CN202090848U - 井下堵水作业管柱 - Google Patents

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童征
沈泽俊
钱杰
石白茹
王新忠
薛建军
丁爱芹
李明
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Abstract

本实用新型为一种井下堵水作业管柱,该作业管柱由上至下依次连接有油管串、顶部封隔器、循环阀和堵水剂注入管;堵水剂注入管包括一中心筒,中心筒上端连接一调节环,中心筒下端外侧固定一下接头,下接头上端外侧固定套设一保护套,保护套内壁环设一环槽,一开口挡环卡设在环槽内,该开口挡环由能发生形态转变的材料制作;在中心筒与保护套之间密封滑设一滑套,该滑套的底端抵靠在开口挡环上,滑套顶端与调节环之间设有压缩弹簧;中心筒、保护套和滑套上分别对应设有出液孔。该管柱是可控式堵水作业工具,其结构简单紧凑、作业效率高、注入迅速、可靠性高;采用选择性固体堵水剂,具有很好的选择性,在有效封堵水层的同时不影响油层生产。

Description

井下堵水作业管柱
技术领域
本实用新型是关于一种石油开发用井下工具组合,尤其涉及一种井下堵水作业管柱。
背景技术
目前,很多油田已经进入开发的中后期阶段,面临“双高”的难题,即高采出程度和高含水,进一步提高采收率和稳定单井产量已经成为各油田共同的挑战。其中,含水率过高是老油田的普遍问题。这些老油田储层非均质性强,层间渗透率相差较大,大多数生产井采用笼统完井工艺,形成了大段合采,从而导致产液剖面不均匀,产出液含水率因高渗层过早见水而上升过快,而低渗层的动用程度较差。油井含水过高带来很多问题:消耗地层能量,降低油田最终采收率;降低抽油机井的泵效;使管线和设备的腐蚀与结垢问题严重;增加了环境污染。
堵水作业是对高含水生产井实施的一项控水稳油的重要工艺措施。通过有效的堵水措施,可以缓和层间生产矛盾,延长生产井寿命,提高油田最终采收率。目前,水平井、侧钻井等复杂结构井已经成为油田加快产能建设速度、增加可采储量的重要技术手段,而采用这类完井工艺后,将大大提高控水稳油的难度。
目前的堵水技术主要有机械堵水和化学堵水两种堵水工艺。化学堵水的关键是堵水剂的选择;堵水剂分为选择性和非选择性两种堵水剂;非选择性堵水剂的典型代表是水泥,这类堵水剂的缺点是在封堵出水的同时也会堵塞、污染油层,降低油层的渗透率;选择性堵水剂包括水溶性聚丙烯酰胺以及近年来新出现的遇水膨胀橡胶,聚丙烯酰胺溶于水而不溶于油,遇水膨胀橡胶只吸收水而膨胀,对油没有反应。堵水剂注入地层后由于遵循最小流动阻力原则,大部分堵水剂进入高渗透层并发生膨胀,达到封堵高渗出水层的目的。机械堵水技术是通过下入封隔器将出水层与其它正常产油层隔开,各层使用可打开和关闭的控制开关实施分层分段生产,从而降低生产井的含水率,达到稳油控水的目的。传统的机械堵水技术的缺点是只能对井筒内的产液进行控制,不能像化学堵水技术那样对生产井周围的储层进行大范围的改造。
由此,本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践,提出一种井下堵水作业管柱,以克服现有技术的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种井下堵水作业管柱,该堵水作业管柱是一种可控式堵水作业工具,其具有结构简单紧凑、作业效率高、注入迅速、可靠性高等特点,能够满足各类油气井的堵水作业需求。
本实用新型的目的是这样实现的,一种井下堵水作业管柱,该井下堵水作业管柱由上至下依次连接有油管串、顶部封隔器、循环阀和堵水剂注入管;其中:循环阀内设有与循环阀外侧导通的第一通道以及与循环阀下侧堵水剂注入管导通的第二通道;所述堵水剂注入管包括一中心筒,该中心筒上端外侧螺纹连接一调节环,该中心筒下端外侧固定连接一下接头,下接头下端再连接管柱引鞋,该下接头上端外侧固定套设一保护套,保护套内壁面环设一环槽,一开口挡环卡设在该环槽内,该开口挡环由能发生形态转变的材料制作;该开口挡环的内径小于保护套的内径,该环槽的外径大于开口挡环的外径;在中心筒与保护套之间密封滑设一滑套,该滑套的底端抵靠在所述开口挡环上,所述滑套顶端与调节环之间的中心筒外壁上设有压缩弹簧;所述中心筒上设有第一出液孔,所述保护套上正对第一出液孔的位置对应设有第二出液孔;所述滑套上设有能与第一出液孔和第二出液孔对应导通的第三出液孔。
