一种井下正压式自捞砂水力除塞系统及除塞方法与流程

本发明涉及石油开发，更具体地涉及一种井下正压式自捞砂水力除塞系统及使用该系统除塞的方法。

背景技术：

1、油田开采过程中，砂石在井筒内堆积并堵塞套管可形成灰塞。灰塞段的产生原因既可能是由于疏松砂岩底层胶结构强度低导致砂石随地层流体进入井筒；又可能是在因油水井存在出水严重、注水或注汽不均匀等问题时，人为采用化学堵剂或水泥堵剂对目标层进行堵水、堵漏及封窜。为了保证封堵的成功率和有效性，往往需要对整个井段封堵，封堵长度可达数百米，封堵完成后需要对生成的灰塞段进行钻除，从而恢复生产井的生产。

2、目前常规钻塞装置使用螺杆钻塞和顶驱钻塞两种方式进行除塞，均存在钻塞钻不净、套管内壁有灰塞残留、返排能力差、无法适用套变井和钻塞后难以快速复产等问题。同时针对长距离除塞作业，现有钻塞速度慢、成本高。对于螺杆钻，其输出扭矩小，遇到硬度和强度高的灰塞无法钻除；对于顶驱钻，输出扭矩大，但深井传输能力差且易钻伤套管。目前，尚不存在有效措施能够同时解决直井、大斜度井和水平井的灰塞段的清除问题，尤其是水平井的灰塞钻除，难度极大。

3、因此，研制一种实现灰塞段的快速干净钻除、不损伤套管，同时解决水平井的返排避免管柱砂埋，作业完成后需能快速复产的除塞系统及方法成为石油开发技术领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种井下正压式自捞砂水力除塞系统，通过采用水射流技术对灰塞段进行去除、清洗井筒内壁的同时，通过自捞砂装置设计实现灰塞碎屑、砂粒的回收与返排，实现水平井除塞、捞砂一体化作业。本发明同时提供一种使用该除塞系统的井下正压式自捞砂水力除塞方法。

2、依据本发明，提供一种井下正压式自捞砂水力除塞系统，包含：

3、高压泵；

4、油管，高压泵连接至油管并设置为向油管内泵入高压液体；

5、钻塞喷枪；以及

6、自捞砂管柱，自捞砂管柱设置于油管和钻塞喷枪之间，并且自捞砂管柱包含：

7、中心管，中心管的内壁限定管柱内腔，管柱内腔与油管和钻塞喷枪流体连通以形成高压液体流动通道的至少一部分；以及

8、外壁管，外壁管与中心管同轴并周向环绕于中心管的外部，其中外壁管的内壁与中心管的外壁限定环形的管柱外腔，管柱外腔具有邻近油管的过流端和邻近钻塞喷枪的进砂端，其中过流端允许粒度小于第一阈值的颗粒通过，进砂端允许粒度小于第二阈值的颗粒单向进入管柱外腔，第一阈值小于第二阈值。

