CN103924950B - 一种新的油气井充填系统及该系统的应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新的油气井充填系统及该系统的应用方法，油气井充填系统包括油气井井壁和下入油气井内的入井管串，入井管串与井壁之间形成一个环空；所述入井管串上设置有至少一个可控制流通装置。应用该系统可以实现在整个油气井中形成致密且完整的半渗封隔环。具体方法包括（1）可控制流通装置打开，形成充填颗粒砂床阶段，（2）可控制流通装置关闭阶段，和（3）半渗封隔环完全建立阶段。本发明所述系统有助于在有控流过滤器管柱的情况下，致密且完整的半渗封隔环的建立，提高半渗封隔环建立的成功率，从而达到半渗封隔控流技术要求的封隔效果。

Description

一种新的油气井充填系统及该系统的应用方法

技术领域

本发明涉及一种新的油气井充填系统及该系统的应用方法，属于石油和天然气开采领域。这里的油气井是指油气田开发中广义的生产井，包括油井、气井、天然气井、注入井、注蒸汽热采井、蒸汽吞吐井、蒸汽注入井、深井和超深井等，特别是水平井和大斜度井。

背景技术

1、油气井需要分段控流：

在同一口井中，由于地层间的渗透率沿油气井生产段轴向的差异很大，油水间的粘度差很大，这就导致了水会沿着渗透率高的地层提前进入井筒，并迅速充满井筒的大部分空间，使油气井产液的含水率大幅度升高，油产量大幅度下降。例如某油气井的生产段为300米，渗透率高的生产段长30米，地层间渗透率相差3倍，地层中的油水的粘度比相差100倍，当地层水沿着渗透率高的地层提前进入井筒后，该井产液的含水率会迅速升至95%以上，日产油量降至未出水时日产油量的1/3。上述问题给油田生产带来了巨大的经济损失。

为了解决上述问题，油气井需要分段控流技术。分段控流技术是将油气井的生产段分隔成若干个独立的生产区间，每个生产区间都有控流装置进行可控限流。分段控流技术显著地减缓了地层水的局部快速推进，提高了产油量；即使在油气井出水后，分段控流技术也能有效限制地层水产出量急剧上升，减小日产油量下降幅度。如前段所述井况的油气井，在油井见水后，分段控流技术可以将产液含水率控制在60%以下，日产油量可达到未出水时日产油量的85%以上。

同样，对于气顶油藏、注气井和蒸汽驱井，由于油气间的粘度差非常大，极易在高渗透段形成气锥，或气窜或汽窜，产生上述类似的问题。

2、目前油气井中应用的分段控流方式：

目前，油气井中分段控流的独立流动单元是依靠下入封隔器实现的，限流是依靠控流过滤器管柱；利用封隔器将油气井的生产段封隔成多个相对独立的生产区间，结合控流过滤器的限流作用，实现油气井的分段控流。

分段控流技术包含两个要素：分段和控流，两者缺一不可。如果油气井内只下入控流过滤器，不使用封隔器进行分段，那么提前进入井筒的地层水会沿着井筒轴向窜流，地层水会迅速占据井筒内的绝大部分空间，仍然会使油气井产液的含水率大幅度上升，导致油产量大幅度下降，最终稳油控水失败。

3、目前分段控流技术使用封隔器分段存在的问题：

目前经常使用的封隔器是遇液膨胀封隔器，遇液膨胀封隔器在以下几种井况是无法实施有效封隔的：

（1）已实施套管射孔的油气井，其水泥环中存在窜槽；

（2）已实施筛管完井的油气井；筛管和井壁之间存在类似窜槽的轴向流动通道；

（3）已下入多孔管的油气井；多孔管与井壁之间存在类似窜槽的轴向流动通道；

（4）井下管柱有变形，但其变形不影响控流过滤器入井，但是遇液膨胀封隔器无法下入。

另外，使用遇液膨胀封隔器的油气井，由于膨胀后的封隔器与井壁间巨大的摩擦力，因此在遇液膨胀封隔器膨胀以后无法将井下管柱拔出。

4、半渗封隔控流技术：

半渗封隔控流技术是解决使用封隔器进行分段控流所存在问题的一种潜在技术（或在研技术）。针对以上使用封隔器进行分段控流所存在的问题，申请人进行了长期的半渗封隔控流技术的研究，以解决封隔器在分段控流方面存在的问题。

半渗封隔控流技术是先向油气井中下入控流过滤器管柱，在控流过滤器管柱与井壁之间存在环空（上述环空是广义的环空，它不仅包括控流过滤器管柱与外管柱或井壁之间的环空，还包括水泥环窜槽、筛管与井壁间的环空、多孔管与井壁间的环空等），然后再向上述环空中充填颗粒介质，并充填紧实形成半渗封隔环。这种半渗封隔环具有轴向流动阻力很大，而径向流动阻力很小的特性，不影响生产。

