CN116498264B - 页岩气井试采一体化精细控压工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及页岩气井试采一体化精细控压工艺，涉及气井控压领域，包括以下步骤：开启一路油路中的两个开关阀，关闭另一路油路的两个开关阀；根据系统内设定的程序，控制开启路的两个油嘴的开合程度，以使流经上游油嘴的气液混合物压力大于流经下游油嘴的气液混合物压力；利用油嘴上压力传感器的变化，由系统计算当前进入油嘴内的气液混合物压力，并反馈至控制器内，由控制器实时调节两个油嘴的开合程度；当油嘴上压力传感器的变化值与油路上的压力表反馈的数值相差大于设定值后，控制器控制当前油路上的两个开关阀全部关闭，控制另一路油路中两个开关阀打开；本发明具有采用两级油嘴实现页岩气井精细控压生产，控压精度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及气井控压技术领域，尤其涉及页岩气井试采一体化精细控压工艺。
背景技术
页岩气的开采方式主要分为放压生产和控压生产，放压生产是在压裂页岩储层后不采取控压措施的衰竭式开采，最大的优势是快速采气和快速回收资金，但存在产量递减迅速等问题，这也是北美早期开发页岩气的常用方式。控压生产是将生产压力衰减速率控制在合理范围内，达到平稳生产延长生产年限的目的。对比这两种方式，控压生产方式具有减缓人工裂缝闭合,减少压裂液返排,减弱储层应力敏感,提高单井最终可采储量等优点。
目前，采用不合理的控压生产方式对气井产能的影响主要表现在：①开采时机不合理，裂缝未闭合，造成支撑剂快速返吐或井周围裂缝导流能力快速下降。②开采速率控制不合理，返排速率过快，容易造成支撑剂回流，裂缝导流能力降低，且生产压差过大，压力下降快，会导致近井地带气相突破过早，造成气锁，阻碍缝内压裂液排出，降低最终可采储量；返排速率过慢，可能造成地层水锁，井底积液损耗地层能量，甚至导致气井停喷，且管控成本增加。
因此，针对以上不足，需要提供一种页岩气井试采一体化精细控压工艺。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的控压生产方式精度不高，生产效率低的问题。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了页岩气井试采一体化精细控压工艺，包括以下步骤，
Ⅰ.开启一路油路中位于两个油嘴进出口两端的两个开关阀，关闭另一路油路中位于两个油嘴进出口两端的两个开关阀；
Ⅱ.根据系统内设定的程序，控制开启路的两个油嘴的开合程度，以使流经上游油嘴的气液混合物压力大于流经下游油嘴的气液混合物压力；
Ⅲ.利用油嘴上压力传感器的变化，由系统计算当前进入油嘴内的气液混合物压力，并反馈至控制器内，由控制器实时调节两个油嘴的开合程度；
Ⅳ.当油嘴上压力传感器的变化值与油路上的压力表反馈的数值相差大于设定值后，控制器控制当前油路上的两个开关阀全部关闭，控制另一路油路中位于两个油嘴进出口两端的两个开关阀打开；
Ⅴ.对关闭的油路内油嘴进行拆卸检修或更换。
作为对本发明的进一步说明，优选地，气井与两路油路之间的管路上连接有以使管路封闭的井安系统。
作为对本发明的进一步说明，优选地，同一油路上的两个油嘴之间设有电子压力表，电子压力表与系统电性连接。
作为对本发明的进一步说明，优选地，两路油路出口端汇集后的总管路上设有调节阀和两相流量计。
作为对本发明的进一步说明，优选地，油嘴由阀体、进液口、出液口、调节轴和阀芯组成，阀体为三通管，其中一组相互垂直的管口分别为进液口和出液口，调节轴伸入另一个管口内且一端伸出阀体外与电机相连，调节轴与阀体螺纹连接；阀芯固连在调节轴伸入阀体的一端，阀芯随调节轴的移动以使进液口与出液口连通或封闭。
作为对本发明的进一步说明，优选地，阀体位于出液口处插接有阀嘴，阀嘴为管状结构，阀嘴内径与阀芯下部外径相同，阀芯和阀嘴均由高锰钢制成。
作为对本发明的进一步说明，优选地，阀芯为T型回转体结构，阀芯一侧外径与阀体内径相同，阀芯另一侧外径均小于阀体内径。
