一种建立上部完井管柱与下部完井管柱的通讯连接方法

摘要

本发明公开一种建立上部完井管柱与下部完井管柱的通讯连接方法，包括：将防砂筛管连接在连接组件的下端，下入井内设计位置进行坐封；下入上部完井管柱，油管扶正导入至防砂筛管内，防砂筛管上的定位键与安装在上部完井管柱上的单动定向插入式通信组件接触，定位键沿着斜口引鞋导向螺旋斜面向上滑动，并转动单动定向插入式通信组件，继续下放管柱，使得连接组件上的湿接头保护定向前端插入连接组件上的凹槽内；进行降压试采作业，通过测量单元测量内腔体内的压力和测量储层水合物对防砂筛管的径向压应力变化。本发明实现了建立上部完井与下部完井之间的通讯连接方法，可通过防砂筛管实时监测水合物降压试采过程中的压实沉降作用。

说明书

技术领域

本发明涉及水合物试采测量装置技术领域，具体涉及一种建立上部完井管柱与下部完井管柱的通讯连接方法。

背景技术

降压试采法被认为是水合物试采的主流技术，但在降压试采过程中，在生产井内会发生储层压实沉降。例如，在某年于日本南海海槽的海域进行试采中，对海底变形进行测量证实在降压试采若干天后，生产井的顶部发生了厘米量级的沉降，试采过程中出现了大量出砂现象。

与常规油气井的产气应用相比，应用在海洋中的水合物试采的防砂筛管的使用寿命远未达到本有的正常的生命周期。与常规油气不同，在海洋水合物沉积层在降压试采产气过程中，储层会产生沉降压实作用，从而产生沉降压实应力。这种沉降压实应力会对生产套管与接触层之间形成摩擦应力。由于储层的沉降压实作用，试采设备中的套管靴被垂直向下拉伸，使得套管靴内部及周围产生了拉伸应力。为此，在水合物降压试采过程中，需要，实时监测试采过程中储层压实沉降对防砂筛管影响影响，实现长期安全试采。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种建立上部完井管柱与下部完井管柱的通讯连接方法，其能够在试采作业过程中实现信号连通并实时测量储层水合物降压试采过程中对防砂筛管作用的纵向沉降应力和径向压应力变化。

实现本发明的目的的技术方案为：一种建立上部完井管柱与下部完井管柱的通讯连接方法，所述上部完井管柱与下部完井管柱安装在套管内，上部完井管柱位于下部完井管柱的上端，上部完井管柱包括单动定向插入式通信组件、油管，下部完井管柱包括连接组件、防砂筛管和测量单元，包括以下步骤：

步骤1：在地面井口依次组装下部完井管柱的防砂筛管、带有内腔体的连接组件入井，向内腔体内注入适量液压油，以使得内腔体内的压力达到预设压力值，并使得连接组件可承受与其下部连接的防砂筛管的重量，继续下入下部完井管柱至井下设计位置进行坐封；

步骤2：在地面井口依次组装上部完井管柱入井内，下放上部完井管柱至固定的设计深度直至上部完井管柱在井口悬挂固定，上部完井管柱停止下入，在下入过程中，上部完井管柱的伸缩油管在位于下端的上部完井管柱的重力作用下处于自由展开状态，以平衡上部完井管柱下放长度计量误差与施工误差，从而充分保证上部完井管柱下放长度，进而使得定向插入扶正部的底面与防砂筛管封隔器的顶面贴合接触，防砂筛管封隔器的顶面承受位于伸缩油管下端的上部完井管柱的重量后，伸缩油管行程回收一部分；从而保证连接组件的定位键和与上部完井管柱上的单动定向插入式通信组件接触，定位键固定安装在连接组件上，斜口引鞋导向螺旋斜面沿着定位键向下滑动，并转动单动定向插入式通信组件，从而带动斜口引鞋导向螺旋斜面上的斜口引鞋键槽对准定位键，继续下放上部完井管柱，斜口引鞋键槽套入定位键，从而实现初步定向；保证连接组件上的湿接头保护定向前端插入连接组件上的凹槽内，实现第二次精确定位与固定，进而继续下放上部完井管柱，直至湿插头公端插入湿插头母端，实现第一信号通路和第二信号通路两者中任一者与通信装置连通连接，第一信号通路为第一信号管线直接连接至地面井口构成的信号通路，第二信号通路为第一信号管线通过电潜泵的泵工况以及供电电缆与地面井口连接构成的信号通路，从而实现上部完井管柱与下部完井管柱之间信号对接连通至地面井口，进行实现测量信号连通；