之所以称之为半渗封隔环，是因为所述的充填环径向渗流能力很强，轴向渗流能力几乎没有，也就是一半的方向有渗流能力，一半的方向有渗流能力申请人称之为半渗。半渗封隔环将油气井轴向封隔成了许多相对独立的生产区间，再结合控流过滤器的控流作用，就实现了分段控流。其井内结构见图1、图2。

图1为水平井应用半渗封隔控流技术进行分段控流示意图。

图2为直井应用半渗封隔控流技术进行分段控流示意图。

图1和图2中，包括井壁1，井壁外，包括高渗透地层区10和低渗透地层区20。井壁内安装有控流过滤器管柱2，井壁和控流过滤器管柱之间的环空为由孔隙介质组成的半渗封隔环3；半渗封隔环顶端由悬挂封隔器4封闭。

5、半渗封隔控流技术在研究中过程中发现的问题：

比如水平段长度达到100米以上时，由于控流过滤器管柱的限流作用导致每根控流过滤器上的流量很小，充填结束后，在控流过滤器管柱的最趾端或者中间部位存在一定的空缺，如图3所示，图3中，3-1和3-2分别为形成的两个空缺，或者投产一定时间后，在整个水平段井筒的上部存在轴向窜槽，如图4示，图4中，4-1为形成的沟槽或串槽。这样无法形成有效的轴向封隔环；导致半渗封隔环封隔失效，半渗封隔环的目的将油气井的生产段轴向封隔成了许多相对独立的生产区间，无法实现，半渗封隔控流技术整体失效。

说明：对于其他油气井，也存在上述所述的问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种新的油气井充填系统及该系统的应用方法，所述系统有助于在有控流过滤器管柱的情况下，致密且完整的半渗封隔环的建立，提高半渗封隔环建立的成功率，从而达到半渗封隔控流技术要求的封隔效果。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种新的油气井充填系统，油气井充填系统包括油气井井壁和下入油气井内的入井管串，所述入井管串靠近井口一端和井壁之间固定连接，入井管串与井壁之间形成一个环空；所述入井管串上设置有至少一个可控制流通装置。

优选的，所述可控制流通装置安装于入井管串上对应于油气井最趾端的位置。

进一步优选的，所述入井管串为安装有具有限流作用的控流过滤器的管串。

更优选的，一个可控制流通装置的流量是单个控流过滤器流量的2倍以上。

所述可控制流通装置具有两个状态：

（1）打开状态：在初始充填时，可控制流通装置处于打开状态，从而能引导一定量携带有充填颗粒的流体到达可控制流通装置部位即油气井的最趾端；

（2）关闭状态：其实现关闭的方式主要有两种，一种是在可控制流通装置内组装开关设备(说明：此种可控制流通装置本专利中不做详细说明)，或者是在可控制流通装置外部实现关闭(说明：本专利中主要应用此种可控制流通装置)。

可控制流通装置内组装开关设备方式为下列两种中的任一一种：

1）可控制流通装置内部安装电子或机械的开关控制器或者通过液压作用，延时关闭或定时关闭可控制流通装置内外的流通通道；

2）可控制流通装置内组装封隔器，延时关闭可控制流通装置内外的流通通道；所述封隔器为遇液膨胀封隔器。

在可控制流通装置外部实现关闭的方式为所述可控制流通装置设置有一个颗粒拦截器，可控制流通装置由颗粒拦截器和流动通道构成；通过匹配可控制流通装置内颗粒拦截器的孔隙或缝隙与被拦截颗粒的粒径，颗粒拦截器会阻止被拦截颗粒进入可控制流通装置的内部，当被拦截颗粒挡住颗粒拦截器的孔隙或缝隙后、充填颗粒也就不能进入可控制流通装置内，而在可控制流通装置及被拦截颗粒的外围堆积，当可控制流通装置外表面的外部空间堆满紧实的充填颗粒时，通过可控制流通装置的流量逐渐降为0，可控制流通装置关闭。可控制流通装置中的颗粒拦截器内部设置有拦截被拦截颗粒的装置。

拦截被拦截颗粒的装置包含有起过滤作用的部件，如金属网、缝板、绕丝套或预充填套。

可控制流通装置的流动通道为下列方式中的任一一种：

（1）由专门的流量调节装置构成的控流装置；

（2）设置于基管上的一个或多个小孔，通过小孔的孔径和数量来调节流量；

（3）一个或多个具有一定深度和截面积的孔道，孔道的前部或者后部可组装用于节流的小件，如喷嘴，孔板，挡板等。

所述被拦截颗粒具有下列特征：（1）粒径大小可以根据需要进行调整。（2）密度：和充填携带液密度偏差在±0.5g/cm³以内；（3）颗粒外形：圆形或其它如：如纤维状，羽毛状，片状等不规则形状；（4）实心或空心；

