CN107304666B - 一种采油气方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种采油气方法。该方法包括以下步骤：步骤一，判断井的产量；步骤二，在产量降至预值时，封堵所述井的原生产管柱；步骤三，向原生产管柱内下入直径小于原生产管柱的油管；步骤四，使井的井底与油管连通并作为生产管柱，以使得油气通过生产管柱喷出。使用该方法能在原生产管柱中下入直径小的油管，从而形成新的生产管柱，以保持气液流速高于临界携液流速，而保证油气井的自喷生产。另外，在下入油管前，封堵了原生产管柱，井口压力降低为常压，使得直径较小的油管能实现不带压下入，操作更安全顺利。

Description

一种采油气方法

技术领域

本发明涉及油气田开采技术领域，具体涉及一种采油气方法。

背景技术

对于绝大多数油气田中的油气井，在生产初期，地层压力较高，则油气产量较高，在生产井底及井筒内气液的流动速度超过临界携液流速，此时液体将完全被气流携带至地面，井底不积液或积液较少，该油气井能够保持自喷生产。

在生产中后期，随着开采时间的延长，地层压力逐渐降低，在原生产管柱不变的条件下，油气产量也会随之降低，在生产井筒内气液的流速也随之降低，使得气体携液能力越来越差，最终导致气体无法有效将井底液体及时带至地面，导致井筒积液逐渐增多，最终会导致不能靠地层能量自喷生产。并且，由于积液的存在，将会增大对地层的回压，降低生产压差，有时甚至会将油气井完全压死以致关井。

为解决油气生产中后期存在的无法靠地层能量进行自喷生产的问题。现有技术中，常使用泵抽或者增加地层压力的方法生产提高产量。这些方法虽然能够继续开采油气，但是，泵抽或者增加地层压力的方法增加了操作成本，降低了油气井开采效率，因而最终会影响整个油气田开发的经济效益。

因此，急需一种采油气方法，以保证在油气生产的中后期的开采效率。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种采油气方法。使用该方法能在原生产管柱中下入直径小的油管，从而形成新的生产管柱，以保证油气井的稳定生产。另外，在下入油管前，封堵了原生产管柱，降低了井口压力，使得直径较小的油管可以不带压下入，操作更安全。同时，通过封堵原生产管柱以使得原生产管柱的上端处于不带压状态，能降低对地层的污染，降低下入油管的作业时间和作业费用。

根据本发明提出了一种采油气方法，包括以下步骤：

步骤一，判断井的产量，

步骤二，在产量降至预值时，封堵所述井的原生产管柱，

步骤三，向原生产管柱内下入直径小于原生产管柱的油管，

步骤四，使井的井底与油管连通并作为生产管柱，以使得油气通过生产管柱喷出。

在一个实施例中，重复步骤一到步骤四以进行多次循环操作，并且，在所述步骤二中采用封堵器封堵井的原生产管柱，在步骤四中，所述封堵器能被打通以连通井底与油管。

在一个实施例中，第一次操作过程中，封堵器下入到套管中，并且封堵器下入到临近井的生产层处。

在一个实施例中，第一次操作过程中，向直井下入封堵器时，封堵器被下入到直井的生产层的顶界之上不大于10米位置处，或向水平井下入封堵器时，封堵器被下入到水平井的脚跟处。

