一种用于油气井环空开采的管柱装置及方法与流程

本发明涉及油气开采，具体为一种用于油气井环空开采的管柱装置及方法。

背景技术：

1、油气井是用于勘探、开发和开采地下石油与天然气资源的通道，通常是通过钻井工程在地层中钻凿出孔眼，并下入套管进行固井而形成的生产井，是连接地下油气藏与地面生产系统的核心枢纽。而环空是指井筒内任意两根管柱之间，或者管柱与井壁之间的环形空间，环空可以作为通道，向井内注入气体提高采收率。

2、将生产井内地层深处的流体开采到地面的方式，包括自喷生产与非自喷生产，自喷生产包括连续自喷生产与间歇自喷生产，自喷生产是油、气井开采早期地层能量较足时期的主要生产方式，是依靠气体将井内流体举升到地面，该方式最为经济和高效，但当地层能量下降或不足，即本井气能量不足以维持自喷或间喷生产时，就需依靠外部气源的补充维持自喷与间喷生产，这种生产方式就的是气举生产，这种生产方式介于自喷与非自喷方式之间。

3、油气井在连续自喷生产过程中随着地层能量下降，常面临液体滑脱问题，液体滑脱是因为液体的黏度远大于气体，当流体在井筒中向上流动时，液体与管壁之间的摩擦阻力，以及液体内部的黏滞阻力，都远大于气体，这种巨大的阻力消耗了气体的动能，加之地层能量的衰竭致使气流速度下降，导致液体的上升速度受到严重制约，进一步拉大了气液两相的速度差。现有的缩小管径即速度管柱应用，就是以减小管径，增加流速来缓解液体滑脱，以及泡排或增加井下装置等措施虽能缓解滑脱，但往往带来流阻增大、成本上升，且阻碍测井工具入井及压裂等后续作业的实施，而直接利用油套环空开采又因截面积过大导致携液效率低下。因此亟需一种减少液体滑脱的油气井环空开采管柱装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于油气井环空开采的管柱装置及方法，正是采用以凸出部加多个导流通道的结构，在提高局部流速的同时弥补速度管柱造成的通道减小、阻力加大的弊病，具备减少液体滑脱的优点，解决了现有的油气井在开采的过程中，随着地层能量下降，容易产生液体滑脱的现象，液体无法被气流有效带出，从而在井底不断聚集，形成井筒积液，随着井底积液的增多，井内流压增大，地层产出随之降低，形成恶性循环的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于油气井环空开采的管柱装置，包括套管和油管，所述油管位于套管内，套管和油管之间设有环形排采空间；

3、所述油管包括若干个防滑脱结构，若干个防滑脱结构间隔设置并通过连接管进行连接；

4、所述防滑脱结构包括防滑脱结构主体，防滑脱结构主体表面沿圆周方向间隔设置有凸出部和导流通道，凸出部和导流通道位于环形排采空间内对流体进行引导。

5、作为本发明的一种用于油气井环空开采的管柱装置优选的，所述油管还包括导气接头，导气接头与防滑脱结构间隔设置，连接管对导气接头和防滑脱结构进行连接，所述导气接头的数量为一个及以上，导气接头与环形排采空间连通。

6、作为本发明的一种用于油气井环空开采的管柱装置优选的，所述导流通道为槽状和孔状中的一种，所述防滑脱结构主体为管状和环状中的一种，所述防滑脱结构主体内腔开设有第一通道。

7、作为本发明的一种用于油气井环空开采的管柱装置优选的，所述防滑脱结构主体为管状时，防滑脱结构主体表面设有第一螺纹部，第一通道内壁设有第二螺纹部，防滑脱结构主体第一螺纹部和第二螺纹部与连接管连接。

8、作为本发明的一种用于油气井环空开采的管柱装置优选的，所述凸出部与套管内璧形成环形缩放喷口，所述凸出部截面为三角形。

9、作为本发明的一种用于油气井环空开采的管柱装置优选的，所述凸出部相对于防滑脱结构主体的中心线倾斜设置，所述凸出部倾斜设置时，导流通道分布于凸出部上和间隔处，导流通道与防滑脱结构主体中心线的夹角a为0-45度，来对流体进行涡旋引导。

10、作为本发明的一种用于油气井环空开采的管柱装置优选的，所述凸出部相对于防滑脱结构主体的中心线垂直设置，所述凸出部垂直设置时，导流通道分布于凸出部间隔处。

11、作为本发明的一种用于油气井环空开采的管柱装置优选的，所述导气接头包括导气接头主体，导气接头主体表面设有第三螺纹部，导气接头主体内部开设有第二通道，第二通道内壁设有第四螺纹部，导气接头主体通过第三螺纹部和第四螺纹部与连接管连接，导气接头主体上开设有导气孔，导气孔与第二通道和环形排采空间内腔连通，导气孔与导气接头主体中心线的夹角α为0-30度。

12、作为本发明的一种用于油气井环空开采的管柱装置优选的，所述油管顶部连通有油管阀，油管阀进气端连通有注气管，油管阀出气端与油管内腔连通，所述套管顶部连通有套管阀，套管阀进油端与套管内腔连通，套管阀出油端连通有出油管。

