套损井的注水管柱的制作方法

本实用新型涉及石油天然气领域的分层注水井，尤其涉及一种套损井的注水管柱，属于分层注水技术领域。

背景技术：

分层注水是通过封隔器的封隔和配水器的水嘴控制来实施注水，使高中低渗地层都发挥注水作用，从而实现调整油田层间矛盾提高注水波及系数的一项工艺措施。

封隔器通过水力、机械或自封的作用，使得扩张胶筒鼓胀密封油套环空，把上、下油层分隔开来。随着油田开发年限的增加，套管变形、套损井越来越多，通常采用套管悬挂修复后恢复生产，如此在原破损的破损套管中放入新的内套管形成小直径井眼，内套管通过顶部的悬挂器悬挂在破损套管中，内套管外径尺寸主要是φ102mm及φ95mm两种，初期这类小井眼注水通常采用笼统注水方式，不能进行分层注水；长期注水后部分小井眼井层间矛盾突出急需分注，以改善水驱效果，适用于95mm内套管井分注的小直径封隔器尚无相关研究。

目前常用的配水器为无缆智能配水器，其地面装置与井下装置采用的通信方式主要有：下放通信短节通信或单向压力波通信，下放通信短节通信方式因其后期的维护成本较大，已逐渐被压力波通信代替。而单向压力波通信只能由地面向井下发送波码指令，井下智能配水器接收指令开关水嘴或改变配注，但是单向压力波通信无法在地面获得井下每层实时流量、地层压力等数据。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种套损井的注水管柱，能够封隔内套管注水井的套管环形空间，注水作业时可以实现地面控制系统与井下配水器的双向压力波通信。

为解决以上技术问题，本实用新型的一种套损井的注水管柱，所述注水管柱的上端伸出内套管的上方且通过变径接头与管柱大直径段相连接，所述注水管柱上与油层相应的位置分别设有智能配水器，相邻智能配水器之间分别设有封隔器，顶层智能配水器的上方和底层智能配水器的下方分别设有扶正器，各智能配水器均受控于地面控制系统，所述地面控制系统包括来水干管和注水管，所述来水干管连接有来水支管，所述来水支管上通过法兰安装有来水手动开关阀，所述来水手动开关阀的上游安装有阀前压力变送器，所述来水手动开关阀的下游通过法兰安装有智能调水阀，所述智能调水阀设有流量传感器，所述智能调水阀的下游通过法兰连接有注水手动开关阀，所述注水手动开关阀的出口连接所述注水管，所述智能调水阀出口与所述注水手动开关阀入口之间的管道上安装有阀后压力变送器，所述阀前压力变送器、阀后压力变送器和智能调水阀的信号线均与地面控制器相连接；所述注水管上连接有旁路排水管，所述旁路排水管的入口设有电动泄压阀。

相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：打开来水手动开关阀和注水手动开关阀后，水流沿来水干管和来水支管进入智能调水阀，经智能调水阀调节后进入注水管，阀前压力变送器可以检测智能调水阀上游的压力并传输给地面控制器，阀后压力变送器可以检测智能调水阀下游的压力并传输给地面控制器，地面控制器发送控制信号来调节智能调节阀的开关，从而控制注水流量。当智能调水阀从全闭切换至全开时，地面压力与流量同时增大，形成压力与流量编码的高；当智能调水阀从全开切换至全闭时，地面压力与流量同时减小，形成压力与流量编码的低，如此形成压力波，下行压力波发送给井下智能配水器，达到对注水量的调控。井下智能配水器通过开关水嘴或改变水嘴开度形成压力波，上行压力波被阀后压力变送器采集并发送给地面控制器，地面控制器解析出上行压力波，如此实现了地面设备与井下仪器的双向压力波通信。在井下渗水性不好，导致压力无法降低时，可以打开电动泄压阀进行快速泄压，以此达到低压力脉冲的编码。

