CN106761690A - 用于气举工艺模拟的智能试验井 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于气举工艺模拟的智能试验井，包括：外层固井套管、内层悬挂组合套管和油管管柱。内层悬挂组合套管底端设有模拟地层流体的过液通道，过液通道上方连接有电子测温测压装置，电子测温测压装置用于测量所述试验井底部的压力值与温度值。油管管柱连接有托筒，托筒内设置有光纤传感器，光纤传感器用于采集试验压力值与温度值。本发明提供的试验井通过电子测温测压装置以及光纤传感器实时监测井下压力值与温度值，并传至井上以供操作人员或计算机控制井下的试验过程，可以用来智能模拟不同场合下的气举工艺采油过程。进而，可以用于研究优化气举工艺在石油开发中的注采方案，从而获得更高的采收率。

Description

用于气举工艺模拟的智能试验井

技术领域

本发明涉及油田开采技术领域，尤其涉及一种用于气举工艺模拟的智能试验井。

背景技术

当井内的地层能量不能将液体(例如石油等)举升到地面，或者依靠地层能量举升到地面的液体量不能满足要求时，可以采用气举的方法，把高压气体(例如天然气、N2、CO2等)注入井内，并利用其能量举升液体到地面。油田开发过程中，气举工艺采油方法已经广泛被采用，为了对气举工艺采油过程中参数的研究，探索不同的气举工艺过程中参数变化的规律，需要建立用于气举工艺模拟的智能试验井模拟气举工艺采油过程。

目前，还不存在满足智能模拟现场试验标准的用于气举工艺模拟的智能试验井。

发明内容

本发明提供一种可以满足智能模拟现场试验标准的用于气举工艺模拟的智能试验井。

本发明提供的用于气举工艺模拟的智能试验井，包括：

外层固井套管、内层悬挂组合套管和油管管柱，上述内层悬挂组合套管底端设有模拟地层流体的过液通道，上述过液通道上方连接有电子测温测压装置，上述电子测温测压装置用于测量上述试验井底部的压力值与温度值，上述油管管柱连接有托筒，上述托筒内设置有光纤传感器，上述光纤传感器用于采集试验压力值与温度值，上述外层固井套管、内层悬挂组合套管和油管管柱顶端分别与井口装置密封连接；

上述过液通道上方通过油管连接上述电子测温测压装置，上述电子测温测压装置用于测量录取井底压力，并可远程调控使其满足所设计的试验条件，压力信号铠装电缆通过电缆保护卡子固定于上述组合套管外壁并通过井口装置密封穿越至井外，上述压力信号铠装电缆抗拉强度高，耐腐蚀性强。

上述外层固井套管与上述内层悬挂组合套管所构成的双层套管环形空间用于模拟地层流体的通道。

可选的，上述的用于气举工艺模拟的智能试验井，还包括：表层技术套管，上述表层技术套管设置在上述外层固井套管的顶端的外侧，与上述外层固井套管的外壁之间有间隙。

可选的，上述表层技术套管底端连接有表层技术套管浮鞋，上述的表层技术套管浮鞋上方通过上述表层技术套管连接套管扶正器，上述套管扶正器用于对上述外层固井套管进行扶正。

可选的，上述外层固井套管底端设置有外层固井套管浮鞋，上述外层固井套管浮鞋上方通过上述外层固井套管连接有外层固井套管浮箍。

可选的，上述内层悬挂组合套管包括：直井段套管和斜井段套管，上述直井段套管和上述斜井段套管通过变扣接头连接。

可选的，上述直井段套管长1100米，外径七英寸；

上述斜井段套管长527.9米，外径五点五英寸；

上述变扣接头为七英寸变五点五英寸变扣接头。

可选的，上述油管管柱底端连接有喇叭口，上述喇叭口通过上述油管管柱连接有坐放短节，上述坐放短节通过上述油管管柱连接有封隔器，上述封隔器用于密封油管管柱和内层悬挂组合套管之间的环型空间，上述封隔器通过上述油管管柱连接钢丝作业滑套，上述钢丝作业滑套用于使油管管柱与内层悬挂组合套管连通，上述钢丝作业滑套通过上述油管管柱连接有二级托筒、二级气举工作筒、一级气举工作筒和一级托筒，其中，上述二级托筒和上述一级托筒均设置有光纤传感器，上述二级气举工作筒和上述一级气举工作筒均设置有气举阀。