作为对本发明的进一步说明，优选地，调节轴上开设有螺纹，阀体一端插接有滚球螺母，滚球螺母内设有滚珠，调节轴与滚球螺母螺纹连接，滚珠嵌入螺纹连接中。
作为对本发明的进一步说明，优选地，滚球螺母外侧固连有限位块，限位块突出滚球螺母外并嵌入阀体内，滚球螺母与限位块部分突出阀体外并嵌入装有伺服电机的法兰内。
作为对本发明的进一步说明，优选地，调节轴外套接有T型回转体的压台，压台外部插接有密封圈，密封圈外环面与阀体过盈配合；压台外径小的一端抵接有簧片，簧片截面为波浪状，簧片突出部与阀芯顶端面接触，簧片上抵接有压力传感器探头；滚球螺母内固连有加压管，以向压台外径大的一端与滚球螺母之间注入液压油。
（三）有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明提出一种页岩气井试采一体化精细控压工艺，通过现场精细控压试验，并结合预测单井最终可采储量的对比分析，目的是在于对初期下油管配合可调式油嘴的精细控压生产工艺能有效降低压力衰减速率并平稳生产，在保护储层的前提下能够有效提高单井最终可采储量)该技术有助于推进国内页岩气井精细控压生产工艺的发展
附图说明
图1是本发明的管路系统图；
图2是本发明的油嘴进出液口位置图；
图3是本发明的滚球螺母安装位置图；
图4是本发明的油嘴剖面图；
图5是图4中A的放大图。
图中：1、井安系统；2、油嘴；21、阀体；22、进液口；23、出液口；24、调节轴；25、阀芯；26、压台；261、密封圈；262、簧片；263、安装孔；27、滚球螺母；271、滑移孔；272、限位块；28、加压管；29、阀嘴；3、开关阀；4、调节阀；5、两相流量计。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
页岩气井试采一体化精细控压工艺，如图1所示，基于一种管路系统，包括井身结构、井安系统1、油嘴2、开关阀3、调节阀4和两相流量计5，井身结构一端与井下油管相连，井身结构另一端与井安系统1通过管道相连，井安系统1一般由安全阀（SSV）组成，用于在失去动力供给时能够立即自动关闭。从井安系统1出来后的管道并联出两路油路，两路油路上沿气液混合物流动方向依次连接有开关阀3、油嘴2、电子压力表（电子压力表与系统控制器电性连接）、油嘴2和开关阀3，之后两路油路汇集到主管道处，调节阀4安装在主管道上，调节阀4优选高精度针阀。两相流量计5安装在主管道位于调节阀4的下游端。
其中，结合图2、图4，油嘴2由阀体21、进液口22、出液口23、调节轴24和阀芯25组成，阀体21为三通管，其中一组相互垂直的管口分别为进液口22和出液口23，进液口22和出液口23均与油路上的管道通过法兰和螺栓固定连接。调节轴24伸入另一个管口内且一端伸出阀体21外与电机相连，调节轴24与阀体21间接螺纹连接；阀芯25固连在调节轴24伸入阀体21的一端，阀芯25随调节轴24的移动以使进液口22与出液口23连通或封闭。
结合图2、图4，调节轴24为圆柱杆结构，调节轴24与阀芯25固连。阀芯25为T型回转体结构，阀芯25一侧外径与阀体21内径相同，阀芯25另一侧外径均小于阀体21内径，阀体21位于出液口处插接有阀嘴29，阀嘴29为管状结构，阀嘴29内径与阀芯25下部外径相同，阀芯25嵌入阀嘴29可使进液口22和出液口23封闭。根据实际的使用需求，可将阀芯25和阀嘴29设计成缩径结构，以减少流道截面积，提高气液混合物的流速。阀芯25和阀嘴29均由高锰钢制成，使得阀芯25和阀嘴29具有极高地耐磨性，可降低气液混合物内砂砾对阀芯25和阀嘴29的冲刷，提升使用寿命。
结合图3、图4，调节轴24上开设有螺纹，阀体21一端插接有滚球螺母27，滚球螺母27内设有滚珠，调节轴24与滚球螺母27螺纹连接，滚珠嵌入螺纹连接中，以使调节轴24在滚球螺母27内转动更为顺滑。滚球螺母27外侧固连有限位块272，限位块272突出滚球螺母27外并嵌入阀体21内，可限制滚球螺母27的轴线转动。滚球螺母27与限位块272部分突出阀体21外并嵌入装有伺服电机的法兰内，通过上述设置，通过装有伺服电机的法兰将滚球螺母27压在阀体21内，结合限位块272的作用，既限制了滚球螺母27的轴向移动和沿轴线转动，确保调节轴24能够带动阀芯25移动以达到调节油嘴2流量的作用，又能在检修时直接将滚球螺母27以及调节轴24和阀芯25等一同抽出，减少检修工序，降低油嘴2被堵塞时的检修难度，一举两得。
