CN103266868B - 水平井分段砾石充填工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平井分段砾石充填工具，包括充填筒(51)、外套筒(52)和开关滑套装置(61)；充填筒(51)的一端套设于外套筒(52)的一端内并与外套筒(52)固定连接，开关滑套装置(61)套设于充填筒(51)和外套筒(52)之间并能够相对于充填筒(51)沿轴向移动。下入多个该水平井分段砾石充填工具不会造成完井通径逐级减小，而且级数不受限制，砾石充填的效果更好；分段完井后，填砂时，只需要下入一个水平井分段砾石充填服务工具、一趟管柱下入即可实现各分段充填。所以特别适用于水平井分段砾石充填防砂完井。
Description
技术领域
本发明涉及石油生产中的砾石充填设备领域，特别一种用于水平井的水平井分段砾石充填工具。
背景技术
水平井砾石充填防砂技术是水平井完井的先进技术之一，具有防砂效果突出、防砂有效期长的特点。应用该技术能有效的防止油井出砂，尤其是对细粉砂具有良好的防治效果，并能使油井有效的发挥其生产能力。所以，水平井砾石充填防砂技术已广泛应用于水平井完井中。
对于长水平井段的水平井和分段完井的水平井实施砾石充填防砂多采用分段砾石充填方法。该方法采用的主要核心工具为水平井分段砾石充填装置，其性能的好坏极大地影响着水平井分段砾石充填施工的成功率，其结构形式决定着工具的分段数量，即级数。水平井分段砾石充填装置由分段砾石充填工具和分段砾石充填服务工具组成。
现有技术中，水平井分段砾石充填工具在完井时随完井管柱一起下入，水平井分段砾石充填服务工具在充填时随填砂管柱一起下入。水平井分段砾石充填工具多采用变内径滑套，有级数限制，随着级数的增加，水平井分段砾石充填工具的内通径逐级减小，这种完井方式不利于后期作业管柱的下入；而且这种充填方式目前一般只能满足2～3段充填，分段数量少；一个水平井分段砾石充填服务工具无法控制多个内径不同的滑套，操作不方便。
所以本发明希望研制出一种水平井分段砾石充填装置，该装置无级数限制，特别是各级水平井分段砾石充填工具结构完全一样，不会造成完井通径逐级减小，可实现水平井任意分段充填。
发明内容
为了解决现有技术中水平井分段砾石充填工具内通径逐级减小且分段数量少的技术问题，本发明提供了一种水平井分段砾石充填工具，下入水平井中的各级水平井分段砾石充填工具的结构、尺寸完全一样，不会造成完井通径逐级减小；分段完井后，填砂时，只需要下入一个充填服务工具、一趟管柱下入即可实现各分段充填。
本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：一种水平井分段砾石充填工具，包括充填筒、外套筒和开关滑套装置；筒形的充填筒的一端套设于筒形的外套筒的一端内，所述充填筒的一端的外壁沿着充填筒的周向设置有多个突起，相邻两个突起之间形成容纳槽，充填筒通过突起与外套筒固定连接，充填筒的两端之间设置有能够连通充填筒内外的充填孔；开关滑套装置包括依次固定连接的滑套、桥接管和传动环，筒形的滑套套设于充填筒外并且能够将充填孔关闭，桥接管套设于充填筒外，桥接管一端为与滑套连接的筒形，桥接管另一端为与传动环连接的条形连接片，条形连接片设置于容纳槽内，筒形的传动环套设在外套筒内，充填筒的内径小于传动环的内径，传动环的内壁沿周向设置有凹槽，外套筒内还设置有能够推动开关滑套装置沿外套筒的轴线方向移动的弹簧。
多个突起在充填筒的外壁沿周向均匀分布，每个突起的顶部设置有外螺纹，每个突起的顶部与外套筒的内壁通过螺纹连接。
滑套的内径等于充填筒的外径，滑套与桥接管通过螺纹连接。
桥接管的内径等于充填筒的外径，桥接管的外径等于外套筒的内径。
条形连接片的形状与容纳槽的形状相匹配，条形连接片的内表面设置有内螺纹，条形连接片和传动环通过螺纹连接。
传动环的一端与所述充填筒的一端抵接。
凹槽在穿过传动环轴线的平面上的投影为锥形。
筒形的下接头固定套接于外套筒的另一端内，充填筒的内径小于下接头的内径，弹簧的一端与传动环抵接，弹簧的另一端与下接头抵接，充填筒的内径小于弹簧的内径。
筒形的上接头固定套接于充填筒的另一端外，充填筒的内径小于上接头的内径。
