CN110017127A - 酸压控水一体化装置、酸压控水管柱及酸压控水方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种酸压控水一体化装置，包括：酸压单元，所述酸压单元包括：酸压基管，在所述酸压基管的外壁上开有酸压内孔；安装在所述酸压基管外的外筒，在所述外筒的外壁上开有注酸孔；和设置在所述酸压基管和外筒之间的环状空间内的酸压滑套，所述酸压滑套构造成在初始状态下覆盖所述注酸孔，而在注酸状态下运动以打开所述注酸孔；以及与所述酸压单元相连的控水短节，所述控水短节包括控水基管和安装在所述控水基管上的控水机构，所述控水机构仅允许井筒中流体向所述控水基管的单向流动。本发明还提供了一种酸压控水管柱及酸压控水方法。

Description

酸压控水一体化装置、酸压控水管柱及酸压控水方法

技术领域

本发明涉及油气井完井技术领域，具体地涉及一种用于酸压控水管柱的酸压控水一体化装置。本发明还涉及一种酸压控水管柱及酸压控水方法。

背景技术

近年来，随着我国科技的飞速发展而导致新增的能源需求的不断增加，以及我国中东部老油田的产量衰减。由此，为了保障我国的能源安全，我国石油勘探开发的重点逐步转入到了深海和西北等深井及超深井储层。

为了能够更加高效地开发深井、超深井储层，特别是西北超深井碳酸盐岩缝洞型储层和超深井裂缝型灰岩储层，超深井水平井成为开发超深油藏的选择手段。为了在开发超深水平井中节约成本，尽量延长超深水平井的无水采油期，增加单井产油量，超深井酸压和超深井控水等技术需求随之而来。

目前，传统的酸压方式主要有笼统酸压和分段酸压两种。对于笼统酸压方式来说，虽然风险较小，但是突破酸压压力后，只能在一个点或者区段实现储层与井筒的连通。对于投资较大的超深井来说，其水平井部分需进行分段后对多个水平井段进行分段酸压。而常规的分段酸压方式包括裸眼封隔器带球座滑套分段压裂、套管固井桥塞分段压裂、连续油管拖动打开滑套分段压裂等方式及对应的工具系统。

然而，常规的分段酸压方式存在许多问题。例如，对于裸眼封隔器带球座滑套分段压裂方式来说，需要投球来打开滑套，因此存在着球座及球的不同直径的极差问题。而且，带球座的滑套不能实现全通径，在此类情形下如果要实现全通径，则需要借助连续油管或者钻杆来对球座进行钻除。对于超深水平井，因为连续油管内径的限制和流体摩阻的影响，连续油管钻除球座比较难实现，而采用钻杆钻除球座，则存在着在多级套管结构下选择小钻杆的难题，以及小钻杆扭力值的问题。同时，如果进行钻除球座作业，则需起下三趟管柱，时间和作业成本大。对于套管固井桥塞分段压裂方式来说，其存在着超深水平井水平段固井难题、超深井泵送桥塞的难题、以及桥塞的钻除难题，并且同样需要起下三趟管柱。而对于连续油管拖动打开滑套分段压裂方式来说，其存在着超深水平井水平段固井难题。而且，该方式也至少需要起下两趟管柱。另外，以上三种分段酸压方式只是单纯的酸压完井方式，并没有考虑到水平井分段酸压后调流控水的问题。

由此，为了节约成本、提高超深井的产油量以及利于后期的采油生产作业及增产措施，亟需提供一种适用于超深井的分段酸压与控水一体化的全通径的完井装置，能够通过一趟管柱，实现超深水平井的分段酸压与调流控水以及完井管柱的全通径。

发明内容

针对至少一些如上所述的技术问题，本发明旨在提供一种酸压控水一体化装置，该装置包括进行酸压的酸压单元和单向流动控水短节。根据本发明的装置集酸压功能与调流控水功能于一体，通过一趟管柱实现超深水平井的酸压控水一体化，并能够实现完井管柱的全通径，利于后期采油作业和增产措施，降低了完井成本，保护了井筒的完整性，提高了采油效率。

