CN110644959B - 注抽交替作业减缓地层挤压套管井口八合一控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是注抽交替作业减缓地层挤压套管井口八合一高效控制装置，它包括细导管、流量采样器、注‑抽交替脉冲控制装置，细导管的下端安装流量采样器，细导管下放到注入井套外环空中，流量采样器下放至泥岩基准层对应的位置，细导管位于地面上的部分安装套外测压表、套外渗漏流量表、注‑抽交替脉冲控制装置；注‑抽交替脉冲控制装置包括清水槽、污水槽、注水泵、抽水泵、作业三通阀、缓冲三通阀、中心控制转轮，中心控制转轮与作业三通阀手柄和缓冲三通阀手柄同时啮合。本发明可实现中心转轮的一个动作，代替完成八项功能即“八合一”控制系统装置及操作流程：两个三通阀的六个水通道的转换控制；注水泵和抽水泵的高频、低频转换共八项功能。

Description

注抽交替作业减缓地层挤压套管井口八合一控制装置

技术领域

本发明涉及采油领域中井下套外环空监测技术，具体涉及注抽交替作业减缓地层挤压套管井口八合一高效控制装置。

背景技术

为了提高老油田的采收率，提高油田的注水强度是最有效的方法，然而注采强度的提升易造成地层压力过高，压力分布失衡，发生水浸水窜，引起地层移位错动、溶胀，挤压油水井套管，甚至挤扁错断套管，造成油水井大修或报废，每口井损失少则几十万多，多则上百万元。

使用井下套外环空水参数采集器与导流管在线监测技术可以提前监测预报井下套外水质、水压变化及地层移动对套管挤压情况。在监测出套管受到地层移动挤压后，可采取调整注采平衡方向，油水井作业维修（如开裂渗漏水泥环的封堵作业、水窜层封堵作业等）及选择性关停部分油水井等措施。但这些调整措施需要较长时间的来研究、设计、准备及施工作业等。这段时间内套外环空地层的（溶胀）挤压仍将持续，对套管的损害进一步加剧。而发明一种简易、及时、有效的临时缓解岩层对套管挤压力的方法，就显得十分重要及迫切。

发明内容

本发明的一个目的是提供注抽交替作业减缓地层挤压套管井口八合一高效控制装置，这种注抽交替作业减缓地层挤压套管井口八合一高效控制装置可及时解决已出现套管受到地层挤压移动，但油水井作业维修需要时间太长，对套管的损害会进一步加剧的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种注抽交替作业减缓地层挤压套管井口八合一高效控制装置包括细导管、流量采样器、注-抽交替脉冲控制装置，细导管的下端安装流量采样器，细导管被下放到注入井套外环空中，流量采样器被下放至泥岩基准层对应的位置，细导管位于地面上的部分安装有套外测压表、套外渗漏流量表、注-抽交替脉冲控制装置；

注-抽交替脉冲控制装置包括清水槽、污水槽、注水泵、抽水泵、作业三通阀、缓冲三通阀、中心控制转轮，清水槽通过清水线连接注水泵，注水泵通过清水线连接作业三通阀，作业三通阀通过连接线连接细导管，作业三通阀还通过连接外排线依次连接抽水泵和污水槽；清水槽通过循环线连接至注水泵与作业三通阀之间的清水线，缓冲线一端连接外排线，缓冲线另一端连接循环线，缓冲线与循环线交汇处设置缓冲三通阀，作业三通阀手柄和缓冲三通阀手柄均具有外缘齿，中心控制转轮为齿轮，中心控制转轮位于作业三通阀手柄和缓冲三通阀手柄之间，中心控制转轮与作业三通阀手柄和缓冲三通阀手柄同时啮合；注水泵、抽水泵分别设置变频器。

上述方案中注抽交替作业减缓地层挤压套管井口八合一高效控制装置进行注水--抽水交替脉冲作业时，注入泵及抽水泵始终处于连续工作状态，中心控制轮正向转一下或反向转一下，控制整个装置对套外环空进行交替注水或抽水，达到喷射井下环空溶胀的泥质、抽吸含泥质污水及缓解套外环空受挤压的目的；

向套外环空喷射注水时，此阶段注水泵是主角，抽水泵是系统的配角，中心控制轮正向转一下，注水泵从清水槽抽出水，经作业三通阀，把加压后的高压水注入井下套外环空，注水泵在高频高功率状态下运行；抽水泵同时抽水，但是在低功率、低流量状态运行，从清水槽抽出水，经过缓冲三通阀，再经抽水泵向污水槽排放掉；

