采油井在生产状态下开关器求产、找水和堵水方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN200710051505.0	申请日：	2007.02.08
公开号：	CN101012737A	公开日：	2007.08.08
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	专利权人的姓名或者名称、地址的变更IPC(主分类):E21B 17/00变更事项:专利权人变更前:武汉市欧赛石油技术开发有限公司变更后:武汉市欧赛石油技术开发有限公司变更事项:地址变更前:430074 湖北省武汉市东湖新技术开发区汤逊湖北路华工科技园创新企业基地6号楼变更后:430200 湖北省武汉市江夏区庙山华工科技园创新基地6号楼\|\|\|专利权质押合同登记的注销IPC(主分类):E21B 17/00授权公告日:20090916申请日:20070208登记号:2011990000199出质人:武汉市欧赛石油技术开发有限公司质权人:汉口银行股份有限公司光谷支行解除日:20120827\|\|\|专利权质押合同登记的生效IPC(主分类):E21B 17/00登记号:2011990000199登记生效日:20110531出质人:武汉市欧赛石油技术开发有限公司质权人:汉口银行股份有限公司光谷支行发明名称:采油井在生产状态下开关器找水、求产和堵水方法申请日:20070208授权公告日:20090916\|\|\|专利权的转移IPC(主分类):E21B 17/00变更事项:专利权人变更前权利人:兰群变更后权利人:武汉市欧赛石油技术开发有限公司变更事项:地址变更前权利人:430074 湖北省武汉市东湖开发区华工产业大厦12楼变更后权利人:430074 湖北省武汉市东湖新技术开发区汤逊湖北路华工科技园创新企业基地6号楼登记生效日:20101220\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效\|\|\|公开
IPC分类号：	E21B17/00(2006.01); E21B43/14(2006.01)	主分类号：	E21B17/00
申请人：	兰群;
发明人：	兰群
地址：	430074湖北省武汉市东湖开发区华工产业大厦12楼
优先权：
专利代理机构：	武汉开元专利代理有限责任公司	代理人：	唐正玉
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内容摘要

本发明涉及一种采油井在生产状态下开关器求产、找水和堵水方法，该方法在找水、求产和堵水的层段放置微电机控制开关器，开关器的两端分别装有封隔器，电机控制部分外壳通过丝扣连接在液体进出通道上方，使电机前端的开关杆在电机正转或反转时能向前或向后运动关闭或打开这层的液体进出通道；开关器分为找水求产和堵水两个时期，在找水、求产期，开关器为定时开关器，通过设置的找水时间表进行定时开关；在堵水期，开关器要改变一次由开变关或由关变开的状态，必须同时具备两个条件：①开关器处于设置好的堵水时间表中的允许工作时段；②收到压力脉冲信号。本发明实现了在生产状态下自动找水、求产和用最简单的信号分时对堵水过程进行管理。

权利要求书

1、  一种采油井在生产状态下开关器求产、找水和堵水方法，找水、求产、堵水管柱和举升系统包括抽油机(1)、丢手接头(2)、封隔器(3)、开关器(4)、单向阀(5)，其特征在于：
a、将丢手接头和封隔器(3)、开关器(4)及单向阀(5)由油管串联在一起，下入需要找水、求产和堵水的油井中，其中封隔器和开关器4的数量与油井所分的层数相同，当他们到达相应的位置后，先在地面用高压泵车打压使封隔器坐封，再投球使丢手接头以上的油管与之脱离，再将抽油机1下至相应的位置，两级封隔器3之间最小间距2.5米；
b、在需要找水、求产和堵水的层段放置带有微电机控制的开关器，开关器的两端分别装有封隔器，使本层的液体必须通过各层开关器的液体进出通道，电机控制部分的外壳通过丝扣连接在液体进出通道的上方，使电机前端的开关杆在电机正转时能向前运动关闭这层的液体进出通道，当电机反转时向后运动打开液体进出通道；
c、开关器分成两个时期：找水求产期和堵水期，在找水、求产期间，开关器为定时开关器，它的控制电路通过事先设置的找水时间表进行定时，开关器的开关状态按找水时间表的要求发生变化；在堵水期间，开关器要改变一次当前的状态：由″开″变″关″或由″关″变″开″，必须同时具备两个条件：①开关器处于事先设置好的堵水时间表中的″允许工作时段″；②收到事先约定的压力脉冲信号；
d、抽出的液体含水率由井口取样化验得出，产量由井口量油求出。