为此，根据本发明，提供了一种酸压控水一体化装置，包括：酸压单元，所述酸压单元包括：酸压基管，在所述酸压基管的外壁上开有酸压内孔；安装在所述酸压基管外的外筒，在所述外筒的外壁上开有注酸孔；和设置在所述酸压基管和外筒之间的环状空间内的酸压滑套，所述酸压滑套构造成在初始状态下覆盖所述注酸孔，而在注酸状态下运动以打开所述注酸孔；以及与所述酸压单元相连的控水短节，所述控水短节包括控水基管和安装在所述控水基管上的控水机构，所述控水机构仅允许井筒中流体向所述控水基管的单向流动。

在一个优选的实施例中，所述酸压滑套通过剪切销钉与所述外筒相连，所述剪切销钉的临界剪断力小于注酸压力，使得所述剪切销钉在注酸状态被切断而允许所述酸压滑套运动。

在一个优选的实施例中，所述酸压滑套还包括用于使所述酸压滑套保持为覆盖所述注酸孔的压缩弹簧，所述压缩弹簧的弹力小于所述剪切销钉的临界剪断力。

在一个优选的实施例中，在所述酸压滑套的前部设有台阶部分，在所述台阶的内表面设有沿径向延伸的凹槽。

在一个优选的实施例中，在所述酸压基管和外筒之间的环状空间内还设有用于锁定所述酸压滑套的自锁机构。

在一个优选的实施例中，所述自锁机构包括能够沿径向伸缩运动的内锁片，所述内锁片的长度小于所述凹槽的长度，使得所述内锁片能够落入所述凹槽中而锁死所述酸压滑套。

在一个优选的实施例中，所述控水机构包括用于防砂的滤砂网，所述滤砂网通过滤砂网接箍固定在所述控水基管的外侧。

根据本发明，还提供了一种酸压控水管柱，一种酸压控水管柱，在所述酸压控水管柱的水平段部分安装有若干如上所述的酸压控水一体化装置，相邻的所述酸压控水一体化装置之间设有膨胀封隔器。

在一个优选的实施例中，各酸压控水一体化装置中的剪切销钉的临界剪断力小于相邻且靠近井口的酸压控水一体化装置中的剪切销钉的临界剪断力。

根据本发明，还提供了一种酸压控水方法，包括以下步骤：

步骤一：将如上所述的酸压控水管柱下入到超深井中；

步骤二：井口注入酸液，从最远离井口的酸压控水一体化装置开始依次进行酸压施工，直至水平井筒全部酸压完成，停止注酸；

步骤三：下入抽油管，通过控水短节进行控水调流。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的酸压控水一体化装置的酸压单元的结构。

图2显示了根据本发明的酸压控水一体化装置的控水短节的结构。

图3显示了根据本发明的酸压控水一体化装置的结构。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

根据本发明的酸压控水一体化装置300包括用于酸压施工的酸压单元100和用于单向调流控水的控水短节200。

图1显示了根据本发明的酸压控水一体化装置300的酸压单元100的结构。如图1所示，酸压单元100包括作为酸压单元100主体的酸压基管120。酸压基管120设置成圆柱体结构，在酸压基管120的内部设有用于流体流通的通道。在酸压基管120的前端(图1中的左端)连接安装有基管母扣接头110，母扣接头110用于连接井底的其他完井管柱。母扣接头110使得酸压基管120能够方便快捷地连接安装其他完井管柱，且母扣接头110具有良好的连接强度和密封性能，尤其能够保证酸压基管120的连接安装。

在本申请中，将装置安放到井底时靠近井口的方向定义为前端，远离井口的方向定义为后端。

如图1所示，在酸压基管120的外侧设有上外筒130和下外筒140。上外筒130构造成圆盘装结构，包括圆盘形本体131。在圆盘形本体131的中部设有直径大小等于酸压基管120外径的圆形通孔(未示出)，用于安装上外筒130。另外，上外筒130还包括沿酸压基管120轴向延伸的对接部分132。如图1所示，下外筒140包括圆筒形本体部分143。在本体部分143的后端设有外形结构与上外筒130相同的下外筒座144，在下外筒座144的中部设有直径大小等于酸压基管120外径的圆形通孔(未示出)，用于安装下外筒140。下外筒140通过本体部分143的前端部分与上外筒130的对接部分132配合安装。酸压基管120的这种外筒结构方便了外筒的安装连接与拆卸，大大提高了外筒的装配效率。

