CN108798548A - 一种油气井环空控流短节及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气井环空控流短节及其应用方法，属于油气井井下工艺管柱工具领域，所述环空控流短节工具是通过在常规短节外面设置刷毛层构成的，使用时以环空控流短节的刷毛环在管柱环空中形成的环空控流单元（组）为依托，于井下形成半渗透阻隔环段，为不同的生产目的提供封隔、阻隔、过滤的功能，为生产井控流防砂、压裂施工、增效射孔施工提供控制环空流体状态的新解决方案，已达到解决各自生产、施工的目的。本发明公开的工具和方法，操作简单、便捷，易于施工，利于降低成本减少功耗。

Description

一种油气井环空控流短节及其应用方法

技术领域

本发明属于石油开采领域，涉及油气水井井下工艺管柱工具和应用方法，特别是一种油气井环空控流短节(接)及其应用方法。

背景技术

在油气水井开发和生产中，管柱环空是流体进出的通道，也是各种施工作业的路径。而一直以来能够使用的工具种类非常少，所能运用的方法乏善可陈。

1、部分施工井需要阻断目的井段：压裂施工井、高能气体辅助射孔井，在对目的地层进行施工时，为实现流体能量的集中利用必须应用特定的方法和工具进行环空阻断，一般通过封隔器来实现。但对部分井如高压井或高能气体施工井，由于异常高压的产生，完全阻断、刚性封隔不但对封隔器的性能要求极高，还可能会对井造成损害，例如火药、推进剂产生的高能气体用于增产施工，需要封闭部分区域，才能使气体能量有效进入目的地层，但高能气体生成时，井液压力会急剧升高，对相关管柱造成巨大的冲击。在有封隔器的情况下，易损坏管柱、井体。因此，一直存在刚性封闭的井筒易损井身，不封闭增产效果不明显，所以仅凭现有的封隔技术性价比很差，效果不理想。

2 、生产井需要控流防砂：由于油田地质和流体等方面的原因，许多油气井生产一段时间就会有局部出水出砂问题，油气井局部出水出砂使油气井产量急剧下降，收益受到很大影响。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。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。

油气井通过分段控流技术解决上述问题。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。

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；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。这里的井下过滤器管柱是一种广义的井下过滤器管柱，有多种形式，如：第一种情况是无节流功能井下过滤器管柱，这时无节流功能井下过滤器管柱仅仅是一个防砂过滤器，或称为防砂管，筛管。第二种是具有控流功能的过滤器，即控流过滤器管柱，也称为控流筛管。控流过滤器，具有控流功能，同时具有过滤功能，过滤功能有时是防止控流过滤器外面的防窜流颗粒介质进入井筒中，对出砂的井也有防止地层砂进入井筒中的作用。井下过滤器管柱是指有一个或一个以上的井下过滤器串接而成的管柱。在下入井下过滤器管柱的油气井中，井下过滤器管柱外面存在两种情况，一种情况是井下过滤器管柱外面人为充填有砾石，砾石包括有石英砂或陶粒；另一种情况是井下过滤器管柱外面没有充填物，如果井下过滤器管柱外面没有填充物，出砂井在生产一段时间后，产出的地层砂也会填充满井下过滤器管柱和井壁之间的环空。封隔器、筛管或者再加上砾石共同实现控流防砂，是现今生产井主要的控流手段和工具，也可以说，真正意义上应用于环空的控流工具还不存在。

管柱环空的控制中还有很多问题，上述问题仅仅是其中的一部分，已有的工具有一定的局限性，需要新的解决办法和途径。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中缺少控制环空流体状态的工具及方法的问题，提供一种油气井环空控流短节及其应用方法。

本发明技术方案如下：

技术方案一：

一种油气井环空控流短节（接），由包括刷丝（毛）、刷丝附着体、短节管体构成。

所述刷丝和刷丝附着体是制刷行业通用的概念，刷丝是制作刷子、扫把等产品用的刷毛，刷丝附着体是固定刷丝的基体，所述短接管体是一段油气井用的带丝扣短管。

所述环空控流短节就是在常规短节外面设置刷毛层，通过刷毛的阻挡作用控制管柱环空中流体的状态。

技术方案二：

一种油气井环空控流管串单元，所述环空控流管串单元中至少有一节环空控流短节，由几种基本形式组成：

其一、包括井内壁、串联的环空控流短节，在井内壁与串联的环空控流短节间由短节自带的刷毛充填，即是刷毛在环空中形成半渗透封隔环段构筑成流体控制状态的控流管串单元；

其二、包括井内壁、管柱外壁、固体颗粒充填物、环空控流短节，在井内壁与管柱外壁间、控流短接之间圈闭的环形空间充填固体颗粒充填物形成半渗透封隔环段，或是控流短接的刷毛环作为单向阻隔体，在其一侧填充固体颗粒充填物，同样形成半渗透封隔环段。由控流短接的刷毛环段和固体颗粒充填物共同组成控制井内流体运动状态的控流管串单元。

