CN106761604B - 一种大斜度井智能分层采油管柱及其作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大斜度井智能分层采油管柱，包括分层生产管柱；所述分层生产管柱包括带孔管和圆堵，所述带孔管和所述圆堵之间设置有过电缆定位密封，若干个分层配产装置和至少一个过电缆插入密封；每一个所述分层配产装置均通过钢铠电缆连接至与上位机相连的地面控制器；所述分层配产装置分别对应每一油层，不同层位间的密封通过所述过电缆定位密封与所述过电缆插入密封实现；其作业方法为：(1)通井；(2)分层配产装置联调测试正常，下入本发明管柱及钢铠电缆；(3)本发明管柱验封；(4)启泵生产；(5)定点酸化。本发明可实现大斜度井分层采油的在线无级调控，同时可以根据生产要求实施定点酸化。

Description

一种大斜度井智能分层采油管柱及其作业方法

技术领域

本发明涉及油田分层采油技术，特别涉及一种大斜度井智能分层采油管柱及其作业方法。

背景技术

目前海上油田生产井分层开发主要采用钢丝作业开关滑套方式实现，这种方法因钢丝作业故要求井斜不大于60°，而井斜大于60°以上生产井为实现分层采油分层控制，现还未发现很好措施予以解决，主要以笼统合采方式生产。然而随着油田开发的深入，油井综合含水上升较快，部分层位水突进严重，可能迫使油井关停，这样一来就直接影响了油田产量，不利于增产稳产。

因此，进行大斜度井智能分层采油管柱研究，可以解决大斜度井开发的分层采油问题，实现分层控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种可实现大斜度井的分层段采油控制、分层独立酸化的智能分层采油管柱及其作业方法。

本发明所采用的技术方案是：一种大斜度井智能分层采油管柱，包括由外而内依次设置的套管，分层防砂完井管柱和分层生产管柱；所述分层防砂完井管柱包括设置于套管内的顶部封隔器、至少一个隔离封隔器和沉砂封隔器，所述封隔器之间通过筛管相连接，相邻两个所述封隔器之间形成一个生产层；所述分层生产管柱包括由上至下通过油管依次连接的井下安全阀、过电缆封隔器、潜油电泵机组、泵工况仪、带孔管和圆堵；所述带孔管和所述圆堵之间设置有过电缆定位密封，若干个分层配产装置和至少一个过电缆插入密封；每一个所述分层配产装置均通过钢铠电缆连接至与上位机相连的地面控制器；

所述分层配产装置包括由上至下依次连接的上接头、外套、桥式通道和下接头；所述上接头和所述下接头上分别设置有用于与所述钢铠电缆相连接的电缆接头；所述外套内轴向设置有中间通道，所述中间通道和所述外套之间形成环空过流通道；所述桥式通道内轴向设置有下端与下接头内的进液口相连通的本层产液过流通道，和位于本层产液过流通道两侧、上端与环空过流通道相连通、下端与下接头内的进液口相连通的桥式过流通道，所述桥式通道径向设置有与本层产液过流通道相连通的产液口；所述中间通道内由上至下设置有相互连接的控制电路板、电机、联轴器和丝杠，所述丝杠的下端连接有下半部位于所述桥式通道内的阀芯，所述阀芯包括与所述丝杠相连接的阀杆、和与阀杆相连接、位于所述本层产液过流通道内的阀头。

所述桥式通道的侧壁上设置有与所述控制电路板相连接的压力传感器。

所述控制电路板包括控制/采集模块，与所述控制/采集模块相连接的解码电路、电机控制器、霍尔位置传感器、阀下限位置开关和阀上限位置开关，以及与解码电路相连接的温度传感器。

所述电缆定位密封包括定位密封本体，设置在所述定位密封本体上端的定位密封压帽，设置在所述定位密封本体外表面上、与所述顶部封隔器密封连接的密封模块，和设置在所述定位密封本体下端的电缆保护盖；所述定位密封本体的侧壁上开设有电缆穿越通道，所述电缆穿越通道的下端部设置有电缆密封接口；所述定位密封压帽通过螺纹与所述定位密封本体相连接，其最大外径大于所述密封模块的最大外径，其下端设置有与所述顶部封隔器相配合的定位台阶。