被拦截颗粒的来源有下列任一一种方式：（1）充填颗粒本身作为被拦截颗粒；（2）在充填颗粒中混有一定比例的专用被拦截颗粒；（3）适当时候，往充填携带液中加入一定量的专用被拦截颗粒。专用被拦截颗粒的过滤尺寸大于充填颗粒。

本发明同时公开了所述的新的油气井充填系统的应用方法，应用该系统在整个油气井中形成致密且完整的半渗封隔环。

具体包括下列步骤：

（1）可控制流通装置打开，形成充填颗粒砂床阶段：由于一个可控制流通装置的流量相对于单个控流过滤器的2倍以上，充填开始时，除了部分充填携带液通过控流过滤器进入井管串的管柱内，返回井口，还有一定量的充填流体被可控制流通装置引导流向油气井的最趾端，充填颗粒就会沿着油气井铺一个充填颗粒砂床，一直铺到油气井的最趾端的可控制流通装置部位，从而整个油气井中形成充填颗粒砂床。

（2）可控制流通装置关闭阶段：充填颗粒砂床形成后，可控制流通装置的颗粒拦截器会拦截被拦截颗粒进入可控制流通装置的内部，当被拦截颗粒挡住颗粒拦截器的孔隙或缝隙后、充填颗粒不能进入可控制流通装置内，在可控制流通装置的外表面进行堆积，由于颗粒堆积会产生一定的渗流阻力，根据渗流力学的原理，随着充填颗粒在可控制流通装置的外围堆积充填颗粒厚度的增加，渗流阻力增加，通过可控制流通装置的流量就逐渐减小；当可控制流通装置外表面的外部空间堆满紧实的充填颗粒时，可控制流通装置上就几乎没有充填流体通过，可控制流通装置关闭。

（3）半渗封隔环完全建立阶段：可控制流通装置关闭后，充填颗粒在控流过滤器的流量携带下，从油气井最趾端的可控制流通装置部位开始沿着新的油气井充填系统管串向最跟端依次填满井筒中充填颗粒砂床的未占据的空间，整个充填颗粒砂床的未占据的空间就全部填满充填颗粒，从而在整个油气井中形成致密且完整的半渗封隔环。

本发明中为了更好说明一种新的油气井充填系统有助于半渗封隔环的建立，把具体的实现过程分成了上述三个阶段，在实际过程中可能不是这样的绝对和明显。有时可能会出现可控制流通装置流量逐渐减小时，已经铺好的充填颗粒砂床随着流量的减小逐渐加厚，也即又在原有充填颗粒砂床的基础上再铺一层充填颗粒，从而加厚了充填颗粒砂床的高度。所以上述的三个阶段不是绝对的。

本发明有助于在有控流过滤器管柱的情况下，致密且完整的半渗封隔环的建立，提高半渗封隔环建立的成功率，从而达到半渗封隔控流技术要求的封隔效果。

本发明提出的一种新的油气井充填系统，主体结构是控流过滤器管串的最趾端组装可控制流通装置。

这里要说明两点：

（1）一种新的油气井充填系统中，入井管串上对应油气井最趾端最少有一个可控制流通装置，也可按照需要在对应油气井的合适位置串接一个或多个可控制流通装置。本发明中以对应油气井最趾端组装一个可控制流通装置为例说明，油气井其他部位有可控制流通装置时可以同理类推。

（2）同油气井其它充填系统一样，充填作业时入井管串上可能还连接有阻止充填颗粒沿井筒往上运移的装置，如封隔器，悬挂器等，属于本技术领域的公知内容，这里不再进行说明。

可控制流通装置有两个明显的特征：

（1）打开状态：在初始充填时，可控制流通装置处于打开状态，从而能引导一定量携带有充填颗粒的流体到达可控制流通装置部位即油气井的最趾端。

（2）关闭状态：其实现关闭的方式主要有两种，一种是在可控制流通装置内组装某种专用开关设备，例如：

1）可控制流通装置内部安装专门的电子或机械的开关控制器或者通过液压作用，延时关闭或定时关闭可控制流通装置内外的流通通道。

2）可控制流通装置内组装封隔器，延时关闭可控制流通装置内外的流通通道。如遇液膨胀封隔器等。

另一种是在可控制流通装置外部实现关闭，具体原理如下：可控制流通装置上有颗粒拦截器，颗粒拦截器具有拦截一定粒径颗粒的功能。当颗粒拦截器孔径与颗粒粒径匹配合适时，颗粒逐渐会被拦截住或者完全被拦截住。当被拦截颗粒挡住颗粒拦截器的孔隙或缝隙后、充填颗粒不能进入可控制流通装置内，在可控制流通装置的外表面进行堆积，由于颗粒堆积会产生一定的渗流阻力，根据渗流力学的原理，随着充填颗粒在可控制流通装置的外围堆积充填颗粒厚度的增加，渗流阻力增加，通过可控制流通装置的流量就逐渐减小；当可控制流通装置外表面的外部空间堆满紧实的充填颗粒时，可控制流通装置上几乎没有充填流体通过，可控制流通装置关闭。从而实现关闭可控制流通装置内外流通通道的目的。

