CN111608607B - 一种智能井隔离装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能井隔离装置及其使用方法，包括以下步骤：在井下设置智能井系统隔离装置，所述智能井系统隔离装置包括设置在井下第一层的数字液力控制系统、设置在井下第二层的直接液力驱动系统以及与两驱动系统相连的第一～第三液力管线；通过对第二液力管线和第三液力管线反复交替单独打压，实现直接液力控制系统对井下第二层井下滑套的控制；通过对第一液力管线进行打压关闭第二层后，再向第一液力管线或第二液力管线打压，实现数字液力控制系统对井下第一层液路的控制。本发明可以广泛应用于油气钻完井和油气开采领域。

Description

一种智能井隔离装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及油气钻完井和油气开采领域，具体涉及一种智能井隔离装置及其使用方法，特别关于一种两种智能井系统在同一油井中的相互隔离装置及其使用方法。

背景技术

智能井井下生产控制主要是通过地面液力系统驱动井下滑套，调整滑套的开启度，进而调节井下油气生产流道的大小，实现油气井的生产控制。

目前，智能井井下液力控制主要有直接液力驱动和数字液力控制两种方式。其中，直接液力驱动简单可靠，但不容易用于多层控制；数字液力控制可以方便地用于井下多层控制。两种智能井液力控制系统有时均安放于井下，需对两种智能井系统进行隔离，避免相互干扰。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种智能井隔离装置及其使用方法，通过将两种不同智能井液力控制系统安装在同一口井中的不同油气层，实现对井下流量的分层控制。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的第一个方面，是提供一种智能井隔离装置，其包括：数字液力控制系统、直接液力驱动系统以及第一～第三液力管线；所述数字液力控制系统设置在井下第一个油气层，其包括第一数字控制液路、第二数字控制液路、回油液路以及设置在各液路上的液压阀组件；所述第一数字控制液路和第二数字控制液路的输入端分别与所述第一液力管线和第二液力管线相连，并在所述第一液力管线和第二液力管线提供的液压动力以及所述液压阀组件的控制下，对下一步控制的液力管线进液压控制；所述回油液路分别与所述第三液力管线和回油/补油管线相连，用于在所述第一液力管线和第二液力管线提供的液压动力以及所述液压阀组件控制下进行回油/补油操作；所述直接液力驱动系统设置在井下第二个油气层，其包括第一直接液力控制液路、第二直接液力控制液路以及井下直接液力控制系统；所述第一直接液力控制液路的输入端经所述数字液力控制系统中的液压阀组件与所述第二液力管线相连，所述第二直接液力控制液路的输入端直接与所述第三液力管线相连；所述第一直接液力控制液路和第二直接液力控制液路的输出端均与所述井下直接液力控制系统相连，用于根据所述第二液力管线和第三液力管线提供的液压动力对所述井下直接液力控制系统进行控制，进而控制井下滑套。

进一步地，所述数字液力控制系统中的液压阀组件包括第一液控单向阀、第二液控单向阀、第一常开式液控二位二通阀和第二常开式液控二位二通阀；所述第一液控单向阀设置在所述第一数字控制液路上，且所述第一数字控制液路的输入端与所述第二液力管线相连，第一数字控制液路的输出端分别与下一步控制的液力管线和第二液控单向阀的控制端口相连；所述第一常开式液控二位二通阀设置在所述第二数字控制液路上，且所述第二数字控制液路的输入端与所述第一液力管线相连，所述第二数字控制液路的输出端分别与下一步控制的另一液力管线、所述第一液控单向阀的控制端口以及所述第二常开式液控二位二通阀的控制端口相连；所述第二常开式液控二位二通阀设置在所述第二液力管线的延伸管线上，且所述第二常开式液控二位二通阀的入口与所述第二液力管线相连，所述第二常开式液控二位二通阀的出口分别与所述第一常开式液控二位二通阀的控制端口和直接液力驱动系统的第一直接液力控制液路的输入端相连。

进一步地，所述直接液力驱动系统包括井下直接液力控制液缸和J形槽体；所述J形槽体内部设置有不同深度的J形槽，各所述J形槽相对处设置有中间换向槽；所述井下直接液力控制液缸通过位于活塞轴端的定位销钉插设在所述J形槽体内，且所述定位销钉能够在所述活塞带动下在所述J形槽体内部左右移动，所述J形槽体能够绕所述活塞轴线转动。

