专利名称：倾置器节流装置及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种倾置器节流装置及其施工方法，特别涉及装设于流体倾置器上作为节流装置，调节控制流体流出的速率，于油气井堵水作业时，可控制水泥或液态树脂自倾置器流出的速率，使得水泥或液态树脂能够完整凝固封住欲封闭的区段。
背景技术：
油气井在生产过程中，其生产的地层内存在着气、油及水，气及油的比重比水低，因此会浮在水上，当油气生产至一定量时，地层内的水会渐渐上升接近生产井的穿孔区间，使水容易进入生产井内。
一般气井出水原因，是于生产区间含有高渗透率次层，致使提早被边际水贯穿，或是生产层含有垂直裂缝或断层，底部地层水由裂缝或断层流入上部生产层，或是设于井内的套管、填塞器有裂缝，套管水泥封固不良等原因，都会导致地层水渗透进入生产井，使得在生产过程中，或因气、水界面上升引发水锥现象，导致伴产水量增高而停产，故要将其完整封闭，避免水上升至井内影响其他区段的生产。
已出水的砾石填充生产井，因筛管外与井壁间的砾石层具有非常高的渗透率，且于生产区间未设置套管，因此不能采用机械式的桥塞器，亦无法以热膨胀式的塑料衬套封塞气、水界面下的穿孔区间，使生产井回复生产。
传统桥塞器仅能设置于筛管内，对筛管的小环孔及筛管外的砾石层并无封堵作用，不能阻止地层水继续流入井内；同样地热膨胀式塑料衬套也仅能设置于筛管内，传统以挠曲油管泵注凝胶于砾石填充生产井内，则因筛管的小环孔及筛管外砾石层的高渗透率，泵送时凝胶势必将流过整个砾石层内，而不会仅进入出水生产层内。
至于在井底置放传统G级或H级的水泥乳，则因其水泥颗粒粗不易通过筛管流入砾石层内，而不可行。因此砾石填充生产井如底部出水，仅能任令伴产水持续增加，直至伴产水无法处理或不具经济价值后停产，或任令伴产水于油管内聚积，直至自然停产。
对于砾石填充生产井，一般堵水所采用的方法不外是以热固型树脂或以细粒水泥乳段封出水的生产层，且以酚醛树脂占绝大部分。但以热固型树脂堵水，在井底差压超过50psi的情况下地层水会有穿透砾石层与井壁间的接合处的现象，使堵水效果大受影响。至于水泥亦有所限制，必须是超细颗粒的水泥才可以流入砾石层中，填满砾石层的孔隙，固结后达到封堵出水层的效果。
传统砾石填充生产井的堵水通常是以倾置器装载树脂或水泥，倾置器为一圆柱形容器，利用缆线下垂至井底(或欲处理的深度)，由地面发送信号将之开启，释放内装的树脂或水泥乳，通过树脂或水泥乳与地层水的比重差，使的流入环孔的砾石层，待其固化后达到封堵出水的目的。
但现有以流体倾置器释放水泥的方式，其流出的速率无法控制，当倾置器底端的开口一开启，容置的水泥便顺势流出与水混合，造成水泥的浓度过低，以致无法有效凝固，而不能彻底将欲封闭的区段封闭，水会由未彻底封闭的砾石层向上爬升，导致堵水效果不甚理想，影响其他生产区段的采收。
若进行倾置作业时井内管处于有水状态，水泥乳释放速度将会严重影响其与水混溶的程度，直接影响水泥乳是否能维持一定的浓度。释放速度快，水泥乳与水混溶遭稀释的程度就高，水泥乳很可能无法固化，失去封堵作用，此种现象可在实验室中观察到；反之，若可控制速度，使水泥乳缓慢释放，则水泥乳被稀释的情况可大幅改善。
发明内容
本发明的主要目的，旨在提供一种倾置器节流装置及其施工方法，通过调节套筒与衬套的距离，使套筒与衬套内部产生一流通空间，控制所述流通空间大小，得以控制流体流通速率，有助于施工时，经由设定流速使释放出的水泥能在待封闭区段形成完整的凝固堵水功能。
