一种小直径智能分采装置及管柱及施工方法与流程

1.本发明涉及石油行业的分层采油管柱技术领域，具体地说是一种小直径智能分采装置及管柱及施工方法。


背景技术：

2.胜利油田已进入发展中后期，经过长期的注水开采，进一步加剧了层间干扰，而油井分层系开发能够有效提高油藏动用程度，最终实现提高采收率的目的。随着分层采油技术的发展，按照控制方式主要分为液控、电控、电-液一体化控制以及无线压力脉冲控制四类技术。其中液控和电控是目前国外应用成熟的系统。国内海上油田也相应的配备了液控及电控分层采油的方式。但是该系列技术较多采用y型接头，配备液控机械滑套或者电控滑套的方式，主要应用于95/8的套管中，而且流量不能控制，目前油水井防砂主要以砾石充填和机械挂滤为主，7in套管防砂后内径小于100mm，这对于实现7in套管井筒内分层采油、流量控制带来一定的难度，因此需要设计小直径智能分采工艺技术，能够实现防砂管柱内的多层位多流量的控制，同时胜利海上油田已经开展化学驱技术应用，分采开关见聚对井下调节要求具备更大的调节驱动力。
3.经过检索，申请号202010328388.3发明了一种三管线控制六层位滑套的井下液压系统，包括地面作业设备，6组井下解码器系统，6个封隔器，套管，油管等部件，在每个开采的储层布置一组井下解码器系统和封隔器，将井筒内环空隔开使每个层位形成独立空间；每个井下解码器系统均包括一个解码器、一个泄压阀、一个滑套、一个单向阀和一个油管开孔，解码器通过泄压阀与滑套连接，油管开孔通过单向阀与泄压阀连接，通过解码器系统中的泄压阀能够有效减小地面注入压力。通过三条液压管线向解码器系统传递动力，至多可对六个储层的滑套进行独立的编译解码控制，层间的精细控制，达到平衡层间矛盾，提高最终采收率的目的。申请号202010328374.1发明了一种三管线控制六层位滑套的控制方法，将3条液压管线由地面液压站向井底方向依次连接地面液压控制设备和6个井下液压控制系统；通过控制三条液压管线的油压对6个井下液压控制系统中的解码器的打开状态进行分别控制，待目标井下液压控制系统中的解码器打开后，根据要控制滑套移动方向的控制要求，控制相应的液压管线供给该解码器的油压提升至滑套所需的作业压力，从而使该层位井下液压控制系统的解码器、泄压阀、滑套、单向阀和油管开孔之间的通路导通，以推动滑套移动，实现井下分层控制。其上两个专利共同涉及到了液压控制系统的解码器，该工具密封件较多，结构复杂，一旦一道密封圈失效，整个系统失去分层控制功能。
4.经过检索，申请号201611227503.8公开了一种大斜度井智能分层采油管柱及其作业方法，具体公开了一种大斜度井智能分层采油管柱，包括分层生产管柱；所述分层生产管柱包括带孔管和圆堵，所述带孔管和所述圆堵之间设置有过电缆定位密封，若干个分层配产装置和至少一个过电缆插入密封；每一个所述分层配产装置均通过钢铠电缆连接至与上位机相连的地面控制器；所述分层配产装置分别对应每一油层，不同层位间的密封通过所述过电缆定位密封与所述过电缆插入密封实现；其作业方法为：(1)通井；(2)分层配产装置
联调测试正常，下入本发明管柱及钢铠电缆；(3)本发明管柱验封；(4)启泵生产；(5)定点酸化。可实现大斜度井分层采油的在线无级调控，同时可以根据生产要求实施定点酸化，该技术采用电动控制方式，调节驱动力较小，对于井下开关见聚后或者井下结垢后调节难度较大，不能实现长期有效调节。