在一个实施例中，在所述步骤三中，下入的油管的下端面均伸入到井的液面之下。

在一个实施例中，在所述步骤三中，下入的所述油管的下端面与相应的位于直井内的封堵器或者位于水平井的直井段的封堵器的上端面之间的距离不大于4米。

在一个实施例中，向油管中下入封堵器时，使得封堵器的下端面距离油管的下端面的距离不大于5米。

在一个实施例中，在最后一次下入的油管中设置气举阀。

在一个实施例中，在所述步骤四中，可通过注入压缩氮气或天然气的方式诱喷。

在一个实施例中，在步骤一中，的产量为产气量Q_g，在步骤二中，通过公式(1)得到预值Q_c：

在公式(1)中，d为原生产管柱的内直径，u_g为临界流速，并且通过公式(2)得到，

在公式(2)中，α为常数系数，σ为界面张力，ρ_L为液体密度，ρ_G为气体密度。

与现有技术相比，本发明的优点在于，使用该方法能在原生产管柱中下入直径小的油管，从而形成新的生产管柱，以保持气液流速高于临界携液流速，而保证油气井的自喷生产。另外，在下入油管前，封堵了原生产管柱，井口压力降低为常压，使得直径较小的油管能实现不带压下入，操作更安全顺利。同时，通过封堵原生产管柱以使得原生产管柱的封堵器的上端处于不带压状态，能降低对地层的污染，降低下入油管的作业时间和作业费用，也降低了作业风险。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明采油气方法的流程图；

图2显示了根据本发明的向水平井的套管中下入封堵器和相应的油管后的井筒示意图；

图3显示了根据本发明的向直井的套管中下入封堵器和相应的油管后的井筒示意图；

图3A显示了根据本发明的向变径的井的套管中下入封堵器和相应的油管后的井筒示意图；

图4显示了根据本发明的在水平井中油管嵌套的井筒示意图；

图5显示了根据本发明的在直井中油管嵌套后的井筒示意图；

图6是根据本发明的封堵器的第一实施例的结构示意图；

图7为图6中1a部分的局部放大图；

图8是根据本发明的封堵器的第二实施例的结构示意图；

图9是根据本发明的封堵器的第三实施例的结构示意图；

图9A是根据本发明的封堵器的第三实施例的楔形塞结构示意图；

图10是根据本发明的封堵器的第四实施例的结构示意图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的采油气方法的流程图。如图1所示，采油气方法包括以下步骤：S1，判断井的产量；S2，在产量降至预值时，封堵井的原生产管柱；S3，向原生产管柱内下入直径小于原生产管柱的油管；S4，使井的井底与油管连通并作为生产管柱，以使得油气通过生产管柱喷出。

产油气初期，由于地层压力比较大，油气井通过自喷产出。而自喷一段时间后，地层能量减小，当降低至预值的时候，就需要向原生产管柱内下入直径更小的油管而形成新的生产管柱，而保证油气井的自喷，以提高产量。根据本发明，在下入油管之前，封堵了原生产管柱，使得井口压力降低为常压，从而保证直径较小的油管能实现不带压下入，确保操作更安全顺利。同时，通过封堵原生产管柱以使得原生产管柱的封堵器的上端处于不带压状态，能降低对地层的污染，降低下入油管的作业时间和作业费用，也降低了作业风险。

优选地，可以采用封堵器100封堵井的原生产管柱，如图2和3所示。在井的产量降至预值时，将封堵器100下入到井的原生产管柱中，以封堵原生产管柱，从而降低封堵器100上部的原生产管柱的压力。此时，可下入油管200，由于封堵器100的封堵效果，下油管200为不带压操作。从而，通过上述方法，能保证油管200更顺利地下入到井筒中，降低了下油管200的作业时间和作业费用。在将油管200下入后，操作封堵器100，使得封堵器100被打通，以连通井底和下入的油管200，从而形成新的生产管柱。通过这种结构，减小了原生产管柱的直径，则可再次实现油气井的自喷生产，从而提高了油气井产量。

在一个实施例中，重复采油气方法中的S1到S4以进行多次循环操作。也就是，在采油气过程中，可以下入多次封堵器100，并在下入每个封堵器100后，再不带压下入油管200，以实现生产管柱的直径不断缩小，优化产油气速率，如图4和5所示。例如，在生产初期，油气通过套管300(作为生产管柱)喷出。在生产一段时间后，当通过套管300的产量降低时，向套管300中下入封堵器100后，并下入直径较小的油管200，作为新的生产管柱。再接着，当井的产量再次降低时，需要向油管200中下入次级的油管200，以保证自喷顺利进行。从而，在井筒内形成了嵌套的油管200，并且直径最小的油管200为现生产管柱。

