CN111088956A - 一种基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油工程技术领域，具体提供了一种基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置，包括储液罐、暂堵液注入单元、泄压阀、加磁装置和放喷管线，储液罐连接暂堵液注入单元的入口，暂堵液注入单元的出口可通过管线连接井口采油树的注入阀门，泄压阀通过管线连接井口采油树的目标阀门，井口采油树的出口阀门连接放喷管线，加磁装置连接在油气井表层套管外部，解决了现有的几种换阀工艺各有缺点，均难以实现高效、安全换阀的目的，具有使磁流变液在油气井口快速固化，对油气井口进行暂堵，进而实现高效、安全地更换油气井口阀门。
Description
技术领域
本发明属于石油工程技术领域，具体涉及一种基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置及方法。
背景技术
在油气开采过程中，随着采油气年限的增加，井口阀门的橡胶件会逐渐老化或腐蚀、同时施工作业也会造成阀板阀座的冲蚀，这些会降低油气生产效率并带来巨大安全隐患，因此需要高效、安全地维修或更换井口阀门。目前，常用的几种油气井口换阀技术有压井换阀技术、机械式带压换阀技术、冷冻换阀技术等。压井换阀虽然技术成熟可靠，但具有易发生气侵、对井口压力稳定性要求高、会对储层造成伤害、施工周期长等缺点；机械式带压换阀技术虽具有可防止压井液对储层的损害、提高换阀作业的生产时效等优点，但也具有在高含硫井的作业固定困难安全系数低、有井喷失控等缺点；冷冻换阀技术具有施工周期短、对生产井的干扰小、对储层伤害小等优点，但其缺点也很明显，就是当井内油管壁较脏时密封效果差、油管内冷冻剂依靠自然解冻时间较长、暂堵剂解堵后残渣可能会造成输管线堵塞。现有的几种换阀工艺各有缺点，均难以实现高效、安全换阀的目的。
发明内容
本发明提供的基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置及方法目的一是克服现有技术中压井换阀具有易发生气侵、对井口压力稳定性要求高、会对储层造成伤害、施工周期长的问题；目的二是克服现有技术中机械式带压换阀在高含硫井的作业固定困难安全系数低、有井喷失控的技术问题；目的三是克服冷冻换阀技术当井内油管壁较脏时密封效果差、油管内冷冻剂依靠自然解冻时间较长、暂堵剂解堵后残渣可能会造成输管线堵塞的问题。
为此，本发明提供了一种基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置，包括储液罐、暂堵液注入单元、泄压阀、加磁装置和放喷管线，储液罐连接暂堵液注入单元的入口，暂堵液注入单元的出口可通过管线连接井口采油树的注入阀门，泄压阀通过管线连接井口采油树的目标阀门，井口采油树的出口阀门连接放喷管线，加磁装置连接在油气井表层套管外部。
所述储液罐包括罐体、罐盖和磁流变液，罐体上面连接罐盖，罐体内存磁流变液，罐盖上开设连接口。
所述暂堵液注入单元包括注入泵、控制阀、注入管线、液压泵和单流阀，罐盖的连接口连接注入泵的进口端，注入泵的出口端通过注入管线连接液压泵的进口端，液压泵的出口端通过管线连接井口采油树的注入阀，注入管线上连接控制阀，液压泵和井口采油树的注入阀之间的管线上连接单流阀。
所述的加磁装置包括电磁铁和水冷装置，电磁铁连接水冷装置。
所述电磁铁包括万向轮、承重箱底座和2个电磁调节单元，承重箱底座的下面连接万向轮，承重箱底座的右侧面相对连接2个电磁调节单元，电磁调节单元包括进退手搬把、旋转手搬把、矩形极头、线包、接线盒，进退手搬把的一端连接承重箱底座的右侧面、进退手搬把的另一端通过旋转手搬把连接线包的一侧面，线包连接矩形极头且线包位于旋转手搬把和矩形极头之间，接线盒电连接线包。
