一种锚定式注水工艺管柱及其使用方法论文和设计-孙德旭

全文摘要

本发明公开了一种锚定式注水工艺管柱及其使用方法，其中锚定式注水工艺管柱，包括套管，所述套管内设置有油管，所述油管上连接有以下部件，若干封隔器，所述封隔器间隔设置于所述油管上，将所述油管分为多个注水层段；若干配水器，分别设置于每个注水层段相对应的油管上；锚定装置，设置于一对相邻的所述封隔器与所述配水器之间；增力装置，设置于所述锚定装置的下端的油管上。本发明设置有增力装置，在起管时可以克服封隔器均与套管的摩擦阻力，以及锚定工具增加的起管负荷，增加起管动力，实现利用小修设备即可完成起管的效果，能有效减少作业成本和占井周期。

主设计要求

1.一种锚定式注水工艺管柱，包括套管，所述套管内设置有油管，其特征在于：所述油管上连接有以下部件：若干封隔器，所述封隔器间隔设置于所述油管上，将所述油管分为多个注水层段；若干配水器，分别设置于每个注水层段相对应的油管上；锚定装置，设置于最上层的封隔器与最上层的配水器之间；增力装置，设置于所述锚定装置的下端的油管上；支撑卡瓦，所述支撑卡瓦连接于最底层的封隔器与最底层的配水器之间，所述支撑卡瓦设置于所述增力装置下方的油管上；所述增力装置包括，上接头，与所述增力装置上端的所述油管相连接；下接头，与所述增力装置下端的所述油管相连接；中心管，设置于所述上接头与所述下接头之间，所述中心管的上端部外圆周与所述上接头固定连接；所述中心管的下端部延伸至所述下接头的内部；所述中心管外圆周上设置有凸台；增力活塞，设置于所述上接头与所述下接头之间，所述增力活塞的下端与所述下接头固定连接，所述增力活塞的上端的内侧面与所述中心管的外侧面滑动配合，所述增力活塞与所述中心管在所述凸台的上侧形成封闭的腔体A，在凸台的下侧形成封闭的腔体B；滑套，设置于所述中心管的内部，与所述中心管滑动配合；钢球，所述钢球的直径小于所述中心管的内径，大于所述滑套的内径；传压孔，设置于所述中心管与所述腔体A相接触的侧壁上。

设计方案

所述增力装置包括，

上接头，与所述增力装置上端的所述油管相连接；

下接头，与所述增力装置下端的所述油管相连接；

中心管，设置于所述上接头与所述下接头之间，所述中心管的上端部外圆周与所述上接头固定连接；所述中心管的下端部延伸至所述下接头的内部；所述中心管外圆周上设置有凸台；

增力活塞，设置于所述上接头与所述下接头之间，所述增力活塞的下端与所述下接头固定连接，所述增力活塞的上端的内侧面与所述中心管的外侧面滑动配合，所述增力活塞与所述中心管在所述凸台的上侧形成封闭的腔体A，在凸台的下侧形成封闭的腔体B；

滑套，设置于所述中心管的内部，与所述中心管滑动配合；

钢球，所述钢球的直径小于所述中心管的内径，大于所述滑套的内径；

传压孔，设置于所述中心管与所述腔体A相接触的侧壁上。

2.如权利要求1所述的锚定式注水工艺管柱，其特征在于：还包括剪钉，其一端固定设置于所述凸台中，另一端固定于所述滑套中。

3.如权利要求1或2所述的锚定式注水工艺管柱，其特征在于，所述滑套与中心管相配合的面上设置有密封圈，所述中心管与所述增力活塞相接触的面上也设置有密封圈。

4.如权利要求3所述的锚定式注水工艺管柱，其特征在于：所述增力活塞与所述腔体B相接触的管壁上设置有排气孔。

5.如权利要求1所述的锚定式注水工艺管柱，其特征在于：所述油管上还连接有补偿器，所述补偿器与设置于所述油管顶部的配水器相连接，所述补偿器连接于所述配水器的上方。

6.一种基于权利要求2所述的锚定式注水工艺管柱的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、下井，依次连接单向阀、第三配水器、支撑卡瓦、二级封隔器、第二配水器、一级封隔器、增力装置、锚定装置及第一配水器，再与油管连接至井口，下入套管内；