在本实施例中，上外筒130和下外筒140固定安装在酸压基管120上，并且上外筒130的对接部分132与下外筒140的本体部分143的前端紧固连接。上外筒130的圆盘形本体131与下外筒140的下外筒座144的直径均大于酸压基管120的外径，从而在上外筒130、下外筒140和酸压基管120外壁之间形成了环状的密闭空间190。上外筒130和下外筒140不仅方便了外筒的安装与拆卸，其对接方式还能够保证上外筒130和下外筒140之间连接的紧密性。

根据本发明，在酸压基管120上设有酸压内孔121。如图1所示，酸压内孔121设置在密闭空间190内。酸压内孔121均匀分布在酸压基管120的周向上，且酸压内孔121的开口面积和开口数量取决与分段酸压规模。同时，在下外筒140的本体部分143上设有注酸孔141，注酸孔141处于酸压内孔121的后端。同样，注酸孔141的开口面积和开口数量取决与分段酸压规模。在酸压施工时，酸压基管120内的酸压液通过酸压内孔121进入密闭空间190内，然后通过注酸孔141注出进入储层中进行酸压。

根据本发明，在密闭空间190内设有酸压滑套150。如图1所示，酸压滑套150大致呈中空的圆柱体结构。酸压滑套150套接在酸压基管120上，包括酸压滑套本体153。在酸压滑套本体153的内部前端设有台阶部分154，台阶部分154的底面相对于酸压滑套本体153的内侧表面径向下凹。因此，在台阶部分154的底面形成有相对于台阶部分154的底面径向向外凹的凹槽152。

如图1所示，在密闭空间190内还设有酸压回锁弹簧170。酸压回锁弹簧170设置在酸压滑套150与下外筒座144之间。在安装时，酸压滑套150的台阶部分154保持为覆盖了下外筒140上的注酸孔141。在一个优选的实施例中，酸压滑套150通过剪切销钉180实现定位，以及保证酸压滑套150在一定的压差范围内的固定。剪切销钉180的临界剪断力设置为固定值。剪切销钉180构造成半截嵌入安装在酸压滑套150的台阶部分154内，而另外半截位于注酸孔141中。优选地，剪切销钉180的嵌入安装点与酸压滑套150的台阶部分154的前端面之间的距离大于注酸孔141的直径。

在本实施例中，在初始状态中，由于酸压滑套回锁弹簧170的压缩反弹力不能剪断剪切销钉180，从而导致酸压滑套150被固定在图1所示的初始位置，并且保证了酸压滑套150处于密封关闭的状态。剪切销钉180的这种结构及安装方式尤其能够满足酸压滑套150在一定压差范围内的定位。

根据本发明，在密闭空间190中还设有自锁机构160。自锁机构160用于在酸压结束后锁定酸压滑套150，从而覆盖酸压内孔121，以便关闭密闭空间190。如图1所示，自锁机构160设置在酸压基管120的外侧，并优选地处于酸压内孔121与注酸孔141之间。自锁机构160包括内锁片161，以及固定安装在酸压基管120上的用于安装内锁片161的定位基座162。内锁片161通过内锁片弹簧163连接安装到定位基座162上，从而使得内锁片161能够沿酸压基管120的径向做伸缩运动。内锁片161的长度设置成小于酸压滑套150的凹槽152的长度，这样，在酸压滑套150向前运动到一定位置时，内锁片161会在内锁片弹簧163的弹力作用下完全嵌入到酸压滑套150的凹槽152内，从而锁死酸压滑套150。在这种情况下，酸压滑套150的台阶部分154能够完全覆盖酸压内孔121，实现酸压滑套150的永久关闭。

