一种永置分布式光纤下入油气井的工具和工艺的制作方法

本发明属于油气井测试领域，具体涉及一种永置分布式光纤下入油气井的工具和工艺。

背景技术：

1、油气井产出剖面、井筒完整性、开关井动态等关乎油气井生产运行状态的重要信息，这些信息对油气井的日常维护、生命周期的延长、开采方案的优化调整至关重要。传统的油气井产出剖面的测量方法，比如七参数测井，由于方法自身的缺陷、施工方式的复杂性，以及较高的测量环境要求等原因，长期以来，未能使油气公司得到实时、丰富且准确度高的产出剖面数据。若引入分布式光纤，将其用于油气井生产动态监测，将会为解决上述问题提供新的思路。永置式分布式光纤以永置的方式部署到油气井以后，可以根据需要全天候地对产出剖面进行监测。大量实时的数据可以满足油气田作业者对产出剖面的动态进行全天候监测的预期。

2、永置方式下，光纤一旦部署到位，将成为生产管柱结构中的一部分，贯穿油气生产的整个生命周期。由于采油气井井型和开采方式的差异性，使得永置式光纤的下入方法和装置设计也呈现出复杂性和多样性。根据有无油管及抽油泵组件，可以把油气井分为3种类型：(1)无生产管柱型。该型油气井只有套管，没有油管和抽油泵组件。(2)无抽油泵组件型。该型油气井有套管和油管，但没有抽油泵组件。(3)有抽油泵组件型。该型油气井不但有套管和油管，还有抽油泵组件。本发明针对(2)无抽油泵组件型。

3、要完成永置式光纤在上述井型(2)中的顺利下入及稳固运行，需要解决如下问题：①光纤下入井中以后，分上下两部分，上面部分处在油管内，从井口延伸到油管底部；下面部分从油管底部伸出，一直延伸到井底或最下面的产层下边界位置。②分布式光纤以一种相对安全的方式顺利下到井底，尽量避免中途遇阻、遇卡的情况发生。③在下入过程中及后续监测工作中能够得到很好的固定和保护。④紧急情况(如井下压力异常)下，能够实现快速关井。⑤分布式光纤跟地面系统可以实现快速、方便的连接与断开。⑥下入工具能够跟油气井井口装置及其他辅助装置实现稳固的对接、跟套管形成流体循环通道。

4、在传统油气井作业中，以工具串悬重、电缆爬行器、泵送、连续油管等为主要手段的下入方法工艺不能同时满足上述六个方面的要求，因此，需要一种新的工艺方法和相应的工具，来实现上述目标。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种永置分布式光纤下入油气井的工具和工艺，利用该套专用井下工具与井口装置、套管、油管的配合，解决无抽油泵组件井型下入永置分布式光纤面临的上述六方面的问题，为光纤监测作业的推广应用提供基础性手段。

2、本发明采取的技术方案是：

3、一种永置分布式光纤下入油气井的工具，包括与油管螺纹连接的油管短节，在油管短节内至上而下顺序设置活塞组件和光缆固定组件，活塞组件与光缆固定组件通过剪切销钉固定连接；

4、所述活塞组件包括活塞主体，在活塞主体外壁上设有一号密封圈，在活塞主体内沿轴向分别设有中心孔道、一号液压管道和二号液压管道，在中心孔道内设有二号密封圈，一号液压管道和二号液压管道的上端分别连接一号单向阀和二号单向阀；中心孔道的上下两端分别贯穿活塞主体，一号液压管道和二号液压管道的下端均向下贯穿活塞主体，一号单向阀和二号单向阀的入口端均向上贯穿活塞主体；在活塞主体底端设有两个剪切销钉。

5、活塞组件与完井油管、地面液压动力及光缆固定组件配合，完成光缆的下入过程，为地面液压动力到达光缆固定组件提供开关型通道。光缆锚定在预定位置后，通过井口液压动力收回至地面。光缆固定组件一方面为地面液压动力驱动推靠组件提供开关型通道，另一方面通过推靠臂支撑在套管内壁上实现光缆在井下预定位置的固定。

6、中心孔道为光缆通过活塞、抵达光缆固定组件中的夹紧装置提供通路。一号密封圈和二号密封圈分别实现活塞和油管短节之间、光缆和活塞的中心孔道之间的密封。一号单向阀，在压力p1下开启，把液压力通过一号液压管道传递到光缆固定组件中的锚定装置，驱动推靠臂张开，支撑到套管壁上；二号单向阀，在压力p2下开启，把液压力通过一号液压管道和二号液压管道共同传递到连接活塞组件和光缆固定组件的剪切销钉，使销钉断裂，活塞组件跟光缆固定组件分离，p2值大于p1值；定位键，与位于光缆固定组件上的定位槽啮合，防止活塞组件和光缆固定组件之间的相对转动。剪切销钉，在下入光缆时，把活塞组件和光缆固定组件固定在一起；光缆锚定后，在地面液压力的作用下断开，使活塞组件和光缆固定组件分离。

7、进一步的，所述光缆固定组件包括光缆固定组件主体，在光缆固定组件主体顶端设有与活塞主体底端一体化的剪切销钉，以及光缆底部锁紧装置，在光缆固定组件主体内还设有三号液压管道、四号液压管道以及高压蓄能装置，三号液压管道的入口同时与一号液压管道的出口和二号液压管道的出口相连通，三号液压管道的出口和四号液压管道的入口均与高压蓄能装置相连；

8、在光缆固定组件主体下部固定有活塞套筒，在活塞套筒内设有活塞，活塞套筒与四号液压管道的出口相连通；

9、在活塞套筒下端固定有推靠锚中轴，在推靠锚中轴上滑动设有驱动环和滑块，驱动环上端与活塞相连，驱动环下端与滑块搭接，滑块铰接有倒刺型推靠臂，在推靠锚中轴底端设有固定块，固定块上铰接有支撑臂，推靠臂与支撑臂铰接。