可选的，上述油管管柱长1480米，外径2-7/8英寸。

本发明提供的用于气举工艺模拟的智能试验井，包括：外层固井套管、内层悬挂组合套管和油管管柱。内层悬挂组合套管底端设有模拟地层流体的过液通道，过液通道上方连接有电子测温测压装置，电子测温测压装置用于测量所述试验井底部的压力值与温度值。油管管柱连接有托筒，托筒内设置有光纤传感器，光纤传感器用于采集试验压力值与温度值。外层固井套管、内层悬挂组合套管和油管管柱顶端分别与井口装置密封连接。外层固井套管与内层悬挂组合套管所构成的双层套管环形空间用于模拟地层流体的通道。本发明提供的试验井通过电子测温测压装置以及光纤传感器实时监测井下压力值与温度值，并传至井上以供操作人员或计算机控制井下的试验过程，可以用来智能模拟不同场合下的气举工艺采油过程。进而，可以用于研究优化气举工艺在石油开发中的注采方案，从而获得更高的采收率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明用于气举工艺模拟智能试验井实施例一的结构示意图；

图2为本发明用于气举工艺模拟智能试验井实施例一的另一示意图；

图3为本发明用于气举工艺模拟智能试验井实施例二的结构示意图。

附图标记说明：

1：表层技术套管；

2：套管扶正器；

3：表层技术套管浮鞋；

4：外层固井套管；

5：外层固井套管浮箍；

6：外层固井套管浮鞋；

7：内层悬挂组合套管；

8：七英寸电缆保护卡子；

9：变扣接头；

10：五点五英寸电缆保护卡子；

11：铠装电缆；

12：电子测温测压装置；

13：过液通道；

14：喇叭口；

15：座放短节；

16：封隔器；

17：钢丝作业滑套；

18：二级托筒:；

19：二级气举工作筒；

20：一级气举工作筒；

21：一级托筒；

22：光缆保护卡子；

23：铠装井下光缆；

24：油管管柱；

25：井口装置；

26：第一环形空间；

27：第二环形空间。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和/或“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明提供的智能试验井通过外层固井套管和内层悬挂组合套管组成双层套管空间，内层悬挂组合套管由不同直径的直井段套管和斜井段套管组成。根据气举工艺模拟的需要，可以在内层悬挂组合套管内设置不同的油管管柱。内层悬挂组合套管的斜井井段下部设有过液通道，用于液体通过过液通道进入油管管道；内层悬挂组合套管与下入的油管管柱之间可以通入高压气体。并且，通过电子测温测压装置实时检测井下压力值与温度值，通过光纤传感器实时监测气举阀处压力值与温度值，测得参数可传至地面，以供操作人员或计算机控制试验过程，进而实现智能模拟气举试验。通过上述气举工艺模拟智能试验井进行的气举工艺模拟数据，可以用于研究优化气举工艺在石油开发中的注采方案，从而获得更高的采收率。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

实施例一

图1为本发明用于气举工艺模拟智能试验井实施例一的结构示意图。参考图1，本发明提供的用于气举工艺模拟智能试验井包括：外层固井套管4、内层悬挂组合套管7和油管管柱24。其中，油管管柱24为根据气举工艺模拟试验的需要下入到内层悬挂组合套管7内。

