专利名称：连续冲砂工艺及其连续冲砂装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种油田油井冲砂作业工艺以及冲砂装置，特别是一种陆地 和海上油井开采均可适用的连续沖砂作业工艺以及连续沖砂装置。
背景技术：
沖砂是各大油田针对井内沉砂问题普遍采取的措施，采用的冲砂介质主 要是泥浆和水，对于低压井，由于液体液柱压力大于地层压力，导致液体向 地层漏失，使得沖砂效率低下或发生沉砂卡钻，还可能因为液体与地层不配 伍而造成地层的污染，另外，由于水的粘度低，携砂能力弱，在低排量下容易造成沉砂卡钻；另外，接沖砂单根沖砂管柱(或立柱)时，需要约20分钟 的放压时间，影响作业的连续性。近年来，发展了低密度的氮气泡沫冲砂工艺。其做法是采用氮气泡沫 正循环冲砂，为了减少接单根(或立柱)时压缩气体的放压时间，如图l所 示，在冲砂管柱1'上安装一个向下开启的单流阀2',使沖砂液只能向下方 流动，以截止井下流体在停泵接单根沖砂管柱时沿冲砂管柱上窜，油套环空 的封隔采用封井器。图中箭头所指方向即井下流体在停泵接单根沖砂管柱时 沿冲砂管柱内上窜的方向。但是上述工艺还存在如下的缺陷1、 不能完全解决压缩气体的排放问题，即在每个沖砂单根(或立柱)作 业完毕，在单流阀以上的压缩气体仍然需要释放一段时间才能进行井口卸扣 连接另一个单根(或立柱)，影响沖砂作业的连续性。2、 接单流阀后，只能进行单向的正沖砂，无法进行反循环冲砂，这增加 了冲砂作业沉砂卡钻的风险，这是因为，在大的(如7〃或9 5/8 〃套管) 油套环空中，液体上升速度变小，可能不足以克服砂粒的下沉，从而导致沉 砂卡钻的风险，所以反循环方式更有利于沖砂作业。 3、由于顾忌单流阀不能反循环可能导致的事故问题，有的现场不用单 流阀，这又带来了压缩的氮气泡沫流体放压时间更长的问题，如每次30分钟 以上时间，延长了作业时间，增加了作业成本，总体对低密度氮气泡沫作业 的效果打了折扣。上述的这些不足的存在制约了低密度的氮气泡沫冲砂工艺的推广使用。 发明内容针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种连续冲砂 工艺，取消接单根冲砂管柱时放压的作业，实现连续沖砂，提高沖砂作业效率；同时可实现氮气泡沫、水、泥浆的正、反循环沖砂作业。本发明的另 一 目的是在于提供一种用于上述连续冲砂工艺的沖砂装置， 无需任何液压动力，通过手动工具即可实现沖砂管柱内的液流的控制；同时， 还可以实现在井口换接单根冲砂管柱时，不需要在带着压力的情况下进行， 更加安全。为实现上述目的，本发明提供一种连续冲砂工艺，其操作步骤是a. 冲砂作业前，备常规沖砂管柱、单根沖砂管柱和具有手动启闭开关的 控制阀；b. 控制阀逐一安装在沖砂管柱和单根冲砂管柱的上端口 ，在控制阀开启 状态下，下入常规冲砂管柱，待沖砂管柱接近或探到井下沉砂或油砂位置后， 如需延长，逐一连接安装有控制阀的单根沖砂管柱，建立沖砂循环通路；c. 启动泥浆泵，进行冲砂作业；控制阀打开后是双向通行液体的，可选 择进行常规的正循环作业或反循环作业；d. 每个单根冲砂管柱冲完时，在钻台上手动快速地关闭控制阀，截止井 内压力流体的向上的喷流，然后进行常规的单根沖砂管柱(或立柱)的卸扣 与连接，连接完后，手动打开控制阀即可循环进行沖砂作业。