所述过电缆插入密封包括插入密封本体，设置在所述插入密封本体上端的插入密封压帽，设置在所述插入密封本体外表面上、与所述隔离封隔器密封连接的密封模块，和设置在所述插入密封本体下端的电缆保护盖；所述插入密封本体的侧壁上开设有电缆穿越通道，所述电缆穿越通道的下端部设置有电缆密封接口；所述插入密封压帽通过螺纹与所述插入密封本体相连接，其最大外径小于所述密封模块的最大外径。

所述分层配产装置分别对应每一生产层，所述电缆定位密封设置于所述顶部封隔器内部，所述过电缆插入密封设置于所述隔离分隔器内部；所述过电缆定位密封、所述分层配产装置和所述过电缆插入密封之间通过油管相互连接。

本发明还提供一种基于上述大斜度井智能分层采油管柱的作业方法，包括以下步骤：

(1)下入通井管柱，确保通井工具多次下入井底位置，通井结束后起出通井管柱；

(2)分层配产装置联调测试正常，设置最下端的分层配产装置产液口全开、其它分层配产装置产液口全关，下入大斜度井智能分层采油管柱，钢铠电缆随同管柱一同下入；

(3)大斜度井智能分层采油管柱到位后进行验封；

(4)验封完毕后，控制各个生产层对应的分层配产装置产液口全开后，启泵生产；

(5)当需要对某一层位进行酸化作业时，控制此层位的分层配产装置产液口全开、其它的分层配产装置产液口全关，地面注入酸液即可实现针对此层位的定点酸化。

步骤(1)中，所述通井工具的外形尺寸与分层配产装置相同。

步骤(3)中，管柱验封的具体方法为：保持最下端的分层配产装置产液口全开、其它分层配产装置产液口全关，从环空注入清水，观察所有分层配产装置的管外压力变化情况，若最上端分层配产装置和与最下端分层配产装置相邻的分层配产装置的管外压力升高、其它分层配产装置管外压力无变化，则说明过电缆定位密封和最下端过电缆插入密封密封良好，否则需起出管柱更换新工具后重新下入；然后保持中间任一的分层配产装置产液口全开，其相邻的两个分层配产装置产液口全关，从环空注入清水，观察其相邻的分层产液装置的管外压力变化，若两者压力都无变化，则说明相邻的过电缆插入密封密封良好，否则起出管柱更换后重新下入。

步骤(4)中，生产过程中，当生产一段时间后井口含水上升时，首先，通过单独生产某一层、关闭其它层的方式判断高含水层位；找到高含水层位后，上位机发出关闭指令，通过地面控制器及钢铠电缆传送至该层的分层配产装置的控制电路板，解码电路解码后由电机控制器控制电机的正转或反转，从而带动阀芯的轴向运动，霍尔传感器启动检测阀芯位置，当检测阀芯位置到达关闭位置后，电机停止转动，关闭该层生产。

本发明的有益效果是：本发明通过采用生产管柱和分层控制管柱的一体化整体工艺，实现大斜度井分层采油的在线无级调控，同时可以根据生产要求实施定点酸化，解决了以往大斜度井生产笼统合采和笼统酸化所带来的诸多问题。