在本实施例中，内锁片161的前后端面作倒角处理，从而在内锁片161的后端面形成有内锁片后斜端面。同时酸压滑套150的台阶部分154的前端面作内倒角处理，从而在酸压滑套150的前端面形成有酸压滑套前斜端面。内锁片后斜面与酸压滑套前斜面构造成能够相吻合的斜端面。酸压滑套150及内锁片161的这种斜端面结构尤其方便了自锁机构160的内锁片161的轴向运动，有效避免了酸压滑套150与自锁机构160的内锁片161在相互垂直的方向上出现卡死的情况。

另外，在下外筒140的本体部分143上设有酸压滑套外压力传导孔142。如图1所示，酸压滑套外压力传导孔142设置在下外筒140的安装有酸压滑套回锁弹簧170的区域。酸压滑套外压力传导孔142用于平衡酸压滑套150的内外压力，避免密闭空间190的酸压滑套回锁弹簧170所在的部分因酸压滑套150的下行(向后端方向行进)而导致该空间内压缩压力太大，导致酸压滑套150正常的下行受阻，从而影响酸压滑套150的打开程度。

下面简述根据本发明的酸压控水一体化装置300的酸压单元100的工作原理。酸压滑套150在安装时，对酸压滑套回锁弹簧170产生了一定的预紧压缩力。此时，酸压滑套回锁弹簧170反推力作用于酸压滑套150的后端面上，从而将酸压滑套150向前推进。当酸压滑套150上的剪切销钉180抵达酸压内孔121内的前沿时，酸压滑套回锁弹簧170的压缩反弹力不能剪断剪切销钉180，导致酸压滑套150限位在此位置，并且保证了酸压滑套150覆盖注酸孔141，使得酸压滑套150处于密封关闭状态。此时，酸压滑套前斜端面与内锁片后斜端面有一定的距离。在酸压基管120内的酸压液通过酸压内孔121注入密闭空间190进行增压的过程中，液体压力将作用在酸压滑套150上，并推动酸压滑套150下行。当液体压力小于剪切销钉180的临界剪断力时，剪切销钉180阻碍酸压滑套150向下继续运动，从而保证酸压滑套150的密封状态。当酸压滑套150所受压力大于剪切销钉180的临界剪断力时，剪切销钉180被剪断，酸压滑套150继续下行而打开注酸孔141。此时，酸压内孔121与注酸孔141构成一个连通的流体通道，从酸压基管120内输送过来的酸压液体得以通过该流体通道而进入储层，进行酸压作业。在酸压过程中，注入酸液的压力大于地层压力，从而保证滑套一直处于打开状态。

当酸压完成并达到注入的酸液规模后，井口暂停泵入酸液增压。此时，酸压基管120内的液体压力与酸压基管120外井筒中的储层压力相对一致。在酸压滑套回锁弹簧170的预压缩的回弹力下，酸压滑套150被向前推动。当内锁片后斜面与酸压滑套前斜面吻合接触时，产生的压力导致内锁片161回缩。当酸压滑套回锁弹簧170的反弹力推动酸压滑套150使得凹槽152完全越过内锁片161时，内锁片161酸压滑套回锁弹簧170的回弹力的作用下嵌入到凹槽152中。此时，酸压滑套150的凹槽152的前竖直端面与内锁片161的前竖直端面平行紧贴，使得酸压滑套150无法后行，从而实现酸压滑套150永久关闭。

图2显示了根据本发明的酸压控水一体化装置300的控水短节200的结构。如图2所示，控水短节200包括控水基管210。控水基管210大致呈中空圆柱体结构，在控水基管210的前端安装连接有控水短节母扣接头220。控水短节母扣接头220用于连接油管而与酸压单元100相连接。如图1所示，在酸压单元100的后端设有酸压基管公扣122，酸压基管公扣122用于连接油管。通过控水短节母扣接头220及酸压基管公扣122分别与油管连接，从而实现了控水短节200与酸压单元100的安装连接。