S02、注水，锚定装置以及支撑卡瓦在油管来水压力作用下锚定在套管上，将油管支撑锚定，油管来水一部分通过第一配水器注入上层，另一部分通过第三配水器注入下层；

S03、测试，下入流量计测出全井注水量及上层注水量，通过计算求出下层注水量；

S04、调配，下入测调仪器调节第一配水器或第三配水器中的水嘴开度，控制配水器流量；

S05、起管，小修作业后期起管作业遇卡时，从油管中投入钢球，待钢球落至增力装置内，开始进行增力提升操作；小修作业设备对管柱进行提升并达到最大有效提升动力，保持小修作业设备最大有效提升动力的同时，在井口通过泵车施加液压力，锚定装置锚定在套管上，这样增力装置及以上的管柱不会发生移动，此时增力装置在液压力作用下产生向上的提升动力，增力装置之下的油管及支撑卡瓦均发生向上移动，完成一个工作行程；当增力装置完成一个工作行程后，停泵泄压，小修作业设备继续对管柱进行提升，增力装置恢复至预工作状态，若管柱能提动则无须打压，将整个管柱起出，若无法提动，则重复上述的增力提升操作，使增力装置再次完成一个或多个工作行程，直至小修作业设备能单独将整个管柱起出。

7.如权利要求6所述的锚定式注水工艺管柱的使用方法，其特征在于，所述增力装置的工作行程具体包括以下步骤：所述增力装置的初始状态时，所述滑套由剪钉固定在所述中心管中，所述中心管上的传压孔被所述滑套阻挡，不与所述中心管的中心通道相通，所述腔体A的体积处于最小状态；当作业遇卡需要增力时，从油管中投入的钢球落至滑套上，在井口通过泵车施加液压力，在液压力的作用下，钢球和滑套发生向下移动并剪断剪钉，最后所述滑套移动至所述中心管的下端，此时传压孔与中心管的中心通道相连通，此时增力装置处于预工作状态；泵车施加液压力的过程中，液压力经过传压孔进入所述腔体A中，推动增力活塞上移，由于增力活塞的下端与下接头固定连接，故在增力活塞上移的同时带动下接头及与下接头相连接的油管及支撑卡瓦上移，所述腔体A的体积不断增大，所述腔体B通过管壁上的排气孔与外部相通，所述腔体B的体积逐渐减小，当增力活塞移动至与上接头的下端接触时，所述增力装置的一个工作行程结束，增力装置处于工作后状态。

设计说明书

技术领域

本发明属于油田注水装置领域，具体涉及一种锚定式注水工艺管柱及其使用方法。

背景技术

目前在多级细分注水井，管柱采用封隔器级数多，对于扩张封隔器而言，起管时每级封隔器均与套管有摩擦阻力；对于压缩封隔器而言，每级封隔器均有解封力，这样起管时需克服各级封隔器摩擦力或解封力之和，采用小修作业时容易发生上提遇卡的问题。

在高压深井，目前油田普遍采用锚定式分层注水管柱，实现管柱井下锚定防蠕动，提高封隔器密封可靠性，由于长期注水影响，管柱上与套管接触的工具，如锚定类工具、封隔器、扶正器等，会产生结垢从而增加起管负荷，另外井越深管柱自重越大，因此小修设备井口有效起升动力与常规浅井相比小很多，起管时也容易遇卡。当小修设备无法解卡则需利用大修设备进行大修作业，增加了作业成本和占井周期。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种锚定式注水工艺管柱及其使用方法，以解决目前在多级细分注水井中封隔器均与套管有摩擦阻力，以及在高压深井中锚定工具类结垢增加起管负荷而导致的起管遇卡技术问题，以实现增加起管动力，利用小修设备即可完成起管，减少作业成本和占井周期的技术效果。

