一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱及方法与流程

文档序号：11429833阅读：469来源：国知局

本发明涉及油井防砂技术领域，特别是一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱及方法。

背景技术：

多层砾石充填防砂技术代表了当代比较先进的防砂工艺，目前拥有该工艺技术的公司主要有国外的四大油服公司，国内胜利油田的几家专业防砂公司，这几家公司的防砂技术基本都属于直井/斜井顶部循环充填防砂工艺，不能实现多层挤压充填防砂作业。水平井多层防砂技术是近几年所开展的高端技术领域，国外四大油服公司，国内几家专业防砂公司都在进行研制，目前所研制的水平井多层防砂管柱都是基于直井/斜井的顶部循环充填防砂工艺技术原理，技术仍不成熟，存在施工层位少，施工难度大，成功率低等问题。水平井底部逆向充填多层防砂技术目前仍然是技术空白，通过科技查新未找到相关记录。

目前随着钻井技术的不断发展，水平井的数量越来越多，水平井的油井防砂显得尤为迫切，特别是水平井多层防砂技术，是目前急需攻克的关键技术。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱及方法，包括挤压充填和循环充填，以满足日益增长的裸眼水平井防砂技术需求。该技术拥有两趟管柱，留井防砂管柱和充填服务管柱，采用底部逆向充填方式，一趟充填服务管柱可实现所有层段砾石充填，充填密实性好，施工层位多，操作简单，可靠性高。该项技术可解决现有防砂管柱无法实现底部逆向充填多层防砂的技术难题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱，包括留井防砂管柱及充填服务管柱；所述留井防砂管柱依次包括：悬挂器、固井套管、裸眼封隔器、滤砂管、反洗套、充填工具、套管、套管短接及引鞋；所述充填服务管柱依次包括：油管、油管短接、顶部皮碗封隔器、夹壁管、底部皮碗封隔器、扩张式封隔器、滑套定位开关工具、喷砂器、导压单向阀及反洗底阀；所述悬挂器密封悬挂在所述固井套管末端；所述反洗套为单向液流通道设计；所述充填工具包括弹簧，所述充填工具内设置有滑套，所述弹簧使所述滑套处于常闭状态，所述滑套定位开关工具可以定位所述留井防砂管柱中的所述充填工具的位置，同时能够打开和关闭所述滑套；所述顶部皮碗封隔器、所述夹壁管及所述底部皮碗封隔器组成的双通道液流系统，所述双通道液流系统包括内外通道，所述内外通道各自独立；所述内通道过充填砂浆，所述外通道过循环滤液及反洗井液；所述导压单向阀具备正向导压功能。

作为一种优选的技术方案，所述悬挂器采用整体式卡瓦设计。

作为一种优选的技术方案，所述裸眼封隔器为遇水遇油胀封封隔器。

作为一种优选的技术方案，所述滑套定位开关工具为弹性棘爪结构；所述充填工具对应所述弹性棘爪结构设置有凹槽；所述滑套定位开关工具的弹性棘爪结构还设计有液流通道，即使所述棘爪处于收缩状态，循环滤液及反洗井液也能够通过所述液流通道。

作为一种优选的技术方案，所述喷砂器包括喷嘴及防护罩；所述喷嘴使所述喷砂器自身具有节流作用，为所述充填服务管柱上部扩张封隔器提供节流压差；所述防护罩使所述喷砂器具有防返溅冲蚀能力；所述喷嘴及所述防护罩均采用硬质合金材料。

本发明还提供了一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂方法，本发明的裸眼水平井底部逆向充填多层防砂方法采用由下往上的充填方式，可完全发挥底部逆向充填防砂的技术优势，充填段长、充填密实性好、施工可靠性高。可一趟充填服务管柱实现所有层位的充填作业，具备挤压充填和循环充填功能。解决了现有技术无法实现的水平井多层挤压充填问题。