在第一次操作过程中，封堵器100下入到套管300中。并且封堵器100下入到临近井的生产层处，如图2和3所示。当向直井中下入封堵器100的时候，优选地，第一次操作过程中，也就是，首次需要下入封堵器100的时候，下入的封堵器100下入到井的生产层的顶界之上不大于10米位置处，如图3所示。通过这种设置保证了油气能顺利自喷。而当向水平井中下入封堵器100的时候，优选地，首次需要下入的封堵器100被下入到水平井的脚跟处，如图2所示。需要说明地是，在井筒具有变径等情况下，可以调整封堵器100的外形尺寸，以保证可将其下入到临近井的生产层处，如图3A所示。

在一个实施例中，下入的油管200的下端面均伸入到井的液面之下。井的液面是指油、水、泥浆压井液等或其混合物。通过这种设置可以保证油气自喷的顺利进行，实现油气井的低成本开采。

在一个实施例中，如图5所示，当井筒为直井时，在每次下入封堵器100后，需要下入油管200。并且油管200的下入位置应更靠近封堵器100，以实现更好地连通。优选地，油管200的下端面与之下临近的封堵器100的上端面之间的距离不大于4米。而如图4所示，当井筒为水平井时，当向套管300中下入封堵器100并下入的油管200之后，在向油管200内下入次级封堵器100，接着在向油管200内下入次级油管200，并且次级油管200的下端也要尽量靠近次级封堵器100，以实现更好地连通。优选地，次级油管200的下端面与之下临近的次级封堵器100的上端面之间的距离不大于4米。

在需要向油管200中下入封堵器100时，需要使得封堵器100的下端面距离油管200的下端面的距离不大于5米。例如，封堵器100的下端面距离油管200的下端面2米。通过这种设置即保证了封堵器100能顺利地进行下入操作，又保证了油气的连续自喷，保持了油气井的自喷生产。

在一个实施例中，在最后一次下入的油管200中设置气举阀(图中未示出)，也就是，在嵌套的油管200中的直径最小的一个油管200上设置气举阀。在生产后期不能自喷时，通过设置气举阀可利用自产气循环气举维持生产，以提高井的产量。

在打通封堵器100后，使得井底与下入的油管200连通，如果不能自喷的话，还可通过注入压缩氮气或天然气的方式诱喷。例如，可以通过制氮车或者压缩天然气诱喷至自喷生产。

根据本发明，可通过判断井的产量以确定封堵器100的下入时机。当产量降至预值时，原生产管柱尺寸较大，不利于自喷，则需要下入油管200形成直径小的新生产管柱，以保证开采效率。例如，井的产量可为产气量Q_g，预值为Q_c，并且Q_c可通过公式(1)得到。公式(1)为：

在公式(1)中，d为原生产管柱的内直径，u_g为临界流速。并且通过公式(2)得到u_g，

在公式(2)中，α为常数系数，σ为界面张力，ρ_L为液体密度，ρ_G为气体密度。同时，σ可依据温度、压力查找对应的图版获取。

由此，油气生产过程中，只要监控井口温度、压力、产气量Q_g便能判断下入油管200的时机。此监控判断方法简单，易于实现。

为了保证封堵的顺利进行，并保证封堵效果，本发明还涉及一种封堵器100，此封堵器100尤其适用于内径为4寸之上的生产管柱。如图6所示，封堵器100包括：芯轴1、套设于所述芯轴1上的压力锁紧机构、卡瓦锚定机构、胶筒密封机构，设置于芯轴1下端的开启机构以及设置于芯轴1上端的丢手机构。

