CN108222853B - 一种海上油田双管注水管柱及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上油田双管注水管柱及方法，在海上油田双管注水管柱中，所述内管柱包括上下相连接的内管和光杆，所述外管柱包括外管，所述外管上还设置有定压筛管、双级内密封工具、可洗井密封工具，所述定压筛管位于穿越型环空安全封隔器下方，连通内外管环空与上油层，所述双级内密封工具位于定压筛管下方，与所述光杆配合密封，封堵内外管环空，所述可洗井密封工具位于外管外管下端，与位于上、下油层中的防砂套管之间设置防砂套管密封筒配合密封，所述光杆下端连通至下油层。该管柱能够简化施工步骤，提高分层效果及使用寿命，符合海上油田开发的较高的环保安全要求。

Description

一种海上油田双管注水管柱及方法

技术领域

本发明涉及石油开采井下注水管柱，具体地说是一种海上油田双管注水管柱及方法。

背景技术

目前的同心双管注水虽然可以地面调配，具有测调简单、配注精确、省去大量的工作量的特点，实现大压差油层的有效分层注水。但是该工艺在应用中同样受井斜限制、井底压力大、温度高等条件的约束，内外管之间分层效果较差，容易出现串层现象。此外,液控式双控安全阀易失效，安全可靠性较低，不符合海上高安全标准的要求。

经过检索，发现公开(公告)号101775977A，公开(公告)日2010-07-14的公开文献公开了一种双管分注井安全生产管柱，包括地面控制系统、液控管线、环空安全阀、环空封隔器、定位注入阀、密封插头、管柱、注入安全阀、注入分层封隔器、注入阀、丝堵、底部滤砂管、锚定器、防砂封隔器、防砂筛管、防砂管柱、套管柱和注水管柱。所述注水管柱上部安装于套管柱中，下部安装于防砂管柱中。防砂管柱安装于套管柱内。防砂管柱上部安装有悬挂封隔器，中部顺次安装连接有防砂筛管、防砂封隔器、防砂筛管，下部顺次与锚定装置、底部滤砂管、丝堵相连接。注水管柱上顺次安装有环空安全阀、环空封隔器、定位注入阀、注入安全阀、注入分层封隔器、注入阀和丝堵，环空安全阀与地面液压控制系统之间由液控管线相连接。这个公开文献中的分注双管以及下方的注水管柱均为一体式结构，这样不但本身载荷很大，尤其注水压力发生变化时，所安装的锚定装置或者封隔器所受载荷很大，使用不稳定，一体式结构也容易损坏影响各部件寿命；在使用过程中下端的密封插头不容易插到位，而且分流后径向、轴向、斜向的流动路线造成了分流不稳定，影响了管柱整体寿命。

经过检索，发现公开(公告)号204877405U，公开(公告)日2015-12-16的公开文献公开了一种独立式安全长效生产管柱，包括地面控制系统、环空安全阀、内管安全阀、环空安全封隔器、内压缩封隔器、内外平衡封隔器、内外筛管以及内外丝堵等等。环空安全阀、内管安全阀以及内外压缩(或平衡)封隔器分别由三根不同的管线与地面控制系统连接。

通过比较，公开的文献存在以下缺陷：

1、内管与外管之间的定位较难，在精细夹层注水井中适应性较差；

2、单纯靠液控管线坐封的环空安全封隔器，在7in套管内受尺寸限制，没有锚定机构，在使用时外管管柱蠕动较大，使用寿命较短；

3、外管上内平衡封隔器、外平衡封隔器、下分层封隔器、内压缩封隔器、上分层封隔器、环空安全封隔器等分层工具与地面控制系统均用一根液控管线连接，液控管线串联的封隔器较多，导致风险点较多，而且这些分层封隔器长期承受地面的高压驱动液压力，一旦有一处液控通道失效，封隔器随即解封，便失去分层效果。