步骤3：进行降压试采作业，通过测量单元测量内腔体内的压力，内腔体内的压力变化反映了因试采作业导致储层水合物对防砂筛管纵向沉降应力变化，通过测量单元实时监测得到因试采作业导致储层水合物对防砂筛管的径向压应力变化，将测得的纵向沉降应力和径向压应力数据通过所述第一信号通路或第二信号通路传输出去。

进一步地，所述单动定向插入式通信组件定向插入卡合在连接组件的相应位置，单动定向插入通信组件上设置有单动装置和通信装置，单动装置沿轴向限位固定套设在油管上，单动装置用于在单动定向插入式通信组件旋转时维持油管不跟随单动定向插入通信组件旋转，

所述连接组件的下端在井口连接防砂筛管后，整体下入井内，防砂筛管沿套管的轴向方向设置，防砂筛管与连接组件之间设置有一内腔体，连接组件上设置有一用于向内腔体内泵入液压油的单向阀冲压口，单向阀冲压口与内腔体连通连接，

测量单元安装在防砂筛管上，测量单元与通信装置连接，测量单元用于测量试采过程中储层水合物对防砂筛管作用的纵向沉降应力和径向压应力，

所述单动装置上设置湿接头保护定向前端，湿接头保护定向前端位于单动装置的下端并朝连接组件方向向下伸出，湿接头保护定向前端用于插入连接组件的相应位置，从而使得湿插头精确插入，同时保护定向前端伸出长度大于湿插头伸出前端，避免定向失败时，湿插头与防砂筛管封隔器的顶面贴合接触造成挤压损坏，

其中，在上部完井管柱下放过程中，已从单动定向插入式通信组件穿出的油管从上往下穿过连接组件后伸入至防砂筛管内。

进一步地，所述连接组件包括防砂筛管封隔器，防砂筛管封隔器上端面设有与湿接头保护定向前端相适配的凹槽，湿接头保护定向前端插入所述凹槽内，以使得单动定向插入式通信组件能够稳固地卡合在连接组件上。

进一步地，所述防砂筛管封隔器上端面设置有湿插头母端，单动装置上还设置有定向插入扶正部，定向插入扶正部位的下端固定连接湿接头，定向插入扶正部底端设置有与湿插头母端相适配的湿插头公端，湿插头公端用于插入湿插头母端内。

进一步地，所述单动装置上还设置有斜口引鞋导向螺旋斜面和斜口引鞋键槽，斜口引鞋键槽安装在斜口引鞋导向螺旋斜面的上端并与斜口引鞋导向螺旋斜面连接，斜口引鞋导向螺旋斜面位于油管内并沿油管的轴向方向延伸设置，斜口引鞋导向螺旋斜面与连接组件的定位键相配合，斜口引鞋导向螺旋斜面位于定位键上方，当斜口引鞋导向螺旋斜面向下滑动至与定位键接触时，可使得斜口引鞋键槽对准定位键，以使得单动定向插入式通信组件与连接组件完成初步定向连接。

进一步地，所述测量单元包括感应仪器，感应仪器安装在连接组件内，感应仪器用于测量内腔体内的压力，该压力反映试采过程中储层水合物对防砂筛管作用的纵向沉降应力，感应仪器依次通过第一信号管线、第二信号管线与通信装置连接，