其中，所述压力锁紧机构用于推动并锁紧卡瓦锚定机构和胶筒密封机构，其主要包括：上接头2、下接头12、上背环3、下背环11、上压环41以及下压环42。上接头2和上压环41由上向下依次套设于芯轴1的上部，其中上接头2包覆于上背环3的外侧，且上接头2及上背环3的底端均顶抵于上压环41的顶端。下接头12和下压环42由下向上依次套设于芯轴1的下部，其中下接头12包覆于下背环11的外侧，且下接头12及下背环11的顶端分别顶抵于下压环42的底端。

上接头2、上背环3分别与芯轴1采用单向锁紧齿形结构相连接，即上接头2在受力的情况下能够使其自身带动上背环3相对于芯轴1向下移动，进而推动上压环41相对于芯轴1向下移动，但是上接头2和上背环3无法相对于芯轴1向上移动。而所述下接头12、下背环11分别与芯轴1采用螺纹连接方式进行连接，使得下接头12、下背环11以及下压环42均无法相对于芯轴1进行上、下的移动。

胶筒密封机构主要包括：胶筒10、胶筒上垫环91以及胶筒下垫环92。其中，所述胶筒10套设于位于所述上压环41与下压环42之间的芯轴1上，且所述胶筒上垫环91和胶筒下垫环92分别设于胶筒10的上下两端。

卡瓦锚定机构主要包括：上卡瓦61、下卡瓦62、上锥体81、下锥体82、上卡瓦箍51、下卡瓦箍52、上锥体定位销钉71以及下锥体定位销钉72，其中上锥体81位于胶筒10的上端，更具体地，上锥体81顶抵于胶筒上垫环91的上端，下锥体82位于胶筒10的下端，更具体地，下锥体82顶抵于胶筒下垫环92的下端。所述上锥体81、下锥体82分别通过上、下锥体定位销钉71、72定位于芯轴1上。所述上卡瓦61位于上压环41与上锥体81之间，且上锥体81的外斜面与上卡瓦61的内斜面相配合，下卡瓦62位于下压环42与下锥体82之间，下锥体82的外斜面与下卡瓦62的内斜面相配合。此外，所述上、下卡瓦61、62的内斜面分别设有台阶面，所述台阶面分别与上、下锥体定位销钉71、72压紧连接。上、下卡瓦61、62外分别设有上、下卡瓦箍51、52，用于将上、下卡瓦61、62向芯轴1的方向压紧，并且由于台阶面与上、下锥体定位销钉71、72的配合，实现压紧力对胶筒密封机构的传递从而实现封堵器100的座封。

所述开启机构为实现堵塞器100下端定压开启，建立生产通道的结构，其主要包括：破裂盘14以及O型密封圈13。O型密封圈13安装在芯轴1下端内设的O型圈密封槽内，破裂盘14的周边通过芯轴1下端内阶梯端面和内侧的O型密封圈13的挤压配合以及下背环11台阶内腔表面和下接头12内腔表面的支撑和挤压配合实现破裂盘14的定位和密封，破裂盘14的球形凹面朝上，球形凸面朝下。例如，球形凹面可承受最大正压力1-10MPa，球形凸面可承受来自地层压力的最大背压为20-80MPa；

所述丢手机构包括剪切环1a(请见图7)，所述剪切环1a设置于芯轴1上端内部，剪切环1a的壁厚小于芯轴1的壁厚，因此剪切环1a成为了芯轴1的薄弱部分，便于在剪切环1a处拉断芯轴1。

芯轴1上端通过内螺纹与座封工具的中心杆Z连接，且中心杆Z的下端位于剪切环1a的上方。

优选地，芯轴1材质为铝质但不局限于铝质的能实现封堵器100丢手功能的材料。

优选地，本发明的封堵器100的上下端面均采用斜面尾翼啮合机理设计，上端面采用斜面尾翼结构是为了防止钻磨封堵器100时封堵器100打转，下端面采用斜面尾翼结构是为了在下入封堵器100时能够起到引导的作用。