在本实用新型的一较佳实施方式中,所述开口挡环由形状记忆合金制成。
在本实用新型的一较佳实施方式中,所述开口挡环由受热软化熔融的塑料制成。
在本实用新型的一较佳实施方式中,所述中心筒内装有选择性固体堵水剂颗粒。
在本实用新型的一较佳实施方式中,所述选择性固体堵水剂颗粒为遇水膨胀橡胶颗粒。
在本实用新型的一较佳实施方式中,所述中心筒上端外侧设有上接头,所述调节环螺纹连接于上接头外侧。
在本实用新型的一较佳实施方式中,所述滑套内壁与中心筒之间设有密封圈;所述滑套外壁与保护套之间设有密封圈。
在本实用新型的一较佳实施方式中,所述第一出液孔、第二出液孔和第三出液孔分别对应设有多个。
在本实用新型的一较佳实施方式中,所述循环阀由阀体和阀芯构成,阀体内设置轴向间隔的上中心孔和下中心孔,上中心孔底端侧壁设有与循环阀外侧贯通的透孔,在循环阀的阀体侧壁内设有与上中心孔和下中心孔导通的连通管道;由上中心孔和透孔构成所述第一通道,由上中心孔、连通管道和下中心孔构成所述第二通道;所述阀芯为一段管体,该阀芯设于上中心孔内,阀芯侧壁封堵于连通管道与上中心孔的导通口;所述阀芯顶部设有承接坐封球体的锥形面。
由上所述,本实用新型的井下堵水作业管柱是一种可控式堵水作业工具,能够满足各类油气井的堵水作业需求,其具有结构简单紧凑、作业效率高、注入迅速、可靠性高等特点;采用选择性固体堵水剂,具有很好的选择性,在有效封堵水层的同时不影响油层生产。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释,并不限定本实用新型的范围。其中:
图1:为本实用新型井下堵水作业管柱的结构示意图。
图2A:为本实用新型中堵水剂注入管的结构示意图。
图2B:为本实用新型中堵水剂注入管的剖视结构示意图。
图3A:为本实用新型中滑套的结构示意图。
图3B:为本实用新型中滑套的剖视结构示意图。
图4A:为本实用新型中循环阀的结构示意图。
图4B:为本实用新型井下堵水作业管柱下入时循环阀的剖视结构示意图。
图4C:为本实用新型井下堵水作业管柱注入作业时循环阀的剖视结构示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
如图1、图2A、图2B所示,本实用新型提出一种井下堵水作业管柱100,该井下堵水作业管柱由上至下依次连接有油管串1、顶部封隔器2、循环阀3和堵水剂注入管4;其中:顶部封隔器2采用现有成熟技术,从油管内打压座封,上提解封;循环阀3内设有与循环阀3外侧导通的第一通道以及与循环阀下侧堵水剂注入管4导通的第二通道,在堵水作业前所述第一通道处于导通状态、第二通道处于封闭状态,当需要进行堵水注入作业时,导通第二通道、关闭第一通道;所述堵水剂注入管4包括一中心筒41,该中心筒41上端外侧螺纹连接一调节环42,在本实施方式中,所述中心筒41上端外侧设有上接头43,该上接头43与循环阀下端导通连接,该调节环42螺纹连接于上接头43外侧;该中心筒41下端外侧固定连接一下接头44,下接头44下端再连接管柱引鞋45,该下接头44上端外侧固定套设一保护套46,保护套46内壁面环设一环槽461,一开口挡环47卡设在该环槽461内,该开口挡环47是由能发生形态转变的材料制作;该开口挡环47的内径小于保护套46的内径,该环槽461的外径大于开口挡环47的外径,以保证开口挡环47部分卡设在环槽461内;在中心筒41与保护套46之间密封滑设一滑套48,该滑套48的底端抵靠在所述开口挡环47上,以使开口挡环47对滑套48起到轴向限位的作用;所述滑套48顶端与调节环42之间的中心筒外壁上设有压缩弹簧49;所述中心筒41上设有第一出液孔411,所述保护套46上正对第一出液孔411的位置对应设有第二出液孔462;所述滑套48上设有能与第一出液孔411和第二出液孔462对应导通的第三出液孔481,在进行堵水作业前,中心筒41的出液孔411与保护套46的出液孔462是正对设置的,而滑套48的出液孔481与前述两出液孔411、462是错开的,由此保证堵水剂注入管4的内部与管柱外部是相互隔离的;所述中心筒41内装有选择性固体堵水剂颗粒,在本实施方式中,所述选择性固体堵水剂颗粒为遇水膨胀橡胶颗粒。
