一种基于含水溶部件的气井控水结构的制作方法

1.本发明属于气井开采技术领域，涉及一种气井控水结构，特别是涉及一种基于含水溶部件的气井控水结构。


背景技术：

2.在油气井开采技术领域，油气田所在地层条件通常较为复杂的，多层油气田层间渗透能力、渗流速度不一样，导致有的地层提前出水。
3.针对油井出水问题，可以采用控流筛管实现控水，例如中国实用新型专利200920166948.9公开了一种内侧设有固定支撑物的缝过滤套控流筛管，在筛管上设置有一个控流装置，所述控流装置的入口与导流层相遇，控流装置的出口与基管入口相遇。使用时，通过筛管端环将过滤套两端与外部隔离，流体只能通过过滤套进入导流层。由于导流层与控流装置的入口相遇，控流装置的出口与基管入口相遇，在采油生产过程中，流体流过的路线依次是过滤套、导流层、控流装置入口、控流装置、控流装置出口、基管入口进入基管。这种控流筛管在一定程度上起到了控制流量较大变化的作用，达到控流的目的。
4.然而，上述专利中公开的控流筛管，仅能用于油井控水，无法应用于气井控水。对于气井出水问题(此处的“水”泛指地层产出的水、油，以及油水混合物等液体)，由于产气携带液体能力较弱，导致产液淤积在井筒中，形成井筒积液。井筒积液会带来两个问题：一是水锁效应，导致积液井段的产气能力严重降低甚至失效；二是随着生产的持续进行，井筒积液的液面不断上升，使地层出口回压增大，进一步使气体产量下降，最终可能会导致气井停产。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种针对气井开采过程中一个或多个地层出水问题，能够及时、自动关闭该地层和管柱内的采气通道，实现自动控水功能的基于含水溶部件的气井控水结构。
6.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种基于含水溶部件的气井控水结构，包括设置在基管上的采气通道，其特征在于：还包括设置在采气通道中的水溶限位结构和堵塞体；其中，所述水溶限位结构未遇水时，所述堵塞体在水溶限位结构的支撑下位于初始位置，保持采气通道畅通；所述水溶限位结构遇水后溶解，释放所述堵塞体；所述堵塞体移动至堵塞位置，阻塞采气通道。
8.进一步，所述水溶限位结构遇水后溶解的时长为3－1000小时。
9.进一步，所述采气通道的下方设有用于排水的排水通道。
10.进一步，所述排水通道设有流量控制装置。
11.进一步，所述采气通道的内部设有喇叭口状的喉管，所述喉管前端设有球状的堵塞体，所述堵塞体的直径大于喉管后端采气通道的直径而小于喉管前端采气通道的直径。
12.进一步，所述喉管处设有水溶限位结构，所述水溶限位结构为圆筒状结构，一端支
撑在喉管后端，另一端支撑在喉管前端的堵塞体上；所述堵塞体侧壁上设有镂空或通孔，允许气体通过。
13.进一步，所述水溶限位结构为具有筛孔或通孔的平板状结构，直径与所述喉管前端的采气通道的直径一致，设置在喉管前端的采气通道中，与挡板配合使用，实现对堵塞体进行定位。
14.进一步，所述采气通道设有直角弯折，所述弯折前端依次设有丝堵、弹簧、堵塞体和水溶限位结构；其中，所述丝堵设置在控水环的一端或一侧，内侧顶着预先挤压的弹簧；所述弹簧的另一端顶着所述堵塞体，所述堵塞体的另一端限位在控水环中且位于采气通道的直角拐弯处；所述水溶限位结构遇水溶解后，所述堵塞体在弹簧的作用下，向采气通道的直角弯折处运动，依靠所述堵塞体的侧面将采气通道在直角弯折处封闭。
15.进一步，所述采气通道设有直角弯折，所述弯折前端依次设有丝堵、导流体、水溶限位结构、堵塞体和弹簧；其中，所述弹簧为压缩状态；所述导流体为筒状结构，设置在所述采气通道的直角弯折处；所述堵塞体朝向所述导流体的一端为锥形；所述水溶限位结构遇水溶解后，所述堵塞体在弹簧的作用下，向所述导流体方向运动，所述堵塞体的锥部与所述导流体的空腔配合，将所述采气通道封闭。
16.进一步，所述采气通道的前部设有水溶限位结构，所述水溶限位结构为中部具有水溶颗粒仓的空腔结构；所述堵塞体为设置在所述水溶颗粒仓中的细颗粒，密度小于地层水，直径为0.1－5毫米；所述采气通道的后部设有颗粒截留组件，所述颗粒截留组件为筛网结构，网孔直径小于所述堵塞体的直径。
