专利名称：一种水平井裸眼砾石充填工具及充填方法
技术领域：
本发明涉及一种石油开采井防砂工具及其使用方法，特别涉及一种水平井裸眼砾石充填工具及充填方法。
背景技术：
一般油井分为直井、斜井、水平井，直井为设计轨道是一条铅垂直的井，经井斜角接近O ;斜井为连接地面和地下巷道的有一定倾斜角度的井筒；水平井为井斜角达到或接近90°，井深沿着水平方向钻进的井。目前，国内所使用的水平井砾石充填工具多为底部充填工具，即完井液从管柱的最底端开始，由下往上充填，其为石油开采防砂工艺做出了巨大的贡献。同时，这种工具也存在着缺点和不足①作业过程中静液柱的压力，不能始终作用在井壁上，从而造成井壁不稳定的风险；充填之前的井壁可能会出现不完整的情形，从而造成充填质量不高甚至不能完成充填；②投球座封，如采用座封后剪切座封球座，容易对地层产生水击作用；如采用反洗球方式，排量小则难以洗球，排量大则对井壁造成冲刷，进而增大漏失量，漏失量增大直接影响充填效果，同时还会造成地层污染长水平段充填作业时，会造成循环压力高；循环压力高于地层压力时，会造成漏失和局部脱砂；④如充填作业后漏失较大时，返速不能满足反循环清洗要求，造成反洗困难，漏失量大，甚至造成工具砂卡。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种水平井裸眼砾石充填工具，采用外管柱内安装服务工具的结构，既能一趟管柱下入完成砾石充填工艺又能很好的避免或克服上述现有工具系统存在的缺点和不足。本发明的另一个目的是提供一种水平井裸眼砾石充填方法，本发明的水平井裸眼砾石充填方法采用由上往下的充填方式，可保证所有作业阶段静液柱压力作用在地层上，以保证井壁稳定；实现分级脱砂，确保作业过程中不会压漏地层；配置防抽吸阀以避免作业过程中对地层的抽吸，可实现充填作业后将破胶液顶替至防砂管柱最底部。本发明的水平井裸眼砾石充填工具，包括外管柱和服务工具，所述服务工具位于所述外管柱内，其特别之处在于所述外管柱包括依次连接的封隔器、延伸管、充填滑套、联接密封筒、联接接箍、延伸管、定位接箍、延伸管、快速接头、盲管、筛管、脱砂阀密封筒、筛管、防液锁密封筒和双级浮鞋；所述服务工具包括依次连接的座封工具、充填工具、防抽吸阀、滑套开关工具、定位工具、分级脱砂阀及底部密封。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填工具的特别之处还在于所述充填工具包括储存并排除充填落砂的储砂槽、所述储砂槽上设置的密封环以及形成充填环形空间的冲管外层管、中心管、分流滑套、双筒体、充填球座，所述分流滑套位于所述冲管外层管和所述中心管的上端，所述双筒体位于所述冲管外层管和所述中心管的下端，所述双筒体下端与所述充填球座相连；所述分流滑套上设置有返出孔，所述双筒体上设置有充填孔。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填工具的特别之处还在于所述分流滑套设置有与所述充填环形空间相连通的分流环形空间，所述分流环形空间连接有反洗管，所述反洗管的外层壁设置有所述返出孔、所述反洗管内层壁设置有分流孔。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填工具的特别之处还在于所述双筒体内、外筒壁分别与所述中心管、所述冲管外层管相连接，所述双筒体的内通道与所述中心管相连通，所述双筒体的外通道与所述冲管外层管和中心管之间的充填环形空间相连通。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填工具的特别之处还在于所述充填球座包括球座主体以及位于所述球座主体内部的小球座,所述小球座上、下两端分别连接有座封球锁紧装置、反向截流装置，所述球座主体上设置有剪切销钉。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填工具的特别之处还在于所述防抽吸阀包括带孔体；所述带孔体内设置有与之可以发生相对运动的联动装置；所述联动装置上设置有液流孔；所述联动装置上方连接有所述单流阀体，所述单流阀体上方连接有联阀弹簧；所述联动装置下端通过连接销钉连接有弹性套，所述弹性套上设置有锁定所述弹性套的锁定装置。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填工具的特别之处还在于所述锁定装置包括锁定所述单流阀体打开位置的开锁定装置和锁定所述单流阀体关闭位置的关锁定装置，所述开锁定装置位于所述关锁定装置上方。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填工具的特别之处还在于所述分级脱砂阀设置有流通孔、连通孔、进液孔，所述进液孔处设置有封孔体，所述封孔体连接有脱砂阀活塞和锁块。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填工具的特别之处还在于所述脱砂阀活塞固定连接有联动活塞，所述联动活塞上设置有联动弹簧。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填工具的特别之处还在于所述防液锁密封筒包括所述防液锁密封筒壁上设置的上连通孔、下连通孔，所述上连通孔与所述下连通孔之间的密封筒活塞，所述密封筒活塞连接有密封筒弹簧。