CN108952635B - 一种分层分采管柱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分层分采管柱，其包括柱体，柱体内沿长度方向设有第一腔体和第二腔体，且第一腔体与柱体外相联通，分层后的气油、气水、油水从柱体外进入第一腔体，在第一腔体内进行分层分采，控制低密度油的产出；一通道，通道连通第一腔体和第二腔体；一浮体，浮体设于第一腔体内，且浮体的密度小于预设的第一种流体，大于预设的第二种流体，且浮体在浮力作用下保持于通道的通道口处时遮挡部分通道口。本发明提供的一种分层分采管柱结构简单、下入方便、可靠性高，在采油泵下沿布设，无需找水即可长期自动控制出水液量，可长期自动适量控制出水段液量，达到阻水稳油，有效降低油井产液含水率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及流体矿床工业开采领域，具体涉及一种分层分采管柱。
背景技术
对于页岩油气、致密油气、煤层气等油气生产井和其他类矿床开发中均存在密度分异，往往需要控制低密度流体产出的生产井，尤其是石油、天然气的开采，由于重力作用油气田存在气油、气水、油水密度分层，需要控制低密度油的产出。
以石油、天然气的开采为例，其中油气田控水是油气开采过程中一项重要措施。其中心内容是为了防止油井过早见水或高含水，控制产水量，增加产油量，调整投产段的产液分布，改善产液剖面的均衡情况。
常用的方法有：
(1)机械堵水；先找水，找到出水点，然后用封隔器卡封堵水。
(2)化学堵水就是将化学堵剂注入出水层位，利用堵剂的化学性质或化学反应物在地层中变化生成的物质达到封堵地层出水孔道，降低油井综合含水。
(3)工具控水。
目前现有的控水方法只能解决很少部分高含水的老井出水问题，而且工艺复杂，影响井下测量、作业有效期短。国内很多产油井是多层混采油井，高渗层一水窜，相对低渗的油气层油气启动压力更高，需要的生产压差达不到产出的启动压力，因为注水压力高别的油气层就不产出油气，持续生产增加了无效注水量和污水处理量，大幅增加开发成本。以往做法就是封主要产水层，这部分层大部分由于存在大孔道或高渗带造成水窜，采出程度并不一定高，损失了大量的可采油。
虽然一些井采用了分层分采管柱，但有个别层段的水窜也影响了分段内的开发效果，同样存在浪费油气资源和增加开发成本的问题。迫切需要经济高效简单易作业的油井控水技术。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种分层分采管柱，其结构简单、下入方便、可靠性高，在密度分异的流体矿床工业开采的生产井下沿布设，可控制低密度的采出液的产出，降低非目标流体(高密度流体)的含量，更好的保持矿床能量，增加波及面积。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种分层分采管柱，其包括：
柱体，所述柱体内沿长度方向设有第一腔体和第二腔体，且所述第一腔体与所述柱体外相联通；
一通道，所述通道连通所述第一腔体和第二腔体；
一浮体，所述浮体设于所述第一腔体内，且所述浮体的密度小于预设的第一种流体，大于预设的第二种流体，且所述浮体在浮力作用下保持于通道的通道口处时遮挡部分所述通道口；所述第一种流体为油田水，所述第二种流体为原油。
浮体遮挡部分通道口时允许少量油气层油气水通过通道口进入第二腔体，且通过通道口时不憋压防止浮体被高压堵死，也保证了油层流动连续，适度憋流注入水可扩大驱油面积，提高采收率。
在上述技术方案的基础上，所述浮体的密度范围为：0.95～1.05g/cm3。
由于原油与纯水的密度比小于0.95，浮球与纯水的密度比范围在0.95～1.05之间，使浮球能潜浮在油田的水中，并在原油中下沉。