附图说明

图1：本发明斜度井智能分层采油管柱结构示意图；

图2：本发明过电缆定位密封结构示意图；

图3：本发明过电缆插入密封结构示意图；

图4：本发明分层配产装置结构示意图；

图5：本发明分层配产装置的桥式通道横截面结构示意图；

图6：本发明分层配产装置中的流体流向示意图；

图7：本发明分层配产装置控制原理示意图。

附图标注：1、上位机；2、地面控制器；3、油管；4、井下安全阀；5、过电缆封隔器；6、潜油电泵机组；7、泵工况仪；8、带孔管；9、过电缆定位密封；10、分层配产装置；11、过电缆插入密封；12、圆堵；13、钢铠电缆；14、顶部封隔器；15、隔离封隔器；16、定位密封本体；17、定位密封压帽；18、密封模块；19、电缆穿越通道；20、电缆密封接口；21、电缆保护盖；22、插入密封本体；23、插入密封压帽；24、密封模块；25、电缆穿越通道；26、电缆密封接口；27、电缆保护盖；28、电缆接头；29、控制电路板；30、外套；31、电机；32、联轴器；33、丝杠；34、阀杆；35、压力传感器；36、阀头；37、进液口；38、环空过流通道；39、桥式通道；40、产液口；41、下接头；42、桥式过流通道；43、本层产液过流通道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如附图1至图5所示，一种大斜度井智能分层采油管柱，包括由外而内依次设置的套管，分层防砂完井管柱和分层生产管柱。所述分层防砂完井管柱包括设置于套管内的顶部封隔器14、至少一个隔离封隔器15和沉砂封隔器，所述封隔器之间通过筛管相连接，相邻两个所述封隔器之间形成一个生产层。所述分层生产管柱包括由上至下通过油管3依次连接的井下安全阀4、过电缆封隔器5、潜油电泵机组6、泵工况仪7、带孔管8和圆堵12；所述带孔管8和所述圆堵12之间设置有过电缆定位密封9，若干个分层配产装置10和至少一个过电缆插入密封11，每一个所述分层配产装置10均通过钢铠电缆13连接至与上位机1相连的地面控制器2。

所述分层配产装置10分别对应每一生产层，所述电缆定位密封设置于所述顶部封隔器14内部，所述过电缆插入密封11设置于所述隔离分隔器内部，不同层位间的密封通过所述过电缆定位密封9与过电缆插入密封11实现；所述过电缆定位密封9、所述分层配产装置10和所述过电缆插入密封11之间通过油管3相互连接。所述潜油电泵机组6与泵工况仪7连接后通过所述油管3和所述带孔管8与所述过电缆定位密封9连接，这样一来上部的生产管柱与下部的分层控制管柱组成一套整体的分层生产管柱，实现智能分层采油管柱的整体下入和整体起出，满足井斜大于60°生产井的应用要求。

所述上位机1通过所述地面控制器2经由所述钢铠电缆13实现对井下多个分层配产装置10的参数监测和产液口40开度调控，其中所述地面控制器2用于为井下所述分层配产装置10供电、数据传输和上位机1通信；所述钢铠电缆13由内至外依次为铜导体、绝缘层、钢制铠装层、11mm×11mm方形护套层，作为导电和数据通信的载体；所述分层配产装置10对应不同层位，产液口40开度变化可实现产液量的变化，带有温度传感器和压力传感器35，能够进行温度和管外压力的监测。

本发明中，如图2所示，所述电缆定位密封包括定位密封本体16，设置在所述定位密封本体16上端的定位密封压帽17，设置在所述定位密封本体16外表面上的密封模块18，和设置在所述定位密封本体16下端的电缆保护盖21。其中，所述密封模块18与顶部封隔器14的密封筒实现密封；所述定位密封压帽17通过螺纹与所述定位密封本体16相连接，起到对密封模块18轴向压紧作用，其最大外径大于所述密封模块18的最大外径，其下端设置有定位台阶，用于与所述顶部封隔器14密封筒上端配合，从而实现整体管柱的定位；所述定位密封本体16的侧壁上开设有电缆穿越通道19，为所述钢铠电缆13提供穿越通道，所述电缆穿越通道19的下端部设置有电缆密封接口20，用于所述钢铠电缆13穿越后的密封。

