CN105221119A - 一种建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具及方法，所述工具称为扩张器，所述扩张器以及送入管柱和地面施压装置组成扩张系统；所述送入管柱上连接有至少一个扩张器，每个扩张器上安装有至少一个扩张单元，所述扩张器和地面施压装置相连通、产生作用于防砂管过滤部件内壁的压力、使防砂管上形成注入颗粒流动的过流通道。本发明采用扩张单元产生垂直于防砂管过滤部件压力的方式，能够使防砂管孔隙变大，形成足够大的过流通道，确保颗粒能够顺利通过；只作用于防砂管，不会造成射孔可能造成井壁坍塌、残渣污染地层等问题，避免了事故的产生。在作业完成后，能够再一次拖动管柱多次重复作业，减少了下入管柱次数，提高了作业效率。

Description

一种建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具及方法

技术领域

本发明具体涉及一种建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，以及使用该工具建立防砂管颗粒流动通道的方法，属于石油和天然气开采领域。

本发明主要应用于防砂管完井的油气井，包括油井、气井、注入井等，这里的防砂管也称为筛管，包括割缝筛管、绕丝筛管、金属网复合筛管、镶嵌过滤块式筛管和冲缝筛管等。

背景技术

油气井完井过程中，为防止地层出砂带来危害（磨损叶轮，降低泵效、磨蚀机械部件、堵死管线、中断生产等），需要下入防砂管进行防砂。防砂管又称为筛管，为满足防地层砂的需要，防砂管过滤材料的孔隙一般在0.1-0.3mm之间，但这样的孔径并不能够满足从防砂管内向防砂管外注入颗粒的工艺要求。

防砂管完井的油气井，在下列几种情况下需要从防砂管内向防砂管外注入颗粒，即需要建立井下防砂管固体颗粒流动通道：

1、防砂管完井的井，从防砂管内向防砂外充填砾石，进行砾石充填防砂，砾石充填后已下入防砂管堵塞周期会延长很多倍。如二次完井防砂过程中，向已下入筛管中下入小防砂管，在已下入老防砂管和新下入小防砂管环空、以及由老防砂管和新小入小防砂管组成的环空内向老防砂管和地层组成的环空外进行砾石充填防砂，延长防砂周期。

2、注入轴向封隔颗粒，特别是轻质封隔颗粒控流，起到轴向封隔颗粒在防砂管外环空限制油水的轴向窜流的作用。如在已下入的筛管中下入小直径控水筛管，在已下入筛管和小控水筛管环空内、以及已下入筛管和小控水筛管环空内向已下入防砂管和地层之间的环空外充填连续封隔颗粒，阻止流体横向窜流。

3、大颗粒型化学试剂的注入，一般需要的流动通道为2mm-5mm。

此外，油井防砂管堵塞，想恢复出砂临界低压差生产的情况，需要建立防砂管外颗粒向防砂管内流动的通道，以消除防砂管的堵塞。

目前，防砂管完井的油气井，建立防砂管固体颗粒流动通道主要采用射孔的方法。但射孔成本高，例如300米水平段筛管射孔，成本高达100万人民币。射孔后，剧烈震动可能造成井壁的坍塌，这种坍塌会带来一系列的问题。

因此，为了解决上述问题，需要设计一种能够在防砂管上形成颗粒流动通道的工具和方法。

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，提供一种建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具及方法，本发明采用液压驱动扩张器的方式，能够调整不同的压力，保证防砂管的胀缝宽度，建立井下防砂管颗粒流动通道，确保井下注入颗粒能够顺利通过防砂管进入防砂管外空间，避免了射孔造成油层污染、甚至井壁坍塌等潜在危险，降低了作业的成本与风险；在一次作业完成后，能够上提或下放管柱，送入到下一个需要作业的防砂管段，继续作业，还可以用于下一口井的建立井下防砂管颗粒流动通道的作业。

本发明采用的技术方案为：

本发明一种建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，所述工具称为扩张器，所述扩张器以及深入井下防砂管的送入管柱和地面施压装置组成扩张系统；所述送入管柱上连接有至少一个扩张器，每个扩张器上安装有至少一个扩张单元，所述扩张器和地面施压装置相连通、产生作用于防砂管过滤部件内壁的压力、使防砂管上形成注入颗粒流动的过流通道。

多个保持作用于防砂管过滤部件内壁的压力相互平衡安装的扩张单元构成一组，每个扩张器上安装有一组或多组扩张单元。

所述扩张单元内安装有活塞顶杆；地面施压装置在扩张主体内产生作用于活塞顶杆活塞面的压力，使活塞顶杆滑动、产生作用于防砂管过滤部件内壁的压力、使防砂管上形成注入颗粒流动的过流通道。