第二信号管线位于连接组件内，第一信号管线穿过湿插头公端和湿插头母端后与位于连接组件内的第二信号管线连接。

进一步地，所述感应仪器通过取压管道测量内腔体内的压力，取压管道安装在连接组件上并与内腔体连通连接。

进一步地，所述测量单元包括径向压应力测量装置，径向压应力测量装置用于测量试采过程中储层水合物对防砂筛管作用的径向压应力，径向压应力测量装置安装在防砂筛管下端且呈横向设置，并可与外部储层水合物直接接触，径向压应力测量装置通过第三信号管线与第一信号管线连接，第三信号管线从连接组件延伸至防砂筛管并与径向压应力测量装置。

进一步地，所述防砂筛管通过活塞与连接组件固定连接，活塞安装在防砂筛管的上端，活塞与连接组件之间构成所述内腔体，与内腔体连通连接的单向阀安装在连接组件上。

进一步地，所述单动装置包括心轴、轴承套、第一轴承和第二轴承，心轴两端分别与打孔油管、油管固定连接，轴承套套设在心轴和油管上，通过第一轴承和第二轴承轴向限位固定安装在心轴上，实现单动连接。

本发明的有益效果为：本发明提供一种建立上部完井管柱与下部完井管柱的通讯连接方法，其能够在试采作业过程中实现信号连通并实时测量储层水合物降压试采过程中对防砂筛管作用的纵向沉降应力和径向压应力变化。

附图说明

图1为测量单元包括感应仪器的结构示意图；

图2为测量单元包括径向压应力测量装置的结构示意图；

图3为测量单元包括感应仪器和径向压应力测量装置的结构示意图；

图4为图1-图3中包含斜口引鞋导向螺旋斜面局部区域的左视图。

图中，101-气路油管、102-水路油管、103-伸缩油管、104-打孔油管、105-油管、20-电潜泵、201-泵工况、301-心轴、302-第一轴承、303-第二轴承、304-轴承套、3041-定向插入扶正部、3042-湿接头保护定向前端、3043-斜口引鞋键槽、3044-斜口引鞋导向螺旋斜面、401-第一信号管线、402-湿插头公端、501-防砂筛管封隔器、502-定位键、503-卡瓦与封隔胶皮、601-湿插头母端、602-第二信号管线、603-感应仪器、604-取压管道、605-活塞、606-第一密封圈、607-内腔体、608-第二密封圈、609-单向阀冲压口、701-打孔基管、702-防砂介质、703-防砂筛管管靴、801-第三信号管线、802-径向压应力测量装置。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方案，对本发明做进一步描述。

如图1-图4所示，一种建立上部完井管柱与下部完井管柱的通讯连接方法，所述上部完井管柱与下部完井管柱安装在套管内，上部完井管柱位于下部完井管柱的上端，上部完井管柱包括单动定向插入式通信组件、油管105、电潜泵20、气路油管101、水路油管102、伸缩油管103和打孔油管104，下部完井管柱包括连接组件、防砂筛管和测量单元，油管105从上往下依次穿过单动定向插入式通信组件和连接组件后伸入至防砂筛管内。

单动定向插入式通信组件定向插入连接组件上端的相应位置，以使得单动定向插入式通信组件与连接组件快速卡合连接，通过这种定向快速插入卡合的连接方式，可以使得单动定向插入式通信组件与连接组件快速安装和拆卸连接，便于在使用时进行快速安装和收回不工作时快速拆卸。定向插入通信组件上设置有单动装置和通信装置，单动装置通过轴承沿轴向限位固定套设在油管105上，单动装置用于在单动定向插入式通信组件旋转时维持油管105不跟随定向插入通信组件旋转而保持固定。

所述单动装置包括心轴301、轴承套304、第一轴承302和第二轴承303，心轴301安装在轴承套304内，心轴301的上端(靠近气路油管101的一端)与打孔油管104连接，心轴301的下端(即远离气路油管101的一端)和油管105连接，轴承套304套设在心轴301和油管105上。套设在轴承套304内的第一轴承302和第二轴承303用于实现油管105沿轴向限位固定安装在单动装置上，实现单动连接，也即通过第一轴承302和第二轴承303轴向限位固定安装在心轴301上来实现单动连接。心轴301用于维持油管105固定而不跟随轴承套304旋转，轴承套304在第一轴承302和第二轴承303的作用下可相对心轴301转动，从而通过单动装置使得单动定向插入式通信组件旋转时油管105仍然维持不动。

