CN109779567A - 一种用于油气井的完井装置 - Google Patents

Abstract

一种用于油气井的完井装置，由钢筋托架、模塞及格栅网构成，通过悬挂器连接在油层套管或尾管端部，并随之深入至油气层。钢筋托架内部横截面贯穿有内置格栅网的筒形模塞，利用模塞浇注材料的升华特性，当水泥被灌注至油层套管或尾管与油气井井筒之间的环柱形区域并固化后，加热模塞使温度高于模塞浇注材料的升华温度，进而形成与射孔作业同等效果的孔道，实现油气层与油气井井筒之间的有效连通。该装置在保留孔道优势的同时，避免了射孔液污染、射孔压力失控以及射孔施工安全性等问题，而且内置的格栅网具有防砂过滤功能，具有较好的工程应用及推广前景。

Description

一种用于油气井的完井装置

技术领域

本发明涉及一种用于油气井的完井装置，即一种伸入油气层中，悬挂于油层套管或尾管端部，利用区域物质材料升华原理，在向油气井灌注水泥固井后产生孔道的装置，属于石油存储设备技术领域。

背景技术

狭义的完井，是油气井的完成方式，即根据油气层的地质特性和开发开采技术要求，在井底建立油气层与油气井井筒之间的合理连通渠道或连通方式的工艺，也是人们通常所说的钻井完井。完井作业是钻井作业最后一个重要环节，完井是油气开采工程的开端，与之后的采油和采气、注水和注气以及整个油气田的开发紧密相连，它是油气田开发工程的重要组成部分。而油气井完井质量的好坏直接影响到油气井的生产能效和经济寿命，甚至关系到整个油气田能合理开发的质量。

在油气开采中，油气井完井包括钻开油层，完井方法的选择和固井作业等。完井的基本方法分为射孔完井、裸眼完井、衬管完井和砾石充填完井等，而实际工程中，根据地质、工程、油层损坏等多方面资料，在完井方法的选择上，可以选择单一的基本方法，也可以将基本方法复合联用。尽管完井的方法很多，射孔完井以其分隔和支撑垮塌层的有效性、分隔不同压力和不同特点油气层的实际应用性、无油管或多油管完井的可操作性及经济性，在国内外被广泛应用。

射孔完井是将套管下入油气层底部注水泥固井，然后进行射孔将油层与井眼连通起来，主要分为套管射孔完井、尾管射孔完井、单管射孔完井、多管射孔完井以及封隔器射孔完井。无论上述何种射孔完井方法，其共同之处都是在注水泥固井后对套管和套管外水泥环进行射孔。各种研究表明，在射孔作业过程中，关于泥浆滤失、射孔液过滤、射穿污染区、射孔压力、射孔密度、射孔深度误差、射孔液的化学反应、射孔安全性等诸多问题均需要在射孔作业前进行仔细研究、分析和设计，否则会将伤害油层、污染地层及引发生产安全事故。

发明内容

针对射孔作业操作的复杂性及安全性问题，本发明提供一种油气井的完井装置，无需进行射孔操作，也不需要使用射孔液，却与射孔具有同等效果，以避免伤害油层、污染地层，杜绝生产事故的发生。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在油层套管或尾管端部安装一种新型完井装置。该装置由钢筋托架、模塞及格栅网构成，通过悬挂器连接于油层套管或尾管端部，并随之深入至油气层。钢筋托架内部横截面上均匀分布具有升华特性物质浇注的模塞。当水泥被灌注至油层套管或尾管与油气井井筒之间的环柱形区域时，钢筋托架被水泥所包围，经过一段时间后水泥固化完成固井作业时，加热模塞。当温度高于模塞浇注材料的升华温度时，模塞浇注材料受热升华而使固化水泥中原有模塞的位置中空，进而形成与射孔作业具有同等效果的孔道，实现油气层与油气井井筒之间的有效连通。

上述钢筋托架为环柱形钢筋笼骨架，环柱厚度等于固井操作中被灌注水泥的油层套管或尾管与油气井井筒之间的距离。钢筋托架通过悬挂器连接与油层套管或尾管端部，并随之深入至油气层。钢筋托架横截面均匀分布着被托起固定的模塞，内置模塞的钢筋托架横截面为多层，层数根据油气生产设计孔道层数加以确定。作为钢筋托架的环柱内、外壁的经纬线钢筋呈密集交织。当固井作业向油层套管或尾管与油气井井筒之间的区域灌注水泥时，水泥会被灌注进入钢筋托架并被限制在环柱内、外壁之间的区域，模塞处不会有水泥进入。水泥固化后，将形成一个夹有模塞的高强度钢筋混凝土环形柱。

