CN111119793A - 一种水气交替注入管柱及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水气交替注入管柱及操作方法，管柱包括自上而下依次连接在油管上的缓蚀剂循环滑套、可洗井封隔器、挂环器、多功能坐封球座。所述缓蚀剂循环滑套包括第一上接头、外套、密封填料、内滑套、第一下接头，所述外套上端连接第一上接头，下端连接第一下接头，共同构成筒体，所述筒体内部安装内滑套，所述内滑套上端口设置球座，所述内滑套和外套均开设径向贯通孔。所述外套内壁和内滑套外壁之间设置缓冲圈，缓冲圈外壁嵌入外套内壁开设的槽内。本发明解决由于水质及储层返吐严重造成堵塞，注不进的问题，同时有效解决水气交替产生水垢及杂质导致后期封隔器解封困难的问题。

Description

一种水气交替注入管柱及操作方法

技术领域

本发明涉及石油开采中使用的井下注气技术领域，具体地说是一种水气交替注入管柱及操作方法。

背景技术

在石油开采中一般采用注水或者注气的方法，向地层补充能量从而驱替出油层中的油。

目前提到的注气一般是指注二氧化碳，在国内注气方式主要为连续注气，这种注气方式存在注入气突破过早、驱替效率低的问题，而水气交替技术将水驱与气驱相结合，不但可以提高油层的驱油效率和波及系数，水段塞还可以减弱气驱过程中因油气黏度差异而产生的气体指进现象，因此水气交替注入对于提高油田的采收率具有广阔的应用前景。

水气交替注入主要有以下难点，一是在注气时封隔器保证气密封，二是管柱应具有过封隔器洗井功能，解决由于水质及储层返吐严重造成堵塞，注不进的问题，三是水气交替产生水垢及杂质导致后期封隔器解封困难。根据调研，目前还没有专用水气交替注入的管柱，只有单纯的注气或者注水管柱，例如专利“一种长效CO2注气管柱及操作方法”，专利申请号CN107178347A，此专利公开了一种长效CO2注气管柱及操作方法，包括上部管柱和下部管柱，上部管柱包括套装在套管内的油管，油管从上至下依次设置有循环洗井滑套、水力锚、挂环器和密封插管，下部管柱包括依次设置在油管上的密封筒和封隔器，下部管柱底部设置有坐封球座和双级单流阀，但此注气管柱中的洗井滑套位于封隔器之上，通过环空打压开启滑套，进行替换环空保护液的操作，无法对封隔器以下的部分进行洗井操作。

专利“水力压缩式可洗井液压解封封隔器”专利号200420047845.8，专利通过承压座轴向挤压胶筒的方式实现坐封，利用胶筒的弹性变形紧紧地将环形通道封闭，提高了坐封率，保证了效果，分割器解封后胶筒同套管之间存在较大的环形间隙，水流阻力小，流速高，改善了洗井效果，在反复坐封解封的情况下依然可以保证可靠的坐封效果。这种封隔器通过解封来实现洗井功能，通过再次坐封实现封闭通道，对于低压注水可能会能实现，但对于注气，肯定不能达到密封效果，在加上封隔器没有锚定结构，容易发生蠕动，使密封失效。

文献“关于一种新式可洗井封隔器的研究”介绍了一种洗井阀带锁定装置、反洗井封隔器，封隔器洗井开关锁定机构通过液力实现，将封隔器在洗井阀关闭状态下入井内，封隔器坐封试压合格后，开始正常使用，需要洗井时，从油管投入洗井开关工具，洗井开关到位后憋压1-2MPa，将洗井阀的锁钉向外推动，洗井阀打开，然后从套管注水，套管压力高于油管压力时，液体从钢套的洗井孔进入洗井阀活塞的下环空，活塞在液体压力下向上推动，洗井阀打开，关闭洗井阀时，洗井液进入封隔器环空，形成节流使油管压力高于套管压力，洗井阀活塞被向下推动而关闭。这种可洗井封隔器采用锁钉控制洗井阀开关，其中锁钉采用弹簧，在长时间注水过程中，液体杂质及弹簧本身结垢使弹簧失效导致无法开关洗井阀，其次封隔器通过内外压差控制洗井通道，在当发生内外压差波动时，容易发生错误的开关动作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水气交替注入管柱及操作方法，可进行缓蚀剂的回收及循环压井的工作，管柱具有过封隔器洗井功能，解决由于水质及储层返吐严重造成堵塞，注不进的问题，同时有效解决水气交替产生水垢及杂质导致后期封隔器解封困难的问题。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种水气交替注入管柱，包括自上而下依次连接在油管上的缓蚀剂循环滑套、可洗井封隔器、挂环器、多功能坐封球座。

