CN211422611U - 一种智能控制分层采油完井管柱系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能控制分层采油完井管柱系统，内部油管通过电控油管锚定器锚定坐封在管柱内；电控油管锚定器的下端设置若干组电控胀封器，电控账封器分别位于油层间隔未射孔井段；每个电控胀封器上连接电控流量控制装置，油井分隔的层段数量与所述电控胀封器的数量相同；电控油管锚定器、电控流量控制装置和电控胀封器内设置动力和监测系统，且动力和监测系统的控制线缆沿着管柱向上与地面油井数字传输控制系统连接。该系统采用数字化技术将机电一体化信息处理和控制功能，解决了分层采油管柱发生油管自由振动导致其疲劳断裂的问题并监测管柱受力状态，胀封器随时增压坐封保证了层间的密封性，实现了单井的多层段组合找堵水开采采油的目的。

Description

一种智能控制分层采油完井管柱系统

技术领域

本发明涉及一种智能控制分层采油完井管柱，实现油井数字化、智能化分层采油，属于采油工程领域。

背景技术

随着油田开发进程，如何保持油井单井产量、改善开采效果和提高采收率始终是油田争相研究和试验的课题。现阶段90%以上的油井因含水率超过90%，导致产油量下降，生产成本大幅上升。由于现有技术无法清楚判断出水层位，因而采用找水、堵水工艺管柱的可靠性不理想而成为油田开发的技术难题。

目前油井分层采油工艺管柱方式主要采用无缆和有缆控制两种模式，无缆控制模式多以地面打压控制的井下压控开关系统，存在着层位开关不准、电池供电有效期短，采集的井下压力、温度等数据不能及时上传地面的问题；有缆控制模式是今后油井分层采油技术的发展方向，有缆控制模式则以有线电缆控制井下分控开关，通过井下电缆对接来对井下分控开关进行调控。但由于受井筒内油气水以及井底压力等因素和抽油泵举升系统的上下冲程的影响，使分层采油管柱产生油管自由振动，造成层间封隔器密封失效，层与层之间连通，严重影响了分层采油开采效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种智能控制分层采油完井管柱，该方法采用数字化技术将机电一体化信息处理和控制功能融合在井下的油管锚定器、胀封器和流量控制装置的完井工具中，建立起联接地面与井下完井工具双向传输、智能操控和数据采集系统，解决了分层采油管柱发生油管自由振动导致其疲劳断裂的问题并监测管柱受力状态，胀封器随时增压坐封保证了层间的密封性，通过远程调控井下流量控制装置，实现了单井的多层段组合找堵水开采采油的目的。

为解决以上问题，本发明的技术方案如下：一种智能控制分层采油完井管柱系统，内部油管通过电控油管锚定器锚定坐封在管柱内；电控油管锚定器的下端设置若干组电控胀封器，电控账封器分别位于油层间隔未射孔井段；每个电控胀封器上连接电控流量控制装置，油井分隔的层段数量与所述电控胀封器的数量相同；电控油管锚定器、电控流量控制装置和电控胀封器内设置动力和监测系统，且动力和监测系统的控制线缆沿着管柱向上与地面油井数字传输控制系统连接；其中电控油管锚定器结构为，在上接头和下接头之间连接中心管，在中心管上依次连接球式锚定器和坐封机构，在中心管内设置锚定机电控制系统，锚定机电控制系统主轴前端通过锚定活塞与坐封机构连接，坐封机构前端连接球式锚定器，球式锚定器上设有带有锚齿的球环状卡瓦，锚定机电控制系统的旋转动作通过坐封机构使球式锚定器的转动，实现锚固和解锚动作；在坐封机构尾部与中心管之间设有解封弹簧，实现解锚过程中的坐封机构复位；在电控油管锚定器内的锚定机电控制系统为动力系统，电控油管锚定器内设置的锚定压力监测传感器为监测系统。

