井下地震波压力控制的完井生产管柱结构及其方法

摘要

本发明涉及一种井下地震波压力控制的完井生产管柱结构，其特征在于，包括震源井管柱和接收井管柱；所述震源井管柱包括第一油井套管、第一生产油管、第一井下安全阀、第一生产封隔器、第一Y形接头、打孔管、扶正器、液控滑套、盲管堵头、第一单流阀、第一电潜泵、第一筛管、第一射孔、液压可控震源装置以及第一液控管线；所述接收井管柱包括第二油井套管、第二生产油管、第二井下安全阀、第二生产封隔器、第二Y形接头、第二单流阀、第二电潜泵、第二筛管、第二射孔、第二液控管线以及光纤。本发明通过创新管柱结构设计，不需要动用作业船，也不需要动用任何修井设备的前提下，实现了可控震动信号的发射和接收，而且具有灵活机动的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，具体是关于一种井下地震波压力控制的完井生产管柱结构及其方法。

背景技术

垂直地震剖面(Vertical Seismic Profile，简称VSP)是一种地震波的观测方法，它是与通常地面观测的地震剖面相对应的。油气井领域应用VSP技术，可以获得地层和油藏的声波数据，由于声波在不同地层和流体介质的传输特性差异，从而帮助地质人员获得地层特征，分析油藏生产动态、评价油藏生产情况。

垂直地震剖面一般的做法是地表或者海面附近激发地震波，通过测井作业设备将检波器安防在井下油层段或者感兴趣的地层段，检波器接收地面地震波传播过来的信息。绝大多数VSP使用表面震源，该震源通常是陆地上的振动器或者海洋环境中的气枪。声检波器被放置在井眼中，并且表面源用于产生声信号。然而对于海上作业，常规的VSP作业非常复杂，作业成本较高。首先需要一条作业船，布置海上震源，另外还需要目标井停产，并动员浮式修井装备，将检波器等测井装备安装到井下。由于涉及到大型水上装备的动用，因此作业复杂、成本高、作业风险大，从而常常限制了VSP的作业计划，不能及时响应地质油藏对油气井生产动态数据的获取需要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种井下地震波压力控制的完井生产管柱结构及其方法，以避免常规VSP作业复杂且成本较高。本发明通过创新管柱结构设计，不需要动用作业船，也不需要动用任何修井设备的前提下，实现了可控震动信号的发射和接收，而且具有灵活机动的特点，可以随时根据油藏的需要，进行可控震动信号的VSP监测，获得地层特征信息，有助于地质油藏人员及时分析油藏生产动态、评价更新油藏生产计划，提高油气采收率。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明所述的井下地震波压力控制的完井生产管柱结构，包括震源井管柱和接收井管柱；所述震源井管柱包括第一油井套管、第一生产油管、第一井下安全阀、第一生产封隔器、第一Y形接头、打孔管、扶正器、液控滑套、盲管堵头、第一单流阀、第一电潜泵、第一筛管、第一射孔、液压可控震源装置以及第一液控管线；所述第一生产油管设置于所述第一油井套管中，且所述第一生产油管的上端与所述第一油井套管的上端固定；所述第一井下安全阀、第一生产封隔器、第一Y形接头、打孔管、扶正器以及液控滑套从上到下依次间隔设置在所述第一生产油管上；所述盲管堵头设置于所述第一生产油管的下端；所述第一生产油管穿过所述第一Y形接头的第一端，所述第一Y形接头的第二端连接所述第一单流阀，所述第一单流阀下端连接所述第一电潜泵，所述第一电潜泵连接有第一电缆；所述第一筛管设置于所述第一生产油管的下部，所述液控滑套位于所述第一筛管内；位于所述第一筛管外的所述第一油井套管上设置有若干个所述第一射孔；所述第一生产封隔器和所述扶正器将所述第一油井套管的其中一段围成一密闭空间；所述液压可控震源装置设置于所述扶正器的上方，用于在密闭空间内产生压力波；所述第一液控管线设置于所述第一油井套管中，且分别与所述第一井下安全阀和所述液控滑套连接；所述接收井管柱包括第二油井套管、第二生产油管、第二井下安全阀、第二生产封隔器、第二Y形接头、第二单流阀、第二电潜泵、第二筛管、第二射孔、第二液控管线以及光纤；所述第二生产油管设置于所述第二油井套管中，且所述第二生产油管的上端与所述第二油井套管的上端固定；所述第二井下安全阀、第二生产封隔器以及第二Y形接头从上到下依次间隔设置在所述第二生产油管上；所述第二生产油管穿过所述第二Y形接头的第一端，所述第二Y形接头的第二端连接所述第二单流阀，所述第二单流阀下端连接所述第二电潜泵，所述第二电潜泵连接有第二电缆；所述第二筛管设置于所述第二生产油管的下部；位于所述第二筛管外的所述第二油井套管上设置有若干个第二射孔；所述第二液控管线设置于所述第二油井套管中，且与所述第二井下安全阀连接；所述光纤设置于所述第二油井套管中；所述光纤下端与所述第二生产油管连接，上端与所述第二油井套管的上端连接，用于接收所述液压可控震源装置产生的压力波。