在上述技术方案的基础上，所述柱体内壁设有多个凸出部，多个所述凸出部共同形成所述通道，相邻的凸出部之间形成间隙，当所述浮体在浮力作用下保持于通道的通道口处时，所述第一腔体和第二腔体通过所述间隙相互联通。
在上述技术方案的基础上，所述凸出部底部设有承接所述浮体的承接结构。
在上述技术方案的基础上，所述浮体为浮球，所述承接结构为弧形面。
多个凸出部的内沿共第一圆并形成通道，所有间隙的外沿共第二圆。并且浮球的直径大于第一圆的直径小于第二圆的直径。当原油的水含量过高时，浮球被浮力顶在通道口上，由于四个间隙的外沿所在的第二圆直径比浮球大，四个间隙是不会被浮球所遮挡或封闭的，因此，四个间隙还是处于联通状态。此时由于通道口被封，其流量大幅下降，但是却因四个间隙的联通而不会完全断流。从而达到降低此时采油量，却不完全中断采油的目的，从而不会导致压力过大而憋压，也不会导致采油中断。待原油的含水量下降后，浮球下沉，脱离通道口。通道和间隙都联通，恢复正常的流通状态。
在上述技术方案的基础上，所述凸出部包括凸块，所述凸块一侧固定于所述柱体内壁上，或者，所述凸块与所述柱体内壁一体成型。
在上述技术方案的基础上，所述第一腔体底端设有用于承接浮体的承接装置，所述承接装置包括至少三个承接元件，至少三个所述承接元件间隔设于所述第一腔体底端，且至少三个所述承接元件围设形成与所述浮体形状相匹配的凸台。承接装置能够支撑浮体在第一腔体内，当浮体为浮球时，至少三个承接元件围设形成与浮球形状相匹配的圆形凸台
在上述技术方案的基础上，所述第一腔体的底面为向所述承接装置倾斜的凹面。保证浮体在浮力作用下沉入第一腔体底部时能正好沿凹面被承接装置承接住。
在上述技术方案的基础上，所述第一腔体底端设有孔。孔的设置能够使生产层产出的砂子或油井测试、作业小件物品通过。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的一种分层分采管柱用于存在气油、气水、油水密度分层的油气田中时，浮体能潜浮在油田的水中，在原油中下沉。浮体遮挡部分通道口时允许少量油气层油气水通过通道口进入第二腔体，且通过通道口时不憋压，本发明的一种分层分采管柱结构简单、下入方便、可靠性高，在采油泵下沿布设，无需找水即可长期自动控制出水液量，可长期自动适量控制出水段液量，达到阻水稳油，有效降低油井产液含水率的目的。
(2)本发明的一种分层分采管柱使得在生产层产出物高含水和纯油田水产出阶段，浮体封堵通道口，相邻的凸出部之间形成的间隙允许少量油气层油、气、水通过且不憋压，防止浮体被高压堵死，也保证了油层流动连续，适度憋流注入水可扩大驱油面积，提高采收率。
(3)本发明的一种分层分采管柱中的承接装置能够支撑浮体在第一腔体内，第一腔体的底面为向承接装置倾斜的凹面保证浮体在浮力作用下沉入第一腔体底部时能正好沿凹面被承接装置承接住。生产层产出的砂子或油井测试、作业小件物品通过第一腔体底端的孔。
附图说明
图1为本发明实施例中一种分层分采管柱的立体结构示意图；
图2为本发明实施例中一种分层分采管柱的主视图；
图3为本发明实施例中通道的俯视图；
图4为本发明实施例中承接装置的俯视图。
图中：1-柱体，11-第一腔体，12-第二腔体，2-通道，20-通道口，21-凸出部，211-承接结构，212-凸块，22-间隙，3-浮体，4-承接装置，41-承接元件，42-凸台，5-孔。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1-4所示，本发明实施例提供一种分层分采管柱，其在密度分异的流体矿床工业开采的生产井下沿布设，可控制低密度的采出液的产出，降低非目标流体的含量，以石油、天然气的开采为例，由于重力作用油气田存在气油、气水、油水密度分层，利用本发明实施例提供的一种分层分采管柱控制低密度原油的产出：
