一种长效CO2注气管柱及操作方法与流程

本发明属于石油开采中使用的井下注气技术领域，具体涉及一种长效co2注气管柱及操作方法。

背景技术：

co2混相驱油是近年国外新兴起的技术，在一定压力和温度下实现原油与co2混相，能够补充地层能量提高采收率，国内各油田也逐步开展了现场试验，目前主要采用笼统注气管柱，冀东油田采用y221封隔器+水力锚结构；大庆油田某井区采用“普通扣型油管+dgl封隔器”的笼统注入管柱；胜利油田采用y441封隔器；吉林油田和长庆油田采用哈里伯顿phl封隔器y441。根据调研，co2驱管柱专用配套工具较少，存在以下问题：一、由于高压且由于温度与压力的变化，管柱存在蠕动，可取式封隔器气密封可靠性低，失效比例较高，单次完井有效期短；二、施工工序复杂，封隔工具坐封、解封工序复杂，常需要打压、旋转，甚至下专用工具打开洗井滑套；三、对于需要定期检测管柱腐蚀的注入井，需要频繁的起下管柱，带压作业费用较高，增加了co2驱的成本；四、管柱功能简单，不能应对复杂作业要求，如洗井滑套打开后，无法自动关闭。因此针对以上问题，应设计专用co2驱专用工具并优化管柱结构。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种长效co2注气管柱及操作方法，解决了封隔器易失效、洗井时开关滑套过于复杂、带压作业可靠性的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种长效co2注气管柱，包括上部管柱和下部管柱，所述上部管柱包括套装在套管内的油管，所述油管从上至下依次设置有循环洗井滑套、水力锚、挂环器和密封插管，所述下部管柱包括依次设置在所述油管上的密封筒和封隔器，所述下部管柱的底部设置有坐封球座和双级单流阀，所述下部管柱通过所述封隔器的锚瓦固定在所述套管的内壁上，通过所述循环洗井滑套实现注水时关闭，反洗时打开。

进一步的，所述循环洗井滑套包括滑套本体，所述滑套本体的外面套有护套，所述护套和滑套本体之间安装有活塞和弹簧，所述活塞上设置有第一销钉，所述活塞、护套和滑套本体围成空气腔，通过液压方式推动所述活塞。

进一步的，在所述护套和滑套本体上均开有端口。

进一步的，所述坐封球座包括上接头和下接头，所述上接头通过母扣连接所述油管，所述上接头内设置有坐封球座滑套，所述坐封球座滑套通过第二销钉与上接头相连接，在所述上接头和下接头之间固定有阀座，所述阀座内设置有密封球，所述阀座下部设置有带孔挡板，通过所述带孔挡板与所述下接头连接。

进一步的，所述上接头和下接头上均开有孔道，所述下接头内设置有滑套，用于在节流压差作用下推动滑套上移关闭所述下接头。

进一步的，所述上接头与下接头采用丝扣连接。

进一步的，所述坐封球座和双级单流阀为一体式结构。

进一步的，所述油管的钢级为p110，扣型为bgt-1气密封特殊螺纹扣。

本发明还公开一种长效co2注气管柱的操作方法，包括以下步骤：

s1、下入第一趟管柱，将密封筒、封隔器、双级单流阀、坐封球座组成的下部管柱送到设计位置，投可溶球至坐封球滑套处，打压剪断第二剪钉，滑套下移关闭坐封球座端口，憋压坐封封隔器；丢手后起出送入管柱；

s2、再下入回接管柱，将油管、循环洗井滑套、水力锚、挂环器、密封插管组成的上部管柱送至密封筒上方；

s3、替液，循环替入环空保护液；

s4、下压将密封插管插入密封筒内；

s5、可溶球溶解后，可正常注入co2；

s6、当检查管柱腐蚀情况以及其他作业，需要起出上部管柱时，只需反循环操作。

进一步的，当套压大于油压和弹簧预紧力时，循环洗井滑套的活塞下移，露出端口，油套管连接通道打开，可进行洗井，洗井结束后，在弹簧力的作用下，活塞复位，通道关闭，然后起出上部管柱。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明长效co2注气管柱包括上部管柱和下部管柱，上部管柱的油管上从上至下依次设置有循环洗井滑套、水力锚、挂环器和密封插管，下部管柱依次设置密封筒和封隔器，在下部管柱底部设置坐封球座和双极单流阀，封隔器上安装了循环洗井滑套，可进行替换空保护液或者反循环压井，环空注入时自动打开，注入结束后自动关闭，无需下专用工具打开，简化了施工工艺，为提高单流阀密封可靠性，设计了双级单流阀，管柱底部安装了坐封球座和双级单流阀一体式结构，可实现y443封隔器坐封和井底关井。