采用本发明的水平井裸眼砾石充填工具的本发明的水平井裸眼砾石充填方法，包括依次进行的以下步骤(I)下入水平井裸眼砾石充填工具到预定位置；(2 )座封顶部封隔器，使座封工具与顶部封隔器丢手，验封顶部封隔器；(3)酸洗管柱及关闭防抽吸阀；(4)充填作业前的循环测试；(5)充填作业；(6)反循环作业。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填方法的特别之处还在于所述步骤(I)为将下入水平井裸眼砾石充填工具到预定位置，下入过程中从管柱最底部正循环作业；所述步骤(2)为所述水平井裸眼砾石充填工具下入到位后，投球并使球落在座封球座上面，向油管打压达到一定压力时，座封顶部封隔器；从油管打压或者正转服务工具，使座封工具与所述顶部封隔器丢手；然后上提所述服务工具，从套管打压，通过观察地面压力表稳压，以检验所述顶部封隔器座封是否合格，若压力下降，则表明所述顶部封隔器没有完全座封，然后再次进行座封并验封顶部封隔器；所述步骤(3)为上提所述服务工具，使所述充填工具上的充填孔提出顶部封隔器，正打设计酸液至所述顶部封隔器上端，然后反循环洗出服务工具内的酸液；将防抽吸阀上的弹性套提至联接密封筒的下端，通过所述弹性套带动联动装置关闭所述防抽吸阀上的单流阀体，并通过所述防抽吸阀上的关锁定装置加以锁定；所述步骤(4)为下放服务工具，将定位工具下压定位于定位接箍的上端，将所述服务工具加以定位，携砂液通过所述充填孔，经充填滑套上的出液孔进入裸眼段的油层，所述携砂液中的砂子经筛管阻挡留在油层中，其液体通过所述筛管进入外管柱与服务工具之间的防砂外管柱内，自所述底部密封下端孔进入所述服务工具后继续向上流动，进入所述充填工具的双筒体并进入由中心管和外层管形成的充填环形空间，经所述充填工具上的返出孔进入套管与服务工具的环空，建立正循环，进行充填作业前的循环测试；所述步骤(5)为所述充填作业前的循环测试完毕后，进行充填作业；在充填过程中，所述服务工具的脱砂阀密封筒外侧被充填，分级脱砂阀上的密封环与脱砂阀密封筒配合，隔离所述分级脱砂阀外部的上端与下端，使分级脱砂阀外部的上端与下端产生压力差推动脱砂阀活塞下移，使进液孔与连通孔相连通形成循环通道，分级脱砂完成后继续充填上半段，直至充填完成；所述步骤(6)为上提所述服务工具，使所述充填孔位于顶部封隔器上端，由套管打压，水流从所述充填孔进入中心管内部，由中心管内部进入座封工具，进入钻杆，返到地面，建立反循环，进行反洗充填砂的作业。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填方法的特别之处还在于在所述步骤(6)以后，进行步骤(7)先激活防抽吸阀，再激活分流滑套，并进行检验分流滑套打开状况；最后进行步骤(8)打开防抽吸阀，正循环替出破胶液。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填方法的特别之处还在于所述步骤(7)的操作方法为将所述服务工具上所有密封提出顶部封隔器，此时防抽吸阀也被提出顶部封隔器，然后下放所述弹性套至所述顶部封隔器的中心管上端，所述弹性套挂住所述顶部封隔器上的中心管，此时，所述防抽洗阀的带孔体相对于所述弹性套相对向下移动，所述弹性套带动联动装置相对向上移动所述联动装置将单流阀体撑起打开，同时所述联动装置上的液流孔也处于打开状态，并通过开锁定装置将弹性套锁定，所述防抽吸阀被打开；然后投球到所述服务工具分流滑套的内滑套上，油管打压剪断剪切销钉，内滑套向下移动，当锁环进入内滑套的槽内，锁定内滑套，此时分流孔与分流环形空间连通，内滑套将反洗管上的进液孔关闭，分流滑套被激活；然后下放所述服务工具，向套管打压，压力表显示压力上升，表明所述分流滑套处于完全关闭状态；若压力下降，则表明所述分流滑套没有完全关闭，重新激活分流滑套并进行检验分流滑套操作。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填方法的特别之处还在于所述步骤(8)为先上提服务工具，此时所述防抽吸阀被关闭，然后需下放所述服务工具，将所述防抽吸阀的弹性套下放至顶部封隔器的中心管上端，同时加压，通过防抽吸阀上的开关装置带动联动装置打开单流阀体，并通过开锁定装置锁定，将所述防抽吸阀打开，；将所述充填工具底端的密封装置提出顶部封隔器上端后，投球，正打压28-32Mpa，连通所述充填工具上的分流滑套上的分流孔与分流环形空间，建立新的正循环通道，将破胶液顶替至充填井段，彻底清除泥饼。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填方法的特别之处还在于步骤(8)所述的新的正循环通道为水流通过钻杆经分流滑套上的分流孔进入分流环形空间，再经与之连通的所述充填工具上的中心管和冲管外层管之间的环形空间通过防抽吸阀上已经打开的单流阀体进入下部冲管，并经底部密封流出，进入服务服务工具与防砂外管柱之间的环形空间。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填方法的特别之处还在于所述步骤(I)下入过程中，正打完井液，水流通过所述服务工具到达双级浮鞋并顶开所述双级浮鞋上的单向阀装置，从低端孔流出，所述水流携带双级浮鞋前端的岩屑等物质经防砂管柱与裸眼之间形成的环形空间进入钻杆与套管之间形成的环空内，然后返出地面，清洗干净防砂管柱前端的岩屑，从而确保防砂管柱下入到位。