驱动防砂用可开关控制阀的充填转换工具的制作方法

本发明涉及石油开采井裸眼防砂完井工艺及装置，具体地说是驱动防砂用可开关控制阀的充填转换工具。

背景技术：

与单纯的水平井筛管完井相比，在水平井裸眼环空进行充填防砂工艺具有很大的优越性：高渗透性的砾石充填层能够长期保持油井与井筒之间畅通，提高油井供液能力，使油井长期保持高产；在筛管和裸眼环空形成挡砂屏障，有利于减缓或避免筛管堵塞，延长防砂有效期；高强度的砾石充填层可以防止井壁坍塌，保持井壁稳定。在长井段水平井施工中，由于携砂液的滤失，砾石在未充满环空之前就已提前沉降，产生砂桥堵塞，导致充填不完善，防砂效果差，制约了充填防砂技术的推广应用。

为实现长井段水平井的均衡密实充填防砂，出现了分段充填技术，该工艺是将变内径滑套随完井管柱下入井中，通过投入不通直径的球逐级打开滑套，实现分段充填。该技术有以下局限性：(1)受滑套球座尺寸分级排列的影响，分段数量受到限制；(2)球座使得完井管柱内通径减小，后期下作业管柱关闭滑套困难，地层吐砂导致充填防砂失败。

中国专利申请日2013年5月27日，申请号201310200100.4，发明名称“水平井分段砾石充填服务工具”公开了一种充填防砂用可开关控制阀专用工具，使用该工具可以完成可控阀启闭和砾石充填作业，但是存在以下缺陷，(1)无法实现服务工具充填口与充填开关充填口的完全对正，充填时砾石会对工具产生磨蚀；(2)无法实现充填口两端的密封，充填时砾石会流向井内，造成管柱砂卡；(3)充填完成后无法验证充填开关关闭与否，有后期吐砂的风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供驱动防砂用可开关控制阀的充填转换工具，与充填防砂用可开关控制阀配合使用。该工具集开启、关闭可控阀、密封内外管柱、对正内外循环口，循环充填等功能于一体；无需加液压，通过油管的上提下放即可开启、关闭可控阀；一套转换工具可以实现多个可控阀的控制，简化施工步骤，缩短作业时间。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，驱动防砂用可开关控制阀的充填转换工具，包括控制套、外套、内套、中心管，所述控制套下半段外壁套接外套，控制 套下端内壁套接内套，所述外套和内套均开设径向的循环孔，所述外套下端连接外防砂套，所述内套下端连接内防砂套，所述外防砂套和内防砂套之间设置转向体；所述外套上段外壁开设方孔并安装打开爪，所述外套下段外壁开设方孔并安装关闭爪，所述内防砂套下端连接中心管。

所述外套上端连接上胶筒，上胶筒套在控制套上，上胶筒上端为上胶筒座，所述上胶筒座径向开孔并安装扶正块，扶正块内壁与控制套外壁之间设置片弹簧，外套上端开设外锥面与上方的上胶筒开设的内锥面对接；所述中心管外壁套有下胶筒座，下胶筒座外壁套有下胶筒，下胶筒上端开设内锥面与下胶筒座开设的外锥面对接，下胶筒座上端连接外防砂套并对转向体轴向限位，所述下胶筒下端连接卡座。

所述打开爪能够摆动，所述打开爪本体后端两侧有圆柱凸起，前端则凸出外套上段外壁开设的方孔外并且，所述打开爪本体后端两侧圆柱凸起设置有能使打开爪自动复位的扭簧，所述关闭爪同理。

所述打开爪和关闭爪后端两侧圆柱凸起分别通过各自的压板压固在各自的方孔中。

所述控制套上端连接上接头，所述中心管下端连接下接头。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1)使用转换工具启闭可控阀的分段充填工艺解决了现有防砂工艺分段数量受限、完井管柱内通径减少，充填不密实等问题，提高了疏松砂岩油藏长井段水平井的防砂效果；

2)不需要向油管施加液体压力，通过油管的上提下放即可开启、关闭可控阀，操作方便，安全可靠；

3)下入一套转换工具可是控制多个可控阀，实现多段的充填防砂施工，简化施工步骤，缩短作业时间；

4)只有转换工具才能打开可控阀的滑动套，防止作业过程中误开可控阀造成地层吐砂；

5)转换工具集启闭可控阀、密封内外管柱、对正内外循环口、充填循环等功能于一体。

附图说明

图1为本发明驱动防砂用可开关控制阀的充填转换工具的结构示意图；

图2为可控阀的半剖示意图；

图3为分段充填完井管柱示意图；

图4为分段充填服务管柱示意图；

图5为转换工具打开可控阀示意图；

图6为转换工具关闭可控阀示意图；

图7为组合锁紧机构关闭示意图；

图8为组合锁紧机构打开示意图；

图9为定向轨道平面展开图。

图中：1-可控阀，11-上接头，111-上部换向槽，12-定向轨道，13-连接体，14-充填工作筒，141-脱手槽，15-滑套，16-组合锁紧机构，161-外锁环，162-内锁环，163-锁帽，17-下接头，171-下部换向槽。

2-转换工具，21-上接头，22-控制套，23-扶正块，24-片弹簧，25-上胶筒座，26、胶筒，261-上胶筒，262-下胶筒，27-外套，28-压板，29-打开爪，210-扭簧，211-内套，212-关闭爪，213-转向体，214-外防砂套，215-内防砂套，216-中心管，217-下胶筒座，218-卡座，219-下接头。