进一步的，循环洗井滑套位于水力锚之上，包括弹簧、活塞和空气腔机构，可实现注水时关闭，反洗时可自动打开；坐封球座和双级单流阀设计成一体，可以减少工具长度，双级单流阀通过双保险实现井底关井，第一级设计有阀座、密封球、挡板，实现第一级单向流动，第二级设计成滑套机构，可以利用节流压差关闭通道，实现第二级单向流动。

进一步的，采用y443永久封隔器，实现胶筒与套管之间的有效密封，防止管柱蠕动造成封隔器密封不严，通过y443封隔器上方增加回接插管，消除管柱蠕动对封隔器的影响，解决了密封有效性的问题。

进一步的，坐封球座包括上接头、下接头，以及设置在上接头和下接头内的坐封球座和密封球，上部相当于坐封球座，可实现投可溶球坐封封隔器，同时下部集成了两级单流阀，在停止注入时，套压高于油压时，通过节流压差推动滑套上移关闭进液节流通道，如果本级失效，液体继续上窜，将推动阀球封堵住阀座，与永久式封隔器配合，实现井下关井，此时可以进行起钻等作业，适用于co2注入管柱，安装在co2驱注入管柱底部，使管柱在下钻过程中能够油套压平衡，管柱下到位后，具有坐封封隔器功能，同时也应具有井下关井功能，由于采用了双级单流阀结构，使井下关井更加可靠。

本发明还公开了一种长效co2注气管柱的操作方法，下入第一趟管柱，将密封筒、封隔器、双级单流阀、坐封球座组成的下部管柱送到设计位置，投可溶球至坐封球滑套处，打压剪断第二剪钉，滑套下移关闭坐封球座端口，憋压坐封封隔器；丢手后起出送入管柱；再下入回接管柱，将油管、循环洗井滑套、水力锚、挂环器、密封插管组成的上部管柱送至密封筒上方；然后替液，循环替入环空保护液；再下压将密封插管插入密封筒内；待可溶球溶解后，可正常注入co2；当检查管柱腐蚀情况以及其他作业，需要起出上部管柱时，只需反循环操作，操作方法通过液压控制就可以开启和关闭循环洗井滑套，本方法操作简单安全，下钻、起钻过程与常规二次回接管柱起下钻相同，在更换环空保护液时又避免了下工具打开开关，节约了时间，提高了安全性，因为管柱可自动井下关井，再不配备井口带压设备的情况下进行带压起钻，节约了成本。

综上所述，本发明管柱结构简单，功能完善，能够满足co2注气管柱的要求，通过选用永久式封隔器使封隔更加可靠，通过设计多功能坐封球座，具备井下关井的功能，可带压起钻，起钻时不需要压井、也不需要配备井口带压装置即可起出管柱，同时双级单流阀的设计，使井下关井功能更加可靠；通过循环洗井滑套，可在不动管柱的情况下，仅通过环空打压即可开启滑套，进行替换环空保护液的操作，而不需要下专用工具，使操作更加简便，降低了成本；通过挂环器，使管柱也可监测腐蚀情况。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的co2注气管柱的结构示意图；

图2为本发明的循环洗井滑套的结构图；

图3为坐封球座和双级单流阀一体式结构示意图。

其中：1.套管；2.油管；3.循环洗井滑套；4.水力锚；5.挂环器；6.密封插管；7.密封筒；8.封隔器；9.坐封球座；10.双极单流阀；11.滑套本体；12.；13.护套；14.；15.第一销钉；16.活塞；17.；18.；19.空气腔；20.弹簧；21.；22.；23.上接头；24.坐封球座滑套；25.第二销钉；26.阀座；27.密封球；28.带孔挡板；29.滑套；30.密封圈；31.下接头。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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元件必须具有特定的方位、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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种长效co2注气管柱及操作方法，用于co2驱单层或多层笼统注气，可满足高压条件下频繁起下钻的要求。