本发明应用上述裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱的一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂方法，包括以下步骤：

s1、所述留井防砂管柱随送入管柱下入裸眼水平井中，所述悬挂器座封和丢手后，起出送入管柱；

s2、所述留井防砂管柱中的所述裸眼封隔器在油井中与油水接触，自行膨胀密封，三至五个工作日后，所述裸眼封隔器完全胀封将水平裸眼段分隔成数个独立层位；

s3、下入所述充填服务管柱至最底层位，反洗井一周半；

s4、上所述提充填服务管柱将当前层位的所述充填工具内的所述滑套打开，通过地面悬重指针和管柱下入深度进行校核确认；

s5、正打压座封所述充填服务管柱中的所述底部皮碗封隔器，测试充填通道是否建立；

s6、对当前位层进行砾石充填作业，直至充填结束；

s7、反洗井至洗井液无明显砂砾，上所述提充填服务管柱0.5m使所述充填工具内的滑套关闭，再下放所述充填管柱0.5m，正打压验证所述滑套关闭情况；

s8、上提所述填充服务管柱至下一层位，重复步骤s4、s5、s6及s7；

s9、完成所有层位的砾石填充作业，起出所述充填服务管柱，砾石填充作业结束。

作为一种优选的技术方案，步骤s1中，所述悬挂器座封压力8-10mpa，丢失压力14-16mpa。

作为一种优选的技术方案，步骤s4中，所述充填服务管柱打开所述滑套时，地面悬钟指针在管柱原重基础上增加3-5吨为设计点；此悬重证明已打开滑套。

作为一种优选的技术方案，步骤s5中，正打压所述充填服务管柱座封所述底部皮碗封隔器时，其泵入排量应控制在1.5-2.5m³/min,应使所述套管的闸门处于打开状态。

作为一种优选的技术方案，步骤s6中，砾石充填作业时，先对地层进行酸洗，再进行挤压充填；挤压充填时关闭所述套管上的阀门，将砂浆强行挤入地层孔隙中和微裂缝中，在近井地带形成压实带；挤压充填完成后，打开所述套管上的阀门进行小排量循环充填，将裸眼环空完全充填压实。

由于采用以上技术方案，本发明一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱及方法具有以下优点：（1）可以根据需要将裸眼水平井分成若干段，裸眼封隔器座封简单、密封性能好、有效防止层间窜动；

（2）继承了单一层底部逆向充填的技术优势，结合拖动压裂管柱技术，实现真正意义上的底部逆向充填多层防砂；

（3）管柱配置简单、操作容易，一趟充填服务管柱就可以完成所有层位的充填作业，降低了劳动强度，大大节约了时间和成本；

（4）充填工具中的滑套在充填结束后会自动关闭充填通道，有效防止地层砂回吐的问题；

（5）充填服务管柱中拥有双过液通道，中心通道和夹壁通道。中心通道在挤压和循环充填时过砂浆，夹壁通道在循环充填和反洗井时过滤液，两者相互独立，互不干涉，同时有效阻止循环滤液从其他层位漏失的问题；

（6）可以进行选择性层位充填作业，后续酸化、注汽等增产措施同样可选择性作业；

（7）整趟留井防砂管柱内通径无缩径，方便后续管内措施；

（8）充填过程中，充填服务管柱中的滑套定位开关工具棘爪与充填工具中的特殊凹槽啮合，有效防止充填服务管柱轴向窜动；

(9）具备不动管柱反洗井功能。

附图说明

图1为本发明一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱具体实施方式中留井防砂管柱的结构示意图；

图2为本发明一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱具体实施方式中充填服务管柱的结构示意图；

图3为图1中悬挂器的结构示意图；

图4为图1中充填工具结构示意图；

图5为图1中滑套的结构示意图；

图6为图2中滑套定位开关工具的结构示意图；

图7为图2中喷砂器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本发明一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱的具体结构及应用该裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱的一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂方法。