9、依据本发明的一个实施例，除塞系统包含连接于油管和自捞砂管柱之间的助返喷枪，助返喷枪设置为将高压液体流动通道内的高压液体喷射至除塞系统的外部。

10、依据本发明的一个实施例，助返喷枪包含：

11、助返喷枪本体，助返喷枪本体呈管状并与油管和自捞砂管柱的中心管流体连通；

12、助返喷枪喷射部，助返喷枪喷射部包含：

13、助返喷枪凸部，助返喷枪凸部自助返喷枪本体径向向外延伸；

14、助返喷枪喷射孔道，助返喷枪喷射孔道径向贯穿助返喷枪凸部延伸，以连通高压液体流动通道和除塞系统的外部；

15、助返喷枪过滤元件，助返喷枪过滤元件设置于助返喷枪喷射孔道内；

16、助返喷枪封堵元件，助返喷枪封堵元件安装至助返喷枪喷射孔道邻近除塞系统的外部的一端，以固定助返喷枪过滤元件并密封助返喷枪喷射孔道；以及

17、助返喷枪喷射孔，助返喷枪喷射孔贯穿助返喷枪凸部的侧壁延伸，以连通助返喷枪喷射孔道和除塞系统的外部；

18、其中，助返喷枪喷射孔道内的高压液体经助返喷枪过滤元件过滤后，通过助返喷枪喷射孔朝向油管所在方向喷射。

19、依据本发明的一个实施例，助返喷枪喷射孔的中心线与助返喷枪本体的轴线呈15-45°夹角。

20、依据本发明的一个实施例，助返喷枪喷射部邻近自捞砂管柱的过流端设置。

21、依据本发明的一个实施例，助返喷枪包含等间隔地周向环绕于助返喷枪本体设置的多个助返喷枪喷射部。

22、依据本发明的一个实施例，自捞砂管柱包含过流组件，过流组件包含：

23、过流环，过流环呈环状并安装至管柱外腔的过流端；

24、过流孔，过流孔轴向贯穿过流环延伸，以连通管柱外腔与除塞系统的外部；

25、过流环过滤元件，过流环过滤元件安装于过流孔内，并设置为允许粒度小于第一阈值的颗粒通过；以及

26、呼吸孔钉，呼吸孔钉安装至过流孔邻近除塞系统的外部的端面，以固定过流环过滤元件并允许过滤后的上返流体通过。

27、依据本发明的一个实施例，过流组件包含过流环内管，过流环内管呈管状并与油管和自捞砂管柱的中心管流体连通，其中过流环周向环绕地安装至过流环内管的外壁。

28、依据本发明的一个实施例，自捞砂管柱包含连接外壁管与过流组件的第一捞砂扶正元件，第一捞砂扶正元件包含第一外扶正凸起，第一外扶正凸起自第一捞砂扶正元件的外壁径向延伸并设置有螺旋状凹陷。

29、依据本发明的一个实施例，自捞砂管柱包含进砂组件，进砂组件包含：

30、进砂环，进砂环呈环状并安装至管柱外腔的进砂端；

31、进砂通道，进砂通道轴向贯穿进砂环延伸，以连通管柱外腔与除塞系统的外部；以及

32、单向进砂结构，单向进砂结构安装于进砂通道内，并设置为粒度小于第二阈值的颗粒单向进入管柱外腔。

33、依据本发明的一个实施例，单向进砂结构包含：

34、单向过滤接头，单向过滤接头在邻近管柱外腔处固定于进砂通道内并具有第一进砂孔；

35、进砂球座，进砂球座在邻近除塞系统的外部处固定于进砂通道内并具有第二进砂孔，其中限定于单向过滤接头和进砂球座之间的进砂通道的部分形成进砂腔；

36、进砂球，进砂球设置于进砂腔内；

37、进砂弹簧，进砂弹簧一端连接至单向过滤接头，相对的另一端连接至进砂球，其中进砂弹簧处于预紧状态以使进砂球抵靠进砂球座并密封第二进砂孔；以及

38、进砂球套，进砂球套周向环绕地设置于进砂腔内，以限定进砂球的径向位移。

39、依据本发明的一个实施例，自捞砂管柱包含连接外壁管与进砂组件的第二捞砂扶正元件，第二捞砂扶正元件包含第二外扶正凸起，第二外扶正凸起自第二捞砂扶正元件的外壁径向延伸并设置有螺旋状凹陷。