2、  根据权利要求1所述的采油井在生产状态下开关器找水、求产和堵水方法，其特征在于：开关器(4)由上接头(6)、液体进出通道(14)、电机控制部分的外壳(8)、电池组(9)、压力传感器(10)、控制电路(11)、直流微电机(12)、开关杆(13)、主流道(7)和下接头(15)组成，主流道(7)为各层液体通道，上接头(6)和下接头(15)均设计为油管扣，直接与油管相连，电机控制部分的外壳(8)通过丝扣连接在液体进出通道(14)的上方，开关杆(13)与电机控制部分的外壳(8)采用动密封；控制电路(11)通过连接器或高温导线分别与电池组(9)、直流微电机(12)、压力传感器(10)相连。

3、  根据权利要求1所述的采油井在生产状态下开关器找水、求产和堵水方法，其特征在于：所述找水时间表，由启动延时时间、定时区间和终止时间组成。

4、  根据权利要求1所述的采油井在生产状态下开关器找水、求产和堵水方法，其特征在于：找水时间表设置为空，当开关器(4)的控制电路读出“找水时间表”为空时，开关器一开始就进入堵水期。

5、  根据权利要求1所述的采油井在生产状态下开关器找水、求产和堵水方法，其特征在于：所述堵水时间表，由启动延时时间、允许工作时段和禁止工作时段组成，其中允许工作时段和禁止工作时段是循环执行的。

6、  根据权利要求1所述的采油井在生产状态下开关器找水、求产和堵水方法，其特征在于：所述的压力脉冲信号是一个由人为定义了上升沿、带宽、下降沿和压力门槛值的单脉冲信号。

