CN109322647A - 一种分层注采一体化管柱及工艺 - Google Patents

一种分层注采一体化管柱及工艺 Download PDF

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宋祖厂
孙福超
刘忠玮
盖旭波
周俊杰
赖学明
刘扬
胡石峰
杨海超
刘永河
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    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/20Displacing by water

Abstract

本发明公开了一种分层注采一体化管柱及工艺,涉及采油技术领域。该管柱设置在套管内部,且具有上端连通井口的轴向内腔,该管柱包括:通过第一油管依次连接的第二油管、抽油泵泵筒和至少两个封隔器;在每个封隔器的下方均设置有连通套管内腔和管柱内腔的液体流通口;以及设置在抽油泵泵筒内部的可沿抽油泵泵筒的轴向移动的抽油泵柱塞,抽油泵柱塞可上行进入第二油管中;第二油管的内径大于抽油泵柱塞的外径。通过本发明提供的管柱既可进行采油作业也可进行注水作业,因此在井别转化时无需更换管柱,简化了井别转换操作,提高了生产效率。

Description

一种分层注采一体化管柱及工艺
技术领域
本发明涉及采油技术领域,特别涉及一种分层注采一体化管柱及工艺。
背景技术
在开采非均质性较强的油藏时,由于不同的地层地质条件各异,为了保证较高的开采率,一般采用分层开采的作业方式,即利用封隔器将不同地质条件的地层分隔开,并针对不同的地层制定开采压力以及开采量等生产参数。然而随着开采进入到中后期,地层能量出现衰减,使得原油难以从地层中被分离。且非均质性较强的油藏中不同地层间的能量衰减情况各异,大大增加了原油开采的难度。此时需要停止采油作业,进行井别转换,将采油井转换为注水井,通过向各个地层注水增压补充地层能量。注水作业完成后,再次进行井别转换,将注水井转换为采油井,继续进行采油作业。
在现有技术中,油井进行井别转换时,需要利用不同管柱交替进行注水作业和采油作业。具体地,利用采油管柱进行采油作业;当转为注水井后,拆卸采油管柱,下入注水管柱,进行注水作业;注水作业完毕后,转为采油井,此时需要拆除注水管柱,下入采油管柱再次进行采油作业。
在实现本发明的过程中,发明人发现现有技术至少存在以下问题:
由于现有技术中采油管柱和注水管柱均为独立的管柱,因此采用这种工艺进行石油开采时,易造成操作复杂、工作效率低、原油开采成本高等问题,严重影响了油田的效益开发。
发明内容
为了解决现有技术中井别转换时操作复杂、工作效率低、原油开采成本高的问题,本发明实施例提供了一种分层注采一体化管柱及工艺,该技术方案具体如下:
第一方面,本发明实施例提供了一种分层注采一体化管柱,所述管柱设置在套管内部,且所述管柱具有上端连通井口的轴向内腔,所述管柱包括:
通过第一油管自上而下依次连接的第二油管、抽油泵泵筒和至少两个封隔器,以及以动密封连接的方式设置在所述抽油泵泵筒内部的抽油泵柱塞;
在每个所述封隔器的下方均设置有连通套管内腔和所述管柱的内腔的液体流通口;
所述抽油泵柱塞可上行进入所述第二油管中;
所述第二油管的内径大于所述抽油泵柱塞的外径。优选地,在所述抽油泵泵筒的下方设置有滑套,所述滑套上具有可连通所述管柱的内腔和所述套管内腔的通孔。
优选地,在所述滑套的下方设置有油管柱分离器。
优选地,在所述滑套的下方设置有油管锚。
优选地,每个所述封隔器的下端通过第一油管连接有配水器,所述液体流通口为所述配水器的出水口。
优选地,在位于最下方的所述配水器的下方还依次连接有球座、筛管和丝堵。
优选地,所述球座为双球座。
第二方面,本发明实施例提供了一种利用第一方面所提供的管柱的分层注采一体化工艺,所述工艺包括:
步骤一、组装管柱,利用第一油管依次连接第二油管、抽油泵泵筒和至少两个封隔器;
步骤二、下入管柱,将组装好的管柱下入套管中,且封隔器坐封;
步骤三、采油作业,使得所述抽油泵柱塞在所述抽油泵泵筒中上下移动进行采油作业;