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填方法的特别之处还在于所述步骤(2)中上提管柱时，当产生抽吸时，出现防液锁密封筒与底部密封配合，密封段上端的压力大于下端的压力，此时的压差将推动活塞下移，同时连通防液锁密封筒上的上连通孔和下连通孔，使防液锁密封筒与底部密封配合的密封段上端和下端的压差被平衡掉，消除液锁。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填方法的特别之处还在于所述步骤(5)充填作业过程中，所述分级脱砂阀外部的上端、下端相互隔离，脱砂阀密封筒下端筛管外部的砂量增多，此时脱砂阀密封筒下端压力小于脱砂阀密封筒上端压力，所述上端压力与所述下端压力之间产生的压力差为200PSI，所述压力差推动所述脱砂阀活塞向下移动，所述脱砂阀活塞带动与其连接的联动活塞同时向下移动，从而使进液孔与连通孔相连通。为了进一步改进现有技术，本发明的水平井裸眼砾石充填方法的特别之处还在于所述步骤(8)替换破胶液的方式为水流通过钻杆经分流滑套上的分流孔进入分流环形空间，再经与之连通的由所述充填工具上的中心管和冲管外层管形成的环形空间，通过防抽吸阀上已经打开的单流阀体进入下部冲管，并经底部密封流出，进入服务服务工具与防砂外管柱之间的环形空间，正循环同时替换出防砂外管柱内的破胶液。本发明水平井裸眼砾石充填工具及其使用方法，采用由上往下的充填方式。由上往下的充填方式是由充填滑套和充填工具配合实现的套管与外管柱之前形成的环空上部有顶部封隔器座封，顶部封隔器上的胶筒涨开，起到密封的作用；服务工具与外管柱之间，以充填滑套为准，上部有分流滑套上的硫化环与顶部封隔器上的中心管密封，下部有充填工具下部连接杆上的硫化环与滑套密封筒密封。充填过程中，携砂液经油管进入，因防抽吸阀关闭，携砂液不能经此通过，只能经服务工具的充填工具的充填孔进入外管柱与服务工具之间的环空，经充填滑套上的出液孔进入裸眼段油层，因携砂液中的砂子被筛管阻挡在油层，液体通过筛管进入防砂外管柱内(外管柱与服务工具之间的空间)，自底部密封下端孔进入服务工具后继续向上流动，直至进入充填工具的双筒体并进入与之连通中心管和外层管形成的充填环形空间，经充填工具上的返出孔进入套管与服务工具的环空，水流返出地面,至此完成由上往下的充填。总之，本发明与现有技术相比有以下优点
(O下钻过程中保证整体管柱流道畅通，可正循环，以防遇阻；
(2)一次投球，完成座封、充填，无需反洗球作业；
(3)保证所有作业阶段静液柱压力作用在地层上，确保井壁稳定；
(4)分级脱砂，可进行长水平段的作业，保证作业过程中不压裂地层； (5)定位工具确保工具在充填作业过程中不移位；
(6)设有防液锁密封筒，避免防砂管柱的下部密封在投球座封后产生液锁，过提打开通道，平衡上下压力；
(7)具有防抽吸功能，充填作业前，保证通道畅通；
(8)下入过程中，能从管柱最底部循环，确保防砂管柱能够下入到位；
(9)防止水击，避免剪切座封球座时对地层形成水击作用；
(10)充填作业后，一次投球，不需要反洗球即可正替破胶液；
(11)充填作业完成后，可实现从服务工具最底端将破胶液顶替至裸眼段。
图1为本发明的内外管柱连接关系结构示意图。图2为图1所示的充填工具结构示意图。图3为图2所示的充填球座结构示意图。图4为图2所示的分流滑套结构示意图。图5为图2所示的储砂槽结构示意图。图6为图1所示防抽吸阀结构示意图，其中，图6(1)为防抽吸阀打开状态示意图，图6 (2)为防抽吸阀关闭状态示意图。图7为图1所示的分级脱砂阀结构示意图。图8为图1所示的防液锁密封筒结构示意图，其中，8 (I)为防液锁密封筒通过状态示意图，8 (2)为防液锁密封筒下入状态示意图。图9为图1所示的下入位置状态示意图。图10为图1所示的投球座封封隔器位置状态示意图。图11为图1所示的验封封隔器位置状态示意图。图12为图1所示的酸洗管柱位置状态示意图。图13为图1所示的关闭防抽吸阀位置状态示意图。图14为图1所示的充填位置状态示意图。图15为图1所示的反循环位置状态示意图。图16为图1所示的投球激活分流滑套位置状态示意图。图17为图1所示的激活防抽吸阀位置状态示意图。图18为图1所示的正替破胶液位置状态示意图。
具体实施例方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过以下两个具体实施方式
，并结合其附图，对本方案进行阐述。本发明的一种水平井裸眼砾石充填工具如图1所示。其包括外管柱和服务工具，服务工具位于外管柱内，外管柱包括依次连接的封隔器1、延伸管2、充填滑套3、联接密封筒4、联接接箍5、延伸管2、定位接箍6、延伸管2、快速接头7、盲管8、筛管9、脱砂阀密封筒
10、筛管9、防液锁密封筒11和双级浮鞋12 ;服务工具包括依次连接的座封工具13、充填工具14、防抽吸阀15、滑套开关工具16、定位工具17、分级脱砂阀18及底部密封19。
