算机中，参数包括油管下入深度、油管内径、钢丝绳直径、钢丝绳抗拉强度、射孔段底界、液面检测时间间隔，历史产液量；
步骤2.2，根据钢丝绳抗拉强度及钢丝绳直径计算最大捞油量，并将其作为控制系统中的捞油量上限值；
步骤2.3，根据油井历史产液量及油管直径计算历史产液量在油管中对应的液柱高度值，并把该液柱高度值的0.8倍设置为捞油量下限值，所述的对应的设定系统捞油量下限值为50m和捞油量下限值的单位均为m，
步骤2.4，在控制系统中设置每次的捞油量，使其处于步骤2.2捞油量上限值与步骤2.3中设置的捞油量下限值之间。
步骤3，进行手动试捞，
步骤3.1，打开动液面检测装置检测液面，动液面检测装置将检测到的液面数据传回控制系统，由控制系统根据液面高度值计算出可捞量，可捞量指液面高度与油管下入深度之差；
步骤3.2，将步骤3.1中计算出的可捞量与步骤2中设置的捞油量上限值和捞油量下限值进行对比，从而确定此次的捞油量，对比的结果有如下三种情况：
当可捞量大于捞油量上限值，以上限值为此次捞油量；
当可捞量小于捞油量上限值大于捞油量下限值，以步骤2中设置的捞油量为此次捞油量；
当可捞量小于捞油量下限值，不进行捞油；
步骤3.3，控制系统的计算机根据步骤3.2中确定的捞油量和液面高度计算钢丝绳下入长度，并控制绕丝装置及排丝装置运动，完成一次捞油；
步骤3.4，重复步骤3.1～3.3，直到步骤3.1中计算出的可捞量小于捞油量下限值。
步骤4，自动数控捞油，
步骤4.1，在试捞完成后，按下自动捞油按钮，控制系统控制本发明的低产井数控油管捞油装置进入自动数控捞油模式；
步骤4.2，在自动捞油模式下，动液面检测装置每隔1h～3h对动液面进行一次检测，并实时的把检测出的液面数据发送至控制系统，计算机根据该液面数据，计算出可捞量；
步骤4.3，将步骤4.2中计算出的可捞量与系统中设置的捞油量上限值和捞油量下限值进行对比，从而确定此次的捞油量，对比的结果有如下三种情况：
当可捞量大于捞油量上限值，以上限值为此次捞油量；
当可捞量小于捞油量上限值大于捞油量下限值，以步骤2中设置的捞油量为此次捞油量；
当可捞量小于捞油量下限值，不进行捞油；
步骤4.4，当确定需要进行捞油时，即对比结果为步骤4.3中的第一种和第二种情况，控制系统根据可捞量及动液面数据确定出钢丝绳下井长度，
步骤4.5，控制系统根据步骤4.4中确定的钢丝绳下井长度，进行运算后产生驱动信号和控制信号，并控制绕丝装置和排丝装置运动，完成一次捞油。
步骤4.6，重复步骤4.2～4.5，即实现自动数控捞油。
上述的捞油方法中，最大捞油量、可捞量、捞油量上限值、捞油量这几个参数，均为对井内液体的体积进行换算后对应的液柱高度值，单位都为m。
本发明的低产井数控油管捞油装置及捞油方法，其中控制系统的计算机能够根据动液面检测装置检测的数据，依据油井产液速度，液面上升状况，自行计算合理的生产压差，也就是合理的动液面，进而控制系统根据合理动液面数值自动调整每次捞油量设置值，使得捞油装置在该设置值下进行捞油，可保证油井产液最高。
实施例
某油井套管射孔完井，由于产液量低，最近历史产液量为0.2m3，由于耗能高，导致长期停井，为了提高油井利用率，采用捞油法进行开采。
步骤1，根据该油井射孔资料中显示的射孔段底界为870米，确定油管下井深度为920米，进而确定钢丝绳长度为1100米，按照附图所示进行系统安装，并进行现场测试。
步骤2，对步骤1安装和测试完成的低产井数控油管捞油装置的控制系统进行设置及初始化，
步骤2.1，将各项参数输入控制系统的计算机中，包括油管下入深度920m、油管内径62mm、钢丝绳直径8mm、钢丝绳抗拉强度140MPa、射孔段底界870m、液面检测时间间隔1h，历史产液量0.2m3
步骤2.2，根据钢丝绳抗拉强度及钢丝绳直径计算得到捞油系统捞油量上限值为410m，系统捞油量下限值50m
步骤2.3，根据油井历史产液量及油管直径计算历史产液量在油管中的对应的液柱高度值，设置该液柱高度值的0.8倍为50m为捞油量下限值，
步骤2.4，设定系统每次捞油量为100m。
