CN106593314B - 一种深水高温高压油气井测试管柱 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种深水高温高压油气井测试管柱，包括：隔水管，所述隔水管与钻井平台相连接；套设在所述隔水管中的第一管体，所述第一管体的上端位于所述钻井平台上；与所述隔水管相连接的第一套管，所述第一套管伸入位于深水底部泥面下方的地层中；与所述第一管体相连通的第二管体，所述第二管体套设在所述第一套管中；所述第二管体外套设有第三管体，所述第二管体与所述第三管体之间形成有环空，所述环空中设置有隔热部。本申请的一种深水高温高压油气井测试管柱能够降低甚至避免在深水油气井的测试或生产过程中，圈闭空间内的流体产生破坏性附加热应力，保护套管及深水井筒的完整性。

Description

一种深水高温高压油气井测试管柱

技术领域

本申请涉及深水油气井开发领域，尤其涉及一种深水高温高压油气井测试管柱。

背景技术

本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

深水油气井完井通常采用水下完井方式，其完井工艺与完井方法不同于陆上或浅海油气井。深水完井的工艺施工过程中，多层套管的水泥通常返高至泥面以下一定高度，即中间技术套管需要一定长度的自由段，从而致使部分完井液被圈闭在井口密封圈、水泥返高面和套管所限定的环形空间。不同于陆地和浅水的干式井口，深水油气井采用水下井口，无法在测试或生产过程中进行圈闭压力的释放，进而可能对套管及井筒完整性造成危害。

由于受海洋深水的影响，深水油气井井筒沿轴向存在海水段、地层段双级温度梯度剖面，海底泥线即深水底部泥面附近的温度一般在2至4摄氏度之间，而地层流体温度往往超过100摄氏度。当深水油气井测试或生产过程中，高温高压地层流体从油管中流经井筒，加热了各环空圈闭中的流体，使流体受热膨胀而产生附加压力载荷，这种因温度效应引起的圈闭环空中流体升温膨胀现象即为环空应力积聚(Annular Pressure Build-up，APB)。环空应力积聚会作用在套管上，易引发套管挤毁或涨裂等井下安全事故，给安全生产带来严重隐患。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本申请的目的在于提供一种深水高温高压油气井测试管柱，以在测试或生产时，降低甚至避免高温高压地层液流经井筒而致使套管圈闭空间产生破坏性附加热应力，保护及深水井筒的完整性。

为了实现上述目的，本申请提供了如下的技术方案。

一种深水高温高压油气井测试管柱，包括：

隔水管，所述隔水管与钻井平台相连接；

套设在所述隔水管中的第一管体，所述第一管体的上端位于所述钻井平台上；

与所述隔水管相连接的第一套管，所述第一套管伸入位于深水底部泥面下方的地层中；

与所述第一管体相连通的第二管体，所述第二管体套设在所述第一套管中；所述第二管体外套设有第三管体，所述第二管体与所述第三管体之间形成有环空，所述环空中设置有隔热部。

优选地，所述环空中充填有隔热材料以形成所述隔热部。

优选地，所述隔热材料包括如下的至少一种：玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐、气凝胶毡、真空板。