所述水冷装置包括本体和冷冻水，本体内置冷冻水，本体的一端开设冷冻水入口、冷冻水出口、进水口和排水口，冷冻水入口连接电磁调节单元的接线盒，冷冻水出口连接另一个电磁调节单元的接线盒。
所述线包中为螺线管。
一种基于磁流变液的油气井口暂堵换阀方法，包括如下步骤：
1)将储液罐连接暂堵液注入单元的入口，暂堵液注入单元的出口通过管线连接井口采油树的注入阀门，泄压阀通过管线连接井口采油树的目标阀门，井口采油树的出口阀门连接放喷管线，加磁装置连接在油气井表层套管外部；
2)调节加磁装置内电磁铁的输入电流至产生的磁场强度将磁流变液在注入过程中稳定在油气井筒中的封堵层位，并保持该磁场强度；
3)打开暂堵液注入单元内的注入泵和控制阀，将储液罐内的磁流变液注入液压泵中，根据需要，调节液压泵的流量，打开单流阀，将磁流变液通过井口采油树的注入阀门注入油管和套管之间的环空以及油管内部；
4)调节加磁装置内电磁铁的输入电流直至磁场强度使步骤3) 井口采油树内的磁流变液固化成磁流变液段塞并保持该磁场强度，实现对油气井口的封堵；
5)对步骤4)固化后的磁流变液段塞进行反向试压，试压合格后，打开泄压阀泄掉油气井口压力后关闭，更换问题阀门；
6)问题阀门更换结束后，关闭加磁装置，步骤4)固化后的磁流变液段塞恢复为流动性的液体，通过放喷管线将液体的磁流变液通过井口采油树的出口阀门排出，拆除储液罐、暂堵液注入单元、泄压阀、加磁装置和放喷管线，回填油气井口，结束作业。
所述步骤2)的磁场强度保持在1000～2000Gs，步骤4)的磁场强度保持在5000～8000Gs；磁流变液段塞长度为2.5～4.0m。
所述问题阀门更换结束30～60min后关闭加磁装置。
本发明提供的这种基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置及方法，包括储液罐、暂堵液注入单元、泄压阀、加磁装置和放喷管线，储液罐连接暂堵液注入单元的入口，暂堵液注入单元的出口可通过管线连接井口采油树的注入阀门，泄压阀通过管线连接井口采油树的目标阀门，井口采油树的出口阀门连接放喷管线，加磁装置连接在油气井表层套管外部；
1、本发明基于磁流变液封堵油气井口，磁流变液在磁场作用下可以在瞬间改变流变性，实现从液态到固态的转变，可以大大提高封堵效率，实现高效、快速换阀；不易发生气侵、对井口压力要求不高，适用任何气井、不会对储层造成伤害、施工周期短，且操作过程不会发生井喷，安全系数高。
2、本发明可以通过调节加磁装置输出磁场强度的大小，对磁流变液的强度实现智能调节，特别地，施工结束后，只需要关闭加磁装置的电源，磁流变液便会立刻恢复液态，无需其它操作，通过放喷管线便可实现返排，大大简化了施工流程；对油管壁没有要求，密封效果好，解开封堵的时间短，且液化后的磁流变液可即使返排，不会造成输管线的堵塞。
3、本发明所述的装置结构完整、性能可靠，可以保证按照需求将磁流变液安全、快速地注入目标层段，同时，装置的能耗较低，有利于节约生产成本。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置的结构示意图；
图2是电磁铁的立体结构主视图；
图3是电磁铁的立体结构仰视图；
图4是电磁铁和水冷装置连接结构示意图；
图5是油气井口采油树示意图。
附图标记说明：1、储液罐；2、注入泵；3、控制阀；4、注入管线；5、液压泵；6、磁流变液；7、单流阀；8、泄压阀；9、电磁铁； 10、水冷装置；11、加磁装置；12、油管；13、套管；14、井口采油树；15、暂堵液注入单元；1-1、罐体；1-2、罐盖；9-1、万向轮； 9-2、承重箱底座；9-3、进退手搬把；9-4、旋转手搬把；9-5、矩形极头；9-6、线包；9-7、接线盒；10-1、冷冻水出口；10-2、进水口； 10-3、排水口；10-4、冷冻水入口；10-5、本体。
