一种分层压驱工艺管柱及方法与流程

1.本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种分层压驱工艺管柱及方法。

背景技术：

2.在低渗透油藏、特低渗油藏开发中，由于储层物性差，普遍存在“注不进、采不出”，油水井无法建立有效驱替，油井产能递减快等开发难题，导致这类油藏难以得到有效动用与长效开采。针对该类油藏地层能量补充的难题，胜利等油田颠覆过去注水开发“不能超过地层破裂压力注水”的认知，开展压驱注水技术矿场试验，把水力压裂与注水结合起来，通过大排量、高压力，进行压裂造缝，温敏诱缝，增大孔喉，实现短期连续泵注大量水，用关井、闷井、压力驱散的压驱注水工技术，增加地层能量，提高生产压差及油井产能，同时提高波及系数和驱油效率，进而为井组对应油井提供了有效驱替能量，提高区块油藏采收率，取得了良好的应用效果。
3.中国专利申请号为cn2021107886051，专利名称为《一种压驱注入器及使用管柱以及多轮次分层压驱方法》，其提出了一种投可溶球或球杆打开，弹簧自动复位关闭的压驱注入阀，并配套使用管柱，说明了利用该压驱注入阀实现分层压驱与多轮次压驱注入的方法。但该技术在应用中存在以下问题：
①
采用投可溶球进行注入阀开关，并满足后续长时间持续压驱注入；在复杂多变的井况条件下，具备承高压密封、且可溶时间随井、随温度、随单井设计注入量等条件下，溶解时间随意可控的可溶球，实施难度大；
②
若采用投球杆，然后采用钢丝作业，打捞球杆，在高压压驱注水的条件下，进行钢丝作业，作业不便，且风险高；
③
采用弹簧复位关闭，压驱注水阀弹簧持续受压，在长期、大排量、高压注水的条件下，弹簧易疲劳损坏，以及注入流体在弹簧压差的作用下节流刺坏驱注入阀。针对现场需要的更多层、多轮次且长效、便捷、安全的压驱技术需求，本技术提出一种分层压驱工艺管柱及方法。