4、液控封隔器胶筒老化，加之液控管线内液压油的存在，封隔器不能正常解封，便失去反洗井功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海上油田双管注水管柱及方法，该管柱能够配套目前的机械防砂管柱，主要由两套完全独立设置的内、外管组成。外管上设置定位器，能够实现外管与上下油层的精细定位，内外管的相对定位则通过外管上的变径容易实现。设置定压筛管，能够形成内外管环空内的密封空间，实现注水打压时穿越型环空安全封隔器(压缩式)的坐封与锚定，解决管柱蠕动问题。内外管之间的分层采用内密封工具和光杆配合实现，通过内组合盘根+内压缩胶筒的形式，双级密封更加可靠。外管上的分层工具则采用外组合T型盘根结构，设置了洗井滑套机构，通过地面单独控制，能够实现快速大排量的反洗井。同时，通过此类密封，降低了坐封、解封频繁交替造成封隔器失效带来分层不清的问题。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种海上油田双管注水管柱，包括独立的内管柱以及外管柱，所述内管柱同轴式设置在外管柱内部，所述内管柱中心腔作为连通至下油层的内注水通道，所述内管柱与外管柱之间所形成的环空作为连通至上油层的外注水通道，所述内管柱上设置小直径井下安全阀，所述外管柱上设置环空安全阀，所述外管柱上外壁与套管之间的环空位置设置穿越型环空安全封隔器，其中小直径井下安全阀、环空安全阀、穿越型环空安全封隔器分别控制内管柱、内外管柱环空以及外管与大套管环空三个轴向通道；所述内管柱包括上下相连接的内管和光杆，所述外管柱包括外管，所述外管上还设置有定压筛管、双级内密封工具、可洗井密封工具，所述定压筛管位于穿越型环空安全封隔器下方，连通内外管环空与上油层，所述双级内密封工具位于定压筛管下方，与所述光杆配合密封，封堵内外管环空，所述可洗井密封工具位于外管外管下端，与位于上、下油层中的防砂套管之间设置防砂套管密封筒配合密封，所述光杆下端连通至下油层。

所述小直径井下安全阀、环空安全阀分别通过各自的液控管线连接至地面的地面控制柜，穿越型环空安全封隔器中所穿越的液控管线上端连接地面控制柜，下端往下进入防砂套管内部连接可洗井密封工具。

所述外管下端连接底筛管。

所述外管中部固定在定位器上，定位器固定在防砂套管上端。

所述外管中部向内变径，形成变径台阶，光杆下端口卡在外管开设的变径台阶上。

所述定压筛管包括剪钉、活塞、中心管、外筛管，所述中心管位于外筛管内部且两者之间形成的环空作为活塞腔，所述中心管上配钻打压通道，所述活塞套置于中心管上，所述剪钉将活塞与中心管连接，所述筛管上配钻筛孔，所述打压通道位于活塞上方，所述筛孔位于活塞下方。

还包括上接头、下接头，所述上接头下端同时与所述中心管、外筛管丝扣连接，所述下接头上端同时与所述中心管、外筛管丝扣连接。

所述双级内密封工具包括上接头、上中心管、内组合盘根、下中心管、活塞、上外套、锁环、锁环固定套、下外套、内组合胶筒、下接头、锁环套，所述上接头下端同时与上中心管、上外套丝扣连接，所述上中心管下端连接下中心管，所述上外套下端连接下外套，所述上外套与下中心管之间设置活塞，所述上接头上配钻打压孔，所述的上中心管内放置内组合盘根，所述锁环套置于下中心管上，锁环套上端面抵接活塞下端面，所述的锁环置于上外套的下端，所述的锁环固定套与上外套丝扣连接，所述锁环位于锁环套外壁，所述锁环固定套位于锁环外壁，所述内组合胶筒置于下外套内，所述内组合胶筒上端面抵接锁环套下端面，所述的下接头与下外套丝扣连接。