从套外环空抽水时，此抽水阶段抽水泵是主角，注水泵是配角，中心控制轮反向转一下，从套外环空中抽出的污水，经注--抽作业三通阀，直接经抽水泵进入污水槽；注水泵同时在能耗低功率状态下工作，从清水槽中吸出水经注水泵加压，因受注--抽作业三通阀的关闭阻挡，水流改变方向进入注--抽缓冲三通阀后再次回到清水槽。此注水泵低功率状态是为了下一个高功率高压注入阶段做准备。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明利用已安装的套外环空在线水参数（水质、水压、流量、地层移动挤压力）监测系统，在井口地面增设注水泵交替注入高压水射流，对挤压套管的泥岩进行射流冲刷，使硬质泥岩变成泥水溶液，既减小泥岩对套管的挤压力，又提高泥水液的抽吸外排流动能力。

2、本发明利用已安装的套外环空水参数监测系统，增设抽水泵，交替抽出环空内的泥水杂质等，不仅能减少泥岩对套管的挤压，而且还能降低环空中的异常高压水的压力。

3、本发明可实现中心转轮的一个动作，代替完成八项功能即“八合一”控制系统装置及操作流程：①两个三通阀的六个水通道的转换控制；②两个水泵（注水泵、抽水泵）的高频、低频转换共八项功能。

4、本发明是低成本高可靠套损在线监测及应急缓解治理方法，为调整注采平衡系统、准备大型作业措施提供了有效信息并提供了宝贵时间。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为注-抽交替脉冲控制装置注水工况流程示意图；

图3为注-抽交替脉冲控制装置抽水工况流程示意图。

图中：1套管；2钻井井壁；3套外环空；4细导管；5流量采样器；6泥岩基准层；7固井水泥环；8射孔孔眼；9套外测压表；10套外渗漏流量表；11注-抽交替脉冲控制装置；12清水槽；13污水槽；14注水泵；15抽水泵；16作业三通阀；17缓冲三通阀；18中心控制转轮；19清水线；20连接线；21循环线；22外排线；23缓冲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

如图1所示，这种注抽交替作业减缓地层挤压套管井口八合一高效控制装置包括细导管4、流量采样器5、注-抽交替脉冲控制装置11，细导管4的下端安装流量采样器5，细导管4被下放到注入井套外环空3中，流量采样器5被下放至泥岩基准层6对应的位置，细导管4位于地面上的部分安装有套外测压表9、套外渗漏流量表10、注-抽交替脉冲控制装置11。

细导管4的下端安装流量采样器，细导管4被下放到注入井套外环空3中，流量采样器5被下放至泥岩基准层6对应的位置，细导管4位于地面上的部分安装有套外测压表9、套外渗漏流量表10，构成套外环空在线水参数（水质、水压、流量、地层移动挤压力）监测系统。水参数采集器与细导管4连接，随套管作业下入裸眼井中，深度下到泥岩基准层6（因为大多数套管挤压错断都起因于泥岩基准层的溶胀移动挤压）。套管1与钻井井壁2之间的环形空间为套外环空3

当油层段水泥环界面开裂后，注水井的高压水将渗漏进套外环空3中，或由于外界高压水层发生水窜等原因，外来高压水也会渗入套外环空3。此时环空中的水质成分，水压、流量都会发生变化，可经采集器、细导管4及地面计量系统监测出来。

高压渗漏水长期侵入泥岩基准层6，会使泥岩溶胀或滑移，挤压采集器的压力型进水阀并挤压套管1，此挤压现象及挤压力大小也可由采集器压力阀芯的位移变化反映出来，而井下套外采集器压力阀芯的位移可由地面和井口水流量参数计算标定出来。

套外环空高压渗水、挤压套管在线监测与应急降压包括：

1、排水降压

当套外环空3渗入外来高压水时，采集器及导流管监测系统不仅能取出水样及测压监测，还能用于应急放空排水降压。减缓井下套外环空3高压水对地层（尤其是泥岩层）的侵入与溶胀。

2、喷射溶解与抽吸排瘀降压的交替脉冲作业工艺

当套外环空3高压水渗入地层（尤其泥岩层）后，可引起泥岩层溶胀移动挤压套管1及采集器。利用采集器、细导管4及地面计量系统可及时发现并算出地层溶胀挤压套管的程度。

在等待注采方案调整、维修作业之前，可利用已有的此在线监测系统，交替注水与抽水缓解溶胀地层对套管1的挤压力。

脉冲注水阶段可在采集器水孔道形成喷射水流，该射流对挤压溶胀的泥页岩能起到破碎、溶解的消除作用。脉冲抽水阶段，可通过采集器及导流管把环空中的渗入水及射流阶段破碎溶解的泥淤水抽吸到地面排放出去。进一步减轻溶胀泥岩对套管1的挤压力。