技术实现要素：

4.本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种分层压驱工艺管柱及方法，在封隔器分层的基础上，通过投对应尺寸的可溶球，可实现对井下各层压驱阀的开关，既满足各层分层、独立的压驱注入，又便于在高压注入下的安全、便捷操作。
5.本发明提到的一种分层压驱工艺管柱，其技术方案是：包括补偿器（2）、水力卡瓦（3）、上封隔器（4）、上注入阀（5）、中封隔器（7）、中注入阀（8）、下封隔器（10）、下注入阀（11）、单流阀（13）、导向头（14），所述补偿器（2）的两端连接油管（1），补偿器（2）下端的油管（1）通过水力卡瓦（3）安装卡在套管（15）内壁，所述油管（1）下部通过设置的上封隔器（4）、中封隔器（7）和下封隔器（10）分隔出上油层（6）、中油层（9）和下油层（12），在上油层（6）的油管（1）上连接上注入阀（5），中油层（9）的油管（1）上连接中注入阀（8），下油层（12）的油管（1）上连接下注入阀（11），在油管（1）的最下端设有单流阀（13）和导向头（14），在上封隔器（4）、中封隔器（7）和下封隔器（10）分层的基础上，通过投对应尺寸的可溶球，实现对井下的上注入阀（5）、中注入阀（8）和下注入阀（11）的开关，满足各油层分层、独立的压驱注入。
6.优选的，上述的下注入阀（11）包括第一关门活塞（11.1）、第一滑套（11.2）和第一阀体（11.3），所述第一阀体（11.3）的下侧设有第一阀体注水孔（11.3.1），内腔下侧设有第一滑套（11.2），第一滑套（11.2）的中部设有第一滑套注水孔（11.2.1），第一滑套注水孔（11.2.1）的下侧设有第一可溶球座（11.2.2），在投入第一可溶球（16）坐在第一可溶球座（11.2.2）后，第一滑套（11.2）下移，使第一滑套注水孔（11.2.1）与第一阀体注水孔（11.3.1）对应连通，油管（1）内的液体可在高压下注入到下油层（12）。
7.优选的，上述的第一滑套（11.2）的上部安设第一上固定套（11.4），所述第一上固定套（11.4）的下部设有第一上固定套可溶球座（11.4.1），用于承接第二可溶球（17），在第一上固定套（11.4）的中下部设有第一开启孔（11.4.2）；所述第一上固定套（11.4）与第一阀体（11.3）之间安装第一关门活塞（11.1），所述第一关门活塞（11.1）的下端外台阶（11.1.1）与第一滑套（11.2）上端设有的台阶（11.2.3）接触配合，第一关门活塞（11.1）的上端外台阶（11.1.2）位于第一开启孔（11.4.2）的上侧；在投入第二可溶球（17）后，油管（1）内的液体在高压下通过第一开启孔（11.4.2）推动第一关门活塞（11.1）向上移动，此时，第一关门活塞（11.1）的下端外台阶（11.1.1）接触到第一滑套（11.2）上端设有的台阶（11.2.3），从而将第一滑套（11.2）向上提起一段距离。
8.优选的，上述的第一上固定套（11.4）与第一关门活塞（11.1）之间设有密封圈，所述的第一滑套（11.2）与第一阀体（11.3）的内壁之间设有密封圈。
9.优选的，上述的中注入阀（8）内可投入第三可溶球（18）和第四可溶球（19），所述的下注入阀（11）内可投入第一可溶球（16）和第二可溶球（17）。
10.优选的，上述的第一可溶球（16）、第二可溶球（17）、第三可溶球（18）、第四可溶球（19）、第五可溶球（20）和第六可溶球（21）的外径依次增大。
11.本发明提到的分层压驱工艺管柱的使用方法，包括以下过程：（1）水力卡瓦与封隔器坐封：分层压驱工艺管柱下入设计位置后，从油管（1）内打压，上封隔器（4）、中封隔器（7）和下封隔器（10）在液压作用下坐封，将整个油层有效封隔分成三层；水力卡瓦（3）在液压作用下坐卡，锚定整个管柱，防止高压注水或停注工况转换条件下，管柱受压伸长、鼓胀以及蠕动工况下的管柱锚定，保障上封隔器（4）、中封隔器（7）和下封隔器（10）长效；（2）分层压驱注水：
