压裂防砂管柱及方法与流程

本发明涉及油田油气井开采完井技术领域，尤其涉及一种压裂防砂管柱及方法。

背景技术：

在石油开采领域，特别是针对非均质胶结疏松砂岩油藏开采时，常需要配合压裂作业，在油藏内形成深穿透、高导流能力的裂缝，以提高油井产量。同时，油井出砂是疏松砂岩油藏开采过程中常见的问题，出砂会造成砂埋油层、设备腐蚀和井壁坍塌等一系列危害，直接影响油井的产能和产量。

现有技术在压裂时需要在地层填入大量石英砂或陶粒，压裂后需要进行二次完井下入防砂筛管，以起到防砂的作用。但是，现有技术在压裂完成后返排压裂液时经常存在压裂砂返吐的问题，不仅填砂效果差，还给后期冲砂带来了很多困难。同时，由于非均质疏松砂岩本身存在出砂现象，在压裂后直接进行二次完井下入防砂筛管，重复起下作业会致使井底压力小于地层压力，造成地层井壁坍塌，进而导致筛管无法下入指定位置，起不到防砂效果。

技术实现要素：

本发明提供一种压裂防砂管柱及方法，可以在不进行二次完井的情况下，保证地层不返吐地层砂和压裂砂，实现压裂和防砂一体化。

本发明一方面提供一种压裂防砂管柱，所述压裂防砂管柱包括套管和设置在所述套管内部的油管，所述套管和所述油管之间形成环形空间，所述油管上设置有压裂封隔器，

所述油管底端内部套设有球座和防砂筛管，所述球座螺纹连接在所述防砂筛管的上部，所述油管的底端连接有限位装置，所述限位装置位于所述防砂筛管的下方，所述防砂筛管的长度比储层厚度大20至30米；

所述防砂筛管的顶端设置有母扣，所述限位装置内设置有限位槽；

其中，在投入可溶球击打所述球座时，所述球座带动所述防砂筛管向下运动，直至所述母扣卡设在所述限位槽内；所述防砂筛管到位后，静置48小时，所述可溶球溶解。

本发明实施例提供的压裂防砂管柱，兼顾压裂效果的同时，保证地层不返吐地层砂和压裂砂，可实现压裂和防砂的一体化。由于减少了二次完井下入防砂管柱的作业工序，完井成本降低，同时避免了二次完井重复起下作业导致的地层井壁坍塌的问题。压裂液返排过程中，完全覆盖储层的防砂筛管防止已经进入地层的砂返吐，保证了防砂效果，同时增大了油井过流面积，提高了油井的生产能力。

如上所述的压裂防砂管柱，所述限位装置与所述油管螺纹连接。

如上所述的压裂防砂管柱，所述防砂筛管的底端还设置有管鞋，所述管鞋的侧壁的底部设置有向下延伸的倾斜面，所述倾斜面与所述限位装置抵接。

如上所述的压裂防砂管柱，所述管鞋的外径大于限位装置的内径，防砂筛管的外径不小于限位装置的内径。

如上所述的压裂防砂管柱，所述压裂封隔器的内部设置有丢手机构，所述丢手机构为插入管马牙扣或常规反扣结构。

如上所述的压裂防砂管柱，所述压裂封隔器为双向卡瓦结构，包括上卡瓦和下卡瓦。

如上所述的压裂防砂管柱，所述母扣为所述防砂筛管的顶端向外翻折形成的扣体。

如上所述的压裂防砂管柱，所述防砂筛管为割缝筛管。

如上所述的压裂防砂管柱，所述油管通过顶部的油管挂安置于所述套管内。

本发明实施例提供的压裂防砂管柱，兼顾压裂效果的同时，保证地层不返吐地层砂和压裂砂，可实现压裂和防砂的一体化。由于减少了二次完井下入防砂管柱的作业工序，完井成本降低，同时避免了二次完井重复起下作业导致的地层井壁坍塌的问题。压裂液返排过程中，完全覆盖储层的防砂筛管防止已经进入地层的砂返吐，保证了防砂效果，同时增大了油井过流面积，提高了油井的生产能力。通过投球和打压操作使防砂筛管起到防砂作用，操作简单可靠，容易控制。

