CN111236918B - 一种岩盐矿分层开采管柱及岩盐矿分层开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩盐矿分层开采管柱及岩盐矿分层开采方法，属于岩盐矿开采技术领域。其解决了现有技术中缺少一种分层注水吞吐工艺管柱及相关开采方法，以实现岩盐矿的分层注水吞吐开采的缺陷。其主要包括油管、空心杆、空心泵、空心顶杆、外油管、上封隔器、内油管、流道转换短节、桥式通道和下封隔器，所述油管下端连接空心泵，空心泵下端通过双扣接头分别连接外油管和内油管，外油管下端依次连接上封隔器、桥式通道、下封隔器，上封隔器和下封隔器座封在套管的内壁，内油管下端连接流道转换短节，流道转换短节侧面与桥式通道连接，空心杆套设在油管内，其下端通过空心泵柱塞继续连接空心顶杆，空心顶杆内安装单流阀。

Description

一种岩盐矿分层开采管柱及岩盐矿分层开采方法

技术领域

本发明属于岩盐矿开采技术领域，具体地说，尤其涉及一种岩盐矿分层开采管柱。

背景技术

目前岩盐矿主要通过注水溶解法开采，在开采井投产后，注水溶解近井地带岩盐，形成充满卤水的岩盐溶腔，然后利用井下泵将卤水抽吸至地面经过地面后续处理，完成一个周期的开采，然后继续循环注水、抽卤水的开采过程，由于井下管柱需要满足注水、抽卤水两个过程，即需要满足注水吞吐的工艺，因此井下管柱较为复杂，一般只能进行单层开采，而多层分层注水吞吐开采由于需要更加复杂的井下工艺管柱，目前暂时无法实现，因此，只能开采完一层后封堵该层位，然后射开并生产另一层，整体开采速度及效率较低。

对此，需要设计一种分层注水吞吐工艺管柱及相关开采方法，实现岩盐矿的分层注水吞吐开采。

发明内容

发明目的是提供一种岩盐矿分层开采管柱及岩盐矿分层开采方法，通过该管柱，注水开采过程可以实现两层的注水和生产，通过独立的通道，避免了层间干扰，而且在一个层进行生产时，另一层可以进行注水后的焖井操作，无需其它起下管柱、封层、重新射孔操作即可实现在一个时间段内对两层进行分别开采，显著提高了开采效率。

发明是采用以下技术方案实现的：一种岩盐矿分层开采管柱，主要包括油管、空心杆、空心泵、空心顶杆、外油管、上封隔器、内油管、流道转换短节、桥式通道和下封隔器，所述油管下端连接空心泵，空心泵下端通过双扣接头分别连接外油管和内油管，外油管下端依次连接上封隔器、桥式通道、下封隔器，上封隔器和下封隔器座封在套管的内壁，内油管下端连接流道转换短节，外油管与内油管最下端通过双扣接头继续连接油管，流道转换短节侧面与桥式通道连接，外油管位于上封隔器以上的部位侧面开设上过流孔，外油管位于下封隔器以下的部位侧面开设下过流孔，空心杆套设在油管内，其下端通过空心泵柱塞继续连接空心顶杆，空心顶杆内安装单流阀，所述上过流孔为开放式过流孔，下过流孔为破裂盘式过流孔，所述空心杆与空心顶杆通过丝扣连接；所述流道转换短节包括上外管、轨迹管、上中心管、长轨道、短轨道、定位销钉、密封组件、第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧、第一挡板、第二挡板、挡环、下中心管、上阀球、上阀座、驱动管、过流通道、下外管、流动通道、侧流管、内管、环形挡板、拨杆、侧孔、活动管、定位管、下阀球和下阀座；所述的上中心管与轨迹管固定连接，轨迹管和上中心管均安装在上外管内，上外管侧面安装定位销钉，定位销钉定位在轨迹管的长轨道内或短轨道内，轨迹管两端侧面设置密封组件，第一弹簧套设在上中心管上，第一弹簧上端与轨迹管下端接触，第一弹簧下端与固定安装在上外管内壁的环形挡板接触，下中心管一端安装在上中心管内并被上中心管悬挂，下中心管可沿上中心管上下滑动，上中心管内腔安装挡环，挡环与下中心管之间安装第二弹簧；所述的下中心管下端固定连接上阀球，上阀球下端固定连接驱动管，内管安装在下外管内，内管顶端设置有上阀座，上阀座为圆周均匀分布的4个，上阀座设置有与上阀球配合的上阀座弧面，下外管与内管之间的环空形成流动通道，下外管侧面固定安装侧流管，上阀座弧面开设有与流动通道、侧流管及桥式通道连通的连通孔，上阀球与上阀座弧面紧密接触时会使上阀座弧面上的连通孔关闭，此时4个上阀座之间仍然有可供液体上下流动的过流通道；所述的内管内腔固定安装第一挡板，拨杆可转动的通过铰接轴安装在第一挡板上，拨杆一端插入到活动管上部的侧孔来悬挂活动管，活动管外部设置第二挡板，第三弹簧套设在活动管外部，第三弹簧上端与内管上的第一挡板接触，第三弹簧下端与第二挡板接触，流道转换短节下端安装下阀座，流道转换短节下端内部安装定位管，下阀球位于定位管内，活动管下端插入到定位管内并可沿着定位管上下滑动；所述的上中心管上端面开设第一过流孔，上中心管顶部侧面开设第二过流孔，下中心管侧面开设第三过流孔，驱动管侧面开设第四过流孔，定位管侧面开设第五过流孔。