17.进一步，所述采气通道的内部设有喇叭口状的喉管；所述水溶限位结构为水溶拉线结构；所述堵塞体为密度小于水的球状结构，所述堵塞体的直径大于喉管后端直径而小于喉管前端直径；所述水溶拉线的一端设置在所述过滤套的底部，另一端与所述堵塞体连接。
18.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
19.一种基管，所述基管包括如上所述的基于含水溶部件的气井控水结构。
20.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
21.一种气井完井结构，包括井筒和位于井筒中的基管，所述基管包括如上所述的基于含水溶部件的气井控水结构。
22.本发明一种基于含水溶部件的气井控水结构，通过设置水溶限位结构，当采气通道进水后所述水溶限位结构遇水溶解释放堵塞体，所述堵塞体在力的作用下运动并自动堵塞采气通道流道，从而控制相关井段的地层水进入基管内部，实现自动控水。本发明可以可有效解决生产过程中一段或多段地层出水，导致井内有积水积液，使气井开采产量下降及气井寿命降低的问题。
附图说明
23.图1是本发明实施例1中一种基于含水溶结构的气井控水结构的整体结构示意图；
24.图2是图1的俯视图；
25.图3是图2中a处的局部放大示意图；
26.图4是图1中控水筛管部分的局部放大示意图；
27.图5是图4中流道部分的局部放大示意图。
28.图6是图4所示意的局部在控水筛管内遇水后，堵塞体的位置变化产生变化的结构示意图；
29.图7是本发明实施例2中一种基于含水溶结构的气井控水结构的整体结构示意图(包含一种排水结构)；
30.图8是本发明实施例2中另一种基于含水溶结构的气井控水结构的整体结构示意图(包含另一种排水结构)；
31.图9是实施例3中一种基于含水溶结构的气井控水结构的整体结构示意图；
32.图10是图9中控水筛管部分的局部放大示意图；
33.图11是图10所示意的局部在控水筛管内遇水后，堵塞体的位置变化后的结构示意图；
34.图12是实施例4中一种基于含水溶结构的气井控水结构的整体结构示意图；
35.图13是图12中控水筛管部分的局部放大示意图；
36.图14是图13所示意的局部在控水筛管内遇水后，堵塞体的位置变化后的结构示意图；
37.图15是实施例5中一种基于含水溶结构的气井控水结构的整体结构示意图；
38.图16是图15中控水筛管部分的局部放大示意图；
39.图17是图16所示意的局部在控水筛管内遇水后，堵塞体的位置变化前后的结构示意图；
40.图18是实施例6中一种基于含水溶结构的气井控水结构的整体结构示意图；
41.图19是图18中控水筛管部分的局部在控水筛管内遇水后，堵塞体的位置变化后的结构示意图；
42.图20是实施例7中一种基于含水溶结构的气井控水结构的整体结构示意图；
43.图21是图20中控水筛管部分的局部在控水筛管内遇水后，堵塞体的位置变化后的结构示意图。
具体实施方式
44.以下结合附图1－21，进一步说明本发明一种基于含水溶部件的气井控水结构的具体实施方式。需要说明的是，说明书附图的作用仅限于更直观的展示实施例所公开技术方案的整体或局部的具体特征，其比例或尺寸结构并未按照实际产品进行绘制，因此不能作为对实施例所公开技术方案的具体限定。本发明一种基于含水溶结构的气井控水结构也不限于以下实施例的描述。
45.本发明以下实施例1－6给出了若干种基于含水溶部件的气井控水结构，包括设置在基管上的采气通道，还包括设置在采气通道中的水溶限位结构和堵塞体；其中，在初始状态时，所述水溶限位结构尚未遇水，所述堵塞体在水溶限位结构的支撑作用下位于初始位置，保持采气通道畅通；当所述井段遇水后，水进入采气通道并浸泡所述水溶限位结构，所述水溶限位结构遇水后溶解，释放所述堵塞体；而后，所述堵塞体移动至堵塞位置，阻塞采气通道。
46.具体的，所述基管是位于气井井筒中用于采气的中心管柱，例如控水筛管或盲管
