本发明涉及天然气开采领域，特别涉及一种同井回注工艺管柱及方法。
背景技术：
在天然气开采中，随着气藏压力和天然气流动速度的逐步降低，致使气藏中的产出水或凝析液不能随天然气流携带出井筒，从而滞留在井筒中，形成气田水。气田水聚集于井底，形成液柱，对气藏造成额外的静水回压，导致气井自喷能量持续下降，影响气井产量。因此，有必要对气田水进行处理。
现有技术通过下述方式对气田水进行处理：采用倒置的电潜泵将含气水(产出水或凝析液与天然气的混合物)在井下分离后，天然气通过套管采出，电潜泵将气田水注入产层以下地层。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
气田水注入产层以下地层变为边、底水，影响气井的采收率。且气井为含硫化氢气井时，天然气通过套管采出时其内的硫化氢对套管腐蚀较严重，影响井筒寿命和安全。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种同井回注工艺管柱及方法，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：
第一方面，提供了一种同井回注工艺管柱，包括倒置的电潜泵，自上而下顺次连接的油管、筛管，以及回注管段；
所述筛管的下端与所述电潜泵的上端连接；
所述油管的外壁设置有能使所述电潜泵的电缆穿过的可穿越式封隔器；
所述回注管段包括：内管与外管，所述内管的上端与所述电潜泵连通，下端封堵；
所述外管设置在所述内管的外部，所述外管与所述内管之间形成有上下连通的第一环形空间，所述外管的外壁上设置有上封隔器和下封隔器；
位于所述上封隔器与所述下封隔器之间的第一环形空间内沿径向设置有回注通道，用于使所述内管的内部与所述外管的外部连通。
在一种可能的设计中，所述内管的内部设置有单向阀；
所述单向阀设置在所述回注通道的上方，且，液体能够通过所述单向阀自上而下流通。
在一种可能的设计中，所述单向阀包括：阀座、阀球、弹簧；
所述阀座设置于所述内管的内壁上且位于所述回注通道的上方；
所述阀球位于所述阀座的下方；
所述弹簧位于所述阀球下方，且在释放状态下支撑所述阀球使所述阀球与所述阀座相抵。
在一种可能的设计中，所述上封隔器、所述下封隔器为可取式机械封隔器。
在一种可能的设计中，所述油管、所述回注管段均为高抗硫材质。
第二方面，提供了利用上述任一项所述的管柱进行同井回注的方法，其特征在于，所述方法包括：
在产层上方选定注水层的位置；
对所述注水层位置的套管进行射孔；
将所述同井回注工艺管柱下入所述套管内，使所述回注管段的底端位于所述产层的上方，且所述注水层位于所述上封隔器与所述下封隔器之间；
坐封所述上封隔器与所述下封隔器，然后坐封所述可穿越式封隔器，启动所述电潜泵；
所述产层中的含气水通过所述第一环形空间向上流动，进入所述电潜泵与所述套管之间的第二环形空间内，然后进入所述电潜泵发生气水分离；
分离后的天然气从所述电潜泵的上端排出，进入所述第二环形空间后经所述筛管进入所述油管内实现采气，分离后的气田水从所述电潜泵的下端进入所述内管，经所述回注通道流至所述外管的外部进入所述注水层。
在一种可能的设计中，所述注水层位置通过如下方法选定：
选取地层压力大于所述产层的压力，且小于全井筒静水柱压力的地层，作为所述注水层。
在一种可能的设计中，对所述注水层位置的所述套管进行射孔后，对射孔区域的所述套管内壁进行刮管、通井作业。
在一种可能的设计中，在坐封所述上封隔器与所述下封隔器之后，向所述套管与所述油管之间的环形空间内注入保护液，然后坐封所述可穿越式封隔器。