其中，所述水平井裸眼砾石充填工具的服务工具的充填工具14如图2-5所示。充填工具14包括储存并排除充填落砂的储砂槽148、储砂槽148上设置的密封环149以及形成充填环形空间的冲管外层管145、中心管144、分流滑套143、双筒体146、充填球座147，分流滑套143位于冲管外层管145和中心管144的上端，双筒体146位于冲管外层管145和中心管144的下端，双筒体146下端与充填球座147相连；分流滑套143上设置有返出孔141，双筒体146上设置有充填孔142。分流滑套设置有与充填环形空间相连通的分流环形空间1432，分流环形空间1432连接有反洗管1436，反洗管1436的外层壁设置有返出孔141、反洗管1436内层壁设置有分流孔1431。双筒体146内、夕卜筒壁分别与中心管144、冲管外层管145相连接，双筒体146的内通道与中心管144相连通，双筒体146的外通道与冲管外层管145和中心管144之间的充填环形空间相连通。充填球座147包括球座主体1474以及位于球座主体1474内部的小球座，小球座1473上、下两端分别连接有座封球锁紧装置1471、反向截流装置1472，球座主体1474上设置有剪切销钉1475。其中，所述水平井裸眼砾石充填工具的服务工具的防抽吸阀15如图6所示。防抽吸阀包括带孔体158 ;带孔体158内设置有与之可以发生相对运动的联动装置154 ;联动装置154上设置有液流孔152 ;联动装置154上方连接有单流阀体153，单流阀体153上方连接有联阀弹簧159 ;联动装置154下端通过连接销钉157连接有弹性套151，弹性套151上设置有锁定弹性套151的锁定装置。锁定装置包括锁定单流阀体153打开位置的开锁定装置155和锁定单流阀体153关闭位置的关锁定装置156，开锁定装置155位于关锁定装置
156上方。其中，所述水平井裸眼砾石充填工具服务工具的分级脱砂阀18如图7所示。分级脱砂阀18设置有流通孔188、连通孔182、进液孔185，进液孔185处设置有封孔体189，封孔体189连接有脱砂阀活塞181和锁块187。脱砂阀活塞181固定连接有联动活塞183，联动活塞183上设置有联动弹簧186。其中，所述水平井裸眼砾石充填工具的外管柱的防液锁密封筒11如图8所示。防液锁密封筒11包括防液锁密封筒壁上设置的上连通孔112、下连通孔113，上连通孔112与下连通孔113之间的密封筒活塞111，密封筒活塞111连接有密封筒弹簧114。本发明水平井裸眼砾石充填方法如图9-18所示。其包括依次进行的以下步骤
(I)下入水平井裸眼砾石充填工具，下入过程中从管柱最底部正循环作业(边下整体
工具边油管打压，油管打压时将双级浮鞋12打开，将堵在双级浮鞋12的砂子返出)，确保防砂管柱能够下入到位。(2)在下入位置，充填工具14的充填孔142上下两端处于密封状态，投球座封，球落在座封球座147上面，油管打压10-15Mpa，水流不能经座封球座147通过，此时起压(压力上升);当达到一定压力时，剪切销钉1475剪断，小球座1473向下移动，小球座1473上的分流孔与主体1474上的分流孔对齐，同时，座封球锁紧装置1471将球锁定在球座1473上，连通环空(油管与套管之间的环形空间)，座封顶部封隔器I ;从油管打压23-25 Mpa或正转服务工具8-10圈，使座封工具13与顶部封隔器I丢手；通过外管柱的防液锁密封筒11与服务工具底部密封19的配合，当产生抽吸时，出现防液锁密封筒11与底部密封19配合的密封段上端的压力大于下端的压力，此时的压差通过上接头的上连通孔112进入，推动密封筒活塞111下移，密封筒活塞111压缩密封筒弹簧114，同时连通防液锁密封筒11上的上连通孔112和下连通孔113，使防液锁密封筒11与底部密封19配合的密封段上端和下端的压差被平衡掉，避免丢手上提管柱时产生液锁现象；检验顶部封隔器I密封情况，以下入位置为准，上提服务工具，将充填工具14顶端的密封环149处于顶部封隔器I的中心管内，从套管打压6-8 MPa，通过观察地面压力表稳压，证明顶部封隔器I座封合格，若压力下降，表明顶部封隔器I没有完全座封，需重新座封。(3)酸洗管柱，以验封位置为准，上提服务工具，将充填工具14上的充填孔142提出顶部封隔器1，正打设计酸液至顶部封隔器I上端，然后反循环洗出管柱内的酸液；将防抽吸阀15的弹性套151提至联接密封筒4的下端，通过防抽吸阀15上的弹性套151带动联动装置154关闭单流阀体153，并通过锁定装置155锁定；以确保反循环时流体不会经过该阀进入地层漏失。(4)充填作业:以酸洗位置为准，下放服务工具，将定位工具17下压定位于定位接箍6的上端，以确保作业过程中水平井裸眼砾石充填工具的服务工具不移位，便可对油层进行充填作业，携砂液通过服务工具的充填工具14的充填孔142，经充填滑套3上的出液孔进入裸眼段的油层，因携砂液中的砂子被筛管9阻挡在油层，液体通过筛管9进入防砂外管柱内(外管柱与服务工具之间的空间)，自底部密封19下端孔进入服务工具后继续向上流动，直至进入充填工具14的双筒体146并进入与之连通中心管144和外层管145形成的环形空间，经充填工具14上的返出孔141进入套管与服务工具的环空(套管与服务工具之间的空间)，建立正循环，此时可进行充填作业前的循环测试、充填作业。(5)充填过程中，β波返至脱砂阀密封筒10，该密封筒的外侧被充填，分级脱砂阀18上的密封环184与脱砂阀密封筒10配合隔离了分级脱砂阀18外部的上端与下端，使分级脱砂阀18外部的上端压力高于下端压力，脱砂阀密封筒10下端筛管9外部的砂量增多，此时脱砂阀密封筒10下端压力小于脱砂阀密封筒10上端压力，上端水流压差200PSI作用在脱砂阀活塞181上，并推动脱砂阀活塞181下移，锁定结构(小锁块)187被释放(锁块被弹起)，同时带动联动活塞183下移，进而进液孔185与连通孔182相连通，建立新的循环通道，实现了分级脱砂后继续充填上半段的作用，直至充填完成。