油井堵水组合工具及基于MICP的封堵方法

技术领域

本发明属于油井封堵技术领域，具体涉及油井堵水组合工具及基于MICP的封堵方法。

背景技术

油井出水是油田采油过程中的一个重要现象，油井产出液中如果含水量增，含油量降低，则是油井出水的前兆，油井出水会导致储层砂体结构遭到腐蚀，影响产油效率。油田地层水源主要类型包括：上层水、下层水、夹层水、边水、底水、注入水等，不同地层水源引起的油井出水机制也存在差异。其中，夹层水是上油层和下油层中间所夹的水层，由于误射、固井质量不高等原因，该层水会进入油井内，最终影响了产油效率，所以需要进行堵水处理(陈清奎.油井出水原因识别及出水层位的判断方法[J].化工管理,2019(13):2.)。

为了解决上述问题，现有技术开发了许多关于油井堵水的装置，比如中国专利CN110219614B公开了一种油井电动堵水工具，包括第一中心管、连接环、连接管、第二中心管、第一封隔器本体、限位环、连接块、限位块、螺纹杆、连接杆、单向阀、第二封隔器本体、控制箱和压力传感器；该油井电动堵水工具，具有减少损坏和实时监测的效果。再比如中国专利CN112983335A公开了一种堵水配套组合工具，具体为堵水配套组合工具，包括封堵环和放置柱与封堵球，所述封堵环的下方固定安装有连接管，所述连接管的下方固定连接有上固定套，所述上固定套的下方固定安装有下固定套，所述下固定套和上固定套的内部活动套接有内固定套，所述下固定套的外侧开设有塞套，所述内固定套的外部开设有三角纹。该堵水配套组合工具，使内固定套的外部和下固定套的内侧固定开设有三角纹，该装置方便固定塞的外侧与油井的内壁贴合，方便装置固定在油管的内壁。

MICP技术即是微生物诱导碳酸钙沉积技术，是一种常见的生物诱导矿化反应过程，MICP技术的原理是利用自然界中某类微生物的功能，这类微生物新陈代谢可产生分解尿素的脲酶，尿素分解后产生的碳酸根离子与自然界游离的金属阳离子结合生成胶凝晶体的过程。比如高产脲酶的巴氏芽孢杆菌，该菌在低氧、高温、高压、高污染等的条件下仍具有较高的碳酸钙生成能力。碳酸钙的生成可以修复岩石、砖石等裂缝，可应用于建筑地基加固、边坡防护及油田、坝基渗透性控制等诸多领域。由于MICP技术的应用对生产能耗、生产成本要求低，同时能减少温室气体排放，MICP技术可提高土的地质特性，因此可利用MICP技术作为一种替代地质加固技术。

目前，MICP主要用于边坡加固、防风固沙、混凝土裂缝修复等领域，但未见基于MICP的装置。鉴于油井的特殊环境，本发明开发了一种基于MICP技术的油井堵水组合工具。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种油井堵水组合工具及基于MICP的封堵方法。

本发明提供了一种油井堵水组合工具，包括可伸缩的纵向杆，所述纵向杆的顶部设有固定支架，所述纵向杆的底部设有堵水工具；

所述堵水工具包括用于与所述纵向杆连接的纵向中心轴，环绕所述纵向中心轴设有多个MICP实现单元；

所述MICP实现单元包括框架、负载腔、伸缩件、活动块，所述框架内设有活动块，所述框架的靠近所述纵向中心轴的侧壁穿设有所述伸缩件，并且所述伸缩件的一端与所述纵向中心轴垂直并连接，另一端与所述活动块连接，所述活动块设有多个所述负载腔，所述负载腔的开口背离所述伸缩件的一端设置，所述负载腔内装载有用于实施MICP技术的微生物菌体。

优选的，上述油井堵水组合工具，所述纵向杆底端与所述纵向中心轴顶端可拆卸连接。

优选的，上述油井堵水组合工具，所述固定支架上设有控制器，所述控制器与所有的所述伸缩件以及电源电连接。

优选的，上述油井堵水组合工具，所述负载腔为盲孔，且所述负载腔的开口端朝向所述框架外部，并且背向所述活动块。

优选的，上述油井堵水组合工具，所述负载腔的开口端设有阻止实施MICP技术的微生物菌体通过的过滤装置，所述过滤装置为滤孔直径小于菌粉颗粒粒径的滤膜，或者，孔直径小于固态菌棒宽度的滤网。

