专利名称：一次多层砾石充填方法及工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油开采井防砂方法及工具，特别涉及一种一次多层砾石充填方法及 工具。
背景技术：
目前，有一种石油开采井防砂工具，主要由封隔器、充填滑套、充填转换工具构成， 目的是对石油开采井进行砾石充填防砂作业，其为石油开采防砂工艺作出了巨大贡献，但 这种结构的工具同时存在着如下的缺点或不足①只能够进行单层防砂、逐层防砂；②多 层砾石充填防砂时工艺多、程序复杂，如要完成多层如三层的充填作业，则需要按以下步骤 完成射孔底层；下入座封沉砂封隔器；下底层防砂管柱，进行防砂作业；下入堵塞器；射孔 中层；射孔后冲砂、洗井；捞堵塞器；下中层防砂管柱，进行防砂作业；下入堵塞器；射孔上 层；射孔后冲砂、洗井；捞堵塞器；下上层防砂管柱，进行防砂作业；③现场作业需要多次下 入工具，作业周期长，操作者劳动强度大；④耗能多，成本高；⑤防砂作业速度慢。
发明内容
本发明的目的是提供一种一次多层砾石充填方法，采用一趟管柱，一套工具，以自 下而上的顺序进行砾石充填的方式，一次作业进行多层砾石充填防砂施工。本发明的另一个目的是提供一种一次多层砾石充填工具，采用外管柱内安装服务 工具的结构，既能一次管柱完成多层砾石充填作业工艺又能有效地避免或克服上述现有技 术中存在的缺点或不足。本发明所述的一次多层砾石充填方法，包括A步骤下入砾石充填工具，B步骤进 行封隔器座封、验封和C步骤地层砾石充填，其特征在于所述A步骤、B步骤与C步骤依次 进行，A步骤为a)下入一次多层砾石充填工具，下入过程中能实现反循环作业，保证下入 过程中一次多层砾石充填工具自动灌满；b)下入到位后，将插入定位密封和自动导向引鞋 插入到沉砂封隔器中，并通过上提负荷显示确认一次多层砾石充填工具下入到位；B步骤 为c)油管打压10-15MPa，座封顶部封隔器1 ；从套管打压6_8MPa，验封顶部封隔器座封合 格；从套管打压9-11ΜΙ^或正转管柱14-16圈，使座封工具与顶部封隔器丢手；d)座封位于 下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器，将充填转换工具的充填孔提至下油层与中 油层之间隔层处的层间隔离封隔器处，打压10-15MPa，水流从服务工具进入，挤压封隔器胶 筒，座封下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器；下油层与中油层之间隔层处的层 间隔离封隔器座封后，将充填转换工具1的充填孔提出位于下油层与中油层之间隔层处的 层间隔离封隔器上面连接的密封筒，正循环，通过返出状况确认下油层与中油层之间隔层 处的层间隔离封隔器座封是否合格；C步骤为e)自下而上进行地层砾石充填作业，充填下 油层首先定位服务工具，使充填转换二工具的充填孔位于最下一级滑套的孔处，其次，施 加下压负荷，使旋转定位工具处于定位状态，以确保作业过程中一次多层砾石充填工具的 服务工具不移位，此时进行充填作业前的循环测试、阶梯测试和微压裂测试，再其次，携砂水流通过服务工具的充填转换工具的充填孔，经最下一级滑套上的孔进入套管，由射孔段 进入下油层，部分水通过筛管进入外管柱，自底部隔离密封下端孔进入服务工具，经充填转 换工具的双筒体进入服务工具的冲管和中心管之间的环空内，再经座封工具上的返出孔进 入套管与服务工具的环空，建立正循环，对下油层进行充填或高速水充填或压裂充填作业； f)反循环上提服务工具，使充填转换工具的反循环孔位于最下一级滑套处，建立反循环， 由套管打压，水流从座封工具上的返出孔进入服务工具的冲管与中心管之间的环空内，通 过充填转换工具的双筒体到达测压总成，经反循环孔进入外管柱，再经充填孔进入服务工 具内，进行反洗充填砂的作业；重复d)、e)、f)进行座封、验封位于中油层和上油层之间隔 层处的层间隔离封隔器8、充填中油层、反循环作业；重复e)、f)充填上油层和反循环作业。