一种水平井分段坐封式流量计量找水管柱及其找水方法
阅读说明：本技术 一种水平井分段坐封式流量计量找水管柱及其找水方法 (Horizontal well subsection setting type flow metering water exploration pipe column and water exploration method thereof ) 是由 周丽萍 周俐军 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种水平井分段坐封式流量计量找水管柱及其找水方法,找水管柱包括第一封隔器、第二封隔器以及找水控制器；找水控制器包括低压泵、高压泵和控制模块。第一封隔器、第二封隔器的胶筒直径小于生产套管的内径,胶筒与中心管之间设置有空腔,空腔通过管路与低压泵的一端连通,低压泵的另一端与找水管柱内部连通。本发明的找水管柱,通过向封隔器的空腔内充入流体,使其膨胀坐封,实现对水平井的各个层段的封隔,由于封隔器的胶筒直径小于生产套管的内径,找水管柱可以轻易地下入到自喷井内,封隔器坐封和解封简单方便,提高了水平井的找水效率。采用高压泵,将找水管柱内的流体通过连续油管输送至地表,实现对非自喷井进行低风险高效找水。(The invention relates to a horizontal well subsection setting type flow metering water finding pipe column and a water finding method thereof, wherein the water finding pipe column comprises a first packer, a second packer and a water finding controller; the water finding controller comprises a low-pressure pump, a high-pressure pump and a control module. The diameter of the rubber cylinder of the first packer and the diameter of the rubber cylinder of the second packer are smaller than the inner diameter of the production casing, a cavity is arranged between the rubber cylinder and the central pipe, the cavity is communicated with one end of a low-pressure pump through a pipeline, and the other end of the low-pressure pump is communicated with the inside of the water exploration pipe column. According to the water exploration pipe column, the cavity of the packer is filled with the fluid to be expanded and sealed, so that the packer can be sealed for each section of the horizontal well, the diameter of the rubber sleeve of the packer is smaller than the inner diameter of the production casing, the water exploration pipe column can be easily put into the self-injection well, the packer is simple and convenient to seal and unseal, and the water exploration efficiency of the horizontal well is improved. And a high-pressure pump is adopted to convey fluid in the water exploration pipe column to the ground surface through a continuous oil pipe, so that low-risk and high-efficiency water exploration is carried out on the non-flowing well.)
