管外分段砾石充填完井管柱及完井方法与流程

本发明涉及石油工业防砂完井技术领域，特别是涉及管外分段砾石充填完井管柱及完井方法。

背景技术：

石油开发过程中，随着完井技术的进步，在疏松砂岩油藏开采领域，防砂技术由管内防砂向管外防砂完井发展，由全井段笼统防砂向分层段防砂发展，防砂技术难度越来越高。套管外分层段防砂要求工艺操作简单、可靠性高。

中国专利，专利申请号201210534469.4，发明名称“一次多层砾石充填方法”，以及中国专利，申请号:cn201510134953.1，发明名称“热采井分层压裂防砂管柱及其防砂方法”均公开了分层防砂技术，这两种技术在防砂管柱安装与防砂过程中操作复杂，所使用的充填工具可靠性低，特别是所采用的充填滑套在防砂充填前是打开状态，当封隔器密封不良时，充填砂或地层砂会从充填滑套充填通道中进入防砂管柱，易砂卡充填内管柱，因此，这种技术只适用于套管内分层防砂，不适于管外分层段砾石充填防砂。

中国专利，专利申请号cn201610124686.4，发明名称“水平井一次多段裸眼砾石充填防砂完井管柱及方法”，公开了一种套管砾石充填防砂技术，从其工艺过程来看，该技术存在两方面问题，一是充填滑套的开关操作不合理。它是下放服务管柱来打开充填滑套，上提服务管柱去关闭充填滑套。分层充填一般是先充填最下层，逐次向上充填。这项技术下入服务管柱时会先把开关工具经过的充填滑套先打开，再上提关闭，每个滑套都是如些，增加了很多不必要的操作，也容易损伤充填滑套。二是易砂卡管柱。该技术砾石充填完毕后需要上提管柱进行定位后来进行反洗井，在充填过程中一旦出现砂堵，就无法及时洗井，这样就会砂卡管柱，造成作业失败。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，发明了管外分段砾石充填完井管柱及完井方法，该发明防砂充填作业操作简单，管柱提放步骤少，充填工具结构可靠，充填作业不易砂卡，成功率高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

管外分段砾石充填完井管柱，包括防砂外管和充填管柱，充填管柱安装在防砂外管内；各井下工具由套管或油管连接在一起；

防砂外管自上而下顺次连接固定密封外筒和两段以上防砂管总成，每一段所述的防砂管总成包括自上而下顺次连接的管外封隔器、上密封筒、充填滑套、下密封筒、定位短节和防砂管；

所述的充填管柱是双层管柱，其循环外管与充填内管相套装，循环外管自上而下顺次连接开钥匙、上密封短节、充填短节、反循环短节、下密封短节、定位器、关钥匙和底部单向阀，在所述的开钥匙以上于循环外管外还套接密封总成；充填内管与充填短节相连接，充填短节是桥式流道结构，充填短节中心孔横向上设有充填口与充填管柱外部相通，充填内管与充填口相通，充填短节侧孔与充填管柱的环空相通；反循环短节是桥式流道结构，反循环短节中心孔上端设中部单向阀与充填管柱的环空相通，反循环短节中心孔通过反洗口与充填管柱外部相通，反循环短节侧孔与充填管柱的环空相通。

优选实施例，所述的充填滑套包括外壳和内套，所述的内套包括主内套和与其套接的定位套，在定位套外周设置定位凸起，在外壳内壁设置与定位凸起相配合的定位凹槽。

优选实施例，所述的充填滑套包括外壳和内套；所述的内套是筒状双层结构，两层之间设置安全销钉；筒状双层结构的内层是安全内套，开内槽与关内槽分别置于安全内套内孔的上下两端；筒状双层结构的外层包括密封内套和与其相连的定位套，在定位套外周设置定位凸起，在外壳内壁设置与定位凸起相配合的定位凹槽，密封圈套装在密封内套外。

优选实施例，在所述的内套的筒状双层结构的两层之间设置锁紧机构。所述的锁紧机构设置在安全内套和密封内套之间，所述的锁紧机构包括设置于安全内套外周的锁紧螺纹和套在锁紧螺纹上的锁环；所述的密封内套包括短内套和与其连接的压帽，在短内套和压帽连接处内壁上有一环形槽，锁环置于所述的环形槽中。

优选实施例，所述的外壳与主内套之间的环空中设置刮砂筒，刮砂筒与主内套相固定安装。所述的外壳与安全内套之间的环空中设置刮砂筒，刮砂筒与安全内套相固定安装。

管外分段砾石充填完井管柱的完井方法，其步骤是，

a、配管柱：地面配接防砂外管和充填管柱，使上密封筒与下密封筒之间的长度等于上密封短节与下密封短节之间的长度；下密封筒与定位短节之间的长度等于下密封短节与定位器之间的长度；