本发明具体的技术方案如下：

一种锚定式注水工艺管柱，包括套管，所述套管内设置有油管，所述油管上连接有以下部件：

若干封隔器，所述封隔器间隔设置于所述油管上，将所述油管分为多个注水层段；

若干配水器，分别设置于每个注水层段相对应的油管上；

锚定装置，设置于一对相邻的所述封隔器与所述配水器之间；

增力装置，设置于所述锚定装置的下端的油管上。

进一步，所述增力装置包括，上接头，与增力装置上端的所述油管相连接；

下接头，与增力装置下端的所述油管相连接；

滑套，设置于所述中心管的内部，与所述中心管滑动配合；

钢球，所述钢球的直径小于所述中心管的内径，大于所述滑套的内径；

传压孔，设置于所述中心管与所述腔体A相接触的侧壁上。

进一步，还包括剪钉，其一端固定设置于所述凸台中，另一端固定于所述滑套中。

进一步，所述滑套与中心管相配合的面上设置有密封圈，所述中心管与所述增力活塞相接触的面上也设置有密封圈。

进一步，所述增力活塞与所述腔体B相接触的管壁上设置有排气孔。

进一步，所述油管上还连接有补偿器，所述补偿器与设置于水管顶部的配水器相连接，所述补偿器连接于所述配水器的上方。

进一步，所述油管上还连接有支撑卡瓦，所述支撑卡瓦连接于所述封隔器与所述配水器之间，所述支撑卡瓦与所述锚定装置位于不同的注水层段。

一种锚定式注水工艺管柱的使用方法，包括以下步骤：

S01、下井，依次连接单向阀、第三配水器、支撑卡瓦、二级封隔器、第二配水器、一级封隔器、增力装置、锚定装置、第一配水器及补偿器，再与油管连接至井口，下入套管内；

S02、注水，锚定装置以支撑卡瓦在油管来水压力作用下锚定在套管上，将油管支撑锚定，油管来水一部分通过第一配水器注入上层，另一部分通过第三配水器注入下层；

S03、测试，下入流量计测出全井注水量及上层注水量，通过计算求出下层注水量；

S04、调配，下入测调仪器调节第一配水器或第三配水器中的水嘴开度，控制配水器流量；

S05、起管，小修作业后期起管作业遇卡时，从油管中投入钢球，待钢球落至增力装置内，开始进行增力提升操作；小修作业设备对管柱进行提升并达到最大有效提升动力，保持小修作业设备最大有效提升动力的同时，在井口通过泵车施加液压力，锚定装置锚定在套管上，这样增力装置及以上的管柱不会发生移动，此时增力装置在液压力作用下产生向上的提升动力，增力装置之下的油管及锚定工具均发生向上移动，完成一个工作行程；当增力装置完成一个工作行程后，停泵泄压，小修作业设备继续对管柱进行提升，增力装置恢复至预工作状态，若管柱能提动则无须打压，将整个管柱起出，若无法提动，则重复上述的增力提升操作，使增力装置再次完成一个或多个工作行程，直至小修作业设备能单独将整个管柱起出。

进一步，所述增力装置的工作行程具体包括以下步骤：所述增力装置的初始状态时，所述滑套由剪钉固定在所述中心管中，所述中心管上的传压孔被所述滑套阻挡，不与所述中心管的中心通道相通，所述腔体A的体积处于最小状态；当作业遇卡需要增力时，从油管中投入的钢球落至滑套上，在井口通过泵车施加液压力，在液压力的作用下，钢球和滑套发生向下移动并剪断剪钉，最后所述滑套移动至所述中心管的下端，此时传压孔与中心管的中心通道相连通，此时增力装置处于预工作状态；泵车施加液压力的过程中，液压力经过传压孔进入所述腔体A中，推动增力活塞上移，由于增力活塞的下端与下接头固定连接，故在增力活塞上移的同时带动下接头及与下接头相连接的油管或锚定工具上移，所述腔体A的体积不断增大，所述腔体B通过管壁上的排气孔与外部相通，所述腔体B的体积逐渐减小，当增力活塞移动至与上接头的下端接触时，所述增力装置的一个工作行程结束，增力装置处于工作后状态。