步骤四、将所述采油作业转换为注水作业,使所述抽油泵柱塞上行至所述第二油管中并保持不动,向管柱连通井口的端部注水;
步骤五、将所述注水作业转换为所述采油作业,使所述抽油泵柱塞下行至所述抽油泵泵筒中,并在所述抽油泵泵筒中上下移动进行采油作业。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
本发明实施例提供的注采一体化管柱在采油作业阶段,抽油泵柱塞在抽油泵泵筒中上下移动,进行正常采油作业。当需要进行注水作业时,抽油泵柱塞上行至第二油管内部。此时由于第二油管的内径大于抽油泵柱塞的外径,在第二油管与抽油泵柱塞之间形成了环空。且该环空向上连通井口,向下连通各个地层,如此通过第二油管与抽油泵柱塞之间的环空形成了连通井口和各个地层的注水通道,使得该管柱能够进行注水作业。本发明实施例提供的注采一体化管柱兼具了采油功能和注水功能,因此在进行井别转换时,无需频繁拆卸或更换管柱,简化了井别转换操作,提高了油井生产效率,降低了开采成本,保证油田的开发效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例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是本发明实施例提供的一种分层注采一体化管柱采油状态结构示意图;
图2是本发明实施例提供的一种分层注采一体化管柱注水状态结构示意图。
附图中各个标记分别为:
11、第一油管,12、第二油管,121、第一变扣接头,122、第二变扣接头;
2、抽油泵泵筒;
3、封隔器;31、第一封隔器,32、第二封隔器;
4、抽油泵柱塞;
5、滑套;
6、油管柱分离器;
7、油管锚;
8、配水器,81、第一配水器,82、第二配水器;
9、球座;
10、筛管;
11、丝堵。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示,本发明实施例提供了一种分层注采一体化管柱,管柱设置在套管内部,且管柱具有上端连通井口的轴向内腔,该管柱包括:
通过第一油管11自上而下依次连接的第二油管12、抽油泵泵筒2和至少两个封隔器3,以及以动密封连接的方式设置在抽油泵泵筒2内部的抽油泵柱塞4;
在每个封隔器3的下方均设置有连通套管内腔和管柱的内腔的液体流通口;
抽油泵柱塞4可上行进入第二油管12中;且第二油管12的内径大于抽油泵柱塞4的外径。
其中,由于抽油泵柱塞4和抽油泵泵筒2之间为动密封连接,因此抽油泵柱塞4可在抽油泵泵筒2内部沿抽油泵泵筒2的轴向移动,并且抽油泵柱塞4和抽油泵泵筒2之间不具有环空结构。抽油泵柱塞4和抽油泵泵筒2采用本领域的常用结构即可。
在使用时,至少两个封隔器3坐封后,划分出不同的地层。且位于封隔器3下方的液体流通口对应了不同的地层。通过液体流通口使得套管内腔中的液体能够进入管柱内腔,或管柱内腔中的液体能够排至套管内腔。具体地,该管柱的注、采作业方式如下:
当油井为采油井时,进行正常采油作业。如图1所示,抽油泵柱塞4在抽油泵泵筒2中上下移动,抽吸地层中的原油。各地层中的原油进入套管内腔,再通过相应的液体流通口从套管内腔进入到管柱内腔,并进一步被抽油泵柱塞4抽吸至井口,进而采出。
当需要补充地层能量时进行井别转换,油井从采油井转换为注水井。本领域技术人员可以理解的是,由于抽油泵柱塞4与抽油泵泵筒2之间为动密封,如此抽油泵柱塞4和抽油泵泵筒2之间无法形成环空流体通道。因此在进行注水作业时,如图2所示,抽油泵柱塞4上行至第二油管12内部。此时由于第二油管12的内径大于抽油泵柱塞4的外径,因此在第二油管12和抽油泵柱塞4之间形成了环空,并且该环空向上通过第一油管11连通井口,向下连通抽油泵泵筒2的内腔。如此在该管柱内部,通过第一油管11、第二油管12与抽油泵柱塞4之间的环空、抽油泵泵筒2的内腔,封隔器3、液体流通口以及套管内腔形成了连通井口和各地层的注水通道。在注水作业时,向管柱内腔连通井口的端部注水,水通过注水通道进入各个地层,完成地层能量补充。
