一种海上稠油分层降粘冷采管柱和方法与流程

1.本发明涉及石油开采井下工具技术领域，特别是涉及到一种海上稠油分层降粘冷采管柱和方法。


背景技术：

2.海上稠油储量丰富，大部分区块为常规稠油，原油粘度并不是很高，适合进行降粘冷采。由于海上油井生产管柱上增加了环空安全封隔器、油管安全阀等井控安全工具，致使陆上油井常用的套管加降粘剂模式无法在海上应用和推广；同时，随着油田开发的深入，地层能量不断变化，且部分油层水锥进情况严重，层间差异越来越大，需要应用分层采油技术提高油田开发的针对性。目前分层采油的管柱有很多种，功能也非常多，但都不能满足海上稠油井分层注降粘剂、交替焖井分层采油的目的。
3.在申请号：202010317436.9的中国专利申请中，涉及到一种水下化学药剂注入阀，包括阀体和驱动器，开阀可以采用水下rov扭力工具和液压驱动两种方式，第一种方式：通过rov工具转动上阀杆，上阀杆底部螺纹与定位筒内部螺纹旋转，从而压迫压环、中阀杆，同时阀杆带动闸板向下运动，此时碟簧被压缩状态，阀门完全开启；第二种方式：当液体进入驱动器壳体内工作腔时，液压力推动活塞，活塞带动中阀杆向下移动，同时阀杆带动闸板向下运动，此时碟簧被压缩状态，阀门完全开启；驱动器回弹力由碟簧提供，采用39片碟簧，按正反向组合堆叠，碟簧中部装有导向套筒，用来保护中阀杆；化学药剂由阀腔上游autoclave接口注入。该发明是一种化学剂注入阀，能够实现海上油井化学剂的注入，并且具备防止井液回流的功能，但不具备分层采油的功能。
4.在申请号：201921459642.2的中国专利申请中，涉及到一种新型井下注剂阀，包括上接头、下接头、活塞，还包括上缸套、下缸套，这种井下注剂阀采用两根液控管线控制开关，上端液控管线打压阀门关闭，下端液控管线打压阀门开启，开启关闭速度快，且容易控制，可以直观了解到井下开关状态，有效避免深井由于压力过大阀门打不开或关不上，更加安全可靠。该实用新型具备海上油井化学剂注入功能，但不具备分层采油的功能。
5.在申请号：201611227503.8的中国专利申请中，涉及到一种大斜度井电控分层采油管柱及其作业方法，所述大斜度井电控分层采油管柱包括由外而内依次设置的套管，分层防砂完井管柱和分层生产管柱；所述分层防砂完井管柱包括设置于套管内的顶部封隔器、至少一个隔离封隔器和沉砂封隔器，所述封隔器之间通过筛管相连接，相邻两个所述封隔器之间形成一个生产层；所述分层生产管柱包括由上至下通过油管依次连接的井下安全阀、过电缆封隔器、潜油电泵机组、泵工况仪、带孔管和圆堵；所述带孔管和所述圆堵之间设置有过电缆定位密封，若干个分层配产装置和至少一个过电缆插入密封；每一个所述分层配产装置均通过钢铠电缆连接至与上位机相连的地面控制器。该发明专利实现了大斜度井分层采油的目的，并通过分层配产装置实现找水、调压配产和定点分层酸化的目的。但是该技术没有针对稠油降粘工艺的配套措施，无法实现海上稠油分层降粘冷采的目的。
6.在申请号：201310471568.7的中国专利申请中，涉及到一种分层采油装置，所述分
层采油装置为一种打压换向分层采油管柱，该管柱包括封隔器、液压开关、防砂管、机械滑套和盲堵，所述液压开关包括上接头、液压开关中心管、工作筒、换向组合体、接箍、下接头、下部芯管、密封套、密封连接套；所述液压开关中心管的上端设有上接头，下端通过下接头连接到下部芯管，下部芯管的下端通过密封套和密封连接套连接到第一防砂管；所述的液压开关中心管的上部设有进液孔，液体通过液压开关中心管的进液孔，压缩液压开关中心管外侧的换向组合体，其中，换向组合体包括密封活塞、环形单流阀、单流阀套体、固定环、转环、轨道销钉和工作弹簧，固定环内装有转环，转环上装有轨道销钉，并在中心管的外壁上铣削深度为2-3mm的轨道；液体经过密封活塞、环形单流阀对单流阀套体、固定环施加压力，通过轨道销钉在轨道中运动，实现转环的旋转换向。该种管柱换层方便，可完成分层采油多次换向，可操作性强。但海上油井油套环空有环空安全封隔器，无法通过环空进行打压，而且降粘剂的加入问题也无法解决。
