一种侧钻井分层分段固井装置及使用方法与流程

本发明涉及一种油气田侧钻井固井装置及使用方法，特别涉及一种侧钻井分层分段固井装置及使用方法。

背景技术

在油气田的开采过程中，存在着大量的废气井（即没有开采价值的井），而这些井中，附近还存在着好井，存着着大量的未开采的油气层，为了节约资源节约开采费用，于是石油作业方一般会采用侧钻井的方式，而侧钻技术就是在油水井的某一特定深度固定一个斜向器，利用其斜面造斜和导斜作用，用铣锥在套管的侧面开窗，从窗口钻出新井眼，然后下尾管固井的一整套工艺技术。

另外，在众多的侧钻井中，有很多是多层位的，这些多层位的油藏中，其技术参数又经常是各不相同的，如有的层位含水高，有的层位虽然含油高，但是地层能量差，因此，如果能实现分层采油，将是十分必要和有利的事情。

在分层开采的过程中，由于所需用的工具结构比较复杂，这样，就影响了管柱的内通径，而管柱的内径恰恰是石油开采中的一个十分重要的参数，由于采用的是侧钻工艺，这样，侧钻孔的直径就是一个受限的参数，如果再采用传统的方式，即先固井、再分层，那么由于通径小，实施过程中存在着很大的困难。而本发明设计的技术就是为了解决这一问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种侧钻井分层分段固井装置及使用方法，通过在原井套管内下入注灰芯管和丢手循环管柱，通过注灰芯管和丢手循环管柱的配合实现侧钻井的分层分段固井，该装置通过在地面操作打压，即可实现分层注灰固井的功能。

本发明提到的一种侧钻井分层分段固井装置的使用方法，其技术方案是：包括以下步骤：

第一步，在油井的原井套管（47）内，根据测井资料要求，下入定向器（44）进行侧钻井，并继续横向或斜向钻出裸井；然后，在地面组装整个侧钻井分层分段固井装置，直接将整体的侧钻固井管柱、注灰芯管和丢手循环管柱下入裸井内，其中，侧钻固井管柱包括盲堵（1）、固井注灰短节（2）、第一固井油管（11）、第一机械开关（12）、第一液压开关（14）和第一信号开关（18）、第二固井油管（27）、第二机械开关（31）、第二液压开关（32）和第二信号开关（33）和顶部斜固井油管，各个油层通过自封、遇水膨胀橡胶、k344封隔器进行分隔，此时，第一注灰口（4）和第一循环孔（6），以及第二注灰口（23）、第二循环孔（24）和顶层注灰口和顶层循环孔分别处于关闭状态；

第二步，通过注灰芯管（46）向下打压，将座封密封塞（16）打落，使其掉入灰浆注入器（7）的底部，从而将座封密封塞（16）阻隔的第一注灰口（4）打开，然后，在地面操作，通过注灰芯管（46）将灰浆慢慢注入并通过第一注灰口（4）注入到地层中，形成第一注灰层，当地表的压力升至设计压力值15—25mpa时，停止注灰，并通过注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45）之间的环空进行反洗井，将注灰芯管清洗干净，直至地面的出液口为清水为止，即完成第一注灰层的注灰工序；

第三步，当第一注灰层的注灰工序完成后，在地面向注灰芯管内投入小钢球，小钢球顺着注灰芯管落入到小密封球座（26）上，将小密封球座（26）坐封，再进行打压，此时，连接小密封球座的注灰剪钉被剪断，从而使小密封球座（26）下落至右下方的限位块上，将阻隔的第二注灰口（23）开启，此时，由于第二注灰口（23）右侧设有第一分层用自封（19）、第一分层用遇水膨胀自封（20）和第一分层用k344封隔器（21），第二注灰口（23）左侧设有第二分层用自封（28）、第二分层用遇水膨胀橡胶（29）和第二分层用k344封隔器（30）；所以，通过地面注入的灰浆通过注灰芯管（46）经过第二注灰口（23）注入到第二注灰层中，当地表的压力升至设计压力值15—25mpa时，停止注灰，并通过注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45）之间的环空进行反洗井，将注灰芯管清洗干净，直至地面的出液口为清水为止，即完成第二注灰层的注灰工序；