所述缓蚀剂循环滑套包括第一上接头、外套、密封填料、内滑套、第一下接头，所述外套上端连接第一上接头，下端连接第一下接头，共同构成筒体，所述筒体内部安装内滑套，所述内滑套上端口设置球座，所述内滑套和外套均开设径向贯通孔，均为循环孔。

所述外套内壁和内滑套外壁之间设置缓冲圈，缓冲圈外壁嵌入外套内壁开设的槽内。

所述密封填料位于上接头与内滑套之间，用于滑套内部与外部的密封。

所述内滑套还开设有径向贯通小孔，径向贯通小孔位于内滑套自身循环孔下方。

所述挂环器包括第二上接头、小环套、大环套、第二下接头，所述第二上接头下端丝扣式连接第二下接头，所述小环套、大环套均设置在第二上接头内部，所述小环套包括上小环套、下小环套，所述大环套上端嵌套在上小环套下端内壁，大环套下端套在下小环套上端外壁，所述大环套顶端面与上小环套内壁限位台之间安装第一垫圈，所述下小环套顶端面与大环套内壁限位台之间安装第二垫圈；所述下接头顶面与下小环套内壁限位台之间安装第三垫圈。

所述上小环套顶面与上接头内壁限位台轴向限位，上小环套底面与大环套外壁限位台轴向限位；大环套底面与下小环套外壁限位台轴向限位；所述下小环套底面与第二下接头外壁限位台轴向限位。

所述第二下接头与第二上接头之间设置O型圈；所述第二下接头与第二上接头还用防松钉连接固定。

所述多功能坐封球座包括第三上接头、打孔管、盲堵，所述打孔管上端丝扣式连接第三上接头下端，打孔管下端丝扣式连接盲堵，其特征在于，还包括密封管、堵头，所述密封管通过一级剪钉固定在第三上接头内壁，所述密封管外壁与第三上接头内壁为密封状态，所述堵头通过二级剪钉固定在密封管内壁，所述堵头外壁与密封管内壁为密封状态，所述堵头外径小于打孔管内径，所述打孔管开设径向通孔。

所述密封管外壁与第三上接头内壁之间设置一级O型圈，所述堵头外壁与密封管内壁之间设置二级O型圈。

所述第三上接头内壁开设有限制密封管向上脱出的第三上接头轴向限位环台，所述密封管的外径大于第三上接头轴向限位环台的内径，所述密封管内壁开设有限制堵头向上脱出的密封管轴向限位环台，所述堵头的外径大于密封管轴向限位环台的内径。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种水气交替注入方法，包括以下步骤：

步骤1：将缓蚀剂循环滑套、可洗井封隔器、挂环器、多功能坐封球座按照设计下入位置；

步骤2：从环空挤注缓蚀剂，使环空充满缓释剂，保护套管；

步骤3：打压坐封封隔器，升压直至堵头打掉；

步骤4：当需要洗井作业时，下封隔器开关工具，打开洗井通道，进行反洗。

步骤5：当需要洗井作业且回收缓释剂时，下滑套开关工具，打开滑套，循环出缓释剂，关闭滑套。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

缓蚀剂循环滑套包括上接头、缓冲圈、外套、密封填料、内滑套、下接头，可投球液压打开或者下工具打开，实现后期洗井作业和缓蚀剂替换作业。

采用现有技术的Y445可洗井封隔器，实现胶筒与套管之间的有效密封，防止管柱蠕动造成封隔器密封不严的问题。

挂环器包括上接头、小环套、垫圈、大环套、O型圈、下接头、防松钉，能有效监测水气交替驱对油管内部的腐蚀情况，挂环器一次能挂多个腐蚀监测环。

多功能坐封球座包括定压接头、一级O型圈、一级剪钉、密封管、二级O型圈、二级剪钉、堵头、打孔管、盲堵，设计两组剪钉组合，保证在设定压力下剪断，避免过低压力或过高压力都不能剪断的意外情况，而且能适用于带压作业。

