水平井分段注水工艺管柱及其调配方法与流程

本发明涉及油气井注水技术，尤其涉及一种水平井分段注水工艺管柱及其调配方法。

背景技术：

目前，国内油田主要采用注水方式开采油气，并且注水主要采用分层方式进行；主要的分层注水工艺有空心分注工艺、同心分注工艺、偏心分注工艺；相应的配套测调技术主要有钢丝作业测调技术、电缆作业测调技术。

空心分注工艺采用空心配水器进行层配水，采用钢丝携带流量计进行流量测试，通过更换安装在中心通道配水芯子上的水嘴的方式进行流量调节。同心分注工艺采用集成式配水器进行分层配水，采用钢丝携带流量计进行流量测试，通过更换配水芯子调节水量。偏心分注工艺采用偏心配水器进行分层配水，采用钢丝携带流量计进行测试及投捞偏心配水堵塞器调换水嘴方式进行调配；也可以采用电缆携带井下测调仪，实时进行流量的测试与调配；还可以采用钢丝投送偏孔堵塞式压力计进行分层压力测试。

然而，上述调配过程中，不可避免的需要采用钢丝或电缆进行流量的测试与调配，单次调配结束后不能再对井下单层注水情况进行测试。若要实现各层的配注要求，需要多次下井进行测调，导致工作人员的工作量十分繁重，并且测量周期很长，测试效率低。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种水平井分段注水工艺管柱及其调配方法，能够节约大量人力，有效提高测试效率。

本发明的第一个方面是提供一种水平井分段注水工艺管柱，包括：套管以及油管，所述油管设置在所述套管内，所述油管的前端设置有安全接头，所述油管的末端设置有水力循环凡尔；所述安全接头与所述水力循环凡尔之间设置有至少两个配水器，相邻的两个所述配水器之间设置有保压扩张式封隔器；所述安全接头与朝向所述油管前端的所述配水器之间设置有机械压缩式封隔器；其中，所述配水器中设置有主控单元、无线通讯模块、测量装置、流量调节装置以及电源；所述测量装置用于测量注水流量计注水压力；所述主控单元用于控制所述流量调节装置调节水嘴的开度，以及用于识别地面控制终端发送的指令。

进一步地，所述安全接头与所述机械压缩式封隔器之间设置有平衡阀，所述平衡阀设置有滑动密封滑套。

进一步地，所述平衡阀与所述机械压缩式封隔器之间设置有水力锚。

进一步地，所述保压扩张式封隔器均连接有滑块扶正器。

进一步地，所述滑块扶正器与相应的保压扩张式封隔器螺纹连接。

进一步地，所述机械压缩式封隔器为zy型机械压缩式封隔器；和/或，所述保压扩张式封隔器为k型保压扩张式封隔器。

进一步地，所述测量装置包括：压力传感器以及流量计；所述压力传感器与所述主控单元连接，用于检测注水压力；所述流量计与所述主控单元连接，用于检测注水流量。

进一步地，所述流量调节装置包括：水嘴以及驱动组件，所述驱动组件与所述主控单元电连接，所述驱动组件用于根据所述主控单元的开度指令调整所述水嘴的开度。

本发明的另一个方面是提供一种基于上述水平井分段注水工艺管柱的调配方法，包括：配水器接收地面控制终端发送的各层的测调指令；从油管的前端至末端，各层的配水器的主控单元依次识别相对应的测调指令，并根据所述测调指令控制流量调节装置调整注水流量；配水器的主控单元控制测量装置采集注水压力以及注水流量，以使主控单元确定采集的所述注水压力以及注水流量达均达到相应的阈值。

进一步地，所述的调配方法，还包括：将采集的所述注水压力以及注水流量发送给地面控制终端；配水器接收停止注水指令，并根据接收到的所述停止注水指令关闭流量调节装置中的水嘴。