本发明的次一目的，旨在提供一种倾置器节流装置及其施工方法，透过调整流体流出速率，可精确控制水泥慢慢渗入砾石层内，并凝固将欲封闭的区段封闭，使施工过程更加顺利。
为达上述的目的，本发明为一种倾置器节流装置及其施工方法，是将一节流装置组接于一流体倾置器，上述节流装置以可调整的流出间隙设定流速，将流体装载于上述流体倾置器内，并以高架工作台悬吊上述流体倾置器向下垂放至地层中欲封闭的区段，待到达欲封闭的区段时将上述流体倾置器开口开启，使内装的流体依设定流速由上述节流装置流出而先聚积在封闭区段内，通过密度差异，流体将慢慢渗入砾石层，到达砾石层内边缘，流体开始凝固硬化，使所述区段形成可靠的封闭区段。
其中，上述节流装置设置于流体倾置器底端底鼻处；上述流体可为水泥或液态树脂。
于较佳实施例中，本发明提供一种用于控制倾置器流速的节流装置，包含一套筒及一衬套，所述套筒为一中空套管，其上端为一组接端，下端为一流出端，上述组接端设有一组接结构，于套筒内部组接端及流出端之间形成一环锥面；上述衬套组接于套筒组接端，又所述衬套亦为一中空管体，其上端设有一结合部，其下端设有一配合上述组接结构的接合部，于衬套底端延伸一凸出设定长度的接触端，所述接触端环设多数径向孔洞，其底缘设有与上述套筒的环锥面相配合的导锥斜面，调整上述套筒环锥面与衬套导锥斜面间的距离而形成不同大小流通空间。
其中，衬套上端的结合部依所组接的倾置器底部设计为一内螺纹结构，亦可为一外螺纹结构，或其他组接方式的结构。
于本实施例中，套筒上端的组接结构为一内螺纹，其相配接衬套的接合部为一外螺纹，使两者得以互相组接并旋转调整相间距离。
在一可行实施例中，上述套筒的流出端孔径略小于组接端。
于一较佳实施例中，上述套筒组接结构及衬套接合部设计为一相配合的卡笋结构，组接结构设为多处孔洞，接合部设计为相对应上述孔洞的可供按压的卡固件。
图1显示将施工设备垂放入油井中的施工状态示意图；图2显示图1水泥开始自倾置器流出示意图；图3显示图2水泥以设定速率进入筛管并进一步渗入砾石层的示意图；图4是水泥流入砾石层凝固封闭的示意图；
图5是本发明节流装置较佳实施例的立体分解图；图6是图2的大流速流动状态剖视图；图7是本发明的最小流速流动状态剖视图；图8是本发明装设于底鼻下端示意图；图9是图8的立体分解图。
附图标记说明1节流装置；10套筒；11组接结构；12环锥面；13止檔部；20衬套；21结合部；22接合部；23接触端；24径向孔洞；25导锥斜面；30垫圈；40底鼻；50流体倾置器；60水泥；70筛管；80砾石层。
具体实施例方式
为能更进一步对本发明的构造、使用及其特征有更深一层、明确、详实的认识与了解，现举出较佳的实施例，配合图式详细说明如下首先请参阅图1至图4所示，本发明为一种倾置器节流装置及其施工方法，所述施工方法包含预先量测井内的各项数据(封闭区段位置、温度及压力等)，再计算出预设的流体流速，调配水泥乳并检验粘度符合标准，依设定流速调整节流装置1，接着，将节流装置1组接于流体倾置器50底鼻40，将水泥60装载至流体倾置器50内，并以高架工作台悬吊流体倾置器50慢慢垂放至地层中欲封闭的区段，下井时注意避免碰撞，到达定点后，控制流体倾置器50开口开启，使内装的水泥60自节流装置1中以预设的流速流出，水泥60预先聚积于封闭的区段内(如图3所示)，再因密度不同产生压力差，经由筛管70慢慢渗入砾石层80内，达到砾石层80边缘，渐渐凝固形成可靠的完整封闭区段。
其中，流体倾置器50由井口下放至欲封闭区段若超过60分钟，则起扬倾置器，弃置水泥60，此是因经试验室评估，所采用的配方调配的水泥乳在60分钟内能维持符合要求的流动性质，超过60分钟则水泥乳流动性质变差，将影响施工。