优选地，所述环空具有预定真空度。

优选地，所述预定真空度的范围为1至8千帕。

优选地，还包括：深水采油树，所述深水采油树连接在所述隔水管和所述第一套管之间。

优选地，所述第二管体的长度大于所述第三管体的长度，所述第二管体的下端靠近油层。

优选地，还包括：套设在所述第一套管中的第四管体，所述第四管体与所述第二管体相连通；所述第四管体的下端靠近油层。

优选地，还包括：与所述第四管体相连接的第一封隔器，所述第一封隔器坐封在所述第一套管的内壁上，所述第一封隔器位于所述第三管体的下方。

优选地，所述第一封隔器为隔热封隔器。

优选地，还包括：伸缩管，所述伸缩管连接在所述第一管体和所述第二管体之间。

优选地，还包括：震击器，所述震击器与所述第四管体相连接。

优选地，还包括：射孔器，所述射孔器连接在所述第四管体的下端。

优选地，还包括：与所述第四管体相连接的第二封隔器，所述第二封隔器坐封在所述第一套管的内壁上，所述第二封隔器位于所述射孔器的上方。

优选地，还包括：钻井导管和多个第二套管，所述钻井导管套设在所述第一套管外，多个所述第二套管设置在所述第一套管与所述钻井导管之间，

其中，位于最内侧的所述第二套管与所述第一套管之间形成有第一圈闭空间，位于最外侧的所述第二套管与所述钻井导管之间形成有第二圈闭空间，相邻所述第二套管之间形成有第三圈闭空间。

借由以上的技术方案，本申请通过在第二管体外套设第三管体，并在第二管体和第三管体之间形成的环空中设置隔热部，从而可以降低甚至避免第二管体中流经的高温高压地层液所携带的热量沿径向传递到位于第一套管外的圈闭空间中。如此，在深水油气井的测试或生产过程中，可以较佳地降低圈闭空间内流体的温升幅度，甚至可以使圈闭空间内的流体不发生温升，从而降低甚至避免圈闭空间内的流体因温升而产生破坏性附加热应力，保护套管及深水井筒的完整性。

其它应用领域将根据本文中提供的描述而变得明显。本发明内容的描述和具体示例仅旨在例示的目的，并非旨在限制本发明的范围。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：

图1为本申请实施方式的一种深水高温高压油气井测试管柱结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，当一个零部件被称为“设置于”另一个零部件，它可以直接在另一个零部件上或者也可以存在居中的零部件。当一个零部件被认为是“连接”另一个零部件，它可以是直接连接到另一个零部件或者可能同时存在居中零部件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本申请实施方式提供的一种深水高温高压油气井测试管柱，其可以包括：隔水管1，所述隔水管1与钻井平台相连接；套设在所述隔水管1中的第一管体2，所述第一管体2的上端位于所述钻井平台上；与所述隔水管1相连接的第一套管3，所述第一套管3伸入位于深水底部泥面20下方的地层中；与所述第一管体2相连通的第二管体4，所述第二管体4套设在所述第一套管3中；所述第二管体4外套设有第三管体5，所述第二管体4与所述第三管体5之间形成有环空45，所述环空45中设置有隔热部(图中未示出)。

本申请实施方式的一种深水高温高压油气井测试管柱，通过在第二管体4外套设第三管体5，并在第二管体4和第三管体5之间形成的环空45中设置隔热部，从而可以降低甚至避免第二管体4中流经的高温高压地层液所携带的热量沿径向传递到位于第一套管3外的圈闭空间中。如此，在深水油气井的测试或生产过程中，可以较佳地降低圈闭空间内流体的温升幅度，甚至可以使圈闭空间内的流体不发生温升，从而降低甚至避免圈闭空间内的流体因温升而产生破坏性附加热应力，保护套管及深水井筒的完整性。

隔水管1可以用于建立浮动式海上钻井平台与深水油气田之间的连接通道，从而可以为开发深水油气井的井下工具提供下入空间。因此，隔水管1应具有预定长度和相应地规格尺寸，以满足连接钻井平台与深水油气田的需求和井下工具下入的需求。实际中，隔水管1的预定长度和规格尺寸因钻井平台与深水油气田之间的距离的不同以及井下工具的不同而适应调整和设置，本申请对此不作限定。

此外，隔水管1处于深水环境，还应具有足够的抗压能力。实际中，隔水管1可以采用强度较佳的材料例如金属或耐蚀合金制成，本申请对此不作限定。

第一管体2可以为高温高压地层液提供上升通道。同样的，第一管体2也应具有预定长度和相应地规格尺寸，且第一管体2的预定长度和规格尺寸可根据实际工况条件进行设置和选择，本申请对此不作限定。