本发明提供的水平井分段注水工艺管柱及其调配方法，通过设置多个配水器，通过配水器的测量装置实现对井下流量的测试，通过配水器的主控单元对流量调节装置的控制实现对井下流量的调配，从而省略了现有技术中分注井钢丝或电缆测试调配施工，节约了大量人力，有效提高了测试效率。

附图说明

图1为本发明实施例水平井分段注水工艺管柱的结构示意图；

图2为本发明实施例水平井分段注水工艺管柱中配水器的结构示意图；

图3为本发明实施例的调配方法。

其中，101-安全接头；102-平衡阀；103-水力锚；104-机械压缩式封隔器；105-配水器；105a-主控单元；105b-无线通讯模块；105c-测量装置；105d-流量调节装置；105e-电源；106-保压扩张式封隔器；107-滑块扶正器；108-水力循环凡尔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，“前”、“末”等的用语，是用于描述各个结构在附图中的相对位置关系，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

图1为本发明实施例水平井分段注水工艺管柱的结构示意图；图2为本发明实施例水平井分段注水工艺管柱中配水器的结构示意图。

请参照图1-2，本实施例提供一种水平井分段注水工艺管柱，包括：套管以及油管，油管设置在套管内，油管的前端设置有安全接头101，油管的末端设置有水力循环凡尔108；安全接头101与水力循环凡尔108之间设置有至少两个配水器105，相邻的两个配水器105之间设置有保压扩张式封隔器106；安全接头101与朝向油管前端的配水器105之间设置有机械压缩式封隔器104。

其中，配水器105中设置有主控单元105a、无线通讯模块105b、测量装置105c、流量调节装置105d以及电源105e，无线通讯模块105b、测量装置105c以及流量调节装置105d分别与主控单元105a电连接，主控单元105a与电源105e连接。

安全接头101为投球式安全接头101，其顶端用于和其他管柱螺接，末端还螺接有平衡阀102。平衡阀102用于在管柱下井时连通油管内液体与油套环空，使得油管内的压力与油套环空压力平衡，防止因压差过大导致机械压缩式封隔器104在油管下入过程的中途坐封；平衡阀102设置有滑动密封滑套，用于实现一次反洗井关闭，反循环洗井时可以将平衡阀102关闭，且关闭后不可打开；具体地，在反洗井时，通过反洗井压力推动滑动密封套移动进而带动阀杆及阀芯抵压在主阀体上，以切断平衡阀输入腔与输出腔的连通；本实施例对滑动密封滑套的具体设置方式不做限定，只要能够实现其上述功能即可。

平衡阀102的末端螺接有水力锚103，具体为kdb型水力锚。本实施例提供的水平井分段注水工艺管柱，设置在注水管柱工具串顶部，用于管柱长时间在井筒工作，结垢、砂埋等不确定因素导致管柱后期冲检遇卡时，作为脱手打捞井下管柱时备用方案，kdb型水力锚用于在井内作业时将本实施例里的管柱固定在井管上。

kdb型水力锚的末端螺接有机械压缩式封隔器104，具体为zy型机械压缩式封隔器104(简称zy型封隔器)，例如：zy331型封隔器。zy型封隔器用于实现注水坐封、停注自动解封，为洗井提供通道，并且在冲检时不增加管柱解封力。机械压缩式封隔器104的末端螺接有一级配水器105。一级配水器105的末端可以依次连接有保压扩张式封隔器106、滑块扶正器107以及二级配水器105。

本实施例提供的管柱中可以根据实际需要设置保压扩张式封隔器106的数量，每个保压扩张式封隔器106均设置有相应的滑块扶正器107以及配水器105。最末端的配水器105螺接有水利循环凡尔，水力循环凡尔108具有单向导通功能，油管打压时关闭，反洗井时开启以建立油管与套管的连通通道。