7.为此我们发明了一种海上稠油分层降粘冷采管柱和方法，解决了以上技术问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种可实现海上稠油井分层注入降粘剂、交替焖井、分层采油目的的海上稠油分层降粘冷采管柱和方法。
9.本发明的目的可通过如下技术措施来实现：海上稠油分层降粘冷采管柱，该海上稠油分层降粘冷采管柱包括由上至下通过油管依次连接的潜油电泵机组、筛管、多组穿越式分层封隔器和多个新型化学注采阀，该筛管连通油管内通道和油套环形空间，使地层流出的原油经过油管内通道，进入油套环形空间，进而被该潜油电泵机组的泵吸入口吸入，最终举升至地面，每组所述穿越式分层封隔器被坐封在不同的油层段，包括两个分别设置于油层段的上部与下部的分层封隔器，将不同的油层段隔开，形成单独的油流通道，每组所述穿越式分层封隔器中间放置一个所述新型化学注采阀，所述新型化学注采阀控制不同油层段进行化学剂注入和原油采出。
10.本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
11.该海上稠油分层降粘冷采管柱还包括位于该潜油电泵机组上方的井下油管安全阀和穿越式环空安全封隔器，该井下油管安全阀为井下油管防喷工具，该穿越式环空安全封隔器设置于该井下油管安全阀以下，为井下油管和套管间环形空间的防喷工具。
12.该海上稠油分层降粘冷采管柱还包括动力信号电缆，该动力信号电缆连接于地面控制系统，穿过该穿越式环空安全封隔器和该穿越式分层封隔器连接于该新型化学注采阀，传输地面控制信号和为该新型化学注采阀提供动力。
13.该海上稠油分层降粘冷采管柱还包括液控管线，该液控管线连接于地面的化学剂注入泵，穿过该穿越式环空安全封隔器和该穿越式分层封隔器连接于该新型化学注采阀，化学剂通过该液控管线传输到该新型化学注采阀，并经过该新型化学注采阀的控制进入目的油层段。
14.该新型化学注采阀为偏心结构，包括偏心工作腔、活塞腔和偏心液流通道，该偏心工作腔与该活塞腔相连通，为一大一小两个腔体，该偏心工作腔内设置有电机密封筒；该活塞腔内设置有活塞、丝杠和传液孔；该电机密封筒内设置电路板和电机，该电路板与该电机相连，在接收到地面发出的开启或关闭指令时，驱动该电机正转或反转，改变新型化学注采
阀的开关状态；该电机与该丝杠相连，该电机工作时带动该丝杠旋转，推动该活塞在该活塞腔内上下移动，该传液孔是该新型化学注采阀内外流体的流动通道，该新型化学注采阀内的化学药剂通过该传液孔进入油层段；油层段中流出的原油通过该传液孔进入该新型化学注采阀内；该偏心液流通道为原油进入井筒后的流动通道。
15.该新型化学注采阀还包括上接头和工作筒，该上接头和该工作筒通过螺纹相连，并带有密封圈密封。
16.该新型化学注采阀还包括接箍和上短节，该接箍与该上短节通过油管螺纹相连接；该上短节与该上接头通过油管螺纹相连接。
17.该新型化学注采阀还包括药剂通道和npt接头，该药剂通道将化学药剂引入该偏心工作腔内；该液控管线通过该9npt接头与该药剂通道相连，该npt接头通过螺纹连接固定在该药剂通道口处。
18.该新型化学注采阀还包括电缆接头和电缆通道，该电缆通道将该动力信号电缆引入该偏心工作腔内；该动力信号电缆通过该电缆接头与该电缆通道相连，该电缆接头通过螺纹连接固定在该电缆通道口处。
19.该新型化学注采阀还包括下短节，该下短节与下部油管或所述穿越式分层封隔器相连接。
