砾石填充装置及砾石填充方法与流程

本发明涉及油田开采技术领域，特别涉及一种砾石填充装置及砾石填充方法。

背景技术：

水平井裸眼砾石充填技术作为较先进的防砂方法之一，已成为疏松砂岩油藏水平井完井的主导工艺技术。该技术实现了水平井段最大程度的泄流面积，有效起到防砂作用，并对井壁提供有力支撑，实现油井长期高效的开发。

但是，对于长度较长的水平井段(例如，长度大于400米)，传统的笼统充填方式很难将砾石充填层充填密实，极易出现砾石充填率低、防砂效果差和防砂寿命短的问题。因此，目前目前亟需一种能够提高砾石充填效率、防砂效果和防砂寿命的砾石填充装置。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种砾石填充装置及砾石填充方法。可以解决现有技术的对于长度较长的水平井段进行砾石填充时，极易出现砾石充填率低、防砂效果差和防砂寿命短的问题，所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种砾石填充装置，包括：

填充外管柱，所述填充外管柱包括：第一套管串、多个填充组件和第一导向组件，所述多个填充组件依次连接，且位于所述第一套管串和所述第一导向组件之间，所述第一套管串与所述第一导向组件均与一个所述填充组件连接，每个所述填充组件包括：依次连接的封隔器、筛管和第一填充结构，在任意两个相邻的填充组件中，前一个填充组件中的第一填充结构与后一个填充组件中的封隔器连接；

多个填充内管柱，所述多个填充内管柱与所述多个填充组件一一对应，每个所述填充内管柱包括：依次连接的第二套管串、第二填充结构和第二导向组件；

其中，所述填充外管柱用于下入待填充的水平井段，并通过每个所述填充组件中的封隔器与所述水平井段的内壁抵接；

对于每个所述填充内管柱：

所述填充内管柱用于穿过所述第一套管串，并在所述第二填充结构与对应的填充组件中的第一填充结构对接后，和所述水平井段连通；

所述填充内管柱还用于通过所述第二套管串注入含有砾石的砂浆，并通过所述第二填充结构与对应的填充组件中的第一填充结构，将所述砂浆中的砾石填充在所述水平井段的内壁与所述填充外管柱之间的第一环空内。

可选的，每个所述第一填充结构包括：填充外筒、填充滑套和弹性元件，所述填充外筒的侧壁上设置有多个第一填充孔，所述填充滑套的内壁上设置有第一台阶结构，所述填充滑套与所述弹性元件均设置在所述填充外筒内，所述填充滑套的第一端与所述填充外筒的第一端抵接，所述填充滑套的第二端与所述弹性元件的第一端连接，所述弹性元件的第二端与所述填充外筒的第二端连接；

每个所述填充内管柱中的第二填充结构包括：填充管，所述填充管的侧壁上设置有第二台阶结构，以及与所述多个第一填充孔一一对应的多个第二填充孔；

其中，在每个所述填充内管柱中，在所述第二填充结构中的第二台阶结构与对应的填充组件中的第一填充结构的第一台阶结构抵接后，所述填充组件中的填充滑套能够在所述弹性元件的收缩方向上移动，以使每个所述第二填充孔与对应的第一填充孔连通。

可选的，所述多个填充组件中的每个填充滑套的最小内径，沿从所述第一套管串至所述第一导向组件的方向依次减小；

在所述多个填充组件中，沿从所述第一套管串至所述第一导向组件的方向，前一个填充组件中的最小内径，大于与后一个填充组件对应的填充内管柱的最大外径。

可选的，所述弹性元件包括多个压缩弹簧，每个压缩弹簧的第一端与所述填充滑套的第二端连接，每个所述压缩弹簧的第二端与所述填充外筒的第二端连接。

可选的，每个所述第一填充孔与每个所述第二填充孔的直径均为：5～10毫米。

可选的，所述多个填充组件的个数为：2～5个。

可选的，所述封隔器包括：遇水膨胀橡胶。

可选的，每个所述填充组件中的筛管具有多个筛孔，每个所述筛孔的直径为0.15～0.25毫米。

可选的，所述第一导向组件的形状与所述第二导向组件的形状均为：半圆球形或圆锥形。

第二方面，提供了一种砾石填充方法，所述方法应用于第一方面任一所述的砾石填充装置，所述方法包括：

将所述填充外管柱下入待填充的水平井段；

在每个所述填充组件中的封隔器与所述水平井段的内壁抵接后，对所述填充外管柱与所述水平井段的内壁之间形成的第一环空进行砾石填充；

其中，所述第一环空包括：与所述多个填充内管柱一一对应的多个子环空，对所述第一环空进行砾石填充，包括：

依次对每个所述子环空进行砾石填充，其中，对每个所述子环空进行砾石填充包括：

采用对应的填充内管柱穿过所述第一套管串，并在所述第二填充结构与对应的填充组件中的第一填充结构对接后，和所述水平井段连通；

填充内管柱通过所述第二套管串注入含有砾石的砂浆，并通过所述第二填充结构与对应的填充组件中的第一填充结构，将所述砂浆中的砾石填充在所述子环空内。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

