CN110374547A - 一种投球器及使用该投球器的稠油注采一体化管柱 - Google Patents
一种投球器及使用该投球器的稠油注采一体化管柱 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种投球器及使用该投球器的稠油注采一体化管柱，投球器包括装球管和出球接头，出球接头连接在装球管的下方；装球管的上端设有上挡板、下端设有下挡板，下挡板由热融材料制成；出球接头的侧壁上开设有出球孔，出球接头内设有导向件，出球孔处铰接有出球挡板，出球孔处设有与出球挡板在内外方向上挡止配合以限制出球挡板向内摆动的挡止面，出球孔处还设有对出球挡板施加弹力以使其与挡止面挡止配合保持关闭状态的弹性件。本发明只需下一趟管柱即可实现注采两步作业，简化作业操作，并且省去了收球器，投球器只负责投球，投出去的封堵球不再收回，投球器的外径可以尽量小，可以适应套变井和小套管井的投球作业，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种投球器及使用该投球器的稠油注采一体化管柱。
背景技术
国内稠油油藏主要的开发方式为蒸汽吞吐或蒸汽驱，随着稠油热采吞吐周期的增加，地层受高强度蒸汽吞吐开采的反复激励，频繁出现蒸汽汽窜问题。同时，由于受渗透率差异以及蒸汽超覆等原因的影响，注汽时，高渗透层为强吸汽层，低渗透层为弱吸汽层，甚至不吸汽。随着蒸汽吞吐轮次的增加，进一步出现井间汽窜干扰现象，汽窜加剧，对产量影响较大。目前，在稠油生产中经常采用选配注工艺措施，实施选配注工艺时，需要投球器来投球，以封堵高渗透层的炮眼，进而使动用程度较高的油层吸汽量减少或不吸汽，同时，迫使动用程度较低的油层提高吸汽量。
授权公告号为CN204457708U的中国实用新型专利公开了一种投球选注工艺管柱，包括投球器和收球器，其中投球器自上而下包括上接头、装球器、下接头，下接头上设置有投球通道，封堵球在导向器的锥面作用下从投球通道排出并封堵目标油层的射孔眼。另外，收球器负责在注汽完成后将封堵球收回，因此其最大外径一般都比较大，与套管之间的环空间隔比较小，可以防止封堵球从环空间隔漏掉。
上述选注工艺管柱属于注汽管柱，通过对油层注入蒸汽达到加热降黏的目的，注汽结束后需要起出管柱进行焖井，然后再下入采油管柱进行回采，需要分两步作业，作业周期长，并且回采时机需要把握得当，作业要求比较高。此外，对于油层部位套管变形损坏的油井（即套变井）以及小套管井而言，由于收球器的外径尺寸比较大，无法通过套管，也就无法实施投球选注工艺，使得选注工艺管柱的应用受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稠油注采一体化管柱，以解决现有技术中的选注工艺管柱在注汽后需要先起出再回采而导致作业周期长的问题；本发明的目的还在于提供一种无需起出即可继续进行回采的投球器。
为实现上述目的，本发明中的稠油注采一体化管柱采用如下技术方案：
一种稠油注采一体化管柱，包括：
投球器，用于投封堵球以封堵高渗透率油层的炮眼；
抽稠泵，连接在投球器的上方，在向井下注入热流体时供热流体通过，以及在热流体注入后实施抽油；
其中，投球器包括：
装球管，用于储存封堵球；以及
出球接头，供封堵球排出投球器，出球接头具有上下贯通的流体通道，且连接在装球管的下方；
其中，装球管的上端设有上挡板、下端设有下挡板，上挡板和下挡板上均设有过流孔，上挡板和下挡板将封堵球限制在装球管内，下挡板由热融材料制成，能够在热流体的高温下融化，释放封堵球至出球接头内；
出球接头的侧壁上开设有出球孔，出球接头内设有将封堵球引导至出球孔的导向件，出球孔处铰接有用于在关闭状态时封堵出球孔的出球挡板，出球孔处设有与出球挡板在内外方向上挡止配合以限制出球挡板向出球接头内摆动的挡止面，出球孔处还设有对出球挡板施加弹力以使其与挡止面挡止配合保持关闭状态的弹性件，出球挡板在封堵球向外顶推作用下克服弹性件的弹力打开并供封堵球排出。
