CN110374551A - 一种井下液控启动滑套控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下液控启动滑套控制系统及控制方法，采用在地面向井下发送压力波或电磁波的方式向井下液控启动滑套发送控制指令，井下液控启动滑套上安装的井下传感器测量地面发送的控制指令，并把测量到的控制指令发送给井下控制电路板，井下控制电路板判断为正确的控制指令，控制井下电磁阀开启，井筒内流体通过井下电磁阀流入井下液控启动滑套内的上腔体，推动活塞杆向下运动，打开井下液控启动滑套。本发明技术省去了现有井下滑套需要投球或者下入连续油管打开的程序，节省了大量时间和成本。
Description
技术领域
本发明属于油气田增产改造技术领域，特别涉及一种井下液控启动滑套控制系统及控制方法。
背景技术
国内油气供应不足的矛盾越来越突出，石油可采、易采储量不断减少，勘探开发正向深层、非常规隐蔽油藏发展，地层越来越复杂，层间差异大，多数储层在完井过程中需要压裂酸化改造，压裂酸化改造成为解决层间矛盾、提高油层动用程度、挖掘层间潜力最有效的措施。随着技术发展，现有油气井通常采用分段压裂酸化工艺，但目前没有一种可靠的压裂酸化工艺技术能够兼顾高效、全通径和避免井下复杂情况等方面，导致目前分段压裂酸化施工效率不高、井下复杂情况多等问题。虽然目前已研发出远程控制智能滑套，可以极大地提高施工效率，但由于成本高昂，故障率高，难以在现场大规模应用。随着技术发展，现有油气井通常采用分段压裂酸化工艺，对于这种工艺，如何在快速建立井筒与地层之间沟通通道的前提下提高分段压裂酸化工艺的施工效率，减少井下复杂情况和后期修井作业影响是一项重点要解决的问题。
滑套作为一种可以沟通/隔离油气井与地层流体的井下工具，同时射孔作为一种可以沟通/隔离油气井与地层流体的方法，目前均广泛应用于水平井分段压裂酸化作业管柱中。对于滑套，目前油田水平井分段压裂酸化采用机械式投球滑套，打开每一级滑套都需要投入对应尺寸的压裂球，施工时从下到上逐层投球打开各层滑套，每一级滑套球座内径及压裂球内径均不相同，从下到上，滑套球座和压裂球内径逐级增大，这种滑套结构复杂，通径小，且压裂级数有限；并且当储层后期产水，滑套无法实现关闭封堵，导致油气井产能降低甚至报废。例如，中国专利文献公开的“一种投球开启自锁滑套”，公开号：CN201972661U，公开日期：2011年09月14日，该专利阐述了在水平井段作业时投球开启压裂喷砂通道，并锁定保持生产通道畅通，但仍采用投球分段，分段数受限。专利“双打开压差滑套”，公开号：CN201723198U，公开日期：2011年01月26日，该实用新型是利用压差推动上、下液缸分别向上下移动，打开通道，可以解决投球滑套不能用于水平裸眼井分段压裂、酸化工具管柱第一段的问题，但仍无法解决分段受限问题。基于此，又开发出一些新的机械式可开关滑套，这类滑套在压裂酸化施工时，可通过投球或下入连续油管带开关工具打开滑套，当储层后期产水，需要关闭滑套时，下入连续油管带开关工具关闭滑套。例如专利“一种选择性开关滑套组件中的智能型滑套”，公开号：CN202125290U，公开日期：2012年01月25日，该实用新型是利用下入专用开关工具，打开和关闭滑套。这类滑套的最大问题在于连续油管带开关工具开关滑套需要使用连续油管设备，作业费用高，且连续油管作业需要花费大量时间，该方法操作复杂，施工周期长，成本很非常高。基于此，又开发出可远程控制的电动滑套，例如专利“用于水平井分段压裂酸化改造的地面控制井下滑套”，公开号：CN104088604A，公开日期：2014年10月08日，该发明专利通过在地面发送控制指令远程控制井下滑套的打开和关闭。