说明书

采油井在生产状态下开关器求产、找水和堵水方法
技术领域
本发明涉及油田的油气开采过程中的分层找水、分层求产和分层堵水方法，具体涉及采油井在生产状态下开关器求产、找水和堵水方法。
背景技术
在油田开采后期，分层采油及相关的找水堵水方法是降低含水率的重要措施之一，在现有技术中，中国专利申请(公开号：1601048，公开日2005年3月30日)“一种不动管柱多层重复调层采油井下管柱及其实施工艺”公开了一种多层的换层生产的方法，通过上提光杆带动开关控制器从下至上通过换向开关，就能改变一次所在层的开关状态，达到换层生产的目的。因为换层生产只是手段，换层的目的是把含水高的层关闭，降低含水率，减少无效循环。所以用该技术的找水过程，是通过试生产各种方案并从中筛选出一种最佳生产方案，所以需要试用多种组合，以四层生产井为例，一共有16种组合方式，每次换层必须动用吊车，工作量很大；并且这种换层方式决定了它只适合于杆式泵，用管式泵无法实施。中国专利申请(公开号：1554855，公开日2004年12月15日)“一种油井找水堵水的方法”所公开的找堵水方法，核心是用不同的压力波，代表不同的压控开关器的开关模式；当从井口用高压泵车结合倒井口阀门，产生出压力波信号后，全部开关器开始判断该压力波信号是不是给“我”的；让“我”打开还是关闭，然后，需要动作的开关器按信号要求开或关。不足之处是将信号从井口用泵车发出后传到千米以上的开关器所在的位置所产生的滞后和惯性，给每种压力波长的时间控制带来一定的难度，操作不当容易产生误码。在不具备双功通讯条件的情况下，是否出现误码，无法反馈给我们；又因为井口的压力信息是随机出现的，开关器的控制电路只能始终处于等待信号状态或工作状态，在任何环节都无法采用节电模式。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的存在的问题和缺陷，提供一种采油井在生产状态下开关器求产、找水和堵水方法，本方法在生产状态下实现没有人为干预的情况下自动找水和求产，用单一的压力脉冲信号和堵水时间表相结合去堵水。
为实现发明目的所采用的方案是：
采油井在生产状态下开关器找水、求产和堵水方法，找水、求产、堵水管柱和举升系统包括抽油机1、丢手接头2、封隔器3、开关器4、单向阀5，其特征在于：a、将丢手接头和封隔器3、开关器4及单向阀5由油管串联在一起，下入需要找水、求产和堵水的油井中，其中封隔器和开关器4的数量与油井所分的层数相同，当他们到达相应的位置后，先在地面用高压泵车打压使封隔器坐封，再投球使丢手接头以上的油管与之脱离，再将抽油机1下至相应的位置，两级封隔器3之间最小间距2.5米；封隔器间距没有给出上限值是因为有些大的油层本身就超过3米，所以封隔器的间距只能定义最小值。
b、在需要找水、求产和堵水的层段放置带有微电机控制的开关器，开关器的两端分别装有封隔器，使本层的液体必须通过各层开关器的液体进出通道，电机控制部分的外壳通过丝扣连接在液体进出通道的上方，使电机前端的开关杆在电机正转时能向前运动关闭这层的液体进出通道，当电机反转时向后运动打开液体进出通道；
c、开关器分成两个时期：找水求产期和堵水期，在找水、求产期间，开关器为定时开关器，它的控制电路通过事先设置的找水时间表进行定时，开关器的开关状态按找水时间表的要求发生变化；在堵水期间，开关器要改变一次当前的状态：由″开″变″关″或由″关″变″开″，必须同时具备两个条件：①开关器处于事先设置好的堵水时间表中的″允许工作时段″；②收到事先约定的压力脉冲信号；
d、抽出的液体含水率由井口取样化验得出，产量由井口量油求出。
开关器4由上接头6、液体进出通道14、电机控制部分的外壳8、电池组9、压力传感器10、控制电路11、直流微电机12、开关杆13、主流道7和下接头15组成，主流道7为各层液体通道，上接头6和下接头15均设计为油管扣，能直接与油管相连，电机控制部分的外壳8通过丝扣连接在液体进出通道14的上方，使电机前端的开关杆13在电机正转时能向前运动“关闭”这层的液体进出通道14，当电机反转时向后运动“打开”液体进出通道14。开关杆13与电机控制部分的外壳8采用动密封，控制电路11是电机控制部分的枢纽，它通过连接器或高温导线分别与电池组9、直流微电机12、压力传感器10相连，同时，用连接器通过通讯线连接方式还能实现控制电路与上位计算机的U口或232口的通讯。
所述找水时间表，由启动延时时间、定时区间和终止时间组成。
找水时间表设置为空，当开关器4的控制电路读出“找水时间表”为空时，开关器一开始就进入堵水期。
所述堵水时间表，由启动延时时间、允许工作时段和禁止工作时段组成，其中允许工作时段和禁止工作时段是循环执行的。
开关器4在下井前，要根据设计要求和地质资料先设置开关器4初始的开关状态、找水时间表、堵水时间表并根据下入深度设置压力门槛值。所述的控制开关器的压力脉冲信号，是一个由上升沿16、带宽17、下降沿18和压力门槛值19的单脉冲信号。其中，压力门槛值19与开关器4的下入深度有关，一般定义在略高于该油井停抽后的压力恢复值，所以压力门槛值是根据每口井的历史地质资料来设定的；带宽指压力值大于压力门槛值所维持的时间范围，为了方便实施，可以定的比较宽泛，比如带宽大于三分钟小于十五分钟，使井口的高压泵车容易实施，同时也能防止因压力门槛值设置不当造成将抽油机停抽后的压力恢复值误认为是压力信号的可能。如图4所示。
找水时间表由以下几个栏目构成：

启动延时时间第一次动作时间第二次动作时间第三次动作时间...... 终止时间

启动延时时间从开关器4的控制电路通电开始计算，在下管柱和打压座封的过程中，开关器4不会有任何状态改变，为了节约电能，这个时间段控制电路处于休眠状态，耗电量为正常工作状态的1％；从第一次动作时间开始，当时间表中的数据不为空时，定时器从这个时刻到来开始，控制电机进行一次反向运动，从而改变开关器的开关状态，通过对多只开关器的动作时间进行不同的组合，达到在规定的时间内，自动找水和求产的目的。当各种开关组合“试”过之后，通过井口计量装置，可以清楚地了解各个时段的产量、含水，全部定时可压控开关器到达找水时间表的统一的终止时间，找水工作结束。在整个找水工作过程中，全部“开”、“关”指令是定时完成的，无需人为干预。
堵水时间表由以下几个栏目构成：
启动延时时间等待工作时间段禁止工作时间段

