[發明專利]水平井兩級接力式柱塞舉升裝置及其方法和活動球芯柱塞

在審

• 申請號: 202111317809.3
• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN116104452A
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 曹銀平;徐劍良;伍翊嘉;王勇;蔡默侖;鐘思存;崔健;江松蓮
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團川慶鉆探工程有限公司
• 主分類號: E21B43/12
• 分類號: E21B43/12;E21B41/00;E21B34/08;E21B47/06
• 代理公司: 成都中璽知識產權代理有限公司 51233
• 代理人: 邢偉

本發明提供了一種水平井兩級接力式柱塞舉升裝置及其方法和活動球芯柱塞。所述水平井兩級接力式柱塞舉升裝置自下而上依次包括第一壓控式單流閥、第一柱塞緩沖器、活動球芯柱塞、第二柱塞緩沖器、第二壓控式單流閥、第三壓控式單流閥、第三柱塞緩沖器、普通柱塞、普通柱塞舉升井口裝置。所述水平井兩級接力式柱塞舉升生產方法可以一次關井和一次開井為一個生產周期。本發明能夠利用地層自然能量或其它能量實現井內各部位壓力變化，實現活動球芯柱塞在水平段油管兩端往復運動，進而將水平段B靶點附近的積液驅趕至直井段，最后利用普通柱塞或其它舉升方式將液體徹底排出井口。

技術領域

本發明屬于油氣井排采技術領域，具體來講，涉及一種水平井兩級接力式柱塞舉升裝置和一種水平井兩級接力式柱塞舉升生產方法、以及一種能夠用于前述裝置和生產方法的活動球芯柱塞。

背景技術

隨著水平井應用的日益增多，水平井排采技術的發展越來越受到國內外各油氣田的重視。目前針對水平井的排采技術主要包括泡沫排采、優選管柱排采、氣舉排采、柱塞氣舉排采等。這些現有排采技術在水平井中的應用具有一定的效果，但是也存在一定的缺陷。

泡沫排采技術適用于產水氣井，該技術是將某種表面活性劑或高分子聚合物注入井底，借助于井筒流體的攪動，與井底積液充分接觸，產生大量低密度的含水泡沫，減少井筒中滑脫損失，提高井筒舉液能力。同時泡沫排采技術所使用的起泡劑通常采用從井口投入或注入的方式，往往只能作用于水平井的A靶點(相當于水平段油管起始位置處)井筒區域附近，而對于較長水平段的積液無法排出，特別是對于下傾型水平井而言，泡沫排采的效果更具局限性，同時泡沫排采工藝存在單次作業排采效果維持時間短、排采效率較低、受井筒液體性質限制等缺點。

優選管柱排采技術是在氣井能量較低，不能正常攜液生產時，通過優選生產管柱的尺寸，從而降低臨界攜液流量，提高氣井攜液生產能力，從而達到排采的目的。同時優選管柱排采工藝需要在不同生產階段下入不同尺寸的生產管柱，需要進行修井作業，成本較大，且隨著管柱直徑的縮小，可能導致工具部分或完全無法下入。

氣舉排采技術是利用高壓氣體能量或增壓設備將高壓氣體(天然氣或氮氣)注入井筒，利用高壓氣體能量使井底積液從油管(或油套環空)返排至地面，氣舉排采技術受舉升液體回流的制約，系統舉升效率較差。

柱塞氣舉排采技術是在油管內投放柱塞作為氣-液機械分隔界面，充分利用氣井自身能量推動柱塞將液體帶出井筒，實現周期性舉液，有效防止氣體上竄和液體滑脫，提高舉升效率。但是對于柱塞氣舉排采工藝而言，柱塞系統的運行嚴重受到井斜制約，目前已知的卡定器最大下入井斜角為70°左右，即卡定器以下的積液無法被排出，難以從根本上解決水平段積液問題。

除了上述幾種排采技術外，水平井通常也會利用多種復合技術進行排采，如增壓+氣舉復合排采技術、柱塞+泡沫復合排采技術等，主要是充分利用各排采工藝的優點，盡可能提高水平井的排采效率。

而針對水平井所適用的柱塞，前人做了一些研究：

公開日為2017年9月8日、公布號為CN107143316A的中國發明專利申請公開了一種適于定向井和水平井的柱塞舉升用新型柱塞，其是一種墊塊式的球形柱塞，但該柱塞本體缺乏緩沖結構，容易損壞，且只能下落至A靶點附近，無法排出水平段積液。

公開日為2012.12.12日、公開號為CN102817594A的中國發明專利申請公開了一種水平井排水采氣方法及裝置，該方法將井筒分割為三段，利用井筒自身能量將水平段積液攜帶至直井段，最終采用傳統工藝排出，該發明專利申請沒有從根本上解決水平段排液困難的問題，特別是對于低壓井或下傾水平井而言，水平段積液難以依靠地層自身能量到達直井段。

綜上所述，發明人經分析研究，表示：目前已知的水平井排采工藝基本只針對井筒A靶點附近及其上部積液有效，而難以“夠著”水平段積液，而制約水平井產能發揮的最大問題往往就是水平段積液，因此解決水平段積液成為提高水平井采收率亟待解決的問題。

發明內容