进一步地，上述的(b)步骤中所述的带有控制阀的冲砂管柱之间的连接 是由方钻軒或专用冲砂管接头完成的。进一步地，上述的(d)步骤中所述的常规的单根冲砂管柱的卸扣与连接 是指卸开井下冲砂管柱上的控制阀与方钻杆或专用冲洗管接头，将方钻杆或 专用沖洗管接头与钻台小鼠洞内的备用连接好的单根冲砂管柱和控制阀上扣连接，此时备用连接好的单根冲砂管柱的控制阀处于打开状态；然后，吊起 上述备用连接好的单根冲砂管柱与座于转盘上的井下冲砂管柱上部控制阀上 扣连接，该井下沖砂管柱上部控制阀处于关闭状态。进一步地，上述的控制阀视现场需要，既可以预先连接在冲砂管柱上， 也可以在作业间歇，钻台小鼠洞里连接，不耽误作业时间，从而保证了冲砂 作业的连续性。进一步地，上述的(d)步骤中，关闭控制阀前，可冲艮据陆地或海上沖砂 作业的要求选择继续运行或关闭泥浆泵。进一步地，上述的循环通路上设有控制冲砂液流动方向的三通阀，其中， 一出口与控制阀相通， 一出口与井口自封的侧向出口相通。为实现上述的连续冲砂工艺，本发明还提供一种连续沖砂工具，配合已 有冲砂作业中使用的泥浆泵、三通阀、井口设备、泥浆池和冲砂管柱而实施， 所述的常规沖砂管柱和单根沖砂管柱的上端口逐一安装有控制阀，以控制液 体双向通行；所述的控制阀设有手动启闭开关装置。进一步地，上述的控制阀优选具有耐高压性能的手动开关的球型阀或旋 塞阀。进一步地，上述的控制阀的顶部与方钻杆或冲洗管接头上扣连接。进一步地，上述的冲砂管柱之间通过方钻杆或冲洗管接头连接成一体。进一步地，上述的控制阀包括阀体、阀芯、阀杆螺母、蝶簧及密封件， 阀芯上设有用于插置专用扳手的四方孔，阀芯位于开启状态时，阀芯通孔与 阀体上、下管道相通。本发明所提供的技术方案具有如下优点1、本发明的沖砂介质既可是氮气泡沫，也可以是水或泥浆等，不受冲砂 介质的限制，尤其适合于低压井的氮气泡沫冲砂作业，可充分发挥低密度氮 气泡沫作业的防漏、堵漏、携砂能力强的优点，利于推广使用。与传统冲砂 工艺需要放压的断续沖砂作业过程相比，本发明的工艺方法省掉了接每次单
根沖砂管柱的放压时间，实现了连续冲砂，显著节省冲砂时间，提高作业效率，增加油井生产时间，从而降本增效。设沉砂段100米，采用接单根沖砂， 用泥浆或7jc作为沖砂介质，节省200分钟，而氮气泡沫冲砂则节省300分钟 以上。2、提供的连续沖砂装置，结构非常简单，地面无需增加任何设备，只是 在沖砂管柱上加接多个具有启闭功能的控制阀即可。旋转或开关其阀芯的操 作非常方便、快捷、省时、省力；无需任何液压动力，仅需在作业时使用扳 手转动即可，工具牢固，无需特别的维护保养作业。在井口换接油管单根沖 砂管柱(立柱)时，不需要在带着压力的情况下进行，更加安全，特别适用 海上冲砂作业。3 、与氮气泡沫单流阀沖砂工艺相比，本发明减少了井下事故发生的机会； 实现了冲砂作业的正、反循环。4、在停泵、接卸单根沖砂管柱作业时，旋转/关闭控制阀的阀芯。可抑 制受热膨胀效应或被压缩的冲洗液从井下冲洗管内向井口溢出或喷出，而造 成对井口周围环境带来的污染，有利于保护环境；特别是在采用氮气泡沫作 为冲砂介质时，可控制井下冲砂管柱内已经处于悬浮状态的液体始终处于悬 浮状态(属于一种自然科学现象)，而且井下冲砂管柱内已经处于悬浮状态 的砂粒緩慢下沉(降)，避免以往停泵，换接单根冲砂管柱的时候，井下冲 砂管柱内的砂粒快速下沉(降)堵塞冲砂管柱而引起蹩泵的现象发生。
