CN112943109B - 一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田提高采收率技术领域，具体涉及一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱及使用方法，通过气密封油管、气密封封隔器、堵塞器工作筒、可溶芯剪切球座和喇叭口依次连接，本发明的一体化管柱中气密封封隔器实现先解封、再解卡，避免解封困难，克服了管柱断脱、大修等情况的发生；堵塞器工作筒满足了带压作业的需求，有效解决了起下钻时油管内防喷的技术难题；可溶芯剪切球座既可以实现封隔器的坐封要求，又能够通过可溶芯溶解保持足够的井筒通径，为注气井吸气剖面测试工具下入提供便利条件；可溶芯、可溶解球均为可溶解材料制作，在一定介质、温度、压力下可以实现全部溶解，有效防止井筒落物的产生。

Description

一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱及使用方法

技术领域

本发明涉及油田提高采收率技术领域，具体涉及一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱及使用方法。

背景技术

目前，国内外气驱现场试验较多采用笼统注气工艺。对于吸气剖面比较均匀的储层，笼统注气能够满足多段油层有效驱替需要。传统的笼统注气管柱暴露出较多问题：井下封隔器是注气管柱的关键工具，其主要作用是封隔油套环空，防止注入气体沿油套环空上窜，保证注气安全，同时防止环空的油套管在注入气体遇到水分后产生腐蚀，目前使用的封隔器普遍存在着密封气体能力不足、套压上升速度快、短时间油套压力平衡等问题，尤其是封隔器的起钻吨位较大，导致管柱断脱、大修等情况的发生。同时注入井需要作业时，放气作业会破坏地层压力系统，增加成本，压井作业污染油层，一般采用气井带压作业，但管柱功能没有兼顾带压作业的需求，导致起下钻时油管内防喷成为难题。此外现有注气管柱只考虑了正常注气，在后期需要进行吸气剖面测试时，管柱通径无法满足测试工具的下入，造成该项工作不能进行实施。为了解决上述问题，需要从管柱设计上探索新的技术思路，提供一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱及使用方法。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱及使用方法，尤其是可溶芯剪切球座既可以实现封隔器的坐封要求，又能够实现可溶芯溶解，井筒保持足够的通径，满足注气井吸气剖面测试工具通过的需求。注气管柱的功能更加完善，进一步满足油田气驱试验的要求。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱，包括气密封油管、用于先解封再解卡的封隔器、堵塞器工作筒、球座和喇叭口，所述气密封油管、封隔器、堵塞器工作筒、球座和喇叭口依次连接。

进一步地，所述的封隔器为气密封封隔器，所述气密封封隔器包括上接头、中心管、坐封胶筒、坐封活塞、下接头、咬合机构和解封解卡机构，上接头和下接头分别连接在中心管的两端，坐封胶筒、坐封活塞和咬合机构均套接在中心管的外壁上，且位于上接头和下接头之间，咬合机构一端与上接头连接，咬合机构另一端与坐封胶筒一端相接触，坐封胶筒另一端与坐封活塞的一端相接触，所述解封解卡机构一端与坐封活塞的外壁连接，解封解卡机构另一端与下接头连接，所述中心管的两端外侧壁上还分别设置有内凹的中心管外台阶，所述坐封活塞与中心管之间设置有座封活塞腔，中心管上开有与座封活塞腔连通的液压入口。

进一步地，所述的咬合机构包括连接套、上锥体、卡瓦套、卡瓦和下锥体，所述连接套一端连接在上接头的外壁上，连接套另一端卡接在上锥体一端的外壁上，且上锥体的端部与上接头的端部相接触，所述上锥体、卡瓦和下锥体分别套接在中心管的外壁上，所述上锥体和下锥体的椎体端相对设置，卡瓦位于上锥体和下锥体之间。

进一步地，所述的咬合机构还包括解卡销钉和卡瓦套，连接套一端通过解卡销钉连接在上接头的外壁上，所述上锥体和下锥体上分别连接有卡瓦套，所述卡瓦的两端分别位于两个卡瓦套内。