如图1至图7所示，本发明一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱，包括留井防砂管柱及充填服务管柱。所述留井防砂管柱从上往下依次包括：悬挂器1、固井套管2、裸眼封隔器3、滤砂管4、反洗套5、充填工具6、套管7、套管短接8、引鞋9；所述充填服务管柱从上往下依次包括：油管10、油管短接11、顶部皮碗封隔器12、夹壁管13、底部皮碗封隔器14、扩张式封隔器15、滑套定位开关工具16、喷砂器17、导压单向阀18、反洗底阀19。留井防砂管柱由悬挂器1密封悬挂在固井套管2末端；所述反洗套5为单向液流通道设计；所述充填工具6包括弹簧26，所述充填工具6内还设置有滑套21，所述弹簧26使所述滑套21处于常闭状态，所述滑套定位开关工具16可以定位所述留井防砂管柱中的所述充填工具6的位置，同时能够打开和关闭所述滑套21，本实施例的裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱所述悬挂器1采用整体式卡瓦20设计，对固井套管2的咬合损伤小，悬挂载荷大。悬挂器1整体结构简单、紧凑，座封解封性能稳定可靠。留井防砂管柱防砂层位设计理论上不受限制，但为了保证一趟充填服务管柱的工作稳定性，留井防砂管柱防砂层位设计应不高于12层，若高于12层可通过多趟充填服务管柱施工来确保工具的稳定性。所述充填服务管柱在充填作业前由井口下入，直接下入到留井防砂管柱最底层位，记录下入的深度，地面修井机通过上提下放充填服务管柱，依据管柱悬重表读数来判断充填服务管柱是否下入到位，同时对比充填服务管柱下入深度与设计层位深度是否吻合。充填作业由最底层开始，每施工完一层，上提充填服务管柱至上一层，然后开始当前层位的施工作业，以此重复直至完成所有层位的防砂作业。

留井防砂管柱中的裸眼封隔器使用遇水遇油胀封封隔器3，座封简单，密封段长，密封效果好，可同时封隔多个层位。

留井防砂管柱中的充填工具6，连接于每一层位滤砂管的底端，滑套21处于常闭状态，只有使用所述充填服务管柱中的滑套定位开关工具16才能将充填通道打开。充填作业时砂浆由充填工具充填口排出，经裸眼环空脱砂，滤液进入滤砂管与充填服务管环空，经充填服务管柱特殊的夹壁通道反至井口，从而实现底部逆向充填功能。充填结束后关闭充填工具充填通道，防止地层砂回吐。充填工具中特殊的内凹槽设计有利于滑套定位开关工具的精确定位。

留井防砂管柱中的反洗套5，采用单向液流通道设计，可实现不动管柱反洗井功能，同时为扩张式封隔器提供座封解封场所。

充填服务管柱中由顶部皮碗封隔器12、夹壁管13、底部皮碗封隔器14组成的双通道液流系统，其内外通道各自独立，内通道过充填砂浆，外通道过循环滤液及反洗井液，可有效防止充填循环滤液及反洗井液从其他层位漏失。

充填服务管柱中的滑套定位开关工具16，采用弹性棘爪22结构设计，可有效定位留井防砂管柱中的充填工具6位置；所述留井防砂管柱中的充填工具6对应弹性棘爪结构22设置有凹槽25，所述弹性棘爪能够打开和关闭充填工具中的滑套21，通过地面悬重表来识别判断。所述滑套定位开关工具弹性棘爪设计有液流通道，即使棘爪处于收缩状态，循环滤液及反洗井液也能够通过液流通道。

充填服务管柱中的导压单向阀18，采用导压结构设计，具备正向导压功能，正向导压提供下部封隔器座封压力，阻止砂砾正向运移，防止发生底部沉砂事故。具备反循环功能，允许砂砾反向运移，从而有效洗出井内砂浆。