结合图3、图4，调节轴24外套接有T型回转体的压台26，压台26外部插接有密封圈261，密封圈261外环面与阀体21过盈配合；压台26外径小的一端抵接有1095型弹簧钢制成的簧片262，簧片262纵截面为波浪状，簧片262突出部与阀芯25顶端面接触，簧片262上抵接有压力传感器探头，压台26上开设有安装孔263，滚球螺母27上开设有滑移孔271，滑移孔271内嵌有橡胶管，压力传感器探头通过探杆穿过安装孔263并与安装孔263螺纹连接。探杆穿过滑移孔271内的橡胶管伸出阀体21外，探杆与滚球螺母27可滑动连接。探杆伸出端与电子压力表相连，以对簧片262上的压力进行检测。滚球螺母27内固连有加压管28，以向压台26外径大的一端与滚球螺母27之间注入液压油。
基于上述管路系统，该精细控压方法包括以下步骤：
Ⅰ.进行页岩气试采时，开启一路油路中位于两个油嘴2进出口两端的两个开关阀3，该路畅通。关闭另一路油路中位于两个油嘴2进出口两端的两个开关阀3，该路封闭，使得从井下抽出的气液混合物通过管道沿流入畅通的油路内。
Ⅱ.根据系统内设定的程序，控制电机驱动调节轴24转动，调节轴24从阀体21逐渐伸出，并使阀芯25从阀嘴29内伸出，此时通过控制两个油嘴2上调节轴24的转动圈数即可控制阀芯25与阀嘴29之间的距离，进而控制开启路的两个油嘴2的开合程度，以使流经上游油嘴2的气液混合物压力大于流经下游油嘴2的气液混合物压力。
Ⅲ.向加压管28内随气液混合物的进入也注入液压油，液压油压力应当与管道内气液混合物压力几近相同。利用簧片262上压力传感器的变化，由系统计算当前进入油嘴2内的气液混合物压力，并反馈至控制器内，由控制器控制进入加压管28内的液压油压力维持和气液混合物压力几近相同，确保调节轴24和滚球螺母27内螺纹以及滚球受到高压影响，提升使用寿命。
另外，配合电子压力表检测的压力值，由控制器实时控制调节轴24的转动圈数，以控制油嘴2的开合程度。其中当需要缩小油嘴2开口程度时，加压管28内的液压油适当加压，以确保能使压台26将簧片262推向阀芯25。而当需要增大油嘴2开口程度时，加压管28内液压油适当减压，以确保阀芯25能将簧片262推向压台26。通过上述设置，结合压力传感器的实时测量和调节，可使簧片262始终保持弹性形变，进而能使簧片262始终保持径向延展，确保簧片262始终与阀体21内表面过盈配合，以起到动密封的作用。而且使用1095型弹簧钢制成簧片262，提升簧片262的耐磨性，提高使用寿命。
对某气田采用上述方式的井进行研究，通过数值模拟得到控压生产累计采出量将提高约30%。目前，北美页岩气控压生产工艺已较为成熟，实践证明该方式与放压生产方式相比，单井最终可采储量可普遍提高。另外通过7口井的现场对比试验，验证了生产初期下油管配合可调式精细控压开发效果优于放压生产和套管控压生产，能有效提高页岩气井单井最终可采储量。
Ⅳ.当油嘴2内压力传感器的变化值与油路上的压力表反馈的数值相差大于设定值后，说明该油嘴2可能发生了堵塞。此时由控制器控制当前油路上的两个开关阀3全部关闭，控制另一路油路中位于两个油嘴2进出口两端的两个开关阀3打开，实现不停工式替换。
Ⅴ.随后对关闭的油路内油嘴2进行拆卸检修或更换，而拆卸方式仅需将探杆上的电子压力表拆下，然后卸下与电机相连的法兰，之后将调节轴24连带阀芯25、压台26和滚球螺母27抽出阀体21后即可进行清洗通堵的工作，十分方便。
综上所述，利用螺纹连接能小规模控制油嘴2的开合程度，配合各类检测装置的准确检测，动态控制两个油嘴2的输出压力，可以合理地控制返排速率，能够有效减少支撑剂回流，减小储层伤害，还可增加EUR。而且两个油路交替使用，确保产气过程不停工，避免影响产气效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.页岩气井试采一体化精细控压工艺，其特征在于：包括以下步骤，