缓蚀剂循环滑套具有液压和机械开关两种方式，可进行缓蚀剂的回收及循环压井的工作，管柱具有过封隔器洗井功能，解决由于水质及储层返吐严重造成堵塞，注不进的问题，同时有效解决水气交替产生水垢及杂质导致后期封隔器解封困难的问题，挂环器一次能挂多个腐蚀监测环，了解管柱在井底的腐蚀情况，多功能坐封球座设计两组剪钉组合，保证在设定压力下剪断，避免过低压力或过高压力都不能剪断的意外情况。

附图说明

图1是本发明的一种水气交替注入管柱结构示意图；

图2是缓蚀剂循环滑套的结构示意图；

图3是挂环器的结构示意图；

图4是多功能坐封球座的结构示意图。

图中：1、套管；2、油管；3、缓蚀剂循环滑套；4、可洗井封隔器；5、挂环器；6、多功能坐封球座；7、第一上接头；8、缓冲圈；9、外套；10、密封填料；11、内滑套；12、第一下接头；13、第二上接头；14、小环套；15、垫圈；16大环套；17、O型圈；18、第二下接头；19、防松钉；20、第三上接头；21、一级O型圈；22、一级剪钉；23、密封管；24、二级O型圈；25、二级剪钉；26、堵头；27、打孔管；28、盲堵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种水气交替注入管柱，包括自上而下依次连接在油管2上的缓蚀剂循环滑套3、可洗井封隔器4、挂环器5、多功能坐封球座6。

所述缓蚀剂循环滑套包括第一上接头7、外套9、密封填料10、内滑套11、第一下接头12，所述外套上端连接第一上接头，下端连接第一下接头，共同构成筒体，所述筒体内部安装内滑套，所述内滑套上端口设置球座，所述内滑套和外套均开设径向贯通孔，均为循环孔。

所述外套内壁和内滑套外壁之间设置缓冲圈8，缓冲圈外壁嵌入外套内壁开设的槽内。

所述密封填料位于上接头与内滑套之间，用于滑套内部与外部的密封。

所述内滑套还开设有径向贯通小孔，径向贯通小孔位于内滑套自身循环孔下方。用于在滑套没有泄压的状态下，利用小孔进行预泄压，使胶圈不承受压力，防止胶圈因受压力发生形变，循环孔经过胶圈时，而发生刮坏。

所述缓蚀剂循环滑套的打开方式有两种：机械打开和液压打开。机械打开过程是：用钢丝下入滑套专用开关工具，在重力和向下惯性力的作用下，滑套专用开关工具下推内滑套11，使内滑套的径向贯通孔和外套9的径向贯通孔处于同一水平位置，从而油套环空和滑套之间通过内滑套的径向贯通孔和外套的径向贯通孔连通，可以进行缓蚀剂的循环。液压打开过程是：将钢球或可溶球从井口投入，落到内滑套的球座上，然后从井口施加液压，使内滑套下行，直到内滑套的径向贯通孔和外套的径向贯通孔处于同一水平位置，从而油套环空和滑套之间通过内滑套的径向贯通孔和外套的径向贯通孔连通，可以进行缓蚀剂的循环。

所述缓蚀剂循环滑套的关闭过程是：用钢丝下入滑套专用开关工具，使滑套专用开关工具卡在内滑套上部的凹槽内，然后上提滑套专用开关工具，带动内滑套上行，直到内滑套上行到初始位置，密封胶圈10将内滑套的径向贯通孔和外套的径向贯通孔隔断，从而关闭滑套。

所述挂环器5包括第二上接头13、小环套14、垫圈15、大环套16、第二下接头18，垫圈15设置三个，分别为第一垫圈、第二垫圈、第三垫圈，所述第二上接头下端丝扣式连接第二下接头，所述小环套、大环套均设置在第二上接头内部，所述小环套包括上小环套、下小环套，所述大环套上端嵌套在上小环套下端内壁，大环套下端套在下小环套上端外壁，所述大环套顶端面与上小环套内壁限位台之间安装第一垫圈，所述下小环套顶端面与大环套内壁限位台之间安装第二垫圈；所述下接头顶面与下小环套内壁限位台之间安装第三垫圈。