本发明的第二个方面，是提供一种智能井系统隔离装置的使用方法，其包括以下步骤：在井下设置智能井系统隔离装置，所述智能井系统隔离装置包括设置在井下第一层的数字液力控制系统、设置在井下第二层的直接液力驱动系统以及与两驱动系统相连的第一～第三液力管线；通过对第二液力管线和第三液力管线反复交替单独打压，实现直接液力控制系统对井下第二层井下滑套的控制；通过对第一液力管线进行打压关闭第二层后，再向第一液力管线或第二液力管线打压，实现数字液力控制系统对井下第一层液路的控制。

进一步地，井下直接液力控制系统对井下第二层井下滑套进行控制的方法，包括以下步骤：首先，假设需要将定位销钉由J形槽体的当前深度切换到下一深度，此时将第三液力管线作为驱动管线，第二液力管线作为回程管线；其次，向第三液力管线施加压力，推动直接液力控制液缸活塞向右移动，直到定位销钉碰到J形槽体右端的中间换向槽的右死点，不再移动为止；再次，向第二液力管线施加压力，推动直接液力控制液缸活塞向左移动，直到定位销钉完全落入到J形槽体的下一深度槽内，实现对井下滑套的控制；最后，采用与上两步骤相同的方法，反复在第二液力管线和第三液力管线上打压，实现定位销钉在J形槽体内不同深度槽之间的反复移动，进而实现对井下滑套不同开度的调节。

进一步地，数字液力驱动方式对井下第一层液路进行控制时，包括以下步骤：首先，向第一液力管线打压，使得第一液力管线内的液压油控制液压阀组件动作，进而切断第二液力管线与第二层中直接液力驱动系统的联系；然后，向第一液力管线或第二液力管线施加压力，对下一步控制的液力管线进行调节。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设计的智能井系统隔离装置，在同一口井的不同油气层安装两种智能井液压控制系统，一层采用直接液力控制，另一层采用数字液力控制，通过对数字液力控制系统中液压阀组件的合理设计，使得直接液力控制的驱动管线与数字液力控制的回油管线共用，且实现了2种控制系统相互不干扰。2、本发明中直接液力驱动系统和数字液力控制系统共用回油管线，仅通过三根液力管线即可实现两种系统的有效隔离，结构简单操作方便。因此，本发明可以广泛应用于油气钻完井和油气开采领域。

附图说明

图1为本发明智能井井下隔离装置初始液压图；

图2为本发明直接驱动液缸打压液压图1；

图3为本发明直接驱动液缸打压液压图2；

图4为本发明直接驱动液缸打压液压图3；

图5为本发明直接驱动液缸打压液压图4；

图6为本发明直接驱动液缸打压液压图5；

图7为本发明数字液力驱动L1加压液压图；

图8为本发明数字液力驱动L2加压液压图；

图中各附图标记如下：

1、数字液力控制系统；11、第一数字控制液路；12、第二数字控制液路；13、回油液路；14、液压阀组件；141、第一液控单向阀；142、第二液控单向阀；143、第一常开式液控二位二通阀；144、第二常开式液控二位二通阀；2、直接液力驱动系统；21、第一直接液力控制液路；22、第二直接液力控制液路；23、井下直接液力控制系统；231、井下直接液力控制液缸；232、J形槽体；233～236、J形槽；237、中间换向槽；238、活塞；239、定位销钉；3、第一液力管线；4、第二液力管线；5、第三液力管线；6、下一步控制的液力管线；7、下一步控制的液力管线；8、回油/补油管线。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”“上”、“下”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

直接液力控制装置通常采用N+1的方式控制井下滑套，共用1根复位管线，如果控制井下1层，则只需要2根液压控制管线即可。而数字液力控制装置可以采用3条液压管线控制井下6层，其中1条液压管线用于回油，另外2条液压管线用于信号和动力传输。

如图1所示，本发明提供的一种智能井隔离装置，用于对井下2层进行控制，其中1层采用直接液力控制，另1层采用数字液力控制，且直接液力控制的驱动管线与数字液力控制的回油管线共用实现2种液力控制系统相互不干扰。具体的，其包括数字液力控制系统1、直接液力驱动系统2以及第一～第三液力管线3～5。其中，数字液力控制系统1设置在井下第一个油气层，其包括两条数字控制液路11、12、一条回油液路13以及设置在各液路上的液压阀组件14，两条数字控制液路11、12的输入端分别与第一液力管线3和第二液力管线4相连，并在第一液力管线3和第二液力管线4提供的液压动力以及液压阀组件14的控制下，对下一步控制的液力管线6、7进行液压控制；回油液路13分别与第三液力管线5和回油/补油管线8相连，用于在液压阀组件14控制下进行回油或补油操作；直接液力驱动系统2设置在井下第二个油气层(且第二个油气层位于第一个油气层下方)，其包括第一直接液力控制液路21、第二直接液力控制管路22以及井下直接液力控制系统23，其中，第一直接液力控制液路21的输入端经数字液力控制系统1与第二液力管线4相连，第二直接液力控制液路22的输入端直接与第三液力管线5相连，两条直接液力控制液路21、22的输出端均与井下直接液力控制系统23相连，用于根据第二液力管线4和第三液力管线5提供的液压动力对井下直接液力控制系统23进行控制，进而控制井下滑套。