其中，所述封隔器的座封、验封及测试充填和反循环作业是通过变换一次多层砾 石充填工具服务工具的充填转换工具和外管柱的相对位置来实现的座封位于中油层与上 油层之间隔层处的层间隔离封隔器和位于下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器 时，分别将充填转换工具的充填孔处于中油层与上油层之间隔层处的层间隔离封隔器和下 油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器处验封中油层与上油层之间隔层处的层间隔 离封隔器和下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器时，分别将充填转换工具的充填 孔提出中油层和上油层之间隔层处的层间隔离封隔器上面的密封筒和下油层与中油层之 间隔层处的层间隔离封隔器上面的密封筒；充填各层时，使充填转换工具的充填孔位于各 层滑套的孔处；各层反循环时，使充填转换工具的反循环孔位于各层滑套处。所述一次多层 砾石充填工具衬套的密封环与外管柱的衬套密封筒上的下接头相密封，保证套管环空与地 层的隔离，内密封件在作业过程中随时密封服务工具的冲管，保证套管环空与地层的隔离。本发明所述的一次多层砾石充填工具，包括外管柱、服务工具，其特征在于所述服 务工具安装于外管柱内，所述外管柱包括顶部封隔器及其下顺次安装连接的衬套密封筒、 衬套、密封筒、滑套、密封筒、短节、密封筒、短节、筛管、密封筒、层间隔离封隔器、密封筒、滑 套、密封筒、短节、密封筒、短节、筛管、密封筒、层间隔离封隔器、密封筒、滑套、密封筒、短 节、密封筒、短节、筛管、插入定位密封、沉砂封隔器及自动导向引鞋；所述服务工具包括座 封工具及其下依次安装连接的冲管、中心管、充填转换工具、测压总成、旋转定位工具、单向 滑套开关工具、双向滑套开关工具和底部隔离密封。其中，所述服务工具的冲管与中心管间设有一过流的环形空间，服务工具设有一 上下部与外管柱相连通的过流环形空间。所述充填转换工具为双筒体结构，充填转换工具 的上部设有充填孔，下部设有反循环孔，双筒体的内通道与服务工具的中心管相连通，外通 道与服务工具的冲管和中心管间的环形空间相连通。所述的衬套密封筒包括相互连接在一 起的上接头和下接头。所述引鞋上安装有密封环，定位筒上安装有内密封件。所述衬套的 引鞋上端安装的定位锁块的外端与上接头和下接头连接处内腔的凹槽相配合。所述衬套的 引鞋与定位筒之间安装有弹簧。本发明与现有技术相比较具有如下优点1、工艺简单，不需投球，直接座封顶部封隔器，一趟管柱下入即可进行多层防砂作 业施工；2、功能多①逐层座封隔离封隔器并分别充填；②充填作业时，定位工具可承受 下压负荷，防止管柱因压力移位，确保充填作业安全进行，可通过负荷显示准确定位；③任何一层充填时，确保与其他层的隔离，防止完井液漏失；④每一层充填后可进行验充填作 业，根据盲管外砂高计算，若充填效果不好，可进行再次充填；⑤、验充填合格后，关闭滑套， 然后验滑套关闭情况；3、采用新型金属密封环，密封性好，耐磨性高，满足多层作业频繁移动管柱的要 求；4、作业周期短，节省作业时间。
四
图1为本发明的一种实施例结构示意2为按图1所示的充填转换工具结构示意3为按图2所示的A-A向结构示意4为为按图1所示的衬套结构示意5为按图1所示的结构顶部封隔器座封及丢手状态示意6为按图1所示的结构座封位于下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器 状态示意7为按图1所示的结构验封位于下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器 状态示意8为按图1所示的结构充填下油层状态示意9为按图1所示的结构反循环状态示意10为按图1所示的结构充填中油层状态示意11为按图1所示的结构充填上油层状态示意图