注-抽交替脉冲控制装置11包括：清水槽12、污水槽13、注水泵14、抽水泵15、作业三通阀16、缓冲三通阀17、中心控制转轮18。清水槽12通过清水线19连接注水泵，注水泵通过清水线19连接作业三通阀16，作业三通阀16通过连接线20连接细导管4，作业三通阀16还通过连接外排线22依次连接抽水泵15和污水槽13；清水槽12通过循环线21连接至注水泵与作业三通阀16之间的清水线19，缓冲线23一端连接外排线22，缓冲线23另一端连接循环线21，缓冲线23与循环线21交汇处设置缓冲三通阀17，作业三通阀16手柄和缓冲三通阀17手柄均具有外缘齿，中心控制转轮18为齿轮，中心控制转轮18位于作业三通阀16手柄和缓冲三通阀17手柄之间，中心控制转轮18与作业三通阀16手柄和缓冲三通阀17手柄同时啮合；注水泵14、抽水泵15分别设置变频器。

清水槽12通过清水线19连接注水泵，清水槽12又通过循环线21连接到清水线19，以及缓冲三通阀17，共同构成清水循环回路。

本发明设计原则：

1、注水--抽水交替脉冲作业，且转换灵活。

2、通常注水脉冲时间短，而抽水脉冲时间长，因为注水脉冲要形成射流，效果好、转换快、易形成相对负压的空穴效应，有利用泥质的破摔破碎。

抽水脉冲时间应偏长，不仅把脉冲注入水抽出，还要把渗漏环空的高压水抽出，更要把清洗破碎下来的淤泥抽吸出来。

3、注水泵14及抽水泵15不能停机，应始终处于工作状态或低功率的待机状态，提高脉冲交替的响应速度。不能开泵、停泵、再起泵，不仅脉冲交替速度慢且易损坏注水泵14及抽水泵15。

4、注水泵14及管线的注水作业与抽水泵15及管线的抽水作业是不同的两类作业系统。

众多阀门及管线的切换、倒流程十分费力，浪费人力、物力，耽误时间、影响交替作业效果，更严重是众多阀门的交替开关与管线的注水抽水很容易出现操作失误，达不到预计减压缓解效果。

本发明的不同工况作业流程为：

①向套外环空喷射注水工况流程：

参阅图2，此注水阶段注水泵14是主角。注水流程为：注水泵14从清水槽12抽出水，经作业三通阀16，，把加压后的高压水注入井下套外环空3，如双箭头所示，注水泵14在高频高功率状态下运行。该过程中，作业三通阀16与清水线19相连接处的阀芯通道与阀座通道导通，作业三通阀16与连接线20相连接处的阀芯通道与阀座通道也导通，（图2中作业三通阀上、下两个圆孔，通过这两个圆孔，作业三通阀16与上面的清水线19导通，作业三通阀16与下面连接线20导通），而作业三通阀16与清水线19相连接处的阀芯通道与阀座通道封堵。

此时的抽水泵15抽水流程：此阶段抽水泵15是系统的配角，应在低功率、低流量状态运行，从清水槽12抽出水，经过缓冲三通阀17，再经抽水泵15向污水槽13排放掉。如单箭头所示。该过程中，缓冲三通阀17与循环线21（缓冲三通阀17与清水槽12之间的循环线21）相连接处的阀芯通道与阀座通道导通，缓冲三通阀17与缓冲线23相连接处的阀芯通道与阀座通道也导通，（图2中缓冲三通阀右、下两个圆孔，通过这两个圆孔，缓冲三通阀17与循环线21导通，作业三通阀16与缓冲线23导通），而缓冲三通阀17与循环线21（缓冲三通阀17与清水线19之间的循环线21）相连接处的阀芯通道与阀座通道封堵。

②从套外环空抽水工况流程：

参阅图3，此抽水阶段抽水泵15是主角，抽水流程为：从套外环空3中抽出的污水，经注--抽作业三通阀（抽水工况），直接经抽水泵15进入污水槽13，抽出水的流程以单箭头示出。该过程中，缓冲三通阀17与循环线21相连接处的阀芯通道与阀座通道均导通，（图3中缓冲三通阀左、右两个圆孔，通过这两个圆孔，缓冲三通阀17与循环线21导通），而缓冲三通阀17与缓冲线23相连接处的阀芯通道与阀座通道封堵。