于一可行实施例中，亦可采用液态树脂取代水泥60来作为封阻材。
于一较佳实施例中，针对水泥乳排放速率对稀释程度影响有以下实验采用一直径9.5英时的压克力管模拟井孔，并以实际筛管(外径5.5英时，内径4.4英时)，再填入自行调配盐度23000ppm的地层水，后填入20/40mesh砾石，置入水泥乳前，整个系统的温度为70℃，水泥乳事先经过90℃加温熟化。
例1，流体倾置器采用外径1.52英时，内径1.456英时，置放时间12秒，释放水泥体积为3公升，排放速率为每4秒1公升，体积膨胀率为18％。
例2，流体倾置器采用外径1.52英时，内径1.456英时，置放时间20秒，释放水泥体积为3公升，排放速率为每6.67秒1公升，体积膨胀率为14％。
由上述实例中，显示出当水泥排放速率较低时，使水泥乳缓慢释放，则水泥乳被稀释的情况可大幅改善，并降低水泥体积膨胀率，可更为密实封闭并耐压。
请参阅图5至图7所示，为配合本发明的施工方法，本发明提供一种用于控制倾置器流速的节流装置，上述节流装置1是包含有一套筒10，所述套筒10为一中空套管，其上端为一组接端，其下端为一流出端，上述组接端内缘设有一组接结构11，并于组接端及流出端之间设有一环锥面12；一衬套20，所述衬套20是组接于上述套筒10组接端，于可行实施例中，所述衬套20亦为一中空管体，其上端部设有一结合部21，其下端设有一配合上述组接结构11的接合部22，于衬套20底端延伸一凸出设定长度的接触端23，所述接触端23环设多数径向孔洞24，其底缘设有与上述套筒10的环锥面12相配合的导锥斜面25。
于本实施例中，套筒10的流出端孔径小于组接端。
于图式实施例中，套筒10上端的组接结构11为一内螺纹，其相配接的衬套20的接合部22为一外螺纹，使衬套20得以旋转方式组接于套筒10内；为增加彼此之间的密合度，两组件相接之间设置一垫圈30于套筒10组接端内，使所述垫圈30介于衬套20外周而与套筒10内周壁之间，并位于上述径向孔洞24上方。
由图6及图7所示，为大流速及小流速流动示意图，透过旋转调整套筒10与衬套20间的距离(图示箭头所示)，使得两者所产生的流通空间可做改变，流体流速因而受到控制，流速可依需求调整流通空间的大小。
其中，图7为最小流速流动示意图，套筒10组接结构11最底端凸设一止档部13，使得衬套20无法旋转至最低点，保留一最小流通空间而有一最小流速。
又，堵水所使用的流体为水泥60，其具有颗粒结构，故于径向孔洞24同一环壁面设为稍向内凹，使得水泥60能够顺畅通过不致堵塞。
请再参阅6及7图，本发明的节流装置1是作为一可调式阀门之用，透过旋转方式调整组接结构11及接合部22两者间的距离，使接触端23导锥斜面25与环锥面12分开产生一流通空间，水泥60可由接触端23周围所设的径向孔洞24流出，通过流通空间从套筒10的流出端流入外界，配合所设定水泥60的流出速率来调整衬套20与套筒10之间的距离，控制流通空间的大小，使水泥60可依设定流速流至封闭区段，达到最佳的凝固速率，得以彻底渗入砾石内凝固，将水阻隔于外，达到成功堵水的效用。
其中，衬套20上端的结合部21为一内螺纹，亦可为一外螺纹，或设计成所欲组接构件的式样。
又，本发明的节流装置1主要透过套筒10与衬套20的相间距离，使接触端23导锥斜面25与环锥面12分离产生一流通空间，流体便可经由所述流通空间自套筒10流出端流出，以本实施例为例，是采用螺纹结构来作为调整的方式，其亦可设计为卡榫结构来作为一调节机械构件，组接结构11可设为垂直排列的多个孔洞，接合部22设为相对应上述孔洞的供按压的卡固件，所述卡固件可受按压力内缩至衬套20内，当按压力消失时，受弹力回弹。
