CN112253059A - 用于气举生产的中心完井管柱及气举施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于气举生产的中心完井管柱及气举施工方法，包括套管、注气管，以及同轴设置在套管内的油管，套管与油管之间设置一个密封活塞；密封活塞包括活塞本体，活塞本体中心开设贯穿其上下表面的通孔，油管从通孔穿过；活塞本体的外侧壁设置有至少一圈第一气囊，其内侧壁设置有与第一气囊对称的第二气囊；活塞本体上开设有贯穿其上下表面的注气管孔，注气管孔通过一条注气通道分别与第一气囊和第二气囊导通；注气管由注气管孔插入并固定，注气管孔末端伸出活塞本体下表面，采用移动式气密封活塞，用于灵活调整套管的压缩空间，使其不受钻井深度的影响，大幅度降低启动压力，缩短启动时间，且无需多个气举阀降低了成本。

Description

用于气举生产的中心完井管柱及气举施工方法

技术领域

本发明涉及钻井领域，具体涉及一种用于气举生产的中心完井管柱及气举施工方法。

背景技术

一口井从上到下是由井口装置、完井管柱和井底结构三部分组成。井口装置主要包括套管头、油管头和采油气，作用是悬挂井下油管柱、套管柱，密封油套管和两层套管间环空以控制油气井生产、回注(蒸汽、注气、注水、酸化、压裂、注剂等)和安全生产。完井管柱则包括油管、套管和按一定功用组合而成的井下工具。井底结构是指连接在完井管柱最下端的与完井方法相匹配的工具和管柱的有机组合体。

完井管柱按类型区分包括自喷井完井管柱、有杆泵完井管柱、水利活塞泵完井管柱、电潜泵完井管柱、水力射流泵完井管柱、螺杆泵完井管柱、气举井完井管柱等。

其中，气举井完井管柱由于结构简单维护成本低的优势被广泛采用，工作模式包括连续气举和间歇气举，气举采油作为一种人工举升采油方式已经有一百多年的历史。早在1865年，美国人在宾夕法尼亚洲就开始了应用。气举采油是海上油田人工举升采油的一种主要方式，其应用条件必须有充足、稳定的气源。气举采油的适用范围广，对低、中高产量，低、中、高粘度，高气液比等油井都适用。另外气举采油管理简单，操作费用低。其缺点是地面设备占用平台面积大，开发投资费用高。气举采油是基于“U"型管原理，通过地面向环空注入天然气。伴生气、氮气、烟道气等高压气体，使之与地层流体混合，减少液柱密度，减少液柱对井底的回压。

参考图1所示，是现有气举井完井管柱的三个工作状态，当油井停产时，井筒中的积液将不断增加，油套管内的液面在同一位置，当启动压缩机向油套环形空间注入高压气体时，环空液面将被挤压下降，其状态参考图1中a所示。如不考虑液体被挤入地层，环空中的液体将全部进入油管，油管内液面_上升。随着压缩机压力的不断提高，当环形空间内的液面将最终达到管鞋(注气点)处，此时的井口注入压力为启动压力，其状态参考图1中b所示。当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，液面不断升高，液流喷出地面。井底流压随之降低，油层产液，并随注入的高压气体一同排出井筒，最后达到一个协调稳定，其状态参考图1中c所示。

气举生产过程中，由于启动压力较高，这就要求压缩机额定输出压力较大，但由于气举系统在正常生产时，其工作压力比启动压力小得多，势必造成压缩机功率的浪费。为了降低压缩机的启动压力与工作压力之差，必须降低启动压力。

传统的解决方案是在套管内增减气举阀，采用逐步排除套管内液体的方式来降低单位空间内的启动压力，也就是将原本的一个整体空腔分为多个小空腔，使得启动压力变为了原来的N分之一，其中N为均为的段数。