五具体实施例方式一种一次多层砾石充填方法，以充填三层为例，包括A步骤下入砾石充填工具，B步骤进行封隔器座封、验封和C步骤地层砾石充填。所述A步骤、B 步骤和C步骤依次进行。A步骤为下入一次多层砾石充填工具，下入过程中能实现反循环 作业，保证下入过程中一次多层砾石充填工具自动灌满；b)下入到位后，将插入定位密封9 和自动导向引鞋11插入到沉砂封隔器10中，并通过上提负荷显示确认一次多层砾石充填 工具下入到位；所述B步骤c)油管打压10-15MPa，座封顶部封隔器1 ；从套管打压6-8MPa， 验封顶部封隔器1座封合格；从套管打压9-llMPa或正转管柱14-16圈，使座封工具12与 顶部封隔器1丢手；d)座封位于下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器8，将充填 转换工具15的充填孔151提至下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器8处，打压 10-15MPa，水流从服务工具进入，挤压封隔器胶筒，座封下油层与中油层之间隔层处的层间 隔离封隔器8 ；下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器8座封后，将充填转换工具15 的充填孔151提出位于下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器8上面连接的密封筒 4，正循环，通过返出状况确认下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器8座封是否合 格；C步骤为e)自下而上进行地层砾石充填作业，充填下油层首先定位服务工具，使充填 转换工具15的充填孔151位于最下一级滑套5的孔处；其次，施加下压负荷，使旋转定位工 具16处于定位状态，以确保作业过程中一次多层砾石充填工具的服务工具不移位，此时进
6行充填作业前的循环测试、阶梯测试和微压裂测试；再其次，携砂水流通过服务工具的充填 转换工具15的充填孔151，经最下一级滑套5的孔进入套管，由射孔段进入下油层，部分水 通过筛管7进入外管柱，自底部隔离密封20下端孔进入服务工具，经充填转换工具15的双 筒体进入服务工具的冲管13和中心管14之间的环空内，再经座封工具12上的返出孔121 进入套管与服务工具的环空，建立正循环，对下油层进行充填或高速水充填或压裂充填作 业；f)反循环上提服务工具，使充填转换工具15的反循环孔152位于最下一级滑套5处， 建立反循环，由套管打压，水流从座封工具12的返出孔121进入服务工具的冲管13与中心 管14之间的环空内，通过充填转换工具15的双筒体到达测压总成16，经反循环孔152进 入外管柱，再经充填孔151进入服务工具内，进行反洗充填砂的作业；重复d)、e)、f)进行 座封、验封位于中油层和上油层之间隔层处的层间隔离封隔器8、充填中油层、反循环作业； 重复e)、f)充填上油层和反循环作业。其中，所述封隔器的座封、验封及测试充填和反循环作业是通过变换一次多层砾 石充填工具服务工具的充填转换工具15和外管柱的相对位置来实现的座封位于中油层 与上油层之间隔层处的层间隔离封隔器8和位于下油层与中油层之间隔层处的层间隔离 封隔器8时，分别将充填转换工具15的充填孔151处于中油层与上油层之间隔层处的层间 隔离封隔器8和下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器8处；验封中油层与上油层 之间隔层处的层间隔离封隔器8和下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器8时，分 别将充填转换工具15的充填孔151提出中油层与上油层之间隔层处的层间隔离封隔器8 上面的密封筒4和下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器8上面的密封筒4 ；充填 各层时，使充填转换工具15的充填孔151位于各层滑套5的孔处；各层反循环时，使充填转 换工具15的反循环孔152位于各层滑套5处。所述一次多层砾石充填工具衬套3的密封 环33与外管柱的衬套密封筒2上的下接头22相密封，保证套管环空与地层的隔离，内密封 件31在作业过程中随时密封服务工具的冲管13，保证套管环空与地层的隔离。