技术领域
本发明涉及油气田采油采气技术领域，尤其涉及一种水平井分段坐封式流量计量找水管柱及其找水方法。
背景技术
水平井是最大井斜角达到或接近90°(一般不小于86°)，并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。水平井适用于薄的油气层或裂缝性油气藏，目的在于增大油气层的裸露面积。水平井在生产过程中，如果油井出水，要准确探出出水层。目前，水平井找水主要是使用找水管柱，找水管柱可选择使用皮碗封隔器，用来分层找水。皮碗封隔器的关键部件为锥形皮碗，它是在金属骨架硫化上橡胶而成，依靠皮碗和生产套管内壁的过盈来密封油套环空，在井内压差作用下皮碗扩张密封环空，只能单向承受较大压差。
现有的找水管柱存在以下缺点：
一、现有的找水管柱的皮碗封隔器直径略大于生产套管的内径，由于皮碗无法回缩，只能在井中硬拖着进入水平段，对皮碗密封效果及其寿命伤害很大，也影响了分层找水的效率。并且由于部分高含水水平井往往与对应注水井窜流沟通，高含水水平井井口自喷(套返)，使得皮碗封隔器无法下入到井下，若选择使用双向卡瓦封隔器，水平井的水平段则容易出现解封困难，且施工工艺复杂。
二、由于非自喷井的井下流体受到的地层压力低，无法自动上升至地面，现有的找水管柱仅适用于高含水自喷(套返)水平井找水，对于非自喷生产井无法实现低风险高效找水。
因此亟需提供一种施工方便、可实现对非自喷井进行找水的水平井分段坐封式流量计量找水管柱及其找水方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种水平井分段坐封式流量计量找水管柱及其找水方法，其解决了现有的找水管柱的封隔器直径过大，无法下入到高含水自喷井，以及现有的找水管柱无法对对非自喷井进行低风险高效找水的技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种水平井分段坐封式流量计量找水管柱，用于下入到生产套管内找水，所述找水管柱在井下水平段从趾部到跟部依次连接有导向器、开孔循环短节、可开关短节、第一封隔器、可开关找水通道短节、找水控制器、第二封隔器；找水管柱通过连续油管与地面井口连通；所述开孔循环短节用于对生产套管进行冲砂处理；
找水控制器包括低压泵和控制模块；可开关短节、可开关找水通道短节均与控制模块电连接，在控制模块控制下打开或关闭；
第一封隔器、第二封隔器包括胶筒和中心管，所述胶筒套设在中心管外壁；所述胶筒的直径小于生产套管的内径，胶筒与中心管之间设置有空腔，空腔通过管路与低压泵的一端连通，低压泵的另一端与中心管内部连通；
找水控制器还包括高压泵，用于将找水管柱内的流体通过连续油管输送至地表；低压泵、高压泵均与控制模块电连接，在控制模块的控制下运行。
本发明实施例提出的水平井分段坐封式流量计量找水管柱，通过向封隔器的胶筒与中心管之间的空腔内充入流体，使其膨胀坐封，实现对水平井的各个层段进行上下封隔，其有益效果是，由于封隔器的胶筒直径小于生产套管的内径，找水管柱可以轻易地下入到自喷井内，封隔器坐封和解封简单方便，提高了水平井的找水效率。通过开孔循环短节，找水管柱可实现反向冲砂处理生产套管堵砂的功能，用高速流动的液体将井底堵砂冲散，并借用液流循环上返的循环能力，将冲散的砂子带出地面，从而清除井底的积砂，恢复和提高井的产量或注水井的注入量。通过高压泵，将找水管柱内的流体输送至地表，解决了非自喷井的地层压力不足以使井下流体上升至地面井口的问题。
可选地，第一封隔器、第二封隔器的空腔与低压泵之间的管路上设置有电磁阀，电磁阀与控制模块电连接，在控制模块的控制下打开或关闭管路。电磁阀打开或关闭管路，控制空腔内的流体的体积，确保封隔器坐封或解封。
可选地，找水控制器还包括含水分析仪，所述含水分析仪安装在找水管柱内壁，用于测量找水管柱内流体的含水比例；所述含水分析仪与控制模块电连接，在控制模块的控制下运行。
可选地，找水控制器还包括取样器，所述取样器安装在找水管柱内壁，用于对找水管柱内的流体进行取样；所述取样器与控制模块电连接，在控制模块的控制下运行。