等。所述采气通道是指连通井筒与中心管柱内部的气体通道，气井开采过程中，基质中产出的气体经采气通道由井筒进入中心管柱，并最终送向地面；显然，若井筒中的某井段存在出水现象，水也会经采气通道进入中心管柱，进而影响生产，此时便产生了控水的需求。当所述堵塞体位于初始位置时，可以是位于采气通道内部，也可以位于采气通道的外部、前端或侧面，但是都不会堵塞采气通道，不会影响产气的正常产出。当所述水溶限位结构遇水后溶解，释放所述堵塞体，此时所述堵塞体在某种力的作用下(例如重力、浮力、弹簧弹力、流体推动力等)，移动至堵塞位置(即将所述采气通道关闭的位置)，阻塞采气通道，或者说将采气通道封闭，从而有效阻止水通过采气通道进入中心管柱，起到“控水”的作用。
47.考虑到井下基质中可能会有短暂出水现象(例如开采初期，基质有可能会因排出其内部吸收的钻井液而短暂出水；或者，生产过程中的间接性少量出水)，在出水量不大的前提下，人们并不希望水溶限位结构遇水溶解，因为这将引起该生产井段失效，无法再产出气体。因此，可以对所述水溶限位结构遇水后溶解的时长(即从遇水起算，直至释放阻塞装置所需的总时长)进行设置。优选的，所述水溶限位结构遇水后溶解的时长为3－1000小时，可结合井筒出水特性，并结合下文所述的排水通道的排水性能设置，根据需要灵活设定溶解时长。溶解时长可以通过所述水溶限位结构的材料成分和/或形状进行控制。
48.另一方面，对于少量进入采气通道的水，在不影响正常生产的前提下，亦可以将其直接排入基管，从而避免这些少量的水淤积在采气通道中，使得水溶限位结构非预期的遇水溶解。优选的，可以在采气通道的下方(此处的“下方”，是指所述气井控水结构在使用状态时的重力方向，或者说是采气通道中的水在重力作用下向下流动的方向，但并不一定必须是竖直向下的方向)，设置用于排水的排水通道，所述排水通道可以将采气通道中的少量的水排入基管内，避免这些水将所述水溶限位结构非预期的溶解。更优的，所述排水通道还设有流量控制装置，所述流量控制装置用于控制所述排水通道的排水速度，其目的在于向井筒中下入中心管柱时，可以根据预先测井获得的气井或气井不同井段的实际状态，现场设置排水速度，进而调节控制气井或气井不同井段的堵塞封闭时机。具体的，所述流量控制装置可以是改变所述排水通道有效过流截面面积的装置，例如是阀门；或者是挡在所述排水通道进水口的可滑动或可转动的挡片；也可以是可拆卸的设置在基管上的一个具有通孔的挡片组件，所述挡片组件具有不同的规格，其区别在于作为有效过流截面的所述通孔的直径不同。
49.所述基于含水溶部件的气井控水结构可以与构成基管的中心管柱短节(例如控水筛管短节或盲管短节等)在地面上预成型后，再下入井中。每个短节上可以设置一个或多个所述基于含水溶部件的气井控水结构，以增加采气量。同时，所述基于含水溶部件的气井控水结构的上部结构(包括采气通道、水溶限位结构和堵塞体)和下部结构(包括排水通道和流量控制装置)可以是一一对应的关系，也可以不是。例如，在一个短节上，周向设置4个上部结构以增加采气量，但是仅设置一个下部结构用于排水。
50.当井筒局部井段出水时，该井段出水进入其附近的所述基于含水溶部件的气井控水结构，导致该结构作出响应并将采气通道堵塞，从而将出水井段的井筒中的水封闭在基管外部。同时，其他井段仍可正常开采，使得该气井的生产效率达到最优。
51.实施例1：
52.本实施例给出一种基于含水溶部件的气井控水结构的具体实施方式，尤其适用竖
井或定向井。