20.该海上稠油分层降粘冷采管柱还包括导向丝堵，该导向丝堵设置在油管最下端，以引导油管下入及油管底堵。
21.本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
22.海上稠油分层降粘冷采管柱的作业方法，该海上稠油分层降粘冷采管柱的作业方法采用了海上稠油分层降粘冷采管柱，包括：
23.步骤1：根据设计管柱组合和管柱深度依次下入导向丝堵、新型化学注采阀、穿越式分层封隔器、筛管、潜油电泵机组、穿越式环空安全封隔器和井下油管安全阀，各井下工具间均由油管连接，动力信号电缆和液控管线随同管柱一同下入；
24.步骤2：管柱到位后，地面打压坐封各级封隔器，装井口并进行降粘剂的注入和原油的生产；
25.步骤3：原油生产阶段，当新型化学注采阀的药剂通道关闭、采油通道打开，新型化学注采阀处于原油生产状态，油层段流出的原油经过油管内通道，并通过潜油电泵机组举升至地面；
26.当需要将新型化学注采阀调整为化学药剂注入状态时，由地面控制系统发出相应指令，新型化学注采阀药剂通道打开、采油通道关闭，进行注降粘剂焖井状态，地面注入的化学药剂通过液控管线进入新型化学注采阀，并通过新型化学注采阀进入油层段，实现地面化学药剂的注入，该油层段进入注化学药剂焖井状态；当需要重新变回原油生产状态时，从地面控制系统发出相应指令，新型化学注采阀调整为原油生产状态。
27.该海上稠油分层降粘冷采管柱的作业方法还包括，在步骤1之前，根据套管尺寸，选择合适的通井规通井至井底，确保所有井下工具能够顺利入井；根据套管尺寸，选择合适的刮管器刮管至井底，将射孔毛刺和坐封位置套管刮削干净，确保封隔器坐封牢靠。
28.本发明中的海上稠油分层降粘冷采管柱和方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：
29.(1)本发明将分层采油管柱和智能化学注采阀进行了一体化设计，形成一种海上稠油分层降粘冷采管柱和方法，解决了海上油井油套环空不连通，药剂注入难得问题，在满足海上油井井控安全要求的条件下，实现海上稠油井分层注入降粘剂、交替焖井、分层采油目的；
30.(2)本发明管柱在不停井情况下，实现了不同油层各油层段交替注降粘剂焖井和交替分层采油的目的。
附图说明
31.图1为本发明的新型化学注采阀的结构示意图；
32.图2为本发明的一具体实施例中新型化学注采阀工作筒结构示意图；
33.图3为本发明的一具体实施例中新型化学注采阀工作筒横截面结构示意图；
34.图4为本发明的一具体实施例中海上稠油分层降粘冷采管柱的结构示意图；
35.图中，1接箍、2上短节、3上接头、4工作筒、5偏心工作腔、6活塞腔、7偏心液流通道、8下短节、9npt接头、10药剂通道、11电路板、12电机、13电机密封筒、14活塞、15丝杠、16电缆通道、17传液孔、18密封圈、19电缆接头；
36.401井下油管安全阀、402穿越式环空安全封隔器、403潜油电泵机组、404筛管、405穿越式分层封隔器、406新型化学注采阀、407导向丝堵、408动力信号电缆、409油管、410液控管线。
具体实施方式
37.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
38.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
39.请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：一种海上稠油分层降粘冷采管柱，所述管柱为海上稠油分层降粘冷采管柱，管柱包括由上至下通过油管依次连接的401井下油管安全阀、402穿越式环空安全封隔器、403潜油电泵机组、404筛管、多个405穿越式分层封隔器、多个406新型化学注采阀、407导向丝堵以及配套的；