参阅图1-图11，一种一次多层砾石充填工具，包括外管柱、服务工具，其特征在于 所述服务工具安装于外管柱内，所述外管柱包括顶部封隔器1及其下顺次安装连接的衬套 密封筒2、衬套3、密封筒4、滑套5、密封筒4、短节6、密封筒4、短节6、筛管7、密封筒4、层 间隔离封隔器8、密封筒4、滑套5、密封筒4、短节6、密封筒4、短节6、筛管7、密封筒4、层 间隔离封隔器8、密封筒4、滑套5、密封筒4、短节6、密封筒4、短节6、筛管7、插入定位密封 9、沉砂封隔器10及自动导向引鞋11 ；所述服务工具包括座封工具12及其上依次安装连接 的冲管13、中心管14、充填转换工具15、测压总成16、旋转定位工具17、单向滑套开关工具 18、双向滑套开关工具19和底部隔离密封20。其中，所述服务工具的冲管13与中心管14间设有一过流的环形空间，服务工具设 有一上下部与外管柱相连通的过流环形空间。所述充填转换工具15为双筒体结构，充填转 换工具15的上部设有充填孔151，下部设有反循环孔152，双筒体的内通道与服务工具的中 心管14相连通，外通道与服务工具的冲管13和中心管14间的环形空间相连通。所述衬套 密封筒2包括相互连接在一起的上接头21和下接头22。所述引鞋35上安装有密封环33， 定位筒37上安装有内密封件31。所述衬套3的引鞋35上端安装的定位锁块32的外端与 上接头21和下接头22连接处内腔的凹槽34相配合。所述衬套3的引鞋35与定位筒37 之间安装有弹簧36。
运行时，以充填三层为例，外管柱连接组合为(1)上油层顶部封隔器1、衬套密封 筒2、衬套3、密封筒4、滑套5、密封筒4、短节6、密封筒4、短节6、筛管7 ；⑵中油层密封 筒4、层隔离封隔器8、密封筒4、滑套5、密封筒4、短节6、密封筒4、短节6、筛管7 ； (3)下油 层密封筒4、层隔离封隔器8、密封筒4、滑套5、密封筒4、短节6、密封筒4、短节6、筛管7、 插入定位密封9、沉砂封隔器10及自动导向引鞋11。服务工具包括座封工具12及其上依 次安装连接的冲管13、中心管14、充填转换工具15、测压总成16、旋转定位工具17、单向滑 套开关工具18、双向滑套开关工具19和底部隔离密封20。
权利要求
1.一种一次多层砾石充填方法，包括A步骤下入砾石充填工具，B步骤进行封隔器 座封、验封和C步骤地层砾石充填，其特征在于所述A步骤、B步骤和C步骤依次进行，A 步骤为a)下入一次多层砾石充填工具，下入过程中能实现反循环作业，保证下入过程中 一次多层砾石充填工具自动灌满；b)下入到位后，将插入定位密封和自动导向引鞋插入到 沉砂封隔器中，并通过上提负荷显示确认一次多层砾石充填工具下入到位；B步骤为c)油 管打压10-15MPa，座封顶部封隔器；套管打压6-8MPa，验封顶部封隔器座封合格；套管打压 9-1 IMI^a或正转管柱14-16圈，使座封工具与顶部封隔器丢手；d)座封位于下油层与中油层 之间隔层处的层间隔离封隔器，将充填转换工具的充填孔提至下油层与中油层之间隔层处 的层间隔离封隔器处，打压10-15MPa，水流从服务工具进入，挤压封隔器胶筒，座封下油层 与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器；下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器座 封后，将充填转换工具的充填孔提出位于下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器上 面连接的密封筒，正循环，确认下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器座封是否合 格；C步骤为e)自下而上进行地层砾石充填作业，充填下油层首先定位服务工具，使充填 转换工具的充填孔位于最下一级滑套的孔处，其次，施加下压负荷，使旋转定位工具处于定 位状态，以确保作业过程中一次多层砾石充填工具的服务工具不移位，同时进行充填作业 前的循环测试、阶梯测试和微压裂测试，再其次，携砂水流通过充填转换工具的充填孔，经 最下一级滑套的孔进入套管，由射孔段进入下油层，部分水通过筛管进入外管柱，自底部隔 离密封下端孔进入服务工具，经充填转换工具的双筒体进入服务工具的冲管和中心管之间 的环空内，再经座封工具上的返出孔进入套管与服务工具的环空，建立正循环，对下油层 进行充填或高速水充填或压裂充填作业；f)反循环上提服务工具，使充填转换工具的反 循环孔位于最下一级滑套处，建立反循环，由套管打压，水流从座封工具上的返出孔进入服 务工具的冲管与中心管之间的环空内，通过充填转换工具的双筒体到达测压总成，经反循 环孔进入外管柱，再经充填孔进入服务工具内，进行反洗充填砂的作业；重复d)、e)、f)进 行座封、验封位于中油层和上油层之间隔层处的层间隔离封隔器8、充填中油层、反循环作 业；重复e)、f)充填上油层和反循环作业。