进一步地，数字液力控制系统1中，液压阀组件14包括第一液控单向阀141、第二液控单向阀142、第一常开式液控二位二通阀143和第二常开式液控二位二通阀144。其中，第一液控单向阀141设置在第一数字控制液路11上，且第一数字控制液路11的输入端与第二液力管线4相连，第一数字控制液路11的输出端分别与下一步控制的液力管线6和第二液控单向阀142的控制端口相连；第一常开式液控二位二通阀143设置在第二数字控制液路12上，且第二数字控制液路12的输入端与第一液力管线3相连，第二数字控制液路12的输出端分别与下一步控制的液力管线7、第一液控单向阀141的控制端口以及常开式液控二位二通阀144的控制端口相连；常开式液控二位二通阀144设置在第二液力管线4的延伸管线上，且常开式液控二位二通阀144的进口端与第二液力管线4相连，常开式液控二位二通阀144的出口端分别与常开式液控二位二通阀143的控制端口和直接液力驱动系统2相连。

进一步地，井下直接液力控制系统23包括井下直接液力控制液缸231和J形槽体232，J形槽体232内部设置有不同深度的J形槽233～236，J形槽233～236相对处设置有中间换向槽237；井下直接液力控制液缸231通过位于活塞238轴端的定位销钉239插设在J形槽体232内部的各J形槽中，且定位销钉239能够在直接液力控制液缸活塞238带动下在J形槽体232内部左右移动，J形槽体232能够绕活塞238轴线转动。当第二液力管线4和第三液力管线5对井下直接液力控制液缸231左右打压时，推动活塞238轴端定位销钉239在J形槽体232内左右滑动，控制定位销钉232分别落入不同深度的槽233～236内，实现与定位销钉239相连的井下滑套处于不同位置，从而实现井下油嘴的不同开度。

基于上述智能井隔离装置，本发明还提供一种智能井隔离装置的使用方法，包括以下步骤：

1)按照图1所示，在井下设置智能井系统隔离装置；

2)当采用直接液力驱动方式对井下第二个油气层进行操作时，通过对第二液力管线4和第三液力管线5反复交替单独打压，实现对井下直接液力控制系统的控制，进而控制井下滑套。

如图1所示，假设直接液力控制的井下滑套处于图示位置，定位销钉239处于槽234中，且假设定位销钉239只能左右移动，J形槽体232只能绕活塞238轴线转动。当需要将定位销钉239移动到槽235时，方法如下：

2.1)将第三液力管线5作为驱动管线，第二液力管线4作为回程管线；

2.2)向第三液力管线5施加压力，推动活塞238向右移动，直到定位销钉239碰到J形槽体232右端的中间换向槽237的右死点，不再移动为止。

如图2所示，当单独通过第三液力管线5施加压力时，液压油会通过液力管线5同时传向第一层中的第一液控单向阀142和第二层井下直接液力控制液缸231左端。可以看出，对第一层而言，第三液力管线5向液控单向阀142为逆向打压，因此液控单向阀142不通，因此，不会引起第一层动作；对第二层而言，第三液力管线5向井下直接液力控制液缸231左端打压，可以推动井下直接液力控制液缸231向右移动，同时使得活塞238向右移动，进而使得活塞238右端的定位销钉239往右运动，直到碰到J形槽体232内部中间换向槽237右端右死点斜边。

如图3所示，向第三液力管线5继续打压，使得定位销钉239继续向右移动，在中间换向槽237的斜边的限制下，J形槽体232发生转动(也可销钉239绕活塞238轴线转动)一个角度，直到定位销钉239完全落入右死点。这时，若继续给第三液力管线5加压，定位销钉239受J形槽右死点限制，不再移动。