(6)反循环:以充填位置为准，上提服务工具，使充填工具14的充填孔142位于顶部封隔器I上端，由套管打压，水流从充填工具14的充填孔142进入中心管144内部，由中心管144内部进入座封工具13，进入钻杆，返到地面，建立反循环，进行反洗充填砂的作业。(7)打开防抽吸阀15、激活分流滑套143、验分流滑套143 (图17):上提服务工具，将服务工具上所有密封提出封隔器1，此时，防抽吸阀15也被提出封隔器1，然后下放服务工具，将防抽吸阀15上的弹性套151下放至封隔器I的中心管上端，防抽吸阀15上的弹性套151挂住封隔器I上的中心管(弹性套151的最大外径稍大于封隔器I上中心管的内径)，此时，带孔体158相对于弹性套151产生相对向下移动，弹性套151与联动装置154之间有连接销钉157连接，防抽吸阀158上的弹性套151带动联动装置154相对向上移动，连接销钉157在带孔体158上的凹槽内向上移动，将联动装置154上的液流孔152打开，同时联动装置154将单流阀体153撑起打开，并通过锁定装置155将弹性套151锁定。此时防抽吸阀15处于打开状态，然后投球到服务工具分流滑套143的内滑套1433上，油管打压，将剪切销钉1434剪断，内滑套1433向下移动，当锁环1435进入内滑套1433的槽内，内滑套1433被锁定无法向下移动，此时分流孔1431与分流环形空间1432连通，内滑套1433将反洗管1436上的进液孔关闭，分流滑套143被激活；检验分流滑套143 :以激活分流滑套143位置为准，下放服务工具(将分流滑套143上的硫化环下放到封隔器I的中心管内)，套管打压，水流由套管进入，因分流滑套143被激活，水流无法进入服务工具，此时，压力表显示起压(压力上升)，表明分流滑套处于完全关闭状态；若压力下降，表明分流滑套没有完全关闭，需重新激活分流滑套。(8)打开防抽吸阀15 (正替破胶液时，从验分流滑套143位置，上提服务工具，此时防抽吸阀15关闭；正替破胶液前，要将防抽吸阀15打开)，正替破胶液下放服务工具，将防抽吸阀15的弹性套151下放至顶部封隔器I的中心管上端同时加压，通过防抽吸阀15上的弹性套151带动联动装置154打开单流阀体153，并通过开锁定装置155锁定，从而打开防抽吸阀15 ;将充填工具14底端的密封装置提出顶部封隔器I上端后，投球，正打压28-32Mpa，连通充填工具14上的分流滑套143上的分流孔1431与环形空间1433，建立新的正循环通道水流通过钻杆经分流滑套143上的分流孔1431进入环形空间1433，再经与之连通的充填工具14上的中心管144和冲管外层管145之间的环形空间通过防抽吸阀15上已经打开的单流阀体153进入下部冲管，并经底部密封19流出，进入服务内管柱与防砂外管柱之间的环形空间。将破胶液顶替至充填井段，以彻底清除泥饼。其中，所述的能确保防砂管柱下入到位是通过防砂管柱底部的双级浮鞋12进行正循环作业，边冲边下实现的下入过程中，正打完井液，水流通过服务工具到达双级浮鞋12并顶开双级浮鞋12上的单向阀装置从低端孔流出，水流携带双级浮鞋12前端的岩屑等经防砂管柱和裸眼的环形空间进入钻杆和套管的环空内，返出地面，清洗干净防砂管柱前端的岩屑，确保防砂管柱下入到位。其中，所述防液锁(图8)是通过外管柱的防液锁密封筒11与服务工具底部密封19的配合，平衡压力实现的上提管柱时，当产生抽吸时，出现防液锁密封筒11与底部密封19配合的密封段上端的压力大于下端的压力，此时的压差通过上接头的上连通孔112进入，推动密封筒活塞111下移，密封筒活塞111压缩密封筒弹簧114，同时连通防液锁密封筒11上的上连通孔112和下连通孔113，使防液锁密封筒11与底部密封19配合的密封段上端和下端的压差被平衡掉，消除液锁。其中，所述封隔器的验封、酸洗管柱、循环测试或充填和反循环作业是通过变换水平井裸眼砾石充填工具服务工具的充填工具14和外管柱的相对位置来实现的检验顶部封隔器I时，将充填工具14顶端的密封环149处于顶部封隔器I的中心管内；循环测试或充填时，使充填工具14的充填孔142位于充填滑套3的出液孔处；酸洗管柱和反循环时，使充填工具14的充填孔142位于顶部封隔器I的上端。其中，所述关闭和激活防抽吸阀15 (图16)是通过防抽吸阀15上的弹性套151与外管柱的配合来实现的关闭防抽吸阀15时，以酸洗管柱位置为准，上提服务工具，将防抽吸阀15上的弹性套151过提至外管柱联接密封筒4的下端，此时，弹性套151上的台阶会挂住联接密封筒4 (弹性套151的最大外径稍大于联接密封筒4的最小内径)，此时，带孔体158相对于弹性套151产生相对向上移动，弹性套151与联动装置154之间有连接销钉157连接，防抽吸阀带孔体158上的弹性套151带动联动装置154相对向下移动，连接销钉157在带孔体158上的凹槽内向下移动，将联动装置154上的液流孔152关闭，同时弹簧159将单流阀体153下压关闭，并通过关锁定装置156将弹簧套151锁定；打开防抽吸阀15时，以下入位置为准，先上提服务工具，再下放服务工具(即将防抽吸阀15上的弹性套151下放至封隔器I的中心管上端，此时压力表上有负荷显示，压力上升)，防抽吸阀15上的弹性套151挂住封隔器I上的中心管(弹性套151的最大外径稍大于封隔器I上中心管的内径)，此时，带孔体158相对于弹性套151产生相对向下移动，弹性套151与联动装置154之间有连接销钉157连接，防抽吸阀158上的弹性套151带动联动装置154相对向上移动，连接销钉