其中，保压扩张式封隔器106具体可以为k型保压扩张式封隔器106(简称k型封隔器)，例如：k344型封隔器。k型封隔器通过油管打压坐封，泄压不解封，反洗井解封，可多次重复坐封，并且管柱解封无须上提管柱。滑块扶正器107的滑块与套管摩擦接触，用于对k型封隔器进行居中扶正，保证k型封隔器周向坐封受力均匀，同时滑块扶正器107的滑块可以周向360度旋转，起下管柱时不易遇阻。

本实施通过采用一个zy型封隔器和多个k型封隔器封隔注水层段，各封隔器的坐封无须注水节流坐封，因此不受注水排量大小影响，且各封隔器可以多次坐封，方便洗井，泄压后zy型封隔器自动解封，k型封隔器封隔通过洗井解封，管柱的解封不受“封隔器自身解封力累加”的影响。因此，遇阻卡几率非常小。

配水器105能够自动测量注入压力、温度参数、注入水量，能够自动调节水嘴开度大小，能够接受、识别、记录地面控制终端发送的压力波码，能够发送井下压力数据、流量数据。具体地，配水器105的测量装置105c用于测量注入压力、温度参数；无线通讯模块105b用于接收压力波码、发送井下压力数据、流量数据；主控单元105a用于识别、记录地面控制终端发送的压力波码，并控制流量调节装置105d调节水嘴开度大小；电源105e用于为配水器105供电。

测量装置105c具体可以包括：压力传感器以及流量计；压力传感器与主控单元105a连接，用于检测注水压力；流量计与主控单元105a连接，用于检测注水流量。此外，测量装置105c还可以包括温度传感器，用于测量温度。当然，测量装置105c的结构也不限于此，例如，测量装置105c还可以包括流量测试仪，流量测试仪上设置有差压传感器，差压传感器用于检测流量传感器两端的压差，根据压差换算出注水流量。

流量调节装置105d包括：水嘴以及驱动组件，驱动组件与主控单元105a点连接，驱动组件用于根据主控单元105a的开度指令调整水嘴的开度。具体地，驱动组件可以包括微型电机以及传动机构，微型电机通过传动机构带动水嘴轴向移动，实现流量变化。流量调节装置105d还可以包括前行程开关以及末形成开关，分别用于限制水嘴的移动行程。

下面以水平井分段注水工艺管柱包括两个保压扩张式封隔器106也即k型封隔器为例，对本实施例的工作过程进行说明：

1、初始准备：根据预设的分注工艺设计对相应的配水器105进行参数初始设置和电池系统安装；

2、下管柱：连接管柱串后将管柱下放至井中，下井时配水器105处于关闭状态；平衡阀102处于开启状态，保证油管与油套环空连通，确保zy型封隔器入井时油套环空液体通过油管进入zy型封隔器上部，防止因压差过大导致zy型封隔器在油管下入过程的中途坐封；

3、关闭平衡阀102：待工具串下放至设计位置后，先通过油套环空反打压洗井关闭平衡阀102，通过对油管正注判断平衡阀102关闭情况；

4、坐封k型封隔器：确定平衡阀102关闭后，通过水泥车对油管打压，依次打压5-10-15-20-25mpa，各点稳压3-5min，坐封第二级和第三级封隔器，坐封完成后缓慢泄压；

5、坐封zy型封隔器：第一级配水器105延迟开启，对油管打压至15-20mpa，zy型封隔器的坐封剪钉剪断，开始处于坐封状态；

6、试注：管柱中所有封隔器坐封完成后，所有配水器105延迟开启，根据全井配注要求在地面控制注水到相应的压力值，试注周期根据油藏要求确定；

7、分层水量调配；

8、洗井：停注，油管打压关闭三级配水器105，油管泄压，zy型封隔器自动处于解封状态，从油套环空打压，环空洗井液经过第一级zy型封隔器进入第二级k型封隔顶部，第二级k型封隔顶部外压高于内压4mpa时，第二级k型封隔顶部的胶筒自动回缩解封，环空水进入第三级k型封隔器，第三级k型封隔器的解封原理与第二级k型封隔器相同，解封后环空水通过底部水力循环凡尔108进入油管，洗井通道建立，进入洗井过程；