5.经过检索，申请号201811626784.3公开了一种井下液控启动滑套控制系统及控制方法，具体公开了一种井下液控启动滑套控制系统及控制方法，采用在地面向井下发送压力波或电磁波的方式向井下液控启动滑套发送控制指令，井下液控启动滑套上安装的井下传感器测量地面发送的控制指令，并把测量到的控制指令发送给井下控制电路板，井下控制电路板判断为正确的控制指令，控制井下电磁阀开启，井筒内流体通过井下电磁阀流入井下液控启动滑套内的上腔体，推动活塞杆向下运动，打开井下液控启动滑套。省去了现有井下滑套需要投球或者下入连续油管打开的程序，节省了大量时间和成本。但是该系统仅能够控制开启，一旦开启后不能再次进行开关调节，开关活动受限较大。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种小直径智能分采装置及管柱及施工方法，该小直径智能分采管柱的分采管柱与生产管柱一体化设计，通过对分采管柱小直径化设计，满足防砂管柱内部下入需求，其小直径智能分采装置采用液控管线打压方式，通过设置的多级卡阻机构以及监测每层液控压力、流量情况，实现不同压力下的多级流量控制。
7.为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案：
8.一种小直径智能分采装置，包括自上而下依次连接的活塞控制机构、弹簧位置机构、阻尼机构、油嘴调节机构。
9.进一步地，所述活塞控制机构包括密封套、圆柱活塞一、圆柱活塞二；
10.所述密封套开设轴向的圆柱活塞腔一、圆柱活塞腔二，所述圆柱活塞一装入圆柱活塞腔一中，所述圆柱活塞二装入圆柱活塞腔二中；
11.所述圆柱活塞一、圆柱活塞二下端同时连接弹簧位置机构的中心管；
12.所述密封套上端连接上接头，上接头开设上接头液控通道，所述圆柱活塞腔一上端与上接头液控通道连通。
13.进一步地，所述弹簧位置机构包括外套、中心管、大弹簧；
14.所述外套套装在中心管外部，外套上端连接活塞控制机构的密封套，外套下端连接阻尼机构的阻尼套；
15.所述大弹簧置于外套内，且大弹簧上端通过上调整垫片顶住中心管，大弹簧下端通过下调整垫片顶住阻尼套。
16.进一步地，所述阻尼机构为多级阻尼机构，所述多级阻尼机构包括阻尼管、阻尼套、阻尼器；
17.所述阻尼管位于阻尼套内部，阻尼管上端连接中心管，阻尼管下端连接油嘴调节机构的调节芯；
18.所述阻尼套内壁至少开设两层数量的阻尼器安装槽层，每一层至少均置三个阻尼器安装槽，阻尼器安装槽安装阻尼器，阻尼器的作用力作用在阻尼管外壁上。
19.进一步地，所述阻尼器包括支撑环、弹簧套、阻尼球、小弹簧；
20.所述支撑环装入阻尼器安装槽内，支撑环内部具有容纳阻尼球的空间，并且支撑环内端开设能露出阻尼球的小口，小口的口径小于阻尼球直径，支撑环外端连接弹簧套，小弹簧内端连接阻尼球，小弹簧外端连接弹簧套。
21.进一步地，所述油嘴调节机构包括调节芯、压环、硫化环、油嘴套；
22.所述调节芯上端连接阻尼机构的阻尼管，所述油嘴套上端连接阻尼机构的阻尼套；油嘴套中部开设径向贯通的调节孔；
23.所述调节芯下半段外壁开设自上而下依次缩径的至少三级台阶，调节芯上半段外壁与阻尼套内壁之间安装压环、硫化环。
24.为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案：
25.一种小直径智能分采管柱，包括外部的防砂管柱、内部的分采管柱；其中防砂管柱针对不同油层之间设置防砂封隔器，其中分采管柱针对不同油层之间设置分采封隔器；
26.所述分采管柱针对不同油层均设置小直径智能分采装置，所述小直径智能分采装置包括自上而下依次连接的活塞控制机构、弹簧位置机构、阻尼机构、油嘴调节机构。
27.进一步地，所述活塞控制机构包括密封套、圆柱活塞一、圆柱活塞二；