53.如图1－8所示，基管1外侧设有控水环2和过滤套3，所述控水环2和基管1内部设有基于含水溶部件的气井控水结构4。具体的，所述控水环2和基管1内部设有位置对应的通孔，形成采气通道(如图5箭头方向所示；当然，也可以认为所述基管1和过滤套3之间的空间，也属于采气通道的一部分)；在采气通道的内部设有喇叭口状的喉管，在喉管前端(即开口一端)一定距离设有球状的堵塞体4－3，所述堵塞体4－3的直径大于喉管后端采气通道的直径而小于喉管前端采气通道的直径；所述喉管处设有水溶限位结构4－2，所述水溶限位结构4－2为圆筒状结构，一端支撑在喉管后端的丝堵4－1上，另一端支撑在喉管前端的堵塞体4－3上；所述堵塞体4－3侧壁上设有镂空或通孔，也可以是内部充满孔隙的类似海绵结构，从而允许气体通过。当所述水溶限位结构4－2遇水后溶解后，释放所述堵塞体；而后，所述堵塞体在浮力或流体推动力的作用下，移动至堵塞位置，阻塞采气通道。所述丝堵4－1的作用在于更换水溶限位结构4－2，从而使本装置可以重复使用。另外，还设有平板状的挡板4－4，固定在堵塞体4－3下方，与对水溶限位结构4－2配合使用，对堵塞体4－3进行定位，使堵塞体4－3固定在初始位置。
54.一般的，所述水溶限位结构4－2也可以是板状、管状、棒状、笼状或球状等形状，所述堵塞体4－3也可以是弧形、半圆形、三角形、球形、锥形或梯形等形状，都应当认为是与本实施例等同的实施方式。
55.优选的，所述过滤套3下方的基管1的侧壁上还设有排水通道5。所述排水通道5的基本结构为设置在基管1的侧壁上的一个通孔，可以实现过滤套3内部空间(即采气通道的下方)与基管1内部的连通。当过滤套3内部或采气通道内部出现少量的水时，水在重力的作用下流向过滤套3的底部，并通过排水通道5进入基管内部。更优的，如图8所示，所述排水通道5还设有流量控制装置，用于控制排水速率。
56.本实施例给出的一种基于含水溶部件的气井控水结构的一种典型工作过程如下：将带有基于含水溶部件的气井控水结构的基管下入定向竖井，井下多个气藏同时打开，同时生产。(1)生产初期，各层只产气、不产水。(2)生产中期，某个或多个地层产出少量的水，产出的水量被上升气流带走并从井筒产出，下部结构的排水通道5具有设计合理的流通能力，确保过滤套3内部及采气通道内积液高度不会到达水溶限位结构4－2的高度，采气通道不会被堵塞封闭，也就不会影响该地层继续产气。(3)生产末期，某个或多个地层出水量超过允许值，使得对应过滤套3内部及采气通道内水面升高，直至到达水溶限位结构4－2的高度并将其淹没，使得水溶限位结构4－2遇水溶解，释放堵塞体4－3，堵塞体4－3向上运动至喉管位置，将采气通道堵塞。之后，产出水和气只能通过下部排水通道5进入基管内(见图8)；由于排水通道5相对于采气通道具有较小的截面，因此使得进入基管的气量和水量都减少，进而降低了井筒局部出水对气井生产带来的危害。优选的，下部结构的排水通道5内安装了流量控制装置，用于控制排水速率。
57.实施例2：
58.本实施例给出另一种基于含水溶部件的气井控水结构的具体实施方式，尤其适用水平井。
59.如图9－11所示，所述基管1在井筒中水平设置，所述基于含水溶部件的气井控水结构优选设置在所述基管1的上侧(即水平的最高处)，其目的在于尽量减少水进入基管。与
实施例1类似，所述控水环2和基管1内部设有采气通道(如图10中箭头所示方向)；不同的是，所述采气通道中没有设置喉管，而是采用了90度直角弯折的结构。初始状态时，所述控水环2的采气通道中(及弯折前端的采气通道中)依次设有丝堵4－1、弹簧4－5、堵塞体4－3和水溶限位结构4－2；所述丝堵4－1设置在控水环2的一端或一侧，其内侧顶着预先挤压的弹簧4－5；所述弹簧4－5的另一端顶着所述堵塞体4－3，所述堵塞体4－3的另一端限位在控水环2中且位于采气通道的直角弯折处。其中，所述水溶限位结构4－2同样为镂空结构，以确保采气通道的畅通；当然，所述水溶限位结构4－2也可以为管状、棒状、笼状及球状等结构。所述堵塞体4－3结构中设有平衡压力孔，确保堵塞体4－3两端压力相等，保证弹簧4－5推动其移动。
60.所述水溶限位结构4－2遇水溶解后，所述堵塞体4－3在弹簧4－5的作用下，向采气通道的直角弯折处运动，并依靠所述堵塞体4－3的侧面将采气通道在直角弯折处封闭。
61.实施例3：
62.本实施例给出另一种基于含水溶部件的气井控水结构的具体实施方式，尤其适用水平井。