进一步地，所述的上封隔器为机械座封封隔器，下封隔器为液压座封封隔器。

进一步地，所述的上封隔器为液压座封封隔器，下封隔器为机械座封封隔器。

一种岩盐矿分层开采方法，包括如下步骤：

步骤1：地质研究确定开采层Ⅰ和开采层Ⅱ；

步骤2：对开采层Ⅰ和开采层Ⅱ进行射孔；

步骤3：下入岩盐矿分层开采管柱，使得开采层Ⅰ位于上封隔器和下封隔器之间，开采层Ⅱ位于下封隔器以下井段，下管柱之前检查流道转换短节，使得流道状态处于侧流管开启、下球阀关闭的状态；

步骤4：采用活动管柱方式座封上封隔器和下封隔器之一，然后采用从环空Ⅰ打压的方式座封另一封隔器，从环空Ⅰ下行的水经过开放式上过流孔进入环空Ⅱ，憋压座封液压封隔器，然后继续升压，憋开破裂盘式下过流孔；

步骤5：向开采层Ⅰ注水，同时也向开采层Ⅱ注水，其中开采层Ⅱ注入尽量多的水；

步骤6：开采层Ⅰ、开采层Ⅱ停止注水并焖井；

步骤7：对开采层Ⅰ抽卤水生产，此时开采层Ⅱ继续焖井；

步骤8：向开采层Ⅰ注水，此时开采层Ⅱ继续焖井；

步骤9：活动空心杆，驱动流道转换短节切换流道，使得流道状态处于侧流管关闭、下球阀开启的状态；

步骤10：开采层Ⅰ焖井，对开采层Ⅱ进行生产；

步骤11：活动空心杆，驱动流道转换短节切换流道，使得流道状态处于侧流管开启、下球阀关闭的状态；

步骤12：重复步骤5-11。

与现有技术相比，发明的有益效果是：

利用本发明的岩盐矿分层开采管柱以及开采方法可以实现使得两层的注水和生产通过独立的通道，避免了层间干扰，而且在一个层进行生产时，另一层可以进行注水后的焖井操作，无需其它管柱、封层、重新射孔等操作即可实现在一个时间段内对两层进行分别开采，显著提高了开采效率。