步骤3，进行手动试捞，
步骤3.1，打开液面检测装置检测液面，动液面检测装置显示液面高度780m，控制系统计算机根据液面高度检测值计算可捞量为140m，
步骤3.2，通过比较可知可捞量处于捞油量上、下限值之间，所以系统以每次捞油量设置值100m进行捞油，
步骤3.3，根据捞油量和液面高度计算钢丝绳下入深度为880m，控制系统控制的计算机把880m转换成驱动信号和控制信号，控制绕丝装置和排丝装置联合运动，进行第一次试捞。
运动过程中，编码器及位置开关反馈信号进行控制，完成第一次捞油后绕丝装置和排丝装置停止，等待下一次指令。
重复步骤3.1～3.4，进行第二次试捞，打开液面检测装置检测液面，液面高度显示820m，计算机根据液面检测值计算可捞量为100m，通过比较可捞量处于上、下限值之间，所以系统将以每次捞油量设置值100m进行捞油，根据捞油量和液面值计算钢丝绳下入深度为920m，控制系统计算机把920m转换成驱动信号和控制信号，并绕丝装置和排丝装置联合运动，进行第二次捞油，运动过程中，编码器及位置开关反馈信号进行控制，完成第二次试捞后绕丝装置和排丝装置停止，等待下一次指令。
重复步骤3.1～3.4，进行第三次试捞，打开液面检测装置检测液面，液面高度显示860m，计算机根据液面检测值计算可捞量为60m，通过比较，可捞量处于上、下限值之间，所以系统将以每次捞油量设置值100m进行捞油，根据捞油量和液面高度值计算钢丝绳下入深度为960m，由于超过油管下入深度，控制系统将钢丝绳下入深度自动调整为920m，计算机经程序把920m转换成驱动信号和控制信号，按下开始按钮，绕丝装置和排丝装置联合运动，进行第三次捞油，运动过程中，编码器及位置开关反馈信号进行控制，完成第三次试捞后绕丝装置和排丝装置停止，等待下一次指令。
打开液面检测装置检测液面，液面高度显示880m，计算机根据液面检测值计算可捞量为40m，通过比较可捞量小于下限值，不进行捞油，试捞结束。
在完成试捞后，将捞油装置设置为自动捞油模式，设置液面检测时间间隔为1h，每次捞油量为50m，设置可捞量超过100m就进行一次捞油，液面检测装置每隔一小时检测一次液面，并把检测结果传送到控制系统，控制系统实时计算油井可捞量，当可捞量大于100m时，根据捞油量和液面数据计算出钢丝绳下入深度，并控制绕丝装置和排丝装置运动，完成捞油。绕丝装置和排丝装置完成一次运动后停止，等待下一次运动命令。如此反复，实现油井自动捞油。
现场跟踪发现改成自动捞油模式后，两天内该装置完成了3次捞油，经计算转换，每天油井产液量为0.23m3，跟历史日产量相当，说明该捞油方法适应低产井；历史资料显示采用“三抽”系统每天耗电量约为55度，改成自动捞油后，两天耗电量42度，平均每天耗电21度，说明节能效果明显。这都证明本发明涉及的捞油方法和系统自动捞油效果良好，为低产井的开采提供了新的途径。
Claims (4)
1.低产井数控油管捞油装置，包括依次设置的油管(2)、支架(9)、排丝装置(10)和绕丝装置(11)，其特征在于，所述的支架(9)、排丝装置(10)、绕丝装置(11)和控制系统(12)依次固定设置在油井一侧的地面上，所述的油管(2)位于油井内部；
所述的油管(2)内部设置有十字挡块(1)、配重(3)和挠性抽子(4)；所述的十字挡块(1)与油管(2)底端螺纹连接，挠性抽子(4)与油管(2)内壁配合，挠性抽子(4)的下端与配重(3)通过螺纹连接，挠性抽子(4)的上端固定连接有钢丝绳(5)，油管(2)上部外壁固定设置有一个音标(6)；所述的油管(2)上端螺纹固定在井口转接装置(8)上；井口转接装置(8)上安装有动液面检测装置(7)；
所述的排丝装置(10)的底座A(19)固定在地面上，底座A(19)上设置有导轨(17)，导轨(17)的两端固定在底座上，限位开关(15)固定在导轨(17)上，螺母丝杠副(16)固定在导轨(17)上，双排滚珠导丝器(18)固定在螺母丝杠副(16)上，螺母丝杠副(16)通过第一联轴器(14)与第一步进电机(13)相连。