第四步，当第二注灰层的注灰工序完成后，再从地面向注灰芯管内投入大钢球，大钢球顺着注灰芯管落入到大密封球座（38）上，将大密封球座（38）坐封，再进行打压，此时，连接答复密封球座的顶层剪钉被剪断，从而使大密封球座（38）下落至右下方的限位块上，将阻隔的顶层注灰口开启；此时，由于顶层注灰口右侧设有第二分层用自封（28）、第二分层用遇水膨胀橡胶（29）和第二分层用k344封隔器（30），顶层注灰口的左侧设有第三分层用自封（34）、第三分层用遇水膨胀橡胶（35）和第三分层用k344封隔器（36）；所以，通过地面注入的灰浆通过注灰芯管（46）经过顶层注灰口注入到第三注灰层中，当地表的压力升至设计压力值15—25mpa时，停止注灰，并通过注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45）之间的环空进行反洗井，将注灰芯管清洗干净，直至地面的出液口为清水为止，即完成第三注灰层的注灰工序；

第五步，当注灰完成后，进行丢手操作，通过在地面井口上提注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45），将其提出原井套管（47），完成分层分段固井施工。

优选的，在上提注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45）的操作中，由于丢手循环管柱（45）的最右端连接有注灰密封滑套（3），上提后，剪断加力剪钉（52），注灰密封滑套（3）沿着固井进灰短节（2）内壁的限位凹槽移动，并通过支持环（53）与预留槽a配合，从而锁紧注灰密封滑套（3），并将第一注灰口（4）和第一循环孔（6）关闭；同理，剪断了注灰剪钉（25），也将第二注灰口（23）和第二循环孔（24）关闭；同理，关闭了顶层注灰口和顶层循环孔。

优选的，在上提注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45）的操作中，丢手循环管柱（45）带动过流连接套（15）移动，过流连接套（15）通过液压开关加力剪钉（59）带动程序开启套（13）移动，从而打开第一液压开关（14）的换向孔（56）、进液孔（57）和平衡孔（58），并且程序开启套（13）通过支撑环（60）将程序开启套（13）固定在液压开关中心管（55）的左侧，实现第一液压开关（14）的开启，同理，开启第二液压开关和顶层液压开关，便于后续分层采油操作；

优选的，在上提注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45）的操作中，丢手循环管柱（45）带动密封滑套（49）移动，进而将第一机械开关（12）的开启环（50）打开，同理，开启第二机械开关。

优选的，侧钻固井管柱的盲堵（1）的左端通过固井注灰短节（2）连接第一固井油管（11），第一固井油管（11）的外侧设有由右到左依次安设自封（8）、遇水膨胀橡胶（9）和k344封隔器（10），且第一固井油管（11）上设有第一注灰口（4）和第一循环孔（6）；第一固井油管（11）的上端依次连接第一机械开关（12）、第一液压开关（14）和第一信号开关（18），第一信号开关（18）的左端连接第二固井油管（27），且第二固井油管（27）的外侧依次安装有第一分层用自封（19）、第一分层用遇水膨胀自封（20）和第一分层用k344封隔器（21），且在第二固井油管（27）中部设有第二注灰口（23）和第二循环孔（24），第二固井油管（27）的左端部依次连接第二机械开关（31）、第二液压开关（32）和第二信号开关（33），第二信号开关（33）的左端部连接顶部斜固井油管，且顶部斜固井油管的右端外壁依次设有第三分层用自封（34）、第三分层用遇水膨胀橡胶（35）、第三分层用k344封隔器（36），顶部斜固井油管的中部设有顶层注灰口和顶层循环孔，顶部斜固井油管的左端连接到原井套管（47），从而形成侧钻固井管柱。

