CN108952688B - 一种深水高温高压油气井测试管柱及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深水高温高压油气井测试管柱及其测试方法，包括第一套管、第二套管、第三套管以及第四套管，所述第四套管内设置有测试管柱；所述第一套管与所述第二套管之间、所述第二套管与所述第三套管之间及所述第三套管与所述第四套管之间均设有水泥环，所述第四套管与所述测试管柱之间、所述第三套管与所述第四套管之间及所述第二套管与所述第三套管之间分别形成A环空、B环空、C环空；所述B环空与所述C环空内分别设置有第一热量助排装置和第二热量助排装置。本发明通过在环空区利用相变蓄热材料对环空区进行热交换，进而降低因为温度效应引起的安全隐患；通过本发明能够实时监测环空区内的温度和压力，避免产生安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及深水油井装置技术领域，具体涉及一种深水高温高压油气井测试管柱及其测试方法。
背景技术
深水油气井完井通常采用水下完井方式，其完井工艺与完井方法不同于陆上或浅海油气井。深水完井的工艺施工过程中，多层套管的水泥通常返高至泥面以下一定高度，即中间技术套管需要一定长度的自由段，从而致使部分完井液被圈闭在井口密封圈、水泥返高面和套管所限定的环形空间。不同于陆地和浅水的干式井口，深水油气井采用水下井口，无法在测试或生产过程中进行圈闭压力的释放，进而可能对套管及井筒完整性造成危害。
由于受海洋深水的影响，深水油气井井筒沿轴向存在海水段、地层段双级温度梯度剖面，海底泥线即深水底部泥面附近的温度一般在2至4摄氏度之间，而地层流体温度往往超过100摄氏度。当深水油气井测试或生产过程中，高温高压地层流体从油管中流经井筒，加热了各环空圈闭中的流体，使流体受热膨胀而产生附加压力载荷，这种因温度效应引起的圈闭环空中流体升温膨胀现象即为环空应力积聚(Annular Pressure Build-up，APB)。环空应力积聚会作用在套管上，易引发套管挤毁或涨裂等井下安全事故，给安全生产带来严重隐患。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种深水高温高压油气井测试管柱，通过在环空区内增设热量助排装置辅助降低环空区内部的温度，进而降低因为温度效应引起的安全隐患。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种深水高温高压油气井测试管柱，包括位于泥层内呈阶梯状分布的第一套管、第二套管、第三套管以及第四套管，所述第一套管套设在所述第二套管上，所述第二套管套设在所述第三套管上，所述第三套管套设在所述第四套管上，所述第四套管深入油层内，所述第四套管内设置有与所述第四套管同轴线的油管，所述油管靠近油层的外周壁上设置有封隔器，所述油管远离油层的端部与外部的钻井平台相连接；所述第一套管与所述第二套管之间、所述第二套管与所述第三套管之间以及所述第三套管与所述第四套管之间均设置有水泥环，所述第四套管与所述油管之间、所述第三套管与所述第四套管之间以及所述第二套管与所述第三套管之间分别形成A环空、B环空、C环空，所述B环空与所述C环空均位于其内对应的所述水泥环的上方；所述B环空与所述C环空内分别设置有第一热量助排装置和第二热量助排装置，所述B环空与所述C环空内均设置有相变蓄热材料。
优选地，所述第一热量助排装置包括若干个沿周向均匀分布在所述第四套管上的提升管，所述提升管的上方设置有嵌套在所述第四套管上的第一环管和第二环管，所述第一环管与所述第二环管通过连接管相连通，所述第一环管与所述提升管相连通，所述第一环管上设置有与所述连接管相连接的变量泵。
优选地，所述第二环管上开设有若干个沿周向均匀分布的喷洒孔，所述提升管远离所述第一环管的端部延伸到对应的所述水泥环处，所述提升管远离所述第一环管的外周壁上开设有若干个均匀分布的吸液孔。
优选地，所述提升管、所述第一环管以及所述第二环管的内径均相同。
优选地，所述相变蓄热材料为结晶水合盐。
优选地，所述油管上嵌套有真空隔热管。
一种深水高温高压油气井测试管柱的测试方法，具体如下：
1）：分别在A环空、B环空以及C环空内设置温度传感器和压力传感器，每个环空区内均设置两个温度传感器和两个压力传感器，即在对应的环空区的底部和顶部分布设置一个温度传感器和一个压力传感器；
2）：分别在B环空和C环空内的变量泵上设置流量传感器，用于监测环空区内的相变蓄热材料的流量；
3）：在油管的出油口处设置流量传感器，以检测出油量；
4）：根据温度传感器和压力传感器的监测参数，实时调控变量泵的流量和出油量，并利用流量传感器实时监测变量泵的流量；
5）：在4）的调控中，优先通过调控变量泵的流量，实现对环空区内的温度和压力的调整，最终通过获取的温度、压力以及流量信息，对变量泵的流量和出油量进行实时调控，控制相变蓄热材料的热交换量，进而达到对环空区内温度、压力的调整和监控。