具体实施方式
实施例1：
一种基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置，包括储液罐1、暂堵液注入单元15、泄压阀8、加磁装置11和放喷管线，储液罐1连接暂堵液注入单元15的入口，暂堵液注入单元15的出口可通过管线连接井口采油树14的注入阀门，泄压阀8通过管线连接井口采油树 14的目标阀门，井口采油树14的出口阀门连接放喷管线，加磁装置 11连接在油气井表层套管13外部。
实施例2：
如图1所示：一种基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置，包括储液罐1、暂堵液注入单元15、泄压阀8、加磁装置11和放喷管线，储液罐1连接暂堵液注入单元15的入口，暂堵液注入单元15的出口可通过管线连接井口采油树14的注入阀门，泄压阀8通过管线连接井口采油树14的目标阀门，井口采油树14的出口阀门连接放喷管线，加磁装置11连接在油气井表层套管13外部。
本发明基于磁流变液封堵油气井口，磁流变液在磁场作用下可以在瞬间改变流变性，实现从液态到固态的转变，可以大大提高封堵效率，实现高效、快速换阀；本发明可以通过调节加磁装置11输出磁场强度的大小，对磁流变液的强度实现智能调节，特别地，施工结束后，只需要关闭加磁装置11的电源，磁流变液便会立刻恢复液态，无需其它操作，通过放喷管线便可实现返排，大大简化了施工流程；本发明所述的装置结构完整、性能可靠，可以保证按照需求将磁流变液安全、快速地注入目标层段，同时，装置的能耗较低，有利于节约生产成本。
所述储液罐1包括罐体1-1、罐盖1-2和磁流变液6，罐体1-1 上面连接罐盖1-2，罐体1-1内存磁流变液6，罐盖1-2上开设连接口。罐体1-1和罐盖1-2相配合，所述的罐盖1-2的连接口与注入泵 2连接，注入泵2将管体内的磁流变液注入暂堵液注入单元，结构简单，操作方便。
所述暂堵液注入单元15包括注入泵2、控制阀3、注入管线4、液压泵5和单流阀7，罐盖1-2的连接口连接注入泵2的进口端，注入泵2的出口端通过注入管线4连接液压泵5的进口端，液压泵5的出口端通过管线连接井口采油树14的注入阀，注入管线4上连接控制阀3，液压泵5和井口采油树14的注入阀之间的管线上连接单流阀7。打开控制阀3，用注入泵2将储液罐1中的磁流变液泵入液压泵5中，进一步优选的，根据实际需要用液压泵5调节磁流变液的注入速度和注入量，结构简单，操作性强且精度高。
如图2-3所示，所述的加磁装置11包括电磁铁9和水冷装置10，电磁铁9连接水冷装置10。所述的水冷装置10与电磁铁9连接，及时将电磁铁9工作过程中产生的热量散掉，保证加磁装置持久稳定运行。
所述电磁铁9包括万向轮9-1、承重箱底座9-2和2个电磁调节单元，承重箱底座9-2的下面连接万向轮9-1，承重箱底座9-2的右侧面相对连接2个电磁调节单元，电磁调节单元包括进退手搬把9-3、旋转手搬把9-4、矩形极头9-5、线包9-6、接线盒9-7，进退手搬把 9-3的一端连接承重箱底座9-2的右侧面、进退手搬把9-3的另一端通过旋转手搬把9-4连接线包9-6的一侧面，线包9-6连接矩形极头9-5且线包9-6位于旋转手搬把9-4和矩形极头9-5之间，接线盒9-7 电连接线包9-6。万向轮9-1方便移动电磁铁9，进退手搬把9-3方便调节矩形极头9-5的进退，旋转手搬把9-4方便调节矩形极头9-5 的旋转角度，进退手搬把9-3和旋转手搬把9-4配合使用方便将油气井表层套管13固定在2个电磁调节单元的矩形极头9-5之间，操作简单方便。