优选的，上述的丢手循环管柱（45）通过原井套管（47）、悬挂器（43）和定向器（44）下入侧钻固井管柱内腔，且丢手循环管柱（45）的右端部连接多个注灰密封滑套，实现配合关闭第一注灰口（4）和第一循环孔（6），以及第二注灰口（23）、第二循环孔（24）和顶层注灰口和顶层循环孔。

本发明的有益效果是：本发明利用侧钻井的裸孔，将液压开关、信号开关和机械开关等直接在固井的过程中，添加到到侧钻井的井身上，从而使侧钻井固井管柱具备了分层采油的功能；而本发明依次对井下部、井中部、井中上部逐级注灰固井，实现分层注灰固井；分层分段固井完成后，通过上提注灰芯管和丢手循环管柱即可将液压开关、信号开关和机械开关就位，便于后续的分层采油。另外，为了安全，本发明设计了三级并行的封隔方式，即采用自封、遇水膨胀橡胶、k344封隔器，通过液压的方式可以使k344封隔器座封，遇水膨胀橡胶则是在下入井下后会遇到水而膨胀进一步实现封隔，从而保证了各个油层的独立操作，保证了固井后的分层采油的安全操作。再者，本发明采用的工艺可以通过地面简单的投入钢球、打压即可实现多个油层的分层分段固井，通过上提注灰芯管和丢手循环管柱即可将液压开关、信号开关和机械开关就位，便于后续的分层采油，整个工艺和操作简单，便于实施，而且解决了侧钻孔的直径受限的问题。

附图说明

附图1是本发明的左半部分的结构示意图；

附图2是本发明的右半部分的结构示意图；

附图3是灰浆注入器的结构示意图；

附图4是液压开关的结构示意图；

附图5是机械开关的结构示意图；

上图中：盲堵（1）、固井注灰短节（2）、注灰密封滑套（3）、第一注灰口（4）、密封胶圈（5）、循环孔（6）、灰浆注入器（7）、自封（8）、遇水膨胀橡胶（9）、k344封隔器（10）、固井油管（11）、第一机械开关（12）、程序开启套（13）、第一液压开关（14）、过流连接套（15）、座封密封塞（16）、注灰芯管（17）、第一信号开关（18）、第一分层用自封（19）、第一分层用遇水膨胀自封（20）、第一分层用k344封隔器（21）、第一分层用灰浆注入器（22）、第一分层用注灰口（23）、第一分层用循环孔（24）、第一分层用注灰剪钉（25）、小密封球座（26）、第二固井油管（27）（27）、第二分层用自封（28）、第二分层用遇水膨胀橡胶（29）、第二分层用k344封隔器（20）、第二机械开关（31）、第二液压开关（32）、第二信号开关（33）、第三分层用自封（34）、第三分层用遇水膨胀橡胶（35）、第三分层用k344封隔器（36）、顶层注灰器（37）、大密封球座（38）、顶层滑套（39）、顶层遇水膨胀橡胶（40）、顶层k344封隔器（41）、顶层自封（42）、悬挂器（43）、定向器（44）、丢手循环管柱（45）、注灰芯管（46）、原井套管（47）、机械开关本体（48）、密封滑套（49）、开启环（50）、关闭环（51）、加力剪钉（52）、支持环（53）、注灰剪钉（54）、液压开关中心管（55）、换向孔（56）、进液孔（57）、平衡孔（58）、液压开关加力剪钉（59）、支撑环（60）。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