157在带孔体158上的凹槽内向上移动，将联动装置154上的液流孔152打开，同时联动装置154将单流阀体153撑起打开，并通过开锁定装置155将弹性套151锁定。其中，所述依次分级脱砂是通过每段上的分级脱砂阀18与脱砂阀密封筒10配合实现的脱砂阀密封筒10上下两端为筛管9，充填时，携砂液被充填到筛管与套管之间的环形空间内，一部分水流经脱砂阀密封筒10上部筛管进入服务工具，一部分水流经脱砂阀密封筒10下部筛管进入服务工具，此时，上部水流经进液孔185进入小环空，进而推动脱砂阀活塞181，下部水流经流通孔188进入小环空向上推动联动活塞183，上下压力平衡；充填过程中，脱砂阀密封筒10下端筛管9外部的砂量增多，此时脱砂阀密封筒10下端压力小于脱砂阀密封筒10上端压力，上端水流压差作用在脱砂阀活塞181上，并推动脱砂阀活塞181下移，锁块187被释放(锁块187被弹起)，带动联动活塞183下移，同时上端水流压差推动封孔体189向下移动，使进液孔185与连通孔182相连通，水流经连通孔182进入服务工具，向上返出，实现了分级脱砂后继续充填上半段的作用，直至充填完成，确保充填的完整及密实性。其中，所述激活充填工具14上的分流滑套143 (图17)是通过投球和变换充填工具14上的分流滑套143与充填工具14的相对位置来实现的以反循环位置为准，上提服务工具，将服务工具上所有密封提出封隔器1，防抽吸阀15上的弹性套151下放至封隔器I的中心管上端，防抽吸阀15上的弹性套151挂住封隔器I上的中心管(弹性套151的最大外径稍大于封隔器I上中心管的内径)，此时，带孔体158相对于弹性套151产生相对向下移动，弹性套151与联动装置154之间有连接销钉157连接，防抽吸阀158上的弹性套151带动联动装置154相对向上移动，连接销钉157在带孔体158上的凹槽内向上移动，将联动装置154上的液流孔152打开，同时联动装置154将单流阀体153撑起打开，并通过开锁定装置155将弹性套151锁定。此时防抽吸阀15处于打开状态，然后投球到服务工具分流滑套143的内滑套1433上，油管打压，将剪切销钉1434剪断，内滑套1433向下移动，锁环1436相对于内滑套1433向上移动，当锁环1435进入内滑套1433的槽内，内滑套1433被锁定无法向下移动，此时分流孔1431与分流环形空间1432连通，内滑套1433将反洗管1436上的进液孔关闭，分流滑套143被激活。其中，所述正替破胶液(图18)是通过上述所激活的充填工具14上的分流滑套143而建立的新循环通道来实现的水流通过钻杆经分流滑套143上的分流孔1431进入分流环形空间1432，再经与之连通的充填工具14上的中心管144和冲管外层管145之间的环形空间通过防抽吸阀15上已经打开的单流阀体153进入下部冲管，并经底部密封19流出，进入服务内管柱与防砂外管柱之间的环形空间。正循环一个标准钻杆容积，替出防砂外管柱内的破胶液。
权利要求
1.一种水平井裸眼砾石充填工具，包括外管柱和服务工具，所述服务工具位于所述外管柱内，其特征在于:所述外管柱包括依次连接的封隔器(I)、延伸管(2)、充填滑套(3)、联接密封筒(4)、联接接箍(5)、延伸管(2)、定位接箍(6)、延伸管(2)、快速接头(7)、盲管(8)、筛管(9)、脱砂阀密封筒(10)、筛管(9)、防液锁密封筒(11)和双级浮鞋(12);所述服务工具包括依次连接的座封工具(13)、充填工具(14)、防抽吸阀(15)、滑套开关工具(16)、定位工具(17 )、分级脱砂阀(18 )及底部密封(19 )。
2.根据权利要求1所述的水平井裸眼砾石充填工具，其特征在于:所述充填工具(14)包括储存并排除充填落砂的储砂槽(148)、所述储砂槽(148)上设置的密封环(149)以及形成充填环形空间的冲管外层管(145)、中心管(144)、分流滑套(143)、双筒体(146)、充填球座(147)，所述分流滑套(143)位于所述冲管外层管(145)和所述中心管(144)的上端，所述双筒体(146)位于所述冲管外层管(145)和所述中心管(144)的下端，所述双筒体(146)下端与所述充填球座(147)相连；所述分流滑套(143)上设置有返出孔(141 )，所述双筒体(146)上设置有充填孔(142)。
3.根据权利要求2所述的水平井裸眼砾石充填工具，其特征在于:所述分流滑套设置有与所述充填环形空间相连通的分流环形空间(1432)，所述分流环形空间(1432)连接有反洗管(1436)，所述反洗管(1436)的外层壁设置有所述返出孔(141 )、所述反洗管(1436)内层壁设置有分流孔(1431)。
4.根据权利要求2或者3所述的水平井裸眼砾石充填工具，其特征在于:所述双筒体(146)内、外筒壁分别与所述中心管(144)、所述冲管外层管(145)相连接，所述双筒体(146)的内通道与所述中心管(144)相连通，所述双筒体(146)的外通道与所述冲管外层管(145)和中心管(144)之间的充填环形空间相连通。