作为本实用新型的改进，所述封隔器包括封隔器中心管，所述封隔器中心管的下部外周套装有扩张胶筒，所述扩张胶筒的下端封闭且扩张胶筒的内周壁与所述封隔器中心管的外壁之间设有间隙形成胶筒内腔；所述扩张胶筒的上端固定在胶筒上压帽的下端口中，所述胶筒上压帽中部的内台阶上支撑有弹簧，所述弹簧的上端压在反洗活塞的下端，所述反洗活塞的上端抵靠在反洗活塞座的下方，所述反洗活塞座的下部外周与所述胶筒上压帽的上端口相旋接；与反洗活塞座内壁对应的封隔器中心管上设有坐封进水孔；所述反洗活塞座的上部旋接有开关液缸，所述开关液缸的内腔设有开关活塞，所述开关活塞的下端设有开关活塞小直径段，所述开关活塞小直径段的下端插入反洗活塞座的内腔且与反洗活塞的上端内缘相对；所述开关活塞小直径段上设有与所述坐封进水孔相贯通的开关活塞通水槽；所述开关液缸的中段设有对开关活塞进行上限位的开关液缸内台阶，所述开关液缸内台阶的上方设有贯通开关液缸的反洗进水孔。破损套管变形损坏后，在原破损的破损套管中放入新的内套管形成小直径井眼，内套管通过顶部的悬挂器悬挂在破损套管中。在内套管中采用专用封隔器将上下油层分隔开以后，即可进行分层注水。从封隔器中心管内向封隔器加压，液压经过封隔器中心管上的坐封进水孔进入反洗活塞座的内腔，推动反洗活塞压缩弹簧，液压进入扩张胶筒的内腔使其扩张密封油套管的环形空间，实现坐封。停注时，在弹簧的张力作用下，反洗活塞向上升起与反洗活塞座贴合，使扩张胶筒内腔的压力液被封闭，保证扩张胶筒处于坐封状态，即使管柱内外的压差消失，封隔器仍能保持密封状态，解决了常规封隔器在油管泄压即发生解封的问题。从封隔器中心管内向封隔器加压坐封时，同时开关活塞在内压作用下保持开关液缸向上的推力，使开关液缸不会相对于封隔器中心管产生轴向位移，这样保证封隔器不会因为注水时的蠕动使封隔器解封剪钉剪断而失效。开关活塞受到从坐封进水孔注入的液压时，向上滑动至开关液缸内台阶停止。当需要反洗井时，油套环空加压，液体经过开关液缸上的反洗进水孔进入开关液缸与封隔器中心管之间的环空内，液体推动开关活塞向下运动，开关活塞小直径段向下推开反洗活塞，扩张胶筒内的液体经过反洗活塞、封隔器中心管上的坐封进水孔，回到注水管柱，封隔器解封，可进行反洗井，同时平衡活塞保持平衡液缸向上的推力，抵消了大部分作用在扩张胶筒上向下的活塞力，减小了平衡液缸上方解封剪钉所受到的向下的剪切力，封隔器不会因为反洗井时扩张胶筒向下的活塞力使解封剪钉剪断而失效。重新注水时，封隔器中心管内的液体经过封隔器中心管上的坐封进水孔推动开关活塞上移，同时推动反洗活塞打开使封隔器坐封。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本实用新型。

图1为本实用新型套损井的注水管柱的示意图。

图2为图1中封隔器的主视图。

图3为图2的整体放大图。

图4为图2的局部放大图。

图5为本实用新型中地面控制系统的立体图。

图中：a.水力锚；b.智能配水器；c.封隔器；d.扶正器；e.单向阀；f.筛管；g.丝堵；h.套管悬挂器；g1.来水干管；g2.来水支管；g3.注水管；g4.旁路排水管；p1.阀前压力变送器；p2.阀后压力变送器；v1.来水手动开关阀；v2.智能调水阀；v3.注水手动开关阀；v4.电动泄压阀；k1.地面控制器；k1a.竖向支架；k1b.卡箍。1.封隔器上接头；2.解封剪钉；3.平衡液缸；4.平衡活塞；5.封隔器中心管；5a.坐封进水孔；5b.封隔器中心管泄水孔；5c.封隔器中心管缩径段；6.开关液缸；6a.反洗进水孔；7.开关活塞；7a.开关活塞小直径段；7b.开关活塞通水槽；8.反洗活塞座；9.反洗活塞密封环；10.反洗活塞压环；11.反洗活塞；12.弹簧；13.胶筒上压帽；14.扩张胶筒；15.胶筒下压帽；16.密封螺钉；17.下压帽o形圈；18.封隔器下接头。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型套损井的注水管柱插接于内套管的内腔，注水管柱的上端伸出内套管的上方且通过变径接头与管柱大直径段相连接，管柱大直径段通过水力锚a固定在破损套管的内腔，内套管的上端通过套管悬挂器h悬挂在破损套管的内壁，注水管柱上与油层相应的位置分别设有智能配水器b，各智能配水器b均受控于地面控制系统，相邻智能配水器之间分别设有封隔器c，顶层智能配水器的上方和底层智能配水器的下方分别设有扶正器d，底层油层的智能配水器b下方依次连接有单向阀e、筛管f和丝堵g。在内套管中采用封隔器将上下油层分隔开以后，即可进行分层注水。