13、一种用于油气井环空开采的方法，包括以下步骤：

14、s1、油管下入至套管的内，使油管与套管之间形成用于开采的环形排采空间，油管通过连接管将若干个间隔设置的防滑脱结构连接，或者同时连接防滑脱结构和导气接头；

15、s2、进行自喷开采时，关闭油管阀，并打开套管阀，井底的流体通过套筒内部的环形排采空间上行，流体经过若干个防滑脱结构的引导，最终通过套管阀和出油管采出；

16、s3、进行气举开采时，打开油管阀，通过注气管向油管阀注入气体，气体进入油管内腔，在不安装导气接头时，气体从最底部的防滑脱结构返出，带动流体经过环形排采空间上升，在安装导气接头时，导气接头上的导气孔也将气体引入环形排采空间；

17、s4、在流体流经环形排采空间时，防滑脱结构表面的凸出部与套管内壁形成环形缩放喷口，配合导流通道对流体进行涡旋引导或节流降压，从而防止流体滑脱并改善流体流动状态。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

19、1、本发明的防滑脱结构主体表面设有向外凸出的三角形截面凸出部，显著增加结构的有效外径，从而减小其与套管内壁之间的环形间隙，流体通过该缩窄区域时，流通面积减小，流速相应提高，降低了液体因重力作用而向下滑落的趋势。

20、2、本发明的凸出部与套管内壁共同构成环形缩放喷口，流体在此经历先收缩后扩张的过程，在出口端可形成超音速流，高速气流对液相产生强烈剪切作用，使其破碎为细小液滴，形成高度雾化的混合流态，极大削弱液膜稳定性，避免液体聚集与回落。

21、3、本发明的凸出部区域分布有多个导流通道，将原本连续的环形大截面通道分割为若干独立的小截面通道，既保证了总体流体通过能力，又因局部截面减小而维持高流速，实现了大流量、高流速和少滑脱的流动状态。

1.一种用于油气井环空开采的管柱装置，包括套管（1）和油管（2），其特征在于：所述油管（2）位于套管（1）内，套管（1）和油管（2）之间设有环形排采空间（3）；

2.根据权利要求1所述的一种用于油气井环空开采的管柱装置，其特征在于：所述油管（2）还包括导气接头（6），导气接头（6）与防滑脱结构（4）间隔设置，连接管（5）对导气接头（6）和防滑脱结构（4）进行连接，所述导气接头（6）的数量为一个及以上，导气接头（6）与环形排采空间（3）连通。

3.根据权利要求1所述的一种用于油气井环空开采的管柱装置，其特征在于：所述导流通道（403）为槽状和孔状中的一种，所述防滑脱结构主体（401）为管状和环状中的一种，所述防滑脱结构主体（401）内腔开设有第一通道（406）。

4.根据权利要求3所述的一种用于油气井环空开采的管柱装置，其特征在于：所述防滑脱结构主体（401）为管状时，防滑脱结构主体（401）表面设有第一螺纹部（404），第一通道（406）内壁设有第二螺纹部（405），防滑脱结构主体（401）第一螺纹部（404）和第二螺纹部（405）与连接管（5）连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于油气井环空开采的管柱装置，其特征在于：所述凸出部（4）与套管（1）内璧形成环形缩放喷口，所述凸出部（402）截面为三角形或梯形。

6.根据权利要求1所述的一种用于油气井环空开采的管柱装置，其特征在于：所述凸出部（402）相对于防滑脱结构主体（401）的中心线倾斜设置，所述凸出部（402）倾斜设置时，导流通道（403）分布于凸出部（402）上和间隔处，导流通道（403）与防滑脱结构主体（401）中心线的夹角a为0-45度，来对流体进行涡旋引导。

7.根据权利要求1所述的一种用于油气井环空开采的管柱装置，其特征在于：所述凸出部（402）相对于防滑脱结构主体（401）的中心线垂直设置，所述凸出部（402）垂直设置时，导流通道（403）分布于凸出部（402）间隔处。

8.根据权利要求2所述的一种用于油气井环空开采的管柱装置，其特征在于：所述导气接头（6）包括导气接头主体（601），导气接头主体（601）表面设有第三螺纹部（602），导气接头主体（601）内部开设有第二通道（605），第二通道（605）内壁设有第四螺纹部（603），导气接头主体（601）通过第三螺纹部（602）和第四螺纹部（603）与连接管（5）连接，导气接头主体（601）上开设有导气孔（604），导气孔（604）与第二通道（605）和环形排采空间（3）内腔连通，导气孔（604）与导气接头主体（601）中心线的夹角α为0-30度。

9.根据权利要求1所述的一种用于油气井环空开采的管柱装置，其特征在于：所述油管（2）顶部连通有油管阀（7），油管阀（7）进气端连通有注气管（8），油管阀（7）出气端与油管（2）内腔连通，所述套管（1）顶部连通有套管阀（9），套管阀（9）进油端与套管（1）内腔连通，套管阀（9）出油端连通有出油管（10）。

10.一种用于油气井环空开采的方法，其特征在于，包括以下步骤：