所述可洗井密封工具包括上接头、液控管线接头、活塞、中心筒、上连接体、推杆套、反洗入口、中连接体、垫圈、盘根、反洗出口、下连接体、下接头，所述上接头下端同时与中心筒、上连接体丝扣连接，所述中心筒下端连接下接头，所述上连接体下端依次连接中连接体、下连接体，所述下连接体下端连接下接头，所述活塞置于上连接体与中心筒环空中，所述的上接头设有与活塞连通的液控管线接头，所述的推杆套置于中心管上，推杆套上端抵接活塞下端，所述的推杆套上配钻周向通孔，所述的中连接体上设置有与推杆套上的周向通孔相配合使用的反洗入口，所述下连接体开设有能连通至推杆套下端的反洗出口，所述垫圈与盘根依次置于中连接体下端外壁。

所述推杆套下端设置弹簧，所述弹簧下端顶在下连接体内壁卡台上。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种海上油田双管注水方法，先下入机械防砂管柱，然后将外管外壁上的底筛管、可洗井密封工具、定位器、双级内密封工具、定压筛管、穿越型环空安全封隔器、环空安全阀下到位置之后，通过外管上的定位器调配管柱，外管下入完毕；然后再下内管，内管外壁相对简单，底带光杆，上边带有小直径井下安全阀；

正常注入时，经过地面注水泵从环空打压，穿越型环空安全封隔器坐封，然后继续提高压力，定压筛管开启；经过地面控制柜将所述液控管线和液控管线打压，分别将环空安全阀和小直径井下安全阀开启，实现环空通道和内管通道的正常开启；注水时，上层水先后通过内外管的环形空间，先后经过环空安全阀、定压筛管进入上油层，下层水则是通过内管径直注入下油层；当需要反循环洗井时，经过地面控制柜将所述液控管线打压，可洗井密封工具的洗井滑套打开，从而内外管连通，实现大排量反洗井要求，使内管及外管得以安全清洗。

当注水发生异常时，经过地面控制柜将所述液控管线自动卸压，小直径井下安全阀和环空安全阀在弹簧作用下，活塞回缩，阀板自动关闭，此时穿越型环空安全封隔器依然处于坐封状态，实现异常情况下的整个井筒的迅速关闭，满足海上安全环保要求。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)该套管柱的套管环空、套管内外管环空及内管三个通道都能够单独控制，意外情况发生时，都能够迅速关闭，能够适应目前较高的安全环保要求；

(2)该套管柱的外管与内管都能实现定位，解决了精细小夹层注水时管柱调配难得问题；

(3)通过设置的定压筛管，能够实现7in套管内(带液控管线)环空安全封隔器的锚定，解决了注水工况变化时管柱蠕动的问题；

(4)内外管的分层工具采用内组合盘根+内压缩胶筒的形式，分层效果更加可靠，能够适应大井斜注水井的要求，解决了封隔器频繁解封坐封导致胶筒失效的问题；

(5)洗井时能够地面单独控制，过流面积较大，能够实现大排量的反洗净要求。

附图说明

图1为本发明的一种海上油田双管注水管柱的结构示意图；

图2为双级内密封工具示意图；

图3为定压筛管示意图；

图4为可洗井密封工具示意图。

图中：地面控制柜1、液控管线2、液控管线3、液控管线4、内管5、外管6、小直径井下安全阀7、环空安全阀8、穿越型环空安全封隔器9、定压筛管10、上接头1001、剪钉1002、活塞1003、中心管1004、外筛管1005、筛孔1006、下接头1007、双级内密封工具11、上接头1101、打压孔1102、上中心管1103、内组合盘根1104、下中心管1105、活塞1106、上外套1107、锁环1108、锁环固定套1109、下外套1110、内组合胶筒1111、下接头1112、锁环套1113、光杆12、定位器13、可洗井密封工具14、上接头1401、液控管线接头1402、活塞1403、中心筒1404、上连接体1405、推杆套1406、反洗入口1407、中连接体1408、垫圈1409、盘根1410、弹簧1411、反洗出口1412、下连接体1413、下接头1414、防砂套管密封筒15、底筛管16。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅为参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