如图2至图4所示，封隔器c包括封隔器中心管5，封隔器中心管5的下部外周套装有扩张胶筒14，扩张胶筒14的下端封闭且扩张胶筒14的内周壁与封隔器中心管5的外壁之间设有间隙形成胶筒内腔；封隔器中心管5的下端旋接有封隔器下接头18。扩张胶筒14的上端固定在胶筒上压帽13的下端口中，胶筒上压帽13中部的内台阶上支撑有弹簧12，弹簧12的上端压在反洗活塞11的下端，反洗活塞11的上端抵靠在反洗活塞座8的下方，反洗活塞座8的下部外周与胶筒上压帽13的上端口相旋接；与反洗活塞座8内壁对应的封隔器中心管5上设有坐封进水孔5a。

反洗活塞座8的上部旋接有开关液缸6，开关液缸6的内腔设有开关活塞7，开关活塞7的下端设有开关活塞小直径段7a，开关活塞小直径段7a的下端插入反洗活塞座8的内腔且与反洗活塞11的上端内缘相对；开关活塞小直径段7a上设有与坐封进水孔5a相贯通的开关活塞通水槽7b。开关液缸6的中段设有对开关活塞7进行上限位的开关液缸内台阶，开关液缸内台阶的上方设有贯通开关液缸6的反洗进水孔6a。

开关液缸6的上端旋接有平衡液缸3，平衡液缸3的内腔设有平衡活塞4，平衡液缸3的中段设有对平衡活塞4进行上限位的平衡液缸内台阶，平衡液缸3的上端口抵靠在封隔器上接头1的台阶下方，平衡液缸3的上部圆周通过解封剪钉2连接在封隔器上接头1的下端外周，封隔器上接头1的下端母螺纹旋接在封隔器中心管5的上端，平衡活塞4上方的封隔器中心管5上设有封隔器中心管泄水孔5b。扩张胶筒14的下端固定在胶筒下压帽15中，胶筒下压帽15的下端内壁通过下压帽o形圈17与封隔器中心管5外壁实现密封，胶筒下压帽15下方的封隔器中心管5设有封隔器中心管缩径段5c。

从封隔器中心管5内向封隔器加压，液压经过封隔器中心管5上的坐封进水孔5a进入反洗活塞座8的内腔，推动反洗活塞11压缩弹簧12，液压进入扩张胶筒14的内腔使其扩张密封油套管的环形空间，实现坐封。停注时，在弹簧12的张力作用下，反洗活塞11向上升起与反洗活塞座8贴合，使扩张胶筒14内腔的压力液被封闭，保证扩张胶筒14处于坐封状态，即使管柱内外的压差消失，封隔器仍能保持密封状态，解决了常规封隔器在油管泄压即发生解封的问题。从封隔器中心管5内向封隔器加压坐封时，同时开关活塞7在内压作用下保持开关液缸6向上的推力，使开关液缸6不会相对于封隔器中心管5产生轴向位移，这样保证封隔器不会因为注水时的蠕动使封隔器解封剪钉2剪断而失效。开关活塞7受到从坐封进水孔5a注入的液压时，向上滑动至开关液缸内台阶停止。

当需要反洗井时，油套环空加压，液体经过开关液缸6上的反洗进水孔6a进入开关液缸6与封隔器中心管5之间的环空内，液体推动开关活塞7向下运动，开关活塞小直径段7a向下推开反洗活塞11，扩张胶筒14内的液体经过反洗活塞11、封隔器中心管5上的坐封进水孔5a，回到注水管柱，封隔器解封，可进行反洗井，同时平衡活塞4保持平衡液缸3向上的推力，抵消了大部分作用在扩张胶筒14上向下的活塞力，减小了平衡液缸3上方解封剪钉2所受到的向下的剪切力，封隔器不会因为反洗井时扩张胶筒14向下的活塞力使解封剪钉2剪断而失效。重新注水时，封隔器中心管5内的液体经过封隔器中心管5上的坐封进水孔5a推动开关活塞7上移，同时推动反洗活塞11打开使封隔器重新坐封。

由于平衡液缸3的上端口抵靠在封隔器上接头1的台阶下方，平衡液缸3受到向上的推力即可确保解封剪钉2不被剪断。当需要解封及起管柱作业时，有两种解封方法：一种是反洗井解封，与上述反洗井作业原理相同；另一种是上提管柱解封，上提管柱时，封隔器在扩张胶筒14与套管摩擦力作用下，平衡液缸3保持静止不动，封隔器上接头1和封隔器中心管5上移，剪断解封剪钉2；封隔器中心管5继续上移，胶筒下压帽15内的下压帽o形圈17向下越过封隔器中心管5的下部台阶而失去密封作用，扩张胶筒14的内腔泄压，内外压力平衡，实现解封，可顺利起出封隔器。