优选的，上述油井堵水组合工具，还包括能改善微生物生长环境的调节工具，所述调节工具包括进气管、排气管和泵，所述进气管贯穿所述框架，并与各所述负载腔连通，每个所述负载腔连通设置了一个排气通道，所述排气管贯穿所述框架，并与各所述排气通道连通。

优选的，上述油井堵水组合工具，一个所述框架连接一个所述进气管和一个所述排气管，一个所述进气管与一个所述排气管为一组管道组合，与一个所述框架配合使用，所有管道组合均沿着纵向杆铺设，并且一个管道组合的进气管或者排气管设置一个泵，进气管的气体能吹入负载腔内；

或者，每一个所述框架连接一个进气分支管，所有的所述进气分支管汇总连接到一个所述进气管上，所述进气管沿所述纵向杆铺设，进气管的气体能吹入负载腔内，每一个负载腔连通一个排气分支管，所有的排气分支管汇总连接到一个所述排气管上，所述排气管沿所述纵向杆铺设。

优选的，上述油井堵水组合工具，还包括加热器和制冷器，所述加热器和所述制冷器均与所述进气管连接，任一所述框架处设置温度传感器，所述控制器与所述加热器、所述制冷器和所述温度传感器电连接。

优选的，上述油井堵水组合工具，每相邻的两个所述MICP实现单元之间均设有一个表面贴合工具，所述表面贴合工具的两端分别与所述活动块的设有所述负载腔开口端的表面连接，所述表面贴合工具包括弹性表面，所述弹性表面的用于与油井井壁贴合的位置设置有相互连通的多个流动通道。

本发明提供了一种基于MICP的封堵方法，如下：

按照上述结构组装油井堵水组合工具，使所述纵向杆以及各所述伸缩件处于最短的收缩状态，并在所述负载腔内装入用于实施MICP的微生物菌体；

确定待堵水的地层高度，并将所述纵向杆底端下放到该地层高度；

延长所述伸缩件，使所述活动块与井壁接触；

一段时间后，微生物菌体代谢会将油井出水处封堵，接着抽回所有的油井堵水组合工具。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的纵向杆用于伸入到油井内，纵向杆的顶部设有固定支架，固定支架用于固定在井口处，起到固定作用，纵向杆的底部设有堵水工具，堵水工具用于置入油井内出水区域，并用于油井内出水区域的封堵，以减少出水和提高出油效率。

本发明设置了多个MICP实现装置，所以可对出水层多点同时封堵，效率高，封堵时间长，并且与油井井壁多点接触的堵水工具的固定效果也好。MICP实现单元的作用是：第一，提供机械封堵的屏障，将堵水工具固定在待堵水地层处，第二，负载可产生分解尿素的脲酶的微生物菌体，提供该微生物菌体的生存条件，利用MICP技术实现封堵，充分利用了MICP技术的优点；第三，与油井待堵水处的井壁接触，使得微生物菌体的代谢产物能渗入井壁缝隙中，既能堵住缝隙，又能加固该处井壁，以便于减少油井出水对出油率的影响，最终提高了出油率。

2、由于适用于MICP技术的微生物种类有很多，并非所有的都适用于油井内的生长环境，本发明的一个实施例还新增了能改善微生物生长环境的调节工具。调节工具不仅有更换气体的功能，还可向进气管内通入微生物菌液，利用排气管抽走菌体废液，那么可以源源不断的向封堵出输入新鲜微生物菌液，新鲜微生物菌液的代谢速度快，可提高封堵效率。

3、当井下温度过高或者过低的时候，会影响添加的微生物的生长，所以，本发明还设置了加热器和制冷器；本发明还通过设置弹性表面增大与油井井壁的贴合面积，增加堵水工具的稳固性，并且弹性表面的用于与油井井壁贴合的地方设置有相互连通的多个流动通道，微生物及其代谢物可沿此流动通道流动，那么微生物与井壁的接触面积增大，提高堵水效率。

附图说明

图1为本发明实施例1的油井堵水组合工具的立体结构示意图；

图2为本发明实施例1的堵水工具的立体结构示意图；

图3为本发明实施例1的纵向中心轴与一个MICP实现单元的连接关系图；

图4为本发明实施例1的工作原理图；

图5为本发明实施例2的纵向中心轴与一个MICP实现单元的连接关系图；

图6为本发明实施例4的堵水工具的立体结构示意图；

图7为本发明实施例4的表面贴合工具及其内部纵向中心轴与一个MICP实现单元的连接关系图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。在本发明的描述中，如未特殊说明，所用试剂均为市售，所用方法均为本领域常规技术。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1