所述的完井生产管柱结构，优选地，所述液压可控震源装置包括腔体、弹簧、活塞、高压流体流入口以及泄压单向阀，所述腔体一端与所述高压流体流入口连接，另一端与所述第一油井套管的内壁连接；所述活塞设置于所述腔体内，并与所述腔体的内壁紧配合；所述弹簧的一端与所述活塞连接，另一端与所述第一油井套管的内壁连接；所述泄压单向阀设置于所述弹簧上方的腔体的侧壁上，且位于腔体侧壁沿长度方向的中间部位。

所述的完井生产管柱结构，优选地，所述液压可控震源装置为两组，分别设置于所述第一生产油管的两侧。

所述的完井生产管柱结构，优选地，所述震源井管柱还包括伸缩节，所述伸缩节设置在所述第一生产油管上，且位于所述打孔管和所述液压可控震源装置之间。

所述的完井生产管柱结构，优选地，所述第一筛管的上端和下端分别设置有第一封隔器；所述第二筛管的上端和下端分别设置有第二封隔器。

所述的完井生产管柱结构，优选地，所述震源井管柱还包括过线缆穿越密封件，所述过线缆穿越密封件设置于所述第一生产油管上，且位于所述第一筛管上端的第一封隔器之间。

本发明基于完井生产管柱结构的井下地震波压力控制的方法，包括如下步骤：

1)正常生产时，震源井中的射孔地层的油气通过第一射孔和第一筛管进入第一生产油管和第一筛管的环空间，在通过液控滑套进入第一生产油管内，向上流动通过打孔管进入到第一生产油管和第一油井套管的环空区域，再通过第一电潜泵和第一单流阀，油气沿着第一生产油管向上通过第一井下安全阀一直向上流动到地面；

2)当需要进行VSP作业时，通过第一电缆暂停第一电潜泵，通过第一液控管线关闭第一井下安全阀，并关闭液控滑套，在第一井下安全阀与液控滑套之间的第一生产油管内部与第一生产油管和第一油井套管环空之间形成了一个密闭的循环回路；

3)通过第一电缆启动第一电潜泵，密闭的循环回路的流体进行循环，流体通过第一电潜泵进入第一生产油管内部，再通过打孔管向下进入第一生产油管和第一油井套管环空，再进入液压可控震源装置的高压流体流入口，高压流体推动液压可控震源装置的活塞压缩弹簧，当活塞位置被高压流体推动过了液压可控震源装置的泄压单向阀的位置后，泄压单向阀打开，压力迅速瞬间释放，产生压力波，通过反复调整第一电潜泵频率的方式，有规律的调整泵压，不断在液压可控震源装置的泄压单向阀处产生压力并迅速瞬间释放，产生间歇性的压力波，并向外传递；

4)接收井中的光纤获取震源井发出的压力波信号，并将信号传输到地面。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明可以依托正在进行生产的油气井进行VSP作业，不需要单独为此进行钻井，降低了作业成本。

2、本发明不需要动用作业船和修井设备，机动灵活，可以随时进行VSP作业，可以随时根据油藏的需要，进行可控震动信号的VSP监测，获得地层特征信息。

3、本发明利用油气井的井下电潜泵和液压可控震源装置，并通过对完井管柱进行功能创新设计，实现震源信号的发出，最大限度的利用了常规的生产设备，实现了VSP监测。

附图说明

图1为本发明震源井管柱结构示意图；

图2为本发明接收井管柱结构示意图；

图3为本发明震源井发射压力波信号和接收井光纤接收压力波信号的过程示意图；

图4为本发明震源井管柱结构的局部放大图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

如图1和2所示，本发明提供一种井下地震波压力控制的完井生产管柱结构，其包括震源井管柱100和接收井管柱200。

其中，震源井管柱100包括第一油井套管1、第一生产油管2、第一井下安全阀3、第一生产封隔器4、第一Y形接头5、打孔管6、扶正器7、液控滑套8、盲管堵头9、第一单流阀10、第一电潜泵11、第一筛管12、第一射孔13、液压可控震源装置14以及第一液控管线15。