所述的动液面检测装置(7)通过导线和控制系统(12)连接，所述的控制系统(12)还和绕丝装置(11)以及排丝装置(10)通过导线连接。
2.根据权利要求1所述的低产井数控油管捞油装置，其特征在于，所述的绕丝装置(11)包括底座B(22)和设置在底座B(22)上的绕丝筒(23)，所述绕丝筒(23)的一端通过第二联轴器(21)与第二步进电机(20)连接，绕丝筒(23)的另一端与编码器(24)连接。
3.根据权利要求1所述的低产井数控油管捞油装置，其特征在于，所述的钢丝绳(5)的另一端通过井口转接装置(8)，绕过井口支架(9)上的滑轮(25)，然后穿过排丝装置(10)中的双排滚柱导丝器(18)后缠绕在绕丝装置(11)的绕丝筒(23)上。
4.利用权利要求1所述的低产井数控油管捞油装置，进行的低产井数控油管捞油方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，低产井数控油管捞油装置的安装及测试，
步骤1.1，根据完井、射孔资料，确定油管下入深度，所述油管下入深度为射孔段底界以下50m，然后根据油管下入深度，确定钢丝绳长度，钢丝绳长度比油管下入深度大100m～200m，
步骤1.2，进行低产井数控油管捞油装置的安装和现场测试；
步骤2，对步骤1安装和测试完成的低产井数控油管捞油装置的控制系统进行设置及初始化，
步骤2.1，将各项参数输入控制系统的计算机中，所述的参数包括油管下入深度、油管内径、钢丝绳直径、钢丝绳抗拉强度、射孔段底界、液面检测时间间隔，历史产液量，
步骤2.2，根据钢丝绳抗拉强度及钢丝绳直径计算最大捞油量，并将其作为控制系统中的捞油量上限值，
步骤2.3，根据油井历史产液量及油管直径计算历史产液量在油管中的对应的液柱高度值，并把该液柱高度值的0.8倍设置为捞油量下限值，所述的对应的液柱高度值和捞油量下限值的单位均为m，
步骤2.4，在控制系统中设置每次的捞油量，使其处于步骤2.2所述的捞油量上限值与步骤2.3中设置的捞油量下限值之间；
步骤3，进行手动试捞，
步骤3.1，打开动液面检测装置检测液面，动液面检测装置将检测到的液面数据传回控制系统，由控制系统根据液面数据计算出可捞量，所述的可捞量指液面高度与油管下入深度之差，
步骤3.2，将步骤3.1中计算出的可捞量与步骤2中设置的捞油量上限值和捞油量下限值进行对比，从而确定此次的捞油量，对比的结果有如下三种情况：
当可捞量大于捞油量上限值，以上限值为此次捞油量，
当可捞量小于捞油量上限值大于捞油量下限值，以步骤2中设置的捞油量为此次捞油量，
当可捞量小于捞油量下限值，不进行捞油，
步骤3.3，按下开始按钮，控制系统的计算机根据步骤3.2中确定的捞油量和液面高度计算钢丝绳下入长度，并控制绕丝装置及排丝装置运动，完成一次捞油，
步骤3.4，重复步骤3.1～3.3，直到步骤3.1中计算出的可捞量小于捞油量下限值；
步骤4，自动数控捞油，
步骤4.1，在试捞完成后，按下自动捞油按钮，控制系统控制本发明的低产井数控油管捞油装置进入自动数控捞油模式，
步骤4.2，在自动捞油模式下，动液面检测装置每隔1h～3h对动液面进行一次检测，并实时的把检测出的液面数据发送至控制系统，计算机根据该液面数据，计算出可捞量，
步骤4.3，将步骤4.2中计算出的可捞量与系统中设置的捞油量上限值和捞油量下限值进行对比，从而确定此次的捞油量，对比的结果有如下三种情况：
当可捞量大于捞油量上限值，以上限值为此次捞油量，
当可捞量小于捞油量上限值大于捞油量下限值，以步骤2中设置的捞油量为此次捞油量，
当可捞量小于捞油量下限值，不进行捞油，
步骤4.4，当确定需要进行捞油时，即对比结果为步骤4.3中的第一种和第二种情况，控制系统根据可捞量及动液面数据确定出钢丝绳下井长度，
步骤4.5，控制系统根据步骤4.4中确定的钢丝绳下井长度，进行运算后产生驱动信号和控制信号，并控制绕丝装置和排丝装置运动，完成一次捞油，
步骤4.6，重复步骤4.2～4.5，即实现自动数控捞油。
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