上述稠油注采一体化管柱的技术方案的有益效果在于：由于在出球孔处铰接了出球挡板，正常状态下，出球挡板受弹性件的弹力作用与挡止面挡止配合，从而处于封堵出球孔的关闭状态，可以方便管柱的下放。使用时，当管柱中注入的热流体温度足够高时，下挡板融化，封堵球被释放至出球接头内，在热流体的高压、封堵球的自重以及导向件的引导下，封堵头向外顶推出球挡板，克服弹性件的弹力后将出球挡板打开，封堵球排出到油套环空中，并在高压热流体的作用下，将高渗透率油层的炮眼封堵，减少其吸气量，迫使大部分热流体注向动用程度差的低渗透率油层，当然在注入热流体之前，需要将抽稠泵调整到供热流体通过的状态。热流体注入后，无需起出管柱，待低渗透率油层充分吸收热流体的热量从而粘度降低后，即可利用抽稠泵开始抽油作业，因此本发明中只需下一趟管柱即可实现注采两步作业，从而可以简化作业操作，缩短作业周期。另外在抽油过程中，由于弹性件和挡止面的作用，出球挡板始终处于封堵出球孔的关闭状态，一方面可以保证油液顺利通过，避免油液从出球孔处泄露，另一方面可以防止封堵球再次回到装球管内阻塞装球管，保证了正常的抽油作业。
进一步的，为了避免铰接后的出球挡板增大投球器的外径，并且方便挡止面的设置，出球孔的外侧孔口处设有凹部，出球挡板铰接在凹部内，所述挡止面包括处于凹部内的凹部挡止部分和/或处于出球孔内的球孔挡止部分，出球挡板在关闭状态时，出球挡板的外侧面与出球接头的外侧面对齐。
进一步的，为了方便球孔挡止部分的设置，挡止面包括处于出球孔内的球孔挡止部分，出球挡板的远离铰接部位的一端与所述球孔挡止部分之间为锥面配合。
进一步的，为了方便弹性件的设置，所述弹性件为穿设在出球挡板铰接轴上的扭簧。
进一步的，为了方便设置导向件以及导向件的安装固定，导向件为锥形导向罩，导向罩上设有过流孔，导向罩的大端设有外翻沿，所述出球接头包括出球接头本体和与出球接头本体螺纹连接的下接头，出球接头本体与装球管连接，出球孔和出球挡板均设置在出球接头本体上，导向罩上的外翻沿夹设在出球接头本体和下接头之间。
为实现上述目的，本发明中的投球器采用如下技术方案：
一种投球器，投球器用于连接在稠油注采一体化管柱中抽稠泵的下方，投球器包括：
装球管，用于储存封堵球；以及
出球接头，供封堵球排出投球器，出球接头具有上下贯通的流体通道，且连接在装球管的下方；
其中，装球管的上端设有上挡板、下端设有下挡板，上挡板和下挡板上均设有过流孔，上挡板和下挡板将封堵球限制在装球管内，下挡板由热融材料制成，能够在热流体的高温下融化，释放封堵球至出球接头内；
出球接头的侧壁上开设有出球孔，出球接头内设有将封堵球引导至出球孔的导向件，出球孔处铰接有用于在关闭状态时封堵出球孔的出球挡板，出球孔处设有与出球挡板在内外方向上挡止配合以限制出球挡板向出球接头内摆动的挡止面，出球孔处还设有对出球挡板施加弹力以使其与挡止面挡止配合保持关闭状态的弹性件，出球挡板在封堵球向外顶推作用下克服弹性件的弹力打开并供封堵球排出。
上述投球器的技术方案的有益效果在于：由于在出球孔处铰接了出球挡板，正常状态下，出球挡板受弹性件的弹力作用与挡止面挡止配合，从而处于封堵出球孔的关闭状态，可以方便管柱的下放。使用时，当投球器中注入的热流体温度足够高时，下挡板融化，封堵球被释放至出球接头内，在热流体的高压、封堵球的自重以及导向件的引导下，封堵头向外顶推出球挡板，克服弹性件的弹力后将出球挡板打开，封堵球排出到油套环空中，并在高压热流体的作用下，将高渗透率油层的炮眼封堵，减少其吸气量，迫使大部分热流体注向动用程度差的低渗透率油层，当然在注入热流体之前，需要将抽稠泵调整到供热流体通过的状态。热流体注入后，无需起出管柱，待低渗透率油层充分吸收热流体的热量从而粘度降低后，即可利用抽稠泵开始抽油作业，因此本发明中只需下一趟管柱即可实现注采两步作业，从而可以简化作业操作，缩短作业周期。另外在抽油过程中，由于弹性件和挡止面的作用，出球挡板始终处于封堵出球孔的关闭状态，一方面可以保证油液顺利通过，避免油液从出球孔处泄露，另一方面可以防止封堵球再次回到装球管内阻塞装球管，保证了正常的抽油作业。