①
下层压驱注入：从油管（1）内投入第一可溶球（16），第一可溶球（16）沉到下注入阀（11）的第一滑套（11.2）的第一可溶球座（11.2.2）处，从油管（1）内打压，滑套与第一可溶球（16）受压下行，打开注入通道，使第一滑套注水孔（11.2.1）与第一阀体注水孔（11.3.1）对应连通，对下油层（12）进行高压、大排量压驱注水；此时，整个管柱只有下注入阀（11）一个通道，并且，不需要第一可溶球（16）长期承压，第一可溶球（16）溶化消失后，也能继续进行高压、大排量压驱注水；
②
下注入阀（11）关闭：从油管（1）内投入第二可溶球（17），第二可溶球（17）沉降到下注入阀（11）的第一上固定套可溶球座（11.4.1）处，从油管（1）内打压，油管（1）内的液体在高压下通过第一开启孔（11.4.2）推动第一关门活塞（11.1）向上移动，此时，第一关门活塞（11.1）的下端外台阶（11.1.1）接触到第一滑套（11.2）上端设有的台阶（11.2.3），从而将第一滑套（11.2）向上提起一段距离，实现下注入阀（11）的关闭，所述第二可溶球（17）一段
时间后自行溶解消失；
③
下注入阀（11）关闭后，可以焖井，或者重复按上述步骤，对中油层（9）进行压驱注入；中油层（9）完成压驱注入后，可以焖井，或者重复按上述步骤，再进行上油层（6）的压驱注入。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：（1）该工艺管柱可实现3层及3层以上的更多层、自下而上分层压驱注水，或者任意一层独立压驱注水，且满足多轮次、长期高压压驱注水；（2）通过分别投入与注入阀尺寸匹配的可溶球，打压控制各油层对应的注入阀的开启或关闭，阀的开启与关闭不需要额外的钢丝带压作业，施工简洁便利，风险低；此外，可以对任意一个注入阀独立操作，操作简单便捷，且注入阀无压差节流，满足长期注入；（3）工艺管柱采用水力卡瓦、补偿器与耐高压封隔器，确保在复杂的井况条件下，分层长效、可靠。
附图说明
13.图1是本发明的整体结构示意图；图2是水力卡瓦与封隔器坐封的整体结构示意图；图3是下层注入阀打开与注水的整体结构示意图；图4是下层可溶球融化时压驱注水的整体结构示意图；图5是下层注入阀关闭的整体结构示意图；图6是下层注入阀开启后的局部结构示意图；图7是下层注入阀关闭后的局部结构示意图；上图中：油管1、补偿器2、水力卡瓦3、上封隔器4、上注入阀5、上油层6、中封隔器7、中注入阀8、中油层9、下封隔器10、下注入阀11、下油层12、单流阀13、导向头14、套管15、第一可溶球16、第二可溶球17、第三可溶球18、第四可溶球19、第五可溶球20、第六可溶球21，第一关门活塞11.1、第一滑套11.2、第一阀体11.3、下端外台阶11.1.1、上端外台阶11.1.2、第一滑套注水孔11.2.1、第一可溶球座11.2.2、台阶11.2.3、第一阀体注水孔11.3.1、第一上固定套可溶球座11.4.1、第一开启孔11.4.2。
具体实施方式
14.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
15.实施例1，参照图1，本发明提到的一种分层压驱工艺管柱，包括补偿器2、水力卡瓦3、上封隔器4、上注入阀5、中封隔器7、中注入阀8、下封隔器10、下注入阀11、单流阀13、导向头14，所述补偿器2的两端连接油管1，补偿器2下端的油管1通过水力卡瓦3安装卡在套管15内壁，所述油管1下部通过设置的上封隔器4、中封隔器7和下封隔器10分隔出上油层6、中油层9和下油层12，在上油层6的油管1上连接上注入阀5，中油层9的油管1上连接中注入阀8，下油层12的油管1上连接下注入阀11，在油管1的最下端设有单流阀13和导向头14，在上封隔器4、中封隔器7和下封隔器10分层的基础上，通过投对应尺寸的可溶球，实现对井下的上注入阀5、中注入阀8和下注入阀11的开关，满足各油层分层、独立的压驱注入。