所述水冷装置10包括本体(10-5)和冷冻水，本体(10-5)内置冷冻水，本体(10-5)的一端开设冷冻水入口10-4、冷冻水出口 10-1、进水口10-2和排水口10-3，冷冻水入口10-4连接电磁调节单元的接线盒9-7，冷冻水出口10-1连接另一个电磁调节单元的接线盒9-7。冷冻水入口10-4、冷冻水出口10-1分别与电磁铁9连接，及时散掉工作中排出的热量。
所述线包9-6中为螺线管。输入电流后可以产生大小可控的均匀磁场。
实施例3：
一种基于磁流变液的油气井口暂堵换阀方法，包括如下步骤：
1)将储液罐1连接暂堵液注入单元15的入口，暂堵液注入单元 15的出口通过管线连接井口采油树14的注入阀门，泄压阀8通过管线连接井口采油树14的目标阀门，井口采油树14的出口阀门连接放喷管线，加磁装置11连接在油气井表层套管13外部；
2)调节加磁装置11内电磁铁9的输入电流至产生的磁场强度将磁流变液6在注入过程中稳定在油气井筒中的封堵层位，并保持该磁场强度；
3)打开暂堵液注入单元15内的注入泵2和控制阀3，将储液罐 1内的磁流变液6注入液压泵5中，根据需要，调节液压泵5的流量，打开单流阀7，将磁流变液6通过井口采油树14的注入阀门注入油管12和套管13之间的环空以及油管12内部；
4)调节加磁装置11内电磁铁9的输入电流直至磁场强度使步骤 3)井口采油树14内的磁流变液6固化成磁流变液段塞并保持该磁场强度，实现对油气井口的封堵；
5)对步骤4)固化后的磁流变液段塞进行反向试压，试压合格后，打开泄压阀8泄掉油气井口压力后关闭，更换问题阀门；
6)问题阀门更换结束后，关闭加磁装置11，步骤4)固化后的磁流变液段塞恢复为流动性的液体，通过放喷管线将液体的磁流变液通过井口采油树14的出口阀门排出，拆除储液罐1、暂堵液注入单元15、泄压阀8、加磁装置11和放喷管线，回填油气井口，结束作业。
所述步骤2)的磁场强度保持在1000～2000Gs，以平衡重力作用，使磁流变液在注入过程中稳定在油气井筒中的封堵层位；
步骤4)的磁场强度保持在5000～8000Gs；磁流变液段塞长度为 2.5～4.0m。磁流变液抗压强度随着段塞长度的增加而提高，为保证施工安全，注入的磁流变液段塞长度应在2.5～4.0m，根据实际压力的大小改变磁流变暂堵液段塞长度。
所述问题阀门更换结束30～60min后关闭加磁装置11。可保证安全。
本发明的有益效果：
1、本发明基于磁流变液封堵油气井口，磁流变液在磁场作用下可以在瞬间改变流变性，实现从液态到固态的转变，可以大大提高封堵效率，实现高效、快速换阀；不易发生气侵、对井口压力要求不高，适用任何气井、不会对储层造成伤害、施工周期短，且操作过程不会发生井喷，安全系数高。
2、本发明可以通过调节加磁装置11输出磁场强度的大小，对磁流变液的强度实现智能调节，特别地，施工结束后，只需要关闭加磁装置11的电源，磁流变液便会立刻恢复液态，无需其它操作，通过放喷管线便可实现返排，大大简化了施工流程；对油管壁没有要求，密封效果好，解开封堵的时间短，且液化后的磁流变液可即使返排，不会造成输管线的堵塞。
实施例4：
如图5所示，井底压力35MPa条件下，图5所示的1#阀门出现损坏时，基于磁流变液的油气井口暂堵换阀方法如下：
1依次将储液罐1、注入泵2、控制阀3、注入管线4、液压泵5、单流阀7、泄压阀8连接好，确保整个装置各部位都接好密封；将加磁装置11中的电磁铁9与水冷装置10连接好，旋转电磁铁9的进退手搬把9-3，调节两矩形极头9-5间的距离，将电磁铁9夹紧在油气井套管13表面；将制备好的磁流变液倒入储液罐1中；在图5所示的3#、6#和9#、11#接放喷管线；