在一种可能的设计中，支撑所述阀球的弹簧弹力小于所述电潜泵的额定工作压力与所述阀座位置静液柱压力之和，且大于所述注水层的地层压力。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过本发明实施例提供的同井回注工艺管柱及方法，能够将天然气通过油管采出，气田水通过回注管段注入注水层，能够避免含硫化氢气体的天然气采出过程中对套管的腐蚀，提高井筒的使用寿命。且，注水层位于产层的上方，避免气田水注入到产层下方成为边、低水对产气效率的影响，提高气井产量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的同井回注工艺管柱结构示意图；
图2是本发明实施例提供的同井回注工艺管柱中回注管段的横截面图。
附图标记分别表示：
1-电潜泵，
2-油管，
201-可穿越式封隔器，
3-筛管，
4-回注管段，
5-上封隔器，
6-下封隔器，
7-回注通道，
8-单向阀，
801-阀座，
802-阀球，
803-弹簧，
i-第一环形空间，
ii-第二环形空间，
x-产层，
y-注水层，
z-套管。
具体实施方式
除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本发明实施例提供了一种同井回注工艺管柱，如附图1和附图2所示，包括倒置的电潜泵1，自上而下顺次连接在油管2、筛管3，以及回注管段4。
筛管3的下端与电潜泵1的上端连接；
油管2的外壁设置有能使电潜泵1的电缆穿过的可穿越式封隔器201；
回注管段4包括：内管401与外管402，内管401的上端与电潜泵1连通，下端封堵；
外管402相对设置在内管401的外部，外管402与内管401之间形成有上下连通的第一环形空间i，外管402的外壁上设置有上封隔器5和下封隔器6；
位于上封隔器5与下封隔器6之间的第一环形空间i内沿径向设置有回注通道7，用于使内管401的内部与外管402的外部连通。
以下对本发明实施例提供的同井回注工艺管柱的工作原理进行说明：
电潜泵1用于气液分离并为气田水的向下泵入提供压力，电潜泵1为本领域常见的，举例来说，贝克休斯深锤公司生产并销售的g12型号的电潜泵可以适用于本发明实施例。电潜泵1的内部有气水分离器，倒置的电潜泵1侧壁上设置有用于使含气液体进入电潜泵1内部的进液口，上端侧壁设置有排气口，下端中轴线位置还设置有泵液管，泵液管的管口在底面的中心。
应用时，首先选定注水层y的位置即，确定注水层y的深度。对注水层y位置的套管z进行射孔使套管z的内部与注水层y连通。
将同井回注工艺管柱下入套管z内，使回注管段4的底端位于产层x的上方，且注水层y位于上封隔器5与下封隔器6之间。坐封上封隔器5与下封隔器6，然后坐封可穿越式封隔器201，完成管柱下放工序。
采气时，产层x中的含气水通过第一环形空间i向上流动，经电潜泵1与套管z之间的第二环形空间ii进入电潜泵1，发生气水分离；
分离后的天然气从电潜泵1的上端排出，进入第二环形空间ii后经筛管3进入油管2，通过油管2流动到井口实现采气。内管401的内部与外管402的外部通过回注通道7连通，即，外管402与套管z之间的空间与内管401内的空间连通。气田水从电潜泵1下端的泵液管进入内管401，经回注通道7流至外管402的外部进入注水层y。
可见，通过本发明实施例提供的同井回注工艺管柱，能够将天然气通过油管2采出，气田水通过回注管段4注入注水层y，能够避免含硫化氢气体的天然气采出过程中对套管z的腐蚀，提高井筒的使用寿命。
其中，可穿越式封隔器201可以为哈里伯顿公司生产的mft可穿越封隔器。
若气井为生产中的气井，井筒内有原生产油管，下入同井回注工艺管柱之前，需要先起出原生产油管。若原生产油管通过永久式封隔器与套管形成坐封，无法顺利起出原生产油管时，需要切割永久式封隔器以上部分的原生产油管。下入同井回注工艺管柱时，使同井回注工艺管柱的下端位于永久式封隔器的上方即可。
第一环形空间i上下连通，能使含气水向上流通，且内管401内部与外管402的外部通过回注通道7连通。回注通道7可以为沿径向贯穿内管401与外管402的管道，该管道位于第一环形空间i内，作为气田水的回注路径，且不对含气水在第一环形空间i内的向上流动造成干扰。回注通道7的数量可以为多个，提高气田水回注的效率。