该砾石填充装置包括：填充外管柱和多个填充内管柱。该填充外管柱包括：第一套管串、多个填充组件和第一导向组件，该多个填充组件与多个填充内管柱一一对应，每个填充组件包括：封隔器、筛管和第一填充结构；每个填充内管柱包括：第二套管串、第二填充结构和第二导向组件。在填充外管柱下入水平井段后，每个填充组件中的封隔器能够与水平井段的内壁抵接，多个封隔器可以将水平井段的内壁与填充外管柱之间的第一环空分割为多个子环空，该多个子环空与多个填充内管柱一一对应，分别采用与每个子环空对应的填充内管柱对子环空进行砾石填充，能够实现将水平井段的砾石填充层的精密填充，有效的避免出现砾石填充效率低、防砂效果差和防砂寿命短的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种填充外管柱的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种填充内管柱的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种砾石填充装置对水平井段进行砾石填充时的效果图；

图4是图3示出的砾石填充装置对水平井段进行砾石填充时的液体流向的示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种填充外管柱的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种第一填充结构的结构示意图；

图7是本发明实施例通过的另一种填充内管柱的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种第二填充结构的结构示意图；

图9是本发明实施例通过的一种第二填充结构与对应的填充组件中的第一填充结构进行对接示意图；

图10是图5示出的填充外管柱下入水平井段的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的一种砾石填充方法的流程图；

图12是本发明实施例通过的一种填充外管柱下入水平井段的示意图；

图13是本发明实施例通过的一种每个填充组件中的封隔器与水平井段的内壁抵接的示意图；

图14是本发明实施例提供的一种对子环空a2进行砾石填充的示意图；

图15是本发明实施例提供的一种对子环空a1进行砾石填充的示意图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了砾石填充装置，该砾石填充装置可以包括：填充外管柱和多个填充内管柱。

如图1所示，图1是本发明实施例提供的一种填充外管柱的结构示意图。该填充外管柱100可以包括：第一套管串10、多个填充组件20和第一导向组件30。该多个填充组件20依次连接，且位于第一套管串10与第一导向组件30之间，该第一套管串10与第一导向组件30均与一个填充组件20连接。

对于每个填充组件20，均包括：依次连接的封隔器21、筛管22和第一填充结构23。在任意两个相邻的填充组件20中，前一个填充组件20中的第一填充结构23，与后一个填充组件20中的封隔器21连接。示例的，第一套管串10可以与多个填充组件20中靠近该第一套管串的填充组件20a中的封隔器21连接；第一导向组件30可以与多个填充组件20中靠近该第一导向组件30的填充组件20b中的第一填充结构23连接。

在本发明实施例中，多个填充内管柱与填充外管柱100中的多个填充组件20一一对应。对于每个填充内管柱，如图2所示，图2是本发明实施例提供的一种填充内管柱的结构示意图。该填充内管柱200可以包括：依次连接的第二套管串40、第二填充结构50和第二导向组件60。

如图3所示，图3是本发明实施例提供的一种砾石填充装置对水平井段进行砾石填充时的效果图。

填充外管柱100用于下入带填充的水平水平井段00，并通过每个填充组件20中的封隔器21与水平井段00的内壁抵接。需要说明的是，可以在井口处依次将第一导向组件30、多个填充组件20和第一套管串10下入油井内，在填充外管柱100自身的重力下，以及第一导向组件30的导向作用下，能够实现填充外管柱100在油井内的水平井段00中的移动，以将填充外管柱100下入水平井段00中。

对于每个填充内管柱200，该填充内管柱200用于穿过第一套管串10，并在第二填充结构50与对应的填充组件20中的第一填充结构23对接后，和水平井段00连通。需要说明的是，可以在第一套管串10中与井口重合的开口处依次将第二导向组件60、第二填充结构50和第二套管串40下入油井内，在填充内管柱200自身的重力下，以及第二导向组件60的导向作用下，能够实现填充内管柱200在入水平井段00中的移动，以将填充内管柱200下入填充外管柱100中。还需要说明的是，若该第二填充结构50与第一填充结构23未进行对接，第一填充结构23与水平井段00未连通；若该第二填充结构50与第一填充结构23进行了对接，第一填充结构23可以与水平井段00连通，第二填充结构50可以与第一填充结构23连通，使得填充内管柱200可以与水平井段00连通。