Ⅰ.开启一路油路中位于两个油嘴（2）进出口两端的两个开关阀（3），关闭另一路油路中位于两个油嘴（2）进出口两端的两个开关阀（3）；
Ⅱ.根据系统内设定的程序，控制开启路的两个油嘴（2）的开合程度，以使流经上游油嘴（2）的气液混合物压力大于流经下游油嘴（2）的气液混合物压力；
Ⅲ.两个油嘴（2）内均设有T型回转体的压台（26），压台（26）外径小的一端抵接有簧片（262），簧片（262）截面为波浪状，簧片（262）上抵接有压力传感器探头；两个油嘴（2）的一端均插接有滚球螺母（27），滚球螺母（27）内固连有加压管（28），以向压台（26）外径大的一端与滚球螺母（27）之间注入与管道内气液混合物相同的液压油；利用两个油嘴（2）上压力传感器的变化，由系统计算当前进入两个油嘴（2）内的气液混合物压力，并反馈至控制器内，由控制器控制油嘴（2）螺纹的转动圈数以调节油嘴（2）内阀芯（25）的移动量实时调节两个油嘴（2）的开合程度；当需要缩小油嘴（2）开口程度时，加压管（28）内的液压油加压，当需要增大油嘴（2）开口程度时，加压管（28）内液压油减压；
Ⅳ.当两个油嘴（2）上压力传感器的变化值与油路上的压力表反馈的数值相差大于设定值后，控制器控制当前油路上的两个开关阀（3）全部关闭，控制另一路油路中位于两个油嘴（2）进出口两端的两个开关阀打开；
Ⅴ.对关闭的油路内两个油嘴（2）进行拆卸检修或更换。
2.根据权利要求1所述的页岩气井试采一体化精细控压工艺，其特征在于：气井与两路油路之间的管路上连接有以使管路封闭的井安系统（1）。
3.根据权利要求1所述的页岩气井试采一体化精细控压工艺，其特征在于：同一油路上的两个油嘴（2）之间设有电子压力表，电子压力表与系统电性连接。
4.根据权利要求1所述的页岩气井试采一体化精细控压工艺，其特征在于：两路油路出口端汇集后的总管路上设有调节阀（4）和两相流量计（5）。
5.根据权利要求1所述的页岩气井试采一体化精细控压工艺，其特征在于：油嘴（2）由阀体（21）、进液口（22）、出液口（23）、调节轴（24）和阀芯（25）组成，阀体（21）为三通管，其中一组相互垂直的管口分别为进液口（22）和出液口（23），调节轴（24）伸入另一个管口内且一端伸出阀体（21）外与电机相连，调节轴（24）与阀体（21）螺纹连接；阀芯（25）固连在调节轴（24）伸入阀体（21）的一端，阀芯（25）随调节轴（24）的移动以使进液口（22）与出液口（23）连通或封闭。
6.根据权利要求5所述的页岩气井试采一体化精细控压工艺，其特征在于：阀体（21）位于出液口（23）处插接有阀嘴（29），阀嘴（29）为管状结构，阀嘴（29）内径与阀芯（25）下部外径相同，阀芯（25）和阀嘴（29）均由高锰钢制成。
7.根据权利要求6所述的页岩气井试采一体化精细控压工艺，其特征在于：阀芯（25）为T型回转体结构，阀芯（25）一侧外径与阀体（21）内径相同，阀芯（25）另一侧外径均小于阀体（21）内径。
8.根据权利要求7所述的页岩气井试采一体化精细控压工艺，其特征在于：调节轴（24）上开设有螺纹，滚球螺母（27）内设有滚珠，调节轴（24）与滚球螺母（27）螺纹连接，滚珠嵌入螺纹连接中。
9.根据权利要求8所述的页岩气井试采一体化精细控压工艺，其特征在于：滚球螺母（27）外侧固连有限位块（272），限位块（272）突出滚球螺母（27）外并嵌入阀体（21）内，滚球螺母（27）与限位块（272）部分突出阀体（21）外并嵌入装有伺服电机的法兰内。
10.根据权利要求9所述的页岩气井试采一体化精细控压工艺，其特征在于：压台（26）外部插接有密封圈（261），密封圈（261）外环面与阀体（21）过盈配合；簧片（262）突出部与阀芯（25）顶端面接触。
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2023
- 2023-06-30 CN CN202310788007.3A patent/CN116498264B/zh active Active
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