40.所述401井下油管安全阀是井下油管防喷工具，为常规液控式阀板安全阀，上下均通过油管螺纹与油管连接，由单独一套液控压力系统控制其开关状态，在原油生产过程中，液控系统始终保持一定的压力，确保井下油管安全阀始终处于开启状态；在紧急情况下切断地面液控压力系统，井下油管安全阀自动关闭，封闭油管内通道，实现油管防喷；
41.所述402穿越式环空安全封隔器是井下油管和套管间环形空间的防喷工具，设置于井下油管安全阀以下，上下均通过油管螺纹与油管连接，完井时通过地面打压完成坐封，在原油生产过程中，始终封隔油管和套管间的环形空间，实现油管和套管间环形空间的防喷；穿越式环空安全封隔器上设置有洗井机构、电缆穿越通道和液控管线穿越通道，所述洗
井机构能够在封隔油套环形空间的同时，满足油井洗井需求；所述电缆穿越通道和液控管线穿越通道能够在封隔油套环形空间的同时，确保408动力信号电缆和410液控管线穿过环空安全封隔器，与下部的403潜油电泵机组和406新型化学注采阀相连。
42.所述403潜油电泵机组是原油生产的动力系统，在原油生产过程中将原油从井底举升至地面，其设置于穿越式环空安全封隔器以下，上下均通过油管螺纹与油管连接；
43.所述404筛管为常规打孔筛管，用于连通油管内通道和油套环形空间，使地层流出的原油经过油管内通道，进入油套环形空间，进而被403潜油电泵机组的泵吸入口吸入，最终举升至地面；
44.所述405穿越式分层封隔器是将不同油层段封隔开的封隔工具，上下均为油管螺纹，可与油管直接连接，也可与406新型化学注采阀直接连接；两个穿越式分层封隔器分别设置于油层段的上部与下部，经过地面打压后坐封，封隔在套管内壁上，将不同的油层段隔开，形成单独的油流通道，实现不同油层段的封隔；405穿越式分层封隔器上设置有液控管线穿越通道，确保410液控管线通过穿越通道与设置于两个穿越式封隔器中间的406新型化学注采阀相连接；
45.所述406新型化学注采阀是控制不同油层段化学剂注入和原油采出的控制工具，上下均为油管螺纹，所述406新型化学注采阀设置在两个405穿越式分层封隔器中间设置，每个406新型化学注采阀对应不同的油层段，控制各个油层段化学剂的注入和原油的采出。
46.所述406新型化学注采阀上分别连接一根408动力信号电缆和一根410液控管线，所述408动力信号电缆依次穿过405穿越式分层封隔器、402穿越式环空安全封隔器、井口悬挂器，连接至地面控制系统，用于传输地面控制信号和为新型化学注采阀提供动力；410液控管线依次穿过405穿越式封隔器、402环空安全封隔器、井口悬挂器，连接至化学剂注入泵，化学剂通过410液控管线流入目的油层段；
47.所述407导向丝堵为常规导向丝堵，设置在油管最下端，通过油管螺纹与油管连接，用于引导油管下入及油管底堵的作用；
48.所述408动力信号电缆为常规1/4钢铠电缆，通过19电缆接头与406新型化学注采阀相连接，为新型化学注采阀内的电机提供动力，同时传输地面发送的动作指令；
49.所述410液控管线为常规3/8in液控管线，通过9npt接头与406新型化学注采阀相连接，用于将地面药剂传输到406新型化学注采阀，并经过注采阀的控制进入目的油层段；
50.所述新型化学注采阀为偏心结构，包括1接箍、2上短节、3上接头、4工作筒、5偏心工作腔、6活塞腔、7偏心液流通道、8下短节；
51.所述1接箍与2上短节通过油管螺纹相连接；
52.所述2上短节与3上接头通过油管螺纹相连接；
53.所述3上接头和4工作筒通过螺纹相连，并带有18密封圈密封；
54.所述4工作筒与8下短接通过油管螺纹相连接；