根据本发明，控水短节200还包括控水机构270。如图2所示，控水机构270设置在控水基管210的侧壁外侧。另外，在控水基管210的外部套接有控水机构外筒250。控水机构外筒250大致呈中空圆柱体结构，其内直径大于控水基管210的直径，从而在控水基管210与控水机构外筒250之间形成了控水机构内流道260。控水机构内流道260的后端封闭，在控水机构内流道260的前端且处于控水机构外筒250与控水基管210之间设有滤砂网230，用于在生产过程中进行防砂。控水机构270处于控水机构内流道260的靠近后端的位置，从而使得控水机构内流道260通过控水机构270与控水基管210的中空管道相连通。

在本实施例中，滤砂网230通过滤砂网接箍固定安装到控水基管210的外侧表面。在生产过程中，井筒中的流体，通过滤砂网230上的滤砂网孔231进入控水机构内流道260中。控水机构内流道260中的流体再通过控水机构270进入控水基管210的中空管道内。控水机构270具有稳油控水，增加水相入流阻力，促进油相流动的功能，从而能够达到调流控水的目的。并且，该装置具有单向流动功能，使得流体只能从井筒通过滤砂网孔231流入控水机构内流道260，然后，通过只能单向流动的控水机构270进入控水基管210内，最后被采油管柱采出。滤砂网230能够有效过滤井筒中的流体杂质，提高生产质量，以及控水机构270能够有效地实现调流控水，促进油相流动，大大提高了采油效率。

图3显示了根据本发明的酸压控水一体化装置300的结构。如图3所示，酸压单元100和控水短节200连接成酸压控水一体化装置300的主体管柱，且安装在超深井水平井中。在水平井筒中设置有若干膨胀封隔器340，膨胀封隔器340具有遇油遇水膨胀的特点，用于对水平井筒进行分段。从而将水平井筒从靠近井口到远离井口依次分段，且依次定义为水平分段I、水平分段II直至水平分段N。在每两个相邻的膨胀封隔器340之间的水平分段内均安装连接有酸压单元100和控水短节200，且酸压单元100处于靠近井口的位置。其中，水平井的水平分段数取决于水平井的长度以及优化的分段数。此外，在主体管柱的后端设有导引头350，导引头350方便了主体管柱的顺利下入。

在本实施例中，根据本发明的酸压控水一体化装置300在酸压施工时最先酸压远离进口的N级水平分段，然后，依次酸压相邻的靠近井口的上一级水平分段N-1、N-2直至最后酸压靠近井口的水平分段I。由此，从远离井口的N级水平分段到靠近井口的水平分段I中的酸压单元100的剪切销钉180的临界剪断值Q_n，设置为依次减小，即Q_n＜Q_n-1＜……＜Q₁。同时，相邻的水平分段内的剪切销钉180的临界剪断值的差值大于正常酸压过程中可能造成的压力激动幅值，用以防止酸压靠近趾端附近水平分段时，打开邻近前部水平分段的酸压滑套150。此外，酸压水平分段N的酸压压力P_n大于该水平分段内的剪切销钉180的临界剪断值Q_n。用以正常打开水平分段N内的酸压滑套150，并且酸压压力Pn设置为小于水平分段N-1中剪切销钉180的临界剪断值Q_n-1，用以防止酸压水平分段N时，打开水平分段N-1内的酸压滑套150。当水平分段N酸压完成，此水平分段达到设计注入酸液后，井口停止注酸增压。此时，井底基管内液体压力小于或者等于水平分段N中井筒液体压力，则酸压滑套150在酸压滑套回锁弹簧170的反推动下，使得内锁片161嵌入到凹槽152中，从而将酸压滑套150关闭密封，锁死酸压单元100。之后，井口小排量注酸增压验封，验证水平分段N内酸压滑套150是否关闭密封。水平分段N内的验封压力设置为小于Q_n-1，用以防止验封时打开水平分段N-1，当验证水平分段N内酸压滑套已经关闭密封后，继续增压，酸压水平分段N-1。此时，P_n-1>Q_n-1，P_n-1<Q_n-2，待完成水平分段N-1的酸压后，验证水平分段N-1内的酸压滑套150是否关闭。以此类推，直至完成水平分段I内的酸压。

