调剖工具、分注调剖一体化管柱及工艺的制作方法

本发明涉及采油工程技术领域，特别涉及一种调剖工具、分注调剖一体化管柱及工艺。

背景技术

目前，我国大部分油田进入了开采的中后期，通过注水井进行分层注水成为了大多数油田普遍采用的开采技术。对注水井进行调剖是提高油田产量的有效措施。具体来说，调剖是通过注水井向地层内注入调剖液，以封堵高渗透层，来调整注水井的吸水剖面，提高注入水的波及系数，以此来提高产量。

现有技术中，当需要对注水井进行调剖时，首先对注水井泄压，起出原分层注水管柱，下入调剖管柱，调剖施工结束后，再对注水井泄压，将调剖管柱起出，再下入分层注水管柱恢复注水。其中调剖管柱包括油管和封隔器，通过直接在油管上开孔，使调剖液进入地层。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：现有技术中，分层注水和调剖需要采用不用的管柱，需要进行多次起下管柱作业，工作量大、施工成本高、且施工时间长。并且在起出管柱之前，需要对注水井泄压，注水井泄压过程中容易导致调剖液返吐至井筒，影响调剖效果。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明实施例提供一种调剖工具，以及基于该调剖工具的集分层注水和调剖功能于一体的分注调剖一体化管柱及工艺。

具体而言，包括以下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种调剖工具，其特征在于，该调剖工具包括：包括调剖器和调剖芯；

所述调剖器包括：

外筒，以及位于所述外筒内、且可沿所述外筒轴线方向移动的内筒；

所述外筒和所述内筒的筒壁上分别开设有第一调剖液通道和第二调剖液通道；

所述调剖芯包括：具有中心孔的阀体；

所述阀体的上部和中部分别设置有第三调剖液通道和第四调剖液通道；

所述阀体可进入所述内筒内部并带动所述内筒沿所述外筒的轴线方向运动，且所述阀体的外壁与所述内筒的上部的内壁之间具有可使调剖液通过所述第三调剖液通道进入所述阀体内部的空隙；

初始状态时，所述第一调剖液通道和所述第二调剖液通道处于彼此错开的状态；

在调剖作业过程中，当所述阀体自下而上进入所述内筒且所述调剖液进入所述阀体内时，所述内筒可向下移动使所述第一调剖液通道、所述第二调剖液通道和所述第四调剖液通道连通；

当调剖作业结束后，所述第一调剖液通道和所述第二调剖液通道可恢复至彼此错开的状态。

进一步地，所述调剖器还包括：分别与所述外筒上下两端固定连接的上接头和下接头，与所述内筒下端固定连接的弹簧座，以及，两端分别与所述弹簧座和所述下接头固定连接的第一弹簧所述弹簧座的内壁上设置有支撑台阶；所述调剖芯还包括：固定在所述阀体下端并将所述阀体下端封闭的支撑座。以及位于所述阀体外部、与所述支撑座连接的可张开及收缩的支撑爪；在所述阀体自下而上进入所述内筒过程中，当所述支撑爪的端部移动至所述支撑台阶位置处时，所述支撑爪可张开并与所述支撑台阶相抵。

进一步地，所述调剖芯还包括：位于所述阀体内部、且可沿所述阀体的轴线方向移动的阀球，位于所述阀体内用于支撑所述阀球的阀球座，以及，两端分别与所述支撑座和阀球座固定连接的第二弹簧；所述阀球可将所述第四调剖液通道封闭。

进一步地，所述调剖芯还包括：设置在所述阀体上端的上接头，以及设置在所述支撑座下端的具有中空结构的导向头，所述导向头的侧壁上设置有用于所述支撑爪通过的开口。

进一步地，在所述阀体的外壁上位于所述第四调剖液通道上下两侧的位置处分别设置有上密封圈和下密封圈。

第二方面，本发明实施例提供了一种分注调剖一体化管柱，所述分注调剖一体化管柱设置在套管内，包括：至少一段注水调剖管柱；

所述注水调剖管柱包括通过至少一根油管连接的配水器和上述的调剖工具中的调剖器；

最下方的所述注水调剖管柱中，所述调剖器位于所述配水器的上方。

进一步地，所述分注调剖一体化管柱还包括：位于最上方的所述注水调剖管柱上方以及位于相邻两段所述注水调剖管柱之间的封隔器。

进一步地，所述分注调剖一体化管柱还包括：位于所述最下方的注水调剖管柱下方的单流阀、筛管以及丝堵。

进一步地，所述配水器为同心配水器或者偏心配水器。

第三方面，本发明实施例提供了一种分注调剖一体化工艺，所述分注调剖一体化工艺由上述的分注调剖一体化管柱实施，包括以下步骤：

a，下入注水测调仪器将除位于最下方的配水器以外的配水器关闭；

b，将调剖芯投送到调剖器的下方，然后上提所述调剖芯，使所述调剖芯自下而上进入所述调剖器的内筒内，使所述调剖芯的第四调剖液通道、所述调剖器的第一调剖液通道以及第二调剖液通道连通；