5.根据权利要求2或者3所述的水平井裸眼砾石充填工具，其特征在于:所述充填球座(147)包括球座主体(1474)以及位于所述球座主体(1474)内部的小球座,所述小球座(1473)上、下两端分别连接有座封球锁紧装置(1471)、反向截流装置(1472)，所述球座主体(1474)上设置有剪切销钉(1475)。
6.根据权利要求1或者2或者3所述的水平井裸眼砾石充填工具，其特征在于:所述防抽吸阀包括带孔体(158);所述带孔体(158)内设置有与之可以发生相对运动的联动装置(154);所述联动装置(154)上设置有液流孔(152);所述联动装置(154)上方连接有所述单流阀体(153)，所述单流阀体(153)上方连接有联阀弹簧(159);所述联动装置(154)下端通过连接销钉(157)连接有弹性套(151 )，所述弹性套(151)上设置有锁定所述弹性套(151)的锁定装置。
7.根据权利要求6所述的水平井裸眼砾石充填工具，其特征在于:所述锁定装置包括锁定所述单流阀体(153)打开位置的开锁定装置(155)和锁定所述单流阀体(153)关闭位置的关锁定装置(156)，所述开锁定装置(155)位于所述关锁定装置(156)上方。
8.根据权利要求1或者2或者3所述的水平井裸眼砾石充填工具，其特征在于:所述分级脱砂阀(18)设置有流通孔(188)、连通孔(182)、进液孔(185)，所述进液孔(185)处设置有封孔体(189)，所述封孔体(189)连接有脱砂阀活塞(181)和锁块(187)。
9.根据权利要求8所述的水平井裸眼砾石充填工具，其特征在于:所述脱砂阀活塞(181)固定连接有联动装置(183)， 所述联动装置(183)上设置有联动弹簧(186)。
10.根据权利要求1或者2或者3所述的水平井裸眼砾石充填工具，其特征在于:所述防液锁密封筒(11)包括所述防液锁密封筒壁上设置的上连通孔(112)、下连通孔(113)，所述上连通孔(112)与所述下连通孔(113 )之间的密封筒活塞(111)，所述密封筒活塞(111)连接有密封筒弹簧(114)。
11.一种水平井裸眼砾石充填方法，其特征在于:包括依次进行的以下步骤: (1)下入水平井裸眼砾石充填工具到预定位置； (2)座封顶部封隔器，使座封工具与顶部封隔器丢手，验封顶部封隔器； (3)酸洗管柱及关闭防抽吸阀； (4)充填作业前的循环测试； (5)充填作业； (6)反循环作业。
12.根据权利要求11所述的水平井裸眼砾石充填方法，其特征在于: 所述步骤(I)为:将下入水平井裸眼砾石充填工具到预定位置，下入过程中从管柱最底部正循环作业； 所述步骤(2)为:所述水平井裸眼砾石充填工具下入到位后，投球并使球落在座封球座(147)上面，向油管打压达到一定压力时，座封顶部封隔器(I);从油管打压或者正转服务工具，使座封工具(13)与所述顶部封隔器I丢手；然后上提所述服务工具，从套管打压，通过观察地面压力表稳压，以检验所述顶部封隔器I座封是否合格，若压力下降，则表明所述顶部封隔器(I)没有完全座封，然后再次进行座封并验封顶部封隔器； 所述步骤(3)为:上提所述服务工具，使所述充填工具(14)上的充填孔(142)提出顶部封隔器，正打设计酸液至所述顶部封隔器(I)上端，然后反循环洗出服务工具内的酸液；将防抽吸阀(15)上的弹性套(151)提至联接密封筒(4)的下端，通过所述弹性套(151)带动联动装置(154)关闭所述防抽吸阀(15)上的单流阀体(153)，并通过所述防抽吸阀(15)上的关锁定装置(156)加以锁定； 所述步骤(4)为:下放服务工具，将定位工具(17)下压定位于定位接箍(6)的上端，将所述服务工具加以定位，携砂液通过所述充填孔(142)，经充填滑套(3)上的出液孔进入裸眼段的油层，所述携砂液中的砂子经筛管(9)阻挡留在油层中，其液体通过所述筛管(9)进入外管柱与服务工具之间的防砂外管柱内，自所述底部密封(19 )下端孔进入所述服务工具后继续向上流动，进入所述充填工具(14)的双筒体(146)并进入由中心管(144)和外层管(145)形成的充填环形空间，经所述充填工具(14)上的返出孔(141)进入套管与服务工具的环空，建立正循环，进行充填作业前的循环测试； 所述步骤(5)为:所述充填作业前的循环测试完毕后，进行充填作业；在充填过程中，所述服务工具的脱砂阀密封筒(10)外侧被充填，分级脱砂阀(18)上的密封环(184)与脱砂阀密封筒(10)配合，隔离所述分级脱砂阀(18)外部的上端与下端，使分级脱砂阀外部的上端与下端产生压力差推动脱砂阀活塞(181)下移，使进液孔(185)与连通孔(182)相连通形成循环通道，分级脱砂完成后继续充填上半段，直至充填完成； 所述步骤(6)为:上提所述服务工具，使所述充填孔(142)位于顶部封隔器(I)上端，由套管打压，水流从所述充填孔(142)进入中心管(144)内部，经由中心管(144)内部进入座封工具(13)，进入钻杆，返到地面，建立反循环，进行反洗充填砂的作业。
13.根据权利要求12所述的水平井裸眼砾石充填方法，其特征在于:在所述步骤(6)以后，进行步骤(7)先激活防抽吸阀，再激活分流滑套，并进行检验分流滑套打开状况；最后进行步骤(8)打开防抽吸阀，正循环替出破胶液。