具体的，第一环形空间26为外层固井套管4与内层悬挂组合套管7两套管之间的环形空间；第二环形空间27为内层悬挂组合套管7与油管管柱24之间的环形空间。

具体的，上述内层悬挂组合套管7底端设有模拟地层流体的过液通道13。过液通道13设置在内层悬挂组合套管7的靠近井底的一端。气举工艺模拟试验用的液体介质由第一环形空间26流入，第一环形空间26内的液体介质通过内层悬挂组合套管7的过液通道13进入第二环形空间27。外层固井套管4与内层悬挂组合套管7所构成的双层套管环形空间，即第一环形空间26是用于模拟地层流体的通道。

具体的，过液通道13上方通过油管连接电子测温测压装置12，电子测温测压装置12用于测量录取井底压力值与温度值，井底压力值与温度值可传至井上的计算机，实现可远程智能调控，使试验井中操作满足所设计的试验条件。电子测温测压装置12测得的传输温度、压力信号通过铠装电缆11传至地面。铠装电缆11通过电缆保护卡子固定于内层组合套管7外壁，并在井口处穿过井口装置25至井外。铠装电缆11抗拉强度高，耐腐蚀性强。

具体的，电子测温测压装置12设置在过液通道13的上部，设置在内层悬挂组合套管7的外壁。电子测温测压装置12用于测量第一环形空间26靠近过液通道13处的压力值与温度值。其中，通过测量第一环形空间26靠近过液通道13处的压力值，可以用来计算第一环形空间26内液体介质的液面高度；通过测量第一环形空间26靠近过液通道13处的温度值，可以用来推算温度对气体体积的影响以及温度对液体介质密度的影响，有利于气举工艺模拟试验结果准确性。电子测温测压装置12测得的数据通过铠装电缆11传至井外，以供操作人员查看记录。

作为一种可实施的方式，铠装电缆11下端与电子测温测压装置12连接，用于接收数据。铠装电缆11的井内部分分别通过五点五英寸电缆保护卡子10和七英寸电缆保护卡子8固定于内层悬挂组合套管7的直井段套管外壁和斜井段套管的外壁。铠装电缆11在井口部分通过井口装置25穿出井外，进一步连接与计算机。其中，铠装电缆11在井口部分与井口装置25为密封连接。

可选的，内层悬挂组合套管7包括：直井段套管和斜井段套管，直井段套管和斜井段套管通过变扣接头连接9连接。过液通道13可以设置在斜井端套管的靠近井底的部分。当试验井用于模拟气举工艺时，油管管柱24穿设在内层悬挂组合套管7的直径段套管内或者内层悬挂组合套管7的斜井段套管内。用于气举工艺试验的液体介质由过液通道13进入内层悬挂组合套管7内后，可以进入内层悬挂组合套管7内穿设的油管管柱24。用于进一步的气举工艺模拟试验。

可选的，内层悬挂组合套管7的直井段套管长1100米，外径七英寸；内层悬挂组合套管7地斜井段套管长527.9米，外径五点五英寸；变扣接头9为七英寸变五点五英寸变扣接头，用于密封连接上述直径段套管和斜井段套管。

可选的，油管管柱24底端连接有喇叭口14，喇叭口14通过油管管柱24连接有坐放短节15。

可选的，坐放短节15通过油管管柱24连接有封隔器16，封隔器16用于密封油管管柱24和内层悬挂组合套管7之间的环型空间，也就是说，封隔器16可用于密封第二环形空间27。