这类滑套虽然操作简便，节省时间，但是结构复杂，成本高，且易出现故障，并且受到设计尺寸限制，无法满足管柱全通径的要求。对于射孔，目前油气田水平井分段压裂酸化常采用射孔枪分簇射孔和水力喷射射孔两种方法。射孔枪分簇射孔通常结合桥塞一起应用，实现逐层射孔和层间封隔。例如专利“一种免钻塞的泵入式水力桥塞分段压裂方法”，公开号：CN104564003A，公开日期：2015年04月29日，该发明专利通过射孔枪分簇射孔和桥塞联作方式，实现每一层的射孔、压裂、封隔联作。但每一层都要下入联作管柱，增加了作业时间和成本；同时如果遇到套管变形的问题，则会导致射孔枪和桥塞无法下入到位，影响后续施工。对于水力喷射射孔方式，利用水力封隔原理实现射孔和压裂联作，效率较高，例如专利“一种压裂酸化用不动管柱水力喷射工艺及其管柱”，公开号：CN103075139A，公开日期：2013年05月01日，但由于压裂施工时有油管或连续油管在井筒内，施工最大排量受到限制，难以满足体积压裂的需要。
综上，国外水平井分段压裂酸化改造工艺中，最新的滑套控制方法是在施工时投球依次打开各级滑套并施工，待各层施工全部完成后，反排压裂球并钻掉各投球滑套中的球座，进行生产；在生产过程中，如遇某一层位或某些层位出水，则下连续油管带滑套开关工具关闭对应层位的滑套；这种技术能够实现开关滑套，但分段级数有限；国内水平井分段压裂酸化改造工艺中，普遍应用的也是投球式滑套。但相较于国外同类产品，这类滑套不具备后期可关闭的功能。并且现有投球滑套操作则需要等待地面投球落到滑套球座所花费的时间，时效性上较差。而对于目前最新的射孔方法，就是采用射孔枪分簇射孔和水力喷射射孔，两种方法也均需要下入射孔枪或射孔管柱，不仅增加作业时间，也会遇到井下复杂情况，其中水力喷射射孔还受到施工排量限制。综上所述，目前远程控制智能滑套存在成本高昂，故障率高，难以在现场大规模应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井下液控启动滑套控制系统及控制方法，旨在解决当前油气井增产改造采用分段压裂+射孔桥塞连作工艺由于套管变形带来的施工进度严重滞后问题，并省去下桥塞和射孔的时间和成本，极大地提高油气井增产改造效率的问题。
本发明具体通过以下技术方案实现：
一种井下液控启动滑套控制系统，包括：
信号发送系统，用于在地面井口处发送压力波或电磁波；
井下信号接收系统，在井下液控启动滑套上安装井下传感器，所述的井下传感器为井下压力传感器或井下磁通门传感器，井下信号接收系统通过地面发送的压力波或电磁波与信号发送系统通信；
含井下控制电路板的信号处理及控制系统，用于实现地面压力波或电磁波信号的数据处理，并向井下电磁阀发送控制指令；
井下电磁阀，用于调节液控启动滑套上腔体的压力。
所述的液控启动滑套包括滑套本体、滑套上腔盖、滑套下腔盖和活塞杆，所述的滑套上腔盖和滑套下腔盖分别通过螺纹安装在滑套本体的上部和下部，所述的活塞杆设置在滑套本体上，活塞杆的上部位于滑套本体和滑套上腔盖之间，下部位于滑套本体和滑套下腔盖之间。
所述的活塞杆和滑套本体上均设置有喷射孔，当活塞杆和滑套本体上喷射孔对应重合时即为液控启动滑套打开状态。
所述的井下电磁阀通过液压管线沟通引压孔和上腔体，优选的，所述的井下电磁阀固定在滑套本体上，且位于滑套本体与滑套上腔盖之间，井下电磁阀关闭时，隔离引压孔和上腔体，井下电磁阀开启时，连通引压孔和上腔体。
所述的井下传感器为井下压力传感器或井下磁通门传感器。优选的，所述的井下传感器为井下压力传感器或井下磁通门传感器，所述的井下压力传感器设置在滑套本体管壁内，所述的井下磁通门传感器设置在由滑套本体和滑套上腔盖构成的控制腔内，且位于井下电磁阀上部。