2.3)向第二液力管线4施加压力，推动活塞238向左移动，直到定位销钉239完全落入到J形槽体232的下一深度槽(即J形槽235)内，实现对井下滑套的控制。

如图4～图6所示，在第二液力管线4施加压力使得井下直接液力控制液缸231的右端加压时，定位销钉239向左移动，直到定位销钉239与J形槽235左端斜面接触(如图4所示)；继续在第二液力管线4上加压，活塞238带动定位销钉239沿J形槽235左边斜面移动，同时J形槽体232转动，直到定位销钉239进入J形槽235的直线部位，J形槽体232停止转动(如图5所示)；继续向第二液力管线4打压，井下直接液力控制液缸231的活塞238继续向左移动，直到定位销钉239完全落入J形槽235内(如图6所示)。由于J形槽234和J形槽235的轴向位置不同，因而与定位销钉239相连的井下滑套所处的位置不同，可以实现对应井下油嘴开口的不同遮挡，从而实现对井下产液量的控制。

同样，当对第二液力管线4单独打压时，对于第二层而言，液压油通过第二液力管线4、常开式液控二位二通阀144和第二液力管线4的延伸管线进入井下直接液力控制液缸231右端，进而推动活塞238向左移动；对于第一层而言，液压油通过数字控制液路11进入第一液控单向阀141的逆向端，液压油不能继续向下传递到下一步控制的液力管线6。同时，液压油通过第二常开式液控二位二通阀144后，关闭第一常开式液控二位二通阀143，这时即使第一液力管线3进液，其上的液压油也不能进入下一步控制的液力管线7。也就是说，单独对第二液力管线4进行打压只能实现对第二层进行操作，第二液力管线4中的液压油不能进入下一步控制的液力管线6，第一液力管线3上的液压油不能进入下一步控制的液力管线7，即不能对第一层进行操作。无论第三液力管线5和第二液力管线4怎么动作，只对第二层起作用，不会引起第一层任何动作，从而实现第二层对第一层的隔离。

2.4)采用与步骤2.2)和步骤2.3)相同的方法，反复在第二液力管线4和第三液力管线5上打压，定位销钉239可以在J形槽233、237；234、237；235、237；236、237内反复移动，假设槽237为J形槽中间位置，槽233～236为终止位置，则井下滑套就对应233～236不同开度，实现了对井下流量的调节控制。

3)当采用数字液力驱动方式对井下第一层进行操作时，首先对第一液力管线3进行打压以关闭对第二层的影响，然后再向第一液力管线3或第二液力管线4打压以控制第一层的井下液路，实现对井下滑套的控制，此过程中，第三液力管线5用于回油或补油，不承受压力。

如图7所示，当对第一层进行操作时，必须首先对第一液力管线3打压，如果首先对第二液力管线4进行打压，则第二液力管线4上的液压油流经常开式液控二位二通阀144，关闭常开式液控二位二通阀143，使得液压油不能进入下一步控制的液力管线7，同时，由于第一液控单向阀141也不能导通，因此不能实现下一步控制的液力管线6和7同时有压力，不能控制下面的液压阀件，即不能对第一层进行有效控制。

如图8所示，当对第一层进行操作时，先向第一液力管线3打压，此时，第一液力管线3中的液压油直接经过第一常开式液控二位二通阀143，进入下一步控制的液力管线7，同时关闭第二常开式液控二位二通阀144，这时第二液力管线4中的液压油不能再经过第二常开式液控二位二通阀144以及延伸管线进入第二层，不能对第二层进行操作。同时第一液力管线3上的液压油，经控制管线作用在第一液控单向阀141上，开启第一液控单向阀141，允许第一液控单向阀141导通，这时再向第二液力管线4打压，第二液力管线4上的液压油经管线11、第一液控单向阀141，进入下一步控制的液力管线6，从而实现液力管线管线6、7同时有控制压力，可以对第一层进行操作。对第一层进行操作时，先打压第一液力管线3，因为第一液力管线3与第二层没有连接，不会引起第二层动作；同时第一液力管线3关闭第二常开式液控二位二通阀144，使得第二液力管线4上的液压油不能进入第二层。因此，第一层进行操作时，不会引起第二层动作。

通过上述液压控制方法，无论是对第二层进行操作还是对第一层进行操作，均不会引起另一层的动作，从而实现两种不同的智能井系统的动作隔离。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种智能井隔离装置，其特征在于，包括：

数字液力控制系统、直接液力驱动系统以及第一～第三液力管线；

所述数字液力控制系统设置在井下第一个油气层，其包括第一数字控制液路、第二数字控制液路、回油液路以及设置在各液路上的液压阀组件；

所述第一数字控制液路和第二数字控制液路的输入端分别与所述第一液力管线和第二液力管线相连，并在所述第一液力管线和第二液力管线提供的液压动力以及所述液压阀组件的控制下，对下一步控制的第四液力管线和第五液力管线进液压控制；