本发明的实施例至少具有以下有益效果：

1.本发明实施例包括“所述注水工艺管柱包括套管，所述套管内设置有油管，所述油管上依据实际注水井施工需求设置有多个封隔器，将油管分为多个注水层段，每个注水层段相对应的油管上均设置有配水器；其中一对相邻的所述封隔器与所述配水器之间设置有锚定装置；所述锚定装置的下端还连接有增力装置”等技术方案，通过设置增力装置，解决了封隔器均与套管有摩擦阻力，或锚定工具类结垢增加起管负荷而导致的起管遇卡的技术问题，达到小修作业设备能单独将整个管柱起出，从而减少作业成本和占井周期的技术效果。

2.本发明实施例包括“所述增力装置包括与油管相连接的上下接头，上下接头之间连接有中心管，中心管上端部与所述上接头固定连接；所述中心管的下端部延伸至下接头的内部；所述中心管外圆周上设置有凸台，在中心管的外侧滑动连接有增力活塞，所述增力活塞的下端与下接头固定连接，所述增力活塞的上端的内侧面与所述中心管的外侧面滑动配合，所述中心管的内部还滑动配合有滑套；中心管的侧壁凸台的上端还设置有传压孔，与所述增力活塞与所述中心管形成的腔体相通，以及在起管时应用的钢球，所述钢球的直径小于所述中心管的内径，大于所述滑套的内径”等技术方案，在起管时，通过液压力驱动钢球挤压滑套向下移动，使得传压孔与所述增力活塞与所述中心管形成的腔体相通，进而液压力驱动增力活塞上移，带动下接头以下连接的油管或者工具上移，增力装置可依据实际情况实行多次增力过程，从而增加起管动力，达到小修作业设备将油管起出的技术效果。

3.本发明实施例包括“所述油管上还连接有补偿器，所述补偿器与设置于水管顶部的配水器相连接，所述补偿器连接于所述配水器的上方”以及“所述油管上还连接有支撑卡瓦，所述支撑卡瓦连接于所述封隔器与所述配水器之间，所述支撑卡瓦与所述锚定装置位于不同的注水层段”等技术方案，可通过补偿器与支撑卡瓦的配合，解决油管伸缩变形问题，达到油管的锚定补偿技术效果。

附图说明

图1为锚定式注水工艺管柱的整体结构示意图；

图2为增力装置的初始状态示意图；

图3为图2中的C处放大图；

图4为增力装置的预工作状态示意图；

图5为图4中的D处放大图；

图6为增力装置的工作后状态示意图；

图7为图6中的E处放大图；

图中：10-油管、20-套管、30-补偿器、41-第一配水器、42-第二配水器、43-第三配水器、50-锚定装置、60-增力装置、61-上接头、62-钢球、63-滑套、64-增力活塞、641-排气孔、65-传压孔、66-剪钉、67-中心管、671-凸台、68-下接头；71-一级封隔器、72-二级封隔器、80-支撑卡瓦、90-单向阀。

具体实施方式

本发明实施例提供了锚定式注水工艺管柱及其使用方法，所述注水工艺管柱包括套管，所述套管内设置有油管，所述油管上依据实际注水井施工需求设置有多个封隔器，将油管分为多个注水层段，每个注水层段相对应的油管上均设置有配水器；其中一对相邻的所述封隔器与所述配水器之间设置有锚定装置；所述锚定装置的下端还连接有增力装置。所述增力装置包括与油管相连接的上下接头，上下接头之间连接有中心管，中心管上端部与所述上接头固定连接；所述中心管的下端部延伸至下接头的内部；所述中心管外圆周上设置有凸台，在中心管的外侧滑动连接有增力活塞，所述增力活塞的下端与下接头固定连接，所述增力活塞的上端的内侧面与所述中心管的外侧面滑动配合，所述中心管的内部还滑动配合有滑套；中心管的侧壁凸台的上端还设置有传压孔，与所述增力活塞与所述中心管形成的腔体相通，以及在起管时应用的钢球，所述钢球的直径小于所述中心管的内径，大于所述滑套的内径。通过增力装置的设置，在起管时，通过液压力驱动钢球挤压滑套向下移动，使得传压孔与所述增力活塞与所述中心管形成的腔体相通，进而液压力驱动增力活塞上移，带动下接头以下连接的油管或者工具上移，增力装置可依据实际情况实行多次增力过程，从而增加起管动力，直至小修作业设备能单独将整个管柱起出，从而减少作业成本和占井周期的技术效果。