16.参照图6和图7，本发明的下注入阀11包括第一关门活塞11.1、第一滑套11.2和第一阀体11.3，所述第一阀体11.3的下侧设有第一阀体注水孔11.3.1，内腔下侧设有第一滑套11.2，第一滑套11.2的中部设有第一滑套注水孔11.2.1，第一滑套注水孔11.2.1的下侧设有第一可溶球座11.2.2，在投入第一可溶球16坐在第一可溶球座11.2.2后，第一滑套11.2下移，使第一滑套注水孔11.2.1与第一阀体注水孔11.3.1对应连通，油管1内的液体可在高压下注入到下油层12。
17.其中，上述的第一滑套11.2的上部安设第一上固定套11.4，所述第一上固定套11.4的下部设有第一上固定套可溶球座11.4.1，用于承接第二可溶球17，在第一上固定套11.4的中下部设有第一开启孔11.4.2；所述第一上固定套11.4与第一阀体11.3之间安装第一关门活塞11.1，所述第一关门活塞11.1的下端外台阶11.1.1与第一滑套11.2上端设有的台阶11.2.3接触配合，第一关门活塞11.1的上端外台阶11.1.2位于第一开启孔11.4.2的上侧；在投入第二可溶球17后，油管1内的液体在高压下通过第一开启孔11.4.2推动第一关门活塞11.1向上移动，此时，第一关门活塞11.1的下端外台阶11.1.1接触到第一滑套11.2上端设有的台阶11.2.3，从而将第一滑套11.2向上提起一段距离。
18.优选的，上述的第一上固定套11.4与第一关门活塞11.1之间设有密封圈，所述的第一滑套11.2与第一阀体11.3的内壁之间设有密封圈。
19.优选的，上述的中注入阀8内可投入第三可溶球18和第四可溶球19，所述的下注入阀11内可投入第一可溶球16和第二可溶球17。
20.优选的，上述的第一可溶球16、第二可溶球17、第三可溶球18、第四可溶球19、第五可溶球20和第六可溶球21的外径依次增大，这样可以根据需要向下投入可溶球。
21.另外，还需要说明的是：补偿器2、水力卡瓦3为现有技术，不再详述。
22.本发明提到的分层压驱工艺管柱的使用方法，包括以下过程：1水力卡瓦与封隔器坐封：分层压驱工艺管柱下入设计位置后，从油管1内打压，上封隔器4、中封隔器7和下封隔器10在液压作用下坐封，将整个油层有效封隔分成三层；水力卡瓦3在液压作用下坐卡，锚定整个管柱，防止高压注水或停注工况转换条件下，管柱受压伸长、鼓胀以及蠕动工况下的管柱锚定，保障上封隔器4、中封隔器7和下封隔器10长效；2分层压驱注水：
①
下层压驱注入：从油管1内投入第一可溶球16，第一可溶球16沉到下注入阀11的第一滑套11.2的第一可溶球座11.2.2处，从油管1内打压，滑套与第一可溶球16受压下行，打开注入通道，使第一滑套注水孔11.2.1与第一阀体注水孔11.3.1对应连通，对下油层12进行高压、大排量压驱注水；此时，整个管柱只有下注入阀11一个通道，并且，不需要第一可溶球16长期承压，第一可溶球16溶化消失后，也能继续进行高压、大排量压驱注水；
②
下注入阀11关闭：从油管1内投入第二可溶球17，第二可溶球17沉降到下注入阀11的第一上固定套可溶球座11.4.1处，从油管1内打压，油管1内的液体在高压下通过第一开启孔11.4.2推动第一关门活塞11.1向上移动，此时，第一关门活塞11.1的下端外台阶11.1.1接触到第一滑套11.2上端设有的台阶11.2.3，从而将第一滑套11.2向上提起一段距离，实现下注入阀11的关闭，所述第二可溶球17一段时间后自行溶解消失；
③
下注入阀11关闭后，可以焖井，或者重复按上述步骤，对中油层9进行压驱注入；
中油层9完成压驱注入后，可以焖井，或者重复按上述步骤，再进行上油层6的压驱注入。
23.实施例2，本发明提到的一种分层压驱工艺管柱，与实施例1不同之处是：可以采用两层，封隔器和注入阀分别采用两组就可以完成，可以实现自下而上的分层压驱注水。
24.以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。