2.根据权利要求1所述的一次多层砾石充填方法，其特征在于所述封隔器的座封、验 封及测试充填和反循环作业是通过变换一次多层砾石充填工具服务工具的充填转换工具 和外管柱的相对位置来实现的座封位于中油层与上油层之间隔层处的层间隔离封隔器和 位于下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器时，分别将充填转换工具的充填孔处于 中油层与上油层之间隔层处的层间隔离封隔器和下油层与中油层之间隔层处的层间隔离 封隔器处；验封中油层与上油层之间隔层处的层间隔离封隔器和下油层与中油层之间隔层 处的层间隔离封隔器时，分别将充填转换工具的充填孔提出中油层与上油层之间隔层处的 层间隔离封隔器上面的密封筒和下油层与中油层之间隔层处的层间隔离封隔器上面的密 封筒；充填各层时，使充填转换工具的充填孔位于各层的滑套的孔处；各层反循环时，使充 填转换工具的反循环孔位于各层的滑套处。
3.根据权利要求1所述的一次多层砾石充填方法，其特征在于所述一次多层砾石充填 工具衬套的密封环与外管柱的衬套密封筒上的下接头相密封，内密封件在作业过程中随时 密封服务工具的冲管，保证套管环空与地层的隔离。
4.一种一次多层砾石充填工具，包括外管柱、服务工具，其特征在于所述服务工具安装于外管柱内，所述外管柱包括顶部封隔器及其下顺次安装连接的衬套密封筒、衬套、密封 筒、滑套、密封筒、短节、密封筒、短节、筛管、密封筒、层间隔离封隔器、密封筒、滑套、密封 筒、短节、密封筒、短节、密封筒、层间隔离封隔器、密封筒、滑套、密封筒、短节、密封筒、短 节、筛管、插入定位密封、沉砂封隔器及自动导向引鞋；所述服务工具包括座封工具及其下 依次安装连接的冲管、中心管、充填转换工具、测压总成、旋转定位工具、单向滑套开关工 具、双向滑套开关工具和底部隔离密封。
5.根据权利要求4所述的一次多层砾石充填工具，其特征在于所述服务工具的冲管 与中心管间设有一过流的环形空间，服务工具设有一上下部与外管柱相连通的过流环形空 间。
6.根据权利要求4所述的一次多层砾石充填工具，其特征在于所述充填转换工具为双 筒体结构，充填转换工具的上部设有充填孔，下部设有反循环孔，双筒体的内通道与服务工 具的中心管相连通，外通道与服务工具的冲管和中心管间的环形空间相连通。
7.根据权利要求4所述的一次多层砾石充填工具，其特征在于所述的衬套密封筒包括 相互连接在一起的上接头和下接头。
8.根据权利要求4所述的一次多层砾石充填工具，其特征在于所述衬套的引鞋上端安 装的定位锁块的外端与上接头和下接头连接处内腔的凹槽相配合。
9.根据权利要求8所述的一次多层砾石充填工具，其特征在于所述引鞋上安装有密封 环，定位筒上安装有内密封件。
10.根据权利要求4或8所述的一次多层砾石充填工具，其特征在于所述衬套的引鞋与 定位筒之间安装有弹簧。
全文摘要
一次多层砾石充填方法及工具，包括依次进行的A步骤为a)下入一次多层砾石充填工具；b)将插入定位密封和自动导向引鞋插入到沉砂封隔器中；B步骤为c)座封、验封顶部封隔器及丢手；d)座封、验封下层的层间隔离封隔器；C步骤为e)充填下油层；f)反循环；重复d)、e)、f)座封、验封上层的层间隔离封隔器、充填中油层、反循环；重复e)、f)充填上油层、反循环。工具为外管柱内安装服务工具，外管柱有顶部封隔器及其下连接的衬套密封筒、衬套、密封筒、滑套、短节、筛管、层间隔离封隔器、插入定位密封、沉砂封隔器及自动导向引鞋；服务工具有座封工具及其下安装的冲管、中心管、充填转换工具、测压总成、旋转定位工具、单向滑套开关工具、双向滑套开关工具和底部隔离密封。
文档编号E21B33/10GK102134982SQ20111003834
公开日2011年7月27日 申请日期2011年2月11日 优先权日2011年2月11日
发明者吴世运, 王忠禄 申请人:孔利生