在地面连接工具前,首先使堵水剂注入管4的中心筒41内充满遇水膨胀橡胶颗粒,在作业管柱100下入过程中,循环阀3的第一通道处于导通状态、第二通道处于封闭状态,使油管内部与环空连通,保证整个作业管柱下入过程顺利进行。当作业管柱100下入到位后,导通第二通道、关闭第一通道,使循环阀3与环空相连的通道被关闭,而与堵水剂注入管4相连的通道被打开。然后,从地面通过油管串1注入温度高于形态转变温度的高温水基流体工作液,工作液通过循环阀3的第二通道注进堵水剂注入管4的中心筒41,与遇水膨胀橡胶颗粒充分混合;混合过程中,中心筒41的温度逐渐升高,热量逐渐传至开口挡环47,开口挡环47受热变形后无法承受压缩弹簧49的轴向压力,在压缩弹簧49的作用下,滑套48下行,直至与下接头44接触,此时,滑套48的出液孔481与中心筒41、保护套46的出液孔411、462恰好正对,堵水剂注入管4的内部与环空连通,在内外压差作用下,堵水剂颗粒被工作液挤入待处理地层;堵水剂颗粒进入地层后,逐渐将高含水地层的孔道堵住,降低地层渗透率,达到堵水的目的。
由上所述,本实用新型的井下堵水作业管柱是一种可控式堵水作业工具,能够满足各类油气井的堵水作业需求,其具有结构简单紧凑、作业效率高、注入迅速、可靠性高等特点;采用选择性固体堵水剂,具有很好的选择性,在有效封堵水层的同时不影响油层生产。
进一步,在本实施方式中,所述开口挡环47可由形状记忆合金(SMA)制成;形状记忆合金的特点是:在其较高的转变温度点加工零件,零件会“记住”该温度时的自身状态,零件加工完成后在常温时可变形成所需的形状。当系统工作、周围温度达到形状记忆合金的转变温度时,零件自动恢复初始状态。形状记忆合金(SMA)材料包括Ni-Ti基、Cu基和Fe基等,其转变温度可以根据井下情况设定。在本实施例中,所述开口挡环47使用Fe基形状记忆合金(SMA)制造,转变温度为120℃。开口挡环47在加工时,温度须上升至转变温度,加工完成后,在常温下将其外径适当缩小,这样组装堵水剂注入管4时开口挡环47就能进入保护套46的环槽461内。在堵水作业时,高温水基流体工作液使开口挡环47的温度达到形状记忆合金(SMA)的转变温度时,开口挡环47的外形恢复到初始状态,外径变大,完全进入保护套46的环槽461内;此时,开口挡环47不再承受压缩弹簧49的轴向力,从而使滑套48下落。
作为本实施方式的另一实施例,所述开口挡环47也可由受热软化熔融的塑料制成。比如:采用尼龙12制成,其熔点在175℃左右;在常温下,尼龙12制造的开口挡环47具有很高的强度,可以克服压缩弹簧49的轴向力;当工具温度逐渐上升至材料的熔点温度时,开口挡环47发生软化或熔融,就不再承受压缩弹簧49的轴向力,而被挤出保护套46的环槽461,从而使滑套48下落。
所述高温的水基流体工作液的作用除了使开口挡环47发生形态转变,还可以加快堵水剂颗粒的膨胀速度,进一步改善堵水的效果。
在本实施方式中,可以通过调整中心筒41的长度,改变中心筒41的容积,并调整堵水剂的质量,可以满足现场不同的堵水剂用量需求。
进一步,在本实施方式中,如图2B、图3A、图3B所示,所述滑套48内壁与中心筒41之间设有密封圈482;所述滑套48外壁与保护套46之间设有密封圈483,以保证工作期间具有足够的密封性。
所述第一出液孔411、第二出液孔462和第三出液孔481可分别对应设有多个。