本发明实施例中，为了避免注水层y中液体倒流对气田水的回注造成干扰，如附图1所示，内管401的内部设置有单向阀8；
单向阀8设置在回注通道7的上方，且，液体能够通过单向阀8自上而下流通。
通过设置单向阀8，气田水能够从单向阀8处流通，向下回注进入注水层y。注水层y中的液体倒流时，无法通过单向阀8，避免注水层y的液体倒流对气田水的回注造成干扰，提高回注效率。
对于单向阀8的结构，以下进行示例说明：
如附图1所示，单向阀8包括：阀座801、阀球802、弹簧803；
阀座801设置于内管401的内壁上且位于回注通道7的上方；
阀球802位于阀座801的下方；
弹簧803位于阀球802的下方，并在释放状态下支撑阀球802使阀球802与阀座801相抵。
阀球802通过弹簧803支撑与阀座801相抵，在无外力情况下形成封堵，单向阀8关闭。气田水向下泵入时，向下的压力能够推动阀球802向下移动，单向阀8打开，气田水能够完成回注。注水层y中的液体若要通过回注通道7倒流时，向上的压力推动阀球802与阀座801密封相抵，液体无法倒流。
其中，阀座801可以为设置在内管401内壁的圆形环片，且，圆形环片的内径小于阀球802的直径。阀座801还可以为设置在内管401内壁的漏斗状的变径结构，且，变径结构的最小直径大于阀球802的直径。
本发明实施例中，上封隔器5、下封隔器6为可取式机械封隔器。可取式机械封隔器通过上提、下方即可完成坐封，操作简单，能够降低劳动强度。
可取式机械封隔器为本领域常见的，举例来说，上海沪贡泵阀制造有限公司生产的y111可取式机械封隔器可应用于本发明实施例。
本发明实施例中，天然气通过油管2采出，回注管段4用于含气水的向上流通以及气田水的回注，油管2、回注管段4均为高抗硫材质。如此设置，减少含硫化氢气井中的硫化氢气体对油管2以及回注管段4的腐蚀，提高同井回注工艺管柱的使用寿命。
高抗硫材质可以为inc840不锈钢。
第二方面，本发明实施例提供了利用上述任一项所述的同井回注工艺管柱进行同井回注的方法，该方法包括：
在产层x上方选定注水层y的位置。
对注水层y位置的套管z进行射孔。
将同井回注工艺管柱下入套管z内，使回注管段4的底端位于产层x的上方，且注水层y位于上封隔器5与下封隔器6之间。
坐封上封隔器5与下封隔器6，然后坐封可穿越式封隔器201，启动电潜泵1。
产层x中的含气水通过第一环形空间i向上流动，进入电潜泵1与套管z之间的第二环形空间ii内，然后进入电潜泵1发生气水分离。
分离后的天然气从电潜泵1的上端排出，进入第二环形空间ii后经筛管3进入油管2内实现采气，气田水从电潜泵1的下端进入内管401，经回注通道7流至外管402的外部进入注水层y。
应用时，首先选定注水层y的位置(即，确定注水层y的深度)。对注水层y位置的套管z进行射孔使套管z与注水层y连通。
将同井回注工艺管柱下入套管z内，使回注管段4的底端位于产层x的上方，且注水层y位于上封隔器5与下封隔器6之间。坐封上封隔器5与下封隔器6，然后坐封可穿越式封隔器201，完成管柱下放工序。
采气时，产层x中的含气水通过第一环形空间i向上流动，经电潜泵1与套管z之间的第二环形空间ii进入电潜泵1，发生气水分离；
分离后的天然气从电潜泵1的上端排出，进入第二环形空间ii后经筛管3进入油管2内实现采气。气田水从电潜泵1下端的泵液管进入内管401，向下流动并经回注通道7流至外管402的外部进入注水层y。
可见，通过本发明实施例提供的同井回注方法，能够将天然气通过油管2采出，气田水通过回注管段4注入注水层y，能够避免含硫化氢气体的天然气采出过程中对套管z的腐蚀，提高井筒的使用寿命。且，注水层y位于产层x的上方，避免气田水注入到产层x下方成为边、低水对产气效率的影响，提高气井产量。
对于如何选定注水层y位置，以下进行说明：
选取地层压力小于产层x的压力、大于全井筒静水柱压力的地层，作为注水层y。