第一套管3可以伸入位于深水底部泥面20下方的地层中，并可以用于容置对地层或油层进行操作的井下工具，以便于井下工具可以对地层或油层进行操作。同样的，第一套管3也应具有预定长度和相应地规格尺寸，且第一套管3的预定长度和规格尺寸可根据实际工况条件进行设置和选择，本申请对此不作限定。

在一个实施方式中，所述深水高温高压油气井测试管柱还可以包括深水采油树6，深水采油树6连接在隔水管1和第一套管3之间。

在本实施方式中，深水采油树6可以靠近深水底部泥面20，其可以连接在隔水管1的下端，第一套管3的上端可以与深水采油树6相连接，通过设置深水采油树6，可以实现隔水管1和的连接。第一管体2的下端可以穿过深水采油树6并进入第一套管3中，以在第一套管3中实现与第二管体4的连接。

在本实施方式中，深水采油树6可以采用任意合适的现有构造，本申请对此不作限定。

第二管体4与第一管体2相连通，以在测试或生产时将高温高压地层液输送至第一管体2中。第二管体4与第一管体2的连接方式包括但限于螺纹连接或焊接，本申请对此不作限定。

第二管体4外套设第三管体5，并在第二管体4和第三管体5之间形成的环空45中设置隔热部，以阻隔甚至绝缘第二管体4中流通的高温高压地层液所携带的热量沿径向向外传递，从而降低甚至避免位于第一套管3外的圈闭空间中的流体发生温升，如此可以降低甚至避免圈闭空间内的流体产生破坏性附加热应力，进而保护套管及深水井筒的完整性。

在一个实施方式中，可以通过在环空45中充填隔热材料的防止形成所述隔热部。具体的，环空45中可以压实隔热材料，以最大限度地减小隔热材料之间的间隙，提高隔热效果。进一步地，隔热材料可以包括如下的至少一种：玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐、气凝胶毡、真空板。

或者，在另一个实施方式中，可以对环空45进行抽真空处理以获得隔热部。具体的，可以为环空45具有预定真空度，这样环空45中原本用于传导热量的介质-空气被大量抽离，同样也可以达到隔热的效果。

通常，预定真空度的程度越高，隔热效果越好。但预定真空度达到一定程度后，导热介质被抽离的难度也越大，欲进一步增大预定真空度，实现难度和成本将大大增加。且当预定真空度达到一定程度之后，再进一步增大预定真空度，隔热效果提升的已经不是很显著。进一步地，由于存在该预定真空度，第二管体4和第三管体5承受较大的压差，因此，当预定真空度达到一定程度之后，再进一步增大预定真空度对第二管体4和第三管体5的制成材料提出了更高的要求，为了提升上升空间所剩无几的隔热效果而采用性能更佳的材料来制成第二管体4和第三管体5，显然也是不经济的。

因此，在一个优选地实施方式中，在兼顾隔热效果和实现难度及成本的情况下，预定真空度的范围为1至8千帕。当预定真空度低于1千帕时，将极大的提升实现难度及成本，而当预定真空度高于8千帕时，隔热效果难以得到有效保障。

由于第二管体4需要连接井下工具，且第一套管3外的容置有液体(一般为固井液)圈闭空间沿竖直方向的高度一般小于深水油气井的井筒的深度。因此，为了尽量降低因设置隔热部而产生的成本，可以将使隔热部的高度与第一套管3外容置有液体的圈闭高度相适配(举例为，隔热部的高度等于或略大于/小于第一套管3外容置有液体的圈闭高度)，主要可以通过第二管体4与第三管体5的长度来实现。

具体的，在一个实施方式中，第二管体4的长度大于第三管体5的长度，第二管体4的下端靠近油层。通过将第二管体4的长度设置的较长，可以满足第二管体4连接井下工具的需要；而第三管体5的长度较小，在与第一套管3外容置有液体的圈闭高度相适配的情况下，可以降低设置隔热部的成本。