其缺点在于：

（1）该方式需要安装多个气举阀，一旦气举阀故障则会影响整体启动效果以及采油过程，而气举阀在油井中容易被污染造成故障；

（2）采用多个气举阀在成本上增加，

（3）采用分段式启动，使得整体启动时间过程，且操作复杂，不利于快速投入运行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于气举生产的中心完井管柱及气举施工方法，采用移动式气密封活塞，用于灵活调整套管的压缩空间，使其不受钻井深度的影响，大幅度降低启动压力，缩短启动时间，且无需多个气举阀降低了成本。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于气举生产的中心完井管柱，包括套管、注气管，以及同轴设置在套管内的油管，所述套管与油管之间设置一个密封活塞；

所述密封活塞包括活塞本体，所述活塞本体中心开设贯穿其上下表面的通孔，所述油管从所述通孔穿过；

所述活塞本体的外侧壁设置有至少一圈第一气囊，其内侧壁设置有与所述第一气囊对称的第二气囊；

所述活塞本体上开设有贯穿其上下表面的注气管孔，所述注气管孔通过一条注气通道分别与所述第一气囊和第二气囊导通；

所述注气管由注气管孔插入并固定，注气管孔末端伸出活塞本体下表面并设置一个第一注气口，所述注气管侧壁在注气通道处设置第二注气口，所述第一注气口和第二注气口均设置有气举阀。

本方案利用一个环形密封活塞，通过环形密封活塞的上下升降完成套管内的注压空腔调节，当环形密封活塞位于液面高度时，其注压空腔几乎为零，注压一开始就能实现石油的气举操作，无需分段注压，减少了气举阀的使用，降低了成本。

进一步的，所述活塞本体分别在第一气囊和第二气囊的上下侧开设一个容置槽，设置容置槽的作用是保证膨胀状态下，第一气囊和第二气囊与管壁抵接形成过盈配合，其多余部分则填充在容置槽内。

进一步的，所述活塞本体的内外两侧分别对称设置有两圈第一气囊和第二气囊，每一圈第一气囊和第二气囊均设置一条注气通道与所述注气管孔导通。对称设置的作用是保证密封活塞固定状态受力对称。

进一步的，两圈第一气囊之间以及两圈第二气囊之间分别设置有一圈防滑槽，该设计是增加了密封活塞固定状态下的稳定性。

进一步的，所述注气管孔设置在活塞本体内侧和外侧中心。

进一步的，所述活塞本体左右两侧分别设置一个所述注气管孔，每个注气管孔均贯穿插入并固定一根所述注气管。对称设置两根注气管可以加快气举速度，同时可以使得套管内不会出现瞬间气压不平衡的问题。

进一步的，所述活塞本体的内外侧壁分别与所述油管和套管抵接，但不形成过盈配合，使得第一气囊和第二气囊在泄气状态下可以通过所述注气管升降所述活塞本体，以调节套管内的注压空腔从而降低启动压力。

一种用于气举生产的中心完井管柱的气举施工方法，所述该方法包括：

S100：确定油井深度，然后依次放入套管和油管，使其形成同轴位；

S200：将密封活塞的通孔套在油管上并根据油井深度增长注气管长度，增长过程中密封活塞逐渐下降，直至套管的液面高度，或液面以下；

S300：确定注压高度，确定后关闭第一注气口打开第二注气口；

S400：正向注压，使得第一气囊和第二气囊注气膨胀，分别与所述套管和油管之间形成过盈配合；

S500：关闭第二注气口打开第一注气口，开始向套管正向注压完成气举采油。

进一步的，所述第一气囊和第二气囊的注压时间或者是注压量由活塞本体与套管和油管之间形成过盈配合所需压强决定。

进一步的，密封活塞下降过程中，第一气囊和第二气囊处于泄气状态，使得密封活塞低于套管的液面高度后管内液体可以反向泄露以保证密封活塞可以继续下降。

本发明的有益效果是：和传统的气举模式相比，本方案中的气举完井管柱在套管和油管之间增加一个可以升降的密封活塞，注气管由活塞插入，通过调节密封活塞的高度大幅度降低气举过程中的启动压力，缩短了启动时间，同时大幅度减少了气举阀的使用，在成本上更低。