如附图1至4所示，一种海上油田双管注水管柱，包括独立的内管柱以及外管柱，所述内管柱同轴式设置在外管柱内部，所述内管柱中心腔作为连通至下油层的内注水通道，所述内管柱与外管柱之间所形成的环空作为连通至上油层的外注水通道，所述内管柱上设置小直径井下安全阀7，所述外管柱上设置环空安全阀8，所述外管柱上外壁与套管之间的环空位置设置穿越型环空安全封隔器9，其中小直径井下安全阀、环空安全阀、穿越型环空安全封隔器分别控制内管柱、内外管柱环空以及外管柱与大套管环空三个轴向通道；所述内管柱包括上下相连接的内管5和光杆12，所述外管柱包括外管6，所述外管上还设置有定压筛管10、双级内密封工具11、可洗井密封工具14，所述定压筛管位于穿越型环空安全封隔器下方，连通内外管环空与上油层，所述双级内密封工具11位于定压筛管10下方，与所述光杆配合密封，封堵内外管环空，所述可洗井密封工具14位于外管外管下端，与位于上、下油层中的防砂套管之间设置防砂套管密封筒15配合密封，所述光杆12下端连通至下油层。

所述小直径井下安全阀、环空安全阀分别通过各自的液控管线连接至地面的地面控制柜1，穿越型环空安全封隔器中所穿越的液控管线上端连接地面控制柜，下端往下进入防砂套管内部连接可洗井密封工具。

所述外管下端连接底筛管16。

所述外管中部固定在定位器13上，定位器固定在防砂套管上端。

所述外管中部向内变径，形成变径台阶，光杆12下端口卡在外管开设的变径台阶上。

所述定压筛管10包括剪钉1002、活塞1003、中心管1004、外筛管1005，所述中心管位于外筛管内部且两者之间形成的环空作为活塞腔，所述中心管1004上配钻打压通道，所述活塞1003套置于中心管上，所述剪钉1002将活塞与中心管连接，所述筛管上配钻筛孔1006，所述打压通道位于活塞上方，所述筛孔位于活塞下方。还包括上接头1001、下接头1007，所述上接头下端同时与所述中心管、外筛管丝扣连接，所述下接头上端同时与所述中心管、外筛管丝扣连接。

所述双级内密封工具包括上接头1101、上中心管1103、内组合盘根1104、下中心管1105、活塞1106、上外套1107、锁环1108、锁环固定套1109、下外套1110、内组合胶筒1111、下接头1112、锁环套1113，所述上接头下端同时与上中心管、上外套丝扣连接，所述上中心管下端连接下中心管，所述上外套下端连接下外套，所述上外套与下中心管之间设置活塞1106，所述上接头上配钻打压孔1102，所述的上中心管内放置内组合盘根1104，所述锁环套1113置于下中心管上，锁环套上端面抵接活塞下端面，所述的锁环1108置于上外套的下端，所述的锁环固定套与上外套丝扣连接，所述锁环位于锁环套外壁，所述锁环固定套1109位于锁环外壁，所述内组合胶筒1111置于下外套内，所述内组合胶筒上端面抵接锁环套下端面，所述的下接头1112与下外套1110丝扣连接。

所述可洗井密封工具包括上接头1401、液控管线接头1402、活塞1403、中心筒1404、上连接体1405、推杆套1406、中连接体1408、垫圈1409、盘根1410、下连接体1413、下接头1414，所述上接头下端同时与中心筒、上连接体丝扣连接，所述中心筒下端连接下接头，所述上连接体1405下端依次连接中连接体1408、下连接体1413，所述下连接体下端连接下接头，所述活塞1403置于上连接体与中心筒环空中，所述的上接头设有与活塞连通的液控管线接头，所述的推杆套1406置于中心管上，推杆套上端抵接活塞下端，所述的推杆套上配钻周向通孔，所述的中连接体上设置有与推杆套上的周向通孔相配合使用的反洗入口1407，所述下连接体开设有能连通至推杆套下端的反洗出口1412，所述垫圈1409与盘根1410依次置于中连接体下端外壁。