28.所述密封套开设轴向的圆柱活塞腔一、圆柱活塞腔二，所述圆柱活塞一装入圆柱活塞腔一中，所述圆柱活塞二装入圆柱活塞腔二中；
29.所述圆柱活塞一、圆柱活塞二下端同时连接弹簧位置机构的中心管；
30.所述密封套上端连接上接头，上接头开设上接头液控通道，所述圆柱活塞腔一上端与上接头液控通道连通，上接头液控通道连接电子压力流量计。
31.进一步地，所述弹簧位置机构包括外套、中心管、大弹簧；
32.所述外套套装在中心管外部，外套上端连接活塞控制机构的密封套，外套下端连接阻尼机构的阻尼套；
33.所述大弹簧置于外套内，且大弹簧上端通过上调整垫片顶住中心管，大弹簧下端通过下调整垫片顶住阻尼套。
34.进一步地，所述阻尼机构为多级阻尼机构，所述多级阻尼机构包括阻尼管、阻尼套、阻尼器；
35.所述阻尼管位于阻尼套内部，阻尼管上端连接中心管，阻尼管下端连接油嘴调节机构的调节芯；
36.所述阻尼套内壁至少开设两层数量的阻尼器安装槽层，每一层至少均置三个阻尼器安装槽，阻尼器安装槽安装阻尼器，阻尼器的作用力作用在阻尼管外壁上；
37.所述阻尼器包括支撑环、弹簧套、阻尼球、小弹簧；
38.所述支撑环装入阻尼器安装槽内，支撑环内部具有容纳阻尼球的空间，并且支撑环内端开设能露出阻尼球的小口，小口的口径小于阻尼球直径，支撑环外端连接弹簧套，小弹簧内端连接阻尼球，小弹簧外端连接弹簧套。
39.进一步地，所述油嘴调节机构包括调节芯、压环、硫化环、油嘴套；
40.所述调节芯上端连接阻尼机构的阻尼管，所述油嘴套上端连接阻尼机构的阻尼套；油嘴套中部开设径向贯通的调节孔；
41.所述调节芯下半段外壁开设自上而下依次缩径的至少三级台阶，调节芯上半段外
壁与阻尼套内壁之间安装压环、硫化环。
42.为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案：
43.一种小直径智能分采管柱的施工方法，包括以下步骤：通过主液控管线给其中一采油层的小直径智能分采装置打压，圆柱活塞推动中心管，中心管带动阻尼管，阻尼管带动调节芯，调节芯与油嘴套调节孔产生的过流孔径就会变化，当流量达到所需要设置的流量后，停止打液控管线压力，此时阻尼机构进行锁定，实现井下分采装置开度的大小调节，当需要关闭该采油层时，液控管线继续打压，当上下两级硫化环覆盖油嘴套注入口时，完全封堵住调节孔，实现该采油层的采油通道关闭。
44.进一步地，所述调节芯采用多级台阶设计，实现多个节流压差控制。
45.进一步地，地面控制柜的电控开关通过铠装电缆控制电控液路分配装置，打开控制其中一采油层的小直径智能分采装置的液控通道，然后地面控制柜的液控开关通过主液控管线连接电控液路分配装置，电控液路分配装置再通过分支液控管线给上述当前采油层的小直径智能分采装置打压。
46.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
47.(1)采用小直径智能分采装置及电控液路分配装置，实现了一根主液控管线和一根铠装电缆对井下开关的流量控制，简化了井筒内大部分的管线数量；
48.(2)小直径智能分采装置设计外径φ80mm，实现了目前成熟油井防砂工艺内的安全下入；
49.(3)小直径智能分采装置采用圆柱活塞一+圆柱活塞二配合，实现深井开关的安全下深；
50.(4)小直径智能分采装置采用多级阻尼机构，结合小型圆柱活塞设计，实现宽幅压力下多级控制(压力由井下电子压力计传给地面控制柜)，防止压力波动情况下，油嘴大小发生变化，确保定量调节；
51.(5)采用多级台阶设计，实现多个节流压差控制。
附图说明
52.图1为本发明的一种小直径智能分采管柱结构示意图；