进一步的，为了避免铰接后的出球挡板增大投球器的外径，并且方便挡止面的设置，出球孔的外侧孔口处设有凹部，出球挡板铰接在凹部内，所述挡止面包括处于凹部内的凹部挡止部分和/或处于出球孔内的球孔挡止部分，出球挡板在关闭状态时，出球挡板的外侧面与出球接头的外侧面对齐。
进一步的，为了方便球孔挡止部分的设置，挡止面包括处于出球孔内的球孔挡止部分，出球挡板的远离铰接部位的一端与所述球孔挡止部分之间为锥面配合。
进一步的，为了方便弹性件的设置，所述弹性件为穿设在出球挡板铰接轴上的扭簧。
进一步的，为了方便设置导向件以及导向件的安装固定，导向件为锥形导向罩，导向罩上设有过流孔，导向罩的大端设有外翻沿，所述出球接头包括出球接头本体和与出球接头本体螺纹连接的下接头，出球接头本体与装球管连接，出球孔和出球挡板均设置在出球接头本体上，导向罩上的外翻沿夹设在出球接头本体和下接头之间。
附图说明
图1为本发明中投球器的主视半剖图；
图2为图1中的局部结构放大图。
图中：1.上接头；2.上挡板；3.装球管；4.出球接头本体；41.凹部；42.凸起；5.下挡板；6.出球挡板；61.耳板；7.导向罩；71.外翻沿；8.下接头；9.螺栓；10.螺母；11.扭簧。
具体实施方式
本发明中投球器的一个实施例如图1~图2所示，该投球器用于连接在稠油注采一体化管柱中抽稠泵的下方，如图1所示，投球器自上而下依次包括：上接头1、上挡板2、装球管3、下挡板5、出球接头、导向罩7，其中出球接头包括出球接头本体4和下接头8，出球接头本体4上铰接有出球挡板6。
具体的，上接头1用于与抽稠泵的底部连接，装球管3用于储存封堵球（图中未示出封堵球），上接头1和装球管3之间螺纹连接，上接头1内设有一圈凸缘，上挡板2被夹装固定在装球管3和上接头1内的凸缘之间。装球管3的下端与出球接头本体4螺纹连接，出球接头本体4上部的内孔为上大下小的变径孔，从而形成了台阶面，大径孔即为与装球管3螺纹连接的螺纹孔，下挡板5被夹装固定在装球管3和出球接头本体4的台阶面之间。
上挡板2和下挡板5上均设置有孔径小于封堵球直径的轴向过流孔，从而将封堵球限制在装球管3内，并且下挡板5采用热融材料制成，能够在热流体的高温下融化，例如可以可以为蜡质材料，或者是聚四氟乙烯塑料，下挡板5融化后封堵球被释放至出球接头本体4内。
出球接头本体4供封堵球排出投球器，出球接头本体4的侧壁上开设有三个圆周均布的出球孔，出球挡板6也有三个并分别铰接在各个出球孔处，具体的，出球接头本体4的上部外侧壁上间隔设置有多个凹部41，两个凹部41之间相当于形成了一个凸起42，如图2所示，出球挡板6的顶部间隔设置有两个耳板61，凸起42位于两个耳板61之间，并且两个耳板61和凸起42通过螺栓9穿设在一起，螺栓9上连接有螺母10，从而实现了出球挡板6和出球接头本体4之间的铰接。
螺栓9上穿设有扭簧11，扭簧11在安装后处于预压缩状态，其一个扭力臂顶压在出球接头本体4上、另外一个扭力臂顶压在出球挡板6上，从而可以对出球挡板6施加向内的弹力，出球挡板6的顶端内壁面以及耳板61的侧面与凹部41的底面挡止配合，限制了出球挡板6的向内摆动，因此出球挡板6可以保持关闭状态，并且将出球孔封堵。此外，出球挡板6的远离铰接部位一端，即出球挡板6底端的端面设置成锥面，出球孔的孔壁也为锥面，当出球挡板6处于关闭状态时，出球孔的孔壁与出球挡板6底端端面锥面配合，对出球挡板6具有挡止作用，可以进一步限制出球挡板6向内转动。