55.所述5偏心工作腔与6活塞腔相连通，为一大一小两个腔体，所述5偏心工作腔内设置有13电机密封筒；所述6活塞腔内设置有14活塞、15丝杠和17传液孔；
56.所述7偏心液流通道为原油进入井筒后的流动通道；
57.所述8下短节用于与下部油管或穿越式分层封隔器相连接；
58.所述10药剂通道用于将化学药剂引入5偏心工作腔内；410液控管线通过9npt接头
与10药剂通道相连，9npt接头通过螺纹连接固定在10药剂通道口处；
59.所述16电缆通道用于将408动力信号电缆引入5偏心工作腔内；408动力信号电缆通过19电缆接头与16电缆通道相连，19电缆接头通过螺纹连接固定在16电缆通道口处；
60.所述13电机密封筒固定在5偏心工作腔内，13电机密封筒内设置11电路板和12电机，所述11电路板与12电机相连，在接收到地面发出的开启或关闭指令时，驱动电机正转或反转，改变新型化学注采阀的开关状态；所述12电机与15丝杠相连，12电机工作时带动15丝杠旋转，推动14活塞在6活塞腔内上下移动；
61.所述17传液孔是406新型化学注采阀内外流体的流动通道，406新型化学注采阀内的化学药剂通过17传液孔进入油层段；油层段中流出的原油通过17传液孔进入406新型化学注采阀内；
62.本发明还提供一种基于上述海上稠油分层降粘冷采管柱的作业方法，包括以下步骤：
63.步骤一：根据套管尺寸，选择合适的通井规通井至井底，确保所有井下工具能够顺利入井；
64.步骤二：根据套管尺寸，选择合适的刮管器刮管至井底，并在射孔位置和封隔器坐封位置反复刮削3次以上，将射孔毛刺和坐封位置套管刮削干净，确保封隔器坐封牢靠；
65.步骤三：在地面对406新型化学注采阀进行开关测试，并根据生产需求设置好各级新型化学注采阀的开关，根据设计管柱组合和管柱深度依次下入407导向丝堵、406新型化学注采阀、405穿越式分层封隔器、404筛管、403电泵机组、402环空安全封隔器和401井下油管安全阀，各井下工具间均由409油管连接，408动力信号电缆和410 3/8in液控管线随同管柱一同下入，每根409油管上至少设置一个电缆保护器，防止408动力信号电缆和410液控管线在下井过程中挤毁；
66.步骤四：管柱到位后，地面打压坐封各级封隔器，装井口并进行降粘剂的注入和原油的生产；
67.步骤五：原油生产阶段，当所述406新型化学注采阀处于图1(a)状态时，药剂通道关闭、采油通道打开，新型化学注采阀处于原油生产状态，油层段流出的原油经过传液孔7偏心液流通道，并通过403潜油电泵机组举升至地面；
68.当需要将406新型化学注采阀调整为化学药剂注入状态时，由地面控制系统发出相应指令，指令通过408动力信号电缆传输至11电路板，11电路板接收到指令后，控制12电机开始运行，12电机带动15丝杠转动，15丝杠带动14活塞下行，当14活塞运行至如图1(b)状态时，新型化学注采阀药剂通道打开、采油通道关闭，进行注降粘剂焖井状态，地面注入的化学药剂通过410液控管线进入406新型化学注采阀，并顺着6活塞腔和17传液孔进入油层段，实现地面化学药剂的注入，该油层段进入注化学药剂焖井状态；当需要重新变回原油生产状态时，从地面控制系统发出相应指令，406新型化学注采阀调整为原油生产状态；
69.在原油生产过程中，可根据生产需要，调节各级新型化学注采阀的不同工作状态，实现各油层段交替注降粘剂焖井、交替分层采油的目的。
70.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本
发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
71.除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。