一种双介质分层注入流量的控制装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及油田水驱和聚驱增产工艺井下工具技术领域，更具体地说涉及一种双介质分层注入流量的控制装置及其控制方法。


背景技术：

2.石油企业发展至今，已经有了许多开发油井的技术和方法，聚合物驱是能够增加驱替相粘度，调整吸水剖面，增大驱替相波及体积，提高最终采收率的技术。聚合物驱技术在陆地油田具有广泛的应用，在多个渤海复杂地质油田同样使用，然而针对于地质情况复杂，层间渗透率严重失衡的油气田，聚驱过程中，如采用笼统注聚方式，聚合物溶液主要进入高渗透层，而中低渗透率油层吸液能力低，严重影响聚驱开发效果，因此合理的、完善的注聚工艺是现阶段聚合物驱技术急需解决问题。
3.在非均质油田开发的过程中，通过分层注入可以限制高渗透层注入量、提高低渗透层注入量，保证注入流体以活塞方式均匀推进，提高资源利用率，改善开发效果。同一注入井各个层段对注入介质的要求又有所不同，对于高渗透层需要注入聚合物以降低推进速度，对于中、低渗透层注入水即可达到驱替目的，因此需要开发一种双介质分层注入流量的控制装置，同时对井下各个层流量进行调配，即根据配注要求，监测、调整分层注入量。
4.目前，已有的分层调配技术是采用钢丝或电缆下入专用仪器来完成，钢丝电缆作业成功率受井斜的影响较大，无法满足大斜度井、水平井的调配需求；而海上油田为了提高井的利用率，几乎都是大斜度井、水平井。
5.综上所述，现有技术解决了传统空心配水工艺分层级数的受限问题。但配套的分层注水工具在后期进行测调的过程中遇到种种问题，影响修井效率，不能满足海上油田降本增效的要求，为了更好的发挥水、聚驱开发的效果，目前，急需开发适合海上油田注入井油藏特点和完井特点的双介质分层注入流量的控制装置。


技术实现要素：

6.本发明克服了现有技术中的不足，现有的分层调配技术需要通过钢丝或电缆下入专用仪器，钢丝电缆作业成功率受井斜的影响较大，无法满足大斜度井、水平井的调配需求，提供了一种双介质分层注入流量的控制装置及其控制方法，该控制装置无需下入仪器测试调配，不受井斜限制，实现了实时的对注入量的调配。
7.本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
8.一种双介质分层注入流量的控制装置，包括上分层注入结构、控制装置、可调流量组件和下分层注入结构，
9.所述上分层注入结构包括上外层油管、内层油管和上接头，所述内层油管安装在所述上外层油管内，在所述上外层油管和所述内层油管之间形成一环形过流空间，所述内层油管的尾端与所述上接头螺纹连接，在所述上接头内分别开设有贯穿所述上接头的第一内过流通道和第一外过流通道，所述第一外过流通道与所述环形过流空间相连通，所述第
一内过流通道与所述内层油管相连通，环形过流空间和第一外过流通道形成注水通道，内层油管和第一内过流通道形成注聚通道；
10.所述控制装置包括控制单元、控制单元舱、内管和外管，所述上接头的下部与所述外管的首端螺纹连接，所述控制单元与所述上接头的尾端相连，所述控制单元与所述可调流量组件电连接，在所述控制单元外设置用于保护控制单元的所述控制单元舱，在所述控制单元舱和所述外管之间设置所述内管；
11.所述可调流量组件包括电机及减速器、调节机构、电机密封舱和可调三通阀，所述控制单元与所述电机及减速器电连接，所述电机及减速器与所述调节机构的首端相连，减速器通过降低电机的转速来提高驱动负载能力，电机接收到控制单元的控制信号后，经由减速器调节可调三通阀的开启量，所述调节机构的尾端与所述可调三通阀的首端相连，所述可调三通阀设置在流量调节内管中，所述电机及减速器和所述调节机构均设置在所述电机密封舱内；
12.所述下分层注入结构包括下接头、插入式内层油管和下外层油管，所述流量调节内管的尾端与所述下接头的首端相连，在所述下接头的侧壁上开设有贯穿下接头侧壁的出液口，所述下接头的中部内壁与所述插入式内层油管的外壁螺纹连接，所述下外层油管的首端通过螺纹与所述下接头的尾端内壁相连，所述插入式内层油管设置在所述下外层油管内，在所述下外层油管和所述插入式内层油管之间形成一环形排流空间，在所述下接头内分别开设有贯穿所述下接头的第二内过流通道和第二外过流通道，所述第二外过流通道与所述环形排流空间相连通，所述第二内过流通道与所述插入式内层油管相连通。
13.在所述控制单元舱的尾端和所述电机密封舱的首端之间设置有压力计安置组件，在所述压力计安置组件上设置有注聚管柱压力计，所述注聚管柱压力计与所述控制单元电连接。