所述轴承套304包括定向插入扶正部3041、湿接头保护定向前端3042、斜口引鞋导向螺旋斜面3044和斜口引鞋键槽3043，斜口引鞋键槽3043安装在斜口引鞋导向螺旋斜面3044的上端并与斜口引鞋导向螺旋斜面3044连接，斜口引鞋导向螺旋斜面3044位于油管105内并沿油管105的轴向方向延伸设置，也即斜口引鞋导向螺旋斜面3044和斜口引鞋键槽3043均套设在油管105上并沿油管105的轴向方向设置。心轴301位于定向插入扶正部3041内，湿接头保护定向前端3042固定安装在定向插入扶正部3041的下端，湿接头保护定向前端3042插入连接组件的相应位置内，从而使得单动定向插入式通信组件与连接组件快速连接。从而实现单动装置通过轴承套设在油管105上。

所述连接组件在上部完井管柱下入井内后，连接组件的下端连接防砂筛管，测量单元安装在防砂筛管上。由于湿接头保护定向前端3042与连接组件连接，从而使得当单动定向插入式通信组件旋转时，防砂筛管以及防砂筛管上的测量单元跟随单动定向插入式通信组件同步旋转，且油管105保持固定不转动。其中，在实际使用下井过程中，连接组件的下端在井口连接方式筛管，然后再整体下入井内。

所述连接组件包括防砂筛管封隔器501、定位键502和卡瓦与封隔胶皮503，防砂筛管封隔器501上端的一侧挖设有与湿接头保护定向前端3042相适配的凹槽，湿接头保护定向前端3042能够正好插入此凹槽内，从而使得单动定向插入式通信组件能够稳固地卡合在连接组件上，使得两者之间的连接牢固。防砂筛管封隔器501上端的另一侧设置有湿插头母端601，定向插入扶正部3041上设置有与湿插头母端601相适配的湿插头公端402。湿插头公端402可快速插入湿插头母端601上，从而使得单动定向插入式通信组件定向快速地卡合在连接组件上，完成两者之间的连接。

其中，定位键502安装在油管105上，位于油管105的下部。斜口引鞋导向螺旋斜面3044也安装在油管105上，位于油管105的上部，也即斜口引鞋导向螺旋斜面3044位于定位键502上方，且斜口引鞋导向螺旋斜面3044和定位键502的中轴线重合。

斜口引鞋导向螺旋斜面3044可在定位键502上滑动，以使得斜口引鞋导向螺旋斜面3044在滑动过程中能够对准定位键502。当斜口引鞋导向螺旋斜面3044沿着向下滑动至与定位键502接触时，在油管105自身重量以及与油管105连接的位于上端的其他部件的重量作用下，斜口引鞋导向螺旋斜面3044在定位键502上向下滑动，从而使得斜口引鞋键槽3043对准定位键502。当继续下放油管105，斜口引鞋键槽3043套入定位键502上，完成初步定向，从而使得单动定向插入式通信组件能够快速插入卡合在连接组件上，具体是，使得湿插头公端402可快速插入湿插头母端601上，以及湿接头保护定向前端3042可快速插入连接组件的凹槽内，完成单动定向插入式通信组件与连接组件的精准定位连接固定。

所述防砂筛管固定安装在连接组件的下端，防砂筛管沿套管的轴向方向设置。防砂筛管通过活塞605与连接组件固定连接，活塞605安装在防砂筛管的上端，活塞605与连接组件之间设置有一内腔体607，内腔体607与单向阀冲压口609连通连接，单向阀冲压口609安装在连接组件上。单向阀冲压口609用于向内腔体607内泵入液压油，液压油泵入量根据预设内腔体607内的压力觉得，到内腔体607内达到预设压力，则停止泵入液压油。