启动延时时间为了把多只定时可压控开关器的等待工作时间段分开，做到在控制信号到达之前，在任何一个时刻，总是只有一只定时可压控开关器处于等待工作状态，因为通过前面的自动找水过程，各油层的含水已知；各油层开关器的开关状态已知；对于需要改变开关状态的层，首先从堵水时间表中找出一个方便施工的等待工作时间段，并在这个时间段从井口给一个单脉冲信号，就能控制换层了。即在任何一只开关器4的等待工作时间段内，井口发出了一个符合条件的单脉冲信号，这只开关器将改变一次开关方式，并在该电机的控制电路上设置一个标记，不允许这个开关器4在这个等待工作时间段进行两次或两次以上开关方式的改变。这样，即使在一个等待工作时间段给出了两个或两个以上的符合条件的单脉冲信号，开关器4也只能动作一次，使在这个等待工作时间段有多次符合条件的单脉冲信号只能成为多重保险，不会产生误动。
本发明提供一种采油井在生产状态下开关器求产、找水和堵水方法，本方法在生产状态下实现没有人为干预的情况下自动找水和求产，用单一的压力脉冲信号和堵水时间表相结合去堵水。
附图说明
图1为本发明的找水、求产、堵水管柱和举升系统的结构示意图。
图2为开关器处于开启状态时，各油层所产的液体从液体进出通道由抽油机举升到地面的示意图。
图3为开关器处于关闭状态时，开关器所在油层的进液通道与主流道隔离，别的油层的液体从主流道举升到地面的示意图。
图4为控制开关器的压力脉冲信号示意图。
图5为开关器的控制电路图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步的描述。
采油井在生产状态下开关器找水、求产和堵水方法，a、通过作业将由抽油机1、丢手接头2、封隔器3、开关器4、单向阀5组成的找堵水管柱和举升系统下入油井的预定位置，具体组合方式如图1所示，根据油层的数量，先用油管将丢手接头2和与一定数量的封隔器3、开关器4、单向阀5按图1的方式串联在一起，下入需要找水、求产和堵水的油井中，其中封隔器3和开关器4的数量与该油井所分的层数相同，并放在各层的射孔段，封隔器3置于各层的射孔段的两端。当他们到达相应的位置后，先在地面用高压泵车打压使封隔器坐封并投球使丢手接头以上的油管与之脱离后，再将抽油机1与油管连接，下至相应的位置，两级封隔器3之间最小间距2.5米；封隔器间距没有给出上限值是因为有些大的油层本身就超过3米，所以封隔器的间距只能定义最小值。
b、在需要找水、求产和堵水的层段放置带有微电机控制的开关器，开关器的两端分别装有封隔器，使本层的液体必须通过各层开关器的液体进出通道，电机控制部分的外壳通过丝扣连接在液体进出通道的上方，使电机前端的开关杆在电机正转时能向前运动关闭这层的液体进出通道，当电机反转时向后运动打开液体进出通道；
c、开关器分成两个时期：找水求产期和堵水期，在找水、求产期间，开关器为定时开关器，它的控制电路通过事先设置的找水时间表进行定时，开关器的开关状态按找水时间表的要求发生变化；在堵水期间，开关器要改变一次当前的状态：由″开″变″关″或由″关″变″开″，必须同时具备两个条件：①开关器处于事先设置好的堵水时间表中的″允许工作时段″；②收到事先约定的压力脉冲信号；
d、抽出的液体含水率由井口取样化验得出，产量由井口量油求出。
其中，开关器由上接头6、液体进出通道14、电机控制部分的外壳8、电池组9、压力传感器10、控制电路11、直流微电机12、开关杆13、主流道7和下接头15组成，主流道7为各层液体通道，上接头6和下接头15均设计为油管扣，能直接与油管相连，电机控制部分的外壳8通过丝扣连接在液体进出通道14的上方，使电机前端的开关杆13在电机正转时能向前运动“关闭”这层的液体进出通道14，当电机反转时向后运动“打开”液体进出通道14；开关杆13与电机控制部分的外壳8采用动密封；压力传感器10与主流道7是一直保持连通的，所以无论开关器关闭与否，压力传感器10始终能接受到来自地面的压力变化，压力传感器10、控制电路11、直流微电机12之间的关系如图5所示，通过CPU控制两个继电器的不同的分合状态，可以使直流微电机分别产生正转和反转及停止工作三种状态；电机控制电路还留有与计算机的通讯接口，以便用计算机控制软件向电机控制电路写入找水时间表、堵水时间表及压力门槛等数据和读出存储器中存储的电机工作记录及压力记录。
主流道7是液体的公共通道，各层的液体只有通过它进入油管。在开关器处于开启状态时，液体从液体进出通道14进入主流道7后，与其它各层的液体一起由抽油机举升到地面，如图2所示。
在开关器处于关闭状态时，电机将开关杆推出，开关杆上的密封盘根把开关器所在油层的进液通道与主流道隔离；它下面的油层的液体仍然能从主流道举升到地面，如图3所示。
开关器4在下井前，要根据设计要求和地质资料先设置开关器4初始的开关状态、找水时间表、堵水时间表并根据下入深度设置压力门槛值。
控制开关器的压力脉冲信号，是一个由上升沿16、带宽17、下降沿18和压力门槛值19的单脉冲信号。其中，压力门槛值19与开关器4的下入深度有关，一般定义在略高于该油井停抽后的压力恢复值，所以压力门槛值是根据每口井的历史地质资料来设定的；带宽指压力值大于压力门槛值所维持的时间范围，为了方便实施，可以定的比较宽泛，比如带宽大于三分钟小于十五分钟，使井口的高压泵车容易实施，同时也能防止了因压力门槛值设置不当造成将抽油机停抽后的压力恢复值误认为是压力信号的可能。如图4所示。
下面以四层油井的求产、找水、堵水过程为例，来介绍这种方法的特点：
1、设置找水时间表：时间单位：小时
起始状态层位开关器编号启动延时时间第一次动作时间第二次动作时间第三次动作时间第四次动作时间终止时间结束状态开 1 41 240 10 970 关关 2 42 240 10 490 970 关关 3 43 480 10 730 970 关关 4 44 720 10 970 开