进一步地，所述的解封解卡机构包括锁套、锁环、支撑环和防撞环，所述防撞环固定套接在下接头上，锁套一端与坐封活塞的外壁连接，锁套另一端与防撞环的外壁连接，所述锁环和支撑环均位于锁套的内壁与下接头的外壁之间，锁环的一端与支撑环一端相接触，支撑环与下接头的外壁相连接。

进一步地，所述的解封解卡机构还包括解封销钉和启动剪钉，所述锁套另一端通过启动剪钉与防撞环的外壁连接，支撑环通过解封销钉与下接头的外壁相连接。

进一步地，所述的球座为可溶芯剪切球座，所述可溶芯剪切球座包括外套、密封圈和可溶芯，外套为筒状结构，可溶芯设置在外套内，所述外套包括一个上端和一个下端，外套位于上端的内壁与可溶芯的外壁之间设置密封圈，所述位于外套的上端腔内的可溶芯的端部用于承载可溶解球。

进一步地，所述的可溶芯剪切球座还包括剪切销钉，剪切销钉穿过外套与可溶芯连接。

一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱的方法，包括以下方法：

注气功能：

下放管柱，使管柱下端的喇叭口位于注气层，管柱下到位之后，从气密封油管投入可溶解球，至球座上端，使球座上端的管柱内形成密闭空间进行憋压，完成气密封封隔器的坐封，提高压力，剪断剪切销钉，可溶芯及可溶解球下行，通过喇叭口落入人工井底，注气通道打开，实施正常注气；

测试功能：

当可溶芯及可溶解球落入人工井底后，实现溶解，管柱内实现大通径；

当需要开展吸气剖面测试时，将测试工具依次通过气密封油管、气密封封隔器、堵塞器工作筒、球座、喇叭口，实施测试作业；

带压作业功能：

管柱上设置了堵塞器工作筒，当后期需要带压作业起下钻时，从井口投入堵塞器，堵塞器投至堵塞器工作筒的位置，堵塞器的胶筒坐封，完成油管的内防喷功能，实现管柱的带压作业功能。

进一步地，所述的可溶芯和可溶解球均为可溶解材料，所述可溶解材料在一定介质、温度、压力下可实现全部溶解。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明通过在保证管柱正常注气的前提下，增加了带压作业、测试功能，对油田气驱试验提高效率、节省成本具有重要意义。

气密封封隔器实现先解封、再解卡，避免解封困难，克服了管柱断脱、大修等情况的发生；堵塞器工作筒在进行起钻时，投入堵塞器，座入工作筒，下入加重杆，通过皮碗密封工作筒，实现油管带压封堵，满足了带压作业的需求，有效解决了起下钻时油管内防喷的技术难题；可溶芯剪切球座既可以实现封隔器的坐封要求，又能够通过可溶芯溶解保持足够的井筒通径，为注气井吸气剖面测试工具下入提供便利条件；可溶芯、可溶解球均为可溶解材料制作，在一定介质、温度、压力下可以实现全部溶解，有效防止井筒落物的产生。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的注气、测试及带压作业多功能一体化管柱结构示意图。

图2为本发明的气密封封隔器的结构示意图。

图3为本发明的可溶芯剪切球座的结构示意图。

图中：1-气密封油管、2-气密封封隔器、3-堵塞器工作筒、4-球座、5-喇叭口、6-注气层、7-人工井底、8-上接头、9-中心管、10-解卡销钉、11-连接套、12- 上锥体、13-卡瓦套、14-卡瓦、15-下锥体、16-坐封胶筒、17-坐封活塞、18- 锁套、19-下接头、20-锁环、21-支撑环、22-解封销钉、23-启动剪钉、24-防撞环、25-中心管外台阶、26-外套、27-密封圈、28-剪切销钉、29-可溶芯、30- 可溶解球。