上述模塞是以外骨架为模具浇注的固体塞。模塞呈筒形，其外表面形状与外骨架吻合，且外骨架密集度应对模塞浇注材料形成稳定的支撑，以保证在固井作业过程中，灌注的水泥不会对模塞产生破坏。模塞横截面呈圆形、多边形或异形。模塞筒高与钢筋笼骨架环厚度一致，即筒形模塞贯穿钢筋托架的环柱。模塞仅具有外骨架，模塞外骨架采用玻璃纤维、陶瓷纤维或钢丝，骨架排布采用经线、纬线或经纬交织。模塞浇注材料为具有可升华特性的材料，且该材料在油气层所在位置的环境温度下，仍能保持为稳定的固体。模塞数量为多个，并均匀分布于设定的钢筋托架横截面处，模塞筒形端头垂直于钢筋托架的内、外环柱侧壁，模塞数量与油气生产设计孔道数一致。当固井作业向油层套管或尾管与油气井井筒之间区域灌注水泥时，由于受贯穿的筒形模塞的阻碍，水泥会绕过模塞填满钢筋托架。当水泥固化后，将形成一个夹有模塞的高强度钢筋混凝土环柱。加热模塞使温度高于模塞浇注材料的升华温度时，模塞浇注材料受热升华而使高强度钢筋混凝土环柱中原有模塞的位置中空，进而形成油气层与油气井井筒之间的孔道。

上述格栅网选用具有一定强度、耐温、耐腐蚀材料制成的经纬交织网。格栅网为平面或弧面，其投影面形状与模塞横截面相同。一个或多个格栅网被内置固定在模塞骨架上作为油气层与油气井井筒之间孔道的截面，起防砂过滤作用。

与现有技术相比，本发明在未进行射孔作业的情况下，在油气层与油气井井筒之间构建了等同于射孔孔道的油气通道。保留孔道优势的同时，避免了射孔液污染、射孔压力失控以及射孔施工安全性等问题，内置的格栅网与射孔完井方式相比还增加了防砂功能。而且，利用物质升华消失产生中空孔道的方法具有开孔准确、成本低、操作简单、无污染等优势，在工程生产中具有实际应用和推广前景。

附图说明

图1是用于油气井的完井装置示意图。

图2是用于油气井的完井装置剖面图。

图3是模塞示意图。

图中：1.油气层，2.油气井井筒，3.套管或尾管，4.钢筋托架，5.模塞，6.格栅网，7.固井水泥灌注区域。

具体实施方式

本发明实施例中用于油气井的完井装置由钢筋托架、模塞及格栅网构成，通过悬挂器将钢筋托架连接于油层套管或尾管端部，并随之深入至油气层。

本发明实施例中钢筋托架为环柱形钢筋笼骨架，环柱厚度与固井操作中的注水泥套管间距相等。

本发明实施例中钢筋托架横截面均匀分布多个被托起固定的模塞，钢筋托架横截面为多层，层数根据油气生产设计孔道层数加以确定。

本发明实施例中模塞是以骨架为模具浇注而成的固体塞，呈筒形，其外表面形状与骨架吻合，模塞横截面呈圆形、多边形或异形。模塞筒高与钢筋托架的环柱厚度一致，即筒形模塞贯穿钢筋托架的环柱。模塞仅具有外骨架，模塞外骨架采用玻璃纤维、陶瓷纤维或钢丝，骨架排布采用经线、纬线或经纬交织。