可选地，找水控制器还包括蓄电池模块，或者连续油管内置有电缆；电缆或者蓄电池模块与找水控制器的其它部件电连接。
可选地，找水管柱通过连续油管可控丢手工具、连续油管连接工具与连续油管连通。通过连续油管可控丢手工具，连续油管和找水管柱可拆卸式连接，在找水管柱进行作业遇到意外清况时，可以进行紧急丢手，并起出连续油管以腾出通道，便于井下工具的打捞以及后续事故的处理有效降低作业风险，减少经济损失。
可选地，地面井口通过连续油管地面配套设备、地面管线与地面储罐连通，地面管线设置有计量装置。计量装置用于检测地面管线中流体的产液、产气、含水等生产动态数据。
第二方面，本发明实施例提供一种利用上述的找水管柱对油井或气井进行找水的方法，包括如下步骤：
S1、下入找水管柱：组合好本找水管柱后，通过控制模块，打开可开关短节，然后将找水管柱下入井内，直至下至预定位置，使第一封隔器、第二封隔器实现上下封隔找水水平段的射孔段或滑套；
S2、合层生产：通过控制模块，打开可开关找水通道短节，生产0.5-3天，记录生产动态数据，所述生产动态数据为产液、产气、含水数据，以便在同一生产流程下与后期找水动态对比分析；
S3、关闭循环通道：通过控制模块，关闭可开关短节；
S4、坐封试压：通过控制模块，关闭可开关找水通道短节，打开电磁阀，启动低压泵，将流体泵入第一封隔器、第二封隔器的胶筒与中心管之间的空腔；空腔泵入预定体积的流体后，通过控制模块关闭电磁阀以及低压泵，完成坐封第一封隔器、第二封隔器；地面通过水泥车向找水管柱内部注水加压至10-15MPa，确认找水管柱密封正常，找水管柱无泄漏；
S5、分段找水：通过控制模块，打开可开关找水通道短节，进行生产；地层流体进入找水管柱，地面通过含水分析仪读取地层流体的含水数据；目标层段完成测试后，通过控制模块，打开电磁阀，启动低压泵，低压泵反向从第一封隔器、第二封隔器的空腔中抽出流体，解封第一封隔器、第二封隔器；
S6、通过控制模块，打开开关短节，上提找水管柱至下一个目标层段，再执行步骤S3至步骤S5，直至完成所有层段的找水作业；
S7、起出找水管柱：确认第一封隔器、第二封隔器处于解封状态，起出找水管柱。
本发明实施例提出的利用上述的找水管柱对油井或气井进行找水的方法，采用上述带有空腔的封隔器，坐封和解封简单方便，提高了水平井找水的效率。
可选地，在步骤S1之前或者在步骤S1过程中对生产套管进行冲砂处理：在地面上用泵车向连续油管和生产套管形成的环形空间泵入冲砂液，冲散井底堵砂，并借用冲砂液循环上返的循环能力，使冲散的砂子经开孔循环短节进入找水管柱，沿连续油管上升至地面井口。
可选地，在步骤S2和步骤S5中，通过控制模块，启动高压泵，高压泵将找水管柱内的流体输送至地面井口。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明的一种水平井分段坐封式流量计量找水管柱及其找水方法，由于采用向封隔器的胶筒与中心管之间的空腔内充入流体，使其膨胀坐封，实现对水平井的各个层段进行封隔，相对于现有技术而言，胶筒直径小于生产套管的内径，找水管柱可以轻易地下入到自喷井内，封隔器坐封和解封简单方便，达到了提高了水平井的找水效率的技术效果。胶筒直径小于生产套管的内径，在下入井中时，由于胶筒不会与生产套管发生摩擦，从而延长了封隔器的胶筒的使用寿命，降低了维修成本。
本发明的找水管柱，采用高压泵解决了非自喷生产井的找水问题，高压泵将找水管柱内的流体通过连续油管输送至地表，地表不需要设置偏心井口及抽油泵，现场方便易用。
本发明的找水管柱，采用在找水管柱内壁安装含水分析仪，在控制模块控制下，含水分析仪可实现对产出地层流体含水计量检测的功能。
本发明的找水管柱，采用在找水管柱内壁安装取样器，在控制模块控制下，取样器对找水管柱内的流体进行取样保存，随着找水管柱起出到地面，取样器中的流体可被取出。
附图说明
图1为本发明的一种水平井分段坐封式流量计量找水管柱在井下工作找水的示意图；
图2为图1中的找水管柱部分部件的示意图；
图3为图2中的找水管柱沿管柱轴向的剖视图；
图4为图2中的找水管柱沿A-A的剖视示意图。
【附图标记说明】