所述的信号发送系统为地面压力波发送装置或地面电磁波发送设备。
在本发明的另一方面，所述的井下电磁阀的出口端与上腔体连通，入口端与下液缸连通，在下液缸上设置有上液缸，下液缸和上液缸之间由平衡活塞隔离，所述的上液缸与井下管内流体连通，上液缸内充满井下管内流体，下液缸内充满液压油
在本发明的另一方面，本发明基于以上井下液控启动滑套控制系统，还提出了一种井下液控启动滑套的控制方法，采用在地面向井下发送压力波或电磁波的方式向井下液控启动滑套发送控制指令，井下液控启动滑套上安装的井下传感器测量地面发送的控制指令，并把测量到的控制指令发送给井下控制电路板，井下控制电路板判断为正确的控制指令，控制井下电磁阀开启，井筒内流体通过井下电磁阀流入井下液控启动滑套内的上腔体，推动活塞杆向下运动，打开井下液控启动滑套。
本发明的有益效果为：
本发明能够远程实时控制井下液控启动滑套的打开，省去了现有井下滑套需要投球或者下入连续油管打开的程序，节省了大量时间和成本；同时，井下液控启动滑套是一种全通径滑套，不会为后续作业和生产产生任何干扰。
附图说明
图1是是本发明实施例提供的地面压力波控制的井下液控启动滑套控制系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的地面电磁波控制的井下液控启动滑套控制系统结构示意图；
图3是本发明地面压力波控制井下液控启动滑套示意图；
图4是本发明地面电磁波控制井下液控启动滑套示意图；
图5是本发明井下电磁阀的控制结构示意图；
图6是本发明井下液控启动滑的结构示意图；
图中：1、滑套本体；2、滑套上腔盖；3、井下控制电路板；4、井下传感器；5、井下电磁阀；6、引压孔；7、滑套下腔盖；8、电池组；9、上腔体；10、第一喷射孔；11、第二喷射孔；12、活塞杆；13、下腔体；14、地面压力波发送装置；15、井下液控启动滑套；16、地面电磁波发送设备，17、上液缸，18、平衡活塞，19、下液缸，20、第三喷射孔，21、滑套外舱盖。
具体实施方式
下面将结合本发明具体的实施例，对本发明技术方案进行清楚、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和图2所示，液控启动滑套包括滑套本体1、滑套上腔盖2、滑套下腔盖7和活塞杆12，其中滑套上腔盖2和滑套下腔盖7分别通过螺纹安装在滑套本体1的上部和下部，在滑套上腔盖2与滑套本体1之间形成的腔体内依次设置有井下控制电路板3、电池组8和井下电磁阀5，井下电磁阀5固定在滑套本体1上，用于隔离或沟通井筒流体和液控启动滑套的腔体，液控启动滑套还包括井下传感器4，井下传感器4分为井下压力传感器或井下磁通门传感器，井下压力传感器设置在滑套本体1管壁内，井下磁通门传感器设置在由滑套本体1和滑套上腔盖2构成的控制腔内，且位于井下电磁阀5上部。
其中活塞杆12通过剪钉固定在滑套本体1上，活塞杆12的上部位于滑套本体1和滑套上腔盖2之间，下部位于滑套本体1和滑套下腔盖7之间，活塞杆12和滑套本体1上分别设置有第一喷射孔10和第二喷射孔11，当活塞杆12和滑套本体1上第一喷射孔10和第二喷射孔11对应重合时即为液控启动滑套打开状态。
另外，在滑套本体1上位于井下电磁阀5的部位设置有引压孔6，当井下电磁阀5开启后，引压孔6与上腔体9连通。滑套本体1上与井下控制电路板3相同部位设置有电池组8，活塞杆12顶部与井下电磁阀5之间形成上腔体9，活塞杆12底部与滑套下腔盖7之间形成下腔体13。