本发明中，如图3所示，所述过电缆插入密封11包括插入密封本体22，设置在所述插入密封本体22上端的插入密封压帽23，设置在所述插入密封本体22外表面上的密封模块24，和设置在所述插入密封本体22下端的电缆保护盖27；其中，所述密封模块24与隔离封隔器15的密封筒实现密封；所述插入密封压帽23通过螺纹与所述插入密封本体22相连接，其最大外径略小于所述密封模块24的最大外径，其下端无定位台阶，可整体穿过顶部封隔器14和隔离封隔器15；所述插入密封本体22的侧壁上开设有电缆穿越通道25，为所述钢铠电缆13提供穿越通道，所述电缆穿越通道25的下端部设置有电缆密封接口26，用于所述钢铠电缆13穿越后的密封。

通过过电缆定位密封9与顶部封隔器14的配合密封以及过电缆插入密封11与隔离封隔器15的配合密封，不同层位间实现分层隔离与密封，互不窜层，每一层位设置一分层配产装置10，这样不同层位即可实现分层独立控制。

本发明中，如图4和图5所示，所述分层配产装置10包括由上至下依次连接的上接头、外套30、桥式通道39和下接头41。所述上接头和所述下接头41上分别设置有用于与所述钢铠电缆13相连接的电缆接头28，可实现钢铠电缆13与分层配产装置10的连接与密封，由此实现不同分层配产装置10间与地面控制器2的供电、数据传输和通信。所述外套30内轴向设置有中间通道，所述中间通道和所述外套30之间形成环空过流通道38；所述桥式通道39内轴向设置有下端与下接头41内的进液口37相连通的本层产液过流通道43，和位于本层产液过流通道43两侧、上端与环空过流通道38相连通、下端与下接头41内的进液口37相连通的桥式过流通道42；所述桥式通道39径向设置有与本层产液过流通道43相连通的产液口40；本发明分层配产装置10中的液体流动如图6所示，其中，黑色实线为本层产液流向，黑色虚线为其它层产液流向，当本层产液从本层产液过流通道43流出至下接头41内的进液口37后，和其它层产液汇合，通过桥式过流通道42流至环空过流通道38。所述桥式通道39的侧壁上设置有与下述控制电路板29相连接的压力传感器35，可监测分层配产装置10的当前环境压力和温度，还可以用于管柱下入后分层验封，此外当某一层高含水关闭生产后可以进行压力恢复测试。所述中间通道内由上至下设置有相互连接的控制电路板29、电机31、联轴器32和丝杠33，所述丝杠33的下端连接有下半部位于所述桥式通道39内的阀芯，所述阀芯包括与所述丝杠33相连接的阀杆34、和与阀杆34相连接、位于所述本层产液过流通道43内的阀头36，其中，所述控制电路板29包括控制/采集模块，与所述控制/采集模块相连接的解码电路、电机控制器、霍尔位置传感器、阀下限位置开关和阀上限位置开关，以及与解码电路相连接的温度传感器等，用于控制所述电机31的正、反转以及所述压力传感器35和温度传感器的压力温度信号采集传输，所述电机31的旋转运动经过联轴器32和丝杠33转换为轴向运动；所述阀芯在所述电机31的带动作用下可在轴向一定范围内往复运动，阀芯的位置变化决定了所述产液口40的开度大小，这样通过控制阀芯的位置状态可直接控制对应层位的产液量变化；本发明所述分层配产装置10的控制原理图如图7所示。

本发明上述大斜度井智能分层采油管柱的作业方法，包括以下步骤：

步骤一：为了保证分层配产装置10能够一次性顺利下入预定位置，判断井下防砂段的台阶及遇阻点的影响大小，首先下入通井管柱，通井工具外形尺寸与分层配产装置10相同，确保通井工具多次下入井底位置，通井结束后起出通井管柱。

步骤二：将分层配产装置10按照下入层位的不同进行编号，地面所有配产装置联调测试正常，设置最下端的分层配产装置10产液口40全开，其它分层配产装置10产液口40全关，按照图1所示下入大斜度井智能分层采油管柱，钢铠电缆13随同管柱一同下入；下入过程中，管柱每下入200米，钢铠电缆13连接地面控制器2和上位机1，判断通信正常与否；若通信正常则继续下入管柱，否则停止下入后寻找故障原因和解决措施。