本发明另一方面提供一种压裂防砂方法，应用于如上所述的压裂防砂管柱，所述方法包括：

将所述压裂防砂管柱下入到储层，对所述压裂封隔器进行坐封，并进行压裂填砂作业；

在压裂填砂作业完成后，向所述油管内投入可溶球，并对所述油管进行打压操作，以使所述球座带动所述防砂筛管向下运动，直至所述母扣卡设在所述限位槽内，防砂筛管到达目标位置；

所述防砂筛管到位后静置48小时，所述可溶球溶解；

压裂液通过所述油管返排至地面；

通过所述丢手机构将所述压裂封隔器丢手，所述压裂封隔器上部的管柱脱离。

本发明实施例提供的压裂防砂方法，兼顾压裂效果的同时，保证地层不返吐地层砂和压裂砂，可实现压裂和防砂的一体化。由于减少了二次完井下入防砂管柱的作业工序，完井成本降低，同时避免了二次完井重复起下作业导致的地层井壁坍塌的问题。压裂液返排过程中，完全覆盖储层的防砂筛管防止已经进入地层的砂返吐，保证了防砂效果，同时增大了油井过流面积，提高了油井的生产能力。通过投球和打压操作使防砂筛管起到防砂作用，操作简单可靠，容易控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的压裂防砂管柱作业前的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的压裂防砂管柱作业后的整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的压裂防砂管柱作业前的底端局部半剖图；

图4为本发明实施例提供的压裂防砂管柱作业后的底端局部半剖图；

图5为本发明实施例提供的压裂防砂方法流程图。

附图标记：

1-套管；

11-油管挂；

2-油管；

3-压裂封隔器；

31-封隔器上卡瓦；

32-封隔器下卡瓦；

4-防砂筛管；

41-母扣；

5-球座；

6-限位装置；

61-限位槽；

7-管鞋。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考附图并结合具体实施例描述本发明。

本实施例中，图1为本发明实施例提供的压裂防砂管柱作业前的整体结构示意图，图2为本发明实施例提供的压裂防砂管柱作业后的整体结构示意图，图3为本发明实施例提供的压裂防砂管柱作业前的底端局部半剖图，图4为本发明实施例提供的压裂防砂管柱作业后的底端局部半剖图。

参考图1和图2所示，压裂防砂管柱包括套管1和设置在套管1内部的油管2，套管1和油管2之间形成环形空间，油管2上设置有压裂封隔器3；油管2底端内部套设有球座5和防砂筛管4，球座5螺纹连接在防砂筛管4的上部，油管2的底端连接有限位装置6，限位装置6位于防砂筛管4的下方，防砂筛管4的长度比储层厚度大20至30米；防砂筛管4的顶端设置有母扣41，限位装置6内设置有限位槽61；其中，在投入可溶球击打球座5时，球座5带动防砂筛管4向下运动，直至母扣41卡设在限位槽61内；防砂筛管41到位后，静置48小时，可溶球溶解。

本实施例提供的压裂防砂管柱的工作过程为，首先将压裂防砂管柱下入井内，坐封压裂封隔器3，进行压裂作业，在压裂过程中，将支撑剂即压裂砂随着压裂液注入地层；完成压裂填砂工作后，向油管2内投入可溶球，球座5带动防砂筛管4向下运动，直至防砂筛管4顶端的母扣41卡设在限位装置6的限位槽61上；防砂筛管4到位后，静置48小时，可溶球完全溶解；在压差作用下压裂液返排出井口；返排结束后，将压裂封隔器3丢手，压裂封隔器3上部的管柱脱离，即可进行正常生产管柱下入。

投球作业后，限位装置6的限位槽61与防砂筛管4顶端的母扣41卡接，限位装置6起到限制防砂筛管4的位置的作用。可选地，限位装置6的结构可参考常用坐落短节的结构设置。需要说明的是，母扣41和限位槽61的形状相匹配。母扣41和限位槽61的截面形状可以为矩形，也可以为直角梯形或等腰梯形。截面形状为梯形时，母扣41更容易与限位槽61卡接。