在本实施例中，由于在出球接头本体4上设置了凹部41，使得出球挡板6的耳板61位于凹部41内，这样铰接结构就不会占用出球接头本体4外部的空间，从而可以减小投球器的外径。并且进一步的，将出球挡板6的外侧面设置成自上而下逐渐向出球接头本体4的轴线倾斜，与出球接头本体4的外侧面相吻合，因此当出球挡板6处于关闭状态时，出球挡板6的外侧面与出球接头本体4的外侧面对齐。
下接头8用于连接筛管和丝堵，下接头8与出球接头本体4螺纹连接，导向罩7设置在出球接头内，具体的，导向罩7呈锥形，其大端朝下，且大端上设置有外翻沿71，导向罩7通过外翻沿71被夹装固定在下接头8与出球接头本体4之间。导向罩7的锥面上设置有过流孔，方便热流体和油液通过，导向罩7的锥面对封堵球起引导作用，在投球作业时，可以引导封堵球沿着锥面移动顶推出球挡板6，将出球挡板6打开后就可以排出投球器。
本发明中投球器的工作原理是：使用时，将投球器连接在抽稠泵的下方组成稠油注采一体化管柱，将稠油注采一体化管柱下入井内，首先将抽稠泵调整到供热流体通过的状态，抽稠泵采用现有技术中既能够供热流体通过、又能够抽油的注采一体式抽稠泵，例如专利文献CN106014343B、CN201507428U或CN204299842U中所公开的抽稠泵。
抽稠泵调整好以后，向管柱内注入高温蒸汽，当然也可以是热水，一段时间后，下挡板5融化，封堵球被释放至出球接头内，在高温蒸汽的高压、封堵球的自重以及导向罩7的引导下，封堵头向外顶推出球挡板6，克服扭簧11的弹力后将出球挡板6打开，封堵球排出到油套环空中，并在高压蒸汽的作用下，将高渗透率油层的炮眼封堵，减少其吸气量，迫使大部分热流体注向动用程度差的低渗透率油层。
蒸汽注入后，将抽稠泵调整到抽油状态，无需起出管柱，待低渗透率油层充分吸收热流体的热量从而粘度降低后，即可利用抽稠泵开始抽油作业，因此本发明中只需下一趟管柱即可实现注采两步作业，从而可以简化作业操作，缩短作业周期。另外，本发明中省去了收球器，投球器只负责投球，投出去的封堵球不再收回，因此投球器的外径可以尽量小，从而可以适应套变井和小套管井的投球作业，适用范围广。
在投球器的其他实施例中，导向件可以不是设置有过流孔的导向罩，例如导向件可以有多个，多个导向件间隔设置在出球接头内，相邻两个导向件之间形成过流通道。
在投球器的其他实施例中，导向件上引导面也可以不是锥面，而是弧形面。
在投球器的其他实施例中，弹性件也可以不是扭簧，而是设置在出球挡板远离铰接部位一端和出球接头本体之间的拉簧，拉簧处于预拉伸状态，因此可以对出球挡板施加拉力，使其保持关闭；或者是在耳板的顶端和凹部的底面之间固定一个压簧，压簧处于预压缩状态，从而顶推耳板的顶端，在杠杆原理作用下，使出球挡板保持关闭状态。
在投球器的其他实施例中，挡止面可以仅包括凹部的底面，或者仅包括出球孔的锥孔壁。
在投球器的其他实施例中，球孔挡止部分也可以不是出球孔的锥孔壁，例如可以将出球孔的底部设置成台阶孔，利用台阶面对出球挡板进行挡止。
在投球器的其他实施例中，也可以不在出球接头本体上设置凹部，出球挡板直接铰接在出球接头本体的外壁面上，此时可以仅由出球接头本体的外壁面形成挡止面。
在投球器的其他实施例中，出球接头可以不是由出球接头本体和下接头组合而成，而是一体式的出球接头，此时导向罩可以直接焊接固定在出球接头的内壁上。
本发明中稠油注采一体化管柱的实施例为：包括投球器和连接在投球器上方的抽稠泵，抽稠泵采用现有技术中既能够供热流体通过、又能够抽油的注采一体式抽稠泵，例如专利文献CN106014343B、CN201507428U或CN204299842U中所公开的抽稠泵，投球器与上述任意一个实施例中所述的投球器相同，在此不再重复赘述。
Claims (10)
1.一种稠油注采一体化管柱，其特征在于，包括：
投球器，用于投封堵球以封堵高渗透率油层的炮眼；