胶筒下压帽15的中部圆周上设有压帽泄水孔，压帽泄水孔旋接有密封螺钉16。密封螺钉16将压帽泄水孔封闭，可对封隔器进行试压，试压完成后旋掉密封螺钉16进行泄放。

反洗活塞11的上端与反洗活塞座8的下段通过斜锥面相互配合，且反洗活塞11的斜锥面上嵌装有反洗活塞密封环9。反洗活塞11的上端内周嵌装有与开关活塞小直径段7a的下缘相对的反洗活塞压环10，反洗活塞压环10的中部外周设有台阶将反洗活塞密封环9压住。斜锥面可以增大反洗活塞11与反洗活塞座8的配合面积，且具有自动对中的作用，在反洗活塞11的斜锥面上嵌装反洗活塞密封环9可提高密封性能。坐封时，开关活塞7的下端通过反洗活塞压环10推动反洗活塞11下行，可降低反洗活塞11的加工难度，延长其使用寿命，也便于反洗活塞密封环9的安装和更换。

该封隔器设有滑套开关机构，在油管泄压后，滑套开关保持关闭，扩张胶筒14内外不连通，保证封隔器在注水压力波动及关井停注时依然能保持密封状态，解决了层间窜通的问题。还设有反洗解封机构，能保证封隔器在反洗压差达到一定时，封隔器解封，进行反洗井作业，反洗结束后，给封隔器重新注水，封隔器能重新坐封。还设有内压、反洗两平衡机构，封隔器在注水时不会因为封隔器的蠕动使封隔器解封剪钉2剪断而失效，不会因为反洗井时胶筒上向下的活塞力使解封剪钉2剪断而失效，封隔器的稳定性大大增强。有反洗解封、上提解封两种解封方式，便于使用时根据实际情况进行选择。

平衡液缸3、开关液缸6、胶筒上压帽13和胶筒下压帽15的外径均为φ75mm，可满足φ95mm内套管注水井的重复坐封需要；封隔器中心管5的内通径为φ40mm，可以满足直径φ36mm仪器分层调配水及吸水剖面测试需要。

如图5所示，地面控制系统包括来水干管g1和注水管g3，来水干管g1连接有来水支管g2，来水支管g2上通过法兰安装有来水手动开关阀v1，来水手动开关阀v1的上游安装有阀前压力变送器p1，来水手动开关阀v1的下游通过法兰安装有智能调水阀v2，智能调水阀v2设有流量传感器，智能调水阀v2的下游通过法兰连接有注水手动开关阀v3，注水手动开关阀v3的出口连接注水管g3，智能调水阀v2出口与注水手动开关阀v3入口之间的管道上安装有阀后压力变送器p2，阀前压力变送器p1、阀后压力变送器p2和智能调水阀v2的信号线均与地面控制器k1相连接。

阀后压力变送器p2安装在智能调水阀v2的出口横管上，地面控制器k1的背面安装有竖向支架k1a，竖向支架k1a上固定有卡箍k1b，卡箍k1b抱在智能调水阀v2的出口竖管上。通过竖向支架k1a与卡箍k1b可以实现地面控制器k1的就地安装，且可以调整位置。

打开来水手动开关阀v1和注水手动开关阀v3后，水流沿来水干管g1和来水支管g2进入智能调水阀v2，经智能调水阀v2调节后进入注水管g3，阀前压力变送器p1可以检测智能调水阀v2上游的压力并传输给地面控制器k1，阀后压力变送器p2可以检测智能调水阀v2下游的压力并传输给地面控制器k1，地面控制器k1发送控制信号来调节智能调节阀的开关，智能调水阀v2具有检测流量的功能，能够实时读取流量，同时具有阀门开度调节作用。

当智能调水阀v2从全闭切换至全开时，地面压力与流量同时增大，形成压力与流量编码的高；当智能调水阀v2从全开切换至全闭时，地面压力与流量同时减小，形成压力与流量编码的低，如此形成压力波。按照预设的协议定时通过压力波的形式把命令发给井下智能配水器，达到对注水量的调控。

井下智能配水器通过开关水嘴或改变水嘴开度形成压力波，上行压力波被阀后压力变送器p2采集并发送给地面控制器k1，地面控制器k1解析出上行压力波，如此实现了地面设备与井下仪器的双向压力波通信。

注水管g3上连接有旁路排水管g4，旁路排水管g4的入口设有电动泄压阀v4。在井下渗水性不好，导致压力无法降低时，电动泄压阀v4打开进行快速泄压，以此达到低压力脉冲的编码。