[发明专利]水平井两级接力式柱塞举升装置及其方法和活动球芯柱塞

说明书

本发明提供了一种水平井两级接力式柱塞举升装置及其方法和活动球芯柱塞。所述水平井两级接力式柱塞举升装置自下而上依次包括第一压控式单流阀、第一柱塞缓冲器、活动球芯柱塞、第二柱塞缓冲器、第二压控式单流阀、第三压控式单流阀、第三柱塞缓冲器、普通柱塞、普通柱塞举升井口装置。所述水平井两级接力式柱塞举升生产方法可以一次关井和一次开井为一个生产周期。本发明能够利用地层自然能量或其它能量实现井内各部位压力变化，实现活动球芯柱塞在水平段油管两端往复运动，进而将水平段B靶点附近的积液驱赶至直井段，最后利用普通柱塞或其它举升方式将液体彻底排出井口。

技术领域

本发明属于油气井排采技术领域，具体来讲，涉及一种水平井两级接力式柱塞举升装置和一种水平井两级接力式柱塞举升生产方法、以及一种能够用于前述装置和生产方法的活动球芯柱塞。

背景技术

随着水平井应用的日益增多，水平井排采技术的发展越来越受到国内外各油气田的重视。目前针对水平井的排采技术主要包括泡沫排采、优选管柱排采、气举排采、柱塞气举排采等。这些现有排采技术在水平井中的应用具有一定的效果，但是也存在一定的缺陷。

泡沫排采技术适用于产水气井，该技术是将某种表面活性剂或高分子聚合物注入井底，借助于井筒流体的搅动，与井底积液充分接触，产生大量低密度的含水泡沫，减少井筒中滑脱损失，提高井筒举液能力。同时泡沫排采技术所使用的起泡剂通常采用从井口投入或注入的方式，往往只能作用于水平井的A靶点(相当于水平段油管起始位置处)井筒区域附近，而对于较长水平段的积液无法排出，特别是对于下倾型水平井而言，泡沫排采的效果更具局限性，同时泡沫排采工艺存在单次作业排采效果维持时间短、排采效率较低、受井筒液体性质限制等缺点。

优选管柱排采技术是在气井能量较低，不能正常携液生产时，通过优选生产管柱的尺寸，从而降低临界携液流量，提高气井携液生产能力，从而达到排采的目的。同时优选管柱排采工艺需要在不同生产阶段下入不同尺寸的生产管柱，需要进行修井作业，成本较大，且随着管柱直径的缩小，可能导致工具部分或完全无法下入。

气举排采技术是利用高压气体能量或增压设备将高压气体(天然气或氮气)注入井筒，利用高压气体能量使井底积液从油管(或油套环空)返排至地面，气举排采技术受举升液体回流的制约，系统举升效率较差。

柱塞气举排采技术是在油管内投放柱塞作为气-液机械分隔界面，充分利用气井自身能量推动柱塞将液体带出井筒，实现周期性举液，有效防止气体上窜和液体滑脱，提高举升效率。但是对于柱塞气举排采工艺而言，柱塞系统的运行严重受到井斜制约，目前已知的卡定器最大下入井斜角为70°左右，即卡定器以下的积液无法被排出，难以从根本上解决水平段积液问题。

除了上述几种排采技术外，水平井通常也会利用多种复合技术进行排采，如增压+气举复合排采技术、柱塞+泡沫复合排采技术等，主要是充分利用各排采工艺的优点，尽可能提高水平井的排采效率。

而针对水平井所适用的柱塞，前人做了一些研究：

公开日为2017年9月8日、公布号为CN107143316A的中国发明专利申请公开了一种适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞，其是一种垫块式的球形柱塞，但该柱塞本体缺乏缓冲结构，容易损坏，且只能下落至A靶点附近，无法排出水平段积液。

公开日为2012.12.12日、公开号为CN102817594A的中国发明专利申请公开了一种水平井排水采气方法及装置，该方法将井筒分割为三段，利用井筒自身能量将水平段积液携带至直井段，最终采用传统工艺排出，该发明专利申请没有从根本上解决水平段排液困难的问题，特别是对于低压井或下倾水平井而言，水平段积液难以依靠地层自身能量到达直井段。

综上所述，发明人经分析研究，表示：目前已知的水平井排采工艺基本只针对井筒A靶点附近及其上部积液有效，而难以“够着”水平段积液，而制约水平井产能发挥的最大问题往往就是水平段积液，因此解决水平段积液成为提高水平井采收率亟待解决的问题。

发明内容