所述的电控胀封器结构为，在刚体总成的外部依次设有液压扶正器总成、胶筒和坐封总成；在刚体总成内设有胀封电机系统，在胀封电机系统前端设有泵阀系统，泵阀系统的连通管路与坐封总成相通，实现胶筒的坐封和解封；在坐封总成内设有胀封压力传感器。

所述的泵阀系统的具体结构为，在外构件的前端内腔同轴密封配合承转构件，承转构件前端为一体结构的缸套，在缸套的前端设有过滤器；承转构件内同轴配合柱塞杆，在柱塞杆的前端同轴配合与缸套密封配合的柱塞，柱塞和柱塞杆为一体结构，且轴心处设有液体通道，液体通道入口处设有单流阀A，在液体通道的中部和末端分别设有径向小通孔；中部的小通孔与柱塞和承转构件端面之间的空腔相通；在承转构件和外构件上设有与通孔位置对应的通孔，承转构件的通孔内设有单流阀B，承转构件内表面设有导流槽，导流槽一端与液体通道末端的小通孔连通，另一端与单流阀B连通；在承转构件上设有径向的出液孔，在缸套与承转构件的连接位置设有环形槽，环形槽直径大于柱塞的直径；当液体通道末端的小通孔在解封过程中与出液孔相通，且出液孔的底部与通孔相通时，柱塞杆中部的小通孔位于环形槽内。

该智能控制分层采油完井管柱系统取得的积极效果：

1实现了对各个层段进行一次性分隔检测全部层位之后实现分层采油和分层测试的控制，使调层工作变得容易，并减少作业费用；

2实现了地面直读油层温压参数和管柱振动频率、载荷波动状态信息，随时掌握油井生产动态；

3实现了电动胀封器坐封、解封的全程自动化地面控制，且重复坐封、重复解封；

4解决了分层采油管柱发生油管自由振动导致其疲劳断裂，进而延长整个抽油系统的寿命。

附图说明

图1为智能控制分层采油完井管柱系统的结构示意图。

图2为电控油管锚定器的结构示意图。

图3为球环状卡瓦的动作过程示意图。

图4为电控胀封器的结构示意图。

图5为电控胀封器的泵阀系统的具体结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种智能控制分层采油完井管柱系统，内部油管通过电控油管锚定器8锚定坐封在管柱内；电控油管锚定器8的下端设置若干组电控胀封器10，电控账封器10分别位于油层间隔未射孔井段；每个电控胀封器10上连接电控流量控制装置9，油井分隔的层段数量与所述电控胀封器10的数量相同；电控油管锚定器8、电控流量控制装置9和电控胀封器10内设置动力和监测系统，且动力和监测系统的控制线缆11沿着管柱向上与地面油井数字传输控制系统连接；

其中电控油管锚定器8结构为，在上接头8-1和下接头8-9之间连接中心管，在中心管上依次连接球式锚定器8-3和坐封机构8-4，在中心管内设置锚定机电控制系统8-8，锚定机电控制系统8-8主轴前端通过锚定活塞8-6与坐封机构8-4连接，坐封机构8-4前端连接球式锚定器8-3，球式锚定器8-3上设有带有锚齿的球环状卡瓦，锚定机电控制系统8-8的旋转动作通过坐封机构8-4使球式锚定器8-3的转动，实现锚固和解锚动作；在坐封机构8-4尾部与中心管之间设有解封弹簧8-7，实现解锚过程中的坐封机构8-4复位；在电控油管锚定器8内的锚定机电控制系统8-8为动力系统，电控油管锚定器8内设置的锚定压力监测传感器8-2为监测系统。