图l是采用原有的冲砂作业工艺方法的冲砂状态示意图；图中箭头所指 方向即井下流体在停泵接单根时沿冲砂管柱内上窜的方向；图2是采用本发明的工艺方法的井口设备安装示意图； 图3是采用本发明的工艺方法的多个冲砂管柱连接的安装示意图； 图4是采用本发明的工艺方法进行连续正循环沖砂作业时，冲砂液的流 动方向示意图，图中箭头所指方向即为冲砂液的流动方向；图5是采用本发明的工艺方法进行连续反循环冲砂作业时，沖砂液的流
动方向示意图，图中箭头所指方向即为冲砂液的流动方向； 图6是本发明实施例的控制阀的结构示意图；图7是本发明的控制阀处于关闭状态时，管内气体流动方向的示意图， 图中箭头所指方向即为气体的流动方向。
具体实施方式
为进一步说明本发明的连续沖砂工艺的操作程序，在这里我们结合附图 以及现场实际冲砂作业的操作加以叙述。现场连续冲砂作业按照如下步骤进行冲砂作业前，建议用户根据生产油井预计冲砂井段长度，在送往作业现 场之前，最好在陆地车间(加工厂家)或管子站预先将每一个具有开启功能 的控制阀1 (处于打开状态)与单根冲砂管柱2、冲砂管柱3上扣连接，处于 备用状态。备用数量大于预计冲砂井段长度。本实施例所釆用的控制阀l如 图6所示，当然本发明不仅限于使用上述的控制阀1。该控制阀只需具有全 开/全闭的功能、具有耐高压的性能即可，其作用就是实现沖砂管柱3及单根 沖砂管柱2内液体流动的开启和截止。公知技术中的手动控制阀，包括球型 阀、旋塞阀等岡门，均可作为本发明的工艺及连续冲砂装置中所选用的控制 阀。采用手动启闭控制阀，不需增加任何液压动力设备，特别是解决了海上 冲砂作业中不能带压力卸扣与连接沖砂管柱的问题。而且，由于本发明所采用的控制岡在全开状态下，可双向通行液体，用户可根据需要选择进行常规 的正循环和反循环冲砂作业。如图6所示的控制阀，是一种旋塞阀，为石油 开釆作业中使用的常规阀，可通过市购获得。控制阀1包括阀体11、阀芯12、 阀杆螺母13、蝶簧14及其密封件，旋转阀芯12,使阀芯12旋转90度，当 阀芯通孔15与管道16相通时，液体可双向通过，控制阀1的下部开孔17 与冲砂管柱2、 3相通，其顶部的开孔18固定连接件，并与其它单根沖砂管 柱2、 3相通。如下工艺中所涉及的井口设备、三通阀、泥浆泵等均采用的是 现有技术和设备。在图2、 4、 5、 7中所示的工艺设备中，仅以冲砂管柱3 来表示井下冲砂管柱，用以说明本发明的连续沖砂工艺方法，但不仅限于使 用一个沖砂管柱，在实际应用中，应当根据现场的需要，在冲砂管柱3上连
接多个单根沖砂管柱2;其中的井口设备为转盘面4、油管四通5、球型防 喷器6、顶部封隔器7、筛管8，其它图中未示的均是采用现有的沖砂工艺设 备。1. 开始沖砂作业，当下冲砂管柱3接近(或探到)井下沉(油)砂位置 后，座好沖洗管柱卡瓦。如图2、 3所示，即可在井下冲砂管柱3的顶部，开 始连接单根沖砂管柱2 (或立柱)，沖砂管柱3的控制间1处于打开状态； 在井口 (转盘面4之上)每次连接的单根冲砂管柱2 (或立柱)顶部逐一连 接一个控制阀1。2. 在控制阀1 (处于打开状态)的顶部与方钻杆或专用冲洗管接头上扣 连接，即建立冲砂循环通路，其中，方钻杆和沖洗管接头均为常规产品(图 中未示)，方钻杆是在控制阀l处于打开状态下与其上扣连接，如果不使用 方钻杆，可采用专用冲洗管接头。