所述推杆套下端设置弹簧1411，所述弹簧下端顶在下连接体内壁卡台上。

根据地层出砂情况，考虑是否下入机械防砂管柱，下图以防砂为例，按照图1，现场施工时，将外管外壁上的底筛管16、可洗井密封工具14、定位器13、双级内密封工具11、定压筛管10、穿越型环空安全封隔器9、环空安全阀8下到位置之后，通过外管上的定位器调配管柱，外管完毕。然后再下内管，内管外壁相对简单，底带光杆12，上边带有小直径井下安全阀7，通过外管下端的变径，调配内管管柱。

装好井口之后，首先通过液控管线将环空安全阀开启，然后经过地面注水泵从内外管环空打压，穿越型环空安全封隔器坐封与锚定，其后继续提高压力，定压筛管剪断剪钉开启，实现外管注入水与上油层的连通；经过液控管线打压，将小直径井下安全阀开启，实现内管通道的正常开启；

正常注水时，上层水先后通过内外管的环形空间，通过环空安全阀、定压筛管进入上油层，下层水则是通过小直径井下安全阀径直注入下油层；

当需要反循环洗井时，经过地面控制柜将所述液控管线打压，可洗井密封工具的洗井滑套打开，从而内外管连通，实现大排量反洗井要求，使内管及外管得以大排量的清洗；

当注水发生异常时，经过地面控制柜将所述液控管线自动卸压，小直径井下安全阀和环空安全阀在弹簧作用下，活塞回缩，阀板自动关闭，此时穿越型环空安全封隔器依然处于坐封状态，实现异常情况下的整个井筒的迅速关闭，满足海上安全环保要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (11)

1.一种海上油田双管注水管柱，包括独立的内管柱以及外管柱，所述内管柱同轴式设置在外管柱内部，所述内管柱中心腔作为连通至下油层的内注水通道，所述内管柱与外管柱之间所形成的环空作为连通至上油层的外注水通道，所述内管柱上设置小直径井下安全阀，所述外管柱上设置环空安全阀，所述外管柱上外壁与套管之间的环空位置设置穿越型环空安全封隔器，其中小直径井下安全阀、环空安全阀、穿越型环空安全封隔器分别控制内管柱、内外管柱环空以及外管柱与大套管环空三个轴向通道；其特征在于，所述内管柱包括上下相连接的内管和光杆，所述外管柱包括外管，所述外管上还设置有定压筛管、双级内密封工具、可洗井密封工具，所述定压筛管位于穿越型环空安全封隔器下方，连通内外管环空与上油层，所述双级内密封工具位于定压筛管下方，与所述光杆配合密封，封堵内外管环空，所述可洗井密封工具位于外管下端，与位于上、下油层中的防砂套管之间设置防砂套管密封筒配合密封，所述光杆下端连通至下油层；

所述双级内密封工具包括上接头、上中心管、内组合盘根、下中心管、活塞、上外套、锁环、锁环固定套、下外套、内组合胶筒、下接头、锁环套，所述上接头下端同时与上中心管、上外套丝扣连接，所述上中心管下端连接下中心管，所述上外套下端连接下外套，所述上外套与下中心管之间设置活塞，所述上接头上配钻打压孔，所述的上中心管内放置内组合盘根，所述锁环套置于下中心管上，锁环套上端面抵接活塞下端面，所述的锁环置于上外套的下端，所述的锁环固定套与上外套丝扣连接，所述锁环位于锁环套外壁，所述锁环固定套位于锁环外壁，所述内组合胶筒置于下外套内，所述内组合胶筒上端面抵接锁环套下端面，所述的下接头与下外套丝扣连接。