当完成地层能量补充后,油井再次转换为采油井进行采油作业时,抽油泵柱塞4下行至抽油泵泵筒2中,并在抽油泵泵筒2中上下移动进行采油作业。
本发明实施例提供的注采一体化管柱通过第二油管12与抽油泵柱塞4之间的环空为分层注水作业提供了注水通道,进而使得该管柱兼具了采油功能和注水功能。因此使用本发明实施例提供的注采一体化管柱在进行井别转换时,无需频繁拆卸或更换管柱,如此简化了井别转换操作,提高了油井生产效率,降低了开采成本,保证油田的开发效益。
在使用时,对于带动抽油泵柱塞4沿管柱轴向移动的装置不做具体限定,例如,抽油泵柱塞4的上端可连接抽油光杆的下端,抽油光杆的上端连接抽油机。进而在抽油机的作用下,抽油光杆带动抽油泵柱塞4沿管柱的轴向上下移动。
需要说明的是,本发明实施例提供的管柱包括有多个第一油管11,通过第一油管11将不同组件连接起来。第二油管12的上端连接有第一变扣接头121,第一变扣接头121的上端与接通井口的第一油管11的下端连接;第二油管12的下端连接有第二变扣接头122,第二变扣接头122的下端与下端连接抽油泵泵筒2的第一油管11的上端连接。
进一步地,在抽油泵泵筒2的下方设置有滑套5,滑套5上具有可连通管柱内腔和套管内腔的通孔。
具体地,在采油作业阶段,参见图1,滑套5开启,此时通孔连通管柱内腔和套管内腔,被抽吸出的原油在经过滑套5时通过通孔进入管柱和套管的环空。且在稳定状态下,管柱和套管环空中的原油液面与管柱内部的原油液面平齐。因此通过监控管柱和套管环空中的原油液面高度可以得知管柱内部的原油液面高度,有利于优化抽油机冲程、冲次。
在注水作业阶段,参见图2,滑套5关闭,此时通孔不再连通管柱内腔和套管内腔,保证了注水通道密封性,使得注水作业顺利进行。
在本发明实施例中,对于滑套5的结构以及开启方式不做具体限定,例如该滑套5为液压滑套,或者气压滑套等。
进一步地,在滑套5的下方设置有油管柱分离器6。具体地,该油管柱分离器的上端通过第一油管11连接滑套5的下端。该油管柱分离器6具有脱扣功能,当管柱遇卡需要拆卸时,可从该油管柱分离器6处脱开,进而上提位于油管柱分离器6上方的管柱,为进一步清理和解卡提供作业条件。
此外,在滑套5的下方还设置有油管锚7。优选地,该油管锚7设置的油管柱分离器6的下方,具体地,油管柱7的上端通过第一油管11连接油管柱分离器6的上端。油管锚7具有锚定作用,限定了管柱沿轴向的运动,避免因压力、温度、举升等不同工况时管柱伸缩等因素造成的上下蠕动,保证了整体管柱的稳定性。
进一步地,每个封隔器3的下端通过第一油管11连接有配水器8,且上述液体流通口为配水器8的出水口。
具体地,以该管柱包括第一封隔器31、第二封隔器32、第一配水器81和第二配水器82为例。如图1所示,第一封隔器31的下端通过第一油管11连接第一配水器81,第一配水器81的下端通过第一油管11连接第二封隔器32的上端。第二封隔器32的下端通过第一油管11连接第二配水器82。第一封隔器31和第二封隔器32坐封后,第一地层位于第一封隔器31和第二封隔器32之间,第二地层位于第二封隔器32下方。采油作业时,第一地层中的原油通过第一配水器81的出水口进入管柱内腔,第二地层中的原油通过第二配水器82的出水口进入管柱内部。注水作业时,管柱中的水通过第一配水器81上的出水口进入第一地层,通过第二配水器82上的出水口进入第二地层。其中,第一配水器81和第二配水器82中还设置有水嘴,可通过调节水嘴的大小来控制通过配水器8的出水口的液体的量。如此在采油作业中,通过调节器可控制原油的采出量,满足分层采油需求;在注水作业中,同构调节器可控制各个地层的注水量,能够使得中低渗透率的地层注水量增多,高渗透率的地层注水量得以控制,满足不同地层的生产需求。
进一步地,在位于最下方的配水器8的下方还依次连接有球座9、筛管10和丝堵11。具体地,如图1所示,在第二配水器82的下端依次连接球座9、筛管10和丝堵11。球座9有助于至少两个封隔器3坐封,起到了单向阀的作用,仅允许通过上行的液体。因此第二地层中的原油进入套管内腔后,可通过筛管10上的筛孔,进一步上行通过球座9进入管柱内部。其中筛管10起到了过滤作用,避免管柱堵塞。