开关滑套装置外还套设有用于遮挡充填孔的保护器，筒形的保护器通过突起与所述充填筒的一端固定连接，保护器的内径等于滑套的外径。
本发明的有益效果是：下入水平井中的各级水平井分段砾石充填工具的结构、尺寸完全一样，不会造成完井通径逐级减小，而且级数不受限制，砾石充填的效果更好；分段完井后，填砂时，只需要下入一个充填服务工具、一趟管柱下入即可实现各分段充填。所以特别适用于水平井分段砾石充填防砂完井。
附图说明
下面结合附图对本发明所述的水平井分段砾石充填工具作进一步详细的描述。
图1是水平井分段砾石充填工具的半剖视图结构。
图2是水平井分段砾石充填服务工具的半剖视图结构。
图3是水平井分段砾石充填工具与水平井分段砾石充填服务工具的工作状态示意图。
图4是图1中A-A的断面图。
图5是图1中B-B的断面图。
图6是图1中充填筒在B-B的断面图。
图7是图1中C-C的断面图。
图8是图3中D-D的断面图。
图9是图3中E-E的断面图。
图10水平井分段砾石充填服务工具与水平井分段砾石充填工具的作业原理示意图。
图11是桥接管的立体图。
图12是充填筒的立体图。
其中1.外套管，11.液体入口端，12.第一填充口，13.摇臂座，131.通孔槽，14.填充器，141.第二填充口，15.导头，16.连接管，2.内芯，21.弹簧，22.滑杆座，221.突起环，23.滑杆，231.台阶，24.导流头，3.连杆机构，31.支撑杆，32.工作臂，33.第一销轴，34.第二销轴，35.第三销轴，4.上接头；
51.充填筒，511.突起，512.容纳槽，513.充填孔，52.外套筒，53.下接头，54.上接头，55.保护器，61.开关滑套装置，62.滑套，63.桥接管，631.条形连接片，64.传动环，641.凹槽，71.弹簧；
81.表层套管，82.技术套管，83.完井工具，84.分段砾石充填完井管柱，85.水平井分段砾石充填工具，86.管外封隔器，87.填砂管柱，88.水平井分段砾石充填服务工具，89.井壁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述的水平井分段砾石充填工具进行详细说明。一种水平井分段砾石充填工具，包括充填筒51、外套筒52和开关滑套装置61；筒形的充填筒51的一端套设于筒形的外套筒52的一端内，所述充填筒51的一端的外壁沿着充填筒51的周向设置有多个突起511，相邻两个突起之间形成容纳槽512，充填筒51通过突起511与外套筒52固定连接，充填筒51的两端之间设置有能够连通充填筒51内外的充填孔513；开关滑套装置61包括依次固定连接的滑套62、桥接管63和传动环64，筒形的滑套62套设于充填筒51外并且能够将充填孔513关闭，滑套62的作用是关闭充填孔513，防止砾石倒流，滑套62和充填筒51是一种间隙配合，桥接管63套设于充填筒51外，桥接管63一端为与滑套62连接的筒形，桥接管63另一端为与传动环64连接的条形连接片631，条形连接片631设置于容纳槽512内，筒形的传动环64套设在外套筒52内，充填筒51的内径小于传动环64的内径，传动环64的外径小于等于外套筒52的内径，传动环64的内壁沿周向设置有凹槽641，外套筒52内还设置有能够推动开关滑套装置61沿外套筒52的轴线方向移动的弹簧71，如图1、图4、图5、图6、图7、图11、图12所示。
下面介绍与该水平井分段砾石充填工具相配合的水平井分段砾石充填服务工具，所述水平井分段砾石充填服务工具包括筒形的外套管1和套接于外套管1内的柱状的内芯2；内芯2的一端朝向外套管1的液体入口端11，外套管1的侧壁设置有连通外套管1内外的第一填充口12，第一填充口12设置在所述内芯2的一端与液体入口端11之间；内芯2的外表面与外套管1的内表面密封连接，内芯2的另一端设置有至少一个连杆机构3，连杆机构3包括支撑杆31和工作臂32，工作臂32的一端与外套管1的侧壁通过第一销轴33转动连接，工作臂32的另一端与支撑杆31的一端通过第二销轴34转动连接，支撑杆31的另一端与内芯2通过第三销轴35转动连接，外套管1内还设置有能够推动内芯2沿外套管1的轴线方向移动的弹簧21，当内芯2沿外套管1的轴线向所述内芯2的另一端移动时，所述工作臂32的另一端能够以第一销轴33为轴向外套管1外转动并伸出外套管1的外表面，如图2所示，水平井分段砾石充填服务工具的开启状态，即水平井分段砾石充填服务工具的工作臂32打开时的状态请见图3。