所述扩张单元安装有一个活塞顶杆限位装置，活塞顶杆上安装复位弹性元件。

所述活塞顶杆限位装置为压盖，所述压盖上通过中空的压钉和垫圈安装有防砂网；所述复位弹性元件为套装于活塞顶杆上的弹簧。

所述扩张器下部连接一个泄油器，所述泄油器为智能可编程多次开关的泄油器或喷嘴型泄油器。

所述防砂管也称为筛管，所述筛管为割缝筛管、绕丝筛管、金属网复合筛管、镶嵌过滤块式筛管或冲缝筛管。

本发明同时公开了一种建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的方法，所述方法为通过地面加压装置在扩张器内产生作用于活塞面的外部压力，使活塞顶杆滑动，产生作用于防砂管过滤部件内壁的压力、使防砂管产生注入颗粒流动的过流通道。

具体的，本发明所述方法步骤为：

（1）将扩张器用送入管柱下入到目标位置；

（2）扩张器和送入管柱组成的工作管串连接地面加压装置；

（3）通过地面加压装置，向扩张器内施加压力，使扩张器内的活塞顶杆移动，当达到胀开通道压力后，地面泄压，直至表压为零；

（4）拖动工作管柱至下一个需要胀开通道位置，重复步骤（3）操作；

（5）将工作管柱提出井口。

本发明的优点和有益效果为：

本发明建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，采用液压作用活塞顶杆产生垂直于防砂管过滤部件压力的方式，能够有效的使防砂管孔隙变大，形成足够大的过流通道，确保颗粒能够顺利通过；

本发明建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，只作用于防砂管，不会造成射孔可能造成井壁坍塌、残渣污染地层等问题，避免了事故的产生。

本发明建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，在作业完成后，能够再一次拖动管柱多次重复作业，该工具多次重复作业的特点，减少了下入管柱次数，提高了作业效率。

本发明建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，通过智能泄压装置，平衡环空内外压差，确保扩张器内弹性元件能够顺利带动顶杆回缩，不会发生管柱卡住的现象，保证了正常的施工作业。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明安装一组扩张单元的结构示意图。

图3-1为一组扩张单元扩张器活塞在冲缝筛管中的胀缝过程。

图3-2为扩张单元动作后胀缝结构示意图。

图4为扩张单元动作后将过滤块顶开结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，在油气井充填封隔体颗粒进行控水作业过程中，筛管上需要足够大的导流缝，封隔体颗粒由筛管内进入已下入筛管和地层之间的外环空。

如图1所示为割缝筛管完井的扩张器系统，1-1为地面加压装置；1-2高压软管；1-3为送入管柱；1-4为扩张单元；1-5为泄油器；1-6为割缝筛管。

如图1所示，一种建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，本实施例的井下防砂管为割缝筛管1-6，深入井下防砂管的送入管柱1-3和地面施压装置1-1，所述送入管柱上安装有扩张器，所述扩张器上安装有至少一个扩张单元1-4，所述扩张单元和地面施压装置通过高压软管1-2相连通、产生作用于防砂管过滤部件内壁的压力、使防砂管上形成注入颗粒流动的过流通道。

所述扩张器下部连接一个泄油器1-5，确保扩张器活塞复位；所述泄油器为智能可编程多次开关的泄油器或喷嘴型泄油器。

图2为本实施例一个活塞扩张单元胀缝的结构示意图。

如图2所示，1个保持作用于防砂管过滤部件内壁压力的扩张器，所述扩张器上安装有一个扩张单元。扩张单元通过主体2-1安装于扩张器上，扩张单元内安装有活塞顶杆2-7，所述活塞顶杆和扩张器主体之间设置有密封圈2-2；地面施压装置在扩张器内产生作用于活塞顶杆活塞面的压力，使活塞顶杆滑动、产生作用于防砂管过滤部件内壁的压力、使防砂管上形成注入颗粒流动的过流通道。

扩张器安装有一个活塞顶杆限位装置，所述活塞顶杆限位装置为压盖2-3，所述压盖上通过中空的压钉2-5和调整垫圈2-4安装有防砂网2-6；活塞顶杆上安装复位弹性元件。所述复位弹性元件为套装于活塞顶杆上的弹簧。

地面加压装置在扩张器内产生作用于活塞顶杆活塞面的压力，使活塞顶杆产生移动，活塞顶杆作用于割缝筛管割缝处的内壁，压力不断增加，使割缝筛管的割缝缝隙变大，形成大约5mm的导流缝，本实施例的地面加压装置为泵车，通过向管柱内注水而施加压力。

实施例2

如图3所示为一组扩张器活塞单元在冲缝筛管中胀缝过程，3-1为上扩张单元；3-2为压盖；3-3为活塞顶杆2；3-4为中间扩张单元；3-5为下扩张单元,3-6为冲缝筛管。所示由单组平衡单元组成的扩张器在地面加压装置加压的情况下，活塞顶杆伸出，嵌入冲缝筛管基管的孔内，经过不断加压，活塞顶杆将冲缝套顶开，形成充填颗粒可以顺利通过的流道。该处活塞顶杆头部形状为圆锥状。图3-2为扩张单元动作后胀缝结构示意图。图3-2中，3-7为活塞顶杆，3-8筛管基管，3-9为冲缝套。