14.在所述内管的尾端分别设置有注水管柱压力计和地层压力监测装置，所述注水管柱压力计和所述地层压力监测装置分别与所述控制单元电连接，当前油层和下层油层之间通过封隔器隔开，为实时监测可调三通阀的前后压力，获取封隔器的密封状态，通过注聚管柱压力计、注水管柱压力计和地层压力监测装置实时获取可调三通阀的前后端的压力值，并将该压力值传输至控制单元，以实现监测地层注入压力和验证封隔器的密封性的目的。
15.所述注聚管柱压力计、所述注水管柱压力计和所述地层压力监测装置能够用于实时获取井下的温度值，并将温度值传输至控制单元。
16.在所述流量调节内管的尾端设置有流量计安置管，在所述流量计安置管上设置有流量计，所述流量计与所述控制单元电连接，流量计实时获取分层注入量，并传输至控制单元，当分层注入量不在预设范围内时，控制单元发送控制信号至电机及减速器，调节机构在电机及减速器驱动下调节可调三通阀的开启大小。
17.所述流量计采用电磁式流量计。
18.所述控制单元通过电缆与地面控制器相连，所述地面控制器通过电缆为所述控制单元供电，并向控制单元发送控制数据和/或者指令。
19.在所述上接头上设置有用于固定和密封电缆的电缆上接头，在所述下接头上设置有用于固定和密封电缆的电缆下接头。
20.所述控制单元的最小外径为95mm，所述第一内过流通道、所述第一外过流通道、所
述第二内过流通道和所述第二外过流通道的当量直径最小为32mm，所述出液口的排量为400-550m3/d，双介质分层注入流量的控制装置能够承受的压差为10-50mpa，双介质分层注入流量的控制装置的工作温度为0-150℃，双介质分层注入流量的控制装置的抗拉强度为40-60t。
21.一种双介质分层注入流量的控制方法，按照下述步骤进行：
22.步骤1，验封时，通过调节机构将可调三通阀关闭，由注聚管柱压力计、注水管柱压力计和地层压力监测装置测量出可调三通阀的前后端的压力值，判断封隔器的密封性，密封合格后进行流量调配作业；
23.步骤2，流量调配时，控制单元控制调节机构将可调三通阀打开，注水通道和注聚通道中的介质部分分别通过注水进液口和注聚进液口流经可调三通阀和出液口，通过控制可调三通阀的开启量，以实现流量调配的目的；
24.步骤3，进入地层时，流量计测量当前分层水量，控制单元判断该分层注入量是否在预设范围内，并控制调节机构调整可调三通阀的开度，直至满足当前层注入量要求。
25.本发明的有益效果为：该控制装置通过采用机电一体化结构，可实现同一口井中同时分层注入不同介质，以满足各个层对注入介质的需求；可实时监测注入井各层注入参数，并通过执行机构对配注量进行调整；该控制装置通过安装的压力计可实现对封隔器的验封；通过电缆可实现与外部控制器之间的数据和控制信号的传输，具有远程操控功能；该控制装置不受井斜限制，适用范围广；通过对各部件的优选使其流量量程宽、耐温耐压等级高，更好地满足现场实际的需求。
附图说明
26.图1是本发明的结构示意图；
27.图2是图1中a-a处横断面结构示意图；
28.图3是图1中b-b处横断面结构示意图；
29.图4是图1中c-c处横断面结构示意图；
30.图5是本发明双介质注入分层示意图；
31.图6是本发明中可调三通阀的水介质进液示意图；
32.图7是本发明中可调三通阀的聚合物溶液进液示意图；
33.图中：1为上外层油管；2为内层油管；3为上接头；4为电缆上接头；5为控制单元；6为控制单元舱；7为内管；8为外管；9为注聚管柱压力计；10为电机及减速器；11为调节机构；12为电机密封舱；13为注水管柱压力计；14为地层压力监测装置；15为可调三通阀；16为流量计；17为下接头；18为电缆下接头；19为插入式内层油管；20为下外层油管；21为第二内过流通道；22为第二外过流通道；23为流量调节内管。
34.对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
35.下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
36.实施例一
37.一种双介质分层注入流量的控制装置，包括上分层注入结构、控制装置、可调流量组件和下分层注入结构，
38.上分层注入结构包括上外层油管1、内层油管2和上接头3，内层油管2安装在上外层油管1内，在上外层油管1和内层油管2之间形成一环形过流空间，内层油管2的尾端与上接头3螺纹连接，在上接头3内分别开设有贯穿上接头3的第一内过流通道和第一外过流通道，第一外过流通道与环形过流空间相连通，第一内过流通道与内层油管2相连通，环形过流空间和第一外过流通道形成注水通道，内层油管和第一内过流通道形成注聚通道；
39.控制装置包括控制单元5、控制单元舱6、内管7和外管8，上接头3的下部与外管8的首端螺纹连接，控制单元5与上接头3的尾端相连，控制单元5与可调流量组件电连接，在控制单元5外设置用于保护控制单元5的控制单元舱6，在控制单元舱6和外管8之间设置内管7；