更具体地,球座9为双球座,即上下串联的两个球座,利用双球座可以避免因其中一个球座被堵塞导致的密封失效,影响封隔器3的坐封。
通过本发明实施例提供的注采一体化管柱将采油功能和注水功能集于一体,井别转换时无需提出管柱,大大降低了施工作业量以及工程投资成本,满足油田效益开发的需求。同时利用该管柱可实现井下分层采油和分层注水的开发需求,且该管柱操作方便,安全可靠,具有良好的推广价值。
第二方面,本发明实施例提供了一种利用第一方面所提供的管柱的注采工艺,具体地,该工艺包括:
步骤一、组装管柱,利用第一油管11依次连接第二油管12、抽油泵泵筒2和至少两个封隔器3,在抽油泵泵筒2中设置抽油泵柱塞4;
步骤二、下入管柱,将组装好的管柱下入套管中,且封隔器3坐封;
步骤三、采油作业,抽油泵柱塞4在抽油泵泵筒2中上下移动进行采油作业;
步骤四、第一次井别转换,抽油泵柱塞4上行至第二油管12中并保持不动,向管柱连通井口的端部注水;
步骤五、第二次井别转换,抽油泵柱塞4下行至抽油泵泵筒2中,并在抽油泵泵同行2中上下移动进行采油作业。
通过本发明实施例提供的管柱既可进行采油作业也可进行注水作业,因此在井别转化时无需更换管柱,简化了井别转换操作,提高了生产效率。
其中,在步骤二之后还需要进行管柱验封,具体可用电缆将带有压力计的电动验封仪下入井中,逐级进行封隔器验封。
进一步地,在使用配水器8时,在管柱验封之前还需要下入测调仪器开启配水器的水嘴。并且在步骤四中,进行注水之前,还需下入测调调节器调节水嘴的大小,通过调节水嘴的大小控制通过配水器出水口的液体的量。同时利用电缆、地面仪器等监视流量压力,根据实时监测到的流量调整水嘴大小直至达到生产要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分层注采一体化管柱,所述管柱设置在套管内部,且所述管柱具有上端连通井口的轴向内腔,其特征在于,所述管柱包括:
通过第一油管(11)自上而下依次连接的第二油管(12)、抽油泵泵筒(2)和至少两个封隔器(3),以及,以动密封连接的方式设置在所述抽油泵泵筒(2)内部的抽油泵柱塞(4);
在每个所述封隔器(3)的下方均设置有连通套管内腔和所述管柱的内腔的液体流通口;
所述抽油泵柱塞(4)可上行进入所述第二油管(12)中;
所述第二油管(12)的内径大于所述抽油泵柱塞(4)的外径。
2.根据权利要求1所述的管柱,其特征在于,在所述抽油泵泵筒(2)的下方设置有滑套(5),所述滑套(5)上具有可连通所述管柱的内腔和所述套管内腔的通孔。
3.根据权利要求2所述的管柱,其特征在于,在所述滑套(5)的下方设置有油管柱分离器(6)。
4.根据权利要求2所述的管柱,其特征在于,在所述滑套(5)的下方设置有油管锚(7)。
5.根据权利要求1所述的管柱,其特征在于,每个所述封隔器(3)的下端通过第一油管(11)连接有配水器(8),所述液体流通口为所述配水器(8)的出水口。
6.根据权利要求5所述的管柱,其特征在于,在位于最下方的所述配水器(8)的下方还依次连接有球座(9)、筛管(10)和丝堵(11)。
7.根据权利要求6所述的管柱,其特征在于,所述球座(9)为双球座。
8.一种利用权利要求1~7中任一项所述的管柱的分层注采一体化工艺,其特征在于,所述工艺包括:
步骤一、组装管柱,利用第一油管(11)依次连接第二油管(12)、抽油泵泵筒(2)和至少两个封隔器(3),在所述抽油泵泵筒(2)中设置抽油泵柱塞(4);
步骤二、下入管柱,将组装好的管柱下入套管中,且所述封隔器(3)坐封;
步骤三、采油作业,使得所述抽油泵柱塞(4)在所述抽油泵泵筒(2)中上下移动进行采油作业;
步骤四、将所述采油作业转换为注水作业,使所述抽油泵柱塞(4)上行至所述第二油管(12)中并保持不动,向管柱连通井口的端部注水;
步骤五、将所述注水作业转换为所述采油作业,使所述抽油泵柱塞(4)下行至所述抽油泵泵筒(2)中,并在所述抽油泵泵筒(2)中上下移动进行采油作业。
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