2.根据权利要求1所述的一种海上油田双管注水管柱，其特征在于，所述小直径井下安全阀、环空安全阀分别通过各自的液控管线连接至地面的地面控制柜，穿越型环空安全封隔器中所穿越的液控管线上端连接地面控制柜，下端往下进入防砂套管内部连接可洗井密封工具。

3.根据权利要求1所述的一种海上油田双管注水管柱，其特征在于，所述外管下端连接底筛管。

4.根据权利要求1所述的一种海上油田双管注水管柱，其特征在于，所述外管中部固定在定位器上，定位器固定在防砂套管上端。

5.根据权利要求4所述的一种海上油田双管注水管柱，其特征在于，所述外管中部向内变径，形成变径台阶，光杆下端口卡在外管开设的变径台阶上。

6.根据权利要求1所述的一种海上油田双管注水管柱，其特征在于，所述定压筛管包括剪钉、活塞、中心管、外筛管，所述中心管位于外筛管内部且两者之间形成的环空作为活塞腔，所述中心管上配钻打压通道，所述活塞套置于中心管上，所述剪钉将活塞与中心管连接，所述外筛管上配钻筛孔，所述打压通道位于活塞上方，所述筛孔位于活塞下方。

7.根据权利要求6所述的一种海上油田双管注水管柱，其特征在于，还包括上接头、下接头，所述上接头下端同时与所述中心管、外筛管丝扣连接，所述下接头上端同时与所述中心管、外筛管丝扣连接。

8.根据权利要求1所述的一种海上油田双管注水管柱，其特征在于，所述可洗井密封工具包括上接头、液控管线接头、活塞、中心筒、上连接体、推杆套、反洗入口、中连接体、垫圈、盘根、反洗出口、下连接体、下接头，所述上接头下端同时与中心筒、上连接体丝扣连接，所述中心筒下端连接下接头，所述上连接体下端依次连接中连接体、下连接体，所述下连接体下端连接下接头，所述活塞置于上连接体与中心筒环空中，所述的上接头设有与活塞连通的液控管线接头，所述的推杆套置于中心管上，推杆套上端抵接活塞下端，所述的推杆套上配钻周向通孔，所述的中连接体上设置有与推杆套上的周向通孔相配合使用的反洗入口，所述下连接体开设有能连通至推杆套下端的反洗出口，所述垫圈与盘根依次置于中连接体下端外壁。

9.根据权利要求8所述的一种海上油田双管注水管柱，其特征在于，所述推杆套下端设置弹簧，所述弹簧下端顶在下连接体内壁卡台上。

10.权利要求1所述海上油田双管注水管柱的注水方法，其特征在于，先下入机械防砂管柱，然后将外管外壁上的底筛管、可洗井密封工具、定位器、双级内密封工具、定压筛管、穿越型环空安全封隔器、环空安全阀下到位置之后，通过外管上的定位器调配管柱，外管下入完毕；正常注入时，经过地面注水泵从环空打压，穿越型环空安全封隔器坐封，然后继续提高压力，定压筛管开启；经过地面控制柜将所述液控管线和液控管线打压，分别将环空安全阀和小直径井下安全阀开启，实现环空通道和内管通道的正常开启；注水时，上层水先后通过内外管的环形空间，先后经过环空安全阀、定压筛管进入上油层，下层水则是通过内管径直注入下油层；当需要反循环洗井时，经过地面控制柜将所述液控管线打压，可洗井密封工具的洗井滑套打开，从而内外管连通，实现大排量反洗井要求，使内管及外管得以安全清洗。

11.根据权利要求10所述海上油田双管注水管柱的注水方法，其特征在于，当注水发生异常时，经过地面控制柜将所述液控管线自动卸压，小直径井下安全阀和环空安全阀在弹簧作用下，活塞回缩，阀板自动关闭，此时穿越型环空安全封隔器依然处于坐封状态，实现异常情况下的整个井筒的迅速关闭，满足海上安全环保要求。