一种分层分采管柱包括柱体1，柱体1内沿长度方向设有第一腔体11和第二腔体12，且第一腔体11与柱体1外相联通，分层后的气油、气水、油水从柱体1外进入第一腔体11，在第一腔体11内进行分层分采，控制低密度油的产出；一通道2，通道2连通第一腔体11和第二腔体12；一浮体3，浮体3设于第一腔体11内，且浮体3的密度小于预设的第一种流体，大于预设的第二种流体，且浮体3在浮力作用下保持于通道2的通道口20处时遮挡部分通道口20。其中预设的第一种流体为油田中的水，第二种流体为原油，且浮体3的密度范围在0.95～1.05g/cm3之间，由于原油与纯水的密度比小于0.95，浮球与纯水的密度比范围在0.95～1.05之间，使浮球能潜浮在油田的水中，并在原油中下沉。浮体3遮挡部分通道口20时允许少量油气层油气水通过通道口20进入第二腔体12，且通过通道口20时不憋压防止浮体3被高压堵死，也保证了油层流动连续，适度憋流注入水可扩大驱油面积，提高采收率。本发明实施例提供的一种分层分采管柱结构简单、下入方便、可靠性高，在采油泵下沿布设，无需找水即可长期自动控制出水液量，可长期自动适量控制出水段液量，达到阻水稳油，有效降低油井产液含水率的目的。
请同时参考图2-3。柱体1内壁设有多个凸出部21，多个凸出部21共同形成通道2，本发明实施例中，凸出部21优先为四个，四个凸出部21的内沿共第一圆并形成通道2。相邻的凸出部21之间形成间隙22，具体来说，四个凸出部21两两之间形成了四个间隙22。四个间隙22的外沿共第二圆。并且浮球的直径大于第一圆的直径小于第二圆的直径。
当原油的水含量过高时，浮球被浮力顶在通道口20上，由于四个间隙22的外沿所在的第二圆直径比浮球大，四个间隙22是不会被浮球所遮挡或封闭的，因此，四个间隙22还是处于联通状态。此时由于通道口20被封，其流量大幅下降，但是却因四个间隙22的联通而不会完全断流。从而达到降低此时采油量，却不完全中断采油的目的，从而不会导致压力过大而憋压，也不会导致采油中断。待原油的含水量下降后，浮球下沉，脱离通道口20。通道2和间隙22都联通，恢复正常的流通状态。
根据油气井实际产能和方案规定优化设计通道2和相邻的凸出部21之间形成的间隙22的通流能力，通道2的尺寸和间隙22的规格、形式、尺寸根据通流能力和安全生产需求设计。凸出部21材质原则上要求与柱体1一致，能满足抗拉、抗压强度、温度条件、耐腐蚀、防结垢等要求的其他材质也在选择之列。
凸出部21底部设有承接浮体3的承接结构211。浮体3为浮球，承接结构211为弧形面。凸出部21包括凸块212，凸块212一侧固定于柱体1内壁上，或者，凸块212与柱体1内壁一体成型。承接结构211为弧形面与浮球形状相匹配，能够承接住浮球，实现浮体3在浮力作用下封堵通道口20，且相邻的凸出部21之间形成的间隙22允许少量油气层油、气、水通过且不憋压。
其中浮球为中空合金、碳钢、有机玻璃等材料，按照油、油水混合物、水密度需求设计，能潜浮在油田的水中，在原油中下沉；根据原油的密度范围，浮球的密度范围在0.95～1.05g/cm3之间，由于原油与纯水的密度比小于0.95，浮球与纯水的密度比范围在0.95～1.05之间，使浮球能潜浮在油田的水中，并在原油中下沉。实际使用中，先现场测试高含水油田的水的密度，根据实际水的密度设计浮球的密度，使得浮球能浮在油田水中，并在原油中下沉，达到使用效果。
浮球的规格尺寸大小可按照控水、优化产能需要，并适应油气田各种采油管规格尺寸要求进行选择；具体的，根据油气藏埋深、温度、压力系统需求，结合油气田采出油气水不同流体组合的温度、压力需求选择合适的浮球。当然，浮球也可根据使用效果进行更换，若浮球始终浮在通道口处，则可选换密度更大的浮球，反之亦然。