一种油井堵水组合工具，参见图1，包括纵向杆1，纵向杆1用于伸入到油井内，纵向杆1的顶部设有固定支架2，固定支架2用于固定在井口处，起到固定作用，纵向杆1的底部设有堵水工具3，堵水工具3用于置入油井内出水区域，并用于油井内出水区域的封堵，以减少出水和提高出油效率。油井内出水区域的判断采用现有技术的方法均可，比如文献“陈清奎.油井出水原因识别及出水层位的判断方法[J].化工管理,201913:2.”记载的方法。由于油井内部待堵水的地层深度不确定，所以在本实施例中，将纵向杆1设置为可伸缩的电动伸缩杆，以便于将堵水工具3下放到目的地层深度。通过现有技术判断出水处有多深，那么就控制纵向杆1伸长至多长的长度。

参照图2-3，堵水工具3包括用于与纵向杆1连接的纵向中心轴31，环绕纵向中心轴31设有多个MICP实现单元，优选的，这些MICP实现单元呈环形阵列分布在纵向中心轴31的外周，MICP实现单元的作用是：第一，提供机械封堵的屏障，将堵水工具3固定在待堵水地层处，第二，负载可产生分解尿素的脲酶的微生物菌体，提供该微生物菌体的生存条件，利用MICP技术实现封堵；第三，与油井待堵水处的井壁接触，使得微生物菌体的代谢产物能渗入井壁缝隙中，既能堵住缝隙，又能加固该处井壁，以便于减少油井出水对出油率的影响，最终提高了出油率。

MICP实现单元包括框架32、负载腔321、伸缩件322、活动块323，伸缩件322与纵向中心轴31垂直设置，伸缩件322为电动伸缩杆，固定支架2上设有控制器，控制器与所有的伸缩件322电连接，利用控制器控制伸缩件322的伸长长度，固定支架2上还设有用于给控制器供电的电源。框架32是一个空心的框体，该框体的背离纵向中心轴31的表面为敞口，其余各个面均是封闭结构，框架32内设有活动块323，活动块323能够在框架32内活动，并且活动块323的活动方向为油井的直径方向，也就是说，活动块323可以活动至与油井井壁接触。框架32的靠近纵向中心轴31的侧壁设有开孔，开孔内穿接有伸缩件322，伸缩件322的一端与纵向中心轴31固定连接，另一端与活动块323侧壁固定连接，开孔的尺寸大于伸缩件322的尺寸；如果开孔是圆孔，伸缩件322是圆柱形，则开孔的直径大于伸缩件322的直径，使伸缩件322能相对于开孔活动。利用控制器伸缩件322伸长，则推动活动块323向其临近的油井井壁处活动，并最终活动至与油井井壁接触，实现了一层物理性的封堵。

在本实施例中，活动块323为实心块，活动块323内开设有多个负载腔321，负载腔321内装载有可产生分解尿素的脲酶的微生物菌体，优选的，负载腔321为盲孔，且负载腔321的开口端朝向框架32外部，负载腔321的开口端背离伸缩件322设置，该负载腔321的开口端用于贴合或者贴近油井内待堵水的位置，负载腔321装满微生物菌体之后，为了防止微生物菌体在MICP实现单元下降的过程中漏出来，负载腔321设置为向上倾斜，负载腔321内底面与水平面之间的角度设置为60-80度。

堵水工具3随着纵向杆1下放入油井内后，固定支架2上的控制器伸缩件322伸长，推动活动块323与油井井壁接触，产生抵接压力和摩擦力，负载腔321的微生物菌体是可以不断增殖和活动的，这些菌体也逐渐与油井井壁接触，并代谢生成可产生分解尿素的脲酶，尿素分解后产生的碳酸根离子与油井井壁的金属阳离子结合生成用于填补井壁缝隙的物质，实现MICP堵水效果，微生物代谢产生的物质是少量多次的进入井壁缝隙并将其填补，具有深度和广度，加固封堵效果好，保持时间长。还可在负载腔321内填充微生物代谢所需营养基质和金属阳离子等，以满足微生物生长和代谢。本发明设置了多个MICP实现装置，所以可对出水层多点同时封堵，效率高，并且与油井井壁多点接触的堵水工具3的固定效果也好。