本发明实施例中格栅网选用具有一定强度、耐温、耐腐蚀材料制成的经纬交织网，每个模塞内部的格栅数量为1个或多个。格栅网为平面或弧面，其投影面形状与模塞横截面相同。

本发明的实施例：

一种用于油气井的完井装置，其装置示意图、装置剖面图和模塞示意图分别如附图1、附图2环卫附图3所示。悬挂器将钢筋托架（4）连接于套管或尾管（3）的端部，随油层套管或尾管（3）深入至油气层（1）。钢筋托架（4）内置固定模塞（5），筒形的固定模塞（5）贯穿钢筋托架（4）环柱，而格栅网（6）内置于模塞（5）中。当水泥被灌注至套管或尾管（3）与油气井井筒（7）之间的环柱形空间时，钢筋托架（4）的环柱内、外壁密集交织的经纬线钢筋将水泥限制在环柱内、外壁之间的区域。水泥绕流钢筋托架（4）内置固定的模塞，钢筋托架（4）其他区域被水泥填充。水泥固化后，形成一个夹有模塞（5）的高强度钢筋混凝土环柱。此时，加热模塞（5）使温度高于模塞（5）浇注材料的升华温度，模塞（5）浇注材料受热升华而使固化在水泥中原有模塞（5）的位置中空，进而形成与射孔作业具有同等效果的孔道，实现油气层（1）与油气井井筒（2）之间的有效连通，同时避免了射孔液污染、射孔压力失控以及射孔施工安全性等问题。而且，内置的格栅网（6）对进入油气井井筒（2）的油气起到防砂过滤功能。

Claims (6)

1.一种用于油气井的完井装置，由钢筋托架、模塞及格栅网构成。

2.根据权利要求1所述的一种用于油气井的完井装置，其特征是：通过悬挂器将内置带有格栅网模塞的钢筋托架连接于油层套管或尾管端部，钢筋托架随油层套管或尾管深入至油气层，当固化作业中水泥被灌注至油层套管或尾管与油气井井筒之间的环柱形区域时，经过一段时间后水泥固化后，加热模塞使温度高于模塞浇注材料的升华温度，模塞浇注材料受热升华而使固化水泥中原有模塞的位置中空，进而形成与射孔作业具有同等效果的孔道，实现油气层与油气井井筒之间的有效连通，该装置保留孔道优势的同时，避免了射孔液污染、射孔压力失控以及射孔施工安全性等问题，而且内置的格栅网具有防砂过滤功能。

3.根据权利要求1所述的一种用于油气井的完井装置，所述的钢筋托架为环柱形钢筋笼骨架，环柱厚度等于固井操作中被灌注水泥的油层套管或尾管与油气井井筒之间的距离，钢筋托架横截面均匀分布着被托起固定的模塞，内置模塞的钢筋托架横截面为多层，层数根据油气生产设计孔道层数加以确定，作为钢筋托架环柱内、外壁的经纬线钢筋呈密集交织，当固井作业灌注水泥时，水泥会被灌注进入钢筋托架并被限制在环柱内、外壁之间的区域，水泥固化后将形成一个高强度钢筋混凝土环柱。

4.根据权利要求1所述的一种用于油气井的完井装置，所述的模塞是以外骨架为模具浇注而成的固体塞，模塞骨架呈筒形，采用玻璃纤维、陶瓷纤维或钢丝以经线、纬线或经纬交织方式进行排布，骨架密集程度保证了浇注材料后的模塞的强度和稳定性，避免固井作业过程中，灌注的水泥对模塞产生破坏，模塞横截面呈圆形、多边形或异形，模塞筒高与钢筋骨架环厚度一致，即筒形模塞贯穿钢筋托架环柱，模塞筒形端头垂直于钢筋托架内、外环柱壁，模塞数量根据油气生产设计孔道数加以确定，固井作业向油层套管或尾管与油气井井筒之间区域灌注水泥时，由于受贯穿的筒形模塞的阻碍，水泥会绕过模塞填满钢筋托架，即水泥固化后将形成一个夹有模塞的高强度钢筋混凝土环柱。

5.根据权利要求4所述的一种用于油气井的完井装置，所述的模塞浇注材料为具有升华特性的物质，水泥固化作业后加热模塞使温度高于模塞浇注材料的升华温度时，模塞浇注材料受热升华而使高强度钢筋混凝土环柱中原有模塞的位置中空，形成油气层与油气井井筒之间的孔道。

6.根据权利要求1所述的一种用于油气井的完井装置，所述的格栅网是具有一定强度、耐温、耐腐蚀材料制成的经纬交织网，一个或多个格栅网被内置固定在模塞骨架上作为油气层与油气井井筒之间孔道的截面，起防砂过滤作用，格栅网为平面或弧面，其投影面形状与模塞横截面一致。