[发明专利]一种自喷机采工况一体化智能防砂管柱完井方法

权利要求书

1.一种自喷机采工况一体化智能防砂管柱完井方法，其特征在于，

自喷机采工况一体化智能防砂管柱包括管柱、井下信息监测与传输系统、井下智能调控系统；

管柱包括油管、套管、隔水管，油管与油管外的壳套形成环形通道，油管在地下部分外部设有套管，油管在地上部分外部设有隔水管；油管底部设有封隔器和流量控制装置，油管底部外侧设有圆筒筛管组，圆筒筛管组用于过筛杂质；

封隔器的数量为两个，第一封隔器置于油管底部，第二封隔器置于第一封隔器上方，流量控制装置、圆筒筛管组位于第一封隔器与第二封隔器之间；

封隔器置于滑动控制轨道上，滑动控制轨道通过液压控制管线与数据处理站连接；

井下智能调控系统包括数据处理站、光电信号解调器、平台指令控制电缆、液压控制箱和液压控制管线，数据处理站与光电信号解调器相连接，数据处理站与液压控制箱、液压控制管线连接，平台指令控制电缆与数据处理站、圆筒筛管组、流量控制装置连接；

井下信息监测与传输系统包括永置传感器组、数据传输电缆，永置传感器组置于油管内部，永置传感器组通过数据传输电缆连接至数据处理站；

永置传感器组的数量为五个，第一永置传感器组置于油管底部，第二永置传感器组置于油管在地下部分的中部，第三永置传感器组置于油管在地下部分的顶部，第四永置传感器组置于油管在地上部分的顶部，第五永置传感器组置于生产井的油嘴后；

永置传感器组的位置包括以下一种或多种：

Ⅰ、第一永置传感器组安装于井下生产层位上方，与井下生产层间距20m；

Ⅱ、第二永置传感器组安装于距深水泥线以下600m处；

Ⅲ、第三永置传感器组安装于距深水泥线以下20m处；

Ⅳ、第四永置传感器组安装于生产井口下方间距20m处；

永置传感器组包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、气体组分传感器及砂粒采集盒；

其方法步骤如下：

(1)通过井口的第五永置传感器组测量产油量Q_o、产气量Q_g、产水量Q_w、产砂量Q_s、砂粒粒径分布γs，测量井口流体温度T_wh，井口流体压力P_wh；

(2)利用生产管柱内其余四个永置传感器组分别测量对应下深的油气生产管柱内流体的温度T₁、T₂、T₃、T₄和压力P₁、P₂、P₃、P₄，测量对应下深位置产出流体相应的油气水含量和出砂量，并通过光纤及时传输至平台数据处理站；

(3)根据井口的温度压力、生产流体的物化参数，以及完井管柱内的导热参数、井深、套管结构、地温梯度、水深参数，由式(1)计算深水油气井生产管柱内温度分布，式(2)计算深水油气井生产管柱压力分布：

式中，p为生产管柱内压力分布，Mpa；z为测试层位的距离，m；t为时间，s；A为油气生产管柱内过流面积，m²；ρ_a为生产管柱内流体密度，kg/m³；v_a为生产流体的平均流速，m/s；ρ_a，v_a中下标a代表流体组分，a＝g，代表气体，a＝l，代表液体，a＝s，代表固体；f_F为摩阻系数，D为油管内径，m；g：重力加速度，m/s²；s：井筒长度，m；公式(1)(2)里的角度θ为井斜角：井眼轴线切线与铅垂线的夹角；

由式(3)计算深水油气井生产管柱内流体温度分布：r_ti管柱内半径，m；r_to管柱外半径，m；U_to管外表面为基准面的总传热系数，W/(m²﹒K)；K_e地层导热系数，W/(m﹒K)；H—气体的焓，J；f为摩擦系数，C_f为储热系数；h_to—流体与油管的热对流系数，W/(m²﹒K)；k_t—油管的导热系数，W/(m﹒K)；h_c—环空对流传热系数，W/(m²﹒K)；h_r—环空辐射传热系数，W/(m²﹒K)；r_co—套管外半径，m；r_ci—套管内半径，m；k_cas—套管导热系数，W/(m﹒K)；r_wb—水泥环外径，m；k_cem—水泥环导热系数，W/(m﹒K)；T_f为测试管柱内流体温度，T_f0为地层流体初始温度；C_m为流体混合物平均热容；r_to为生产管柱外半径；k_e为地层导热系数；w_m为流体混合质量；T_D为无因次温度；T_ei为地层温度；

(4)根据永置传感器组测量数据和井下信息监测与传输系统得到生产井筒内油、气、水、砂多相的产量、砂粒粒径分布，井口数据处理平台经过流程判断，包括流型判别、出砂预测、产量预测、井筒全井段温压场实时刻画、地层能量预测板块，实时确定深水油气井生产状况，判断生产过程是否面临出砂过多、产液过多、地层能量较小，进行改进防砂及机采措施，并优化生产流程，作出新的生产方案；在此基础上，通过井下智能调控系统，对流量控制装置、封隔器组动态分配、自喷机采工况一体化智能防砂管柱作业进行控制，完成作业流程优化；

(5)井下智能调控系统根据生产数据，移动第二封隔器下深至预定产层，流量控制装置采用电力控制方式，在流量控制装置的内筒和外筒上设置节流孔，通过控制相互之间过流口的重合位置实现流量的无级调节；其中，生产流体通过流量控制装置的多级孔时，总压力降表示为：

ΔP_ICD＝ΔP_d+ΔP_f (5)

式(5)中，ΔP_ICD是总压降；ΔP_d是通过流量控制装置节流孔的压力降；ΔP_f是通过流量控制装置节流孔的摩擦阻力

式(6)中，C_u为单位转换常量，1E-06；C_v是阀门的无因次流量系数；

(6)井下生产流体携带大量砂时，井下信息监测与传输系统得到生产过程中砂粒粒径分布、砂粒形状占比、砂粒量的数据，井下智能调控系统实时启动圆筒筛管组配备的三层防砂管，分别是三角形防砂筛管、矩形防砂筛管、圆形防砂筛管，根据砂粒形状占比选择工作筛管的类型及距离井周处位置，圆筒筛管组的三层单防砂筛孔通过升降实现防砂，并通过升降刮砂处理，根据出砂量选择刮砂频率，将大量砂粒从防筛孔上刮掉，落至预留井底；

(7)自喷机采工况一体化智能防砂管柱作业，深水油气井开发初期，井底提供的压力足以将生产流体举升至地面，此时，电潜泵悬挂于油管下方，打开所有通道，井底流体全部举升至地面；随着地层开发，井底压力衰竭，无法将所有油气举升至地面，需要借助外部动力举升；电潜泵开始生产时流入连接短节关闭，井内流体被引导到电潜泵环空流动，进入油管。