同时，浮球表层进行纳米材料处理，使其具备不亲油、不亲水、防腐蚀、防结垢等特性。
第一腔体11底端设有用于承接浮体3的承接装置4。承接装置4包括至少三个承接元件41，至少三个承接元件41间隔设于第一腔体11底端，且至少三个承接元件41围设形成与浮体3形状相匹配的凸台42。本发明实施例的承接元件41为四个，承接装置4能够支撑浮体3在第一腔体11内，当浮体3为浮球时，至少三个承接元件41围设形成与浮球形状相匹配的圆形凸台42，承接装置4材质原则上要求与柱体1一致，能满足抗拉、抗压强度、温度条件、耐腐蚀、防结垢等要求的其他材质也在选择之列。
第一腔体11的底面为向承接装置4倾斜的凹面。保证浮体3在浮力作用下沉入第一腔体底部时能正好沿凹面被承接装置4承接住。
第一腔体11底端设有孔5。孔5的设置能够使生产层产出的砂子或油井测试、作业小件物品通过。
而且，第一腔体11底端设有尾管，尾管与孔5连通。通过孔5的砂子或油井测试、作业小件物品跌落到尾管中。
柱体1外套设有套管，套管与第一腔体11顶部通过封隔器相连。封隔器用于封隔柱体1与套管之间的环形空间，并隔绝产层，以控制产液，保护套管的井下工具。柱体1外设有筛管，用于筛除生产层产出的大颗粒砂子和油井测试、作业大件物品。
套管底部设有第二孔，第二孔与第一孔5同轴设置，且第二孔底端连通设有第二尾管，尾管底部延伸至第二尾管内。用于保护尾管，且跌落到尾管中的砂子或油井测试、作业小件物品可以下落到第二尾管中。
经过管柱重力分异，地层水段在下面，浮体3可以在地层水顶部悬浮起来，油气水混相密度低于1g/cm3，浮体3就浮不上去，能适度控水。无水或水含量低，浮体3沉入在油层底下被承接装置4承接住，此时通流能力最大。当浮体3抵住通道口20时，整个通道2以下都为水，此时通流能力最小，只有少部分水经由相邻的凸出部21之间形成的间隙22流出，不憋压也防止浮体3被高压堵死，也保证了油层流动连续，提高采收率。
浮体3随流体密度的变化，会上下浮沉。当浮体3浮力大于重力，浮体3始终能漂浮在密度大于一定门槛数值的流体的顶部，当密度小于这一数值的混合流体如油气水混合物、乳化物、轻质原油、天然气中，由于浮体3浮力小于重力，浮体3就会下沉。
浮体3随密度大于一定门槛数值的流体的液面变化而变化。一定密度门槛数值的流体液面升高，浮体3的位置升高；一定密度数值的流体液面下降，浮体3的位置也随之下降。
本发明实施例提供一种分层分采管柱的工作原理如下：
当油气层段生产流体含水较低，不产生重力分异密度层，流体密度较小，没有达到设定的密度门槛，浮体3所受浮力小于自身重力，浮体3位于产层之下，油管内允许通过流量最大。
当油气层段生产流体含水上升到一定程度，油气水在重力作用下会有一定的重力分异密度层，顶部为油气段、中部为油气水多相混合物段、底部为地层水段，浮体3就会悬浮在地层水段的顶部，随着地层水段液面的上升，高于油气层的埋深，由于浮体3的堵塞，允许通过的流量就减低，当浮体3到达通道口20，表明地层水段液面也上升到了通道口20的位置，浮体3会堵上通道口20，相邻的凸出部21之间形成的间隙22未堵上，允许通过的流量只有最大流量的10-30％，达到自动一定限度的控制含水。为了防止油泵供油不足可考虑使用变频泵和分层开发管柱，因各层含水是不一致的，也不会一下都同时水淹。
当油气层段生产流体主要为地层水时，地层水段液面会超过通道口20位置，浮体3会一直停留在通道口20位置，一直堵住通道口20，相邻的凸出部21之间形成的间隙22未堵上，允许通过的流量只有最大流量的10-30％，避免了地层水的大量排出，有利于提高存水率、改变水进方向、提高驱油效率、保存油气藏能量，最终提高油气藏采收率。