确定co2注气管柱功能：

一、封隔可靠，长效密封；

二、注入二氧化碳时通道顺畅、停注二氧化碳时可井下关井；

三、下钻阻力小；

四、可通过套管打压开启洗井开关，更换井筒内的环空保护液；

五、定期监测管柱腐蚀。

确定co2注气管柱结构如下：

一、采用永久式封隔器，提高管柱密封可靠性；

二、采用具有双级单流阀和坐封球座功能的多功能坐封球座，通过平衡孔设计、节流通道设计，结合可溶球技术，可保证保证下钻时油套联通，下钻阻力小，注入时通道顺畅、停注时可井下关井；

三、设计可液压控制开关的洗井开关，套管打压开启洗井开关，更换井筒内的环空保护液，更换完毕后，洗井开关在弹簧力作用下关闭，可进行正注；

四、管柱安装挂环器，可定期取出，检查管柱的腐蚀。

请参阅图1，本发明长效co2注气管柱包括上部管柱和下部管柱，所述上部管柱包括套装在套管1内的油管2，所述油管2从上至下依次设置有循环洗井滑套3、水力锚4、挂环器5和密封插管6，所述下部管柱包括依次设置在所述所述油管2上的密封筒7和封隔器8，所述下部管柱的底部设置有坐封球座9和双级单流阀10，所述下部管柱通过所述封隔器8的锚瓦固定在所述套管1的内壁上，通过所述循环洗井滑套3实现注水时关闭，反洗时打开。

所述油管2的钢级为p110，扣型为bgt-1气密封特殊螺纹扣。

所述坐封球座9和双级单流阀10为一体式结构。

所述封隔器8为永久式y443型。

请参阅图2，所述循环洗井滑套3包括滑套本体11，所述滑套本体11的外面套有护套13，所述护套13和滑套本体11之间安装有活塞16和弹簧20，所述活塞16上设置有第一销钉15，所述活塞16、护套13和滑套本体11围成空气腔，通过液压方式即可推动活塞16。

在所述护套13和滑套本体11上均开有端口，反洗时当套压高于油压、销钉15和弹簧20预紧力之和时，剪断第一销钉15，活塞16向下运动，露出端口，油管2和套管1连通，可以正常循环，当反洗结束时，在油压和弹簧20作用下，活塞16向上运动，关闭端口。

请参阅图3，所述坐封球座9包括上接头23和下接头31，所述上接头23与下接头31采用丝扣连接，上接头23加工有母扣，连接油管，所述上接头23内设置有坐封球座滑套24，所述坐封球座滑套24通过第二剪钉25与上接头23相连接，可投可溶球落座于所述坐封球座滑套24处，憋压坐封y443永久封隔器8，将压力提升至20mpa剪断第二剪钉25，滑套24下移关闭所述上接头23上的端口，隔断油套之间的通道，在上接头23和下接头31之间固定有阀座26、密封球27、带孔挡板28，所述密封球27设置在所述阀座26内，所述带孔挡板28设置在所述阀座26的下部，与滑套29连接，这种结构可以实现套管液体进入油管时，在节流压差的作用下，实现双保险，增加了密封可靠性，实现井底可靠关井。

所述上接头23开有孔道，用于下钻过程中平衡油套压力；

所述下接头31也开有孔道，用于注入co2，下接头31内置有滑套29，用于起钻时，在节流压差作用下推动滑套29上移，关闭下接头上的端口。

本发明还公开了一种长效co2注气管柱操作方法，包括以下步骤：

s1、下入第一趟管柱，将密封筒、y443封隔器、双级单流阀、坐封球座组成的下部管柱送到设计位置，投可溶球至坐封球滑套处，打压剪断第二销钉，滑套下移关闭坐封球座端口，憋压坐封y443封隔器；丢手后起出送入管柱；

s2、再下入回接管柱，将油管、循环洗井滑套、水力锚、挂环器、密封插管组成的上部管柱送至密封筒上方；

s3、替液，循环替入环空保护液；

s4、下压将密封插管插入密封筒内；

s5、可溶球溶解后，可正常注入co2；

s6、当检查管柱腐蚀情况以及其他作业，需要起出上部管柱时，只需反循环即可。

当套压大于油压和弹簧预紧力时，循环洗井滑套的活塞下移，露出端口，油套管连接通道打开，可进行洗井，洗井结束后，在弹簧力的作用下，活塞复位，通道关闭，然后起出上部管柱。

由于在管柱下方设置了双级单流阀，起钻时单流阀关闭，实现井底关井，可正常起钻。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。