63.如图12－14所示，本实施例与实施例2的区别仅在于，一是所述丝堵4－1、弹簧4－5、堵塞体4－3和水溶限位结构4－2的设置位置存在区别，分别为丝堵4－1、水溶限位结构4－2、堵塞体4－3和弹簧4－5；所述弹簧4－5为压缩状态；所述丝堵4－1和所述水溶限位结构4－2还具有筒状的导流体4－6，所述导流体4－6位于所述采气通道的直角弯折处；二是所述堵塞体4－3朝向所述导流体4－6的一端为锥形(当然也可以是球形或者其他形状)，其内部设有多个轴向的通道，具有轴向可以导通流体、锥形尖端可以与所述导流体4－6配合以封闭采气通道的功能能。
64.本实施例所给出的一种基于含水溶部件的气井控水结构的工作过程如下：所述水溶限位结构4－2遇水溶解后，所述堵塞体4－3在所述弹簧4－5的作用下向采气通道的直角弯折处运动，其锥形尖端顶在所述导流体4－6上，将采气通道在直角弯折处封闭。
65.相比于实施例2采用的侧壁堵塞方式，实施例3采用的锥形顶堵方式可以取得更好的封闭效果。
66.实施例4：
67.本实施例给出另一种基于含水溶部件的气井控水结构的具体实施方式，尤其适用竖井。
68.如图15－17所示，本实施例与实施例1的区别仅在于，所述水溶限位结构4－2的结构和位置不同。具体的，所述水溶限位结构4－2为具有筛孔或通孔的平板状结构，其直径与所述喉管前端的采气通道的直径一致，设置在喉管前端的采气通道中，与挡板4－4配合使用，实现对堵塞体4－3进行定位，使堵塞体4－3处于初始位置。
69.实施例5：
70.本实施例给出另一种基于含水溶部件的气井控水结构的具体实施方式，尤其适用竖井。
71.如图18－19所示，所述采气通道的前部(即进气端、连通井筒的一端)或者在所述基管1和过滤套3形成的封闭空间中，设有水溶限位结构4－2，所述水溶限位结构4－2为中部具有水溶颗粒仓7的空腔结构。若所述水溶限位结构4－2设置在所述采气通道的前部，整
体外形与采气通道的前部空间一致，例如可以是圆柱状；同时，圆柱状的水溶限位结构4－2内部和/或侧壁还设有轴向的通孔作为气体通道，该气体通道与所述水溶颗粒仓7隔离。若所述水溶限位结构4－2设置在所述基管1和过滤套3形成的封闭空间中，则设置方式将更为灵活。所述堵塞体4－3为设置在所述水溶颗粒仓7中的细颗粒，密度小于地层水，直径尺寸为0.1－5毫米。所述采气通道的后部设有颗粒截留组件6。所述颗粒截留组件6可以是筛网结构，其网孔直径小于所述堵塞体4－3的直径。优选的，所述采气通道的后部的直径小于前部的直径。
72.本实施例给出的一种基于含水溶部件的气井控水结构的工作过程如下：(1)在初始状态时，所述水溶限位结构4－2尚未遇水，所述堵塞体4－3被封闭限定在水溶限位结构4－2的水溶颗粒仓7中，保持采气通道畅通；(2)当所述井段遇水后，水进入采气通道并浸泡所述水溶限位结构4－2，所述水溶限位结构4－2遇水后溶解，释放所述水溶颗粒仓7中的堵塞体4－3；而后，所述堵塞体4－3在浮力和/或流体推动作用下上升，并淤积在所述颗粒截留组件6的前端；随着堵塞体4－3的淤积量越来越多，最终将所述采气通道堵塞并封闭。
73.实施例6：
74.本实施例给出另一种基于含水溶部件的气井控水结构的具体实施方式，尤其适用竖井。
75.如图20－21所示，所述采气通道具有如实施例1所示的喉管结构；所述水溶限位结构4－2为水溶拉线结构，所述堵塞体4－3为密度小于水的球状结构，所述水溶拉线的一端设置在所述过滤套3的底部，另一端与所述堵塞体4－3连接。
76.本实施例给出的一种基于含水溶部件的气井控水结构的工作过程如下：(1)在初始状态时，所述水溶限位结构4－2尚未遇水，所述堵塞体4－3与所述水溶限位结构4－2位于所述基管1和过滤套3形成的封闭空间中，所述采气通道畅通。(2)当所述进气通道短时间遇水时，由于水溶限位结构4－2尚需一定的时间方可溶解，因而此时水溶限位结构4－2仍对堵塞体4－3具有限位作用，阻止堵塞体4－3在浮力作用下继续上升。(3)水溶限位结构4－2达到预定时长后溶解断裂，释放堵塞体4－3；所述堵塞体4－3在浮力和流体推动力的作用下上升，最终卡在所述采气通道的喉管处，将所述采气通道堵塞并封闭。
77.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。