所述环空控流管串单元可多个串联形成环空控流管串单元组。

这里要说明是固体颗粒充填物的半渗透封隔环段的建造，由控流短接间圈闭的空间形成的短井段半渗透封隔环段的填充颗粒可从井口直接投放，即管串入井时先下入下层环空控流短节，再下入其他管串（如油管）同时投入固体颗粒充填物，填充此段环空，再下环空控流短节和其他输送管串。长井段半渗透封隔环段的建造，通过填充作业完成，填充作业同油气井其他填充作业一样，属于本技术领域的公知内容，这里不再说明。

技术方案三：

一种应用油气井环空控流管串单元的高能气体压裂工艺方法。其工艺管柱包括油气井环空控流管串单元（组）、高能气体发生装置（复合射孔增效装置）。

所述高能气体发生装置是油田高能气体压裂常用器材，特别是高能气体压裂弹、高能气体增效射孔器等。

所述高能气体压裂工艺中的控流单元建立，在控流短接随工艺管柱入井的同时，在控流短接间圈闭的空间填充固体颗粒，即管串入井时先下入下层环空控流短节，再下入一段油管同时投入固体颗粒充填物，填充此段环空，再下入环空控流短节和其他输送管柱，输送到设计位置。

所述控流短接间圈闭的空间大小即一段油管的长度根据高能气体压裂施工的火药量设定，所述填充固体颗粒一般为压裂支撑剂。

在高能气体发生装置上部（井口方向）设置环空控流管串单元（组），当高能气体及驱动的井液通过环空控流管串单元（组）时，特别是固体颗粒充填物形成半渗透封隔环段时，颗粒充填物间的空隙被压缩，半渗透封隔环被压实，通过环空控流管串单元（组）的流量逐步降低，甚至趋于零，相当于高能气体发生装置上部被封闭，使较多有限的能量进入目的地层。而刷毛环及半渗透封隔环属非刚性体，对急剧加载的载荷能够吸收、缓冲，对井身的损害降低。

多级高能气体增效射孔时，从上至下，依次为输送管柱——第一段环空控流管串单元（组）——第一段射孔管柱——输送管柱——第二段环空控流管串单元（组）——第二段射孔管柱，依此类推。这里特别要指出的是环空控流管串单元（组）具有非实体、非刚性的特性，尤其是所述环空控流管串单元（组）长度较短的情况，对于低速载荷具有传导作用，而对于高速载荷有抑制作用。也就是说，多级起爆需要的环空加压，其压力能够传达到下级，所述压裂支撑剂形成的半渗透封隔环段在高能气体加载的下与环空界面产生的阻力抑制高能气体的溢出，从而使更多的高能气体的能量有足够的时间进入地层。

技术方案四：

一种应用油气井环空控流管串单元组的压裂方法。其工艺管柱包括环空控流管串单元组、压裂管柱。

所述压裂管柱为压裂工艺通用管柱，环空控流管串单元组替代封隔器的部分功能，降低对封隔器性能的要求，便于在多井段、水平井施工实现。

所述压裂步骤包括，管串入井——建立封隔环——第一段压裂——疏松封隔环调整管柱到第二段——循环重复上个程序直至全井压裂完成。

技术方案五：

一种应用环空控流管串单元组的生产井控流防砂方法，其工艺管柱包括环空控流管串单元组、生产管柱。

本方案中所述环空控流管串单元组的建立，根据设计将环空控流短节串联在生产管柱上输送到设计位置，下入输送管柱，通过输送管柱将携带有固体充填颗粒的液体输送到设计位置，依托环空控流短节建立起半渗透封隔环段，移动输送管柱，依此方式逐段建立，直至全井完全按设计建立，提出输送管柱。

所述环空控流管串单元组建立在每个需要控流的生产井段位置，根据井段间的渗透率沿油气井生产段轴向的差异大小设计环空控流管串单元组的多少和环空控流管串单元的长度，利用环空控流管串单元的半渗透性质控流防砂。

本发明的优点及有益效果：

本发明提供了一种新的环空流体控制工具及其应用方法，所述油气井环空控流短接及其应用方法，增加了油气井环空流体状态的控制手段，使已有工艺更为简便高效。

附图说明

图1为油气井环空控流短节结构示意图。

图2为油气井环空控流管串单元示意图。

图3为应用油气井环空控流管串单元的高能气体压裂示意图。

图4为应用油气井环空控流管串单元的高能气体增效射孔示意图。

图5为油气井环空控流管串单元组压裂应用过程示意图。

图6为生产井建造环空控流管串单元组过程的示意图。

图7为应用油气井环空控流管串单元组的生产井示意图。

图中，1—井内壁，2—环空控流管串单元，3—输送管串，4—填充液，5—高能气体压裂装置，6—高能气体增效射孔装置，7—封隔器，8—开采地层，

（1-1）—短节管体，（1-2）—刷丝（毛），（1-3）—刷丝附着体，（2-1）—刷毛构成的半渗透封隔环，（2-2）—固体颗粒物构成的半渗透封隔环，（4-1）—注入液，（4-2）—返出液，（6-1）—未建立的环空控流单元组，（6-2）—正在建立的环空控流单元组，（6-3）—已建成的环空控流单元组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于理解本发明，但不构成对本发明的限定。