40.可调流量组件包括电机及减速器10、调节机构11、电机密封舱12和可调三通阀15，控制单元5与电机及减速器10电连接，电机及减速器10与调节机构11的首端相连，减速器通过降低电机的转速来提高驱动负载能力，电机接收到控制单元5的控制信号后，经由减速器调节可调三通阀15的开启量，调节机构11的尾端与可调三通阀15的首端相连，可调三通阀15设置在流量调节内管23中，电机及减速器10和调节机构11均设置在电机密封舱12内；
41.下分层注入结构包括下接头17、插入式内层油管19和下外层油管20，流量调节内管23的尾端与下接头17的首端相连，在下接头17的侧壁上开设有贯穿下接头17侧壁的出液口，下接头17的中部内壁与插入式内层油管19的外壁螺纹连接，下外层油管20的首端通过螺纹与下接头17的尾端内壁相连，插入式内层油管19设置在下外层油管20内，在下外层油管20和插入式内层油管19之间形成一环形排流空间，在下接头3内分别开设有贯穿下接头的第二内过流通道21和第二外过流通道22，第二外过流通道22与环形排流空间相连通，第二内过流通道21与插入式内层油管19相连通。
42.实施例二
43.在实施例一的基础上，在控制单元舱6的尾端和电机密封舱12的首端之间设置有压力计安置组件，在压力计安置组件上设置有注聚管柱压力计9，注聚管柱压力计9与控制单元5电连接。
44.在内管7的尾端分别设置有注水管柱压力计13和地层压力监测装置14，注水管柱压力计13和地层压力监测装置14分别与控制单元5电连接，当前油层和下层油层之间通过封隔器隔开，为实时监测可调三通阀15的前后压力，获取封隔器的密封状态，通过注聚管柱压力计9、注水管柱压力计13和地层压力监测装置14实时获取可调三通阀15的前后端的压力值，并将该压力值传输至控制单元5，以实现监测地层注入压力和验证封隔器的密封性的目的。
45.注聚管柱压力计9、注水管柱压力计13和地层压力监测装置14能够用于实时获取井下的温度值，并将温度值传输至控制单元5。
46.在流量调节内管23的尾端设置有流量计安置管，在流量计安置管上设置有流量计16，流量计16与控制单元5电连接，流量计16实时获取分层注入量，并传输至控制单元5，当分层注入量不在预设范围内时，控制单元5发送控制信号至电机及减速器10，调节机构11在电机及减速器10驱动下调节可调三通阀15的开启大小。
47.流量计16采用电磁式流量计。
48.控制单元5通过电缆与地面控制器相连，地面控制器通过电缆为控制单元5供电，并向控制单元5发送控制数据和/或者指令。
49.实施例三
50.在实施例二的基础上，在上接头3上设置有用于固定和密封电缆的电缆上接头4，在下接头17上设置有用于固定和密封电缆的电缆下接头18。
51.控制单元5的最小外径为95mm，第一内过流通道、第一外过流通道、第二内过流通道21和第二外过流通道22的当量直径最小为32mm，出液口的排量为400-550m3/d，双介质分层注入流量的控制装置能够承受的压差为10-50mpa，双介质分层注入流量的控制装置的工作温度为0-150℃，双介质分层注入流量的控制装置的抗拉强度为40-60t。
52.实施例四
53.一种双介质分层注入流量的控制方法，按照下述步骤进行：
54.步骤1，验封时，通过调节机构将可调三通阀关闭，由注聚管柱压力计、注水管柱压力计和地层压力监测装置测量出可调三通阀的前后端的压力值，判断封隔器的密封性，密封合格后进行流量调配作业；
55.步骤2，流量调配时，控制单元控制调节机构将可调三通阀打开，注水通道和注聚通道中的介质部分分别通过注水进液口和注聚进液口流经可调三通阀和出液口，通过控制可调三通阀的开启量，以实现流量调配的目的；
56.步骤3，进入地层时，流量计测量当前分层水量，控制单元判断该分层注入量是否在预设范围内，并控制调节机构调整可调三通阀的开度，直至满足当前层注入量要求。
57.各个层注入量预设范围根据实际应用中的需要进行设定，例如：预设值为100立方米/天，误差范围为-2至2；当分层注入量为103立方米/天时，超出了预设范围，控制单元发送控制信号至电机及减速器，电机及减速器接收控制信号并调小可调三通阀的开度；相应地，当分层注入量为97立方时，超出了预设范围，控制单元发送控制信号至电机及减速器，电机及减速器接收控制信号并调大可调三通阀的开度。
58.为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
59.而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
60.以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。