该填充内管柱200还用于通过第二套管串40注入含有砾石的砂浆，并通过第二填充结构50与对应的填充组件20中的第一填充结构23，将该砂浆中的砾石填充在水平井段00的内壁与填充外管柱100之间的第一环空a内。

在本发明实施例中，在填充外管柱100下入水平井段00中，且每个填充组件20中的封隔器21与该水平井段00的内壁抵接后，多个填充组件20中的多个封隔器21能够将第一环空a分割为：与多个填充内管柱200一一对应的多个子环空(例如，图3中的子环空a1和子环空a2)，该多个子环空还与多个填充组件20一一对应。

假设需要对子环空a2进行砾石填充，如图4所示，图4是图3示出的砾石填充装置对水平井段进行砾石填充时的液体流向的示意图。将对应的填充内管柱200下入填充外管柱100中，该填充内管柱200能够通过第二填充结构50与对应的填充组件20中的第一填充结构23，和水平井段00连通。此时，该填充内管柱200可以通过第二套管串40注入含有砾石的砂浆，填充组件20中的筛管21将该砂浆中的水分通过填充外管柱100与填充内管柱200之间的第二环空b返回地面，而砂浆中的砾石会填充在子环空a2中。需要说明的是，如图4所示，实线的箭头代表砂浆在砾石填充装置中的流向，虚线的箭头代表砂浆中的水分在砾石填充装置中的流向。

若该水平井段的长度大于400米时，采用传统的笼统充填方式很难将砾石充填层(也即水平井段的内壁与管柱之间的环空)充填密实，极易出现砾石充填率低、防砂效果差和防砂寿命短的问题。

而采用本发明实施例提供的砾石填充装置，通过多个封隔器21可以将水平井段第一环空a分割为多个子环空，然后分别采用与每个子环空对应的填充内管柱200对子环空进行砾石填充，能够实现将水平井段00的砾石填充层(也即第一环空a)的精密填充，有效的避免出现砾石填充效率低、防砂效果差和防砂寿命短的问题。

综上所述，本发明实施例提供的砾石填充装置，包括：填充外管柱和多个填充内管柱。该填充外管柱包括：第一套管串、多个填充组件和第一导向组件，该多个填充组件与多个填充内管柱一一对应，每个填充组件包括：封隔器、筛管和第一填充结构；每个填充内管柱包括：第二套管串、第二填充结构和第二导向组件。在填充外管柱下入水平井段后，每个填充组件中的封隔器能够与水平井段的内壁抵接，多个封隔器可以将水平井段的内壁与填充外管柱之间的第一环空分割为多个子环空，该多个子环空与多个填充内管柱一一对应，分别采用与每个子环空对应的填充内管柱对子环空进行砾石填充，能够实现将水平井段的砾石填充层的精密填充，有效的避免出现砾石填充效率低、防砂效果差和防砂寿命短的问题。

可选的，如图5所示，图5是本发明实施例提供的另一种填充外管柱的结构示意图。每个第一填充结构23可以包括：填充外筒231、填充滑套232和弹性元件233。

为了更清楚的看出第一填充结构23的具体结构，请参考图6，图6是本发明实施例提供的一种第一填充结构的结构示意图。该填充滑套232与弹性元件233均设置在填充外筒231内，并且填充滑套232的第一端与填充外筒231的第一端抵接，填充滑套232的第二端与弹性元件233的第一端连接，弹性元件233的第二端与填充外筒231的第二端连接。可选的，该弹性元件233包括多个压缩弹簧，每个压缩弹簧的第一端与填充滑套232的第二端连接，每个压缩弹簧的第二端与填充外筒231的第二端连接，该多个压缩弹簧可以均匀的分布在填充外筒231内。

该填充滑套232的内壁上设置有第一台阶结构23b。该填充外筒231的侧壁上设置有多个第一填充孔23a，该多个第一填充孔23位于靠近填充外筒231的第一端的一侧，可选的，该多个第一填充孔23a的个数可以为2～5个，该多个第一填充孔23a可以均匀的分布在填充外筒231的侧壁上。可选的，每个第一填充孔23a的直径为5～10毫米。