2调节电磁铁9的输入电流，使磁场强度保持在1000～2000Gs，以平衡重力作用，使磁流变液在注入过程中稳定在油气井筒中的封堵层位；
3分别打开注入泵2和控制阀3，将磁流变液注入液压泵5中，根据需要，调节液压泵5的流量，打开单流阀7，连接装置与图5所示的2#、5#阀门，将磁流变液注入油管12和套管13之间的环空；注入完成后，连接装置与图5所示的7#、4#、1#阀门，将磁流变液注入油管12内部；注入磁流变液段塞长度为2.8～2.9m；
4调节电磁铁9的输入电流，使磁场强度保持在5000～6000Gs，使注入的磁流变液固化，实现对油气井口的封堵；
5对磁流变液段塞进行反向试压，试压35MPa合格后，说明磁流变暂堵成功，缓慢打开泄压阀8泄掉井口压力后关闭，更换1#阀门；
6为保证安全，换阀结束30min后关闭加磁装置11，磁流变液段塞迅速恢复为具有较强流动性的液态，通过放喷管线将磁流变液排出，拆除磁流变液暂堵装置，回填井口，结束作业。
应用例5
井底压力35MPa条件下，图5所示的4#阀门出现损坏时，基于磁流变液的油气井口暂堵换阀方法如下：
如应用例4所述的应用工艺，不同的是：步骤5中更换4#阀门。
应用例6
井底压力40MPa条件下，图5所示的1#阀门出现损坏时，基于磁流变液的油气井口暂堵换阀方法如下：
如应用例4所述的应用工艺，不同的是：
步骤3中注入磁流变暂堵液段塞长度为3.1～3.2m；
步骤4中磁场强度保持在6000～8000Gs。
应用例7
井底压力45MPa条件下，图5所示的1#阀门出现损坏时，基于磁流变液的油气井口暂堵换阀方法如下：
如应用例4所述的应用工艺，不同的是：
步骤3中注入磁流变暂堵液段塞长度为3.5～3.6m；
步骤4中磁场强度保持在6000～8000Gs。
综上所述，本发明的基于磁流变液的油气井口换阀装置及方法可实现快速对油气井口进行暂堵，进而进行安全高效换阀，同时能耗较低，有利于节约生产成本。
本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置，其特征在于：包括储液罐(1)、暂堵液注入单元(15)、泄压阀(8)、加磁装置(11)和放喷管线，储液罐(1)连接暂堵液注入单元(15)的入口，暂堵液注入单元(15)的出口可通过管线连接井口采油树(14)的注入阀门，泄压阀(8)通过管线连接井口采油树(14)的目标阀门，井口采油树(14)的出口阀门连接放喷管线，加磁装置(11)连接在油气井表层套管(13)外部。
2.如权利要求1所述的基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置，其特征在于：所述储液罐(1)包括罐体(1-1)、罐盖(1-2)和磁流变液(6)，罐体(1-1)上面连接罐盖(1-2)，罐体(1-1)内存磁流变液(6)，罐盖(1-2)上开设连接口。
3.如权利要求2所述的基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置，其特征在于：所述暂堵液注入单元(15)包括注入泵(2)、控制阀(3)、注入管线(4)、液压泵(5)和单流阀(7)，罐盖(1-2)的连接口连接注入泵(2)的进口端，注入泵(2)的出口端通过注入管线(4)连接液压泵(5)的进口端，液压泵(5)的出口端通过管线连接井口采油树(14)的注入阀，注入管线(4)上连接控制阀(3)，液压泵(5)和井口采油树(14)的注入阀之间的管线上连接单流阀(7)。
4.如权利要求1所述的基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置，其特征在于：所述的加磁装置(11)包括电磁铁(9)和水冷装置(10)，电磁铁(9)连接水冷装置(10)。