1：导向器；2：滑套；3：开口循环短节；4：可开关短节；5：第一封隔器；6：可开关找水通道短节；7：找水控制器；8：第二封隔器；9：连续油管可控丢手工具；10：连续油管连接工具；11：连续油管；12：生产套管；13：生产油管；14：地面井口；15：连续油管作业井口装置；16：连续油管鹅颈管；17：连续油管作业设备；18：地面管线；19：地面计量装置；20：地面储罐；21：电磁阀；22：低压泵；23：胶筒限位密封装置；24：控制模块；25：高压泵；26：胶筒。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图1的定向为参照。在井下远离地面井口14的为下，靠近地面井口14为上。
本发明实施例提出的水平井分段坐封式流量计量找水管柱及其找水方法，使封隔器的胶筒26直径略小于生产套管12的内径，胶筒26可以膨胀，通过向封隔器的胶筒26与中心管之间的空腔内充入流体，使其膨胀坐封，实现对水平井的各个层段进行封隔，其解决了现有的找水管柱的封隔器直径过大，无法下入到高含水自喷井的技术问题，由于胶筒26直径小于生产套管12的内径，找水管柱可以轻易地下入到自喷井内，封隔器坐封和解封简单方便，同时胶筒26不会与生产套管12发生摩擦，达到了提高水平井的找水效率以及延长封隔器的胶筒使用寿命的技术效果。采用高压泵25，将找水管柱内的流体通过连续油管11输送至地表，实现对非自喷井进行低风险高效找水。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
具体实施例描述部分
参照图1，油井或气井的建设是先从地面向下钻井眼，再向井眼下入生产套管12，最后向生产套管12和井眼之间的环形空间注入水泥，进行固井。固井完成后，在目的层，通过起爆射孔枪，形成水平井射孔段，或者通过生产套管12内部打压的方式开启滑套2，建立压裂通道，地层中的流体可通过水平井射孔段或滑套2进入生产套管12。地层流体中主要包括油、气、水。
找水管柱一端通过可控丢手工具9、连续油管连接工具10与连续油管11的一端连接，连续油管11的另一端与地面井口14连接，地面井口14通过连续油管地面配套设备、地面管线18、计量装置19与地面储罐20相连。通过连续油管可控丢手工具9，连续油管11和找水管柱可拆卸式连接，在找水管柱进行作业遇到意外清况时，可以进行紧急丢手，并起出连续油管11以腾出通道，便于井下工具的打捞以及后续事故的处理有效降低作业风险，减少经济损失。连续油管11是进行特殊作业才需要使用的装备，起到将地面的工具送至井下，同时有小直径的内部通道，可以在需要的时候，将井下流体通过小直径通道输送到地面上。
如果不是自喷井，油气开发现场一般在连续油管11与生产套管12之间的环形空间设置有生产油管13，生产油管13是油气生产的通道。
连续油管地面配套设备包括：连续油管作业井口装置15、连续油管鹅颈管16、连续油管作业设备17。连续油管作业设备17设置有滚筒，在作业时可向油气井中(生产油管12或生产套管13)下入和起出连续油管11，并把连续油管11缠绕在滚筒上以便移运。
通过计量装置19，可检测地面管线18中流体的产液、产气、含水等生产动态数据。
找水管柱的端部设置有导向器1，导向器1的上端通过油管与开口循环短节3的下端连接，开口循环短节3的上端与可开关短节4的下端连接，可开关短节4的上端通过油管与第一封隔器5的下端连接，第一封隔器5的上端通过油管与可开关找水通道短节6的下端连接，可开关找水通道短节6的上端通过油管与找水控制器7的下端连接，找水控制器7的上端与第二封隔器8的下端连接。
开口循环短节3，在找水管柱中起循环液体的作用，是在常规的油管中钻若干数量的孔眼，为常开状态，无法关闭，也无需关闭。通过开孔循环短节3，找水管柱可实现反向冲砂处理生产套管12的功能，用高速流动的液体将井底砂堵冲散，并借用液流循环上返的循环能力，将冲散的砂子带出地面，从而清除井底的积砂，恢复和提高井的产量或注水井的注入量。
参照图2、图3和图4，找水控制器7包括控制模块24、低压泵22、高压泵25、含水分析仪、取样器以及蓄电池模块。
控制模块24、低压泵22、高压泵25、含水分析仪以及取样器均与蓄电池模块电连接，蓄电池模块向其供电。这里需要说明的是，蓄电池模块还可以用电缆替代，电缆设置在连续油管11内，从地面铺设到井下。
可开关短节4以及可开关找水通道短节6均与控制模块24电连接，在控制模块24控制下打开或关闭，可开关找水通道短节6控制流体进入找水管柱；可开关短节4呈圆盘状，设置在找水管柱内，起到打开或关闭管柱内腔的作用，控制从开口循环短节3进入找水管柱前端的流体向找水管柱后端流动。