附图说明

图1是传统气举完井管柱的结构及原理示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是密封活塞与套管和油管之间的装配示意图；

图4是密封活塞主视图；

图5是密封活塞俯视图；

图6是密封活塞剖面图；

图7是密封活塞与注气管的装配示意图；

图8是本双注气管模式下的装配示意图；

图9是本双注气管模式对应的密封活塞剖面图；

图10是采油状态启动示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

参考图2所示，一种用于气举生产的中心完井管柱，包括套管1、注气管4，以及同轴设置在套管1内的油管2，套管1与油管2之间设置一个密封活塞3。其中，套管1、油管2、注气管4均采用油井专用钢材制成，以提高抗腐蚀生锈的能力，同时在不同深度的钻井中，套管1、油管2、注气管4均采用密封卡扣连接的方式增加长度，或者是采用本领域惯用的手段延长其长度，其中必要指标是要求满足气举的气密性要求即可。

参考图4-6所示，密封活塞3包括活塞本体31，活塞本体31中心开设贯穿其上下表面的通孔38，油管2从通孔38穿过；活塞本体31的外侧壁设置有至少一圈第一气囊32，其内侧壁设置有与第一气囊32对称的第二气囊33，换言之，第一气囊32和第二气囊33的圈数相同，且内外对称处于同一高度，参考图4和图5所示，在本实施例中活塞本体31的内外两侧分别对称设置有两圈第一气囊32和第二气囊33，每一圈第一气囊32和第二气囊33均设置一条注气通道37与注气管孔36导通。理论上，气举深度越深，所需的气举压力也就越大，活塞本体31所需的固定力也越大，所以第一气囊32和第二气囊33的圈数应随钻井深度的增加而增加。

参考图5和图6所示，活塞本体31上开设有贯穿其上下表面的注气管孔36，注气管孔36通过一条注气通道37分别与第一气囊32和第二气囊33导通。注气管4由注气管孔36插入并固定，注气管孔36末端伸出活塞本体31下表面并设置一个第一注气口5，注气管4侧壁在注气通道37处设置第二注气口6，第一注气口5和第二注气口6均设置有气举阀，其结构可参考图7所示，为了使得注压均衡，第二注气口6可以对称设置，也就是在第一气囊32和第二气囊33内均设置一个。

参考图5所示，活塞本体31分别在第一气囊32和第二气囊33的上下侧开设一个容置槽35。两圈第一气囊32之间以及两圈第二气囊33之间分别设置有一圈防滑槽34。注气管孔36设置在活塞本体31内侧和外侧中心，其结构可参考图5所示。

在另一个实施例中，活塞本体31左右两侧分别设置一个注气管孔36，每个注气管孔36均贯穿插入并固定一根注气管4，其状态图可参考图8和图9所示，该状态下注压速度是单个注气管4是两倍，在时间上可以节约一半。

在一个方面，活塞本体31的内外侧壁分别与油管2和套管1抵接，但不形成过盈配合，使得第一气囊32和第二气囊33在泄气状态下可以通过注气管4升降活塞本体31，以调节套管1内的注压空腔从而降低启动压力。

一种用于气举生产的中心完井管柱的气举施工方法，该方法包括：

S100：确定油井深度，然后依次放入套管1和油管2，使其形成同轴位；

S200：将密封活塞3的通孔38套在油管2上并根据油井深度增长注气管4长度，增长过程中密封活塞3逐渐下降，直至套管1的液面高度，或液面以下；

S300：确定注压高度，确定后关闭第一注气口5打开第二注气口6；

S400：正向注压，使得第一气囊32和第二气囊33注气膨胀，分别与套管1和油管2之间形成过盈配合；

S500：关闭第二注气口6打开第一注气口5，开始向套管1正向注压完成气举采油，其状态可参考图10所示。

第一气囊32和第二气囊33的注压时间或者是注压量由活塞本体31与套管1和油管2之间形成过盈配合所需压强决定。密封活塞3下降过程中，第一气囊32和第二气囊33处于泄气状态，使得密封活塞3低于套管1的液面高度后管内液体可以反向泄露以保证密封活塞3可以继续下降。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于气举生产的中心完井管柱，其特征在于，包括套管（1）、注气管（4），以及同轴设置在套管（1）内的油管（2），所述套管（1）与油管（2）之间设置一个密封活塞（3）；