其调整套筒10与衬套20的距离的方式，是可按压卡固件，使卡固件内缩至衬套20，将套筒10上下调整至所需位置，卡固件弹出卡固于孔洞内，亦可达到调整的功用；故，组接结构11及接合部22可由不同的机械构件设计，亦可达成本发明通过调整套筒10及衬套20的距离，而产生出不同大小的流通空间的方式，其亦属本发明的范畴内。
请参阅图8至图9，为流体倾置器50底鼻40与节流装置1的组设示意图，透过衬套20上端的结合部21，旋转套合于底鼻40下端，作为一可调式阀门之用。
本发明的节流装置1主要用途作为一可调式阀门，透过调节套筒10及衬套20的距离，而可产生适当大小的流通空间，配合施工需求，来控制流通空间的大小，有助于施工时，依照需求达到顺利作业的功效。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍应含括于本发明申请专利范围内。
权利要求
1.一种控制流体流速以达到封闭堵水的施工方法，其特征在于是将一节流装置组接于一流体倾置器，上述节流装置以可调整的流出间隙设定流速，将流体装载于上述流体倾置器内，并以高架工作台悬吊上述流体倾置器向下垂放至地层中欲封闭的区段，待到达欲封闭的区段时将上述流体倾置器开口开启，使内装的流体依设定流速由上述节流装置流出而先聚积在封闭区段内，通过密度差异使流体慢慢渗入砾石层，到达砾石层内边缘，流体开始凝固硬化，使所述区段形成可靠的封闭区段。
2.如权利要求1所述的控制流体流速以达到封闭堵水的施工方法，其特征在于，上述节流装置设置于流体倾置器底端底鼻处。
3.如权利要求1所述的控制流体流速以达到封闭堵水的施工方法，其特征在于，上述流体为水泥。
4.如权利要求1所述的控制流体流速以达到封闭堵水的施工方法，其特征在于，上述流体为液态树脂。
5.一种控制倾置器流速的节流装置，其特征在于，包含一套筒及一衬套，所述套筒为一中空套管，其上端为一组接端，下端为一流出端，上述组接端设有一组接结构，于套筒内部组接端及流出端之间形成一环锥面；上述衬套组接于套筒组接端，又所述衬套亦为一中空管体，其上端部设有一结合部，其下端设有一配合上述组接结构的接合部，于衬套底端延伸一凸出设定长度的接触端，所述接触端环设多数径向孔洞，其底缘设有与上述套筒的环锥面相配合的导锥斜面，依上述套筒环锥面与上述衬套导锥斜面间的距离调整而形成不同大小流通空间。
6.如权利要求5所述的控制倾置器流速的节流装置，其特征在于，上述套筒的流出端孔径小于组接端。
全文摘要
一种倾置器节流装置及其施工方法，是于流体倾置器底端组设一节流装置，将水泥装载于流体倾置器内，再将流体倾置器以高架工作台悬吊曳引，使其垂放至地层中欲封闭的区段，到达封闭区段时，控制流体倾置器底端开口开启，使内装的流体依设定速率流出，流体以缓慢流速流出先聚积在封闭区段内，慢慢渗入砾石层，达到凝固封闭的效果，通过调节节流装置的间隙使管内产生一流通空间，流体可透过所述流通空间流出，利用上述调节方式可控制流体自节流装置流出的速率，有助于使用流体倾置器施工时，经由设定流速使释放出的水泥能在待封闭区段形成完整的凝固闭水功能。
文档编号E21B33/138GK101082271SQ20071014313
公开日2007年12月5日 申请日期2007年8月6日 优先权日2007年8月6日
发明者孙启三, 吴健一, 吴佳水, 范来富, 黄德坤, 范振晖 申请人:台湾中油股份有限公司