具体实施方式

下面，将通过几个具体的实施例对本发明实施例提供的一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱及使用方法方案进行详细介绍说明。

实施例1:

参照图1，一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱，包括气密封油管 1、用于先解封再解卡的封隔器、堵塞器工作筒3、球座4和喇叭口5，所述气密封油管1、封隔器、堵塞器工作筒3、球座4和喇叭口5依次连接。

上述实施例中将气密封油管1、气密封封隔器2、堵塞器工作筒3、可溶芯剪切球座4和喇叭口5依次连接后，下入下放管柱，使管柱下端的喇叭口5位于注气层6，管柱下到位之后，从气密封油管1投入可溶解球30，至球座4上端，使球座 4上端的管柱内形成密闭空间进行憋压，完成气密封封隔器2的坐封，提高压力，可溶解球30在球座4内下行，通过喇叭口5落入人工井底7，注气通道打开，实施正常注气。

当可溶解球30落入人工井底7后，实现溶解，管柱内实现大通径；当需要开展吸气剖面测试时，将测试工具依次通过气密封油管1、封隔器、堵塞器工作筒3、球座4、喇叭口5，实施测试作业。

管柱上设置了堵塞器工作筒3，当后期需要带压作业起下钻时，从井口投入堵塞器，堵塞器投至堵塞器工作筒3的位置，堵塞器的胶筒坐封，完成油管的内防喷功能，实现管柱的带压作业功能。

实施例中所述的气密封封隔器2可实现先解封、再解卡，避免解封困难。设置的堵塞器工作筒3满足带压作业起下管柱的要求。球座4既可以实现封隔器的坐封要求，又能够实现可溶解球30溶解，井筒保持足够的通径，满足注气井吸气剖面测试工具通过的需求。使注气管柱的功能更加完善，进一步满足油田气驱试验的要求。

实施例2:

参照图2，进一步的，所述的封隔器为气密封封隔器2，所述气密封封隔器2 包括上接头8、中心管9、坐封胶筒16、坐封活塞17、下接头19、咬合机构和解封解卡机构，上接头8和下接头19分别连接在中心管9的两端，坐封胶筒16、坐封活塞17和咬合机构均套接在中心管9的外壁上，且位于上接头8和下接头19之间，咬合机构一端与上接头8连接，咬合机构另一端与坐封胶筒16一端相接触，坐封胶筒16另一端与坐封活塞17的一端相接触，所述解封解卡机构一端与坐封活塞17的外壁连接，解封解卡机构另一端与下接头19连接，所述中心管9的两端外侧壁上还分别设置有内凹的中心管外台阶25，所述坐封活塞17与中心管9之间设置有座封活塞腔，中心管9上开有与座封活塞腔连通的液压入口。

上述实施例中上接头8用于与气密封油管1连接，坐封胶筒16用于封隔井筒内的内外环空，坐封活塞17通过中心管9内的液压进入座封活塞腔推动，挤压坐封胶筒16进行井筒内的内外环空封隔，咬合机构用于与套管内壁咬合，解封解卡机构用于封隔器的解封解卡，当上提管柱解封解卡机构失去支撑，使得坐封胶筒16回缩实现解封，继续上提管柱，是的中心管9继续上行，当中心管9上的中心管外台阶25上行到卡瓦14的位置时，卡瓦14回收封隔器实现解卡，解卡动作完成。通过该结构实现了封隔器从现有的先解卡、再解封，解卡时由于胶筒处入坐封状态，油套环空液柱产生的压力对解卡吨位造成较大影响，改变成先解封、再解卡的方式，先实现解封，坐封胶筒16收回，上下液体连通，管柱不再承受液柱压力，从而有利于解卡，提高了封隔器的回收率。

实施例2:

参照图2，进一步的，所述的咬合机构包括连接套11、上锥体12、卡瓦套13、卡瓦14和下锥体15，所述连接套11一端连接在上接头8的外壁上，连接套11另一端卡接在上锥体12一端的外壁上，且上锥体12的端部与上接头8的端部相接触，所述上锥体12、卡瓦14和下锥体15分别套接在中心管9的外壁上，所述上锥体12 和下锥体15的椎体端相对设置，卡瓦14位于上锥体12和下锥体15之间。