5.如权利要求4所述的基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置，其特征在于：所述电磁铁(9)包括万向轮(9-1)、承重箱底座(9-2)和2个电磁调节单元，承重箱底座(9-2)的下面连接万向轮(9-1)，承重箱底座(9-2)的右侧面相对连接2个电磁调节单元，电磁调节单元包括进退手搬把(9-3)、旋转手搬把(9-4)、矩形极头(9-5)、线包(9-6)、接线盒(9-7)，进退手搬把(9-3)的一端连接承重箱底座(9-2)的右侧面、进退手搬把(9-3)的另一端通过旋转手搬把(9-4)连接线包(9-6)的一侧面，线包(9-6)连接矩形极头(9-5)且线包(9-6)位于旋转手搬把(9-4)和矩形极头(9-5)之间，接线盒(9-7)电连接线包(9-6)。
6.如权利要求5所述的基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置，其特征在于：所述水冷装置(10)包括本体(10-5)和冷冻水，本体(10-5)内置冷冻水，本体(10-5)的一端开设冷冻水入口(10-4)、冷冻水出口(10-1)、进水口(10-2)和排水口(10-3)，冷冻水入口(10-4)连接电磁调节单元的接线盒(9-7)，冷冻水出口(10-1)连接另一个电磁调节单元的接线盒(9-7)。
7.如权利要求5所述的基于磁流变液的油气井口暂堵换阀装置，其特征在于：所述线包(9-6)中为螺线管。
8.一种基于磁流变液的油气井口暂堵换阀方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将储液罐(1)连接暂堵液注入单元(15)的入口，暂堵液注入单元(15)的出口通过管线连接井口采油树(14)的注入阀门，泄压阀(8)通过管线连接井口采油树(14)的目标阀门，井口采油树(14)的出口阀门连接放喷管线，加磁装置(11)连接在油气井表层套管(13)外部；
2)调节加磁装置(11)内电磁铁(9)的输入电流至产生的磁场强度将磁流变液(6)在注入过程中稳定在油气井筒中的封堵层位，并保持该磁场强度；
3)打开暂堵液注入单元(15)内的注入泵(2)和控制阀(3)，将储液罐(1)内的磁流变液(6)注入液压泵(5)中，根据需要，调节液压泵(5)的流量，打开单流阀(7)，将磁流变液(6)通过井口采油树(14)的注入阀门注入油管(12)和套管(13)之间的环空以及油管(12)内部；
4)调节加磁装置(11)内电磁铁(9)的输入电流直至磁场强度使步骤3)井口采油树(14)内的磁流变液(6)固化成磁流变液段塞并保持该磁场强度，实现对油气井口的封堵；
5)对步骤4)固化后的磁流变液段塞进行反向试压，试压合格后，打开泄压阀(8)泄掉油气井口压力后关闭，更换问题阀门；
6)问题阀门更换结束后，关闭加磁装置(11)，步骤4)固化后的磁流变液段塞恢复为流动性的液体，通过放喷管线将液体的磁流变液通过井口采油树(14)的出口阀门排出，拆除储液罐(1)、暂堵液注入单元(15)、泄压阀(8)、加磁装置(11)和放喷管线，回填油气井口，结束作业。
9.如权利要求8所述的基于磁流变液的油气井口暂堵换阀方法，其特征在于：所述步骤2)的磁场强度保持在1000～2000Gs，步骤4)的磁场强度保持在5000～8000Gs；磁流变液段塞长度为2.5～4.0m。
10.如权利要求8所述的基于磁流变液的油气井口暂堵换阀方法，其特征在于：所述问题阀门更换结束30～60min后关闭加磁装置(11)。
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