本发明提出的一种新的油气井充填系统，在有控流过滤器管柱的情况下，有助于实现致密且完整的半渗封隔环的建立。

本发明提供的可控制流通装置的结构：

（1）可控制流通装置上设置有颗粒拦截器，所述颗粒拦截器内包含有起过滤作用的部件：比如金属网，缝板，预充填套，绕丝套等等。该部件具有一定的孔隙或缝隙，其孔隙或缝隙的大小可在一定范围内调节。颗粒拦截器的具体形式可以是，但不局限于下列几种形式：

1）缝板：其中缝宽是可选择的过滤尺寸。

2）金属网：根据金属丝的直径和编织方式的不同，其孔径是可选择的过滤尺寸。

3）绕丝套：根据待缠绕金属丝的直径和和绕丝距离方式，待缠绕金属丝之间的间隙是可选择的过滤尺寸。

4）预充填套：两个缝套之间充填一定的介质，比如砾石，金属棉等，其内部预充填介质之间的孔隙可以根据预充填介质的粒径，金属棉孔径来调节。

颗粒拦截器有下述两个方面的特征：

1）颗粒拦截功能：通过匹配颗粒拦截器内过滤部件的孔隙或缝隙与要通过颗粒的大小，实现颗粒的拦截和不拦截的功能。

2）关闭功能：当大量的充填颗粒在颗粒拦截器的外表面堆积，堆积到一定厚度时，根据渗流原理，沿充填流体的流动方向通过颗粒拦截器的流量就逐渐减少，直到流量几乎为0，颗粒拦截器关闭。

（2）可控制流通装置上设置有孔道或装置，用来设定一定的流量需求。由于控流过滤器的限流作用，单根控流过滤器的流量很小，而可控制流通装置的流量可以按照要求设定，同样条件下，一个可控制流通装置的流量可以达到一个控流过滤器2倍以上甚至更大。

可控制流通装置的流动通道可以是，但不局限于下列几种形式：

（1）控流装置，专门的流量调节装置；

（2）一个或多个一定孔径的小孔，通过孔径和数量的不同来调节流量；

（3）一个或多个一定深度和截面积的孔道，孔道的前部或者后部可组装用于节流的小件，如喷嘴，孔板，挡板等。

被拦截颗粒的特征：

（1）粒径大小可以根据需要进行调整。（2）密度：和充填携带液密度偏差在±0.5g/cm³以内；（3）颗粒外形：圆形或其它如：如纤维状，羽毛状，片状等不规则形状；（4）实心或空心。

被拦截颗粒的来源有如下三种方式：

（1）以充填颗粒作为被拦截颗粒，此时充填颗粒粒径与可控制流通装置颗粒拦截器的孔隙或缝隙相匹配。整个油气井井筒中形成均匀的充填颗粒砂床后，随着充填作业的继续进行，大量的充填颗粒到达油气井最趾端的可控制流通装置部位，这时充填颗粒中粒径较大的充填颗粒即被拦截颗粒不能通过可控制流通装置的颗粒拦截器，即被拦截颗粒挡住颗粒拦截器的孔隙或缝隙，充填颗粒也就不能进入可控制流通装置内，而在可控制流通装置的外表面形成堆积，随着堆积层的加厚，可控制流通装置的流量就会逐渐减小，当可控制流通装置外表面的外部空间堆满紧实的充填颗粒时，通过可控制流通装置的流量几乎为0，可控制流通装置关闭。

（2）在充填颗粒中混合一定比例的被拦截颗粒。当充填颗粒砂床到达整个油气井的最趾端即可控制流通装置部位后，充填颗粒中的被拦截颗粒不能通过可控制流通装置的颗粒拦截器，当颗粒拦截器的孔隙或缝隙被被拦截颗粒挡住后、充填颗粒就不能通过可控制流通装置，而在可控制流通装置外堆积，随着充填颗粒堆积层的加厚，可控制流通装置的流量逐渐减少，当可控制流通装置外表面的外部空间堆满紧实的充填颗粒时，通过可控制流通装置的流量几乎为0，可控制流通装置关闭。