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案进行详细叙述：

本发明公开了一种锚定式注水工艺管柱，如图1所示，包括套管20，所述套管20内设置有油管10，所述油管10上依据实际注水井施工需求设置有多个封隔器，将油管10分为多个注水层段，本发明管柱可以设计为两段及以上分层注水，本申请实施例仅以三个注水层段为例进行阐述。具体如下：

所述封隔器包括一级封隔器71 以及二级封隔器72，所述一级封隔器71 以及二级封隔器72分别设置于相邻油层之间，把注水井分割成三个注水层段，所述封隔器实现起管时上提管柱逐级解封，避免起管时多个封隔器同时解封，有效降低起管负荷。如图1所示，所述三个注水层段上分别设置有配水器，所述一级封隔器71的上方设置有第一配水器41，所述第一配水器41对应于第一注水层段；所述一级封隔器71 以及二级封隔器72之间设置有第二配水器42，所述第二配水器42对应于第二注水层段；所述二级封隔器72的下方设置有第三配水器43，所述第三配水器43对应于第三注水层段。所述配水器可实现单层计量，无需递减法测试。

还包括锚定装置50，设置于所述第一配水器41的下方，所述锚定装置50实现工作时永久锚定在套管20上。所述锚定装置50实现起管时上提管柱解除锚定。

增力装置60，所述增力装置60的上端与所述锚定装置50相连接，所述增力装置60的下端与所述一级封隔器71相连接。如图2至图7所示，所述增力装置60包括以下部件：

上接头61，与增力装置60上端的所述油管10相连接。

下接头68，与增力装置60下端的所述油管10相连接。

中心管67，设置于所述上接头61与所述下接头68之间，所述中心管67的上端部外圆周与所述上接头61固定连接；所述中心管67的下端部延伸至所述下接头68的内部；所述中心管67外圆周上设置有凸台。

增力活塞64，设置于所述上接头61与所述下接头68之间，所述增力活塞64的下端与所述下接头68固定连接，所述增力活塞64的上端的内侧面与所述中心管67的外侧面滑动配合，所述增力活塞64与所述中心管67相接触的面之间设置有密封圈，保证密封性；所述增力活塞64与所述中心管67在所述凸台的上侧形成封闭的腔体A，在凸台的下侧形成封闭的腔体B，所述增力活塞64与所述腔体B相接触的管壁上设置有排气孔641。

滑套63，设置于所述中心管67的内部，与所述中心管67滑动配合；所述滑套63与中心管67相配合的面之间设置有密封圈，保证两者之间的密封性。

剪钉66，其一端固定设置于所述凸台中，另一端固定于所述滑套63中。

钢球62，所述钢球62的直径小于所述中心管67的内径，大于所述滑套63的内径。

传压孔65，设置于所述中心管67与所述腔体A相接触的侧壁上。

所述增力装置60设置于一级封隔器71和锚定装置50之间，小修作业后期起管作业遇卡时，从油管10中投入钢球62，在井口施加液压力，通过增力装置60在井下增加额外提升动力，最大提升动力为井下增加的最大提升动力与小修设备井口最大有效提升动力之和，从而大幅提高了锚定式分层注水管柱小修作业的解卡成功率，降低了作业成本和占井周期。