进一步的，所述的咬合机构还包括解卡销钉10和卡瓦套13，连接套11一端通过解卡销钉10连接在上接头8的外壁上，所述上锥体12和下锥体15上分别连接有卡瓦套13，所述卡瓦14的两端分别位于两个卡瓦套13内。

上述实施例中封隔器为气密封封隔器2，气密封封隔器2在实现先解封、再解卡时具体为：拆除井口上提气密封油管1、上接头8，先拉断上接头8与连接套 11上的解卡销钉10，继续上提上接头8、中心管9，因卡瓦14锚定力的支撑，解封解卡机构失去支撑。从而使坐封胶筒16处于解封状态，解封动作完成，然后中心管9继续上行，当中心管9上的中心管外台阶25上行到卡瓦14的位置时，卡瓦14回收封隔器实现解卡，解卡动作完成，从而实现了先解封、再解卡动作完成，顺利起出气密封封隔器2。

气密封封隔器2的坐封工作原理如下：

液压由中心管9上的液压入口进入座封活塞腔内，推动坐封活塞17上行压缩坐封胶筒16，带动下锥体15，卡瓦14从卡瓦套13内撑开，此时卡瓦14咬合套管内壁；与此同时解封解卡机构内的机构进行咬合，使封隔器处于永久坐封状态。

实施例3:

参照图2，进一步的，所述的解封解卡机构包括锁套18、锁环20、支撑环 21和防撞环24，所述防撞环24固定套接在下接头19上，锁套18一端与坐封活塞17的外壁连接，锁套18另一端与防撞环24的外壁连接，所述锁环20和支撑环21均位于锁套18的内壁与下接头19的外壁之间，锁环20的一端与支撑环21一端相接触，支撑环21与下接头19的外壁相连接。

进一步的，所述的解封解卡机构还包括解封销钉22和启动剪钉23，所述锁套18另一端通过启动剪钉23与防撞环24的外壁连接，支撑环21通过解封销钉22与下接头19的外壁相连接。

上述实施例中气密封封隔器2的解封原理如下：

拆除井口上提气密封油管1、上接头8，先拉断上接头8与连接套11上的解卡销钉10，继续上提上接头8、中心管9，因卡瓦14锚定力的支撑，支撑环21上的解封销钉22被剪断，锁环20与锁套18失去支撑，坐封胶筒16回缩处于解封状态，中心管9继续上行，当中心管9上的中心管外台阶25上行到卡瓦14的位置时，卡瓦14回收封隔器实现解卡，解卡动作完成，封隔器顺利起出。

其中在封隔器坐封时，液压由中心管9上的液压入口进入座封活塞腔内，推动坐封活塞17上行压缩坐封胶筒16，同时推动时启动剪钉23剪断，实现锁套18 与坐封活塞17一起上行压缩坐封胶筒16，当卡瓦14咬合套管内壁时，与此同时锁套18上行与锁环20咬合，中心管9泄压后，锁环20由支撑环21支撑，封隔器处于永久坐封状态。所述的防撞环24防止撞击损坏管柱。

实施例4:

参照图3，进一步的，所述的球座4为可溶芯剪切球座，所述可溶芯剪切球座包括外套26、密封圈27和可溶芯29，外套26为筒状结构，可溶芯29设置在外套26内，所述外套26包括一个上端和一个下端，外套26位于上端的内壁与可溶芯29的外壁之间设置密封圈27，所述位于外套26的上端腔内的可溶芯29的端部用于承载可溶解球30。