b、安装防砂外管：防砂外管下到井下油层处，完成管外封隔器坐封；

c、下入充填管柱：充填管柱自防砂外管内下入到最下部一段防砂管总成处；

d、打开充填滑套:使开钥匙位于充填滑套以下；上提充填管柱使开钥匙打开充填滑套，并使定位器位于定位短节以上；

e、充填管柱定位：下放充填管柱使定位器坐于定位短节上完成定位；

f、防砂充填：自充填管柱内顺序泵入前置液、携砂液和顶替液；

g、反洗井：自充填管柱和防砂外管之间的环空中泵入洗井液，洗井液自充填管柱中反出；

h、关闭充填滑套：上提充填管柱使关钥匙到达充填滑套以上，然后下放充填管柱使关钥匙穿过充填滑套从而关闭充填滑套；

i、向上充填：上提充填管柱至上一段防砂管总成，重复步骤d～h，直至完成全部井段充填。

本发明的技术优点在于：

一、充填滑套开关操作简便。本发明的充填管柱合理设置了充填滑套的开关工具“开钥匙”与“关钥匙”的位置，实现了充填滑套的上提打开和下放关闭功能，在充填管柱首次下入过程中防止了充填滑套的无效打开，简化了提放管柱操作。

二、管柱防砂卡。本充填管柱设置了串接的两级桥式流道结构，并在下级桥式流道中心管的上部设置了单向阀，充填管柱与防砂外管配合，实现了充填过程中或充填完成后的即时洗井，有效地防止了砂卡充填管柱。

三、充填滑套结构可靠。①设置的定位凸起和定位凹槽防止了管柱动作过程中意外打开或关闭充填滑套。②充分考虑了砂卡内套的处理措施，将内套设计为双层结构，一旦砂卡密封内套，安全内套还可以正常关闭滑套，防止充填砾石或地层砂进入管内；进一步设置的锁紧机构能够防止起下充填管柱时误操作安全内套。③设置的刮砂筒能够有效清除沉积在充填滑套内壁上的砾石，防止砂卡内套。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1是充填管柱的结构示意图。

图2是防砂外管的结构示意图。

图3是充填管柱安装在防砂外管内达到充填状态时的结构示意图。

图4是充填过程液流流向示意图。

图5是反洗井液流流向示意图。

图6是充填滑套优选实施例一的结构示意图。

图7是充填滑套优选实施例二的结构示意图。

图8是充填滑套优选实施例三的结构示意图。

图9是充填滑套优选实施例四的结构示意图。

图10是刮砂筒的结构示意图。

图11是桥式流道结构示意图。

图12是图11中a-a的剖面图。

具体实施方式

本说明书的叙述说明中，所述的上、下位置关系，与附图中图示的位置关系相同，这也是本发明的工具在直井中应用时的各构件间的相互位置关系。

见图1所示，充填管柱100是双层管柱，其循环外管110与充填内管101相套装，循环外管110自上而下顺次连接开钥匙107、上密封短节108、充填短节109、反循环短节112、下密封短节113、定位器114、关钥匙115和底部单向阀116，在所述的开钥匙107以上部位于循环外管外还套接密封总成106；充填内管101与充填短节109相连接，充填短节109是桥式流道结构，充填短节中心孔横向上设有充填口102与充填管柱100外部相通，充填内管101与充填口102相通，充填短节侧孔与充填管柱100的环空117相通；反循环短节112是桥式流道结构，反循环短节中心孔上端设中部单向阀111与充填管柱100的环空117相通，反循环短节中心孔通过反洗口103与充填管柱100外部相通，反循环短节侧孔与充填管柱100的环空117相通。充填管柱上的各工具之间通过油管104连接。

所述的密封总成106包括滑动内密封105、固定密封121、固定突起122和密封管123。滑动内密封105固定置于密封管123内，固定密封121和固定突起122套在密封管123外且固定安装。开钥匙107以上的循环外管是光滑表面，与滑动内密封105相配合密封，在提放充填管柱时，循环外管的光滑表面长度应能保证在整个充填作业中使滑动内密封105总是处于光滑表面段。

桥式流道结构是一种已有技术，见图11和图12所示，包括侧孔1101、中心孔1102和桥孔1103。对于本发明来说，充填短节109的桥孔就是充填口102，反循环短节112的桥孔就是反洗口103。

适应充填与反洗井工艺需要，底部单向阀116的液流流动方向是由下向上，中部单向阀111的液流流动方向是由上向下。

参见图2所示，防砂外管200自上而下顺次连接固定密封外筒202和两段以上防砂管总成，每一段所述的防砂管总成包括自上而下顺次连接的管外封隔器203、上密封筒204、充填滑套205、下密封筒206、定位短节207和防砂管208。固定密封外筒202包括一段内表光滑的光管和设置在它下部的固定凹槽209。各井下工具由套管201相连接。

防砂管208可以是绕丝筛管、精密滤砂管、预充填筛管等油田常用防砂筛管。

管外封隔器203是已知技术。

定位器114和与之相配合的定位短节，开钥匙107、关钥匙115以及与开关钥匙相配合处的充填滑套205的内槽结构都是已知技术，见中国专利，专利申请号201210534469.4，发明名称“一次多层砾石充填方法”。