本实施例中，在钻井时储层的深度和厚度已知，防砂筛管4需要下入到储层位置，并且防砂筛管4的长度比储层厚度大20至30米，防砂筛管4的长度较储层厚度更长，保证投球作业后防砂筛管4完全覆盖储层，以增大油井的过流面积，提高油井生产能力，同时保证压裂液返排过程中防砂筛管4的防砂效果。

本发明实施例提供的压裂防砂管柱，兼顾压裂效果的同时，保证地层不返吐地层砂和压裂砂，可实现压裂和防砂的一体化；由于减少了二次完井下入防砂管柱的作业工序，完井成本降低，同时避免了二次完井重复起下作业导致的地层井壁坍塌的问题；压裂液返排过程中，完全覆盖储层的防砂筛管防止已经进入地层的砂返吐，保证了防砂效果，同时增大了油井过流面积，提高了油井的生产能力。

下面采用具体的实施例，对各部件的结构进行详细说明。

本实施例中，限位装置6与油管2螺纹连接，且限位装置6与油管2螺纹连接的承压能力大于压裂封隔器3坐封和验封需要的压力。同时，限位装置6与油管2螺纹连接的承压能力大于使球座5和防砂筛管4下落时施加的压力。向球座5内投入可溶球，球座5带动防砂筛管4下落到完全覆盖储层的位置的过程中，需要向油管2内打压，使得防砂筛管4顺利下落到目标位置。因此限位装置6与油管2螺纹连接的承压能力大于使防砂筛管4与球座5下落时施加的压力，以保证在打压使球座5与防砂筛管4下落时，不影响到限位装置6与油管2的连接。

本实施例中，防砂筛管4的底端还设置有管鞋7，管鞋7的侧壁的底部设置有向下延伸的倾斜面，该倾斜面与限位装置6抵接。由于管鞋7的外径大于限位装置6的内径，投球后管鞋7随着防砂筛管4和球座5一起向下运动，倾斜面的设置起到导向作用，可以使得管鞋7更容易挤入限位装置6。需要说明的是，限位装置6的内壁顶部可以设置向外延伸的倾斜面，投球工作前，两个倾斜面配合抵接，限位装置6的倾斜面起到支承管鞋7的作用；投球工作后，相互配合的倾斜面，使得管鞋7更容易挤入并通过限位装置6。

具体地，管鞋7的侧壁的底部向下延伸的倾斜面的倾斜角度可以设置为30°至60°。倾斜角度越大，导向效果越明显，倾斜角度过大，支承稳定性下降。因此，倾斜角度设置在30°至60°的范围内。

本实施例中，管鞋7的外径大于限位装置6的内径，防砂筛管4的外径不小于限位装置6的内径。具体地，将限位装置6由于限位槽61的设置而存在的最小直径定义为限位装置6的内径，管鞋7的外径大于限位装置6的内径，因此，投球作业前，限位装置6支承管鞋7，管鞋7不能通过限位装置6的内径下落。此外，防砂筛管4的外径不小于限位装置6的内径，防砂筛管4的直径越大，可增大油井的过流面积，同时，在球座5带动防砂筛管4下落的过程中，防砂筛管4与限位装置6的内壁存在干涉，需要借助于向油管2内部打压来使防砂筛管4下落，打压操作有利于控制防砂筛管的下落位置。

本实施例中，压裂封隔器3的内部设置有丢手机构(图中未示出)，丢手机构为插入管马牙扣或常规反扣结构。压裂液返排完成后，需要通过丢手机构将压裂封隔器3丢手，压裂封隔器3上部的管柱脱离，然后才可进行正常生产管柱的下入。

在压裂作业过程中，压裂封隔器3可以隔绝油管2与环形空间之间的流体流动和压力传递，起到保护套管1、隔绝非压裂层段的作用。本实施例中，压裂封隔器3为双向卡瓦结构，包括上卡瓦31和下卡瓦32。双向卡瓦封隔器通过旋转管柱、下压或上提活动的操作方式即可实现坐封和解封，操作简单，灵活可靠。当上卡瓦31与下卡瓦32扩张至与套管1的内壁顶抵接触时，压裂封隔器3的胶筒扩张至将压裂封隔器3与套管1之间的环形空间完全密封，完成坐封。坐封后，由于压裂封隔器3双向卡瓦双向锚定，压裂封隔器可以承受上下两个方向的载荷，锚定可靠，能够有效克服油管上下蠕动，提高采油效率。