进一步的，所述的可溶芯剪切球座还包括剪切销钉28，剪切销钉28穿过外套26与可溶芯29连接。

上述实施例中密封圈27用于在投可溶解球30打压时，起到密封作用，剪切销钉28为打压提供一定的剪切力，确保封隔器坐封，坐封好后继续提升压力，剪切销钉28剪断，可溶芯29连同可溶解球30一起落到落入人工井底7，最后全部熔掉，管柱内实现大通径，井筒保持足够的通径，满足注气井吸气剖面测试工具通过的需求。

实施例5:

一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱的使用方法，包括以下方法：

注气功能：

下放管柱，使管柱下端的喇叭口5位于注气层6，管柱下到位之后，从气密封油管1投入可溶解球30，至球座4上端，使球座4上端的管柱内形成密闭空间进行憋压，完成气密封封隔器2的坐封，提高压力，剪断剪切销钉28，可溶芯29及可溶解球30下行，通过喇叭口5落入人工井底7，注气通道打开，实施正常注气。

测试功能：

当可溶芯29及可溶解球30落入人工井底7后，实现溶解，管柱内实现大通径；

当需要开展吸气剖面测试时，将测试工具依次通过气密封油管1、气密封封隔器2、堵塞器工作筒3、球座4、喇叭口5，实施测试作业。

带压作业功能：

管柱上设置了堵塞器工作筒3，当后期需要带压作业起下钻时，从井口投入堵塞器，其中投入可采用水力泵送或钢丝作业等方式，堵塞器投至堵塞器工作筒3的位置，堵塞器的胶筒坐封，完成油管的内防喷功能，实现管柱的带压作业功能。

进一步的，所述的可溶芯29和可溶解球30均为可溶解材料，所述可溶解材料在一定介质、温度、压力下可实现全部溶解。

综上所述本发明的注气、测试及带压作业多功能一体化管柱及方法在保证管柱正常注气的前提下，增加了带压作业、测试功能，对油田气驱试验提高效率、节省成本具有重要意义。

气密封封隔器2实现先解封、再解卡，避免解封困难，克服了管柱断脱、大修等情况的发生；堵塞器工作筒3在进行起钻时，投入堵塞器，座入工作筒，下入加重杆，通过皮碗密封工作筒，实现油管带压封堵，满足了带压作业的需求，有效解决了起下钻时油管内防喷的技术难题；可溶芯剪切球座既可以实现封隔器的坐封要求，又能够通过可溶芯溶解保持足够的井筒通径，为注气井吸气剖面测试工具下入提供便利条件；可溶芯29、可溶解球30均为可溶解材料制作，在一定介质、温度、压力下可以实现全部溶解，有效防止井筒落物的产生，可溶解材料一般为铝镁合金。介质一般为klc溶液或活性水等。不同井况的温度、压力和介质决定了可溶解材料的性能，一般温度为50-150℃，压力为35-105MPa。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，其都在该技术的保护范围内。

Claims (6)

1.一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱，其特征是：包括气密封油管(1)、用于先解封再解卡的封隔器、堵塞器工作筒(3)、球座(4)和喇叭口(5)，所述气密封油管(1)、封隔器、堵塞器工作筒(3)、球座(4)和喇叭口(5)依次连接；所述的封隔器为气密封封隔器(2)，所述气密封封隔器(2)包括上接头(8)、中心管(9)、坐封胶筒(16)、坐封活塞(17)、下接头(19)、咬合机构和解封解卡机构，上接头(8)和下接头(19)分别连接在中心管(9)的两端，坐封胶筒(16)、坐封活塞(17)和咬合机构均套接在中心管(9)的外壁上，且位于上接头(8)和下接头(19)之间，咬合机构一端与上接头(8)连接，咬合机构另一端与坐封胶筒(16)一端相接触，坐封胶筒(16)另一端与坐封活塞(17)的一端相接触，所述解封解卡机构一端与坐封活塞(17)的外壁连接，解封解卡机构另一端与下接头(19)连接，所述中心管(9)的两端外侧壁上还分别设置有内凹的中心管外台阶(25)，所述坐封活塞(17)与中心管(9)之间设置有座封活塞腔，中心管(9)上开有与座封活塞腔连通的液压入口；所述的球座(4)为可溶芯剪切球座；