第一生产油管2设置于第一油井套管1中，且第一生产油管2与第一油井套管1同中心轴设置；第一生产油管2的上端与第一油井套管1的上端固定；第一井下安全阀3、第一生产封隔器4、第一Y形接头5、打孔管6、扶正器7以及液控滑套8从上到下依次间隔设置在第一生产油管2上；盲管堵头9设置于第一生产油管2的下端，用于堵塞第一生产油管2的下端。其中，第一生产油管2穿过第一Y形接头5的第一端，第一Y形接头5的第二端连接第一单流阀10，第一单流阀10下端连接第一电潜泵11，第一电潜泵11连接有第一电缆16；第一电缆16用于控制第一电潜泵11的启停，传达地面指令对第一电潜泵11转速进行调节。第一筛管12设置于第一生产油管2的下部，液控滑套8位于第一筛管12内；位于第一筛管12外的第一油井套管1上设置有若干个第一射孔13；第一生产封隔器4和扶正器7将第一油井套管1的其中一段围成一密闭空间；液压可控震源装置14设置于扶正器7的上方，用于在密闭空间内产生压力波；第一液控管线15设置于第一油井套管1中，且上部和下部分别与第一井下安全阀3和液控滑套8连接；第一液控管线15用于关闭第一井下安全阀3和液控滑套8。

需要说明的是，震源井在正常生产时，第一井下安全阀3开启，液控滑套8开启，地层通过震源井管住100联通到地面，第一电潜泵11正常运转将第一油井套管1内的油气流体举升到地面；进行VSP作业时，第一井下安全阀3关闭，液控滑套8关闭，形成密闭的内循环空间，第一电潜泵11以不同的转速进行运行，以推动井筒内的流体，以不同的压力和流速推动液压可控震源装置14产生规律性的不同压力条件下的压力波。

同时，本发明在进行VSP作业时，在第一油井套管1内部形成一个密闭的内循环空间，利用震源井管柱100结构建立的内循环空间，通过循环此密闭空间的流体，产生规律性的压力波。密闭空间局部图如图4所示。当需要进行VSP作业时，通过第一液压管线15关闭上部的第一井下安全阀3、底部的液控滑套8，这样就在第一生产封隔器4和扶正器7之间形成了一个密封的内循环空间，在通过打孔管6连通了第一生产油管2内部与第一生产油管2与第一油井套管1之间的环空区域。启动第一电潜泵11之后，密闭空间的流体循环通道：第一生产油管2与第一油井套管1之间的环空区域→第一电潜泵11→第一单流阀10→第一Y型接头5→第一生产油管2内部→打孔管6→第一生产油管2与第一油井套管1之间的环空区域→第一电潜泵11→……，如此循环。

另外，扶正器7一方面为了防止液压可控震源装置14产生的压力波使得第一生产油管2产生轴向的移动；另一方面起到密封的作用，与第一生产封隔器4一起形成一密闭空间。

其中，接收井管柱200包括第二油井套管17、第二生产油管18、第二井下安全阀19、第二生产封隔器20、第二Y形接头21、第二单流阀22、第二电潜泵23、第二筛管24、第二射孔25、第二液控管线26以及光纤27。

第二生产油管18设置于第二油井套管17中，且第二生产油管18与第二油井套管17同中心轴设置；第二生产油管18的上端与第二油井套管17的上端固定；第二井下安全阀19、第二生产封隔器20以及第二Y形接头21从上到下依次间隔设置在第二生产油管18上；第二生产油管18穿过第二Y形接头21的第一端，第二Y形接头21的第二端连接第二单流阀22，第二单流阀22下端连接第二电潜泵23，第二电潜泵23连接有第二电缆28；第二电缆28用于控制第二电潜泵23的启停，传达地面指令对第二电潜泵23转速进行调节。第二筛管24设置于第二生产油管18的下部；位于第二筛管24外的第二油井套管17上设置有若干个第二射孔25；第二液控管线26设置于第二油井套管17中，且与第二井下安全阀19连接；第二液控管线26用于关闭第二井下安全阀19。光纤27设置于第二油井套管17中；光纤27下端与第二生产油管18连接，上端与第二油井套管17的上端连接，用于接收液压可控震源装置14产生的压力波。其中的震源井发射压力波信号和接收井光纤接收压力波信号的过程如图3所示。