除以上区别于实施例1的活塞顶杆结构外，其他部分结构均和实施例1相同。

实施例3

该方法是将扩张器管串下放至井下的目标位置；地面加压装置在送入管柱内加压使活塞顶杆作用镶嵌在筛管基管管壁上的过滤块，将过滤块顶出，形成过流通道。

本实施例3是采用实施例1所述的扩张器，本实施例在镶嵌过滤块式的筛管完井的采油水平井中进行。该方法具体步骤为：

（1）地面将扩张器、智能压控阀管串连接好；

（2）将扩张器下入到设计位置；

（3）通过地面加压装置，向管柱内施加压力，使扩张器内活塞顶杆产生作用于镶嵌在基管内的过滤块；本实施例采用压裂车注入管内加水加压方式进行；

（4）注入压力达到15Mpa时，持续加压至20Mpa，智能压控开关自动打开，使扩张器泄压，便于活塞顶杆回缩，拖动管柱至下一段目标位置，智能压控阀一定时间后自动关闭。

如图4所示，图4中，4-1为活塞顶杆，4-2为筛管基管，4-3为过滤块镶嵌孔，4-4为被顶开的过滤块。

实施例4

在实施例3的基础上，本发明的另外一种实施方式为一种使用建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具实现已堵塞防砂管恢复可以生产状态的方法；该方法的工具的活塞顶杆使在一定压力下使防砂管的孔隙扩张，固体颗粒能够随液体通过防砂管，实现防砂管堵塞的油井带砂恢复生产。同一筛管内，多次下放胀管管柱，实现多处液体通道的建立；

地面加压装置为压裂车；

活塞顶杆分布可变为圆周方向分布三个；

其他部分与实施例3完全相同。

本发明利用扩张器的方式建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的方法，既可以采用一个扩张器安装多个扩张单元的方式，也可以采用多个扩张器组合的方式，既增加了防砂管过流通道的数量，又保证了活塞工作过程中工具的受力平衡，防止工具在外力作用下发生弯曲变形以及连接螺纹的松动。

油气井井下防砂管颗粒流动通道建立以后，充填过程中，充填颗粒可以源源不断的通过过流通道注入到防砂管和地层之间的环空中，因此，极少的过流通道就能够满足充填的要求，如每30m存有一个过流通道就能够满足该要求。

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 (8)

1.一种建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，所述工具包括扩张器，所述扩张器以及深入井下防砂管的送入管柱和地面施压装置组成扩张系统；其特征在于：所述送入管柱上连接有至少一个扩张器，每个扩张器上安装有至少一个扩张单元，所述扩张单元和地面施压装置相连通、产生作用于防砂管过滤部件内壁的压力、使防砂管上形成注入颗粒流动的过流通道。

2.如权利要求1所述的建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，其特征在于：多个保持作用于防砂管过滤部件内壁的压力相互平衡安装的扩张单元构成一组，每个扩张器上安装有一组或多组扩张单元。

3.如权利要求1或2所述的建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，其特征在于：所述扩张单元内安装有活塞顶杆；地面施压装置在扩张主体内产生作用于活塞顶杆活塞面的压力，使活塞顶杆滑动、产生作用于防砂管过滤部件内壁的压力、使防砂管上形成注入颗粒流动的过流通道。

4.如权利要求3所述的建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，其特征在于：所述扩张单元安装有一个活塞顶杆限位装置，活塞顶杆上安装复位弹性元件。

5.如权利要求4所述的建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，其特征在于：所述活塞顶杆限位装置为压盖，所述压盖上通过中空的压钉和垫圈安装有防砂网；所述复位弹性元件为套装于活塞顶杆上的弹簧。

6.如权利要求5所述的建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的工具，其特征在于：所述扩张器下部连接一个泄油器，所述泄油器为智能可编程多次开关的泄油器或喷嘴型泄油器。

7.一种建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的方法，其特征在于，所述方法为通过地面加压装置在扩张器内产生作用于活塞面的外部压力，使活塞顶杆滑动，产生作用于防砂管过滤部件内壁的压力、使防砂管产生注入颗粒流动的过流通道。

8.如权利要求7所述的建立油气井井下防砂管颗粒流动通道的方法，其特征在于，所述方法步骤为：

（1）将扩张器用送入管柱下入到目标位置；

（2）扩张器和送入管柱组成的工作管串连接地面加压装置；

（3）通过地面加压装置，向扩张器内施加压力，使扩张器内的活塞顶杆移动，当达到胀开通道压力后，地面泄压，直至表压为零；

（4）拖动工作管柱至下一个需要胀开通道位置，重复步骤（3）操作；

（5）将工作管柱提出井口。