实施例1

图1为本发明的油气井环空控流短节（接）结构示意图。本发明的油气井环空控流短节（接）包括：短节管体1-1，刷丝（毛）1-2，刷丝附着体1-3。

所述短节管体1-1，可以为油管短节，也可以是其他管材短节，为油田通用管材。

所述刷丝（毛）1-2，为的通用材料，为较高弹性和硬度的金属丝、磨料丝等，也可以根据需要选择的刷丝有金属丝、尼龙丝、塑料丝、磨料丝、剑麻、山棕、猪鬃。

所述刷丝附着体1-3，便于固定刷毛的载体，同制刷业其他一样，属于制刷领域的公知内容，这里不再说明。

所述油气井环空控流短节（接）就是将植有刷毛1-2的刷丝附着体1-3固定在短节管体1-1的外壁上，刷毛的长度要能够填充环空，与刷辊形似，功能和用途不同，刷辊是机器设备的部件，目的是清洗、表面处理、运载等，这里的环空控流短节（接）作为管材或管件用于流体状态控制。

实施例2

图2为本发明的油气井环空控流短节（接）应用时的基础控流单元示意图，由几种主要基本类型，基本类型Ⅰ包括：井内壁1，串联的环空控流短节，及充填环空的刷毛形成半渗透封隔环（简称刷毛环2-1）；基本类型Ⅱ包括：井内壁1，管柱外壁，刷毛环2-1和固体颗粒的半渗透封隔环2-2；基本类型Ⅲ包括：井壁1，管柱外壁，刷毛环2-1，及刷毛环2-1单侧的固体颗粒形成半渗透封隔环2-2。

所述环空控流管串单元可多个串联形成环空控流管串单元组2。

所述基本控流单元Ⅱ的固体颗粒形成的半渗透封隔环2-2的形成，可通过如下方式：井口投入，即管串入井过程中先下入至少一节环空控流短节，待此段环空控流短节全部入井后接入一节普通短节（如油管短节），下入后，投入固体颗粒填充此段环空，形成固体颗粒的半渗透封隔环2-2，后再接入至少一节环空控流短节，后再下入其他管串，这样由两段环空控流短节的刷毛环2-1将固体颗粒约束在此段空间，推送到井下；井下充填，利用液体携带固体颗粒长距离输送形成半渗透封隔环，类似于填砂作业，在井下至少先下入两段环空控流短节，且中间由管串（油管）连接，此段环空的固体颗粒通过填充作业完成，填充作业同油气井其他填充作业一样，属于本技术领域的公知内容，这里不再说明。

所述控流单元与现有工具配合使用，也可以与各种功能管串衔接，包括压裂、射孔、生产控流等完成各自的目的。

实施例3

在执行高能气体压裂施工时，为了施工安全通常依靠井液的压挡压力来保障高能气体压裂的效率。实际上，液柱的压力远不足以抑制高能气体溢出的能量，作用效果不理想，而应用现有封隔技术，施工复杂又会造成安全事故。如图3所示，本发明通过在高能气体压裂装置5的上方设置至少由一节基础控流单元Ⅱ组成控流单元组2的半渗透封隔层的方法，阻断和减少气体能量的从环空溢出。当高能气体及驱动的井液通过环空控流管串单元（组）2时，特别是通过固体颗粒充填物形成半渗透封隔环段2-2时，颗粒充填物间的空隙被压缩，半渗透封隔环2-2被压实，通过环空控流管串单元（组）2的流量逐步降低，甚至趋于零，相当于高能气体发生装置上部被封闭，使较多有限的能量进入目的地层。而刷毛环2-1及半渗透封隔环2-2属非刚性体，对急剧加载的载荷能够吸收、缓冲，这降低了对井身的损害，提高了安全性能。此种应用形式正如专利2013100600148一种埋砂高能气体压裂方法所提的那样，但这里由于环空控流短节的存在，实施更为具体、便捷。