需要说明的是，接收井在正常生产时，第二电潜泵23正常运转将第二油井套管17内的油气流体举升到地面；在进行VSP作业时，通过第二液控管线26关闭第二井下安全阀19，并使第二电潜泵23停止，此时，通过光纤27接收震源井中产生的压力波。

在上述实施例中，优选地，如图4所示，液压可控震源装置14包括腔体141、弹簧142、活塞143、高压流体流入口144以及泄压单向阀145，腔体141一端与高压流体流入口144连接，另一端与第一油井套管1的内壁连接；活塞143设置于腔体141内，并与腔体141的内壁紧配合；弹簧142的一端与活塞143连接，另一端与第一油井套管1的内壁连接；泄压单向阀145设置于弹簧142上方的腔体141的侧壁上，且位于腔体141侧壁沿长度方向的中间部位。由此，在井筒高压流体的推动激发下，通过弹簧142蓄能，到一定压力程度后突然释放，在密闭空间产生压力波，并沿着地层向外传递；液压可控震源装置14安装在密闭空间内，随着第一电潜泵11的启动，地面通过控制调整提高第一电潜泵11转速，增加密闭空间流体的压力，流体压力通过液压可控震源装置14的高压流体流入口144传递到液压可控震源装置14，压力达到预定值时，液压可控震源装置14的泄压单向阀145瞬间泄压，在井筒内产生瞬间的压力波。

在上述实施例中，优选地，液压可控震源装置14为两组，分别设置于第一生产油管2的两侧。两组液压可控震源装置产生压力波更加快速。

在上述实施例中，优选地，震源井管柱100还包括伸缩节29，伸缩节29设置在第一生产油管2上，且位于打孔管6和液压可控震源装置14之间。伸缩节29是一个内外筒的密封结构，可以允许轴向的滑动而不影响内外筒之间的密封，其功能主要用于防止液压可控震源装置14产生的压力波动，引起的第一生产油管2的轴向振动，甚至屈曲。

在上述实施例中，优选地，第一筛管12的上端和下端分别设置有第一封隔器30；第二筛管24的上端和下端分别设置有第二封隔器31。第一封隔器30和第二封隔器31分别起密封作用。

在上述实施例中，优选地，震源井管柱100还包括过线缆穿越密封件32，过线缆穿越密封件32设置于第一生产油管2上，且位于第一筛管12上端的第一封隔器30之间。过线缆穿越密封件32也是起密封作用。

基于上述实施例提供的完井生产管柱结构，本发明还提供一种井下地震波压力控制的方法，具体包括如下步骤：

步骤一：正常生产时，震源井中的射孔地层的油气通过第一射孔13和第一筛管12进入第一生产油管2和第一筛管12的环空间，在通过液控滑套8进入第一生产油管2内，向上流动通过打孔管6进入到第一生产油管2和第一油井套管1的环空区域，再通过第一电潜泵11和第一单流阀10，油气沿着第一生产油管2向上通过第一井下安全阀3一直向上流动到地面。

步骤二：当需要进行VSP作业时，通过第一电缆16暂停第一电潜泵11，通过第一液控管线15关闭第一井下安全阀3，并关闭液控滑套8，在第一井下安全阀3与液控滑套8之间的第一生产油管2内部与第一生产油管2和第一油井套管1环空之间形成了一个密闭的循环回路。

步骤三：通过第一电缆16启动第一电潜泵11，密闭的循环回路的流体进行循环，流体通过第一电潜泵11进入第一生产油管2内部，再通过打孔管6向下进入第一生产油管2和第一油井套管1的环空，再进入液压可控震源装置14的高压流体流入口144，高压流体推动液压可控震源装置14的活塞143压缩弹簧142，当活塞143位置被高压流体推动过了液压可控震源装置14的泄压单向阀145的位置后，泄压单向阀145打开，压力迅速瞬间释放，产生压力波，通过反复调整第一电潜泵11频率的方式，有规律的调整泵压，不断在液压可控震源装置14的泄压单向阀145处产生压力并迅速瞬间释放，产生间歇性的压力波，并向外传递。

步骤四：接收井中的光纤27获取震源井发出的压力波信号，并将信号传输到地面。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。