充填服务管柱中的喷砂器17，采用扣型连接，其抗拉强度大大提高。喷砂器17包括喷嘴23及防护罩24，喷嘴23口径设计，使其自身具有节流作用，为充填服务管柱上部扩张封隔器提供节流压差。防护罩24设计使其具有防返溅冲蚀能力。所述喷嘴及防护罩均采用硬质合金制造，其耐磨性、耐冲蚀性较强，能够满足多层连续作业的工作强度。

本发明提供一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱，包括挤压充填和循环充填，以满足日益增长的裸眼水平井防砂技术需求。该技术拥有两趟管柱，留井防砂管柱和充填服务管柱，采用底部逆向充填方式，一趟充填服务管柱可实现所有层段砾石充填，充填密实性好，施工层位多，操作简单，可靠性高。该项技术可解决现有防砂管柱无法实现底部逆向充填多层防砂的技术难题。

本发明还提供了一种应用该裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱的裸眼水平井底部逆向充填多层防砂方法，所述裸眼水平井底部逆向充填多层防砂方法按如下步骤进行：

s1、所述留井防砂管柱随送入管柱下入裸眼水平井中，所述悬挂器1座封和丢手后，起出送入管柱；

s2、所述留井防砂管柱中的所述裸眼封隔器3在油井中与油水接触，自行膨胀密封，三至五个工作日后，所述裸眼封隔器3完全胀封将水平裸眼段分隔成数个独立层位；

s3、下入所述充填服务管柱至最底层位，反洗井一周半；

s4、上所述提充填服务管柱将当前层位的所述充填工具6内的所述滑套21打开，通过地面悬重指针和管柱下入深度进行校核确认；

s5、正打压座封所述充填服务管柱中的所述底部皮碗封隔器14，测试充填通道是否建立；

s6、对当前位层进行砾石充填作业，直至充填结束；

s7、反洗井至洗井液无明显砂砾，上所述提充填服务管柱0.5m使所述充填工具6内的滑套21关闭，再下放所述充填管柱0.5m，正打压验证所述滑套21关闭情况；

s8、上提所述填充服务管柱至下一层位，重复步骤s4、s5、s6及s7；

s9、完成所有层位的砾石填充作业，起出所述充填服务管柱，砾石填充作业结束。

所述步骤s1中，悬挂器1座封压力8-10mpa，丢失压力14-16mpa。

所述步骤s4中，充填服务管柱打开滑套21时，地面悬钟指针在管柱原重基础上增加3-5吨为设计点。此悬重证明已打开滑套，且充填服务器中的棘爪22与充填工具6凹槽25已经啮合。

所述步骤s5中，正打压充填服务管柱的底部皮碗封隔器14时，其泵入排量应控制在1.5-2.5m³/min,应使套管闸门处于打开状态，时刻注意油管压力、泵入排量、套管排量的变化。若泵入排量不变，油管压力有较为明显的升高后趋于稳定，套管排量明显减少，证明已打开滑套21。

所述步骤s6中，砾石充填作业时，先对地层进行酸洗，在进行挤压充填。挤压充填时关闭套管阀门，将砂浆强行挤入地层孔隙中和微裂缝中，在近井地带形成压实带。挤压充填完成后，打开套管阀门进行小排量循环充填，将裸眼环空完全充填压实。

所述步骤s7中，反洗井是为了将管柱里面的剩余砂砾清洗出来，防止沉砂造成砂卡。上提充填服务管柱0.5m，使充填服务管柱滑套定位开关工具16的弹性棘爪22脱离充填工具6的凹槽25，滑套21在充填工具6的矩形弹簧26的作用下自动关闭。再下放充填服务管柱0.5m，保证充填工具中的滑套处于可验证区域。正打压时，若泵入排量迅速减小，压力迅速蹿升，停泵稳压一段时间，若无明显压降证明滑套已关闭，验套压力6-10mpa。

本发明一种裸眼水平井底部逆向充填多层防砂管柱及方法具有以下优点：（1）可以根据需要将裸眼水平井分成若干段，裸眼封隔器座封简单、密封性能好、有效防止层间窜动；