所述回油液路的一端与所述第三液力管线相连，另一端与回油/补油管线相连，用于在所述第一液力管线和第二液力管线提供的液压动力以及所述液压阀组件控制下进行回油/补油操作；

所述直接液力驱动系统设置在井下第二个油气层，其包括第一直接液力控制液路、第二直接液力控制液路以及井下直接液力控制系统；

所述第一直接液力控制液路的输入端经所述数字液力控制系统中的液压阀组件与所述第二液力管线相连，所述第二直接液力控制液路的输入端直接与所述第三液力管线相连；所述第一直接液力控制液路和第二直接液力控制液路的输出端均与所述井下直接液力控制系统相连，用于根据所述第二液力管线和第三液力管线提供的液压动力对所述井下直接液力控制系统进行控制，进而控制井下滑套。

2.如权利要求1所述的一种智能井隔离装置，其特征在于：所述数字液力控制系统中的液压阀组件包括第一液控单向阀、第二液控单向阀、第一常开式液控二位二通阀和第二常开式液控二位二通阀；

所述第一液控单向阀设置在所述第一数字控制液路上，且所述第一数字控制液路的输入端与所述第二液力管线相连，第一数字控制液路的输出端分别与下一步控制的第四液力管线和第二液控单向阀的控制端口相连；

所述第一常开式液控二位二通阀设置在所述第二数字控制液路上，且所述第二数字控制液路的输入端与所述第一液力管线相连，所述第二数字控制液路的输出端分别与下一步控制的第五液力管线、所述第一液控单向阀的控制端口以及所述第二常开式液控二位二通阀的控制端口相连；

所述第二常开式液控二位二通阀设置在所述第二液力管线的延伸管线上，且所述第二常开式液控二位二通阀的入口与所述第二液力管线相连，所述第二常开式液控二位二通阀的出口分别与所述第一常开式液控二位二通阀的控制端口和直接液力驱动系统的第一直接液力控制液路的输入端相连。

3.如权利要求1所述的一种智能井隔离装置，其特征在于：所述直接液力驱动系统包括井下直接液力控制液缸和J形槽体；

所述J形槽体内部设置有不同深度的J形槽，各所述J形槽相对处设置有中间换向槽；

所述井下直接液力控制液缸通过位于活塞轴端的定位销钉插设在所述J形槽体内，且所述定位销钉能够在所述活塞带动下在所述J形槽体内部左右移动，所述J形槽体能够绕所述活塞轴线转动。

4.一种如权利要求1～3任一项所述的智能井隔离装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

在井下设置智能井隔离装置，所述智能井隔离装置包括设置在井下第一层的数字液力控制系统、设置在井下第二层的直接液力驱动系统以及与数字液力控制系统、直接液力驱动系统相连的第一～第三液力管线；

通过对第二液力管线和第三液力管线反复交替单独打压，实现直接液力控制系统对井下第二层井下滑套的控制；

通过对第一液力管线进行打压关闭第二层后，再向第一液力管线或第二液力管线打压，实现数字液力控制系统对井下第一层液路的控制。

5.如权利要求4所述的一种智能井隔离装置的使用方法，其特征在于：井下直接液力控制系统对井下第二层井下滑套进行控制的方法，包括以下步骤：

首先，假设需要将定位销钉由J形槽体的当前深度切换到下一深度，此时将第三液力管线作为驱动管线，第二液力管线作为回程管线；

其次，向第三液力管线施加压力，推动直接液力控制液缸活塞向右移动，直到定位销钉碰到J形槽体右端的中间换向槽的右死点，不再移动为止；

再次，向第二液力管线施加压力，推动直接液力控制液缸活塞向左移动，直到定位销钉完全落入到J形槽体的下一深度槽内，实现对井下滑套的控制；

最后，采用与上两步骤相同的方法，反复在第二液力管线和第三液力管线上打压，实现定位销钉在J形槽体内不同深度槽之间的反复移动，进而实现对井下滑套不同开度的调节。

6.如权利要求4所述的一种智能井隔离装置的使用方法，其特征在于：数字液力驱动方式对井下第一层液路进行控制时，包括以下步骤：

首先，向第一液力管线打压，使得第一液力管线内的液压油控制液压阀组件动作，进而切断第二液力管线与第二层中直接液力驱动系统的联系；

然后，向第一液力管线或第二液力管线施加压力，对下一步控制的第四液力管线或第五液力管线进行调节。

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