在本实施方式中,如图4A、图4B、图4C所示,所述循环阀3由阀体31和阀芯32构成,阀体内设置轴向呈间隔状态的上中心孔311和下中心孔312,上中心孔311底端侧壁设有与循环阀外侧贯通的透孔313,在循环阀的阀体侧壁内设有与上中心孔311和下中心孔312导通的连通管道314;由上中心孔311和透孔313构成所述第一通道,由上中心孔311、连通管道314和下中心孔312构成所述第二通道;所述阀芯32为一段管体,该阀芯32设于上中心孔311内,在安装初始状态时,如图4B所示,阀芯32位于连通管道314与上中心孔311的导通口位置,并且阀芯32的侧壁封堵于连通管道314与上中心孔311的导通口;所述阀芯32顶部设有承接坐封球体的锥形面321。由此,在作业管柱100下入过程中,循环阀3的第一通道是处于导通状态,而第二通道则处于封闭状态,使油管内部与环空连通,保证整个作业管柱下入过程顺利进行。
如图4C所示,当作业管柱100下入到位后,从地面投球,作业球体落在阀芯32的锥形面321上,通过憋压使作业管柱内压力上升,阀芯32被推动下行,从而导通第二通道、关闭第一通道,使循环阀3与环空相连的通道被关闭,而与堵水剂注入管4相连的通道被打开。
本实用新型的井下堵水作业管柱采用可控式井下注入工具的新型井下堵水技术,可满足各类油气井的堵水作业需求。该技术具有以下特点:(1)采用选择性固体堵水剂:具有很好的选择性,在有效封堵水层的同时不影响油层生产;(2)井下工具结构紧凑:关键工具的零部件少,结构简单,现场实施时注入作业速度快,施工效率高;(3)应用领域广,除堵水外还可用于其它井下作业措施,比如酸洗等。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式,并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改,均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.一种井下堵水作业管柱,其特征在于:该井下堵水作业管柱由上至下依次连接有油管串、顶部封隔器、循环阀和堵水剂注入管;其中:循环阀内设有与循环阀外侧导通的第一通道以及与循环阀下侧堵水剂注入管导通的第二通道;所述堵水剂注入管包括一中心筒,该中心筒上端外侧螺纹连接一调节环,该中心筒下端外侧固定连接一下接头,下接头下端再连接管柱引鞋,该下接头上端外侧固定套设一保护套,保护套内壁面环设一环槽,一开口挡环卡设在该环槽内,该开口挡环由能发生形态转变的材料制作;该开口挡环的内径小于保护套的内径,该环槽的外径大于开口挡环的外径;在中心筒与保护套之间密封滑设一滑套,该滑套的底端抵靠在所述开口挡环上,所述滑套顶端与调节环之间的中心筒外壁上设有压缩弹簧;所述中心筒上设有第一出液孔,所述保护套上正对第一出液孔的位置对应设有第二出液孔;所述滑套上设有能与第一出液孔和第二出液孔对应导通的第三出液孔。
2.如权利要求1所述的井下堵水作业管柱,其特征在于:所述开口挡环由形状记忆合金制成。
3.如权利要求1所述的井下堵水作业管柱,其特征在于:所述开口挡环由受热软化熔融的塑料制成。
4.如权利要求1所述的井下堵水作业管柱,其特征在于:所述中心筒内装有选择性固体堵水剂颗粒。
5.如权利要求4所述的井下堵水作业管柱,其特征在于:所述选择性固体堵水剂颗粒为遇水膨胀橡胶颗粒。
6.如权利要求1所述的井下堵水作业管柱,其特征在于:所述中心筒上端外侧设有上接头,所述调节环螺纹连接于上接头外侧。
7.如权利要求1所述的井下堵水作业管柱,其特征在于:所述滑套内壁与中心筒之间设有密封圈;所述滑套外壁与保护套之间设有密封圈。
8.如权利要求1所述的井下堵水作业管柱,其特征在于:所述第一出液孔、第二出液孔和第三出液孔分别对应设有多个。
9.如权利要求1所述的井下堵水作业管柱,其特征在于:所述循环阀由阀体和阀芯构成,阀体内设置轴向间隔的上中心孔和下中心孔,上中心孔底端侧壁设有与循环阀外侧贯通的透孔,在循环阀的阀体侧壁内设有与上中心孔和下中心孔导通的连通管道;由上中心孔和透孔构成所述第一通道,由上中心孔、连通管道和下中心孔构成所述第二通道;所述阀芯为一段管体,该阀芯设于上中心孔内,阀芯侧壁封堵于连通管道与上中心孔的导通口;所述阀芯顶部设有承接坐封球体的锥形面。
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