活塞杆12通过第二喷射孔11两端的密封圈封隔井筒内和环空流体，活塞杆12和滑套上腔盖2通过密封圈把上腔体9与井筒流体隔离，活塞杆12和滑套下腔盖7通过密封圈把下腔体13与井筒流体隔离，滑套上腔盖2与滑套本体1通过密封圈把井下控制电路板3和电池组8密封在滑套本体1上的控制腔内。
本实施例的液控启动滑套控制系统包括信号发送系统、井下信号接收系统、信号处理及控制系统和井下电磁阀5。
其中信号发送系统为地面压力波发送装置14或地面电磁波发送设备16，地面压力波发送装置14主要指地面高压泵送设备或地面压力脉冲发生器，能够通过按照一定规律改变井口压力，使得相同规律的压力变化通过井筒流体传递到井下，从而被液控启动滑套上安装的井下压力传感器接收到。地面电磁波发送设备16能够通过井口向井下发送低频电磁波信号，液控启动滑套上安装的井下磁通门传感器能够接收到这一信号。
井下信号接收系统，在液控启动滑套上安装井下传感器4，井下传感器4选择井下压力传感器或井下磁通门传感器。其中井下压力传感器能够接收地面发送的压力波信号，井下磁通门传感器能够接收地面发送的电磁波信号；井下信号接收系统通过地面发送的压力波或电磁波与信号发送系统通信，用于接收信号发送系统发射的压力波或电磁波信号。
井下信号处理及控制系统包含井下控制电路板3，用于实现地面压力波或电磁波信号的数据处理，并向井下电磁阀5发送控制指令。井下控制电路板3对接收到的信号进行调理、滤波等处理，提取出二进制码的控制信息并与自身事先设定的控制指令进行对比，如果一致，则认为接收到正确的控制指令，继而控制井下电磁阀5动作；如果不一致，则认为接收到干扰指令，不进行后续控制动作。
活塞杆12用于完成滑套打开动作。当井下电磁阀5开启后，井筒内流体沿井下电磁阀5流入液控启动滑套的上腔体9，最终上腔体9内压力与井筒压力一致，远大于液控启动滑套的下腔体13内压力，这一压差推动活塞杆12剪断剪钉，向下运动，当活塞杆12上的喷射孔与滑套本体1上的喷射孔连通后，滑套开启。
上述液控启动滑套控制方法，所述液控启动滑套控制方法是采用在地面向井下发送压力波或电磁波的方式向液控启动滑套发送控制指令；液控启动滑套上安装的井下传感器4测量地面发送的控制指令，并把测量到的控制指令发送给井下控制电路板3；井下控制电路板3判断为正确的控制指令，控制井下电磁阀5开启，井筒内流体通过井下电磁阀5流入液控启动滑套内的上腔体9，推动活塞杆12剪断剪钉，向下运动，打开液控启动滑套。
如图3所示，地面压力波发送方式，在地面通过地面高压泵送设备或地面压力脉冲发生器按照一定规律改变井口压力，由于井筒充满液体，井口压力的变化会以相同规律传播至井下，从而被井下液控启动滑套15上安装的井下压力传感器测量到。
如图4所示，地面电磁波发送方式，在地面通过地面电磁波发送设备16通过井口以垂直偶极子天线发射方式向井下发送低频电磁波信号。选择井内连接有井下液控启动滑套15的套管柱或油管柱为一极，另一根在地面单独接地的金属杆为一极，分别作为垂直偶极子天线发射方式的两个电极，与套管柱或油管柱有金属连接的井口和金属杆分别作为两个电极接口。
如图5所示，井下液控启动滑套在结构上还可以有另外一种方式，上液缸17与井下管内流体连通，上液缸17内充满井下管内流体，下液缸19内充满液压油，上液缸17和下液缸19之间由平衡活塞18隔离，井下电磁阀5的入口端与下液缸19连通，出口端与上腔体9连通，上腔体9内压力低于下液缸19内压力。当井下电磁阀5关闭时，上液缸17和下液缸19内压力平衡，平衡活塞18不动。当井下电磁阀5开启时，下液缸19内的液压油通过井下电磁阀5流入上腔体9，上腔体9内压力升高，推动活塞杆12向下运动，开启滑套。