附图说明

图1是发明的结构示意图；

图2是发明所述流道转换短节的结构示意图；

图3是本发明所述上阀球和上阀座的结构示意图；

图4本发明所述流道转换短节轨迹管长短轨道平面展布图。

图中：1、油管；2、空心杆；3、空心泵；4、空心顶杆；5、外油管；6、上封隔器；7、内油管；8、流道转换短节；9、桥式通道；10、下封隔器；11、上过流孔；12、下过流孔；13、开采层Ⅰ；14、开采层Ⅱ；15、套管；16、环空Ⅰ；17、环空Ⅱ；18、环空Ⅲ；81、上外管；82、轨迹管；83、上中心管；84、长轨道；85、短轨道；86、定位销钉；87、密封组件；88、第一弹簧；89、环形挡板；810、挡环；811、第二弹簧；812、下中心管；813、上阀球；814、上阀座；8141、连通孔；815、过流通道；816、下外管；817、驱动管；818、流动通道；819、侧流管；820、内管；821、第一挡板；822、拨杆；823、侧孔；824、第三弹簧；825、第二挡板；826、活动管、827、定位管；828、下阀球；829、下阀座；830、第一过流孔；831、第二过流孔；832、第三过流孔；833、第四过流孔；834、第五过流孔。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步说明。

一种岩盐矿分层开采管柱，主要包括油管1、空心杆2、空心泵3、空心顶杆4、外油管5、上封隔器6、内油管7、流道转换短节8、桥式通道9和下封隔器10，所述油管1下端连接空心泵3，空心泵3下端通过双扣接头分别连接外油管5和内油管7，外油管5下端依次连接上封隔器6、桥式通道9、下封隔器10，上封隔器6和下封隔器10座封在套管15的内壁，内油管7下端连接流道转换短节8，外油管5与内油管7最下端通过双扣接头继续连接油管1，流道转换短节8侧面与桥式通道9连接，外油管5位于上封隔器6以上的部位侧面开设上过流孔11，外油管5位于下封隔器10以下的部位侧面开设下过流孔12，空心杆2套设在油管1内，其下端通过空心泵3柱塞继续连接空心顶杆4，空心顶杆4内安装单流阀，所述上过流孔11为开放式过流孔，下过流孔12为破裂盘式过流孔，所述空心杆2与空心顶杆4通过丝扣连接；所述流道转换短节包括上外管81、轨迹管82、上中心管83、长轨道84、短轨道85、定位销钉86、密封组件87、第一弹簧88、第二弹簧、第三弹簧824、第一挡板821、第二挡板825、挡环810、下中心管812、上阀球813、上阀座814、驱动管817、过流通道815、下外管816、流动通道818、侧流管819、内管820、环形挡板89、拨杆822、侧孔823、活动管826、定位管827、下阀球828和下阀座829；所述的上中心管83与轨迹管82固定连接，轨迹管82和上中心管83均安装在上外管81内，上外管81侧面安装定位销钉86，定位销钉86定位在轨迹管82的长轨道84内或短轨道85内，轨迹管82两端侧面设置密封组件87，第一弹簧88套设在上中心管83上，第一弹簧88上端与轨迹管82下端接触，第一弹簧88下端与固定安装在上外管81内壁的环形挡板89接触，下中心管812一端安装在上中心管83内并被上中心管悬挂，下中心管812可沿上中心管83上下滑动，上中心管83内腔安装挡环810，挡环810与下中心管812之间安装第二弹簧811；所述的下中心管812下端固定连接上阀球813，上阀球813下端固定连接驱动管817，内管820安装在下外管816内，内管820顶端设置有上阀座814，上阀座814为圆周均匀分布的4个，上阀座814设置有与上阀球813配合的上阀座814弧面，下外管816与内管820之间的环空形成流动通道818，下外管816侧面固定安装侧流管819，上阀座814弧面开设有与流动通道818、侧流管819及桥式通道连通的连通孔8141，上阀球813与上阀座814弧面紧密接触时会使上阀座814弧面上的连通孔8141关闭，此时4个上阀座814之间仍然有可供液体上下流动的过流通道815；所述的内管820内腔固定安装第一挡板821，拨杆822可转动的通过铰接轴安装在第一挡板821上，拨杆822一端插入到活动管826上部的侧孔823来悬挂活动管826，活动管826外部设置第二挡板825，第三弹簧824套设在活动管826外部，第三弹簧824上端与内管820上的第一挡板821接触，第三弹簧824下端与第二挡板825接触，流道转换短节下端安装下阀座829，流道转换短节下端内部安装定位管827，下阀球828位于定位管827内，活动管826下端插入到定位管827内并可沿着定位管827上下滑动；所述的上中心管83上端面开设第一过流孔830，上中心管83顶部侧面开设第二过流孔831，下中心管812侧面开设第三过流孔832，驱动管817侧面开设第四过流孔833，定位管827侧面开设第五过流孔834。