（3）在充填作业时，当已泵入井筒充填颗粒的数量占预计整个井筒要泵入充填颗粒数量的一定比例时，往充填携带液中添加被拦截颗粒。当充填颗粒砂床到达油气井最趾端时，充填携带液中的被拦截颗粒也能延期一段时间内达到油气井的最趾端。被拦截颗粒一旦到达油气井最趾端的可控制流通装置部位时，被拦截颗粒不能通过可控制流通装置的颗粒拦截器，当被拦截颗粒挡住颗粒拦截器的孔隙或缝隙后、充填颗粒就不能通过可控制流通装置，而在可控制流通装置外堆积，随着充填颗粒堆积层的加厚，可控制流通装置外表面的外部空间堆满紧实的充填颗粒时，可控制流通装置的流量逐渐减少，当可控制流通装置外表面的外部空间堆满紧实的充填颗粒时，通过可控制流通装置的流量几乎为0，可控制流通装置关闭。

本发明的优点：

（1）应用本发明提出的一种新的油气井充填系统进行充填时，有助于整个油气井能形成完整且致密的半渗封隔环，从而保证半渗封隔控流技术的封隔效果。

（2）一种新的油气井充填系统在实际施工应用中，只需在控流过滤器管串的尾端增加可控制流通装置，无需额外增加新的施工工序或者施工工具。成本低，操作简单，可靠。

附图说明

图1为水平井应用半渗封隔控流技术进行分段控流示意图。

图2为直井应用半渗封隔控流技术进行分段控流示意图。

图3为充填结束后，在控流过滤器管柱的最趾端或者中间部位存在一定的空缺。

图4为投产一定时间后，在整个水平段井筒的上部存在轴向窜槽。

图5为本发明充填管串结构示意图。

图6为充填过程中，可控制流通装置打开，形成充填颗粒砂床阶段。

图7为充填过程中，整个油气井中全部铺满充填颗粒砂床。

图8为充填过程中，可控制流通装置外部被颗粒充填满而关闭。

图9为充填结束后，整个油气井中形成致密且完整的半渗封隔环。

图10为充填结束后，可控制流通装置的颗粒拦截器的外围有被拦截颗粒，整个油气井中形成致密且完整的半渗封隔环。

图11为可控制流通装置中，颗粒拦截器由缝套组成，流通通道为控流装置。

图12为可控制流通装置中，颗粒拦截器由缝套组成，流通通道为基管上设置有已设计流量的孔道。

图13为可控制流通装置中，颗粒拦截器由缝套组成，流通通道为基管内部深孔，深孔的内表面焊接过滤网。

图14为可控制流通装置中，颗粒拦截器由金属网组成。

图15为可控制流通装置中，颗粒拦截器由绕丝套组成。

图16为可控制流通装置中，颗粒拦截器由预充填套组成。

具体实施方式

实施例1

如图5所示，本发明提供了一种新的油气井充填系统，油气井充填系统包括油气井井壁和下入油气井内的入井管串，所述入井管串为安装有具有限流作用的控流过滤器5-2的管串。入井管串与井壁之间形成一个环空；所述入井管串上设置有至少一个可控制流通装置5-1。

所述可控制流通装置安装于油气井最趾端的入井管串上。

所述可控制流通装置具有两个状态：

（1）打开状态：在初始充填时，可控制流通装置处于打开状态，从而能引导一定量携带有充填颗粒的流体到达可控制流通装置部位即油气井的最趾端；（2）关闭状态：

一种新的油气井充填系统主体部分包括：

（1）可控制流通装置：可控制流通装置由颗粒拦截器和流动通道构成；如图11所示，颗粒拦截器由缝套11-1组成，流通通道为专门的控流装置11-2。

由缝套组成颗粒拦截器，缝宽为0.3mm，入井管串对应油气井的最趾端组装一个可控制流通装置。

（2）控流过滤器，过滤精度0.15mm。

（3）被拦截颗粒同充填颗粒，比重为1.05g/cm³，平均粒径为0.15mm的圆形实心颗粒，其中最大粒径约0.3mm的，最小粒径约0.05mm。

（4）充填携带液，清水，密度1.0g/cm³。

实施过程：

（1）可控制流通装置打开，形成充填颗粒砂床阶段：如图6所示，图6中，6-1为正在形成的充填颗粒砂床。即在整个油气井中形成充填颗粒砂床阶段。充填颗粒沿着油气井不断向前铺一个充填颗粒砂床，一直到充填颗粒砂床铺到油气井的最趾端的可控制流通装置部位。从而整个油气井中形成充填颗粒砂床。如图7所示，图7中，7-1为已经形成的充填颗粒砂床。