当浮体3上升到通道口20位置时，间隙22允许10-30％的流体通过，不憋压目的是避免由于压力增高导致浮体3受到地层压力的影响不再以浮力、重力作用为主。
油气层产出并不是稳定混合物流体，由于油气水各自相渗差异及水驱油效应，一会可能是一股油或气，一会是油气水混合物，一会是地层水，当有油气段塞或油气水段塞进入管柱，又会由于重力分异形成密度流段，漂浮球就会随地层水液面下降而再次下沉。如此反复达到自动一定限度的控制含水。
以往的控水理念，把控水问题考虑过度了，想把水都控制住，实际油气田开发只要适度控水就能节约大量无效注水和污水处理量和费用经过管柱重力分异，水段在下面，浮体3可以浮起来，油气水混相密度低于1g/cm3，浮体3就浮不上去，能适度控水，无水或水含量低，浮体3在油层下尾管位置，通流能力最大。等到整个通道口20以下都为水，流量最小，只有少部分水通过间隙22流出，不憋压也防止浮体3被高压堵死，也保证了油层流动连续，适度憋流注入水可扩大驱油面积，提高采收率。
本发明实施例提供一种分层分采管柱不仅包括在页岩油气、致密油气、煤层气等油气生产井中使用，在其他类流体矿床开发如CO2、N2的开发，存在密度分异的流体，需要控制高密度流体产出的生产井中也可以使用，且工作原理相同，达到的效果一致。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种分层分采管柱，其特征在于，其包括：
柱体(1)，所述柱体(1)内沿长度方向设有第一腔体(11)和第二腔体(12)，且所述第一腔体(11)与所述柱体(1)外相联通；
一通道(2)，所述通道(2)连通所述第一腔体(11)和第二腔体(12)；
一浮体(3)，所述浮体(3)设于所述第一腔体(11)内，且所述浮体(3)的密度小于预设的第一种流体，大于预设的第二种流体，且所述浮体(3)在浮力作用下保持于通道(2)的通道口(20)处时遮挡部分所述通道口(20)；所述第一种流体为油田水，所述第二种流体为原油。
2.如权利要求1所述的分层分采管柱，其特征在于：
所述浮体(3)的密度范围为：0.95～1.05g/cm3。
3.如权利要求1所述的分层分采管柱，其特征在于：
所述柱体(1)内壁设有多个凸出部(21)，多个所述凸出部(21)共同形成所述通道(2)，相邻的凸出部(21)之间形成间隙(22)，当所述浮体(3)在浮力作用下保持于通道(2)的通道口(20)处时，所述第一腔体(11)和第二腔体(12)通过所述间隙(22)相互联通。
4.如权利要求3所述的分层分采管柱，其特征在于：
所述凸出部(21)底部设有承接所述浮体(3)的承接结构(211)。
5.如权利要求4所述的分层分采管柱，其特征在于：
所述浮体(3)为浮球，所述承接结构(211)为弧形面。
6.如权利要求4所述的分层分采管柱，其特征在于：
所述凸出部(21)包括凸块(212)，所述凸块(212)一侧固定于所述柱体(1)内壁上，或者，所述凸块(212)与所述柱体(1)内壁一体成型。
7.如权利要求1所述的分层分采管柱，其特征在于：
所述第一腔体(11)底端设有用于承接浮体(3)的承接装置(4)，所述承接装置(4)包括至少三个承接元件(41)，至少三个所述承接元件(41)间隔设于所述第一腔体(11)底端，且至少三个所述承接元件(41)围设形成与所述浮体(3)形状相匹配的凸台(42)。
8.如权利要求7所述的分层分采管柱，其特征在于：
所述第一腔体(11)的底面为向所述承接装置(4)倾斜的凹面。
9.如权利要求1所述的分层分采管柱，其特征在于：
所述第一腔体(11)底端设有孔(5)。
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