上述的沖砂循环通路的连接方式是三通 阀的进液口直接与泥浆泵出口连接、三通阀的其它2个出口，其中l个出口 与方钻杆(或专用冲洗管接头)连接，另一出口与油管四通5上的沖砂液进 入/返出口9连接。控制阀1上下端与沖砂管柱2、 3上扣或卸扣时， 一定要 分别打背钳进行，否则易使阀体变形而失效。用专用扳手开关控制阀1的阀 芯要平稳开关，不能用力过猛。3. 然后上提冲砂管柱2，提出沖洗管柱卡瓦。启动泥浆泵，向井内泵入 沖洗液(如油水、泥浆、热水)及氮气泡沫冲洗液，进行对井下沉(油)砂 的沖砂、作业。。4. 当每次完成单根冲砂管柱2 (或立柱)的冲砂作业进尺，待控制阀l 接近转盘面4适当位置，座好冲洗管柱卡瓦；5. 停泵(停止泵送冲洗液);；6. 阀芯12上设有四方孔19,专用扳手插入四方孔19内就可执行开关 动作。按顺时针方向旋转控制阀1的阀芯90。，即可实现控制阀1的阀芯12 处于关闭状态。此时，控制阀1的阀芯上标记的箭头指向控制阀本体上的"关" 字，即控制阀1的阀芯12处于关闭状态；如图7所示，由于控制阀l处于关 闭状态，可抑制受热膨胀效应或被压缩的冲洗液从井下冲洗管内向井口溢出 或喷出，而造成对井口周围环境带来的污染有利于保护环境；特别是在采用
氮气泡沫作为冲砂介质时，可控制井下冲洗管内已经处于悬浮状态的液体始 终处于悬浮状态，而且井下沖砂管柱内已经处于悬浮状态的砂粒緩慢下沉， 避免以往停泵，换接单根冲砂管柱的时候，砂粒快速下沉(降)堵塞沖砂管 柱而引起蹩泵的现象发生。7.卸开井下控制阀1与方钻杆或专用冲洗管接头，将方钻杆或专用冲洗 接头与钻台小鼠洞内的备用连接好的单根冲砂管柱2和控制阀1 (处于打开 状态)上扣连接；8.吊起备用连接好的单根冲砂管柱2和控制阀1 (处于打开状态)与 座于转盘上的井下冲砂管柱3上部控制阀1(处于关闭状态)上扣连接；9. 再次用专用扳手，将以上(第六步)座于转盘上的井下冲砂管柱3 上部已经处于关闭状态的控制阀l再次打开。按逆时针方向旋转阀芯90(1，即 可实现控制阀的岡芯12处于打开状态，此时控制阀的阀芯12上标记的箭头 指向控制阀本体上的"开"字；通过旋转/开关控制阀的阀芯，可实现接卸单 根冲砂管柱时不用等候放压时间，即可迅速执行接卸单根沖砂管柱2作业， 节省占用修井机的作业时间、降低生产成本；10、 上提沖砂管柱，提出冲洗管柱卡瓦。启动泥浆泵，向井内泵入冲洗 液(如油水、泥浆、热水)及氮气泡沫沖洗液，继续进行沖砂作业。正循环 冲砂，请参图4。反循环冲砂，请参图5。反复循环执行上述4至10的操作程序，即可顺利完成全井段的冲砂作业。上述实施例对本发明的描述并不是对本发明内容作进一步的限定。本领 域的技术人员应理解，对本发明的技术特征所作的等同替换，或相应的改进， 仍属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1. 一种连续冲砂工艺，其特征在于连续冲砂的操作工艺是a.冲砂作业前，备常规冲砂管柱、单根冲砂管柱和具有手动启闭开关的控制阀；b.控制阀逐一安装在冲砂管柱和单根冲砂管柱的上端口，在控制阀开启状态下，下入常规冲砂管柱，待冲砂管柱接近或探到井下沉砂或油砂位置后，如需延长，逐一连接安装有控制阀的单根冲砂管柱，建立冲砂循环通路；c.启动泥浆泵，进行冲砂作业；控制阀打开后是双向通行液体的，可选择进行常规的正循环作业或反循环作业；d.每个单根冲砂管柱冲完时，在钻台上手动快速地关闭控制阀，截止井内压力流体的向上的喷流，然后进行常规的单根冲砂管柱的卸扣与连接，连接完后，手动打开控制阀即可循环进行冲砂作业。