c，注入调剖液，使所述调剖液通过所述调剖芯的第四调剖液通道、所述调剖器的第一调剖液通道以及第二调剖液通道连通进入地层；

d，所述调剖液注入结束后，将所述调剖芯打捞出地面，结束调剖作业，恢复注水作业。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

将本发明实施例提供的调剖工具中的调剖器通过油管与分层注水管柱中的配水器连接。在注水作业时，由于初始状态下调剖器中的外筒和内筒上的第一调剖液通道和第二调剖液通道彼此错开，因此，注入水会直接通过调剖器，从配水器的水嘴喷出而进入地层，不会影响正常的注水作业。当需要进行调剖作业时，关闭配水器(最下方的配水器不关闭，保持开启状态)，利用投送设备将调剖芯下入井下，并使调剖芯自下而上进入调剖器的内筒内。之后向油管内注入调剖液，调剖液进入内筒后再由位于阀体上部的第三调剖液通道进入阀体内部，在调剖液压力作用下，内筒向下移动使外筒上的第一调剖液通道、内筒上的第二调剖液通道和阀体上的第四调剖液通道连通，从而使调剖液流出进入油套环空进而进入地层。调剖作业结束后，继续上提调剖芯，使第一调剖液通道和第二调剖液通道恢复至彼此错开的状态。之后恢复注水作业。

可见，基于本发明实施例提供的调剖工具可得到一种集分层注水和调剖功能于一体的分注调剖一体化管柱，在不动管柱的情况下实现注水作业和调剖作业的转换，避免多次起下管柱，减少工作量、降低施工成本、缩短施工时间。

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。

图1为本发明实施例提供的调剖工具的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的调剖工具中调剖器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的调剖工具中调剖芯的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的分注调剖一体化管柱的结构示意图。

图中附图标记分别表示：

1-封隔器；

2-调剖器；

21-调剖器的上接头；

22-外筒；

220-第一调剖液通道；

23-内筒；

230-第二调剖液通道；

231-内轨道槽；

232-定位槽；

24-定位螺钉；

25-弹簧座；

251-支撑台阶；

26-第一弹簧；

27-调剖器的下接头；

3-配水器；

4-单流阀；

5-筛管；

6-丝堵；

7-调剖芯；

71-调剖芯的上接头；

72-阀体；

720-第三调剖液通道；

721-上密封圈；

722-下密封圈；

723-第四调剖液通道；

73-阀球；

74-阀球座；

75-第二弹簧；

76-支撑爪；

77-导向头；

78-支撑座；

x-注水调剖管柱。

具体实施方式

为使本发明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。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。

第一方面，本发明实施例提供了一种调剖工具，参见图1、图2和图3，该调剖工具包括调剖器2和调剖芯7。

其中，调剖器2包括：外筒22，以及位于外筒22内、且可沿外筒22轴线方向移动的内筒23。

外筒22和内筒23的筒壁上分别开设有第一调剖液通道220和第二调剖液通道230。

调剖芯7包括：具有中心孔的阀体72。阀体72的上部和中部分别设置有第三调剖液通道720和第四调剖液通道723。

阀体72可进入内筒23内部并带动内筒23沿外筒22的轴线方向运动，且阀体72的外壁与内筒23的上部的内壁之间具有可使调剖液通过第三调剖液通道720进入阀体72内部的空隙。

初始状态时，第一调剖液通道220和第二调剖液通道230处于彼此错开的状态；

在调剖作业过程中，当阀体72自下而上进入内筒23且调剖液进入阀体72内时，内筒23可向下移动使第一调剖液通道220、第二调剖液通道230和第四调剖液通道723连通；

当调剖作业结束后，第一调剖液通道220和第二调剖液通道230可恢复至彼此错开的状态。

本发明实施例提供的调剖工具包括具有调剖液通道、用于安装在注水管柱中使调剖液进入地层的调剖器2，以及与调剖器2相配合、用于控制调剖器2内部调剖液通道开启与关闭的调剖芯7。在使用时，将调剖器通过油管与分层注水管柱中的配水器连接。本发明实施例提供的调剖工具的工作原理如下：