如图7所示，图7是本发明实施例通过的另一种填充内管柱的结构示意图。第二填充结构50包括：填充管51。为了更清楚的看出第二填充结构50的具体结构，请参考图8，图8是本发明实施例提供的一种第二填充结构的结构示意图。该填充管51的侧壁上设置有第二台阶结构50b，以及与多个第一填充孔23a一一对应的多个第二填充孔50a。可选的，每个第二填充孔50a的直径也为5～10毫米，该第二填充孔50a与第一填充孔23a的直径可以相同。需要说明的是，本发明实施例中的第二填充结构50与第二导向组件60可以为一体结构。

在每个填充内管柱200中，如图9所示，图9是本发明实施例通过的一种第二填充结构与对应的填充组件中的第一填充结构进行对接示意图。若第二填充结构50与对应的填充组件中的第一填充结构23进行对接，该第二填充结构50中的第二台阶结构50b能够与该第一填充结构23中的第一台阶结构23b抵接，此时，该第一填充结构23中的填充滑套232能够在弹性元件233的收缩方向上移动，以使每个第二填充孔50a与对应的第一填充孔23a连通，从而使得填充内管柱与水平井段连通。若第二填充结构50与对应的填充组件20中的第一填充结构23未进行对接，第一填充结构23中的填充滑套232能够弹性元件233内部的压缩力的作用下，与填充外筒231的第一端抵接，从而取消了第一填充结构23与水平井段之间的连通关系，避免了第一子环空内填充的砾石经过第一填充孔23a进入在填充外管柱内。

可选的，如图5和图7所示，多个填充组件20中的每个填充滑套232的最小内径，沿从第一套管串10至第一导向组件30的方向依次减小。在多个填充组件20中，沿从第一套管串10至第一导向组件30的方向，前一个填充组件20中的最小内径，大于与后一个填充组件20对应的填充内管柱200的最大外径。此时，第一环空中的任意一个子环空均能够顺利的进行砾石填充。需要说明的是，在第一环空中的多个子环空中，沿从第一套管串10至第一导向组件30的方向，每个子环空对应的填充外管柱200的最大外径依次增大。还需说明的是，每个填充组件20中的最小内径与对应的填充外管柱200的最大外径匹配，以保证每个填充组件20中的第一台阶结构23b能够与对应的填充外管柱200中的第二台阶结构50b抵接，在本发明实施例中，每个填充组件20中的最小内径需要小于对应的填充外管柱200的最大外径。

示例性的，如图10所示，图10是图5示出的填充外管柱下入水平井段的结构示意图。假设填充外管柱100包括两个填充组件20，第一环空a能够被分割为两个子环空，分别为：子环空a1和子环空a2，其中，子环空a2相对于子环空a1远离套管串10。由于子环空a1对应的填充组件20中的填充滑套232的最小内径，大于子环空a2对应的填充组件20中的填充滑套232的最小内径，并且子环空a1对应的填充组件20的最小内径，大于子环空a2对应的填充内管柱的最大外径。因此，在对子环空a2进行砾石填充时，该子环空a2对应的填充内管柱能够穿过子环空a1对应的填充组件20，使得该子环空a2对应的填充内管柱顺利的对该子环空a2进行砾石填充。

可选的，上述实施例中多个填充组件20的个数通常为：2～5个。

可选的，上述实施例中的封隔器21包括：遇水膨胀橡胶。该封隔器21能够在液体中产生膨胀现象。在本发明实施例中，当填充外管柱100下入水平井段时，由于水平井段中含有大量的液体，因此该填充外管柱100中的封隔器21能够在水平井段中产生膨胀现象，直至该封隔器21与水平井段的内壁抵接。

可选的，上述实施例中的筛管22具有多个筛孔，每个筛孔的直径可以为0.15～0.25mm。

可选的，上述实施例中的第一导向组件30的形状的形状与第二导向组件60的形状均为：半圆球形或圆锥形。

可选的，上述实施例中的第一套管串10与第二套管串40均为：首尾依次连接的多个套管。

可选的，如图5所示，该填充外管柱100还可以包括：第一连接短节70，通过该第一连接短节70能够实现第一导向组件30与填充组件20之间的连接。如图7所示，该填充内管柱200还可以包括：第二连接短接80，通过该第二连接短节80能够实现第二套管串40与第二填充结构50之间的连接。

综上所述，本发明实施例提供的砾石填充装置，包括：填充外管柱和多个填充内管柱。该填充外管柱包括：第一套管串、多个填充组件和第一导向组件，该多个填充组件与多个填充内管柱一一对应，每个填充组件包括：封隔器、筛管和第一填充结构；每个填充内管柱包括：第二套管串、第二填充结构和第二导向组件。在填充外管柱下入水平井段后，每个填充组件中的封隔器能够与水平井段的内壁抵接，多个封隔器可以将水平井段的内壁与填充外管柱之间的第一环空分割为多个子环空，该多个子环空与多个填充内管柱一一对应，分别采用与每个子环空对应的填充内管柱对子环空进行砾石填充，能够实现将水平井段的砾石填充层的精密填充，有效的避免出现砾石填充效率低、防砂效果差和防砂寿命短的问题。