可选的，封隔器16通过油管管柱24连接钢丝作业滑套17，钢丝作业滑套17用于使油管管柱24与内层悬挂组合套管7连通。

可选的，钢丝作业滑套17通过油管管柱24连接有二级托筒18、二级气举工作筒19、一级气举工作筒20和一级托筒21。

可选的，用于气举工艺试验的高压气体通入内层悬挂组合套管7与油管管柱24之间的第二环形空间27。

具体的，油管管柱24连接有托筒，托筒内设置有光纤传感器，光纤传感器用于采集第二环形空间27内的试验压力值与温度值。油管管柱24根据气举工艺试验需要进行设置，作为一种可实施的方式，本实施例中油管管柱24设置有两级托筒：一级托筒21和二级托筒18，每级托筒内设置有光纤传感器；本实施例中油管管柱24设置有两级气举阀：一级气举工作筒20和二级气举工作筒19，每级工作筒内设置有气举阀。一级托筒21和一级气举工作筒20设置在内层悬挂组合套管7的直井段套管外壁，一级托筒21内设置的光纤传感器用于测量一级气举工作筒20一级气举阀处的压力值与温度值。二级托筒18和二级气举工作筒19设置在内层悬挂组合套管7的斜井段套管外壁，二级托筒18内设置的光纤传感器用于测量二级气举工作筒19二级气举阀处的压力值与温度值。可选的，上述光纤传感器测得的第二环形空间27内，两处气举阀处的压力值与温度值，通过铠装井下光缆23传至地面。从而把气举阀处压力值与温度值传至井上的计算机，实现操作人员的可远程智能调控，使试验井中操作满足所设计的试验条件。

作为一种可实施的方式，铠装井下光缆23与托筒内的光纤传感器连接，用于接收数据。铠装井下光缆23的井内部分通过光缆保护卡子22固定于内层悬挂组合套管7的外壁。铠装井下光缆23在井口部分通过井口装置25穿出井外，进一步连接与计算机。其中，铠装井下光缆23在井口部分与井口装置25为密封连接。

具体的，外层固井套管4、内层悬挂组合套管7和油管管柱24顶端分别与井口装置25密封连接，有利于提高气举工艺模拟试验采集试验数据的准确性。

可选的，本发明提供的气举工艺试验模拟试验井还包括：表层技术套管1，表层技术套管1设置在上述外层固井套管4的顶端的外侧，与外层固井套管4的外壁之间有间隙。

可选的，表层技术套管1底端连接有表层技术套管浮鞋3，表层技术套管浮鞋3上方通过表层技术套管1连接套管扶正器2，所述套管扶正器2用于对外层固井套管4进行扶正。

可选的，外层固井套管4底端设置有外层固井套管浮鞋6，外层固井套管浮鞋6上方通过所述外层固井套管4连接有外层固井套管浮箍5。

具体的，上述外层固井套管浮箍5、外层固井套管浮鞋6和表层技术套管浮鞋3可以是水泥式或者是金属式。外层固井套管浮鞋6和表层技术套管浮鞋3分别设置在外层固井套管1最下端和外层固井套管4最下端，固井套管浮箍5设置在外层固井套管浮鞋6上端，用于在注水泥的时候防止注水泥时水泥浆倒返。

可选的，用于气举工艺模拟试验的油管管柱24可以是油管管柱长1480米，外径2-7/8英寸。

基于以上气举工艺模拟智能试验井的结构，其用于气举工艺模拟试验的过程可以是：

根据气举工艺模拟试验的需要，选择油管管柱24置于内层悬挂组合套管7内。首先，向第一环形空间26内注入气举工艺模拟试验用的流体介质，流体介质会通过过液通道13进入内层悬挂组合套管7，进而，液体介质进入油管管柱24。此时，油管管柱24与内层悬挂组合套管7的液面处于同一高度，试验井可以相当于油井停产的情况。可以通过电子测温测压装置12检测第一环形空间内液体介质的高度。其次，将封隔器16设于油管管柱24。

图2为本发明用于气举工艺模拟智能试验井实施例一的另一示意图。图2内容是气举工艺模拟试验过程中第二环形空间27压力随时间的变化曲线。再次，通过气体压缩机向第二环形空间27内注入高压气体，例如，天然气、氮气或二氧化碳等。