所述上小环套顶面与上接头内壁限位台轴向限位，上小环套底面与大环套外壁限位台轴向限位；大环套底面与下小环套外壁限位台轴向限位；所述下小环套底面与第二下接头外壁限位台轴向限位。

所述第二下接头与第二上接头之间设置O型圈17；所述第二下接头与第二上接头还用防松钉19连接固定。

将事前加工好的特定材质大小尺寸相同的挂环，其密度为ρ，进行称重W，根据尺寸计算腐蚀面积A，将挂环装在垫圈内，组装好挂环器后下入井内，在气水交替注入过程中，挂环会发生腐蚀，当经过a年后管柱起井，对挂环再次称重W′，计算

单位为毫米/年，以此来监测不同材质在当前环境中的腐蚀速率，为以后采用哪种材质的油管和井下工具提供指导。

所述多功能坐封球座包括第三上接头20、打孔管27、盲堵28，所述打孔管上端丝扣式连接第三上接头下端，打孔管下端丝扣式连接盲堵，还包括密封管23、堵头26，所述密封管通过一级剪钉22固定在第三上接头内壁，所述密封管外壁与第三上接头内壁为密封状态，所述堵头通过二级剪钉25固定在密封管内壁，所述堵头外壁与密封管内壁为密封状态，所述堵头外径小于打孔管内径，所述打孔管开设径向通孔。

所述密封管外壁与第三上接头内壁之间设置一级O型圈21，所述堵头外壁与密封管内壁之间设置二级O型圈24。

所述第三上接头内壁开设有限制密封管向上脱出的第三上接头轴向限位环台，所述密封管的外径大于第三上接头轴向限位环台的内径，所述密封管内壁开设有限制堵头向上脱出的密封管轴向限位环台，所述堵头的外径大于密封管轴向限位环台的内径。

所述缓蚀剂循环滑套的内滑套加工有球座，可以通过投球方式打开，所述内滑套外面套有外套9，所述外套上设置有缓冲圈10，所述缓蚀剂循环滑套包括上接头7、下接头12，所述上接头7和下接头12装有胶圈，所述胶圈用聚四氟乙烯圈夹紧。垫圈15里装有钢材质的挂环。

本发明还公开一种水气交替注入管柱的操作方法，包括以下步骤：

a将缓蚀剂循环滑套、可洗井封隔器、挂环器、多功能坐封球座按照设计下入位置；

b从油管和套管之间的油套环空挤注缓蚀剂，使环空充满缓释剂，保护套管；

c打压坐封封隔器，升压直至堵头打掉；

d当需要洗井作业时，下封隔器开关工具，打开洗井通道，进行反洗。

e当需要洗井作业且回收缓释剂时，下滑套开关工具，打开滑套，循环出缓释剂，关闭滑套。

所述缓蚀剂循环滑套的打开方式有两种：机械打开和液压打开。机械打开过程是：用钢丝下入滑套专用开关工具，在重力和向下惯性力的作用下，滑套专用开关工具下推内滑套11，使内滑套的径向贯通孔和外套9的径向贯通孔处于同一水平位置，从而油套环空和滑套之间通过内滑套的径向贯通孔和外套的径向贯通孔连通，可以进行缓蚀剂的循环。液压打开过程是：将钢球或可溶球从井口投入，落到内滑套的球座上，然后从井口施加液压，使内滑套下行，直到内滑套的径向贯通孔和外套的径向贯通孔处于同一水平位置，从而油套环空和滑套之间通过内滑套的径向贯通孔和外套的径向贯通孔连通，可以进行缓蚀剂的循环。

所述缓蚀剂循环滑套的关闭过程是：用钢丝下入滑套专用开关工具，使滑套专用开关工具卡在内滑套上部的凹槽内，然后上提滑套专用开关工具，带动内滑套上行，直到内滑套上行到初始位置，密封胶圈10将内滑套的径向贯通孔和外套的径向贯通孔隔断，从而关闭滑套。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，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，因此不能理解为对本发明的限制。