参照附图1和2，本发明提到的一种侧钻井分层分段固井装置，其技术方案是：包括盲堵（1）、固井注灰短节（2）、注灰密封滑套（3）、第一注灰口（4）、密封胶圈（5）、第一循环孔（6）、第一灰浆注入器（7）、自封（8）、遇水膨胀橡胶（9）、k344封隔器（10）、第一固井油管（11）、第一机械开关（12）、程序开启套（13）、第一液压开关（14）、过流连接套（15）、座封密封塞（16）、注灰芯管（17）、第一信号开关（18）、第一分层用自封（19）、第一分层用遇水膨胀自封（20）、第一分层用k344封隔器（21）、分层用灰浆注入器（22）、第二注灰口（23）、第二循环孔（24）、第一分层用注灰剪钉（25）、小密封球座（26）、第二固井油管（27）、第二分层用自封（28）、第二分层用遇水膨胀橡胶（29）、第二分层用k344封隔器（30）、第二机械开关（31）、第二液压开关（32）、第二信号开关（33）、第三分层用自封（34）、第三分层用遇水膨胀橡胶（35）、第三分层用k344封隔器（36）、顶层注灰器（37）、大密封球座（38）、顶层滑套（39）、顶层遇水膨胀橡胶（40）、顶层k344封隔器（41）、顶层自封（42）、悬挂器（43）、定向器（44）、丢手循环管柱（45）、注灰芯管（46）、原井套管（47），所述盲堵（1）的左端通过固井注灰短节（2）连接第一固井油管（11），第一固井油管（11）的外侧设有由右到左依次安设自封（8）、遇水膨胀橡胶（9）和k344封隔器（10），且第一固井油管（11）上设有第一注灰口（4）和第一循环孔（6）；第一固井油管（11）的上端依次连接第一机械开关（12）、第一液压开关（14）和第一信号开关（18），第一信号开关（18）的左端连接第二固井油管（27），且第二固井油管（27）的外侧依次安装有第一分层用自封（19）、第一分层用遇水膨胀自封（20）和第一分层用k344封隔器（21），且在第二固井油管（27）中部设有第二注灰口（23）和第二循环孔（24），第二固井油管（27）的左端部依次连接第二机械开关（31）、第二液压开关（32）和第二信号开关（33），第二信号开关（33）的左端部连接顶部斜固井油管，且顶部斜固井油管的右端外壁依次设有第三分层用自封（34）、第三分层用遇水膨胀橡胶（35）、第三分层用k344封隔器（36），顶部斜固井油管的中部设有顶层注灰口和顶层循环孔，顶部斜固井油管的左端连接到原井套管（47），从而形成侧钻固井管柱；

所述的丢手循环管柱（45）通过原井套管（47）、悬挂器（43）和定向器（44）下入侧钻固井管柱内腔，且丢手循环管柱（45）的右端部连接多个注灰密封滑套，实现配合关闭第一注灰口（4）和第一循环孔（6），以及第二注灰口（23）、第二循环孔（24）和顶层注灰口和顶层循环孔；

在丢手循环管柱（45）的内腔设有注灰芯管（46），在注灰芯管（46）的右端部设有座封密封塞（16），通过打压可以将其推到右端部，从而打开第一注灰口（4）和第一循环孔（6），并对第一层注灰固井；在注灰芯管（46）的中部设有第一分层用注灰剪钉（25）和小密封球座（26），通过投入小钢球可以将小密封球座（26）座封，打压将第一分层用注灰剪钉（25）剪断，从而将小密封球座（26）推至右端的限位块处，从而开启第二注灰口（23）、第二循环孔（24），并对第二层注灰固井；并且所述注灰芯管（46）位于顶部斜固井油管处的位置设有大密封球座（38），投入大钢球后打压，将大密封球座（38）推至右侧，从而开启顶层注灰口和顶层循环孔，并对顶层注灰固井，进而实现分层注灰和固井。

需要说明的是，本发明的水平方向的长度较长，因此，提交附图时将其分解为图1和图2，而在正常使用时，需要将图1和图2组合在一起，即为整体的装置图。

参照附图3，本发明的固井注灰短节（2）的右端部内壁设有限位凹槽，限位凹槽内安装有注灰密封滑套（3），所述的注灰密封滑套（3）通过加力剪钉（52）与第一灰浆注入器（7）连接，所述第一灰浆注入器（7）的通孔一侧与固井注灰短节（2）相对应，另一侧与注灰芯管（46）的注灰通孔相对应。