说明：开关器41只在第250小时动了1次，开变关；开关器42动了两次：第250小时由关变开和第490小时开变关；43在第490小时关变开和730小时开变关；44在730小时打开，只有这一次动作，开关器需要几次动作时，就分别在第几次动作时间上填入时间值。
从上面的时间表可以看出，如果从开关器4通电开始计算时间，抽油机4开始生产的10-250小时，前10小时是下管柱和打压座封时间，生产的液量来自第一层，从第八天到第十天开始井口量油，所得的产量及含水率就是第一层的实际产液量和含水率；同理，第250-490小时，所生产的液量来自第二层，从第十八天到第二十天开始井口量油，所得的产量及含水率就是第二层的实际产液量和含水率；同理，在第490-730小时，可对第三层求产和找水；第730-970小时，可对第四层求产和找水。一般情况，找水求产应该以每层关闭前的最后几天的产业量为依据，因为前几天所抽的液体含有油管及套管的环形空间的在封隔器座封前留下得混合液。
在加电的970小时后，找水时间表运行结束。开关器开始运行堵水时间表，堵水时间表也是在仪器下井前事先已经设定的。
2、设置堵水时间表：时间单位：小时
层位启动延时时间等待工作时间段禁止工作时间段 1 0 24 72 2 24 24 72 3 48 24 72 4 72 24 72

从表中可以看出，从第970小时后开始，第一个24小时，都有且只有一只开关器41处于等待工作状态，在这个时段从井口打一个压力脉冲值，只能使开关器41改变目前开关状态。这里假定前面的找水结果是第三层是高含水层，需要关闭，第一层、第二层和第四层是要求生产层，应该打开，再从找水时间表的结束状态可知，需要将第一层和第二层打开。
设Q时从开关器加电开始计算的一个时间值，只要在970+n×96＜Q＜970+24+n×96，n＝0，1，2，.....，时间段内从井口给一次压力脉冲信号，开关器41的开关状态就能由“关”变成“开”；同理，在970+n×96+24＜Q＜970+24+n×96+24，n＝0，1，2，.....，时间段内从井口给一次压力脉冲信号，开关器42的开关状态就能由“关”变成“开”；简单地说，在上电开始计算的970小时后的第1个24小时内的任何时间(或第五个24小时的任何时间……)从井口给一次压力脉冲信号，第一层开关器开关状态就能由“关”变成“开”；在上电开始计算的970小时后的第2个24小时内的任何时间从井口给一次压力脉冲信号，第二层开关器开关状态就能由“关”变成“开”。
并且，如果生产一段时间后，对目前的含水率还不满意，因为堵水时间表是循环工作的，所以，还能根据具体情况作进一步调整。