或者，第二管体4和第三管体5的长度可以相等，并均与第一套管3外容置有液体的圈闭高度相适配，通过在额外设置管体来实现井下工具的连接。

具体的，在另一个实施方式中，所述深水高温高压油气井测试管柱还可以包括套设在第一套管3中的第四管体7，第四管体7与第二管体4相连通，第四管体7的下端靠近油层。

在一个实施方式中，所述深水高温高压油气井测试管柱还可以包括与第四管体7相连接的第一封隔器8，第一封隔器8坐封在第一套管3的内壁上，第一封隔器8位于第三管体5的下方。

在本实施方式中，通过设置第一封隔器8，不仅可以起到稳定下入在第一套管3中的管柱(包括第一管体2的下端、相连接的第二管体4和第三管体5)的作用，还可以将第二管体4、第三管体5与第一套管3之间形成的环空9分隔开来上下两个子环空91、92，避免位于下方子环空92中的油层产出的高温高压地层液上返进入上方子环空91，从而避免高温高压地层液经环空9向圈闭空间中的液体传递热量，最大限度的避免圈闭空间内的流体产生破坏性附加热应力的可能。因此，第一封隔器8优选为隔热封隔器。

在一个实施方式中，所述深水高温高压油气井测试管柱还可以包括伸缩管10，伸缩管10连接在第一管体2和第二管体4之间。

在本实施方式中，通过在第一管体2和第二管体4之间设置伸缩管10，可以吸收或缓冲第一管体2和/或第二管体4发生的轴向位移，避免因第一管体2和/或第二管体4发生轴向窜动导致其它井下工具例如第一封隔器8及下文提及的第二封隔器13与第一套管3之间坐封不严，或者第一封隔器8及第二封隔器13发生解封，保证井下工具能够正常工作和运行。

在一个实施方式中，所述深水高温高压油气井测试管柱还可以包括与第四管体7相连接的震击器11。通过设置震击器11，当井下工具下入隔水管1或第一套管3的过程中，井下工具因及其相应地的连接管体(第一管体2、第二管体4和第四管体7)与管壁发生剐蹭而导致井下工具及连接管体无法正常下入时，通过震击器11操作产生震动来消除剐蹭及解除遇卡事故，保证井下工具及连接管体能够正常地完成下入操作。

在一个实施方式中，所述深水高温高压油气井测试管柱还可以包括射孔器12，射孔器12连接在第四管体7的下端。通过设置射孔器12，可以实现对油层的射孔操作。

进一步地，所述深水高温高压油气井测试管柱还可以包括与第四管体7相连接的第二封隔器13，第二封隔器13坐封在第一套管3的内壁上，并位于射孔器12的上方。通过设置第二封隔器13，可以限制因射孔器12工作时产生的振动造成第四管体7及其与之直接或间接连接的其它管体的窜动，保证第一套管3中的管体及其井下工具的位置稳定。

此外，第二封隔器13也可以起到一定的隔绝上下子环空91、92的作用，具体请参见上文对第一封隔器8的描述，在此不再赘述。

在一个实施方式中，所述深水高温高压油气井测试管柱还可以包括钻井导管14和多个第二套管15，钻井导管14套设在第一套管3外，多个第二套管15设置在第一套管3与钻井导管14之间。且沿径向由内向外，多个第二套管15的尺寸依次增大；其中，位于最内侧的第二套管15与第一套管3之间形成有第一圈闭空间16，位于最外侧的第二套管15与钻井导管14之间形成有第二圈闭空间17，相邻第二套管15之间形成有第三圈闭空间18。