31-表层套管，32-油层套管，33-分级箍，34-管外封隔器，35-筛管，36-分段封隔器，37-引鞋。

41-油管，42-导向头。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

参阅附图1、2，驱动防砂用可开关控制阀的充填转换工具包括上接头21、控制套22、扶正块23、片弹簧24、上胶筒座25、上胶筒261、下胶筒262、外套27、压板28、打开爪29、扭簧210、内套211、关闭爪212、转向体213、外防砂套214、内防砂套215、中心管216、下胶筒座217、卡座218、下接头219。所述控制套22下半段外壁套接外套27，控制套下端内壁套接内套211，所述外套和内套均开设径向的循环孔，下放控制套可将211内套、22控制套、27外套三层套子的循环口重合建立循环，所述外套下端连接外防砂套214，所述内套下端连接内防砂套215，外防砂套、内防砂套只起到连接和密封作用。所述外防砂套和内防砂套之间设置转向体213；所述外套上段外壁开设方孔并安装打开爪29，所述外套下段外壁开设方孔并安装关闭爪212，所述内防砂套下端连接中心管216。

所述打开爪29包括打开爪本体、转轴、扭簧210，所述打开爪本体后端转动在转轴 上，前端则凸出外套上段外壁开设的方孔外，所述转轴上套设能使打开爪自动复位的扭簧，所述关闭爪同理。所述打开爪和关闭爪分别通过各自的压板28压固在各自的方孔中。所述控制套上端连接上接头21，所述中心管下端连接下接头219。

所述外套上端连接上胶筒261，上胶筒套在控制套22上，上胶筒上端为上胶筒座25，所述上胶筒座径向开孔并安装扶正块23，扶正块内壁与控制套外壁之间设置片弹簧24，外套上端开设外锥面与上方的上胶筒开设的内锥面对接；所述中心管外壁套有下胶筒座217，下胶筒座外壁套有下胶筒262，下胶筒上端开设内锥面与下胶筒座开设的外锥面对接，下胶筒座上端连接外防砂套并对转向体213轴向限位，所述下胶筒下端连接卡座218。

与转换工具配合使用的充填防砂用可开关控制阀，以下简称可控阀，包括上接头11、定向轨道12、连接体13、充填工作筒14、滑动套15、组合锁紧机构16、外锁环161，内锁环162，锁帽163，下接头17。所述充填工作筒上下端分别连接上接头和下接头，所述滑动套套装在充填工作筒内壁，所述充填工作筒、滑动套均开设有循环孔，所述滑动套上设置有组合锁紧机构16。所述上接头、下接头、充填工作筒内壁分别开设上部换向槽111、下部换向槽171和脱手槽141。上部换向槽、下部换向槽对应转换工具的打开爪和关闭爪，是打开爪和关闭爪换向用的；定向轨道对应转换工具的扶正块，是对正专用工具和可控阀二者喷口用的，上接头与充填工作筒之间用连接体13进行连接，所述上接头内壁设置有定向轨道12。所述组合锁紧机构包括锁帽163、内锁环162、外锁环161，所述滑动套开设径向阶梯孔，所述锁帽卡入阶梯孔中，所述充填工作筒开设径向环形盲槽，外锁环径向伸入环形盲槽内，所述锁帽的外侧还嵌入一个内锁环，所述锁帽内侧端设计为锥形面，锥形面伸入滑动套内腔。所述外锁环和内锁环均为c型结构，具有向心环握力。

参阅附图3、4，水平井管外分段充填防砂工艺管柱包括完井管柱和服务管柱两部分。完井管柱包括油层套管32及其依次连接的分级箍33、管外封隔器34、筛管35、可控阀1、分段封隔器36、引鞋37。其中，可控阀至少安装一级，附图1中为3级。服务管柱包括油管41及其依次连接的转换工具2、导向头42。

本发明的具体实施方式如下：完井作业时，首先根据油藏、电测资料优化分段级数，确定分级箍33、管外封隔器34、可控阀1和分段封隔器36的位置，然后按照设计数据将完井管柱下入至指定位置。井口憋压涨封管外封隔器34，继续憋压打开分级箍33，将筛管段以上固井完井。充填作业前先下入涨封管柱，对分段封隔器36进行涨封，实现生 产层段的独立封隔(若使用自膨胀式封隔器可省略此步)。

充填施工时，使用连续油管或普通油管在其底部连接转换工具2，成为服务管柱，下入到完井管柱中。当转换工具2到达可控阀的上部换向槽111时，打开爪29和关闭爪212首先换向为方向朝上；继续下放转换工具2，当转换工具到达下部换向槽171时，由于下部换向槽直径大于打开爪29伸展宽度，并且小于关闭爪212伸展宽度，故打开爪29换向为方向朝下，关闭爪212继续保持方向朝上；此时上提转换工具，若井口悬重会上升，表明关闭爪212卡住滑动套15下端；再次下放转换工具，打开爪29会卡住滑动套15上端而推动滑动套下行；此时，由于外套27的外径与滑动套15的内径的尺寸配合关系，外套27推动锁帽163径向外伸，将外锁环161顶出，滑动套15解锁下行，打开可控阀循环口；下放管柱的同时，控制套22下行，露出转换工具循环口，并且推动内套211、转向体213、胶筒座217下行，压缩下胶筒262座封，上接头21推动上胶筒座25下行，压缩上胶筒261座封，密封循环口两端；由于定向轨道12的导向作用，扶正块23会使得转换工具循环口与可控阀循环孔对正，此时可以开始分段酸洗和充填施工。施工完毕，上提转换工具2，滑动套15上行关闭可控阀循环口，继续上提转换工具2，关闭爪212到达脱手槽141，换向为方向朝下而脱手，此时可以将转换工具2提出可控阀1，同时，外锁环161将滑动套15锁死，完成该段充填防砂施工。重复此步骤，完成其他层段的充填作业。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。