所述的咬合机构包括连接套(11)、上锥体(12)、卡瓦套(13)、卡瓦(14)和下锥体(15)，所述连接套(11)一端连接在上接头(8)的外壁上，连接套(11)另一端卡接在上锥体(12)一端的外壁上，且上锥体(12)的端部与上接头(8)的端部相接触，所述上锥体(12)、卡瓦(14)和下锥体(15)分别套接在中心管(9)的外壁上，所述上锥体(12)和下锥体(15)的椎体端相对设置，卡瓦(14)位于上锥体(12)和下锥体(15)之间；

所述的解封解卡机构包括锁套(18)、锁环(20)、支撑环(21)和防撞环(24)，所述防撞环(24)固定套接在下接头(19)上，锁套(18)一端与坐封活塞(17)的外壁连接，锁套(18)另一端与防撞环(24)的外壁连接，所述锁环(20)和支撑环(21)均位于锁套(18)的内壁与下接头(19)的外壁之间，锁环(20)的一端与支撑环(21)一端相接触，支撑环(21)与下接头(19)的外壁相连接；

所述可溶芯剪切球座包括外套(26)、密封圈(27)和可溶芯(29)，外套(26)为筒状结构，可溶芯(29)设置在外套(26)内，所述外套(26)包括一个上端和一个下端，外套(26)位于上端的内壁与可溶芯(29)的外壁之间设置密封圈(27)，位于外套(26)的上端腔内的可溶芯(29)的端部用于承载可溶解球(30)。

2.根据权利要求1所述的一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱，其特征是：所述的咬合机构还包括解卡销钉(10)和卡瓦套(13)，连接套(11)一端通过解卡销钉(10)连接在上接头(8)的外壁上，所述上锥体(12)和下锥体(15)上分别连接有卡瓦套(13)，所述卡瓦(14)的两端分别位于两个卡瓦套(13)内。

3.根据权利要求1所述的一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱，其特征是：所述的解封解卡机构还包括解封销钉(22)和启动剪钉(23)，所述锁套(18)另一端通过启动剪钉(23)与防撞环(24)的外壁连接，支撑环(21)通过解封销钉(22)与下接头(19)的外壁相连接。

4.根据权利要求1所述的一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱，其特征是：所述的可溶芯剪切球座还包括剪切销钉(28)，剪切销钉(28)穿过外套(26)与可溶芯(29)连接。

5.一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱的使用方法，包括权利要求1-4任意一项所述的一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱，其特征是：包括以下方法：

注气功能：

下放管柱，使管柱下端的喇叭口(5)位于注气层(6)，管柱下到位之后，从气密封油管(1)投入可溶解球(30)，至球座(4)上端，使球座(4)上端的管柱内形成密闭空间进行憋压，完成气密封封隔器(2)的坐封，提高压力，剪断剪切销钉(28)，可溶芯(29)及可溶解球(30)下行，通过喇叭口(5)落入人工井底(7)，注气通道打开，实施正常注气；

测试功能：

当可溶芯(29)及可溶解球(30)落入人工井底(7)后，实现溶解，管柱内实现大通径；

当需要开展吸气剖面测试时，将测试工具依次通过气密封油管(1)、气密封封隔器(2)、堵塞器工作筒(3)、球座(4)、喇叭口(5)，实施测试作业；

带压作业功能：

管柱上设置了堵塞器工作筒(3)，当后期需要带压作业起下钻时，从井口投入堵塞器，堵塞器投至堵塞器工作筒(3)的位置，堵塞器的胶筒坐封，完成油管的内防喷功能，实现管柱的带压作业功能。

6.根据权利要求5所述的一种注气、测试及带压作业多功能一体化管柱的使用方法，其特征是：所述的可溶芯(29)和可溶解球(30)均为可溶解材料，所述可溶解材料在一定介质、温度、压力下可实现全部溶解。

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