步骤三：大斜度井智能分层采油管柱到位后进行验封。管柱验封的具体方法为：保持最下端的分层配产装置10产液口40全开、其它分层配产装置10产液口40全关，从环空注入清水，观察所有分层配产装置10的管外压力变化情况，若最上端分层配产装置10和与最下端分层配产装置10相邻的分层配产装置10的管外压力升高、其它分层配产装置10管外压力无变化，则说明过电缆定位密封9和最下端过电缆插入密封11密封良好，否则需起出管柱更换新工具后重新下入；然后保持中间任一的分层配产装置10产液口40全开，其相邻的两个分层配产装置10产液口40全关，从环空注入清水，观察其相邻的分层产液装置的管外压力变化，若两者压力都无变化，则说明相邻的过电缆插入密封11密封良好，否则起出管柱更换后重新下入。

步骤四：验封完毕后，控制各个生产层对应的分层配产装置10产液口40全开后，启泵生产。生产过程中，当生产一段时间后井口含水上升时，首先，通过单独生产某一层、关闭其它层的方式判断高含水层位；找到高含水层位后，上位机1发出关闭指令，通过地面控制器2及钢铠电缆13传送至该层的分层配产装置10的控制电路板29，解码电路解码后由电机31控制器控制电机31的正转或反转，从而带动阀芯的轴向运动，霍尔传感器启动检测阀芯位置，当检测阀芯位置到达关闭位置后，电机31停止转动，关闭该层生产。

步骤五：当需要对某一层位进行酸化作业时，控制此层位的分层配产装置10产液口40全开、其它的分层配产装置10产液口40全关，地面注入酸液即可实现针对此层位的定点酸化。

Claims (9)

1.一种大斜度井智能分层采油管柱，包括由外而内依次设置的套管，分层防砂完井管柱和分层生产管柱；所述分层防砂完井管柱包括设置于套管内的顶部封隔器、至少一个隔离封隔器和沉砂封隔器，所述封隔器之间通过筛管相连接，相邻两个所述封隔器之间形成一个生产层；所述分层生产管柱包括由上至下通过油管依次连接的井下安全阀、过电缆封隔器、潜油电泵机组、泵工况仪、带孔管和圆堵；其特征在于，所述潜油电泵机组的上端直接连接所述过电缆封隔器、下端直接连接泵工况仪；所述带孔管和所述圆堵之间设置有过电缆定位密封，若干个分层配产装置和至少一个过电缆插入密封，所述带孔管的上端直接连接所述泵工况仪、下端直接连接所述过电缆定位密封，所述过电缆定位密封、所述分层配产装置和所述过电缆插入密封之间通过油管相互连接；每一个所述分层配产装置均通过钢铠电缆连接至与上位机相连的地面控制器；

所述分层配产装置包括由上至下依次连接的上接头、外套、桥式通道和下接头；所述上接头和所述下接头上分别设置有用于与所述钢铠电缆相连接的电缆接头；所述外套内轴向设置有中间通道，所述中间通道和所述外套之间形成环空过流通道；所述桥式通道内轴向设置有下端与下接头内的进液口相连通的本层产液过流通道，和位于本层产液过流通道两侧、上端与环空过流通道相连通、下端与下接头内的进液口相连通的桥式过流通道，所述桥式通道径向设置有与本层产液过流通道相连通的产液口；所述中间通道内由上至下设置有相互连接的控制电路板、电机、联轴器和丝杠，所述丝杠的下端连接有下半部位于所述桥式通道内的阀芯，所述阀芯包括与所述丝杠相连接的阀杆、和与阀杆相连接、位于所述本层产液过流通道内的阀头，所述控制电路板包括控制/采集模块，与所述控制/采集模块相连接的解码电路、电机控制器、霍尔位置传感器、阀下限位置开关和阀上限位置开关，以及与解码电路相连接的温度传感器；通过控制所述阀芯的位置状态直接控制对应层位的产液量变化。