在本实施方式中，通过在钻井导管14和第一套管3之间设置多个第二套管15，可以在钻井导管14与第二套管15之间、第一套管3与第二套管15之间以及相邻第二套管15之间形成多个圈闭空间，从而可以在形成的该多个圈闭空间中注入水泥浆，实现对深水油气井实施固井工艺。且相较于陆地或浅水油气，采用上述形成多个圈闭空间的方式，可以使得深水油气井固井质量较佳，从而使深水油气井能较佳地适应深水环境。

具体的，钻井导管14与位于最外侧的第二套管15之间形成的第二圈闭空间17中可以完全充填满水泥浆，从而在第二圈闭空间17中形成与其等高的固井水泥环。第一套管3与位于最内侧的第二套管15形成的第一圈闭空间16的上半部分可以容置固井液(即上文体积的圈闭空间中的流体)，下半部分可以充填满水泥浆，从而第一圈闭空间16下半部分充填的水泥浆形成的固井水泥环，将位于固井液封固在第一圈闭空间16中。同样的，相邻第二套管15之间形成的第三圈闭空间18的上半部分可以容置固井液，下半部分可以充填满水泥浆，从而第三圈闭空间18下半部分充填的水泥浆形成的固井水泥环，将位于固井液封固在第三圈闭空间18中。

在本实施方式中，第二套管15的数量可根据实际工况条件进行设置，本申请对此不作限定。举例为，第二套管15的数量可以为2个、3个、4个…，图1中示意性的示出了第二套管15的数量为两个，但本申请的保护范围并不因此示意而受到限制。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从21到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (14)

1.一种深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，包括：

隔水管，所述隔水管与钻井平台相连接；

套设在所述隔水管中的第一管体，所述第一管体的上端位于所述钻井平台上；

与所述隔水管相连接的第一套管，所述第一套管伸入位于深水底部泥面下方的地层中；

与所述第一管体相连通的第二管体，所述第二管体套设在所述第一套管中；所述第二管体外套设有第三管体，所述第二管体与所述第三管体之间形成有环空，所述环空中设置有隔热部；

钻井导管和多个第二套管，所述钻井导管套设在所述第一套管外，多个所述第二套管设置在所述第一套管与所述钻井导管之间；

其中，位于最内侧的所述第二套管与所述第一套管之间形成有第一圈闭空间，位于最外侧的所述第二套管与所述钻井导管之间形成有第二圈闭空间，相邻所述第二套管之间形成有第三圈闭空间。

2.如权利要求1所述的深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，所述环空中充填有隔热材料以形成所述隔热部。

3.如权利要求2所述的深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，所述隔热材料包括如下的至少一种：玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐、气凝胶毡、真空板。

4.如权利要求1所述的深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，所述环空具有预定真空度。

5.如权利要求4所述的深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，所述预定真空度的范围为1至8千帕。

6.如权利要求1所述的深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，还包括：深水采油树，所述深水采油树连接在所述隔水管和所述第一套管之间。

7.如权利要求1所述的深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，所述第二管体的长度大于所述第三管体的长度，所述第二管体的下端靠近油层。

8.如权利要求1所述的深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，还包括：套设在所述第一套管中的第四管体，所述第四管体与所述第二管体相连通；所述第四管体的下端靠近油层。

9.如权利要求8所述的深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，还包括：与所述第四管体相连接的第一封隔器，所述第一封隔器坐封在所述第一套管的内壁上，所述第一封隔器位于所述第三管体的下方。

10.如权利要求9所述的深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，所述第一封隔器为隔热封隔器。

11.如权利要求1或9所述的深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，还包括：伸缩管，所述伸缩管连接在所述第一管体和所述第二管体之间。

12.如权利要求8所述的深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，还包括：震击器，所述震击器与所述第四管体相连接。

13.如权利要求8所述的深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，还包括：射孔器，所述射孔器连接在所述第四管体的下端。

14.如权利要求13所述的深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，还包括：与所述第四管体相连接的第二封隔器，所述第二封隔器坐封在所述第一套管的内壁上，所述第二封隔器位于所述射孔器的上方。