9、洗井完成后，重复坐封封隔器：按照操作4坐封k型封隔器，缓慢泄压；

10、管柱冲捡：油管泄压，zy型封隔器自动处于解封状态，从油套环空打压，环空水经过zy型封隔器进入第二级k型封隔顶部，第二级k型外压高于内压4mpa时，第二级k型封隔的胶筒自动回缩解封，环空水进入第三级k型封隔器，第三级k型封隔器的解封原理与第二级k型封隔器相同，待第三级k型封隔器解封后试提管柱，确认负荷不增加时方可正常起管柱。

本实施例提供的水平井分段注水工艺管柱，通过设置多个配水器105，通过配水器105的测量装置105c实现对井下流量的测试，通过配水器105的主控单元105a对流量调节装置105d的控制实现对井下流量的调配，从而省略了现有技术中分注井钢丝或电缆测试调配施工，节约了大量人力，有效提高了测试效率。此外，配水器105还可以接收并识别地面控制终端发送的指令，以根据该指令调整配注量。

图3为本发明实施例的调配方法。

请参照图3，本实施例还提供一种基于上述水平井分段注水工艺管柱的调配方法，包括：

s101、配水器接收地面控制终端发送的各层的测调指令；

具体地，配水器与地面控制终端通讯连接；地面控制终端能够接收作业人员对各级配水器的参数设置，并根据设置的参数生成相应的指令发送给配水器。

s102、从油管的前端至末端，各层的配水器依次识别相对应的测调指令，并根据测调指令控制流量调节装置调整注水流量；

s103、配水器的主控单元控制测量装置采集注水压力以及注水流量，以使主控单元确定采集的注水压力以及注水流量达均达到相应的阈值。

具体地，各层的配水器也即各级配水器均设置有相应的呼叫码，地面控制终端发送的指令中包含有相应配水器的呼叫码。地面控制终端发送的指令可以包括测调指令，测调指令具体可以为压力波码。

地面控制终端发送第一级配水器的测调指令；第一级配水器识别出测调指令中的呼叫码，则第一级配水器被唤醒，主控单元根据测调指令控制流量调节装置调节水嘴的开度；由测量装置采集注水压力以及注水流量，若注水压力以及注水流量中有一个数据没有达到阈值，则重复测调控制操作，直至达到预设的配注方案要求。

按照上述过程依次发送第二级、第三级配水器的测调指令，直至各层测调完成。

各层测调完成后，各级配水器自动进入自适应注水状态。配水器控制测量装置按照预设的时间间隔采集注水压力以及注水流量，由主控单元对比分析压力及流量的变化状态，自动控制流量调节装置调节水嘴开度，维持注水量恒定。其中，压力及流量的变化状态是指测量装置实时采集的注水压力以及注水流量和配水器中存储的测调指令中的压力以及流量数据进行对比的结果。

同时，配水器还可以定时将采集的压力、流量数据发送至地面控制终端，地面控制终端可以根据接收到的压力、流量数据向相应的配水器再次发送新的测调指令。此外，注水过程中需要调整某层的注水量，只需要向该层的配水器发送测调指令即可。

配水器还可以接收停止注水指令，并根据接收到的停止注水指令关闭流量调节装置中的水嘴。注水过程中需要关闭某层时，只需要向该层的配水器停止注水指令即可关闭该层配水器的水嘴。

本实施例提供的调配方法，通过配水器的测量装置实现对井下流量的测试，通过配水器的主控单元对流量调节装置的控制实现对井下流量的调配，从而省略了现有技术中分注井钢丝或电缆测试调配施工，节约了大量人力，有效提高了测试效率。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。