如图6所示，在本发明的另一方面，一种井下液控启动滑套结构，与图1相比，图5取消了滑套上舱盖2和滑套下舱盖7，使用滑套外舱盖22把井下控制电路板3和电池组8与井筒流体进行隔离，同时形成上腔体9和下腔体13，滑套外舱盖22上设置有第三喷射孔21。滑套关闭时，第一喷射孔10、第二喷射孔11和第三喷射孔21之间液体流动通道被喷射孔上、下部的密封圈隔离，没有连通；当活塞杆12向下运动，第一喷射孔10、第二喷射孔11和第三喷射孔21连通时，滑套开启。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种井下液控启动滑套控制系统，其特征在于，包括：
信号发送系统，用于在地面井口处发送压力波或电磁波；
井下信号接收系统，在液控启动滑套上安装井下传感器(4)，所述的井下传感器(4)为井下压力传感器或井下磁通门传感器，井下信号接收系统通过地面发送的压力波或电磁波与信号发送系统通信；
含井下控制电路板(3)的信号处理及控制系统，用于实现地面压力波或电磁波信号的数据处理，并向井下电磁阀(5)发送控制指令；
井下电磁阀(5)，用于调节液控启动滑套上腔体(9)的压力。
2.根据权利要求1所述的一种井下液控启动滑套控制系统，其特征在于，所述的液控启动滑套包括滑套本体(1)、滑套上腔盖(2)、滑套下腔盖(7)和活塞杆(12)，所述的滑套上腔盖(2)和滑套下腔盖(7)分别通过螺纹安装在滑套本体(1)的上部和下部，所述的活塞杆(12)设置在滑套本体(1)上，活塞杆(12)的上部位于滑套本体(1)和滑套上腔盖(2)之间，下部位于滑套本体(1)和滑套下腔盖(7)之间。
3.根据权利要求2所述的一种井下液控启动滑套控制系统，其特征在于，所述的活塞杆(12)和滑套本体(1)上均设置有喷射孔。
4.根据权利要求1所述的一种井下液控启动滑套控制系统，其特征在于，所述的井下电磁阀(5)通过液压管线沟通引压孔(6)和上腔体(9)，所述的井下电磁阀(5)固定在滑套本体(1)上，且位于滑套本体(1)与滑套上腔盖(2)之间，井下电磁阀(5)关闭时，隔离引压孔(6)和上腔体(9)，井下电磁阀(5)开启时，连通引压孔(6)和上腔体(9)。
5.根据权利要求1所述的一种井下液控启动滑套控制系统，其特征在于，所述的井下控制电路板(3)设置在由滑套本体(1)和滑套上腔盖(2)构成的控制腔内，所述的井下传感器(4)为井下压力传感器或井下磁通门传感器。
6.根据权利要求5所述的一种井下液控启动滑套控制系统，其特征在于，所述的井下压力传感器设置在滑套本体(1)管壁内，所述的井下磁通门传感器设置在由滑套本体(1)和滑套上腔盖(2)构成的控制腔内，且位于井下电磁阀(5)上部。
7.根据权利要求1所述的一种井下液控启动滑套控制系统，其特征在于，所述的信号发送系统为地面压力波发送装置(14)或地面电磁波发送设备(16)。
8.根据权利要求1所述的一种井下液控启动滑套控制系统，其特征在于，所述的井下电磁阀(5)的出口端与上腔体(9)连通，入口端与下液缸(19)连通，在下液缸(19)上设置有上液缸(17)，下液缸(19)和上液缸(17)之间由平衡活塞(18)隔离，所述的上液缸(17)与井下管内流体连通，上液缸(17)内充满井下管内流体，下液缸(19)内充满液压油。
9.一种井下液控启动滑套的控制方法，其特征在于，采用在地面向井下发送压力波或电磁波的方式向井下液控启动滑套发送控制指令，井下液控启动滑套上安装的井下传感器测量地面发送的控制指令，并把测量到的控制指令发送给井下控制电路板，井下控制电路板判断为正确的控制指令，控制井下电磁阀开启，井筒内流体通过井下电磁阀流入井下液控启动滑套内的上腔体，推动活塞杆剪断剪钉，向下运动，打开井下液控启动滑套。
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