53.图2为本发明小直径智能分采装置工具示意图；
54.图3本发明应用于电泵生产的结构示意图；
55.图4本发明应用于管式泵生产的结构示意图；
56.图5本发明应用于杆式泵生产的结构示意图；
57.图6为小直径智能分采装置a部分放大图。
58.图中：1滤砂管、2分采封隔器、3防砂封隔器、4小直径智能分采装置、5电子压力流量计、6悬挂封隔器、7定位装置、8液控管线一、9、液控管线二、10电控液路分配装置、11铠装电缆、12套管、13油管、14地面控制柜、15大丝堵、16小丝堵、17主液控管线；
59.18电泵加强装置、19电泵、20电缆；21过流装置、22管式泵；23杆式泵；
60.406接箍、407上接头、408密封套、409圆柱活塞一、410圆柱活塞二、411外套、412中心管、413调整垫片、414大弹簧、415阻尼管、416阻尼套、417支撑环、418弹簧套、419阻尼球、420小弹簧、421调节芯、422压环、423硫化环、424油嘴套、425下接头、阻尼环426。
具体实施方式
61.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，所描述的实施例仅仅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。
62.请参阅图1至图2，该小直径智能分采管柱的分采管柱与生产管柱一体化设计，通过对分采管柱小直径化设计，满足防砂管柱内部下入需求，其小直径智能分采装置采用液控管线打压方式，通过设置的多级卡阻机构以及监测每层液控压力、流量情况，实现不同压力下的多级流量控制。
63.为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种7in分层防砂井用小直径智能分采管柱包括外部的防砂管柱、内部的分采管柱以及地面控制柜等，其中所述的防砂管柱包括大丝堵、滤砂管、防砂封隔器、套管以及悬挂封隔器，所述的分采管柱包括小丝堵、分采封隔器、小直径智能分采装置、定位装置、油管、电控液路分配装置，所述的滤砂管对应相应的油层，所述的防砂封隔器封隔两个油层，所述的悬挂封隔器用于悬挂整个防砂管柱，所述的大丝堵、滤砂管、防砂封隔器、悬挂封隔器通过所述的套管连接，所述的分采封隔器封隔用于防砂管柱内部的封隔，所述的小直径智能分采装置对应相应的油层部位，所述的定位装置用于分采管柱定位，所述的小丝堵、分采封隔器、小直径智能分采装置、定位装置通过油管连接。
64.所述的电控液路分配装置上端设置一个主液控管线接口、一个铠装电缆接口，下端设置多个液控管线接口，一个铠装电缆接口；
65.所述的电子压力计、流量计镶嵌在所述的小直径智能分采装置内部，并通过所述的铠装电缆连接至电控液路分配装置下端相应的铠装电缆接口；
66.所述的对应不同油层的小直径智能分采装置通过液控管线一以及液控管线二分别连接至电控液路分配装置下端相应的液控管线接口；
67.所述的电控液路分配装置上端通过一根主液控管线、一根铠装电缆连接至地面控制柜，所述的主液控管线采用φ9.53mm以上的管线，所述的电控液路分配装置通过铠装电缆控制内部电机实现井下各个液控管线的通道，通过主液控管线给井下各个液控管线打压；