2、 如权利要求l所述的一种连续冲砂工艺，其特征在于所述的(b) 步骤中所述的带有控制阀的冲砂管柱之间的连接是由方钻杆或冲砂管接头 完成的。
3、 如权利要求1或2所述的一种连续冲砂工艺，其特征在于所述的 (d)步骤中的常规的单根沖砂管柱的卸扣与连接是指卸开井下冲砂管柱上的控制阀与方钻杆或专用冲洗管接头，将方钻杆或专用沖洗管接头与钻台 小鼠洞内的备用连接好的单根冲砂管柱和控制阀上扣连接，此时备用连接 好的单根沖砂管柱的控制阀处于打开状态；然后，吊起上述备用连接好的 单根沖砂管柱与座于转盘上的井下冲砂管柱上部控制阀上扣连接，该井下 冲砂管柱上部控制阀处于关闭状态。
4、 如权利要求3所述的一种连续冲砂工艺，其特征在于所述的控制 阀视现场需要，可选择预先连接在冲砂管柱上或在作业间歇，在钻台小鼠 洞里连接。
5、 如权利要求4所述的一种连续沖砂工艺，其特征在于所述的(d) 步骤中，关闭控制阀前，可根据陆地或海上沖砂作业的要求选择继续运行 或关闭泥浆泵。
6、 如权利要求5所述的一种连续沖砂工艺，其特征在于所述的循环 通路上i殳有控制冲砂、液流动方向的三通阀，其中， 一出口与控制阀相通， 一出口与井口自封的侧向出口相通。
7、 一种用于权利要求1的工艺方法的连续冲砂装置，配合已有冲砂作 业中使用的泥浆泵、井口设备、泥浆池、沖砂管柱而实施，其特征在于 常规冲砂管柱和单根沖砂管柱的上端口逐一安装有控制液体双向通行的控 制阀；所述的控制阀设有手动启闭开关装置。
8、 如权利要求7所述的一种连续冲砂装置，其特征在于所述的控制 阀的顶部与方钻杆或沖洗管接头上扣连接。
9、 如权利要求8所述的一种连续冲砂装置，其特征在于所述的沖砂 管柱之间通过方钻杆或冲洗管接头连接成一体。
10、 如权利要求7、 8或9所述的一种连续沖砂装置，其特征在于所 述的控制阀是具有耐高压性能的手动开关的球型阀或旋塞闽。
11、 如权利要求7、 8或9所述的一种连续冲砂装置，其特征在于所 述的控制阀包括阀体、阀芯、阀杆螺母、蝶簧及密封件，阀芯上设有用于 插置专用^J反手的四方孔，阀芯位于开启状态时，阀芯通孔与阀体上下管道 相通。
全文摘要
本发明公开了一种连续冲砂工艺及其连续冲砂装置，先将控制阀逐一安装在冲砂管柱和单根冲砂管柱的上端口，在控制阀开启状态下，下入常规冲砂管柱，待冲砂管柱接近或探到井下沉砂或油砂位置后，如需延长，逐一连接安装有控制阀的单根冲砂管柱，建立冲砂循环通路；启动泥浆泵，进行冲砂作业；控制阀打开后是双向通行的，可选择进行常规的正循环作业或反循环作业。同时，通过手动启闭控制阀，实现单根冲砂管柱的卸扣与连接。本发明不受冲砂介质的限制，尤其适合于低压井的氮气泡沫冲砂作业。本工艺省掉了每次接单根冲砂管柱的放压时间，实现了连续冲砂，提高作业效率，增加油井生产时间，从而降本增效。
文档编号E21B21/00GK101210483SQ20061016977
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者吴承浩, 张泽富, 翔 李, 王伟军, 白显泳, 陈月飞 申请人:中国海洋石油总公司;中海油田服务股份有限公司