40、依据本发明的一个实施例，自捞砂管柱包含负压冲砂组件，负压冲砂组件包含：

41、负压冲砂本体，负压冲砂本体呈管状并与自捞砂管柱的中心管流体连通；以及

42、负压冲砂喷射部，负压冲砂喷射部设置为将高压液体流动通道内的高压液体朝向油管所在方向喷射至管柱外腔内。

43、依据本发明的一个实施例，外壁管包含多个彼此间隔的节段，自捞砂管柱包含安装于外壁管的相邻节段间的捞砂支撑扶正元件，捞砂支撑扶正元件包含：

44、支撑外扶正凸起，支撑外扶正凸起自支撑扶正元件的外壁径向延伸并设置有螺旋状凹陷；

45、支撑内扶正凸起，支撑内扶正凸起自支撑扶正元件的内壁径向延伸直至抵靠中心管的外壁，其中支撑内扶正凸起设置有轴向贯穿延伸的内过流通道；以及

46、过滤孔，过滤孔贯穿捞砂支撑扶正元件的壁部延伸，以连通管柱外腔与除塞系统的外部并允许粒度小于第二阈值的颗粒通过。

47、依据本发明的一个实施例，钻塞喷枪包含：

48、钻塞喷枪本体；

49、中心孔道，中心孔道轴向贯穿钻塞喷枪本体延伸；

50、前端孔道，前端孔道与中心孔道流体连通，并设置为背离自捞砂管柱开口；以及

51、后端孔道，后端孔道与中心孔道流体连通，并设置为朝向自捞砂管柱开口。

52、依据本发明的一个实施例，除塞系统包含：

53、扶正器，扶正器包含分别设置于自捞砂管柱两端的第一扶正器和第二扶正器，第一扶正器和第二扶正器设置有轴向贯穿延伸的外过流通道；

54、调整短节，调整短接设置于自捞砂管柱和钻塞喷枪之间。

55、依据本发明的一个实施例，除塞系统包含同向设置并依次连接的多个自捞砂管柱。

56、依据本发明的一个实施例，除塞系统包含连接于相邻的自捞砂管柱之间的助返喷枪。

57、依据本发明，提供一种井下正压式自捞砂水力除塞方法，包含以下步骤：

58、步骤一，将除塞系统下入套管内直至钻塞喷枪邻近灰塞段的端面；

59、步骤二，启动高压泵，向油管内泵入高压液体，以击碎灰塞段并促进含砂液通过自捞砂管柱的管柱外腔和油套环空上返；

60、步骤三，自捞砂管柱通过管柱外腔收集含砂液中的砂石；

61、步骤四，关闭高压泵，将除塞系统移出套管，清理管柱外腔内的砂石。

62、依据本发明的一个实施例，步骤二包含：

63、高压液体经钻塞喷枪的中心孔道和前端孔道中的至少一个喷出，以击碎灰塞段；

64、高压液体经钻塞喷枪的后端孔道喷出，以为含砂液提供上返动力并清洗套管内壁；

65、高压液体经助返喷枪的助返喷枪喷射部喷出，以避免含砂液在套管内堆积并为套管内的含砂液提供上返动力；

66、高压液体经负压冲砂组件的负压冲砂喷射部喷出，以在管柱外腔内产生负压并为管柱外腔内的含砂液提供上返动力。

67、由于采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：

68、1.依据本发明的除塞系统采用水射流技术对灰塞段进行去除，清洗井筒内壁且不伤套筒，通过自捞砂装置设计实现灰塞碎屑、砂粒的回收与返排，作业完成后生产井可快速复产，能够实现水平井除塞、捞砂一体化作业；

69、2.依据本发明的除塞系统工艺简单、结构设计新颖、工作可靠性高，满足试验和现场施工要求；

70、3.依据本发明的除塞系统的各部分通过油管扣可拆卸地密封连接，可依据实际工况调整所需部件，还可适用于直井或大斜度井的灰塞段钻除塞；

71、4.依据本发明的除塞系统包含多级自捞砂管柱，使得整个除塞系统长度可调且灵活性强；

72、5.依据本发明的除塞系统设置多个助返喷枪，防止管柱作业时砂埋管柱，捞砂管柱中的负压冲砂组件用于进砂组件端产生负压，同时加速进入捞砂管柱中的混合液上返。