所述测量单元包括感应仪器603和/或径向压应力测量装置802，感应仪器603安装在连接组件内或防砂筛管内或其他部件上，径向压应力测量装置802安装在防砂筛管下端且呈横向设置，径向压应力测量装置802能够与外部的储层直接接触。感应仪器603用于测量内腔体607内的压力，也即是测量出内腔体607内的油压变化情况，从而能够实时检测内腔体607内的压力变化。径向压应力测量装置802用于测量水合物储层因压实沉降对防砂筛管作用下的径向压应力，从而能够实时监测到防砂筛管受到径向的压应力变化情况。取压管道604安装在连接组件上并与内腔体607连通连接，感应仪器603通过取压管道604能够测量到内腔体607内的压力变化情况。感应仪器603通过第二信号管线602与第一信号管线401电性连接，第一信号管线401与通信装置连接。径向压应力测量装置802测得的测量数据经过第二信号管线602与第一信号管线401后，传送给通信装置，通信装置再将测量数据发送给外部装置。

所述防砂筛管包括打孔基管701、防砂介质702和防砂筛管管靴703，防砂筛管管靴703固定安装在打孔基管701的下端，打孔基管701内填充有用于防砂的防砂介质702，防砂介质702能够防止外部的储层水合物和其他砂体进入打孔基管701内，从而防止外部储层水合物和其他砂体进入防砂筛管内，起到防砂效果。径向压应力测量装置802可安装在打孔基管701上。

其中，所述第一信号管线401穿过湿插头公端402和湿插头母端601后与位于连接组件内的第二信号管线602连接，第二信号管线602与感应仪器603连接，第二信号管线602与第三信号管线801连接，第三信号管线801从连接组件延伸至防砂筛管并与径向压应力测量装置802。第一信号管线401可与外部装置相连接，从而使得感应仪器603和径向压应力测量装置802各自测量到的测量数据最终通过第一信号管线401传输出去。

其中，第一信号管线401可直接单独连接至井口与外部连接或与电潜泵20的泵工况201连接，通过搭载电潜泵20的供电电缆进行信号传输，节省成本。也即，第一信号管线401的上端进行分叉形成两路，第一路直接与外部(井口)连接，从而构成第一信号通路，第二路通过电潜泵20的泵工况201以及供电电缆与地面井口连接，从而使得第一信号管线401通过电潜泵20与外部连接，从而构成第二信号通路。第一信号通路和第二信号通路均需要与通信装置连接，从而将测量到的测量数据通过通信装置传输出去。

通过湿插头公端402和湿插头母端601相互配合的快速插入卡合的方式进行连接，从而使得第一信号管线401和第二信号管线602可快速连接，实现试采作业过程中信号快速连通。

所述油管105的上端从上往下还依次连接有气路油管101、伸缩油管103和打孔油管104。气路油管101的一侧还安装有电潜泵20，气路油管101与电潜泵20固定连接，电潜泵20的下端连接有泵工况201，上端连接有水路油管102。伸缩油管103起到所有油管连接之间的配接长度误差，以保证湿插头公端402和湿插头母端601能够对接连通信号。

在实际使用时，可按以下步骤进行操作：

步骤1：在地面井口依次组装完成相应部件后，下入下部完井管柱的防砂筛管，进而连接带有内腔体的连接组件，将防砂筛管安装连接在连接组件的下端，通过单向阀冲压口609向内腔体607内注入适量液压油，以使得内腔体607内的压力达到预设压力值，并使得活塞605可承受与其下部连接的防砂筛管的重量，下入下部完井管柱至井下设计位置后进行坐封。

其中，在地面井口完成组织后是指将上部完井管柱和下部完井管柱分别组织后，也即是将上部完井管柱的各个部件连接固定安装好，包括将单动装置通过轴承套设在油管上，以及将下部完井管柱的各个部件连接固定安装好。