调剖器2的内筒23可沿外筒22的轴线方向移动，初始状态时外筒22的第一调剖液通道220和内筒230的第二调剖液通道230彼此错开，调剖液通道处于关闭状态。当调剖芯7的阀体72进入内筒23后，阀体72的外壁与内筒23的上部的内壁之间具有可使调剖液通过第三调剖液通道720进入阀体72内部的空隙，而阀体72的外壁与内筒23其余部分的外壁之间保持密封，这样一来，调剖液从井口输入后将通过上述空隙进入调剖芯7的阀体72内部，此时，在调剖液液体压力的作用下，内筒23向下移动，使调剖器2的外筒22的第一调剖液通道220、内筒23的第二调剖液通道230以及调剖芯7的阀体72的第四调剖液通道连通723，从而使调剖液自阀体72内经过第四调剖液通道723、第二调剖液通道230和第一调剖液通道220后进入油套环空，进而通过套管上的射孔进入地层进行调剖。

调剖作业结束后，上提调剖芯7，此时第一调剖液通道220和第二调剖液通道230将恢复至彼此错开的状态，从而将调剖液通道关闭，恢复注水作业后，注入水在流经调剖器2时，将直接通过调剖器从注水管柱中的配水器进入地层，不影响正常的注水作业。

可见，基于本发明实施例提供的调剖工具可得到一种集分层注水和调剖功能于一体的分注调剖一体化管柱，在不动管柱的情况下实现注水作业和调剖作业的转换，避免多次起下管柱，减少工作量、降低施工成本、缩短施工时间。

本发明实施例中，对于上述的第一调剖液通道220、第二调剖液通道230和第四调剖液通道723的直径没有严格的限定，但是要尽量减小当调剖液通过上述调剖液通道时调剖液的剪切损失，以保证调剖效果。

由于注水管柱中，按照相关行业标准，配水器的中心孔的内径应大于或者等于46毫米，因此，为了不影响正常打压、测调以及注水，调剖器2的内筒23的内径也设计为大于或者等于46毫米。

进一步地，参见图1和图2，调剖器2还包括：分别与外筒22上下两端固定连接的上接头21和下接头27，与内筒23下端固定连接的弹簧座25，以及，两端分别与弹簧座25和下接头27固定连接的第一弹簧26；弹簧座25的内壁上设置有支撑台阶251。

参见图1和图3，调剖芯7还包括：固定在阀体72下端并将阀体72下端封闭的支撑座78。以及位于阀体72外部、与支撑座78连接的可张开及收缩的支撑爪76；在阀体72自下而上进入内筒23过程中，当支撑爪76的端部移动至支撑台阶251位置处时，支撑爪76可张开并与支撑台阶251相抵。

其中，调剖器2中，分别与外筒22上下两端固定连接的上接头21和下接头27用于与油管连接，从而将调剖器2整体连接到注水管柱中。其中，上接头21的上端加工有内螺纹，下端加工有外螺纹。下接头27的上端加工有外螺纹，下端加工有内螺纹。

同时，由于调剖器2的内筒的下端固定连接有弹簧座25，并且弹簧座25的内壁上设置有支撑台阶251，当位于阀体72的下端的支撑爪张开并与支撑台阶251相抵后，当阀体72向下移动时，将带动内筒23也向下移动。基于此，由于阀体72的下端通过支撑座78封闭，因此当调剖液进入阀体72后将推动阀体72向下运动，从而推动内筒23向下移动，当内筒23向下移动至预定的位置时，内筒23的第二调剖液通道230和外筒22的第一调剖液通道220连通，开启调剖液通道。

设置在弹簧座25和调剖器2的下接头27之间的第一弹簧26在内筒23向下运动过程中被压缩，当阀体72内的调剖液全部注入地层后，由于没有了液体压力的作用，第一弹簧26将发生恢复形变，从而推动内筒23向上移动，使内筒23的第二调剖液通道230和外筒22的第二调剖液通道220恢复至彼此错开的状态，使调剖液通道关闭，以防止进行注水作业时，注入水通过调剖器2进入地层。

在此，需要说明的是，当位于阀体72的下端的支撑爪76张开并与支撑台阶251相抵后，应使第四调剖液通道723与第二调剖液通道230处于连通的状态，从而使当阀体72和内筒23向下移动至预设位置后，使第四调剖液通道723、第二调剖液通道230和第一调剖液通道220连通。