本实施例中，母扣41为防砂筛管4的顶端向外翻折形成的扣体。需要注意的是，母扣41和限位槽61的形状相匹配。

本实施例中的防砂筛管4为割缝筛管。割缝筛管的管体上切割有细缝，用于将地层砂挡在筛管之外实现防砂，结构简单，成本低。防砂筛管4也可以为其他类型的筛管，例如膨胀筛管等。

本实施例中，油管2通过顶部的油管悬挂器11安置于套管1内。油管悬挂器11是支承油管2并密封油管1和套管2之间的环形空间的装置。油管悬挂器11利用油管2的重力实现密封，便于操作、安全可靠。

本发明实施例提供的压裂防砂管柱，兼顾压裂效果的同时，保证地层不返吐地层砂和压裂砂，可实现压裂和防砂的一体化；由于减少了二次完井下入防砂管柱的作业工序，完井成本降低，同时避免了二次完井重复起下作业导致的地层井壁坍塌的问题；压裂液返排过程中，完全覆盖储层的防砂筛管防止已经进入地层的砂返吐，保证了防砂效果，同时增大了油井过流面积，提高了油井的生产能力。

本发明的另一实施例提供一种压裂防砂方法，应用于如上所述的压裂防砂管柱，图5为本发明实施例提供的压裂防砂方法流程图，参照图5所示，该压裂防砂方法包括：

s101、将所述压裂防砂管柱下入到储层，对所述压裂封隔器进行坐封，并进行压裂填砂作业；

具体地，压裂填砂作业包括向油管2内注入压裂液，使井底地层产生裂缝，继续将支撑剂即压裂砂随着压裂液注入裂缝，支撑剂起到支撑裂缝不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通。

s102、在压裂填砂作业完成后，向所述油管内投入可溶球，并对所述油管进行打压操作，以使所述球座带动所述防砂筛管向下运动，直至所述母扣卡设在所述限位槽内，防砂筛管到达目标位置；

s103、所述防砂筛管到位后静置48小时，所述可溶球溶解；

投球作业前，压裂防砂管柱的状态如图1和图3所示，防砂筛管4与球座5内衬于油管2内，位于限位装置6上方。投球作业并进行打压操作后，压裂防砂管柱的状态如图2和图4所示，防砂筛管4和球座5下落，位于限位装置6下方，防砂筛管4到位后静置48小时，可溶球溶解。防砂筛管4顶端的母扣41与限位装置6的限位槽61卡接，限位装置6不仅限制了防砂筛管4的下落位置，还限制防砂筛管4不能向上运动。球座5带动防砂筛管4向下运动时，由于防砂筛管4和管鞋7的外径大于限位装置6的内径，需要施加压力，使得防砂筛管4和管鞋7挤入并顺利挤过限位装置6。

s104、压裂液通过所述油管返排至地面；

在井内外压力差的作用下，压裂液通过油管2返排出井口，返排过程中，防砂筛管4在限位装置6的作用下不能向上移动，起到了防止压裂砂进入井筒的作用。

s105、通过丢手机构将所述压裂封隔器丢手，所述压裂封隔器上部的管柱脱离。

通过压裂封隔器3内部的插入管马牙扣或常规反扣结构可实现油管2与封隔器3的分离，丢手后压裂封隔器3上部的管柱脱离，即可进行正常油气井生产管柱下入。下部的防砂筛管4留在井下，后期需要更换机采管柱不影响防砂筛管4的作业。

本发明实施例提供的压裂防砂方法，兼顾压裂效果的同时，保证地层不返吐地层砂和压裂砂，可实现压裂和防砂的一体化。由于减少了二次完井下入防砂管柱的作业工序，完井成本降低，同时避免了二次完井重复起下作业导致的地层井壁坍塌的问题。压裂液返排过程中，完全覆盖储层的防砂筛管防止已经进入地层的砂返吐，保证了防砂效果，同时增大了油井过流面积，提高了油井的生产能力。通过投球和打压操作使防砂筛管起到防砂作用，操作简单可靠，容易控制。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。