技术特征：

1.一种分层压驱工艺管柱，其特征是：包括补偿器（2）、水力卡瓦（3）、上封隔器（4）、上注入阀（5）、中封隔器（7）、中注入阀（8）、下封隔器（10）、下注入阀（11）、单流阀（13）、导向头（14），所述补偿器（2）的两端连接油管（1），补偿器（2）下端的油管（1）通过水力卡瓦（3）安装卡在套管（15）内壁，所述油管（1）下部通过设置的上封隔器（4）、中封隔器（7）和下封隔器（10）分隔出上油层（6）、中油层（9）和下油层（12），在上油层（6）的油管（1）上连接上注入阀（5），中油层（9）的油管（1）上连接中注入阀（8），下油层（12）的油管（1）上连接下注入阀（11），在油管（1）的最下端设有单流阀（13）和导向头（14），在上封隔器（4）、中封隔器（7）和下封隔器（10）分层的基础上，通过投对应尺寸的可溶球，实现对井下的上注入阀（5）、中注入阀（8）和下注入阀（11）的开关，满足各油层分层、独立的压驱注入。2.根据权利要求1所述的分层压驱工艺管柱，其特征是：所述的下注入阀（11）包括第一关门活塞（11.1）、第一滑套（11.2）和第一阀体（11.3），所述第一阀体（11.3）的下侧设有第一阀体注水孔（11.3.1），内腔下侧设有第一滑套（11.2），第一滑套（11.2）的中部设有第一滑套注水孔（11.2.1），第一滑套注水孔（11.2.1）的下侧设有第一可溶球座（11.2.2），在投入第一可溶球（16）坐在第一可溶球座（11.2.2）后，第一滑套（11.2）下移，使第一滑套注水孔（11.2.1）与第一阀体注水孔（11.3.1）对应连通，油管（1）内的液体可在高压下注入到下油层（12）。3.根据权利要求2所述的分层压驱工艺管柱，其特征是：所述的第一滑套（11.2）的上部安设第一上固定套（11.4），所述第一上固定套（11.4）的下部设有第一上固定套可溶球座（11.4.1），用于承接第二可溶球（17），在第一上固定套（11.4）的中下部设有第一开启孔（11.4.2）；所述第一上固定套（11.4）与第一阀体（11.3）之间安装第一关门活塞（11.1），所述第一关门活塞（11.1）的下端外台阶（11.1.1）与第一滑套（11.2）上端设有的台阶（11.2.3）接触配合，第一关门活塞（11.1）的上端外台阶（11.1.2）位于第一开启孔（11.4.2）的上侧；在投入第二可溶球（17）后，油管（1）内的液体在高压下通过第一开启孔（11.4.2）推动第一关门活塞（11.1）向上移动，此时，第一关门活塞（11.1）的下端外台阶（11.1.1）接触到第一滑套（11.2）上端设有的台阶（11.2.3），从而将第一滑套（11.2）向上提起一段距离。4.根据权利要求3所述的分层压驱工艺管柱，其特征是：所述的第一上固定套（11.4）与第一关门活塞（11.1）之间设有密封圈，所述的第一滑套（11.2）与第一阀体（11.3）的内壁之间设有密封圈。5.根据权利要求4所述的分层压驱工艺管柱，其特征是：所述的中注入阀（8）内可投入第三可溶球（18）和第四可溶球（19），所述的下注入阀（11）内可投入第一可溶球（16）和第二可溶球（17）。6.根据权利要求5所述的分层压驱工艺管柱，其特征是：所述的第一可溶球（16）、第二可溶球（17）、第三可溶球（18）、第四可溶球（19）、第五可溶球（20）和第六可溶球（21）的外径依次增大。7.一种如权利要求1-6中任一项所述的分层压驱工艺管柱的使用方法，其特征是：包括以下过程：（1）水力卡瓦与封隔器坐封：分层压驱工艺管柱下入设计位置后，从油管（1）内打压，上封隔器（4）、中封隔器（7）和下封隔器（10）在液压作用下坐封，将整个油层有效封隔分成三层；水力卡瓦（3）在液压作用
下坐卡，锚定整个管柱，防止高压注水或停注工况转换条件下，管柱受压伸长、鼓胀以及蠕动工况下的管柱锚定，保障上封隔器（4）、中封隔器（7）和下封隔器（10）长效；（2）分层压驱注水
①
下层压驱注入：从油管（1）内投入第一可溶球（16），第一可溶球（16）沉到下注入阀（11）的第一滑套（11.2）的第一可溶球座（11.2.2）处，从油管（1）内打压，滑套与第一可溶球（16）受压下行，打开注入通道，使第一滑套注水孔（11.2.1）与第一阀体注水孔（11.3.1）对应连通，对下油层（12）进行高压、大排量压驱注水；此时，整个管柱只有下注入阀（11）一个通道，并且，不需要第一可溶球（16）长期承压，第一可溶球（16）溶化消失后，也能继续进行高压、大排量压驱注水；
②
下注入阀（11）关闭：从油管（1）内投入第二可溶球（17），第二可溶球（17）沉降到下注入阀（11）的第一上固定套可溶球座（11.4.1）处，从油管（1）内打压，油管（1）内的液体在高压下通过第一开启孔（11.4.2）推动第一关门活塞（11.1）向上移动，此时，第一关门活塞（11.1）的下端外台阶（11.1.1）接触到第一滑套（11.2）上端设有的台阶（11.2.3），从而将第一滑套（11.2）向上提起一段距离，实现下注入阀（11）的关闭，所述第二可溶球（17）一段时间后自行溶解消失；
③
下注入阀（11）关闭后，可以焖井，或者重复按上述步骤，对中油层（9）进行压驱注入；中油层（9）完成压驱注入后，可以焖井，或者重复按上述步骤，再进行上油层（6）的压驱注入。

技术总结

本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种分层压驱工艺管柱及方法。技术方案是：包括补偿器、水力卡瓦、上封隔器、上注入阀、中封隔器、中注入阀、下封隔器、下注入阀、单流阀、导向头，补偿器的两端连接油管，补偿器下端的油管通过水力卡瓦安装卡在套管内壁，在上油层的油管上连接上注入阀，中油层的油管上连接中注入阀，下油层的油管上连接下注入阀，在油管的最下端设有单流阀和导向头。本发明的有益效果是：本发明在封隔器分层的基础上，通过投对应尺寸的可溶球，可实现对井下各层压驱阀的开关，既满足各层分层、独立的压驱注入，又便于在高压注入下的安全、便捷操作；同时，为提高高压注入下管柱的使用寿命，采用锚定、补偿工具。补偿工具。补偿工具。

技术研发人员：

马爱民 刘进财 陈冠羽 陈冠合 辛雪凝 郑伟娟 赵景志

受保护的技术使用者：

山东大东联石油设备有限公司

技术研发日：

2022.08.29

技术公布日：

2022/11/8