其中，随着高压气体的注入，第二环形空间27内的压强逐渐增大，此时，注入高压气体的速度应该被控制在某一限度之内，例如：注入高压气体的速度被控制在3兆帕每小时。

参考图2，在上述向第二环形空间27的过注入高压气的过程中，图2中0-t1时间段内，第二环形空间27内压力不断升高。在向第二环形空间27注入高压气体的过程中，随着第二环形空间27内的压强逐渐增大，当增大至打开气举阀的预设压力值时，高压气体可以通过气举阀进入油管管柱24。例如本实施例中一级气举工作筒20内设置的气举阀预设压力值用M1表示，二级气举工作筒19内设置的气举阀预设压力值用M2表示，其中M1值大于M2值。

本发明提供的智能试验井中，随着高压气体注入第二环形空间27内，一级气举工作筒20处的一级气举阀先打开，高压气体从一级气举阀处进入油管管柱24。油管管柱24内的液体介质和高压气体混合，此时，油管管柱24内部密度降低，有利于油管管柱24内液体介质的上升。由一级气举阀进入的高压气体主要带动处于油管管柱24内一级气举阀位置以上部位的液体介质，沿油管管柱24上升，直至液体介质喷出井口。在此过程中，一级托筒21检测一级气举阀处的压力值和温度值，并传至井上。

当高压气体从气举阀进入油管管道24，图2中t1时刻时，第二环形空间27内压力达到最大值为p1，也是本次气举工艺模拟试验的启动压力p1。

一级气举阀打开后，继续向第二环形空间27注入高压气体，油管管柱24内液体介质和高压气体的混合气液的密度越来越低，一级气举阀处的压力急剧下降(图2中t1-t2时间段)至p3。当一级气举阀处的压力值不能满足一级气举阀打开时，一级气举阀关闭，同样，一级托筒21检测一级气举阀处的压力值和温度值，并传至井上。

当压力值低于第一环形空间26内压力值时，流体介质由第一环形空间26进入第二环形空间27。由于流体介质进入第二环形空间27使油管管柱24内的混气液密度又增加，所以注气压力也会上升(图2中t2-t3时间段)，经过一段时间后趋于稳定(图2中t3时刻后)，此时的注气压力称为工作压力p2。

油管管柱24内处于一级气举阀位置以下部分的液体介质，可以通过由二级气举工作筒19处二级气举阀的开闭，完成对此部分液体介质的气举试验过程。具体过程与上述一级气举阀处工作过程相同，在此不再赘述。

可选的，本发明提供的试验井还可以包括第三气举阀、第四气举阀等，根据气举工艺试验的需要进行设置。

本实施例中，通过试验井的外层固井套管与内层悬挂组合套管形成第一环形空间，用于注入气举工艺模拟试验用的液体介质；内层悬挂组合套管底端设有模拟地层流体的过液通道，液体介质通过过液通道可以进入内层悬挂组合套管内部；同时，内层悬挂组合套管内部设置油管管柱，液体介质可以进入油管管柱；内层悬挂组合套管和油管管柱形成第二环形空间，用于注入气举工艺模拟试验用的高压气体；又通过在油管管柱外壁设置气举阀以及测温侧压装置，使得本发明提供的试验井可以模拟气举工艺模拟试验，取得气举工艺模拟数据，可以用于研究气举工艺在石油开发中的广泛应用。进而，可以用于研究优化气举工艺在石油开发中的注采方案，从而获得更高的采收率。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上设置的。图3为本发明用于气举工艺模拟智能试验井实施例二的结构示意图。参考图3，图3的内容是在图1的基础上不包括：油管管柱24以及设置于油管管柱24的部件。

内层悬挂组合套管7由不同直径的直径段套管和斜井段套管组成，所以本发明提供的气举工艺模式试验井可以用来下不同的油管管柱，进而可以模拟不同类型的气举工艺试验，包括：连续气举采油试验、间歇气举采油试验、直井气举采油试验和斜井气举采用试验等。