支撑爪76具体可以包括多片弹簧片，例如四片弹簧片，每两片为一组，通过销轴与支撑座78连接。本领域技术人员可以理解的是，弹簧座25外形呈中空圆柱体形，其内部设置有阶梯孔，且上端的内径大于下端的内径，在内径变化的地方形成上述支撑台阶251。支撑爪76在未到达支撑台阶251的位置处时，处于收缩状态。弹簧座25与内筒23可以通过焊接连接，也可通过螺纹连接。可以在弹簧座25的下端面和下接头27的上端面分别设置卡槽来固定第一弹簧26。

进一步地，参见图1和图3，调剖芯7还包括：位于阀体72内部、且可沿阀体72的轴线方向移动的阀球73，位于阀体72内用于支撑阀球73的阀球座74，以及，两端分别与支撑座78和阀球座74固定连接的第二弹簧75；阀球73可将第四调剖液通道723封闭。

在初始状态下，阀球73在阀球座74和第二弹簧75的支撑下将第四调剖液通道723封闭。当调剖液进入阀体72后，在调剖液的压力作用下使阀球73向下运动，使第四调剖液通道723开启。在此过程中第二弹簧75被压缩。当阀体72中的调剖液全部进入地层后，由于没有了液体压力的作用，第二弹簧75也将回弹，重新将第四调剖液通道723封闭，有效防止调剖液返吐。

进一步地，参见图1和图3，调剖芯7还包括：设置在阀体72上端的上接头71，以及设置在支撑座78下端的具有中空结构的导向头77，导向头77的侧壁上设置有用于支撑爪76通过的开口。

阀体72上端的上接头71用于与调剖芯投送设备连接，从而实现调剖芯7的上提与下放。上接头71上可以加工外螺纹。导向头77在调剖芯7上提及下放过程中起导向作用。支撑座78与阀体72可以通过焊接连接，导向头77可以与支撑座78设计为一体结构。可以在支撑座78的上端面和阀球座73的下端面分别设置卡槽来固定第二弹簧75。

进一步地，参见图1和图3，调剖芯7中，在阀体72的外壁上位于第四调剖液通道723上下两侧的位置处分别设置有上密封圈721和下密封圈722。以保证阀体72与内筒23之间的密封，使调剖液仅能从位于阀体72上端的第三调剖液通道720进入阀体72内部。

进一步地，参见图1和图2，在内筒23的筒壁的内侧沿内筒的轴线方向还设置有内轨道槽231；在内筒23的筒壁的外侧沿内筒的轴线方向还设置有定位槽232，在定位槽232内还设置有定位螺钉24，其中定位螺钉的轴线方向与内筒23的轴线方向垂直，以防止内筒23和外筒22之间发生相对转动，使内筒23仅能沿外筒22的轴线方向移动。

第二方面，本发明实施例提供一种分注调剖一体化管柱，参见图4，该分注调剖一体化管柱设置在套管内，包括：至少一段注水调剖管柱x。

其中，注水调剖管柱x包括通过至少一根油管连接的配水器3和上述的调剖工具中的调剖器2。并且最下方的注水调剖管柱x中，调剖器2位于配水器3的上方。

基于上述的调剖工具的工作原理，本发明实施例将调剖工具中的调剖器2通过油管与配水器3连接，其中，在最下方的注水调剖管柱x中，调剖器2位于配水器3的上方，对于其他注水调剖管柱x，调剖器2可以位于配水器3上方，也可以位于配水器3的下方。

在进行正常注水作业时，调剖器2中在第一弹簧26的支撑下，外筒22上的第一调剖液通道220和内筒23上的第二调剖液通道230彼此错开，注入水直接通过调剖器2，从配水器3中喷出进入地层。

当需要进行调剖作业时，向管柱中下入注水测调仪器，将除位于最下方的配水器以外的配水器关闭。之后，将调剖芯7投送到需要进行调剖的地层对应的调剖器2的下方，然后缓慢上提调剖芯7，使调剖芯7自下而上进入调剖器2内，当调剖芯7的支撑爪76移动至调剖器2的弹簧座25的支撑台阶251处时，支撑爪76弹出与支撑台阶251相抵，从而使调剖芯7固定在调剖器2内。之后向管柱内注入调剖液，调剖液通过调剖芯7的阀体72的第三调剖液通道720进入阀体72内，阀球73在调剖液压力的作用下向下运动，压缩第二弹簧75，同时，阀体72推动内筒23向下移动，压缩第一弹簧26，使阀体72上的第四调剖液通道723、内筒23上的第二调剖液通道230和外筒22上的第三调剖液通道220连通，使调剖液进入地层。当阀体72内的调剖液全部进入地层后，阀球73在第二弹簧75的作用下向上移动将第四调剖液通道723封闭，同时，内筒23在第一弹簧26的作用下向上移动，使第二调剖液通道220和第一调剖液通道230恢复至彼此错开的状态。之后上提调剖芯7将调剖芯7从调剖器2内移出，完成对当前油层的调剖作业。重复上述步骤，即可完成对其他油层的调剖作业。之后，再向管柱内下入测调仪器将配水器打开后，即可恢复正常的注水作业。