14.根据权利要求13所述的水平井裸眼砾石充填方法，其特征在于:所述步骤(7)的操作方法为:将所述服务工具上所有密封提出顶部封隔器(1)，此时防抽吸阀(15)也被提出顶部封隔器(1)，然后下放所述弹性套(151)至所述顶部封隔器(I)的中心管(144)上端，所述弹性套(151)挂住所述顶部封隔器(I)上的中心管(144)，此时，所述防抽洗阀的带孔体(158)相对于所述弹性套(151)相对向下移动，所述弹性套(151)带动联动装置(154)相对向上移动所述联动装置(154)将单流阀体(153)撑起打开，同时所述联动装置(154)上的液流孔(152)也处于打开状态，并通过开锁定装置(155)将弹性套(151)锁定，所述防抽吸阀(15)被打开；然后投球到所述分流滑套(143)的内滑套(1433)上，油管打压剪断剪切销钉(1434)，内滑套(1433)向下移动，当锁环(1435)进入内滑套(1433)的槽内，锁定内滑套(1433)，此时分流孔(1431)与分流环形空间(1432)连通，内滑套(1433)将反洗管(1436)上的分流孔(1431)关闭，分流滑套(143)被激活；然后下放所述服务工具，向套管打压，压力表显示压力上升，表明所述分流滑套(143)处于完全关闭状态；若压力下降，则表明所述分流滑套(143)没有完全关闭，重新激活分流滑套并进行检验分流滑套操作。
15.根据权利要求13所述的水平井裸眼砾石充填方法，其特征在于:所述步骤(8)为:先上提服务工具，此时所述防抽吸阀(15)被关闭，然后需下放所述服务工具，将所述防抽吸阀(15)的弹性套(151)下放至顶部封隔器(I)的中心管(144)上端，同时加压，通过防抽吸阀(15)上的弹性套(151)带动联动装置(154)打开单流阀体(153)，并通过开锁定装置 (155)锁定，将所述防抽吸阀(15)打开；将所述充填工具(14)底端的密封装置提出顶部封隔器(I)上端后，投球，正打压28-32Mpa，连通所述充填工具(14)上的分流滑套(143)上的分流孔(1431)与分流环形空间(1432)，建立新的正循环通道，将破胶液顶替至充填井段，彻底清除泥饼。
16.根据权利要求15所述的水平井裸眼砾石充填方法，其特征在于:步骤(8)所述的新的正循环通道为:水流通过钻杆经分流滑套(143)上的分流孔(1431)进入分流环形空间(1432)，再经与之连通的所述充填工具(14)上的中心管(144)和冲管外层管(145)之间的环形空间通过防抽吸阀(15)上已经打开的单流阀体(153)进入下部冲管，并经底部密封(19)流出，进入服务服务工具与防砂外管柱之间的环形空间。
17.根据权利要求11至16任一权利要求所述的水平井裸眼砾石充填方法，其特征在于:所述步骤(I)下入过程中，正打完井液，水流通过所述服务工具到达双级浮鞋并顶开所述双级浮鞋上的单向阀装置，从低端孔流出，所述水流携带双级浮鞋前端的岩屑等物质经防砂管柱与裸眼之间形成的环形空间进入钻杆与套管之间形成的环空内，然后返出地面，清洗干净防砂管柱前端的岩屑，从而确保防砂管柱下入到位。
18.根据权利要求11至16任一权利要求所述的水平井裸眼砾石充填方法，其特征在于:所述步骤(2)中上提管柱时，当产生抽吸时，出现防液锁密封筒与底部密封配合，密封段上端的压力大于下端的压力，此时的压差将推动活塞下移，同时连通防液锁密封筒上的上连通孔(112)和下连通孔(113)，使防液锁密封筒(11)与底部密封(19 )配合的密封段上端和下端的压差被平衡掉，消除液锁。
19.根据权利要求11至16任一权利要求所述的水平井裸眼砾石充填方法，其特征在于:所述步骤(5)充填作业过程中，所述分级脱砂阀(18)外部的上端、下端相互隔离，脱砂阀密封筒(10)下端筛管(9)外部的砂量增多，此时脱砂阀密封筒(10)下端压力小于脱砂阀密封筒(10)上端压力，所述上端压力与所述下端压力之间产生的压力差为200PSI，所述压力差推动所述脱砂阀活塞(181)向下移动，所述脱砂阀活塞(181)带动与其连接的联动装置(183)同时向下移动，从而使进液孔(185)与连通孔(182)相连通。
20.根据权利要求13至16任一权利要求所述的水平井裸眼砾石充填方法，其特征在于:所述步骤(8)替换破胶液的方式为:水流通过钻杆经分流滑套(143)上的分流孔(1431)进入分流环形空间(1432)，再经与之连通的由所述充填工具(14)上的中心管(144)和冲管外层管(145)形成的环形空间，通过防抽吸阀(15)上已经打开的单流阀体(153)进入下部冲管，并经底部密封(19)流出，进入服务工具与防砂外管柱之间的环形空间，正循环同时替换出防砂外管柱内的破胶 液。
全文摘要
本发明水平井裸眼砾石充填工具及其使用方法，采用水平井裸眼砾石充填工具由上往下的充填油层。充填过程中，携砂液经油管进入，因防抽吸阀关闭，携砂液不能经此通过，只能经服务工具的充填工具的充填孔进入外管柱与服务工具之间的环空，经充填滑套上的出液孔进入裸眼段油层，因携砂液中的砂子被筛管阻挡在油层，液体通过筛管进入防砂外管柱内，自底部密封下端孔进入服务工具后继续向上流动，直至进入充填工具的双筒体并进入与之连通中心管和外层管形成的充填环形空间，经充填工具上的返出孔进入套管与服务工具的环空，水流返出地面，至此完成由上往下的充填。
文档编号E21B37/08GK103075131SQ201210534470
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者王忠禄 申请人:山东瑞丰石油技术有限责任公司