并且本发明提供的气举工艺模式试验井深度可以发到1628.9米，用本发明提供的试验井模拟的气举工艺试验数据贴合实际，对于气举工艺用于油田的开发具有研究意义。

本实施例中，根据气举工艺模拟试验的需要，可以采用不同的油管管柱下入内层悬挂组合套管内进行气举工艺模拟试验。并且本发明提供的试验井井深深度值高，使得气举工艺模拟试验更加贴近于现实，试验结果更具有研究意义。因此，本发明提供的试验井应用范围广，并且用于气举工艺模拟试验的试验结果精度高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种用于气举工艺模拟的智能试验井，其特征在于，包括：

外层固井套管、内层悬挂组合套管和油管管柱，所述内层悬挂组合套管底端设有模拟地层流体的过液通道，所述过液通道上方连接有电子测温测压装置，所述电子测温测压装置用于测量所述试验井底部的压力值与温度值，所述油管管柱连接有托筒，所述托筒内设置有光纤传感器，所述光纤传感器用于采集试验压力值与温度值，所述外层固井套管、内层悬挂组合套管和油管管柱顶端分别与井口装置密封连接；

所述过液通道上方通过油管连接所述电子测温测压装置，所述电子测温测压装置用于测量录取井底压力值与温度值，并可远程调控，使其满足所设计的试验条件，所述电子测温测压装置测得的传输温度、压力信号通过铠装电缆传至地面，铠装电缆通过电缆保护卡子固定于所述组合套管外壁，并在井口处穿过井口装置至井外，所述铠装电缆抗拉强度高，耐腐蚀性强；

所述外层固井套管与所述内层悬挂组合套管所构成的双层套管环形空间用于模拟地层流体的通道。

2.根据权利要求1所述的用于气举工艺模拟的智能试验井，其特征在于，还包括：表层技术套管，所述表层技术套管设置在所述外层固井套管的顶端的外侧，与所述外层固井套管的外壁之间有间隙。

3.根据权利要求2所述的用于气举工艺模拟的智能试验井，其特征在于，所述表层技术套管底端连接有表层技术套管浮鞋，所述表层技术套管浮鞋上方通过所述表层技术套管连接套管扶正器，所述套管扶正器用于对所述外层固井套管进行扶正。

4.根据权利要求1所述的用于气举工艺模拟的智能试验井，其特征在于，所述外层固井套管底端设置有外层固井套管浮鞋，所述外层固井套管浮鞋上方通过所述外层固井套管连接有外层固井套管浮箍。

5.根据权利要求1所述的用于气举工艺模拟的智能试验井，其特征在于，所述内层悬挂组合套管包括：直井段套管和斜井段套管，所述直井段套管和所述斜井段套管通过变扣接头连接。

6.根据权利要求5所述的用于气举工艺模拟的智能试验井，其特征在于，所述直井段套管长1100米，外径七英寸；

所述斜井段套管长527.9米，外径五点五英寸；

所述变扣接头为七英寸变五点五英寸变扣接头。

7.根据权利要求1所述的用于气举工艺模拟的智能试验井，其特征在于，所述油管管柱底端连接有喇叭口，所述喇叭口通过所述油管管柱连接有坐放短节，所述坐放短节通过所述油管管柱连接有封隔器，所述封隔器用于密封油管管柱和内层悬挂组合套管之间的环型空间，所述封隔器通过所述油管管柱连接钢丝作业滑套，所述钢丝作业滑套用于使油管管柱与内层悬挂组合套管连通，所述钢丝作业滑套通过所述油管管柱连接有二级托筒、二级气举工作筒、一级气举工作筒和一级托筒，其中，所述二级托筒和所述一级托筒均设置有光纤传感器，所述二级气举工作筒和所述一级气举工作筒均设置有气举阀。

8.根据权利要求7所述的用于气举工艺模拟的智能试验井，其特征在于，所述油管管柱长1480米，外径2-7/8英寸。