可见，采用本发明实施例提供的分注调剖一体化管柱，在不动管柱的情况下即可实现注水作业和调剖作业的转换，避免多次起下管柱，减少工作量、降低施工成本、缩短施工时间。并且能够保证注水效果和调剖效果。

进一步地，参见图4，本发明实施例提供的分注调剖一体化管柱还包括：位于最上方的注水调剖管柱x上方以及位于相邻两段注水调剖管柱x之间的封隔器1，以及位于最下方的注水调剖管柱x下方的单流阀4、筛管5以及丝堵6。

本发明实施例提供的分注调剖一体化管柱中，各个部分之间通过油管连接。

配水器3可以为同心配水器，也可以为偏心配水器，配水器的中心孔内径应大于或者等于46毫米。封隔器1、单流阀4、筛管5和丝堵6的型号规格，本发明实施例不作特殊限定，本领域常用的型号规格均可。

第三方面，本发明实施例提供了一种分注调剖一体化工艺，该分注调剖一体化工艺由上述的分注调剖一体化管柱实施，包括以下步骤：

a，下入注水测调仪器将除位于最下方的配水器以外的配水器关闭；

b，将调剖芯7投送到调剖器5的下方，然后上提调剖芯7，使调剖芯7自下而上进入调剖器2的内筒23内，使调剖芯7的第四调剖液通道723、调剖器2的第一调剖液通道220以及第二调剖液通道连通230；

c，注入调剖液，使调剖液通过调剖芯7的第四调剖液通道723、调剖器2的第一调剖液通道220以及第二调剖液通道连通230进入地层；

d，调剖液注入结束后，将调剖芯7打捞出地面，结束调剖作业，恢复注水作业。

下面，以两级两段分注调剖一体化管柱为例，对本发明实施例提供的分注调剖一体化管柱及工艺做进一步说明。

参见图4，两级两段分注调剖一体化管柱包括：自井口向下依次连接的第一封隔器、第一段注水调剖管柱、第二封隔器、第二段注水调剖管柱、单流阀4筛管5以及丝堵6。

其中，第一段注水调剖管柱和第二段注水调剖管柱均包括配水器3和调剖器2，且调剖器2位于配水器3上方(第一段注水调剖管柱中调剖器可以位于配水器下方)。

基于以上分注调剖一体化管柱的分注调剖一体化工艺包括：

首先，将管柱下到设计位置后，油管打压使各封隔器坐封。之后，下入注水测调仪器打开各配水器，进行注水作业。

当需要进行调剖作业时，下入注水测调仪器将第一段注水调剖管柱中的配水器关闭(第二段注水调剖管柱中的配水器不要关闭)。然后通过钢丝和送头将调剖芯7投送到第二段注水调剖管柱的调剖器的下方，之后缓慢上提调剖芯7，直至调剖芯7的支撑爪76与调剖器2的弹簧座25的支撑台阶251相抵，使调剖芯7固定在调剖器2内。之后将钢丝和送头提出地面。此时，调剖芯7将调剖层段以下管柱隔开。

之后，向管柱内注入调剖液，调剖液进入调剖芯7的阀体72内部，并依次经过调剖芯7的阀体72上的第四调剖液通道723、调剖器2的内筒23上的第二调剖液通道230以及调剖器2的外筒22上的第一调剖液通道220后进入油套环空，再进入地层。当调剖液全部进入地层后，在第一弹簧26和第二弹簧75的恢复力的作用下，阀球73将调剖芯7的阀体72上的第四调剖液通道723封闭，调剖器2的内筒23上的第二调剖液通道230和外筒22上的第一调剖液通道220彼此错开，防止调剖液返吐。

之后，再下入钢丝和送头上提调剖芯7，使调剖芯7进入第一段注水调剖管柱的调剖器后，对第一段注水调剖管柱对应的油层进行调剖。

调剖作业结束后，将调剖芯7上提出地面，再将配水器打开后，恢复正常注水作业。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。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。