CN111764870B - 一种海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置及其作业方法 - Google Patents

一种海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置及其作业方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置及其作业方法，该装置包括生产油管、连续管和液力驱动往复泵，本发明可实现不动管柱检泵，适用于海上油田大斜度井和水平井举升，可提高检泵作业时效，减少动管柱检泵作业费用，提高海上油田开发效益，为海上油田油井举升提供新的举升技术解决方案。

Description

一种海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置及其作业方法
技术领域
本发明涉及油田开采技术领域，具体的说，一种海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置及其作业方法。
背景技术
海上油田主要的举升方式有自喷、电潜泵、气举、潜油螺杆泵、地面驱动螺杆泵和直线电机往复泵等。其中采用电潜泵举升工艺的井数占比超过80％，电潜泵具有产量范围大、泵效高、技术成熟的优势。对于低产液井(低于50m3/d)，采电潜泵生产时，容易导致机组过热、泵抽空，易出现欠载停机等问题，造成电潜泵使用寿命短，检泵作业频繁，检泵周期远低于机采井平均检泵时间。为此，海上油田引进并发展了直线电机往复泵，填补了30方以下低液量井机采方式的空白，但是电缆、电机的使用寿命无法满足当前工艺的要求。
海上油田对于往复泵的使用主要是电缆地层测试过程中的排液和井筒举升。现有专利CN 202100431U专利名称《一种井下自动往复大排量流体柱塞泵》，该专利提供一种安全可靠泵效高的井下自动往复大排量流体柱塞泵，用于电缆地层测试作业中，最大排量500ml/min，可实现匀速排液，降低排液故障风险，但是该技术无法应用于海上油井举升。专利CN109723631A专利名称《一种用于海上大功率潜油直线电机的抽油泵》，该专利由外套筒、防砂系统总程、泵筒总程和柱塞总成组成，柱塞总成外部设置有防砂系统总成，能够有效避免油井中的砂和垢对抽油泵和电机的定子、动子造成伤害，提高电泵系统的整体运行效率和使用寿命，可以广泛应用于海上大功率潜油直线电机中，属于直线电机往复泵的产品系列。实际应用中电缆、电机的使用寿命无法满足当前工艺的要求，且无法实现不动管柱检泵作业。
液力驱动往复泵是一种能够解决油管偏磨、提升举升效率的举升方式，多用于煤层气井排液采气，陆地油田部分油井也有使用。现有专利CN 109653710A专利名称《一种液力驱动往复泵》提供了一种用于煤层气井排液采气的液力驱动往复泵，解决了决杆管偏磨问题，并且，通过限位短节和定位短节对其泵筒和外管进行限位设置，在外力的作用下，泵筒可相对外管上移，实现在后期产气量上升产水量下降后实现向自产气携液举升的转换，充分利用底层能量实现速度管携液自喷，降低能耗，降低生产运行成本，提高煤层气井生产的经济效益。但是该专利适用排量范围有限，无法实现不动管柱投捞检泵作业，且煤层气井生产管柱和海上油田生产管柱差异大，无法借鉴使用。所以，研发将液力举升技术和采油技术相结合的液力驱动往复泵举升工艺系统，实现投捞检泵作业，提高不动管柱检泵周期，是解决海上油田50m3/d以下低液量井举升难题的重要技术手段。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置及其作业方法，可实现不动管柱检泵，适用于海上油田大斜度井和水平井举升，可提高检泵作业时效，减少动管柱检泵作业费用，提高海上油田开发效益，为海上油田油井举升提供新的举升技术解决方案。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置，包括生产油管、连续管和液力驱动往复泵；
生产套管内部设置有生产油管，所述生产油管和所述生产套管之间的环形空间设置有过线缆封隔器；所述生产油管下部设置有测温测压装置、深井安全阀和生产滑套；