优选地，本发明可钻式封堵器100主体采用复合材料，可钻性强，密度较小，很容易循环带出地面，避免常规铸铁桥塞磨铣后产生的金属碎屑沉淀。

优选地，本发明封堵器100组件材质涉及涤纶纤维、聚四氟乙烯、丁晴橡胶、球墨铸铁以及其它可实现各组件功能以及封堵器100整体性能要求的材料。

优选地，本发明可钻式封堵器100座封必须使用座封工具，座封工具可选择常规可钻桥塞通用座封工具。

由此，当产量降至预值时，可将封堵器100下入到预订位置，再利用坐封工具坐封封堵器100。座封时，座封工具的中心杆Z不动，与其连接的芯轴1以及与芯轴连接的下背环11、与下背环11连接的下接头12也保持不动；座封工具外推筒下行推动上接头2、上背环3相对芯轴1向下滑动，挤压卡瓦锚定机构施力于上、下锥体81、82，上、下锥体定位销钉71、72受力达到设计剪断值剪断，在继续施力作用下，上、下锥体81、82作用于胶筒密封机构使胶筒10压缩达到完全封隔状态，胶筒10压缩的反作用力与上、下压环41、42推力共同作用使上、下卡瓦61、62扩张压紧在井筒内壁上，封堵器100上接头2、上背环3与芯轴1位置靠锯齿螺纹啮合锁定，实现封堵器100座封。

封堵器100座封，并经过验封后，座封工具外推筒继续施力于封堵器100的上接头2，并最终通过下接头12、下背环11向下作用于芯轴1下端，座封工具外推筒与座封工具中心杆Z发生相对运动，使得与座封工具中心杆Z连接的芯轴1处于拉伸状态，当拉伸力达到设计值，芯轴1在剪切环1a(即芯轴1的薄弱部分)处断裂，实现封堵器100的井下丢手。

此时，可以不压井、不带压地下入油管200，直至油管200到达预设位置。

之后，为了连通井筒和下入的油管200，正向打压到设计开启压力，破裂盘14破碎，通道打通，建立生产通道。

当然封堵器100还可以采用其他结构形式，以实现上述功能。例如，在其它结构相同的情况下，改变开启机构。具体地，如图8所示，开启机构主要包括楔形塞14a和楔形塞剪切销钉13a。所述楔形塞14a的锥形表面与下接头12的内锥形表面过盈配合并通过楔形塞剪切销钉13a进行定位，楔形塞14上端面面积小、下端面面积大，下端面受到地层压力作用而使楔形塞14a不至于意外脱离芯轴1。优选地，楔形塞14a为橡胶类可承受高压密封用材质。在封堵器100上部空间不压井、不带压下油管作业完毕后，正向打压到设计开启压力，剪断楔形塞剪切销钉13a，并且楔形塞14a克服过盈配合摩擦力而被打入井底，通道打通，建立生产通道。

再例如，如图9和9A所示，开启机构主要包括两块拼接式楔形塞14b和两个楔形塞剪切销钉13b。拼接后的两块楔形塞14b的锥形表面与下接头12的内锥形表面过盈配合并通过楔形塞剪切销钉13a进行定位，楔形塞14b上端面面积小、下端面面积大，下端面受到地层压力作用而使楔形塞14b不至于意外脱离芯轴1。在封堵器100上部空间不压井不带压下油管作业完毕后，正向打压到设计开启压力，剪断楔形塞剪切销钉13a，并且楔形塞14b克服过盈配合摩擦力而被打入井底，通道打通，建立生产通道。而采用两块拼接式楔形塞14b相比于一块完整的楔形塞14a的优势在于，当两块拼接式楔形塞14b被打入井底时，自动分散开来，即使井底存在压力将楔形塞14b向上顶推，然而由于拼接式楔形塞14b已经分散开了，那么无法在顶推回下接头12的时候自动拼合，也就确保了定压开启工序顺利完成。