（2）可控制流通装置关闭阶段：以充填颗粒作为被拦截颗粒，充填颗粒砂床铺到油气井的最趾端的可控制流通装置部位后，可控制流通装置拦截住充填颗粒中粒径较大的充填颗粒（即被拦截颗粒）进入可控制流通装置内，当被拦截颗粒挡住颗粒拦截器的孔隙或缝隙，充填颗粒不能进入可控制流通装置内，就在可控制流通装置的外表面进行堆积，由于颗粒堆积会产生一定的渗流阻力，根据渗流力学的原理，随着充填颗粒在可控制流通装置的外围堆积充填颗粒厚度的增加，渗流阻力增加，通过可控制流通装置的流量就逐渐减小；当可控制流通装置外表面的外部空间堆满紧实的充填颗粒时，可控制流通装置上就几乎没有充填流体通过，可控制流通装置关闭；如图8所示，图8中，8-1为充填过程中，可控制流通装置关闭。

（3）半渗封隔环完全建立阶段：可控制流通装置关闭后，充填颗粒在控流过滤器的流量携带下，从油气井的最趾端的可控制流通装置部位开始沿着新的油气井充填系统管串向最跟端依次填满井筒中充填颗粒砂床未占据的空间，整个充填颗粒砂床的未占据的空间就全部填满充填颗粒，从而在整个油气井中形成致密的完整的半渗封隔环。如图9所示，图9中，9-1为完整且致密的半渗封隔环。

实施例2

一种新的油气井充填系统主体部分包括：

（1）可控制流通装置：可控制流通装置由颗粒拦截器和流动通道构成；如图12所示，图12为颗粒拦截器由缝套12-1组成，流通通道为基管上设置有已设计流量的孔道12-2。

由缝套组成颗粒拦截器，缝宽0.5mm，图12中，12-2为基管上已设计流量的孔道。入井管串对应油气井的最趾端组装一个可控制流通装置。

（2）被拦截颗粒：颗粒比重为1.0g/cm³，平均粒径为0.4mm的实心圆形颗粒，其中最大粒径约0.6mm，最小粒径约0.2mm。

（3）充填颗粒：比重为1.0g/cm³，平均粒径为0.15mm的圆形实心颗粒；其中最大粒径约0.3mm的，最小粒径约0.05mm。

（4）控流过滤器，过滤精度0.15mm。

（5）充填携带液，清水，密度1.0g/cm³。

实施过程：

（1）可控制流通装置打开，形成充填颗粒砂床阶段：即在整个油气井中形成充填颗粒砂床阶段。充填颗粒沿着油气井不断向前铺一个充填颗粒砂床，一直到充填颗粒砂床铺到油气井最趾端的可控制流通装置部位，从而整个油气井中形成充填颗粒砂床。

（2）可控制流通装置关闭阶段：在充填颗粒中混合一定比例如1%的被拦截颗粒。当充填颗粒砂床到达整个油气井的最趾端即可控制流通装置部位后，充填颗粒中的被拦截颗粒不能通过可控制流通装置的颗粒拦截器，当被拦截颗粒挡住颗粒拦截器的孔隙或缝隙后、充填颗粒就不能通过可控制流通装置，而在可控制流通装置外堆积，随着充填颗粒堆积层的加厚，可控制流通装置的流量逐渐减少，当可控制流通装置外表面的外部空间堆满紧实的充填颗粒时，通过可控制流通装置的流量几乎为0，可控制流通装置关闭。

（3）半渗封隔环完全建立阶段：可控制流通装置关闭后，充填颗粒在控流过滤器的流量携带下，从油气井的最趾端的可控制流通装置部位开始沿着新的油气井充填系统管串向最跟端依次填满井筒中充填颗粒砂床未占据的空间，整个充填颗粒砂床的未占据的空间就全部填满充填颗粒，从而在整个油气井中形成致密的完整的半渗封隔环。保证半渗封隔环的封隔效果，也即保证了半渗封隔控流技术的分段和控流的效果。

图10中，10-1为完整且致密的半渗封隔环，10-2为可控制流通装置（即油气井的最趾端）附近的被拦截颗粒，保证半渗封隔环的封隔效果，也即保证了半渗封隔控流技术的分段和控流的效果。

实施例3

一种新的油气井充填系统主体部分包括：

（1）可控制流通装置：可控制流通装置由颗粒拦截器和流动通道构成；如图13所示，颗粒拦截器由缝套组成，缝宽约0.5mm，流通通道为基管内部布置的深孔13-2。

如图13所示，基管内部布置深孔13-2，入井管串对应油气井的最趾端组装一个可控制流通装置。

（2）被拦截颗粒：颗粒比重为1.0g/cm³，平均粒径为0.4mm的实心圆形颗粒，其中最大粒径约0.6mm，最小粒径约0.2mm。

（3）充填颗粒：比重为1.05g/cm³，平均粒径为0.15mm的圆形实心颗粒。被拦截颗粒挡住，其中最大粒径约0.3mm的，最小粒径约0.05mm。

（4）控流过滤器，过滤精度0.15mm。

（5）充填携带液，清水，密度1.0g/cm³。

实施过程：

（1）可控制流通装置打开，形成充填颗粒砂床阶段：即在整个油气井中形成充填颗粒砂床阶段。充填颗粒沿着油气井不断向前形成一个充填颗粒砂床，一直到充填颗粒砂床铺到油气井最趾端的可控制流通装置部位，从而整个油气井中形成充填颗粒砂床。