所述生产油管内设置有连续管和液力驱动往复泵，所述连续管下端连通液力驱动往复泵，所述连续管与液力驱动往复泵的连接处设置有泄油阀；所述生产油管和连续管上端与井口连接，所述生产油管下端穿过顶部封隔器并深入至油层防砂段内。
所述液力驱动往复泵包括上缸体、下缸体、定位密封和驱动往复柱塞，所述生产套管中部设有工作筒，所述液力驱动往复泵通过定位密封坐封于所述工作筒中，上提所述连续管串(包括连续管和液力驱动往复泵)可将所述定位密封和所述工作筒解封，解封后可捞出连续管串，实现不动管柱检泵。所述上缸体、下缸体相连通，其内部设置有一驱动往复柱塞，所述上缸体下端设置有通孔，使上缸体内由驱动往复柱塞分隔出的下方环空区域与所述工作筒上方生产油管与连续管、上缸体之间的环空相连通，上述连通空间内填充有高压动力液；所述下缸体底部设置有固定阀，所述驱动往复柱塞沿竖直方向上设置有2个游动阀。
在上述技术方案中，所述过线缆封隔器用于有效封隔油套环形空间。
在上述技术方案中，所述坐落接头位于所述过线缆封隔器下方，用于坐封所述过线缆封隔器。
在上述技术方案中，所述泄油阀用于修井作业时将泄油阀强行打开，依靠重力作业排泄掉所述泄油阀上方所述连续管内的井液。
在上述技术方案中，所述生产滑套用于修井作业提出所述连续管串(包括连续管和液力驱动往复泵)后进行循环洗井作业，以确保所述生产油管内无或者少量存有原油，确保上提所述油管时修井甲板无原油污染。
在上述技术方案中，所述深井安全阀用于封隔下入深度＞1000m的生产油管的产液通道。
在上述技术方案中，所述测压/测温装置用于生产阶段井下温度、压力测试，所述测压/测温装置通过所述钢管电缆与地面控制设备连接。
一种海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置的作业方法，包括以下阶段：
阶段一：下入所述生产油管管串。依据油井生产状况确定往复泵下入深度，所述往复泵泵筒上端位置为所述工作筒的下深。
阶段二：下入所述连续管管串。下放所述连续管串将所述定位密封和所述工作筒锚定坐封。
阶段三：举升生产。举升阶段主要包括两个过程，即驱动往复柱塞上行和驱动往复柱塞下行，具体工艺方法如下：
①驱动往复柱塞上行时：利用地面动力泵，通过所述生产油管与所述连续管环形空间将地面高压动力液作用于驱动往复柱塞，驱动驱动往复柱塞上行，直至达到上方极限位置处结束上行程。
在此过程中所述游动阀受到液柱压力作用处于关闭状态，所述固定阀由于下缸体内压力下降，被下缸体下方液柱压力打开，井内液体流入所述下缸体内，充满驱动往复柱塞上行所让出的空间。
②液力往复泵下行时：地面动力泵换向，利用地面设置的蓄能器将蓄能后的产出液反馈并作用到连续管内，产生的反作用力通过所述连续管传递至所述液力驱动往复泵，驱动所述液压驱动缸的柱塞下行，直至达到下方极限位置处结束下行程。
在此过程中生产油管与所述动力管环形空间高压液泄压，固定阀处于关闭状态。在驱动往复柱塞下行过程中，下缸体内压力持续升高，当下缸体内压力超过驱动往复柱塞内液柱压力时所述游动阀被打开，井液从下缸体内经过驱动往复柱塞上行进入所述液力驱动往复泵上方连续管内。
在完成一个冲程中，所述液力驱动往复泵完成一次进液和一次抽排，驱动往复柱塞不断运动，游动阀和固定阀不断交替关闭和打开，井液不断进入所述液力驱动往复泵，从而上行进入连续管，最终举升至地面。
阶段四：检泵作业。上提所述连续管串将所述定位密封和所述工作筒解封，解封后捞出连续管串，依据设计结果重新下入所述连续管串，实现不动管柱检泵。
本发明的有益效果是：
1)本发明的海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置，利用过线缆封隔器和深井安全阀分别有效封隔油套环形空间和生产油管流动通道，以确保海上作业安全。
2)本发明的海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置，利用蓄能后的产出液反馈作用力驱动液压驱动缸的柱塞下行，该技术点的设计可确保该工艺适用于海上大斜度井和水井井举升，优于海上现有举升工艺技术。
3)本发明的海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置，所采用的液力驱动往复举升工艺井下工具结构简单，性能可靠，举升系统平稳。