参见图3所示，管外分段砾石充填完井管柱，包括防砂外管200和充填管柱100，充填管柱安装在防砂外管内；各井下工具由套管或油管连接在一起。当充填管柱下端下到防砂外管底部时，密封总成106进入固定密封外筒202，固定突起122卡在固定凹槽209内而定位不动，使整个充填作业过程中密封总成106总是卡在固定密封外筒202内，滑动内密封105与循环外管110相滑动密封。

定位器114内有循环轨道结构，通过上提下入管柱来使定位器114坐入定位短节207。

当定位器坐于定位短节上时，上密封短节108、下密封短节113分别密封上密封筒204与下密封筒206，充填口102与充填滑套205相对。

参见图6，所述的充填滑套205包括外壳601和内套603，外壳601上设置循环孔605，在所述的循环孔两侧于外壳和内套之间设置密封圈604。在内套603内孔的上下两端分别设置开内槽602和关内槽606。开内槽602和关内槽606分别与开钥匙107和关钥匙115相配合，开内槽602和关内槽606的槽结构是已知技术。在充填砾石后，在外壳内壁可能会残留砾石，内套可能因此遇卡，这了防止内套遇卡，在外壳和内套之间还可以增设刮砂筒607。为了改进刮砂效果，参见图10，在刮砂筒607的外周设置刮砂片1001，刮砂片可以是圆锥状，也可以是碗状。刮砂筒的材料可以是橡胶或聚四氟乙烯等弹性材料。

为了防止内套603因充填管柱上下提放产生意外开关或移位，给内套增设一个定位机构。参见图7，所述的定位机构由定位凸起和定位凹槽构成。在定位套701外周设置定位凸起703，在外壳601内壁设置与定位凸起703相配合的定位凹槽702。定位凹槽702上下各设一个，分别对应内套的开状态和关状态。主内套704和与其套接的定位套701共同构成了所述的内套603。同样，在主内套704和外壳601之间还可以增设刮砂筒607。

参见图8，为了进一步解决砂卡内套的问题，把内套设计为相互套装的双层筒，两层之间径向上设置安全销钉803；筒状双层结构的内层是安全内套801，开内槽602与关内槽606分别置于安全内套801内孔的上下两端；筒状双层结构的外层包括密封内套802和与其相连的定位套701，在定位套701外周设置定位凸起703，在外壳601内壁设置与定位凸起703相配合的定位凹槽702，密封圈604套装在密封内套802外。同样，在安全内套801和外壳601之间还可以增设刮砂筒607，刮砂筒607与安全内套801相固定套接。

在打开的充填滑套完成充填作业后，关闭内套遇卡时，当下推力超过安全销钉803的抗剪力时，安全销钉803被剪断，安全内套与刮砂筒一起下行，进而关闭充填滑套。

更进一步，参见图9，为了防止安全内套801因充填管柱上下提放产生意外位移，在所述的内套的筒状双层结构的两层之间设置锁紧机构。所述的锁紧机构设置在安全内套801和密封内套802之间，所述的锁紧机构包括设置于安全内套801外周的锁紧螺纹901和套在锁紧螺纹上的锁环903，锁紧螺纹与锁环组成的锁紧机构是已知技术，在油田井下液压式封隔器中常用；所述的密封内套802包括短内套902和与其连接的压帽904，在短内套902和压帽904连接处内壁上有一环形槽，锁环903置于所述的环形槽中。当然，还可以在定位套701与短内套902之间设置环形槽，将锁环置于其中。同样，在安全内套801和外壳601之间还可以增设刮砂筒607，刮砂筒607与安全内套801相固定套接。

本发明的管外分段砾石充填完井管柱的完井方法，其步骤是，

a、配管柱：地面配接防砂外管200和充填管柱100，使上密封筒204与下密封筒206之间的长度等于上密封短节108与下密封短节113之间的长度；下密封筒206与定位短节207之间的长度等于下密封短节113与定位器114之间的长度；

b、安装防砂外管：防砂外管200下到井下油层处，完成管外封隔器203坐封；

c、下入充填管柱：充填管柱100自防砂外管200内下入到最下部一段防砂管总成处；

d、打开充填滑套:使开钥匙107位于充填滑套205以下；上提充填管柱使开钥匙107打开充填滑套205，并使定位器114位于定位短节207以上；

e、充填管柱定位：下放充填管柱使定位器114坐于定位短节207上完成定位；

f、防砂充填：自充填管柱内顺序泵入前置液、携砂液和顶替液；

g、反洗井：自充填管柱和防砂外管之间的环空中泵入洗井液，洗井液自充填管柱中反出；

h、关闭充填滑套：上提充填管柱使关钥匙115到达充填滑套205以上，然后下放充填管柱使关钥匙穿过充填滑套从而关闭充填滑套；

i、向上充填：上提充填管柱至上一段防砂管总成，重复步骤d～h，直至完成全部井段充填。

以上“使上密封筒204与下密封筒206之间的长度等于上密封短节108与下密封短节113之间的长度；下密封筒206与定位短节207之间的长度等于下密封短节113与定位器114之间的长度”所述的长度相等是指所配的管柱长度和工具之间的距离能保证充填作业过程中，上下密封短节各自位于上下密封筒内。

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。