第一封隔器5、第二封隔器8包括中心管、胶筒26以及电磁阀21，第一封隔器5、第二封隔器8的直径小于生产套管12的内径；胶筒26套设在中心管外壁，可以膨胀或收缩，胶筒26与中心管之间设置有空腔。在中心管的外壁设置有胶筒限位密封装置23，用于密封胶筒26与中心管之间的空腔及限制胶筒26在中心管外壁上的移动。第一封隔器5、第二封隔器8的胶筒26膨胀时的直径大于生产套管12的内径，胶筒26收缩时的直径小于生产套管12的内径。低压泵22的一端通过管路与空腔连通，另一端与中心管内部连通，低压泵22与空腔的之间的管路上还安装有电磁阀21。电磁阀21、低压泵22均与控制模块24电连接，在控制模块24控制下，电磁阀21打开或关闭管路，低压泵22向胶筒26与中心管之间的空腔泵入或抽出流体，以实现第一封隔器5、第二封隔器8坐封或解封。控制模块24可以在地面上编程好作业指令，下入到井下时，自动执行有关指令进行作业。控制模块24还可以通过有线方式与地面设备连接，操作人员在地面向控制模块24发出作业指令。
高压泵25与控制模块24电连接，在控制模块24控制下，高压泵25运行，将找水管柱内的流体通过连续油管11输送至地表，地表不需要设置偏心井口及抽油泵，现场方便易用，实现对非自喷生产井进行低风险高效找水。
在对第一封隔器5、第二封隔器8坐封或解封时，用低压泵22向胶筒26与中心管之间的空腔泵入或抽出流体，使胶筒26膨胀或回缩。在非自喷井生产和找水时，非自喷井的地层压力不足以使井下流体上升至地面井口14，需要用高压泵25将其输送至地面井口14。高压泵25的扬程比低压泵22的扬程大，高压泵25的体积也比低压泵22大，低压泵22能够双向抽水，高压泵25单向抽水。
含水分析仪安装在找水管柱内壁，与控制模块24电连接，在控制模块24的控制下，可在井下实现对产出地层流体含水计量检测的功能。
取样器安装找水管柱内壁，在控制模块控制下，取样器对找水管柱内的流体进行取样保存，随着找水管柱起出到地面，取样器中的流体可被取出。
本发明提供一种利用上述找水管柱对油井或气井进行找水的方法，包括如下步骤：
S1、下入找水管柱：组合好本找水管柱后，通过控制模块24，打开可开关短节4，然后通过连续油管作业设备17将连续油管11、找水管柱下入井内，直至下至预定位置，使第一封隔器5、第二封隔器8实现上下封隔找水水平段的射孔段或滑套2；下入井时，可开关短节4要提前打开，从保证整个找水管柱是连通的；
S2、合层生产：通过控制模块24，打开可开关找水通道短节6，生产0.5-3天，记录生产动态数据，所述生产动态数据为产液、产气、含水数据，以便在同一生产流程下与后期找水动态对比分析；
S3、关闭循环通道：通过控制模块24，关闭可开关短节4；
S4、坐封试压：通过控制模块24，关闭可开关找水通道短节6，打开电磁阀21，启动低压泵22，将流体泵入第一封隔器5、第二封隔器8的胶筒26与中心管之间的空腔；空腔泵入预定体积的流体后，通过控制模块24关闭电磁阀21以及低压泵22，完成坐封第一封隔器5、第二封隔器8；地面通过水泥车向找水管柱内部注水加压至10-15MPa，确认找水管柱密封正常，找水管柱无泄漏；
S5、分段找水：通过控制模块24，打开可开关找水通道短节6，进行生产；地层流体进入找水管柱，地面通过含水分析仪读取地层流体的含水数据；目标层段完成测试后，通过控制模块24，打开电磁阀21，启动低压泵22，低压泵22反向从第一封隔器5、第二封隔器8的空腔中抽出流体，解封第一封隔器5、第二封隔器8；
S6、通过控制模块24，打开开关短节4，上提找水管柱至下一个目标层段，再执行步骤S3至步骤S5，直至完成所有层段的找水作业；通过分段测试各卡封段的流体含水比例参数，综合判断出水层段，提高水平井找水准确率和找水效率。
S7、起出找水管柱：确认第一封隔器5、第二封隔器8处于解封状态，通过连续油管作业设备17起出连续油管11、找水管柱。
进一步地，在步骤S1之前或者在步骤S1过程中，现场作业需要时可实现对生产套管12进行冲砂处理：在地面上用泵车向连续油管11和生产套管12形成的环形空间泵入冲砂液，冲散井底堵砂，并借用冲砂液循环上返的循环能力，使冲散的砂子经开孔循环短节3进入找水管柱，沿连续油管11上升至地面井口14。冲砂液从连续油管11和生产套管12形成的环形空间泵入，反向冲砂，避免了砂卡阻封隔器。
进一步地，在步骤S2和步骤S5中，通过控制模块24，启动高压泵25，高压泵25将找水管柱内的流体输送至地面井口14。如果是自喷井，不需要高压泵25，地层流体也会由于在地下受自身地层压力高的影响，自动上升到地面。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。