充填筒51和外套筒52固定连接，开关滑套装置61套设于充填筒51和外套筒52之间并能够相对于充填筒51沿轴向移动。凹槽641的形状与所述工作臂32的另一端伸出后的形状相匹配，可方便工作臂32与传动环64对接，如图3所示，从而使水平井分段砾石充填服务工具88可以方便的开启水平井分段砾石充填工具85。当水平井分段砾石充填服务工具88进入水平井分段砾石充填工具85内时，从地面向填砂管柱内泵注液体，液体沿着填砂管柱经过液体入口端11进入水平井分段砾石充填服务工具内，液体推动图3中的内芯2并使内芯2做轴向向右运动，此时弹簧21被压缩，所述工作臂32的另一端能够以第一销轴33为轴向外套管1外转动并伸出外套管1的外表面，即工作臂32以第一销轴33为轴做逆时针旋转，从而使工作臂32呈张开状态并与凹槽641勾合。然后，使水平井分段砾石充填服务工具88如图3中继续向右移动，水平井分段砾石充填服务工具88将带动开关滑套装置61向右移动，当第一填充口12和第二填充口141与充填孔513的位置相对应时，充填筒51内砂液和砾石将依次经过第一填充口12、第二填充口141和充填孔513进入分段砾石充填完井管柱与井壁之间，从而完成砾石充填。当地面停止向水平井分段砾石充填服务工具88内泵注液体时，弹簧21沿轴向向左的同复力使内芯2做轴向向左运动，工作臂32将以第一销轴33为轴做顺时针旋转，即工作臂32呈收缩状态，此时弹簧71将推动开关滑套装置61向左移动并使滑套62将充填孔513关闭，如图3、图8、图9所示。
水平井分段砾石充填工具的多个突起511在充填筒51的外壁沿周向均匀分布，每个突起511的顶部设置有外螺纹，每个突起511的顶部与外套筒52的内壁通过螺纹连接，如图5所示。
为了使液体流出后不会进入外套筒52内，滑套62的内径等于充填筒51的外径，滑套62与桥接管63通过螺纹连接，如图1中，滑套62的右端设置有外螺纹，桥接管63的左端设置有内螺纹。
桥接管63的内径等于充填筒51的外径，桥接管63的外径等于外套筒52的内径。
条形连接片631的形状与容纳槽512的形状相匹配，条形连接片631的内表面设置有内螺纹，条形连接片631和传动环64通过螺纹连接。桥接管63可以含有数个条形连接片631，如本实施例中为含有4个条形连接片631，充填筒51可以含有数个容纳槽512，如本实施例中为含有4个容纳槽512，条形连接片631能够将容纳槽512填满，如图5所示。
传动环64的一端与所述充填筒51的一端抵接。此时，滑套62将充填孔513关闭，水平井分段砾石充填工具85呈关闭状态。
为了使水平井分段砾石充填工具85在开启状态时，工作臂32与凹槽641能够顺利的勾合并给传动环64提供足够的力，水平井分段砾石充填工具85在关闭状态时，工作臂32能够从凹槽641中顺利的返同，凹槽641在穿过传动环64轴线的平面上的投影为锥形。
为了便于该水平井分段砾石充填工具与其他装置连接，同时又不会造成完井通径逐级减小的缺陷，筒形的下接头53固定套接于外套筒52的另一端内，充填筒51的内径小于下接头53的内径，弹簧71的一端与传动环64抵接，弹簧71的另一端与下接头53抵接，充填筒51的内径小于弹簧71的内径。筒形的上接头54固定套接于充填筒51的另一端外，充填筒51的内径小于上接头54的内径。
开关滑套装置61外还套设有用于遮挡充填孔513的保护器55，筒形的保护器55通过突起511与所述充填筒51的一端固定连接，保护器55的内径等于滑套62的外径，如图3所示。保护器55的右端设置有内螺纹，保护器55的右端与充填筒51右端的突起511通过螺纹连接，并且保护器55的右端与外套筒52的左端面接触。保护器55将充填孔513径向流出来的液体转变为向左的轴向运动的液体，避免液体直接冲击井壁，对井壁起到保护作用。
下面参见图2介绍水平井分段砾石充填服务工具88的具体结构：
外套管1包括连接管16和筒形的摇臂座13，连接管16和摇臂座13同轴设置，连接管16的一端为液体入口端11，连接管16的另一端与摇臂座13的一端固定连接，第一填充口12设置于连接管16，所述工作臂32的一端与摇臂座13通过第一销轴33转动连接。