10、三号液压管道的出口和四号液压管道与高压蓄能装置内的高压流体释放到活塞上部，挤压活塞推动驱动环在推靠锚中轴上滑动，带动滑块向上、向下移动，进而闭合、张开推靠臂与支撑臂。

11、进一步的，所述高压蓄能装置包括密闭的蓄能装置外壳，在蓄能装置外壳设有横向运动的活塞弹簧组件，在活塞弹簧组件一侧分别设有三号单向阀和针阀；三号单向阀的入口与三号液压管道的出口相连，针阀的出口与四号液压管道的入口相连。

12、三号单向阀通过一至三号液压管道连通至地面泵，当地面泵压达到预设的值后开启，进而随即打开针阀，释放高压液力。活塞弹簧组件与液压油一起，构成蓄能组件，增加压力。

13、进一步的，在所述活塞主体底端还设有定位键，在光缆固定组件主体顶端设有与定位键匹配的定位槽。

14、定位键与定位槽啮合，防止活塞组件和光缆固定组件之间的相对转动。

15、进一步的，所述光缆底部锁紧装置为swaglock线缆锁紧装置。

16、所述一体化的剪切销钉是指剪切销钉一端与光缆固定组件主体固定相连，另一端与活塞主体固定相连；光缆底部锁紧装置用于夹紧光缆底部端头。

17、进一步的，在所述油管短节内部下端设有阻挡台阶。

18、油管短节位于完井油管下端，与完井油管通过丝扣连接，为活塞组件到达井底预定位置后提供定位。阻挡台阶卡住光缆固定组件主体，为整个液压推动过程提供阻挡支撑。

19、一种永置分布式光纤下入油气井的工艺，包括以下步骤：

20、s1：在井口，把油管短节连接到生产油管的下端；并先下入连好油管短节的油管，然后再一柱接一柱地下入其余油管，直到油管短节到达井底或预定深度；

21、s2：在地面上将光纤依次穿过防喷器、活塞组件的中心孔道；将光缆底端打结后，放入光缆底部锁紧装置的密封腔内密封锁紧；

22、s3：将活塞组件和光缆固定组件用剪切销钉固定在一起形成组合体，再将组合体压入油管至少1米；

23、s4：放下防喷器，连接防喷管和井口，并试压；

24、s5：开泵，以安全速度将组合体送至井底或预定位置；

25、s6：增大泵压至预定阈值ⅰ，使活塞组件上的一号单向阀打开，液压驱动推靠臂，张开支撑臂支撑到套管上；

26、s7：继续增大泵压至预定阈值ⅱ，使活塞组件上的二号单向阀打开，液压力作用在活塞组件和光缆固定组件的接触端面上，作用力使剪切销钉断开，活塞组件和光缆固定组件分离；

27、s8：调整泵压，形成反向抽力，向上抽出活塞组件；

28、s9：打开防喷器和井口连接，使用电缆卡子将复合缆固定并悬挂在井口(吊钩上)；

29、s10：在滚筒附近切断复合缆，连续起出油管，续接地面光纤，连接采集系统，开始数据采集。

30、本发明的有益效果：

31、本发明通过活塞组件和光缆固定组件的配合，能够顺利将光缆下入井下指定位置，且能解决传统方法容易遇阻、保护性差、无法快速关井等问题，具体表现为：

32、(1)光纤下入井中以后，分上下两部分，上面部分处在油管内，从井口延伸到油管底部；下面部分从油管底部伸出，一直延伸到井底或最下面的产层下边界位置。实现方法为：泵送工艺+底部固定，具体工艺为步骤s1+s2+s5+s6+s7的方式和采用的工具；

33、(2)分布式光纤以相对安全的方式顺利下到井底，避免中途遇阻、遇卡的情况发生。实现方法为：泵送工艺+泵压精准控制，具体工艺为步骤s1+s2+s5+s6+s7+s8的方式和采用的工具；

34、(3)在下入过程中及后续监测工作中能够得到很好的固定和保护。实现方法为：油管内泵送+底部固定，具体工艺为步骤s1+s2+s3+s9的方式和采用的工具；

35、(4)紧急情况(如井下压力异常)下，能够实现快速关井。实现方法为：油管内永置，具体工艺为步骤s1+s2的方式和采用的工具；

36、(5)分布式光纤跟地面系统可以实现快速、方便的连接与断开。实现方法为：光纤快速切断与熔接，具体工艺为步骤s10的方式和采用的工具；

37、(6)下入工具能够与油气井井口装置及其他辅助装置实现稳固的对接、与套管形成流体循环通道。实现方法为：油管内永置+套管内固定+活塞组件+光缆固定组件，具体工艺为步骤s1+s2+s3+s4+s9的方式和采用的工具；

38、本发明与传统泵送方式有本质的区别，具体表现在：

39、①工作环境不同。传统的泵送是工作在套管中，工作空间较为开阔，管柱结构较简单；本案的工作环境是由套管和油管构成的复合空间结构，管柱结构复杂，遇阻遇卡风险较大。

40、②工作对象不同。传统的泵送主要是传送封隔器、桥塞、射孔工具串等机械强度较大的井下工具；本案传送的机械强度较小的光缆，对传送对象的保护(防撞击、防弯曲等)要求较高。

41、③控制过程不同。传统的泵送对入井流体的压力变化要求比较粗略，只要能够推动工具串安全下行即可；本案的泵送过程中，需要对井口泵压进行精细调节、精准控制，以完成井下工具串中不同级别阀门的有序开启。