所述密封活塞（3）包括活塞本体（31），所述活塞本体（31）中心开设贯穿其上下表面的通孔（38），所述油管（2）从所述通孔（38）穿过；

所述活塞本体（31）的外侧壁设置有至少一圈第一气囊（32），其内侧壁设置有与所述第一气囊（32）对称的第二气囊（33）；

所述活塞本体（31）上开设有贯穿其上下表面的注气管孔（36），所述注气管孔（36）通过一条注气通道（37）分别与所述第一气囊（32）和第二气囊（33）导通；

所述注气管（4）由注气管孔（36）插入并固定，注气管孔（36）末端伸出活塞本体（31）下表面并设置一个第一注气口（5），所述注气管（4）侧壁在注气通道（37）处设置第二注气口（6），所述第一注气口（5）和第二注气口（6）均设置有气举阀。

2.根据权利要求1所述的用于气举生产的中心完井管柱，其特征在于，所述活塞本体（31）分别在第一气囊（32）和第二气囊（33）的上下侧开设一个容置槽（35）。

3.根据权利要求2所述的用于气举生产的中心完井管柱，其特征在于，所述活塞本体（31）的内外两侧分别对称设置有两圈第一气囊（32）和第二气囊（33），每一圈第一气囊（32）和第二气囊（33）均设置一条注气通道（37）与所述注气管孔（36）导通。

4.根据权利要求3所述的用于气举生产的中心完井管柱，其特征在于，两圈第一气囊（32）之间以及两圈第二气囊（33）之间分别设置有一圈防滑槽（34）。

5.根据权利要求4所述的用于气举生产的中心完井管柱，其特征在于，所述注气管孔（36）设置在活塞本体（31）内侧和外侧中心。

6.根据权利要求5所述的用于气举生产的中心完井管柱，其特征在于，所述活塞本体（31）左右两侧分别设置一个所述注气管孔（36），每个注气管孔（36）均贯穿插入并固定一根所述注气管（4）。

7.根据权利要求6所述的用于气举生产的中心完井管柱，其特征在于，所述活塞本体（31）的内外侧壁分别与所述油管（2）和套管（1）抵接，但不形成过盈配合，使得第一气囊（32）和第二气囊（33）在泄气状态下可以通过所述注气管（4）升降所述活塞本体（31），以调节套管（1）内的注压空腔从而降低启动压力。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的用于气举生产的中心完井管柱的气举施工方法，其特征在于，所述该方法包括：

S100：确定油井深度，然后依次放入套管（1）和油管（2），使其形成同轴位；

S200：将密封活塞（3）的通孔（38）套在油管（2）上并根据油井深度增长注气管（4）长度，增长过程中密封活塞（3）逐渐下降，直至套管（1）的液面高度，或液面以下；

S300：确定注压高度，确定后关闭第一注气口（5）打开第二注气口（6）；

S400：正向注压，使得第一气囊（32）和第二气囊（33）注气膨胀，分别与所述套管（1）和油管（2）之间形成过盈配合；

S500：关闭第二注气口（6）打开第一注气口（5），开始向套管（1）正向注压完成气举采油。

9.根据权利要求8所述的气举施工方法，其特征在于，所述第一气囊（32）和第二气囊（33）的注压时间或者是注压量由活塞本体（31）与套管（1）和油管（2）之间形成过盈配合所需压强决定。

10.根据权利要求9所述的气举施工方法，其特征在于，密封活塞（3）下降过程中，第一气囊（32）和第二气囊（33）处于泄气状态，使得密封活塞（3）低于套管（1）的液面高度后管内液体可以反向泄露以保证密封活塞（3）可以继续下降。

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