支撑杆31和工作臂32均为条形，第一销轴33的轴线和第三销轴35的轴线平行，第二销轴34的轴线和第三销轴35的轴线平行，第一销轴33的轴线到内芯2轴线的距离等于第二销轴34的轴线到内芯2轴线的距离。
内芯2的另一端沿内芯2的周向均匀设置有至少两个连杆机构3，摇臂座13的侧壁内设置有与每个连杆机构3相匹配的通孔槽131。
所述连接管16的另一端的外壁与所述摇臂座13的一端的内壁通过螺纹连接，连接管16外固定套接有筒形的填充器14，填充器14的内壁与连接管16的外壁密封连接，填充器14的侧壁设有第二填充口141，第二填充口141的位置与第一填充口12的位置相对应，连接管16的内外通过第一填充口12和第二填充口141连通，摇臂座13的直径小于填充器14的直径，当所述工作臂32的另一端伸出外套管1的外表面时，填充器14的直径的小于所述工作臂32的另一端到内芯2轴线的距离。
摇臂座13的另一端设置有导头15，导头15的一端为锥形并且所述锥形设置在摇臂座13外，导头15的另一端为筒形并且所述导头15的另一端与所述摇臂座13的另一端通过螺纹固定连接，弹簧21的一端与内芯2连接，弹簧21的另一端与导头15连接。
所述内芯2的一端为筒形的滑杆座22，所述内芯2的另一端为柱状的滑杆23，滑杆座22和滑杆23同轴设置，滑杆23的一 一端套设于滑杆座22的一端内并且滑杆23与滑杆座22通过螺纹连接，滑杆座22的外壁与连接管16的内壁密封连接，所述支撑杆31的另一端与滑杆23通过第三销轴35转动连接。
滑杆座22的另一端设置有导流头24，导流头24的一端为锥形，所述锥形的顶端朝向液体入口端11，所述锥形的位置与第一填充口12的位置相对应，导流头24的另一端通过螺纹套接于所述滑杆座22的另一端内，滑杆座22内形成空腔。
所述滑杆座22的一端的外表面设置有突起环221，突起环221的外径大于连接管16的内径同时且突起环221的外径小于连接管16的外径。
滑杆23的另一端设置有用于固定弹簧21的台阶231。外套管1的液体入口端11处设置有上接头4。
以图10所示的管柱结构为例，介绍水平井分段砾石充填服务工具88和水平井分段砾石充填工具85的任意分段充填和反洗：
先在井内下入水平井分段砾石充填工具85、分段砾石充填完井管柱84、完井工具83、管外封隔器86等完井。再下入水平井分段砾石充填服务工具88和填砂管柱87。此外图10中还包括：表层套管81、技术套管82、完井工具83、和井壁89。
完井工具83泛指水平井完井时所用的封隔器、悬挂器、固井工具等；
分段砾石充填完井管柱84泛指由筛管、油层套管、扶正器、引鞋也叫丝堵等构成的用于分段砾石充填管柱；
填砂管柱87泛指用于输送携砂液和砾石、从井口到分段充填服务工具之间的管柱，由油管、阻流工具、扶正器等组成。
图10中从左向右依次包括第一级水平井分段砾石充填工具85、第二级水平井分段砾石充填工具85、第三级水平井分段砾石充填工具85，当水平井分段砾石充填服务工具88进入第一级水平井分段砾石充填工具85时，即进入图10中最左侧的水平井分段砾石充填工具85时，向填砂管柱87内泵注液体，水平井分段砾石充填服务工具88的工作臂32张开并与凹槽641勾合，在地面轻微下放填砂管柱87，水平井分段砾石充填服务工具88向右移动，开关滑套装置61也向右移动，充填孔513被打开，即水平井分段砾石充填服务工具88对水平井分段砾石充填工具85产生开启作用，第一级水平井分段砾石充填工具85的充填孔513打开后，再向填砂管柱87内泵注携砂液和砾石，即可进行砾石充填。
当第一级充填结束时，地面停止泵注液体，水平井分段砾石充填服务工具88的工作臂32关闭，在弹簧71的作用下，充填孔513也被关闭，上提填砂管柱87，水平井分段砾石充填服务工具88与水平井分段砾石充填工具85脱开，此时向技术套管82与填砂管柱87的环空内泵注反洗液体，反洗液依次经过填砂管柱87外的环空流动到水平井分段砾石充填服务工具88外，经水平井分段砾石充填服务工具88的第一填充口12进入填砂管柱87内，将填砂管柱87内多余的砾石反洗出地面，反洗结束，继续下放填砂管柱87，水平井分段砾石充填服务工具88越过第一级水平井分段砾石充填工具85，向右至第二级水平井分段砾石充填工具85，重复第一级充填、反洗的过程，可依次实现第二、第三级充填、反洗。