本发明的有益效果在于：本发明通过在环空区内增设热量助排装置辅助降低环空区内部的温度，利用相变蓄热材料对环空区底部的热量进行收集，通过提升管再将其提升到温度较低的位置进行放热，利用相变蓄热材料的相对固定的熔点对环空区内的温度进行均衡降温，进而降低因为温度效应引起的安全隐患；此外通过本发明中的测试方法能够获得每个环空区内的温度和压力情况，并利用这些温度和压力参数实现对相变蓄热材料热交换量的控制，进而能够实时的调控每个环空区内的温度和压力情况，避免产生安全隐患。
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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例提供的一种深水高温高压油气井测试管柱的结构示意图；
图2为第一热量助排装置的结构示意图；
图3为现有技术中的某一海域的温度与井深的分布图。
附图标记说明：1-第一套管、2-第二套管、3-第三套管、4-第四套管、41-第一环管、42-第二环管、43-变量泵、44-提升管、5-油管、51-封隔器、6-油层、7-水泥环、8-A环空、9-B环空、10-C环空。
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。
如图1至图3所示，一种深水高温高压油气井测试管柱，包括位于泥层内呈阶梯状分布的第一套管1、第二套管2、第三套管3以及第四套管4，所述第一套管1套设在所述第二套管2上，所述第二套管2套设在所述第三套管3上，所述第三套管3套设在所述第四套管4上，所述第四套管4深入油层6内，所述第四套管4内设置有与所述第四套管4同轴线的油管5，所述油管5靠近油层6的外周壁上设置有封隔器51，封隔器51为现有技术本申请不在陈述，所述油管5远离油层6的端部与外部的钻井平台相连接；所述第一套管1与所述第二套管2之间、所述第二套管2与所述第三套管3之间以及所述第三套管3与所述第四套管4之间均设置有水泥环7，所述第四套管4与所述油管5之间、所述第三套管3与所述第四套管4之间以及所述第二套管2与所述第三套管3之间分别形成A环空8、B环空9、C环空10，所述B环空9与所述C环空10均位于其内对应的所述水泥环7的上方；所述B环空9与所述C环空10内分别设置有第一热量助排装置和第二热量助排装置，所述B环空9与所述C环空10内均设置有相变蓄热材料，其第一热量助排装置和第二热量助排装置结构相同，其区别在其内各个部件的大小不同，其各个部件的大小根据实际的外部环境进行设定。
进一步的，所述第一热量助排装置包括若干个沿周向均匀分布在所述第四套管4上的提升管44，所述提升管44的上方设置有嵌套在所述第四套管4上的第一环管41和第二环管42，所述第一环管41与所述第二环管42通过连接管相连通，所述第一环管41与所述提升管44相连通，所述第一环管41上设置有与所述连接管相连接的变量泵43。
进一步的，所述第二环管42上开设有若干个沿周向均匀分布的喷洒孔，所述提升管44远离所述第一环管41的端部延伸到对应的所述水泥环7处，所述提升管44远离所述第一环管41的外周壁上开设有若干个均匀分布的吸液孔。
进一步的，所述提升管44、所述第一环管41以及所述第二环管42的内径均相同。
进一步的，所述相变蓄热材料为结晶水合盐，其中结晶水合盐通常为中低温相变蓄能材料中的重要一类，可根据盐类的不同配比获得不同相变温度的蓄热物质，其配置的相变温度参照图3，根据图3中B环空9和C环空10的温度随着井深的变化配置相应的相变温度，同时第一热量助排装置与第二热量助排装置的布置深度也依据图3中的温度变化以及实际的外部环境进行设定，本申请不在具体叙述；另外结晶水合盐在使用中会出现过冷、相分类等不利因素，可以通过在结晶水合盐内添加增稠剂防止相分类，加入一种微粒结构或者利用冷指法降低过冷度，具体的增稠剂和微粒结构根据不同的盐类进行合理选择，其属于现有技术，本申请不做过多的陈述。
进一步的，所述油管5上嵌套有真空隔热管。
一种深水高温高压油气井测试管柱的测试方法，具体如下：
1）：分别在A环空8、B环空9以及C环空10内设置温度传感器和压力传感器，每个环空区内均设置两个温度传感器和两个压力传感器，即在对应的环空区的底部和顶部分布设置一个温度传感器和一个压力传感器；
2）：分别在B环空9和C环空10内的变量泵上设置流量传感器，用于监测每个环空区内的相变蓄热材料的流量；
3）：在油管5的出油口处设置流量传感器，以检测出油量；
4）：根据温度传感器和压力传感器的监测参数，实时调控变量泵43的流量和出油量，并利用流量传感器实时监测变量泵43的流量；
5）：在4）的调控中，优先通过调控变量泵43的流量，实现对环空区内的温度和压力的调整，最终通过获取的温度、压力以及流量信息，对变量泵43的流量和出油量进行实时调控，控制相变蓄热材料的热交换量，进而达到对环空区内温度、压力的调整和监控。
其中图3的参数为现有技术中的某海域温度图，基于图3所示，其上的曲线从左至右依次为地层温度线、C环空10温度线、B环空9温度线、A环空8温度线以及井筒流体温度线，在实际使用中不能依据本申请的图3进行设计使用，需要根据钻井平台实际所处的海域的温度和井深进行设计。