本发明所述流道转换短节包括上部笔式开关机构。当上阀球813坐落在上阀座814上时，上阀球813下端的驱动管817挤压拨杆822，拨杆822转动提升活动管826，使得活动管826下端面离开下阀球828，此时下阀球828可以上下活动，在该状态下，侧向通道被封闭，而液体可以顶开下阀球828并上行，此时该流道转换短节的上行通道畅通；当需要转换流道时，通过地面驱动空心杆2，使得空心顶杆4下行按压一次上中心管83上端面，此时轨迹管82带动上中心管83转动下行，然后在第一弹簧88作用下上行，完成换轨，定位销钉86由长轨道84换到短轨道85，带到下中心管812上行，使得上阀球813离开上阀座814，露出上阀座814弧面的连通孔8141，并使得侧向通道打开，此时驱动管817也上行，不再压迫拨杆822，活动管826在弹簧力的作用下下行并顶在下阀球828上，使得下阀球828坐落在下阀座829上并无法移动，在该状态下，该流道转换短节的侧向通道开启，其下端的上行通道关闭，完成了流道转换。当需要再次转换流道时，只需再次使用空心顶杆按压一次上中心管83上端面，所述换轨应用了笔式开关的结构和原理。

本发明所述下中心管812一端安装在上中心管83内并被上中心管悬挂，为实现悬挂，我们可在上中心管83下端的内腔上设置内凸沿，下中心管812顶部设置外凸沿，并使外凸沿在内凸沿上侧，以实现下中心管812被上中心管83悬挂；当上中心管83向下运动时，第一弹簧88会压迫下中心管812向下运动以使上阀球813非常紧密地坐落在上阀座814上。

所述的上封隔器6为机械座封封隔器，下封隔器10为液压座封封隔器，或者所述的上封隔器6为液压座封封隔器，下封隔器10为机械座封封隔器。

一种岩盐矿分层开采方法，采用所述岩盐矿分层开采管柱，包括如下步骤：

步骤1：地质研究确定开采层Ⅰ13和开采层Ⅱ14；

步骤2：对开采层Ⅰ13和开采层Ⅱ14进行射孔；

步骤3：下入岩盐矿分层开采管柱，使得开采层Ⅰ13位于上封隔器6和下封隔器10之间，开采层Ⅱ14位于下封隔器10以下井段，下管柱之前检查流道转换短节8，使得流道状态处于侧流管819开启、下球阀关闭的状态；

步骤4：采用活动管柱方式座封上封隔器6和下封隔器10之一，然后采用从环空Ⅰ16打压的方式座封另一封隔器，从环空Ⅰ16下行的水经过开放式上过流孔11进入环空Ⅱ17，憋压座封液压封隔器，然后继续升压，憋开破裂盘式下过流孔12；