最后，起出填砂管柱87和水平井分段砾石充填服务工具88，水平井分段砾石充填施工结束。
由于下入水平井中的各级水平井分段砾石充填工具85的结构、尺寸完全一样，不会造成完井通径逐级减小，而且级数不受限制，砾石充填的效果更好；分段完井后，填砂时，只需要下入一个水平井分段砾石充填服务工具88、一趟管柱下入即可实现各分段充填。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。
Claims (10)
1.一种水平井分段砾石充填工具，其特征在于，所述水平井分段砾石充填工具包括充填筒(51)、外套筒(52)和开关滑套装置(61)；
筒形的充填筒(51)的一端套设于筒形的外套筒(52)的一端内，所述充填筒(51)的一端的外壁沿着充填筒(51)的周向设置有多个突起(511)，相邻两个突起之间形成容纳槽(512)，充填筒(51)通过突起(511)与外套筒(52)固定连接，充填筒(51)的两端之间设置有能够连通充填筒(51)内外的充填孔(513)；
开关滑套装置(61)包括依次固定连接的滑套(62)、桥接管(63)和传动环(64)，筒形的滑套(62)套设于充填筒(51)外并且能够将充填孔(513)关闭，桥接管(63)套设于充填筒(51)外，桥接管(63)一端为与滑套(62)连接的筒形，桥接管(63)另一端为与传动环(64)连接的条形连接片(631)，条形连接片(631)设置于容纳槽(512)内，筒形的传动环(64)套设在外套筒(52)内，充填筒(51)的内径小于传动环(64)的内径，传动环(64)的内壁沿周向设置有凹槽(641)，外套筒(52)内还设置有能够推动开关滑套装置(61)沿外套筒(52)的轴线方向移动的弹簧(71)。
2.根据权利要求1所述的水平井分段砾石充填工具，其特征在于：多个突起(511)在充填筒(51)的外壁沿周向均匀分布，每个突起(511)的顶部设置有外螺纹，每个突起(511)的顶部与外套筒(52)的内壁通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的水平井分段砾石充填工具，其特征在于：滑套(62)的内径等于充填筒(51)的外径，滑套(62)与桥接管(63)通过螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的水平井分段砾石充填工具，其特征在于：桥接管(63)的内径等于充填筒(51)的外径，桥接管(63)的外径等于外套筒(52)的内径。
5.根据权利要求1所述的水平井分段砾石充填工具，其特征在于：条形连接片(631)的形状与容纳槽(512)的形状相匹配，条形连接片(631)的内表面设置有内螺纹，条形连接片(631)和传动环(64)通过螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的水平井分段砾石充填工具，其特征在于：传动环(64)的一端与所述充填筒(51)的一端抵接。
7.根据权利要求1所述的水平井分段砾石充填工具，其特征在于：凹槽(641)在穿过传动环(64)轴线的平面上的投影为锥形。
8.根据权利要求1所述的水平井分段砾石充填工具，其特征在于：筒形的下接头(53)固定套接于外套筒(52)的另一端内，充填筒(51)的内径小于下接头(53)的内径，弹簧(71)的一端与传动环(64)抵接，弹簧(71)的另一端与下接头(53)抵接，充填筒(51)的内径小于弹簧(71)的内径。
9.根据权利要求1所述的水平井分段砾石充填工具，其特征在于：筒形的上接头(54)固定套接于充填筒(51)的另一端外，充填筒(51)的内径小于上接头(54)的内径。
10.根据权利要求1所述的水平井分段砾石充填工具，其特征在于：开关滑套装置(61)外还套设有用于遮挡充填孔(513)的保护器(55)，筒形的保护器(55)通过突起(511)与所述充填筒(51)的一端固定连接，保护器(55)的内径等于滑套(62)的外径。
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