为了给微生物的生长提供更好的环境，所述负载腔321的开口端设有阻止实施MICP技术的微生物菌体通过的过滤装置。将微生物与固态培养基质混合制成菌粉，装入负载腔321内，负载腔321的开口端利用滤孔直径小于菌粉颗粒粒径的滤膜封口，则负载腔321的开口端与油井井壁接触的时候，滤膜的滤孔直径大于微生物的粒径，微生物及其代谢物能从滤膜中渗出并进入井壁缝隙中，固态培养基质则不进入油井内，避免形成固体废渣。也可以将微生物接种在固态菌棒的表面，固态菌棒是能够满足微生物生长的营养基质，将接种了微生物的固态菌棒插入每个负载腔321内，负载腔321的开口端利用孔直径小于固态菌棒宽度的滤网封闭。

优选的，可将纵向杆1底端与纵向中心轴31顶端设置为可拆卸连接，利用电磁开关等连接件控制二者的连接与拆分，则活动块323与油井井壁的抵接存在摩擦力，可将纵向杆1收缩至油井井口处，仅将堵水工具3保留在井内，那么其他地层的抽油工作，尤其是该封堵区上方的地层抽油工作可正常进行，堵水与抽油同时进行，既能满足油液的含油量，也能同步实现堵水操作。待基于MICP技术的微生物代谢产物将出水处封堵完毕，将纵向杆1底端下入井内，并与纵向中心轴31顶端对接，再利用固定支架2的控制器控制伸缩件322收缩，活动块323与油井井壁分离，将堵水工具3撤出油井。

本实施例还提供了一种基于MICP的封堵方法，原理图参照图4，如下：

参照本实施例结构组装油井堵水组合工具，使纵向杆1以及各伸缩件322处于最短的收缩状态，并在负载腔321内装入能够实施MICP的微生物；

确定待堵水的地层高度，并将纵向杆1底端下方到该地层高度；

延长伸缩件322，使活动块323与井壁接触；

一段时间后，微生物代谢会将油井出水处封堵，接着抽回所有的油井堵水组合工具。

实施例2

由于适用于MICP技术的微生物种类有很多，并非所有的都适用于油井内的生长环境，所以本实施例的一种油井堵水组合工具，是在实施例1的基础上新增了能改善微生物生长环境的调节工具，参见图5，调节工具包括进气管4、排气管41和泵，进气管4的一端位于油井井口处，另一端贯穿框架32，本实施例中，负载腔321并非盲孔，负载腔321靠近纵向中心轴31的一端与进气管4连通，具体的，进气管4设有多个进气孔，每个负载腔321对应连通一个进气孔，二者连接缝隙密封，防止漏液；排气管41的一端位于油井井口处，另一端贯穿框架32，每个负载腔321连通设置了一个排气通道3211的一端，排气通道3211的另一端与排气管41管身开设的排气孔一一对应连通，泵安装在气管4或者排气管41上，并且泵设置于靠近油井井口处。进气管4、排气管41和泵形成一个气流循环，用于改善每个框架32附近小范围的气体环境，以适应微生物的生长。优选的，进气管4与框架32的连接点位于框架32的中部以下，排气管41与框架32的连接点位于框架32的中部以上，进气管4与排气管41的管口分开设置，便于框架32处气体循环。注意，由于油井含油的特殊环境，向框架32送入的气体必须是满足安全需求的气体，可以少量多次的送气，避免油井内气压突变。

在本实施例中，一个框架32连接一个进气管4，一个框架32连接一个排气管41，一个进气管4与一个排气管41为一组管道组合，与一个框架32配合使用，所有管道组合均沿着纵向杆1铺设，并且一个管道组合的进气管4或者排气管41设置一个泵；本种方式便于分别控制框架32的气流情况，灵活度高。

或者，每一个框架32连接一个进气分支管，所有的进气分支管汇总连接到一个总的进气管4上，总的进气管4沿纵向杆1铺设；每一个负载腔321连接并连通一个排气分支管，所有的排气分支管汇总连接到一个总的排气管41上，总的排气管41沿纵向杆1铺设；进气管4和排气管41沿着纵向杆1铺设；本种方式节约管道耗材。并且，在本种结构中，还设置有连通管道42，连通管道42连接在纵向中心轴31与框架32之间，进气分支管和伸缩件322均设置在连通管道42内部，连通管道42的作用是保护进气分支管和伸缩件322，进气管4和排气管41的大部分设置在纵向中心轴31内部，此时纵向中心轴31为空心轴。