步骤5：向开采层Ⅰ13注水，同时也向开采层Ⅱ14注水，其中开采层Ⅱ14注入尽量多的水；

步骤6：开采层Ⅰ13、开采层Ⅱ14停止注水并焖井；

步骤7：对开采层Ⅰ13抽卤水生产，此时开采层Ⅱ14继续焖井；

步骤8：向开采层Ⅰ13注水，此时开采层Ⅱ14继续焖井；

步骤9：活动空心杆2，驱动流道转换短节8切换流道，使得流道状态处于侧流管819关闭、下球阀开启的状态；

步骤10：开采层Ⅰ13焖井，对开采层Ⅱ14进行生产；

步骤11：活动空心杆2，驱动流道转换短节8切换流道，使得流道状态处于侧流管819开启、下球阀关闭的状态；

步骤12：重复步骤5-11。

岩盐矿分层开采管柱的主要分层开采原理是：

油套环空Ⅰ16、外油管5与内油管7之间的环空Ⅱ17、外油管5上下部位侧面的过流孔共同组成开采层Ⅱ14的注水通道1；

内油管7内部、流道转换短节8内部、空心泵3、油管1组成开采层Ⅱ14的抽卤水生产通道2；

空心杆2、空心顶杆4、流道转换短节8内部、桥式通道9、上下封隔器10之间的环空Ⅲ18组成开采层Ⅰ13的注水通道3；

上下封隔器10之间的环空Ⅲ18、桥式通道9、流道转换短节8内部、空心泵3、油管1组成开采层Ⅰ13的抽卤水生产通道4；

流道转换短节8可以切换其上部流体流向侧面桥式通道9或者流向流道转换短节8下端油管1，进而可以切换流体流入开采层Ⅰ13或开采层Ⅱ14；

流道转换短节8上部包括笔式开关结构，可以通过上下活动空心杆2、空心顶杆4触发该笔式开关实现多次流道转换；

当流道转换短节8开启桥式通道9时，此时向下的通道关闭，可以通过注水通道1向开采层Ⅱ14注水，也可以通过注水通道3向开采层Ⅰ13注水，也可以通过生产通道4对向开采层Ⅰ13进行生产，开采层Ⅱ14的注水可以与开采层Ⅰ13的注水、开采之一的操作同时进行。具体来说，可以在向开采层Ⅰ13注水的同时对开采层Ⅱ14也进行注水，然后在开采层Ⅱ14焖井溶解岩盐的时候对开采层Ⅰ13进行生产，然后继续向开采层Ⅰ13注水、焖井，然后切换流道转换短节8，对开采层Ⅱ14进行生产。

Claims (4)

1.一种岩盐矿分层开采管柱，主要包括油管(1)、空心杆(2)、空心泵(3)、空心顶杆(4)、外油管(5)、上封隔器(6)、内油管(7)、流道转换短节(8)、桥式通道(9)和下封隔器(10)，其特征在于：所述油管(1)下端连接空心泵(3)，空心泵(3)下端通过双扣接头分别连接外油管(5)和内油管(7)，外油管(5)下端依次连接上封隔器(6)、桥式通道(9)、下封隔器(10)，上封隔器(6)和下封隔器(10)座封在套管(15)的内壁，内油管(7)下端连接流道转换短节(8)，外油管(5)与内油管(7)最下端通过双扣接头继续连接油管(1)，流道转换短节(8)侧面与桥式通道(9)连接，外油管(5)位于上封隔器(6)以上的部位侧面开设上过流孔(11)，外油管(5)位于下封隔器(10)以下的部位侧面开设下过流孔(12)，空心杆(2)套设在油管(1)内，其下端通过空心泵(3)柱塞继续连接空心顶杆(4)，空心顶杆(4)内安装单流阀，所述上过流孔(11)为开放式过流孔，下过流孔(12)为破裂盘式过流孔，所述空心杆(2)与空心顶杆(4)通过丝扣连接；