优选的，上述的注灰芯管（46）内壁通过注灰剪钉（54）连接座封密封塞（16），通过座封密封塞（16）的外壁将注灰芯管（46）的注灰通孔遮挡；所述座封密封塞（16）的左端部设有球座，通过投入小钢球可以座封在球座上。

其中，固井注灰短节（2）的内壁设有预留槽a，所述注灰密封滑套（3）的右侧外壁设有支持环（53），在注灰密封滑套（3）向左移动后，通过支持环（53）与预留槽配合，从而将注灰密封滑套（3）紧贴在固井注灰短节（2）的内壁，并将第一注灰口（4）关闭。

参照附图4，本发明的第一液压开关（14）包括液压开关中心管（55）、换向孔（56）、进液孔（57）、平衡孔（58）、液压开关加力剪钉（59）、支撑环（60）、预留槽a，在液压开关中心管（55）的右侧依次设有换向孔（56）、进液孔（57）和平衡孔（58），在液压开关中心管（55）的左侧设有预留槽a，所述换向孔（56）、进液孔（57）和平衡孔（58）的内侧通过程序开启套（13）遮挡，且所述程序开启套（13）的左端设有支撑环（60），支撑环（60）的右侧设有加力剪钉（52），通过加力剪钉（52）将程序开启套（13）与过流连接套（15）连接，所述过流连接套（15）固定在丢手循环管柱（45）的外壁，在丢手循环管柱（45）向外上提时，利用过流连接套（15）带动程序开启套（13）上提移动，并打开换向孔（56）、进液孔（57）和平衡孔（58）。

其中，进液孔（57）的孔径大于换向孔（56）的孔径，换向孔（56）的孔径大于平衡孔（58）的孔径。

另外，需要说明的是：第二液压开关32和顶层的液压开关的结构与第一液压开关相同。

参照附图5，本发明的第一机械开关（12）包括机械开关本体（48）、密封滑套（49）、开启环（50）、关闭环（51），所述机械开关本体（48）的两端设有连接头，且两个连接头之间的机械开关本体设有大直径限位腔，大直径限位腔上设有出液孔和预留槽c，在所述大直径限位腔的内侧安装密封滑套（49），在密封滑套（49）的外壁设有开启环（50）和关闭环（51），开启环（50）和关闭环（51）通过与预留槽c的配合，实现出液孔的开启与关闭。另外，第二机械开关31和顶层的机械开关的结构与第一机械开关的结构相同，不再详述。

另外，参照附图1，在注灰芯管（46）的中部设有小密封球座（26），所述注灰芯管（46）位于顶部斜固井油管处的位置设有大密封球座（38），所述大密封球座（38）的内径大于小钢球的外径，小钢球可以顺利通过大密封球座（38）落入到小密封球座（26）上。

另外，第一信号开关（18）和第二信号开关（33）采用单流阀，用于限制地层压力。

本发明提到的侧钻井分层分段固井装置的使用方法，包括以下步骤：

1、第一步，在油井的原井套管（47）内，根据测井资料要求，下入定向器（44）进行侧钻井，并继续横向或斜向钻出裸井；然后，在地面组装整个侧钻井分层分段固井装置，直接将整体的侧钻固井管柱、注灰芯管和丢手循环管柱下入裸井内，其中，侧钻固井管柱包括盲堵（1）、固井注灰短节（2）、第一固井油管（11）、第一机械开关（12）、第一液压开关（14）和第一信号开关（18）、第二固井油管（27）、第二机械开关（31）、第二液压开关（32）和第二信号开关（33）和顶部斜固井油管，各个油层通过自封、遇水膨胀橡胶、k344封隔器进行分隔，此时，第一注灰口（4）和第一循环孔（6），以及第二注灰口（23）、第二循环孔（24）和顶层注灰口和顶层循环孔分别处于关闭状态；