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施例进行多种变化、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 (12)

1.一种水气交替注入管柱，其特征在于，包括自上而下依次连接在油管上的缓蚀剂循环滑套、可洗井封隔器、挂环器、多功能坐封球座。

2.根据权利要求1所述的一种水气交替注入管柱，其特征在于，所述缓蚀剂循环滑套包括第一上接头、外套、密封填料、内滑套、第一下接头，所述外套上端连接第一上接头，下端连接第一下接头，共同构成筒体，所述筒体内部安装内滑套，所述内滑套上端口设置球座，所述内滑套和外套均开设径向贯通孔，均为循环孔。

3.根据权利要求2所述的一种水气交替注入管柱，其特征在于，所述外套内壁和内滑套外壁之间设置缓冲圈，缓冲圈外壁嵌入外套内壁开设的槽内。

4.根据权利要求2所述的一种水气交替注入管柱，其特征在于，所述密封填料位于上接头与内滑套之间，用于滑套内部与外部的密封。

5.根据权利要求2所述的一种水气交替注入管柱，其特征在于，所述内滑套还开设有径向贯通小孔，径向贯通小孔位于内滑套自身循环孔下方。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种水气交替注入管柱，其特征在于，所述挂环器包括第二上接头、小环套、大环套、第二下接头，所述第二上接头下端丝扣式连接第二下接头，所述小环套、大环套均设置在第二上接头内部，所述小环套包括上小环套、下小环套，所述大环套上端嵌套在上小环套下端内壁，大环套下端套在下小环套上端外壁，所述大环套顶端面与上小环套内壁限位台之间安装第一垫圈，所述下小环套顶端面与大环套内壁限位台之间安装第二垫圈；所述下接头顶面与下小环套内壁限位台之间安装第三垫圈。

7.根据权利要求6所述的一种水气交替注入管柱，其特征在于，所述上小环套顶面与上接头内壁限位台轴向限位，上小环套底面与大环套外壁限位台轴向限位；大环套底面与下小环套外壁限位台轴向限位；所述下小环套底面与第二下接头外壁限位台轴向限位。

8.根据权利要求6所述的一种水气交替注入管柱，其特征在于，所述第二下接头与第二上接头之间设置O型圈；所述第二下接头与第二上接头还用防松钉连接固定。

9.根据权利要求1至5任意一项所述的一种水气交替注入管柱，其特征在于，所述多功能坐封球座包括第三上接头、打孔管、盲堵，所述打孔管上端丝扣式连接第三上接头下端，打孔管下端丝扣式连接盲堵，其特征在于，还包括密封管、堵头，所述密封管通过一级剪钉固定在第三上接头内壁，所述密封管外壁与第三上接头内壁为密封状态，所述堵头通过二级剪钉固定在密封管内壁，所述堵头外壁与密封管内壁为密封状态，所述堵头外径小于打孔管内径，所述打孔管开设径向通孔。

10.根据权利要求9所述的一种水气交替注入管柱，其特征在于，所述密封管外壁与第三上接头内壁之间设置一级O型圈，所述堵头外壁与密封管内壁之间设置二级O型圈。

11.根据权利要求9所述的一种水气交替注入管柱，其特征在于，所述第三上接头内壁开设有限制密封管向上脱出的第三上接头轴向限位环台，所述密封管的外径大于第三上接头轴向限位环台的内径，所述密封管内壁开设有限制堵头向上脱出的密封管轴向限位环台，所述堵头的外径大于密封管轴向限位环台的内径。

12.一种水气交替注入方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将缓蚀剂循环滑套、可洗井封隔器、挂环器、多功能坐封球座按照设计下入位置；

步骤2：从环空挤注缓蚀剂，使环空充满缓释剂，保护套管；

步骤3：打压坐封封隔器，升压直至堵头打掉；

步骤4：当需要洗井作业时，下封隔器开关工具，打开洗井通道，进行反洗；

步骤5：当需要洗井作业且回收缓释剂时，下滑套开关工具，打开滑套，循环出缓释剂，关闭滑套。

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