4)本发明的海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置，该工艺实现不动管柱连续管投捞检泵，可提高检泵作业时效，减少动管柱检泵作业费用，提高海上油田开发效益。
附图说明
图1是本发明所提供的海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置的结构示意图。
图2是本发明所提供的海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置生产油管部署图。
图3是本发明所提供的海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置举升生产阶段上行程流程示意图。
图4是本发明所提供的海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置举升生产阶段下行程流程示意图。
图5是本发明所提供的海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置中柱塞的结构示意图。
附图标注：1、生产套管；2、过线缆封隔器；3、工作筒；4测温测压装置；5、深井安全阀；6、生产滑套；7、坐落接头；8、生产油管；9、液控管线；10、上缸体；11、驱动往复柱塞；12、定位密封；13、下缸体；14、连续管；15、泄油阀；16、钢管电缆；17、游动阀；18、固定阀；19、顶部封隔器；20、防砂段。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例
如图1所示，该管柱设置在套管内，包括生产套管1、过线缆封隔器2、工作筒3、测温测压装置4、深井安全阀5、生产滑套6、坐落接头7、生产油管8、液控管线9、上缸体10、驱动往复柱塞11、定位密封12、下缸体13、连续管14、泄油阀15、钢管电缆16、游动阀17、固定阀18、顶部封隔器19和防砂段20。
生产套管1内部设置有生产油管8，所述生产油管8和所述生产套管1之间的环形空间设置有过线缆封隔器2；所述过线缆封隔器2用于有效封隔油套环形空间。所述坐落接头7位于所述过线缆封隔器2下方，用于坐封所述过线缆封隔器2。
所述生产油管8下部设置有测温测压装置4、深井安全阀5和生产滑套6；
所述测压/测温装置4用于生产阶段井下温度、压力测试，所述测压/测温装置通过所述钢管电缆16与地面控制设备连接。
所述深井安全阀5用于封隔下入深度＞1000m的生产油管的产液通道。
所述生产滑套6用于修井作业提出所述连续管串(包括连续管和液力驱动往复泵)后进行循环洗井作业，以确保所述生产油管内无或者少量存有原油，确保上提所述油管时修井甲板无原油污染。
所述生产油管8内设置有连续管14和液力驱动往复泵，所述连续14管下端连通液力驱动往复泵，所述连续管14与液力驱动往复泵的连接处设置有泄油阀15；所述泄油阀15用于修井作业时将泄油阀强行打开，依靠重力作业排泄掉所述泄油阀上方所述连续管内的井液。
所述生产油管8和连续管14上端与井口连接，所述生产油管下端穿过顶部封隔器19并深入至油层防砂段20内。
所述液力驱动往复泵包括上缸体、下缸体、定位密封和驱动往复柱塞，所述生产套管中部设有工作筒，所述液力驱动往复泵通过定位密封坐封于所述工作筒中，上提所述连续管串(包括连续管和液力驱动往复泵)可将所述定位密封和所述工作筒解封，解封后可捞出连续管串，实现不动管柱检泵。所述上缸体、下缸体相连通，其内部设置有一驱动往复柱塞，所述上缸体下端设置有通孔，使上缸体内由驱动往复柱塞分隔出的下方环空区域与所述工作筒上方生产油管与连续管、上缸体之间的环空相连通，上述连通空间内填充有高压动力液；所述下缸体底部设置有固定阀，所述驱动往复柱塞沿竖直方向上设置有2个游动阀。
如图2、图3和图4所示，本发明还提供了一种海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置方法，包括生产管柱下入方法、举升工艺工作方法和不动管柱检泵方法。生产管柱下入步骤为：
一、下入所述生产油管管串。依据油井生产状况确定往复泵下入深度，所述往复泵泵筒上端位置为所述工作筒的下深。