如图2所示，所述的电控油管锚定器8结构为，在上接头8-1和下接头8-9之间连接中心管，在中心管上依次连接球式锚定器8-3和坐封机构8-4，在中心管内设置锚定机电控制系统8-8，锚定机电控制系统8-8主轴前端连接的锚定活塞8-6与坐封机构8-4连接，坐封机构8-4前端连接球式锚定器8-3，锚定机电控制系统8-8的旋转动作通过坐封机构8-4实现球式锚定器8-3的转动，实现锚固和解锚动作；在坐封机构8-4尾部与中心管之间设有解封弹簧8-7，实现解锚过程中的坐封机构8-4复位；在上接头8-1内分别设有应力监测传感器8-2。电控油管锚定器在外部油井数字传输控制系统的控制下启动，锚定机电控制系统8-8带动锚定活塞8-6向前运行，带动坐封机构8-4前进，带动坐封机构8-4的前进带动球式锚定器8-3旋转，球式锚定器8-3上设有带有锚齿的球环状卡瓦，

如图3所示，球环状卡瓦动作与套管内壁紧贴并啮合，并锚定油管柱上，从而使抽油管柱不能发生蠕动，是实现能够稳定悬挂多组电控胀封器10和电控流量控制装置9组成的智能控制分层采油管柱的基础。

如图4所示，所述的电控胀封器10结构为，在刚体总成10-1的外部依次设有液压扶正器总成10-2、胶筒10-3和坐封总成10-4；在刚体总成10-1内设有胀封电机系统10-7，在胀封电机系统10-7前端设有泵阀系统10-6，泵阀系统10-6的连通管路与坐封总成10-4相通，实现胶筒10-3的坐封和解封；在坐封总成内设有胀封压力传感器10-5。

如图5所示，所述的泵阀系统10-6的具体结构为，在外构件的前端内腔同轴密封配合承转构件105，承转构件105前端为一体结构的缸套103，在缸套103的前端设有过滤器101；承转构件105内同轴配合柱塞杆107，在柱塞杆107的前端同轴配合与缸套103密封配合的柱塞102，柱塞102和柱塞杆107为一体结构，且轴心处设有液体通道，液体通道入口处设有单流阀A104，在液体通道的中部和末端分别设有径向小通孔；中部的小通孔与柱塞102和承转构件105端面之间的空腔相通；在承转构件105和外构件12上设有与通孔31位置对应的通孔，承转构件105的通孔内设有单流阀B106，承转构件105内表面设有导流槽，导流槽一端与液体通道末端的小通孔连通，另一端与单流阀B106连通；在承转构件105上设有径向的出液孔108，在缸套103与承转构件105的连接位置设有环形槽，环形槽直径大于柱塞102的直径；当液体通道末端的小通孔在解封过程中与出液孔108相通，且出液孔108的底部与通孔31相通时，柱塞杆107中部的小通孔位于环形槽内。

采用智能控制分层采油完井管柱系统进行完井的控制方法，包括以下步骤：

1）根据油井资料，确定油层分采层段数量；

2）根据所述油层分段数量，组装智能控制分层采油完井管柱；

3）下管柱至预定位置，关闭全部电控流量控制装置（9），泵车打压，压力高于15MPa、稳压5min，泄掉压力；

4）对下入电控完井工具进行检测；

4.1）通过油井数字传输控制系统向锚定电机控制系统发出信号并启动，锚定机电控制系统（8-8）推动锚定活塞（8-6）上行，坐封机构（8-4）促使球式锚定器（8-3）上的球状卡牙锚定在套管内侧，实现电控油管锚定器（8）的锚定作用，电控油管锚定器（8）内置的锚定压力监测传感器（8-2）检测油管上下冲程的载荷波动，并将实时数据发生给油井数字传输控制系统；

4.2）通过油井数字传输控制系统向胀封电机系统发出信号并启动，电控胀封器（10）坐封机构内置胀封压力传感器检测密封元件坐封吨位，并将实时数据发生给油井数字传输控制系统；

4.3）通过监测每组电控胀封器（10）上下两组电控流量控制装置（9）内置胀封压力传感器的数值，油井数字传输控制系统判断内外验证电控胀封器（10）密封元件的密封性；