（2）可控制流通装置关闭阶段：当已泵入井筒充填颗粒的数量占预计整个井筒中要泵入充填颗粒数量的一定比例如80%时，往充填携带液中添加被拦截颗粒。当充填颗粒砂床到达油气井最趾端时，充填携带液中的被拦截颗粒会延期一定时间如15分钟到达油气井的最趾端。此时返回液中有部分充填颗粒。被拦截颗粒一旦到达油气井最趾端的可控制流通装置部位时，可控制流通装置会拦截住被拦截颗粒，当被拦截颗粒挡住颗粒拦截器的孔隙或缝隙后、充填颗粒就不能通过可控制流通装置，而在可控制流通装置外堆积，随着充填颗粒堆积层的加厚，可控制流通装置的流量逐渐减少，当可控制流通装置外表面的外部空间堆满紧实的充填颗粒时，通过可控制流通装置的流量几乎为0，可控制流通装置关闭。

（3）半渗封隔环完全建立阶段：可控制流通装置关闭后，充填颗粒在控流过滤器的流量携带下，从油气井的最趾端的可控制流通装置部位开始沿着新的油气井充填系统管串向最跟端依次填满井筒中充填颗粒砂床未占据的空间，整个充填颗粒砂床的未占据的空间就全部填满充填颗粒，从而在整个油气井中形成致密的完整的半渗封隔环。保证半渗封隔环的封隔效果，也即保证了半渗封隔控流技术的分段和控流的效果。

上述的3个实施例中可控制流通装内颗粒拦截器的过滤部件都是缝板形成的缝套，也可以用其他的过滤部件替换，比如：金属网，绕丝套，预充填套等，如图14、图15和图16所示，都属于本专利的保护范围。图14为颗粒拦截器由金属网组成，图14中，14-1为由金属网组成的颗粒拦截器，14-2为基管上已设计流量的孔道；图15为颗粒拦截器由绕丝套组成，图15中，15-1为由绕丝套组成的颗粒拦截器，15-2为基管上已设计流量的孔道；图16为颗粒拦截器由预充填套组成，图16中，16-1为由预充填套组成的颗粒拦截器，16-2为基管上已设计流量的孔道。

通过实验室的实际实验效果，充分证明了，在充填过程中，管串的最趾端有可控制流通装置时，整个300米的油气井先形成一层一定高度的充填颗粒砂床，当井筒中可控制流通装置即油气井的最趾端铺上充填颗粒砂床后，随着充填的继续进行，可控制流通装置会引导充填携带液及被拦截颗粒到达可控制流通装置即油气井的最趾端，当被拦截颗粒到达可控制流通装置即油气井的最趾端时，会被可控制流通装置内的颗粒拦截器拦截住，当被拦截颗粒挡住颗粒拦截器的孔隙或缝隙后、充填颗粒就不能通过可控制流通装置，而在可控制流通装置外堆积，随着充填颗粒堆积层的加厚，可控制流通装置的流量逐渐减少，当可控制流通装置外表面的外部空间堆满紧实的充填颗粒时，通过可控制流通装置的流量几乎为0，可控制流通装置关闭。可控制流通装置关闭后，充填颗粒在控流过滤器流量的携带下逐渐铺满整个充填颗粒砂床未占据的空间，从而建立一个完整且致密的半渗封隔环。每次的充填率都达到100%，充填成功率也是100%，不用再担心充填颗粒在油气井的中间某个位置形成堵塞，造成整个油气井中有空缺的现象。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种新的油气井充填系统，油气井充填系统包括油气井井壁和下入油气井内的入井管串，入井管串与井壁之间形成一个环空；其特征在于：所述入井管串上设置有至少一个可控制流通装置；所述可控制流通装置安装于入井管串上对应于油气井最趾端的位置；所述入井管串为安装有具有限流作用的控流过滤器的管串；一个可控制流通装置的流量是单个控流过滤器流量的2倍以上。