二、下入所述连续管管串。下放所述连续管串将所述定位密封和所述工作筒锚定坐封。
举升工艺工作方法主要包括两个过程，即驱动往复柱塞上行和驱动往复柱塞下行，具体工艺方法如下：
①驱动往复柱塞上行时：利用地面动力泵，通过所述生产油管与所述连续管环形空间将地面高压动力液作用于驱动往复柱塞，驱动驱动往复柱塞上行，直至达到上方极限位置处结束上行程。
在此过程中所述游动阀受到液柱压力作用处于关闭状态，所述固定阀由于下缸体内压力下降，被下缸体下方液柱压力打开，井内液体流入所述下缸体内，充满驱动往复柱塞上行所让出的空间。
②液力往复泵下行时：地面动力泵换向，利用地面设置的蓄能器将蓄能后的产出液反馈并作用到连续管内，产生的反作用力通过所述连续管传递至所述液力驱动往复泵，驱动所述液压驱动缸的柱塞下行，直至达到下方极限位置处结束下行程。
在此过程中生产油管与所述动力管环形空间高压液泄压，固定阀处于关闭状态。在驱动往复柱塞下行过程中，下缸体内压力持续升高，当下缸体内压力超过驱动往复柱塞内液柱压力时所述游动阀被打开，井液从下缸体内经过驱动往复柱塞上行进入所述液力驱动往复泵上方连续管内。
在完成一个冲程中，所述液力驱动往复泵完成一次进液和一次抽排，驱动往复柱塞不断运动，游动阀和固定阀不断交替关闭和打开，井液不断进入所述液力驱动往复泵，从而上行进入连续管，最终举升至地面。
不动管柱检泵方法：上提所述连续管串将所述定位密封和所述工作筒解封，解封后捞出连续管串，依据设计结果重新下入所述连续管串，实现不动管柱检泵。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置，其特征在于：包括生产油管、连续管和液力驱动往复泵；
生产套管内部设置有生产油管，所述生产油管和所述生产套管之间的环形空间设置有过线缆封隔器；所述生产油管下部设置有测温测压装置、深井安全阀和生产滑套；
所述生产油管内设置有连续管和液力驱动往复泵，所述连续管下端连通液力驱动往复泵，所述连续管与液力驱动往复泵的连接处设置有泄油阀；所述生产油管和连续管上端与井口连接，所述生产油管下端穿过顶部封隔器并深入至油层防砂段内；
所述液力驱动往复泵包括上缸体、下缸体、定位密封和驱动往复柱塞，所述生产套管中部设有工作筒，所述液力驱动往复泵通过定位密封坐封于所述工作筒中，所述上缸体、下缸体相连通，其内部设置有一驱动往复柱塞，所述上缸体下端设置有通孔，使上缸体内由驱动往复柱塞分隔出的下方环空区域与所述工作筒上方生产油管与连续管、上缸体之间的环空相连通形成连通空间，上述连通空间内填充有高压动力液；所述下缸体底部设置有固定阀，所述驱动往复柱塞上设置有游动阀。
2.根据权利要求1所述的一种海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置，其特征在于：所述游动阀数量为2，沿竖直方向设置于驱动往复柱塞上。
3.一种如权利要求1所述的海上油田可投捞液力驱动往复泵举升装置的作业方法，其特征在于包括以下阶段：
阶段一：下入生产油管管串，依据油井生产状况确定往复泵下入深度，往复泵泵筒上端位置为工作筒的下深；
阶段二：下入连续管管串，下放连续管串将定位密封和工作筒锚定坐封；
阶段三：举升生产，举升阶段主要包括两个过程，即驱动往复柱塞上行和驱动往复柱塞下行，具体工艺方法如下：
①驱动往复柱塞上行时：利用地面动力泵，通过所述生产油管与所述连续管环形空间将地面高压动力液作用于驱动往复柱塞，驱动往复柱塞上行，直至达到上方极限位置处结束上行程；
②液力往复泵下行时：地面动力泵换向，利用地面设置的蓄能器将蓄能后的产出液反馈并作用到连续管内，产生的反作用力通过所述连续管传递至所述液力驱动往复泵，驱动液力驱动往复泵的柱塞下行，直至达到下方极限位置处结束下行程；
在完成一个冲程中，所述液力驱动往复泵完成一次进液和一次抽排，驱动往复柱塞不断运动，游动阀和固定阀不断交替关闭和打开，井液不断进入所述液力驱动往复泵，从而上行进入连续管，最终举升至地面；
阶段四：检泵作业，上提所述连续管串将所述定位密封和所述工作筒解封，解封后捞出连续管串，依据设计结果重新下入所述连续管串，实现不动管柱检泵。
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