抽稠泵，连接在投球器的上方，在向井下注入热流体时供热流体通过，以及在热流体注入后实施抽油；
其中，投球器包括：
装球管，用于储存封堵球；以及
出球接头，供封堵球排出投球器，出球接头具有上下贯通的流体通道，且连接在装球管的下方；
其中，装球管的上端设有上挡板、下端设有下挡板，上挡板和下挡板上均设有过流孔，上挡板和下挡板将封堵球限制在装球管内，下挡板由热融材料制成，能够在热流体的高温下融化，释放封堵球至出球接头内；
出球接头的侧壁上开设有出球孔，出球接头内设有将封堵球引导至出球孔的导向件，出球孔处铰接有用于在关闭状态时封堵出球孔的出球挡板，出球孔处设有与出球挡板在内外方向上挡止配合以限制出球挡板向出球接头内摆动的挡止面，出球孔处还设有对出球挡板施加弹力以使其与挡止面挡止配合保持关闭状态的弹性件，出球挡板在封堵球向外顶推作用下克服弹性件的弹力打开并供封堵球排出。
2.根据权利要求1所述的稠油注采一体化管柱，其特征在于，出球孔的外侧孔口处设有凹部，出球挡板铰接在凹部内，所述挡止面包括处于凹部内的凹部挡止部分和/或处于出球孔内的球孔挡止部分，出球挡板在关闭状态时，出球挡板的外侧面与出球接头的外侧面对齐。
3.根据权利要求2所述的稠油注采一体化管柱，其特征在于，挡止面包括处于出球孔内的球孔挡止部分，出球挡板的远离铰接部位的一端与所述球孔挡止部分之间为锥面配合。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的稠油注采一体化管柱，其特征在于，所述弹性件为穿设在出球挡板铰接轴上的扭簧。
5.根据权利要求1~3任意一项所述的稠油注采一体化管柱，其特征在于，导向件为锥形导向罩，导向罩上设有过流孔，导向罩的大端设有外翻沿，所述出球接头包括出球接头本体和与出球接头本体螺纹连接的下接头，出球接头本体与装球管连接，出球孔和出球挡板均设置在出球接头本体上，导向罩上的外翻沿夹设在出球接头本体和下接头之间。
6.一种投球器，其特征在于，投球器用于连接在稠油注采一体化管柱中抽稠泵的下方，投球器包括：
装球管，用于储存封堵球；以及
出球接头，供封堵球排出投球器，出球接头具有上下贯通的流体通道，且连接在装球管的下方；
其中，装球管的上端设有上挡板、下端设有下挡板，上挡板和下挡板上均设有过流孔，上挡板和下挡板将封堵球限制在装球管内，下挡板由热融材料制成，能够在热流体的高温下融化，释放封堵球至出球接头内；
出球接头的侧壁上开设有出球孔，出球接头内设有将封堵球引导至出球孔的导向件，出球孔处铰接有用于在关闭状态时封堵出球孔的出球挡板，出球孔处设有与出球挡板在内外方向上挡止配合以限制出球挡板向出球接头内摆动的挡止面，出球孔处还设有对出球挡板施加弹力以使其与挡止面挡止配合保持关闭状态的弹性件，出球挡板在封堵球向外顶推作用下克服弹性件的弹力打开并供封堵球排出。
7.根据权利要求6所述的投球器，其特征在于，出球孔的外侧孔口处设有凹部，出球挡板铰接在凹部内，所述挡止面包括处于凹部内的凹部挡止部分和/或处于出球孔内的球孔挡止部分，出球挡板在关闭状态时，出球挡板的外侧面与出球接头的外侧面对齐。
8.根据权利要求7所述的投球器，其特征在于，挡止面包括处于出球孔内的球孔挡止部分，出球挡板的远离铰接部位的一端与所述球孔挡止部分之间为锥面配合。
9.根据权利要求6~8任意一项所述的投球器，其特征在于，所述弹性件为穿设在出球挡板铰接轴上的扭簧。
10.根据权利要求6~8任意一项所述的投球器，其特征在于，导向件为锥形导向罩，导向罩上设有过流孔，导向罩的大端设有外翻沿，所述出球接头包括出球接头本体和与出球接头本体螺纹连接的下接头，出球接头本体与装球管连接，出球孔和出球挡板均设置在出球接头本体上，导向罩上的外翻沿夹设在出球接头本体和下接头之间。
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