当然，拼接式楔形塞可以不只是由两块拼接结构组成，也可以是三块、四块、六块等等，只要能够保证在下入封堵器100时每块拼接结构都固定于下接头12的内锥形表面内，而且需要定压开启的时候，能够有效分散开即可。

还例如，如图10所示，开启机构主要包括挡板14c以及棒状物13c。首先，挡板14c需要固定安装于芯轴1的下端，并且由下接头12限位，挡板14c能够有效封堵芯轴1的下端。

当需要开启封堵器100时，在井筒内投入棒状物13c，采用“投棒击碎”的工作方式，利用棒状物13c的重力势能将挡板14c击碎，同样，这种开启方式也能够保证顺利完成。

本发明包括但不限定于上述的封堵器100的结构，也就是，既满足能封堵生产管柱，又满足能被打通的封堵器均可以应用到本发明中。但是，当生产管柱的内径大于或等于4寸的时候，优选上述结构的封堵器。而当生产管柱的内径小于4寸时，可以利用例如中国专利CN201310494357中所述的油管封堵器实现上述操作。并且可以通过电缆或者钢丝绳将该封堵器送入到油管200中。

本申请中，所述方位用语“上”和“下”均以地层的方位为参考。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种采油气方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，判断井的产量，

步骤二，在产量降至预值时，采用封堵器封堵所述井的原生产管柱，

步骤三，向原生产管柱内下入直径小于原生产管柱的油管；

步骤四，使井的井底与油管连通并作为新的生产管柱，以使得油气通过新的生产管柱喷出；

重复步骤一到步骤四以进行多次循环操作，在步骤四中，所述封堵器能被打通以连通井底与油管；

其中，所述封堵器包括：芯轴、套设于所述芯轴上的压力锁紧机构、卡瓦锚定机构、胶筒密封机构，设置于芯轴下端的开启机构以及设置于芯轴上端的丢手机构；所述开启机构主要包括楔形塞和楔形塞剪切销钉；所述楔形塞的锥形表面与下接头的内锥形表面过盈配合并通过所述楔形塞剪切销钉进行定位，所述楔形塞上端面面积小、下端面面积大。

2.根据权利要求1所述的采油气方法，其特征在于，第一次操作过程中，封堵器下入到套管中，并且封堵器下入到临近井的生产层处。

3.根据权利要求2所述的采油气方法，其特征在于，第一次操作过程中，向直井下入封堵器时，封堵器被下入到直井的生产层的顶界之上不大于10米位置处，或向水平井下入封堵器时，封堵器被下入到水平井的脚跟处。

4.根据权利要求2所述的采油气方法，其特征在于，在所述步骤三中，下入的油管的下端面均伸入到井的液面之下。

5.根据权利要求4所述的采油气方法，其特征在于，在所述步骤三中，下入的所述油管的下端面与相应的位于直井内的封堵器的上端面或者位于水平井的直井段的封堵器的上端面之间的距离不大于4米。

6.根据权利要求5所述的采油气方法，其特征在于，向油管中下入封堵器时，使得封堵器的下端面距离油管的下端面的距离不大于5米。

7.根据权利要求1所述的采油气方法，其特征在于，在最后一次下入的油管中设置气举阀。

8.根据权利要求1所述的采油气方法，其特征在于，在所述步骤四中，通过注入压缩氮气或天然气的方式诱喷。

9.根据权利要求1所述的采油气方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述的产量为产气量Q_g，在所述步骤二中，通过公式(1)得到预值Q_c：

在公式(1)中，d为原生产管柱的内直径，u_g为临界流速，并且通过公式(2)得到，

在公式(2)中，α为常数系数，σ为界面张力，ρ_L为液体密度，ρ_G为气体密度。

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