步骤2：同样在地面井口依次组装上部完井管柱，然后将上部完井管柱下入井内，在将上部完井管柱下入井内过程中，上部完井管柱上的油管105和单动定向插入式通信组件一群跟随下入井内，并且从单动定向插入式通信组件穿出的油管穿过先前已下入井内的连接组件后伸入至防砂筛管内。然后，继续下放上部完井管柱至固定的设计深度直至上部完井管柱在井口悬挂固定，在此下入井内过大中，上部完井管柱的伸缩油管103在伸缩油管103下方的上部完井关注部分的重力作用下处于自由展开状态，以平衡上部完井管柱下放长度计量误差与施工误差，从而充分保证上部完井管柱下放长度。进而使得定向插入扶正部3041的底面与防砂筛管封隔器501的顶面贴合接触，防砂筛管封隔器501的顶面承受伸缩油管103下方所连接的上部完井管柱的重量后，伸缩油管103行程回收一部分。从而保证连接组件上的定位键502与上部完井管柱的单动定向插入式通信组件接触，并将定位键502和斜口引鞋导向螺旋斜面3044安装连接在油管105相应位置，使得带有斜口引鞋键槽3043的斜口引鞋导向螺旋斜面3044均位于连接组件内。在下放完井管柱的过程中，斜口引鞋导向螺旋斜面沿着定位键向下滑动，并转动单动定向插入式通信组件，当斜口引鞋导向螺旋斜面3044与定位键502接触，在油管105自重以及与油管105连接且位于斜口引鞋导向螺旋斜面3044上端的其他部件下压共同作用下，斜口引鞋导向螺旋斜面3044在定位键502上滑动，从而带动斜口引鞋导向螺旋斜面3044上的斜口引鞋键槽3043对准定位键502。

当斜口引鞋键槽3043对准定位键502后，继续下放上部完井管柱，斜口引鞋键槽3043套入定位键502，从而实现初步定向。继续下放管柱，使得连接组件上的湿接头保护定向前端3042插入连接组件上的凹槽内，实现第二次精确定位与固定，进而继续下放上部完井管柱，直至湿插头公端402插入湿插头母端601，实现精确对接，并实现第一信号管线401、第二信号管线602连通连接，从而使得第二信号管线602可经过第一信号管线401后与第一信号通路、第二信号通路电性连接，

以及第三信号管线801与第二信号管线602连通连接，从而使得第三信号管线801可经过第一信号管线401后与第一信号通路、第二信号通路电性连接，实现上部完井管柱与下部完井管柱之间信号对接连通，实现测量信号连通。

第一信号管线401的一路可通过泵工况201与电潜泵20连接，利用电潜泵20自身的电路实现电力和信号合并传输，以节约额外使用信号管线的引脚成本，并且提高施工效率。第一信号管线401的另一路可通过信号线直接与外部连接。也即第一信号管线401的上端分叉形成两路，一路直接与外部连接，另一路通过电潜泵20与外部连接。

其中，在上部完井管柱下放到设计的固定深度后停止继续下放，此时的单动定向插入式通信组件可能未能精确下放到预设的指定深度，为此需要平衡计算误差和实际的施工误差，故而通过伸缩油管实现平衡上述误差，以保证湿插头公端402和湿插头母端601能够精确对接。

步骤3：进行降压试采作业，通过感应仪器603测量内腔体607内的压力(即油压)变化，内腔体607内的压力变化反映了因降压试采作业导致储层水合物对防砂筛管纵向沉降应力变化。同步地，通过径向压应力测量装置802实时监测得到因试采作业导致储层水合物对防砂筛管的径向压应力变化。将测得的纵向沉降应力和径向压应力数据通过第一信号管线401、第二信号管线602与第三信号管线801传输出去，从而实现在水合物试采过程中，实时测量压实沉降应力。

通过本发明以及相应的操作步骤，可通过防砂筛管实现在水合物储层实时监测水合物降压试采过程中的压实沉降作用，从而为正式采气作业下的沉降对防砂筛管的作用情况做准备，有利于为正式采气作业打下基础，避免采气作业工程出现安全隐患，提高作业效率。

本说明书所公开的实施例只是对本发明单方面特征的一个例证，本发明的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本发明的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。