地层的全井筒静水柱压力，是指井筒中充满水柱时，该地层所在深度的水柱压力。其计算方法为：气田水的密度乘以重力系数乘以该地层的深度。
如此选取，一方面，注水层y的压力小于产层x的压力，使注水层y位于产层x的上方。另一方面，注水层y的压力大于全井筒静水柱压力，下入管柱，完成坐封之前，注水层y的液体能够向上流动充满电潜泵1与套管z之间的第二环形空间ii，对电潜泵1起保护作用，避免电潜泵1运转时处于无水环境发生烧坏现象。
本发明实施例中，对注水层y位置的套管z进行射孔后，对射孔区域的套管z内壁进行刮管、通井作业。通过刮管、通井作业，避免套管z上射出的孔被泥沙堵塞，保障回注的顺利进行。
本发明实施例提供的同井回注工艺方法还包括：坐封上封隔器5与下封隔器6之后，向套管z与油管2之间的环形空间内注入保护液，然后坐封可穿越式封隔器201。
如此操作，使保护液充满油管2与套管z之间的环形空间内，既能将油管2与套管z之间的环形空间内的泥浆驱替出来，又能对套管z和油管2起保护作用，减少硫化氢气体对套管z以及油管2的腐蚀，提高使用寿命。
注入保护液时，保护液充满油管2与套管z之间的环形空间后，会通过筛管3进入油管2，在油管2的管口观察到溢出的保护液时，说明保护液已经充满油管2与套管z之间的环形空间，可以停止注入保护液。注入保护液的过程可以称为向油管2与套管z之间的环形空间反替保护液。
保护液为本领域常见的环空保护液，举例来说，成都能特科技发展有限公司生产并销售的ct2-19c型号的环空保护液可以适用于本发明实施例。
单向阀8通过弹簧803支撑阀球802与阀座801相抵实现液体的单向流动，对于弹簧803的弹力，以下进行说明：
支撑阀球802的弹簧803的弹力小于电潜泵1的额定工作压力与阀座801位置静液柱压力之和，大于注水层y的地层压力。
支撑阀球802的弹簧803弹力小于电潜泵1的额定工作压力与阀座801位置静液柱压力之和，使电潜泵1运转时，气田水能够顶开阀球802，完成回注。支撑阀球802的弹簧803弹力大于注水层y的地层压力，回注结束后，被向下挤压的阀球802能够在弹簧803的弹力下向上移动，与阀座801相抵，关闭单向阀8。
以下根据现场气井的生产数据对本发明进行进一步说明：
某含硫化氢气井垂深4500m，产层x压力70mpa，井口油压30mpa，日产水200m3/d，日产气6×104m3/d，天然气中硫化氢含量8g/m。井内原生产油管采用外径88.9mm的高抗硫碳钢油管，并利用永久式封隔器完井，永久式封隔器坐封位置在4400m处。
步骤一，起出原生产油管：利用连续油管带油管射孔枪在4390m处射穿原生产油管，起出永久式封隔器以上部分的原生产油管。
步骤二，确定注水层y的位置：确定3600m的地层压力50mpa，作为注水层y，下射孔枪在3600m处对套管z进行射孔，射厚2m，使套管z内部与注水层y连通。
步骤三，刮管通井：在回注管段4对应位置的上下50m处和可穿越式封隔器201对应位置上下50m处刮管三次，清洁套管z内壁便于坐封。
步骤四，下入同井回注工艺管柱：油管2内径为88.9mm，可穿越式封隔器201的坐封压力为70mpa，电潜泵1的工作压力为40mpa。上封隔器5、下封隔器6分别位于3580m、3620m处，回注管段4的底端位于4380m。弹簧803弹力为55mpa。
步骤五，坐封上封隔器5、下封隔器6。
步骤六，通过油管2和套管z之间的环形空间反替清水和环空保护液，使油管2与套管z之间的环形空间充满环空保护液。
步骤七，坐封可穿越式封隔器201，并在井口安装采油设备与油管2管口连通。
步骤八，通过电缆启动电潜泵1，气井进入正常生产阶段。
实施效果：该井生产井口油压52mpa，日产气42×104m3/d。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，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。