4.4）通过油井数字传输控制系统逐一调试电控流量控制装置（9）的流量控制电机开关动作，通过柱塞式开关阀控制流量的大小，并将流量数值发送给油井数字传输控制系统；

5）采集步骤4）内的电控完井工具井下上传参数；

6）确定分采方案：完井管柱通常分三层段以上，确定开采某一层段，其余层段关闭，进行单层生产；

7）开启顶部的电控流量控制装置（9），建立油套空间循环通道，以利常规生产方式不变；

8）启动抽油机（1）实现抽油工作；

9）调整生产层段，同步骤6）至步骤8），完成不同层段的开采。

具体实施例1：LH-C33-318井电控胀封器（10）坐封、解封的控制方法，包括以下步骤：

1）油井基本情况：油层段2690m-2950m，根据油层组分3层段进行分层，配置3级电控胀封器（10）分别封隔各层，配置3组电控流量控制装置（9）对应3层段油层的分层管柱；

2) 按照上述分层管柱设计的，3级电控胀封器（10），3组电控流量控制装置（9）油管链接，下入井筒预定位置，做好井口装置；

3）地面泵车打压坐封：通过地面管线连接试压泵与井口装置，试压泵启动向油管内打水升压至15MPa；压力通过电控胀封器（10）的过滤器（101）和柱塞杆（107）上的单流阀（104），经过液体通道后从单流阀B（106）传递，推动坐封活塞总成（10-4）将坐封销钉剪断，并压缩胶筒（10-3）径向膨胀，完全隔离密封各层段，实现电控胀封器（10）坐封过程；

3）确定开采某一层段，地面计算机控制将对应的电控流量控制装置（9）开启，其余层段对应的电控流量控制装置（9）关闭，进行单层生产；

4）电控胀封器（10）解封：通过地面计算机逐一控制电控胀封器（10）的电机系统（10-7）工作，并使柱塞（102）移动的行程为L+S，即柱塞杆（107）端部的小通孔与出液孔（108）连通，柱塞（102）和柱塞杆（107）中部的小通孔位于环形槽内，柱塞（102）与缸套（103）的密封段连通，坐封总成（10-4）和胶筒（10-3）内压力通过出液孔（108）与中心管内连通并泄压，卸载坐封载荷，胶筒（10-3）弹性恢复原状，并通过压缩弹簧回到原位，完成电控胀封器（10）的解封过程。

具体实施例2：LH-N22-324井电控胀封器（10）电动控制坐封方法

1）油井基本情况：油层段1670m-1960m，根据油层组分4层段进行分层，配置4级电控胀封器（10）分别封隔各层，配置4组电控流量控制装置（9）对应4层段油层的分层管柱；

2）该井经过8个月的生产，三次调层，产液量7.5～24.4m³/d，含水56～99%；通过监测每组电控胀封器（10）上下两组电控流量控制装置（9）内置胀封压力传感器的数值，判断二号与三号层段电控胀封器密封效果变差，决定对电控胀封器（10）实施地面计算机控制重新补压坐封；

3）电控胀封器（10）电控补压坐封：地面计算机控制电控胀封器（10）的胀封电机系统（10-7）三次往复动作，带动柱塞（102）的往复运动L距离，即柱塞杆（107）中部的小通孔始终在承转构件（105）的导流槽连通，柱塞（103）后端液体被压缩，通过单流阀B（106）传递，流出液体推动坐封活塞（7）使坐封缸内压力提升至18MPa，实现电控胀封器（10）补压坐封；

4）通过监测电控胀封器（10）上下两组电控流量控制装置（9）内置胀封压力传感器的数值显示，二号层段压力值7.5MPa，三号层段压力值7.9MPa，显示电控胀封器（10）密封效果达到预期要求；

具体实施例3：LH-N22-324井的管柱受力检测与调层控制方法

1）油井基本情况：油层段1670m-1960m，根据油层组分4层段进行分层，采用Ø44杆式抽油泵生产，冲程4.5m，冲次4次/min；经过3个月生产，油井日产液量7～9m³/d，含水59%以上，决定管柱受力检测与调层控制；