本实施例的结构不仅有更换气体的功能，还可向进气管4内通入微生物菌液，利用排气管41抽走菌体废液，那么可以源源不断的向封堵出输入新鲜微生物菌液，新鲜微生物菌液的代谢速度快，可提高封堵效率。

本实施例还提供了一种基于MICP的封堵方法，如下：

参照本实施例结构组装油井堵水组合工具，使纵向杆1以及各伸缩件322处于最短的收缩状态，并在负载腔321内装入能够实施MICP的微生物；

确定待堵水的地层高度，并将纵向杆1底端下方到该地层高度；

延长伸缩件322，使活动块323与井壁接触；

开启泵，向进气管4内通入微生物菌液或适宜微生物生长的气体，可以持续通入，也可以间歇通入，微生物菌液与气体可以交替通入，也可以择一通入；

一段时间后，微生物代谢会将油井出水处封堵，接着抽回所有的油井堵水组合工具。

实施例3

当井下温度过高或者过低的时候，会影响添加的微生物的生长，所以，本实施例在实施例2的基础上还设置了加热器和制冷器，加热器和制冷器设置在井口处，加热器和制冷器均与进气管4连接，用于改变进气管4内气体温度，进而改变进入到负载腔321附近的气体的温度。

本实施例中，采用“每一个框架32连接一个进气分支管，所有的进气分支管汇总连接到一个总的进气管4上，总的进气管4沿纵向杆1铺设；每一个框架32连接一个排气分支管，所有的排气分支管汇总连接到一个总的排气管41上，总的排气管41沿纵向杆1铺设；进气管4和排气管41沿着纵向杆1铺设”的管道连接方式。

本实施例中，还可以在任一框架32处设置温度传感器，温度传感器与控制器电连接，控制器与加热器和制冷器电连接，温度传感器感应当前框架32的温度，并将信号传递给控制器，控制器内预设最佳温度值，控制器将最佳温度值与温度传感器感应的温度值进行对比，如果温度传感器感应的温度值低于最佳温度值，则控制器控制加热器工作，加热进气管4，则进气管4内气体也被加热，如果温度传感器感应的温度值等于最佳温度值，则控制器控制加热器、制冷器均停止工作，如果温度传感器感应的温度值高于最佳温度值，则控制器控制制冷器工作，制冷进气管4，则进气管4内气体也被制冷。

也可以在控制器内预设最佳温度范围，控制器将最佳温度范围值与温度传感器感应的温度值进行对比，如果温度传感器感应的温度值低于最佳温度范围的下限值，则控制器控制加热器工作，加热进气管4，如果温度传感器感应的温度值处于最最佳温度范围，则控制器控制加热器、制冷器均停止工作，如果温度传感器感应的温度值高于最佳温度范围的上限值，则控制器控制制冷器工作，制冷进气管4。

实施例4

一种油井堵水组合工具，是在上述实施例1-3任一种油井堵水组合工具的基础上新增了表面贴合工具，参见图6-7，每相邻的两个MICP实现单元之间均设有一个表面贴合工具，并且，表面贴合工具的两端分别与活动块323的设有负载腔321开口端的表面连接，也就是说，表面贴合工具可随着活动块323的移动而移动。

表面贴合工具包括弹性表面5，弹性表面5采用不与油井内物质反应的具有弹性的材质制备，其作用是增大与油井井壁的贴合面积，增加堵水工具3的稳固性，并且弹性表面5的用于与油井井壁贴合的地方设置有相互连通的多个流动通道51，微生物及其代谢物可沿此流动通道51流动，那么微生物与井壁的接触面积增大，提高堵水效率。

本实施例还提供了一种基于MICP的封堵方法，如下：

参照本实施例结构组装油井堵水组合工具，使纵向杆1以及各伸缩件322处于最短的收缩状态，并在负载腔321内装入能够实施MICP的微生物；

确定待堵水的地层高度，并将纵向杆1底端下方到该地层高度；

延长伸缩件322，使活动块323与井壁接触，活动块323移动的时候扩大了弹性表面5的面积，并且弹性表面5和活动块323一起与井壁接触；

一段时间后，微生物代谢会将油井出水处封堵，接着抽回所有的油井堵水组合工具。

需要说明的是，本发明中未特别提及的部件连接关系均默认采用现有技术，由于其不涉及发明点，且为现有技术普遍应用，故不详述结构连接关系。

需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。