使用时，在高温流体通过油管5时，其中位于油管5上的真空隔热管能够隔绝一部分热量，而散发出去的热量会逐渐传递到A环空8、B环空9以及C环空10中，进而使得各环空区内的温度升高，通过在环空区温度较高的底部设置相变蓄热材料，进而通过相变蓄热材料吸收热量，使其从固体的结晶体转变为液态溶液，然后通过提升管43、第一环管41以及第二环管42，将液态溶液逐渐提升到温度较低的部位，同时将其喷洒出来，进而形成一升一降两次温区变化（即从底部的高温去到顶部的低温区以及从顶部的低温去到底部的高温区），液态溶液在低温区放热再次形成结晶体而坠落到底部高温区，进而形成吸热放热的循环，进而将环空区内的温度稳定在一个相对稳定的状态。
本发明通过在环空区内增设热量助排装置辅助降低环空区内部的温度，利用相变蓄热材料对环空区底部的热量进行收集，通过提升管再将其提升到温度较低的位置进行放热，利用相变蓄热材料的相对固定的熔点对环空区内的温度进行均衡降温，进而降低因为温度效应引起的安全隐患；此外通过本发明中的测试方法能够获得每个环空区内的温度和压力情况，并利用这些温度和压力参数实现对相变蓄热材料热交换量的控制，进而能够实时的调控每个环空区内的温度和压力情况，避免产生安全隐患。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，包括位于泥层内呈阶梯状分布的第一套管（1）、第二套管（2）、第三套管（3）以及第四套管（4），所述第一套管（1）套设在所述第二套管（2）上，所述第二套管（2）套设在所述第三套管（3）上，所述第三套管（3）套设在所述第四套管（4）上，所述第四套管（4）深入油层（6）内，所述第四套管（4）内设置有与所述第四套管（4）同轴线的油管（5），所述油管（5）靠近油层（6）的外周壁上设置有封隔器（51），所述油管（5）远离油层（6）的端部与外部的钻井平台相连接；所述第一套管（1）与所述第二套管（2）之间、所述第二套管（2）与所述第三套管（3）之间以及所述第三套管（3）与所述第四套管（4）之间均设置有水泥环（7），所述第四套管（4）与所述油管（5）之间、所述第三套管（3）与所述第四套管（4）之间以及所述第二套管（2）与所述第三套管（3）之间分别形成A环空（8）、B环空（9）、C环空（10），所述B环空（9）与所述C环空（10）均位于其内对应的所述水泥环（7）的上方；所述B环空（9）与所述C环空（10）内分别设置有第一热量助排装置和第二热量助排装置，所述B环空（9）与所述C环空（10）内均设置有相变蓄热材料；
所述第一热量助排装置包括若干个沿周向均匀分布在所述第四套管（4）上的提升管（44），所述提升管（44）的上方设置有嵌套在所述第四套管（4）上的第一环管（41）和第二环管（42），所述第一环管（41）与所述第二环管（42）通过连接管相连通，所述第一环管（41）与所述提升管（44）相连通，所述第一环管（41）上设置有与所述连接管相连接的变量泵（43）。
2.如权利要求1所述的一种深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，所述第二环管（42）上开设有若干个沿周向均匀分布的喷洒孔，所述提升管（44）远离所述第一环管（41）的端部延伸到对应的所述水泥环（7）处，所述提升管（44）远离所述第一环管（41）的外周壁上开设有若干个均匀分布的吸液孔。
3.如权利要求1所述的一种深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，所述提升管（44）、所述第一环管（41）以及所述第二环管（42）的内径均相同。
4.如权利要求1所述的一种深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，所述相变蓄热材料为结晶水合盐。
5.如权利要求1所述的一种深水高温高压油气井测试管柱，其特征在于，所述油管（5）上嵌套有真空隔热管。
6.如权利要求1所述的一种深水高温高压油气井测试管柱的测试方法，其特征在于，具体如下：
1）：分别在A环空（8）、B环空（9）以及C环空（10）内设置温度传感器和压力传感器，每个环空区内均设置两个温度传感器和两个压力传感器，即在对应的环空区的底部和顶部分布设置一个温度传感器和一个压力传感器；
2）：分别在B环空（9）和C环空（10）内的变量泵上设置流量传感器，用于监测环空区内的相变蓄热材料的流量；
3）：在油管（5）的出油口处设置流量传感器，以检测出油量；
4）：根据温度传感器和压力传感器的监测参数，实时调控变量泵（43）的流量和出油量，并利用流量传感器实时监测变量泵（43）的流量；
5）：在4）的调控中，优先通过调控变量泵（43）的流量，实现对环空区内的温度和压力的调整，最终通过获取的温度、压力以及流量信息，对变量泵（43）的流量和出油量进行实时调控，控制相变蓄热材料的热交换量，进而达到对环空区内温度、压力的调整和监控。
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| CN108952688A (zh) | 2018-12-07 |
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