在执行多段高能气体增效射孔时，同样存在与上述相似的情况。如图4所示，其管柱结构通常包括：从上至下，依次为输送管柱3——环空控流管串单元组2——第一段射孔管柱6——输送管柱——环空控流管串单元组2——第二段射孔管柱6，依此类推。这里特别要指出的是环空控流管串单元（组）具有非实体、非刚性的特性，尤其是所述环空控流管串单元（组）长度较短的情况，对于低速载荷具有传导作用，而对于高速载荷有抑制作用。也就是说，多级起爆需要的环空加压，其压力能够传达到下级，所述压裂支撑剂形成的半渗透封隔环段在高能气体加载的下与环空界面产生的阻力抑制高能气体的溢出，从而使更多的高能气体的能量有足够的时间进入地层。

实施例4 压裂施工中的应用

砂体阻塞在一些压裂施工中替代了封隔器、桥塞等工具，在压裂施工中具有特殊作用。本发明的工具能够便捷的建立起砂体阻流环，与现有的压裂管柱配合完成施工。

如图5所示，油气井环空控流管串单元在控制压裂流体方面的应用。其工艺管柱包括油气井环空控流管串单元组、压裂管柱。

本发明提供了在一种应用环空控流管串单元组的多层压裂工艺，包括以下步骤：

1 ）将连接有环空控流短节的管串穿入井筒套管，施工管下至设计的开采地层8；

2 ）建立阻隔环：通过泵车将携砂注入液4-1泵入井内进行填充作业，返出液4-2在通过环空经由环空控流短节的刷毛环2-1阻隔沉积，形成控流单元组2的阻隔环至试压合格；

3 ）压裂施工：阻隔环完成后进行压裂，对第一段目的层进行压裂作业；

4 ）疏松作业：第一段压裂完成后，压裂完成后关井，控制放喷，清水反冲疏松控流单元组2，待阻隔环松动，调整钻具至第二段压裂位置；

5 ）第一段施工完成后，进行第二段重新建立阻隔环程序，循环反复，直到完成整口井的压裂施工。

本发明用砂体阻隔环替代了封隔器的作用，直接在井下依托环空控流短节建立，可以根据需要在井下生成和疏解，相当于能够自我修复的封隔器，使用的次数不受限制，尤其适用于多井段压裂。

实施例5 生产井中的应用

半渗透隔离环在生产井控流防砂起到很好的效果，带有环空控流短节的管柱其半渗透隔离环建立过程如图6，图7为应用环空控流管串单元组的生产井示意图，较好的实施方法如下：

1）将带有环空控流短节的内层管串9下至设计的预定位置；

2）下入输送管串3，由填充液4携带固体颗粒到设计位置1，建立环空控流单元组6-3；

3）移动输送管将填充液输送到设计位置2，建立环空控流单元6-2，同样继续建立6-1，直至全井建立完成。

所述填充液4通过输送管串9沿箭头注入液4-1所示方向进入设计位置，在环空沿箭头4—2返出，经过控流短节的刷毛层1-2，被阻挡、沉积、填充，进而形成环空控流单元2，半渗透隔离环带。

所述输送管串9及输送方式为井下作业常规工艺，为技术人员通常掌握的技术，这里不再描述。

最后应说明的是：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。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上可以做出其他不同形式的变化或变动，而由此所引申出的显而意见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种油气井环空控流短节，油气井环空控流短节包括刷丝、刷丝附着体和短节管体，其特征在于，所述短节管体外固定有刷丝附着体，所述刷丝附着体外侧有刷丝层，所述刷丝层填充管套环空，抑制流体流动。

2.一种由权利要求1所述的环空控流短节构成的油气井环空控流管串单元，其特征在于所述环空控流管串单元中至少有一节环空控流短节，有两种基本形式：

其一、包括井内壁、串联的环空控流短节，在井内壁与串联的环空控流短节间由所述刷丝充填，即是所述刷丝在环空中形成半渗透封隔环段构筑成控制流体状态的控流管串单元；

其二、包括井内壁、管柱外壁、固体颗粒充填物、环空控流短节，在井内壁与管柱外壁间、控流短接之间圈闭的环形空间充填固体颗粒充填物形成半渗透封隔环段，或是所述控流短接的刷丝环作为单向阻隔体，在其一侧填充固体颗粒充填物，同样形成半渗透封隔环段，即是所述环空控流短接的刷丝环段和所述固体颗粒充填物共同组成控制流体运动状态的控流管串单元；

所述油气井环空控流管串单元可多节串联成环空控流管串单元组。

3.一种应用环空控流管串单元的高能气体辅助射孔、高能气体压裂施工方法，其特征在于：所述环空控流管串单元设置于气体的溢出方向限制高能气体的溢出。

4.一种应用环空控流管串单元组的压裂施工方法，其特征在于：所述环空控流管串单元组于压裂前在井下建立，形成环空堵塞段，封隔环空流体。

5.一种应用环空控流管串单元组的生产井控流防砂方法，其特征在于：所述环空控流管串单元组建立在要控流的生产区段，形成环空控流段，产出层流体经由环空控流段再进入井筒。