2.如权利要求1所述的一种新的油气井充填系统，其特征在于：所述可控制流通装置具有两个状态：

（1）打开状态：在初始充填时，可控制流通装置处于打开状态，从而能引导一定量的携带有充填颗粒的流体到达可控制流通装置部位即油气井的最趾端；

（2）关闭状态：其实现关闭的方式主要有两种，一种是在可控制流通装置内组装开关设备，或者是在可控制流通装置外部实现关闭。

3.如权利要求2所述的一种新的油气井充填系统，其特征在于：可控制流通装置内组装开关设备方式为下列两种中的任一一种：

（1）可控制流通装置内部安装电子或机械的开关控制器或者通过液压作用，延时关闭或定时关闭可控制流通装置内外的流通通道；

（2）可控制流通装置内组装封隔器，延时关闭可控制流通装置内外的流通通道；所述封隔器为遇液膨胀封隔器。

4.如权利要求3所述的一种新的油气井充填系统，其特征在于：在可控制流通装置外部实现关闭的方式为所述可控制流通装置设置有颗粒拦截器，可控制流通装置由颗粒拦截器和流动通道构成；通过匹配可控制流通装置内颗粒拦截器的孔隙或缝隙与被拦截颗粒的粒径，颗粒拦截器会阻止被拦截颗粒进入可控制流通装置的内部，当被拦截颗粒挡住颗粒拦截器的孔隙或缝隙后、充填颗粒也就不能进入可控制流通装置内，而在可控制流通装置及被拦截颗粒的外围堆积，当可控制流通装置外表面的外部空间堆满紧实的充填颗粒时，通过可控制流通装置的流量降为0，可控制流通装置关闭。

5.如权利要求4所述的一种新的油气井充填系统，其特征在于：可控制流通装置中的颗粒拦截器内部设置有拦截被拦截颗粒的装置。

6.如权利要求5所述的一种新的油气井充填系统，其特征在于：拦截被拦截颗粒的装置包含有起过滤作用的部件。

7.如权利要求6所述的一种新的油气井充填系统，其特征在于：可控制流通装置的流动通道为下列方式中的任一一种：

（1）由专门的流量调节装置构成的控流装置；

（2）设置于基管上的一个或多个小孔，通过小孔的孔径和数量来调节流量；

（3）一个或多个具有一定深度和截面积的孔道，孔道的前部或者后部可组装用于节流的小件。

8.如权利要求7所述的一种新的油气井充填系统，其特征在于：所述被拦截颗粒具有下列特征：（1）粒径大小可以根据需要进行调整；（2）密度：和充填携带液密度偏差在±0.5g/cm³以内；（3）颗粒外形：圆形或其它不规则形状；（4）实心或空心。

9.如权利要求8所述的一种新的油气井充填系统，其特征在于：被拦截颗粒的来源有下列任一一种方式：（1）充填颗粒本身作为被拦截颗粒；（2）在充填颗粒中混有一定比例的专用被拦截颗粒，（3）适当时候，往充填携带液中加入一定量的专用被拦截颗粒。

10.如权利要求1-9之任一所述的新的油气井充填系统的应用方法，其特征在于，应用该系统在整个油气井中形成致密且完整的半渗封隔环。

11.如权利要求10所述的应用方法，其特征在于，包括下列步骤：

（1）可控制流通装置打开，形成充填颗粒砂床阶段：由于一个可控制流通装置的流量相当于单个控流过滤器的2倍以上，充填开始时，除了部分充填携带液通过控流过滤器进入井管串的管柱内，返回井口，还有一定量的充填流体被可控制流通装置引导流向油气井的最趾端，充填颗粒就会沿着油气井铺一个充填颗粒砂床，一直铺到油气井的最趾端的可控制流通装置部位，从而整个油气井中形成充填颗粒砂床；

（2）可控制流通装置关闭阶段：充填颗粒砂床形成后，可控制流通装置的颗粒拦截器会拦截被拦截颗粒进入可控制流通装置的内部，当被拦截颗粒挡住颗粒拦截器的孔隙或缝隙后、充填颗粒不能进入可控制流通装置内，而在可控制流通装置的外表面进行堆积，由于颗粒堆积会产生一定的渗流阻力，根据渗流力学的原理，随着充填颗粒在可控制流通装置的外围堆积充填颗粒厚度的增加，渗流阻力增加，通过可控制流通装置的流量就逐渐减小；当可控制流通装置外表面的外部空间堆满紧实的充填颗粒时，可控制流通装置上几乎没有充填流体通过，可控制流通装置关闭；

（3）半渗封隔环完全建立阶段：可控制流通装置关闭后，充填颗粒在控流过滤器的流量携带下，从油气井最趾端的可控制流通装置部位开始沿着新的油气井充填系统管串向最跟端依次填满井筒中充填颗粒砂床未占据的空间，整个充填颗粒砂床的未占据的空间就全部填满充填颗粒，从而在整个油气井中形成致密且完整的半渗封隔环。