2.根据权利要求1所述的大斜度井智能分层采油管柱，其特征在于，所述桥式通道的侧壁上设置有与所述控制电路板相连接的压力传感器。

3.根据权利要求1所述的大斜度井智能分层采油管柱，其特征在于，所述电缆定位密封包括定位密封本体，设置在所述定位密封本体上端的定位密封压帽，设置在所述定位密封本体外表面上、与所述顶部封隔器密封连接的密封模块，和设置在所述定位密封本体下端的电缆保护盖；所述定位密封本体的侧壁上开设有电缆穿越通道，所述电缆穿越通道的下端部设置有电缆密封接口；所述定位密封压帽通过螺纹与所述定位密封本体相连接，其最大外径大于所述密封模块的最大外径，其下端设置有与所述顶部封隔器相配合的定位台阶。

4.根据权利要求1所述的大斜度井智能分层采油管柱，其特征在于，所述过电缆插入密封包括插入密封本体，设置在所述插入密封本体上端的插入密封压帽，设置在所述插入密封本体外表面上、与所述隔离封隔器密封连接的密封模块，和设置在所述插入密封本体下端的电缆保护盖；所述插入密封本体的侧壁上开设有电缆穿越通道，所述电缆穿越通道的下端部设置有电缆密封接口；所述插入密封压帽通过螺纹与所述插入密封本体相连接，其最大外径小于所述密封模块的最大外径。

5.根据权利要求1所述的大斜度井智能分层采油管柱，其特征在于，所述分层配产装置分别对应每一生产层，所述电缆定位密封设置于所述顶部封隔器内部，所述过电缆插入密封设置于所述隔离分隔器内部。

6.一种基于上述权利要求1至5任一项所述大斜度井智能分层采油管柱的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)下入通井管柱，确保通井工具多次下入井底位置，通井结束后起出通井管柱；

(2)分层配产装置联调测试正常，设置最下端的分层配产装置产液口全开、其它分层配产装置产液口全关，下入大斜度井智能分层采油管柱，钢铠电缆随同管柱一同下入；

(3)大斜度井智能分层采油管柱到位后进行验封；

(4)验封完毕后，控制各个生产层对应的分层配产装置产液口全开后，启泵生产；

(5)当需要对某一层位进行酸化作业时，控制此层位的分层配产装置产液口全开、其它的分层配产装置产液口全关，地面注入酸液即可实现针对此层位的定点酸化。

7.根据权利要求6所述的大斜度井智能分层采油管柱的作业方法，其特征在于，步骤(1)中，所述通井工具的外形尺寸与分层配产装置相同。

8.根据权利要求6所述的大斜度井智能分层采油管柱的作业方法，其特征在于，步骤(3)中，管柱验封的具体方法为：保持最下端的分层配产装置产液口全开、其它分层配产装置产液口全关，从环空注入清水，观察所有分层配产装置的管外压力变化情况，若最上端分层配产装置和与最下端分层配产装置相邻的分层配产装置的管外压力升高、其它分层配产装置管外压力无变化，则说明过电缆定位密封和最下端过电缆插入密封密封良好，否则需起出管柱更换新工具后重新下入；然后保持中间任一的分层配产装置产液口全开，其相邻的两个分层配产装置产液口全关，从环空注入清水，观察其相邻的分层产液装置的管外压力变化，若两者压力都无变化，则说明相邻的过电缆插入密封密封良好，否则起出管柱更换后重新下入。

9.根据权利要求6所述的大斜度井智能分层采油管柱的作业方法，其特征在于，步骤(4)中，生产过程中，当生产一段时间后井口含水上升时，首先，通过单独生产某一层、关闭其它层的方式判断高含水层位；找到高含水层位后，上位机发出关闭指令，通过地面控制器及钢铠电缆传送至该层的分层配产装置的控制电路板，解码电路解码后由电机控制器控制电机的正转或反转，从而带动阀芯的轴向运动，霍尔传感器启动检测阀芯位置，当检测阀芯位置到达关闭位置后，电机停止转动，关闭该层生产。