所述增力装置60的具体工作流程如下：

所述增力装置60的初始状态如图2及图3所示，所述滑套63由剪钉66固定在所述中心管67中，所述中心管67上的传压孔65被所述滑套63阻挡，不与所述中心管67的中心通道相通，所述腔体A的体积处于最小状态。当作业遇卡需要增力时，从油管10中投入的钢球62落至滑套63上，在井口通过泵车施加液压力，在液压力的作用下，钢球62和滑套63发生向下移动并剪断剪钉66，最后所述滑套63移动至所述中心管67的下端，此时传压孔65与中心管67的中心通道相连通，此时增力装置60处于预工作状态，如图4及图5所示。泵车施加液压力的过程中，液压力经过传压孔65进入所述腔体A中，推动增力活塞64上移，由于增力活塞64的下端与下接头68固定连接，故在增力活塞64上移的同时带动下接头68及与下接头68相连接的油管10或锚定工具上移，所述腔体A的体积不断增大，所述腔体B通过管壁上的排气孔641与外部相通，所述腔体B的体积逐渐减小，当增力活塞64移动至与上接头61的下端接触时，所述增力装置60的一个工作行程结束，增力装置60处于工作后状态，如图6及图7所示。

本实施例还包括补偿器30，所述补偿器30连接于所述第一配水器41的上方，所述补偿器30可实现补偿器30以上油管10的伸缩补偿。所述锚定装置50可防止所述补偿器30以下管柱向上蠕动。

支撑卡瓦80，所述支撑卡瓦80的上端与所述二级封隔器72相连接，所述支撑卡瓦80的下端与所述第三配水器43相连接。所述支撑卡瓦80实现工作时永久支撑在套管20上，防止所述锚定装置以下管柱向下蠕动。所述支撑卡瓦80实现起管时上提管柱解除支撑。所述锚定装置和支撑卡瓦80工作时与套管20接触的零部件均采用防垢材料或防垢处理。

单向阀90，连接于所述第三配水器43的下端。

本申请使用的油管10、补偿器30、支撑卡瓦80、配水器、封隔器、锚定装置50、单向阀90均为现有产品，直接购得安装即可，无需展开论述其结构。

本发明还公开了上述锚定式注水工艺管柱的使用方法，具体包括以下步骤：

S01、下井，依次连接单向阀、第三配水器、支撑卡瓦80、二级封隔器、第二配水器、一级封隔器、增力装置60、锚定装置、第一配水器41及补偿器30，再与油管10连接至井口，下入套管20内。

S02、注水，锚定装置以支撑卡瓦80在油管10来水压力作用下锚定在套管20上，将油管10支撑锚定，油管10来水一部分通过第一配水器41注入上层，另一部分通过第三配水器注入下层。

S03、测试，下入流量计测出全井注水量及上层注水量，通过计算求出下层注水量。

S04、调配，下入测调仪器调节第一配水器41或第三配水器中的水嘴开度，控制配水器流量。

S05、起管，小修作业后期起管作业遇卡时，从油管10中投入钢球62，待钢球62落至增力装置60内，开始进行增力提升操作。小修作业设备对管柱进行提升并达到最大有效提升动力，保持小修作业设备最大有效提升动力的同时，在井口通过泵车施加液压力，锚定装置锚定在套管20上，这样增力装置60及以上的管柱不会发生移动，此时增力装置60在液压力作用下产生向上的提升动力，增力装置60之下的油管10及锚定工具均发生向上移动，完成一个工作行程。当增力装置60完成一个工作行程后，停泵泄压，小修作业设备继续对管柱进行提升，增力装置60恢复至预工作状态，若管柱能提动则无须打压，将整个管柱起出，若无法提动，则重复上述的增力提升操作，使增力装置60再次完成一个或多个工作行程，直至小修作业设备能单独将整个管柱起出。

本发明中的前、后、左、右、上、下等词语只为描述结构的方便，并不形成对技术方案的限定。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

设计图

一种锚定式注水工艺管柱及其使用方法论文和设计

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