68.所述的小直径智能分采装置包括上接头406、活塞控制机构、弹簧位置机构、多级阻尼机构、油嘴调节机构、下接头425、胶圈等组成，活塞控制机构包括密封套408、圆柱活塞一409、圆柱活塞二410等，弹簧位置机构包括中心管412、调整垫片413、大弹簧414、外套411等，多级阻尼机构包括阻尼管415、阻尼套416、支撑环417、弹簧套418、阻尼球419、小弹簧420等，油嘴调节机构包括调节芯421、压环422、硫化环423、油嘴套424等，所述的接箍与上接头螺纹连接，所述的上接头与密封套螺纹连接，所述的密封套与外套螺纹连接，所述的外套与阻尼套螺纹连接，所述的阻尼套与油嘴套螺纹连接，所述的油嘴套与下接头螺纹连接，所述的圆柱活塞一与圆柱活塞二对称放置于密封套内部，所述的中心管与圆柱活塞一、圆柱活塞二活性连接，所述的大弹簧放置于外套与阻尼管内部空间，所述的阻尼套内部设置多级沉孔，所述的支撑环、阻尼套放置于沉孔内部，所述的小弹簧、阻尼球放置于阻尼套内部，所述的中心管与阻尼管螺纹连接，所述的阻尼管与调节芯螺纹连接，所述的调节芯设置
台阶，在调节芯与阻尼套之间设置所述的压环、硫化环；
69.所述的接箍与上接头、上接头与密封套、圆柱活塞一、二与上接头的活塞孔、外套与阻尼套、阻尼套与油嘴套、油嘴套与下接头通过所述的胶圈密封连接；
70.所述的圆柱活塞一处的活塞孔与液控管线连通，所述圆柱活塞二处的活塞孔与液控管线不连通；圆柱活塞二是起辅助扶正用的，只通过圆柱活塞一产生液控，产生推力。
71.所述的阻尼管外部均匀轴向设置一个阻尼环426，所述的阻尼环内部喷涂合适用量、粒度的氧化铝或者锆英石，其他部位光滑处理；
72.所述的阻尼球外部喷涂合适用量、粒度的氧化铝或者锆英石；
73.所述的调节芯在外表面设置多个不同直径大小的的台阶；
74.现场施工时，按照图示结构，先后下入外部的防砂管柱，然后下入内部的分采管柱，主液控管线、铠装电缆最后通过井口悬挂器，连接至地面控制柜；电缆有两个作用，一是控制分配装置10，另一个是连接智能分采装置的电子压力流量计5，用于测试流量。
75.以生产上层为例，地面控制柜的电控开关通过铠装电缆控制电控液路分配装置，打开控制上层的小直径智能分采装置的液控通道，然后地面控制柜的液控开关通过主液控管线给上层的小直径智能分采装置打压，圆柱活塞推动中心管，中心管带动阻尼管，阻尼管带动调节芯，当电子流量计显示的流量达到所需要设置的流量后，停止打液控管线压力，此时阻尼机构进行锁定，实现井下分采装置开度的大小调节，当需要关闭该层时，液控管线继续打压，当上下两级硫化环覆盖油嘴套注入口时，实现该层装置关闭；
76.实施例1：如图3所示，该分层采油管柱可以应用于电泵生产，其分层采油管柱通过电泵加强装置悬挂，电泵上端连接电缆；
77.实施例2：如图4所示，该分层采油管柱可以应用于管式泵生产，为实现管式泵下端液力封隔器坐封，设置过流装置；
78.实施例3：如图5所示，该分层采油管柱可以应用于杆式泵生产。
79.更进一步地，地面控制柜集成闭环自控制程序，地面设置一定的流量后，通过井下上传的流量及压力数值，自动调节液控管线压力至所需要的大小，将小直径智能分采装置调节至合适的位置，实现流量的自动控制。
80.本技术中凡是没有展开论述的零部件本身、本技术中的各零部件连接方式均属于本技术领域的公知技术，不再赘述。比如焊接、丝扣式连接等。
81.在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
82.本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
83.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实
例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
84.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。