2）管柱受力检测：通过油井数字传输控制系统检测电控油管锚定器（8）上接头（8-1）内设有应力监测传感器（8-2）上传数据，检测油管上下冲程的应力变化，测得油管自由震动频率为f₁=0.56，上下冲程载荷波动范围小于60kN，油管受力和震动频率在正常范围；

3）调层：调整开采层段是通过油井数字传输控制系统调试第四段电控流量控制装置（9）的流量控制电机开关动作，关闭层段，调试第三段电控流量控制装置（9）的流量控制电机开关动作，开启第三层段。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种智能控制分层采油完井管柱系统，其特征在于：内部油管通过电控油管锚定器（8）锚定坐封在管柱内；电控油管锚定器（8）的下端设置若干组电控胀封器（10），电控账封器（10）分别位于油层间隔未射孔井段；每个电控胀封器（10）上连接电控流量控制装置（9），油井分隔的层段数量与所述电控胀封器（10）的数量相同；电控油管锚定器（8）、电控流量控制装置（9）和电控胀封器（10）内设置动力和监测系统，且动力和监测系统的控制线缆（11）沿着管柱向上与地面油井数字传输控制系统连接；

其中电控油管锚定器（8）结构为，在上接头（8-1）和下接头（8-9）之间连接中心管，在中心管上依次连接球式锚定器（8-3）和坐封机构（8-4），在中心管内设置锚定机电控制系统（8-8），锚定机电控制系统（8-8）主轴前端通过锚定活塞（8-6）与坐封机构（8-4）连接，坐封机构（8-4）前端连接球式锚定器（8-3），球式锚定器（8-3）上设有带有锚齿的球环状卡瓦，锚定机电控制系统（8-8）的旋转动作通过坐封机构（8-4）使球式锚定器（8-3）的转动，实现锚固和解锚动作；在坐封机构（8-4）尾部与中心管之间设有解封弹簧（8-7），实现解锚过程中的坐封机构（8-4）复位；在电控油管锚定器（8）内的锚定机电控制系统（8-8）为动力系统，电控油管锚定器（8）内设置的锚定压力监测传感器（8-2）为监测系统。

2.如权利要求1所述的智能控制分层采油完井管柱系统，其特征在于：所述的电控胀封器（10）结构为，在刚体总成（10-1）的外部依次设有液压扶正器总成（10-2）、胶筒（10-3）和坐封总成（10-4）；在刚体总成（10-1）内设有胀封电机系统（10-7），在胀封电机系统（10-7）前端设有泵阀系统（10-6），泵阀系统（10-6）的连通管路与坐封总成（10-4）相通，实现胶筒（10-3）的坐封和解封；在坐封总成内设有胀封压力传感器（10-5）。

3.如权利要求2所述的智能控制分层采油完井管柱系统，其特征在于：所述的泵阀系统（10-6）的具体结构为，在外构件的前端内腔同轴密封配合承转构件（105），承转构件（105）前端为一体结构的缸套（103），在缸套（103）的前端设有过滤器（101）；承转构件（105）内同轴配合柱塞杆（107），在柱塞杆（107）的前端同轴配合与缸套（103）密封配合的柱塞（102），柱塞（102）和柱塞杆（107）为一体结构，且轴心处设有液体通道，液体通道入口处设有单流阀A（104），在液体通道的中部和末端分别设有径向小通孔；中部的小通孔与柱塞（102）和承转构件（105）端面之间的空腔相通；在承转构件（105）和外构件（12）上设有与通孔（31）位置对应的通孔，承转构件（105）的通孔内设有单流阀B（106），承转构件（105）内表面设有导流槽，导流槽一端与液体通道末端的小通孔连通，另一端与单流阀B（106）连通；在承转构件（105）上设有径向的出液孔（108），在缸套（103）与承转构件（105）的连接位置设有环形槽，环形槽直径大于柱塞（102）的直径；当液体通道末端的小通孔在解封过程中与出液孔（108）相通，且出液孔（108）的底部与通孔（31）相通时，柱塞杆（107）中部的小通孔位于环形槽内。

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