根据本发明，酸压控水一体化装置300还包括油管320和井口装置310。如图3所示，在竖直井筒中设有悬挂封隔器330。悬挂封隔器330用于保证封隔油套环空，避免酸压时井筒中的酸压液上返至油套环空中。在酸压作业完工后，悬挂密封悬挂封隔器330，丢手后取出上部管柱并下入抽油设备进行生产，或者直接下入抽油设备进行生产。

根据本发明，还提供了一种酸压控水一体化方法。该方法通过使用酸压控水一体化装置300实现酸压控水作业。首先，将酸压单元100和控水短节200下入到超深井的水平井筒中，并通过膨胀封隔器340将水平井筒分成若干水平分段。之后，向井口注入酸液，最先酸压远离井口的水平分段N，直至水平分段N酸压结束，停止注入酸液。之后，进行增压，直至关闭密封已酸压水平分段的酸压滑套150，继续增压，酸压下一段相邻的靠近井口的水平分段N-1。依次类推，直至酸压完靠近井口的水平分段I，完成所有水平分段的酸压作业。最后，悬挂密封悬挂封隔器330，下入抽油设备，通过控水短节200控水调流，进行采油生产。

根据本发明的酸压控水一体化装置300通过集成酸压单元100与控水短节200，在解决超深水平井分段酸压并实现生产管柱全通径的基础上，将调流控水功能实现在该装置上。由此，通过一趟管柱同时实现了超深水平井的分段酸压与调流控水，并保证了完井管柱的全通径，利于后期采油作业和增产措施，进而降低了完井成本，提高了超深水平井控制区域内产油量。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种酸压控水一体化装置(300)，包括：

酸压单元(100)，所述酸压单元包括：

酸压基管(120)，在所述酸压基管的外壁上开有酸压内孔(121)；

安装在所述酸压基管外的外筒(140)，在所述外筒的外壁上开有注酸孔(141)；和

设置在所述酸压基管和外筒之间的环状空间内的酸压滑套(150)，所述酸压滑套构造成在初始状态下覆盖所述注酸孔，而在注酸状态下运动以打开所述注酸孔；以及

与所述酸压单元相连的控水短节(200)，所述控水短节包括控水基管(210)和安装在所述控水基管上的控水机构(270)，所述控水机构仅允许井筒中流体向所述控水基管的单向流动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述酸压滑套通过剪切销钉(180)与所述外筒相连，所述剪切销钉的临界剪断力小于注酸压力，使得所述剪切销钉在注酸状态被切断而允许所述酸压滑套运动。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述酸压滑套还包括用于使所述酸压滑套保持为覆盖所述注酸孔的压缩弹簧(170)，所述压缩弹簧的弹力小于所述剪切销钉的临界剪断力。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述酸压滑套的前部设有台阶部分，在所述台阶部分的内表面设有沿径向延伸的凹槽(152)。

5.根据权利要求4所述的酸压控水一体化装置，其特征在于，在所述酸压基管和外筒之间的环状空间内还设有用于锁定所述酸压滑套的自锁机构(160)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述自锁机构包括能够沿径向伸缩运动的内锁片(161)，所述内锁片的长度小于所述凹槽的长度，使得所述内锁片能够落入所述凹槽中而锁死所述酸压滑套。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控水机构包括用于防砂的滤砂网(230)，所述滤砂网通过滤砂网接箍(240)固定在所述控水基管的外侧。

8.一种酸压控水管柱，在所述酸压控水管柱的水平段部分安装有若干根据权利要求1到7中任一项所述的酸压控水一体化装置，相邻的所述酸压控水一体化装置之间设有膨胀封隔器(340)。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，各酸压控水一体化装置中的剪切销钉的临界剪断力小于相邻且靠近井口的酸压控水一体化装置中的剪切销钉的临界剪断力。

10.一种酸压控水方法，包括以下步骤：

步骤一：将根据权利要求8或9所述的酸压控水管柱下入到超深井中；

步骤二：井口注入酸液，从最远离井口的酸压控水一体化装置开始依次进行酸压施工，直至水平井筒全部酸压完成，停止注酸；

步骤三：下入抽油管，通过控水短节进行控水调流。