此时的注水泵14是配角，其工作流程：从清水槽12中吸出水经注水泵14加压，因受注--抽作业三通阀（处在抽水工况）的关闭阻挡，水流改变方向进入注--抽缓冲三通阀后再次回到清水槽12。此时段系统的有效功能是抽水工况，所以注水泵14是配角，应在低能耗下运行，为下个注水时段做准备，也可称为处于等待的运行状态。该过程中，作业三通阀16与外排线22相连接处的阀芯通道与阀座通道导通，作业三通阀16与连接线20相连接处的阀芯通道与阀座通道也导通，（图2中作业三通阀下、右两个圆孔，通过这两个圆孔，作业三通阀与外排线导通，作业三通阀与下面连接线导通），而作业三通阀16与清水线19相连接处的阀芯通道与阀座通道封堵。

本发明中心控制转轮18的一个转动动作可起到八个功能。

①两个三通阀共6个水通道变化；②两个水泵（注水泵、抽水泵）的变频器调整（高频工作状态及低频等待状态）。以上合计为八项功能。

只要中心控制转轮18正向转一下或反向转一下，就能控制整个注-抽脉冲系统，对套外环空3进行交替注水及抽水，达到喷射井下环空溶胀的泥质、抽吸含泥质污水及缓解套外环空挤压力的目的。

本发明利用井下套外采集器及连接的导流管，采取注水喷射溶解与抽水排淤交替作业措施，可快速、简便、低成本、高效率减缓地层移动对套管的挤压力。

Claims (1)

1.一种注抽交替作业减缓地层挤压套管井口八合一控制装置，其特征在于：这种注抽交替作业减缓地层挤压套管井口八合一控制装置包括细导管（4）、流量采样器（5）、注-抽交替脉冲控制装置（11），细导管（4）的下端安装流量采样器（5），细导管（4）被下放到注入井套外环空（3）中，流量采样器（5）被下放至泥岩基准层（6）对应的位置，细导管（4）位于地面上的部分安装有套外测压表（9）、套外渗漏流量表（10）、注-抽交替脉冲控制装置（11）；

注-抽交替脉冲控制装置（11）包括清水槽（12）、污水槽（13）、注水泵（14）、抽水泵（15）、作业三通阀（16）、缓冲三通阀（17）、中心控制转轮（18），清水槽（12）通过清水线（19）连接注水泵（14），注水泵（14）通过清水线（19）连接作业三通阀（16），作业三通阀（16）通过连接线（20）连接细导管（4），作业三通阀（16）还通过连接外排线（22）依次连接抽水泵（15）和污水槽（13）；清水槽（12）通过循环线（21）连接至注水泵（14）与作业三通阀（16）之间的清水线（19），缓冲线（23）一端连接外排线（22），缓冲线（23）另一端连接循环线（21），缓冲线（23）与循环线（21）交汇处设置缓冲三通阀（17），作业三通阀（16）手柄和缓冲三通阀（17）手柄均具有外缘齿，中心控制转轮（18）为齿轮，中心控制转轮（18）位于作业三通阀（16）手柄和缓冲三通阀（17）手柄之间，中心控制转轮（18）与作业三通阀（16）手柄和缓冲三通阀（17）手柄同时啮合；注水泵（14）、抽水泵（15）分别设置变频器；

所述的注抽交替作业减缓地层挤压套管井口八合一控制装置进行注水--抽水交替作业时，注水泵（14）及抽水泵（15）始终处于连续工作状态，中心控制转轮（18）正向转一下或反向转一下，控制整个装置对套外环空进行交替注水或抽水，达到喷射井下环空溶胀的泥质、抽吸含泥质污水及缓解套外环空受挤压的目的；

向套外环空（3）喷射注水时，此阶段注水泵（14）是主角，抽水泵（15）是系统的配角，中心控制转轮（18）正向转一下，注水泵（14）从清水槽（12）抽出水，经作业三通阀（16），把加压后的高压水注入井下套外环空（3），注水泵（14）在高频高功率状态下运行；抽水泵（15）同时抽水，在低功率、低流量状态运行，从清水槽（12）抽出水，经过缓冲三通阀（17），再经抽水泵（15）向污水槽（13）排放掉；

当从套外环空（3）抽水时，此抽水阶段抽水泵（15）是主角，注水泵（14）是配角，中心控制转轮（18）反向转一下，从套外环空（3）中抽出的污水，经注--抽作业三通阀，直接经抽水泵（15）进入污水槽（13）；注水泵（14）同时在低功率状态下工作，从清水槽（12）中吸出水经注水泵（14）加压，因受注--抽作业三通阀的关闭阻挡，水流改变方向进入注--抽缓冲三通阀后再次回到清水槽（12）。