2、第二步，通过注灰芯管（46）向下打压，将座封密封塞（16）打落，使其掉入灰浆注入器（7）的底部，从而将座封密封塞（16）阻隔的第一注灰口（4）打开，然后，在地面操作，通过注灰芯管（46）将灰浆慢慢注入并通过第一注灰口（4）注入到地层中，形成第一注灰层，当地表的压力升至设计压力值15—25mpa时，停止注灰，并通过注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45）之间的环空进行反洗井，将注灰芯管清洗干净，直至地面的出液口为清水为止，即完成第一注灰层的注灰工序；

3、第三步，当第一注灰层的注灰工序完成后，在地面向注灰芯管内投入小钢球，小钢球顺着注灰芯管落入到小密封球座（26）上，将小密封球座（26）坐封，再进行打压，此时，连接小密封球座的注灰剪钉被剪断，从而使小密封球座（26）下落至右下方的限位块上，将阻隔的第二注灰口（23）开启，此时，由于第二注灰口（23）右侧设有第一分层用自封（19）、第一分层用遇水膨胀自封（20）和第一分层用k344封隔器（21），第二注灰口（23）左侧设有第二分层用自封（28）、第二分层用遇水膨胀橡胶（29）和第二分层用k344封隔器（30）；所以，通过地面注入的灰浆通过注灰芯管（46）经过第二注灰口（23）注入到第二注灰层中，当地表的压力升至设计压力值15—25mpa时，停止注灰，并通过注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45）之间的环空进行反洗井，将注灰芯管清洗干净，直至地面的出液口为清水为止，即完成第二注灰层的注灰工序；

4、第四步，当第二注灰层的注灰工序完成后，再从地面向注灰芯管内投入大钢球，大钢球顺着注灰芯管落入到大密封球座（38）上，将大密封球座（38）坐封，再进行打压，此时，连接答复密封球座的顶层剪钉被剪断，从而使大密封球座（38）下落至右下方的限位块上，将阻隔的顶层注灰口开启；此时，由于顶层注灰口右侧设有第二分层用自封（28）、第二分层用遇水膨胀橡胶（29）和第二分层用k344封隔器（30），顶层注灰口的左侧设有第三分层用自封（34）、第三分层用遇水膨胀橡胶（35）和第三分层用k344封隔器（36）；所以，通过地面注入的灰浆通过注灰芯管（46）经过顶层注灰口注入到第三注灰层中，当地表的压力升至设计压力值15—25mpa时，停止注灰，并通过注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45）之间的环空进行反洗井，将注灰芯管清洗干净，直至地面的出液口为清水为止，即完成第三注灰层的注灰工序；

5、第五步，当注灰完成后，进行丢手操作，通过在地面井口上提注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45），将其提出原井套管（47），完成分层分段固井施工。

6、其中，在上提注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45）的操作中，由于丢手循环管柱（45）的最右端连接有注灰密封滑套（3），上提后，剪断加力剪钉（52），注灰密封滑套（3）沿着固井进灰短节（2）内壁的限位凹槽移动，并通过支持环（53）与预留槽a配合，从而锁紧注灰密封滑套（3），并将第一注灰口（4）和第一循环孔（6）关闭；同理，剪断了注灰剪钉（25），也将第二注灰口（23）和第二循环孔（24）关闭；同理，关闭了顶层注灰口和顶层循环孔；

7、在上提注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45）的操作中，丢手循环管柱（45）带动过流连接套（15）移动，过流连接套（15）通过液压开关加力剪钉（59）带动程序开启套（13）移动，从而打开第一液压开关（14）的换向孔（56）、进液孔（57）和平衡孔（58），并且程序开启套（13）通过支撑环（60）将程序开启套（13）固定在液压开关中心管（55）的左侧，实现第一液压开关（14）的开启，同理，开启第二液压开关和顶层液压开关，便于后续分层采油操作；

8、在上提注灰芯管（46）和丢手循环管柱（45）的操作中，丢手循环管柱（45）带动密封滑套（49）移动，进而将第一机械开关（12）的开启环（50）打开，同理，开启第二机械开关。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。