本发明实施例还提供了一种砾石填充方法，该方法应用于上述实施例中的砾石填充装置中，该砾石填充装置包括：填充外管柱和多个填充内管柱，该填充外管柱的结构可以参考图1或图5示出的填充外管柱，每个填充内管柱的结构可以参考图2或图7示出的填充内管柱。如图11所示，图11是本发明实施例提供的一种砾石填充方法的流程图，该砾石填充方法可以包括：

步骤1101、将填充外管柱下入待填充的水平井段。

在本发明实施例中，在水平井段开采成功后，可以预先测量出水平井段的尺寸，例如，水平井段的长度、水平井段的内径，以及水平井段距离地面的高度。基于该水平井段的尺寸，可以设计出与该水平井段的尺寸配合的填充外管柱以及多个填充内管柱。再将该填充外管柱下入水平井段中。

示例的，如图12所示，图12是本发明实施例通过的一种填充外管柱下入水平井段的示意图。该填充外管柱100的结构可以参考图1或图5示出的填充外管柱。

步骤1102、在每个填充组件中的封隔器与水平井段的内壁抵接后，对填充外管柱与水平井段的内壁之间形成的第一环空进行砾石填充。

示例的，如图13所示，图13是本发明实施例通过的一种每个填充组件中的封隔器与水平井段的内壁抵接的示意图。在水平井段00开采成功后，水平井段00中通过会含有大量的液体，该封隔器21可以遇水产生膨胀现象，从而能够实现与水平井段00的内壁抵接。通常情况下，封隔器21在水平井段00中经过15～30天的时间后会完全膨胀，以实现封隔器21与水平井段00的内壁抵接。

在本发明实施例中，该填充外管柱100中的多个封隔器21能够将第一环空a分割为多个子环空。该多个子环空与多个填充内管柱一一对应，且与多个填充组件20一一对应。

因此，上述步骤1102中的对第一环空进行砾石填充，包括：依次对每个子环空进行砾石填充。其中，对每个子环空进行砾石填充的过程，可以包括如下步骤：

步骤a、采用对应的填充内管柱穿过第一套管串，并在第二填充结构与对应的填充组件中的第一填充结构对接后，和水平井段连通。

步骤b、填充内管柱通过第二套管串注入含有砾石的砂浆，并通过第二填充结构与对应的填充组件中的第一填充结构，将砂浆中的砾石填充在子环空内。

需要说明的是，每个子环空砾石填充完成后，需要将对应的填充内管柱从水平井段中打捞出来。

可选的，可以按照从第一导向组件至第一套管串的方向依次对每个子环空进行砾石填充。示例的，如图13所示，假设第一环空a被分割为两个子环空(例如，子环空a1和子环空a2)，且子环空a2相对于子环空a1远离第一套管串10。此时，可以先对子环空a2进行砾石填充，然后对子环空a1进行砾石填充。

在对子环空a2进行砾石填充的过程中，如图14所示，图14是本发明实施例提供的一种对子环空a2进行砾石填充的示意图。采用与子环空a2对应的填充内管柱200下入填充外管柱100内，该填充内管柱200的结构可以为图2或图7示出的填充内管柱，在第二填充结构50与对应的填充组件20中的第一填充结构23对接后，填充内管柱200通过第二套管串40注入含有砾石的砂浆，通过第二填充结构50与第一填充结构23，将砂浆中的砾石填充在子环空a2内。

在对子环空a1进行砾石填充的过程中，如图15所示，图15是本发明实施例提供的一种对子环空a1进行砾石填充的示意图。采用与子环空a1对应的填充内管柱200下入填充外管柱100内，该填充内管柱200的结构可以为图2或图7示出的填充内管柱，在第二填充结构50与对应的填充组件20中的第一填充结构23对接后，填充内管柱200通过第二套管串40注入含有砾石的砂浆，通过第二填充结构50与第一填充结构23，将砂浆中的砾石填充在子环空a1内。

在本发明实施例中，在每个子环空砾石填充完成后，即可实现对水平井段的砾石填充层(也即第一环空)的砾石填充。

需要说明的是，上述砾石填充方法的原理可以参考前述对砾石填充装置的结构描述的实施例中，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的可选的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。