所述流道转换短节包括上外管(81)、轨迹管(82)、上中心管(83)、长轨道(84)、短轨道(85)、定位销钉(86)、密封组件(87)、第一弹簧(88)、第二弹簧(811)、第三弹簧(824)、第一挡板(821)、第二挡板(825)、挡环(810)、下中心管(812)、上阀球(813)、上阀座(814)、驱动管(817)、过流通道(815)、下外管(816)、流动通道(818)、侧流管(819)、内管(820)、环形挡板(89)、拨杆(822)、侧孔(823)、活动管(826)、定位管(827)、下阀球(828)和下阀座(829)；所述的上中心管(83)与轨迹管(82)固定连接，轨迹管(82)和上中心管(83)均安装在上外管(81)内，上外管(81)侧面安装定位销钉(86)，定位销钉(86)定位在轨迹管(82)的长轨道(84)内或短轨道(85)内，轨迹管(82)两端侧面设置密封组件(87)，第一弹簧(88)套设在上中心管(83)上，第一弹簧(88)上端与轨迹管(82)下端接触，第一弹簧(88)下端与固定安装在上外管(81)内壁的环形挡板(89)接触，下中心管(812)一端安装在上中心管(83)内并被上中心管悬挂，下中心管(812)可沿上中心管(83)上下滑动，上中心管(83)内腔安装挡环(810)，挡环(810)与下中心管(812)之间安装第二弹簧(811)；所述的下中心管(812)下端固定连接上阀球(813)，上阀球(813)下端固定连接驱动管(817)，内管(820)安装在下外管(816)内，内管(820)顶端设置有上阀座(814)，上阀座(814)为圆周均匀分布的4个，上阀座(814)设置有与上阀球(813)配合的上阀座(814)弧面，下外管(816)与内管(820)之间的环空形成流动通道(818)，下外管(816)侧面固定安装侧流管(819)，上阀座(814)弧面开设有与流动通道(818)、侧流管(819)及桥式通道连通的连通孔(8141)，上阀球(813)与上阀座(814)弧面紧密接触时会使上阀座(814)弧面上的连通孔(8141)关闭，此时4个上阀座(814)之间仍然有可供液体上下流动的过流通道(815)；所述的内管(820)内腔固定安装第一挡板(821)，拨杆(822)可转动的通过铰接轴安装在第一挡板(821)上，拨杆(822)一端插入到活动管(826)上部的侧孔(823)来悬挂活动管(826)，活动管(826)外部设置第二挡板(825)，第三弹簧(824)套设在活动管(826)外部，第三弹簧(824)上端与内管(820)上的第一挡板(821)接触，第三弹簧(824)下端与第二挡板(825)接触，流道转换短节下端安装下阀座(829)，流道转换短节下端内部安装定位管(827)，下阀球(828)位于定位管(827)内，活动管(826)下端插入到定位管(827)内并可沿着定位管(827)上下滑动；所述的上中心管(83)上端面开设第一过流孔(830)，上中心管(83)顶部侧面开设第二过流孔(831)，下中心管(812)侧面开设第三过流孔(832)，驱动管(817)侧面开设第四过流孔(833)，定位管(827)侧面开设第五过流孔(834)。

2.根据权利要求1所述的一种岩盐矿分层开采管柱，其特征在于：所述的上封隔器(6)为机械座封封隔器，下封隔器(10)为液压座封封隔器。

3.根据权利要求1所述的一种岩盐矿分层开采管柱，其特征在于：所述的上封隔器(6)为液压座封封隔器，下封隔器(10)为机械座封封隔器。

4.一种岩盐矿分层开采方法，采用如权利要求2-3中任一项所述的一种岩盐矿分层开采管柱，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：地质研究确定开采层Ⅰ(13)和开采层Ⅱ(14)；

步骤2：对开采层Ⅰ(13)和开采层Ⅱ(14)进行射孔；

步骤3：下入岩盐矿分层开采管柱，使得开采层Ⅰ(13)位于上封隔器(6)和下封隔器(10)之间，开采层Ⅱ(14)位于下封隔器(10)以下井段，下管柱之前检查流道转换短节(8)，使得流道状态处于侧流管(819)开启、下球阀关闭的状态；

步骤4：采用活动管柱方式座封上封隔器(6)和下封隔器(10)之一，然后采用从环空Ⅰ(16)打压的方式座封另一封隔器，从环空Ⅰ(16)下行的水经过开放式上过流孔(11)进入环空Ⅱ(17)，憋压座封液压封隔器，然后继续升压，憋开破裂盘式下过流孔(12)；

步骤5：向开采层Ⅰ(13)注水，同时也向开采层Ⅱ(14)注水，其中开采层Ⅱ(14)注入尽量多的水；

步骤6：开采层Ⅰ(13)、开采层Ⅱ(14)停止注水并焖井；

步骤7：对开采层Ⅰ(13)抽卤水生产，此时开采层Ⅱ(14)继续焖井；

步骤8：向开采层Ⅰ(13)注水，此时开采层Ⅱ(14)继续焖井；

步骤9：活动空心杆(2)，驱动流道转换短节(8)切换流道，使得流道状态处于侧流管(819)关闭、下球阀开启的状态；

步骤10：开采层Ⅰ(13)焖井，对开采层Ⅱ(14)进行生产；

步骤11：活动空心杆(2)，驱动流道转换短节(8)切换流道，使得流道状态处于侧流管(819)开启、下球阀关闭的状态；

步骤12：重复步骤5-11。

Images