CN109869121A - 小套管井的机械防砂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小套管井的机械防砂工艺，包括如下步骤：⑴下探冲砂管柱，确定砂面后冲砂至桥塞面；⑵上提油管，沉砂复探，然后对地层进行预处理；⑶连接地面管线，进行整体试压合格；⑷正循环洗井一周后，关闭套管闸门，向地层挤入前置液，待泵压稳定后开始加砂，进行地层挤压充填；⑸打开套管闸门，再次加砂，加砂达到预定量时，停止加砂，继续打顶替液；⑹起出探冲砂管柱；⑺边冲边下防砂管柱，停止冲砂后砂子自然下落在绕丝筛管的外周，建立挡砂井壁；⑻充填丢手工具丢手，上方管柱起出；⑼将封隔器送至井下，插入留井的下对接接头中锁定并坐封；⑽起出封隔器上方的服务管柱。该工艺能够将地填、井筒充填、坐封分步实施，以规避大尺寸工具。

Description

小套管井的机械防砂工艺

技术领域

本发明涉及一种防砂工艺，尤其涉及一种小套管井的机械防砂工艺，属于采油工艺技术领域。

背景技术

受油藏物性、生产、作业等综合因素影响，部分油井存在不同程度的出砂问题，主要分布在典型疏松砂岩油藏，与其他区块相比，出砂周期更短，出砂更严重，治理难度更大。

出砂严重的油井以机械复合防砂为主，对于普通大套管井的防砂，在油管下部设防砂绕丝筛管，筛管上方通过安全接头连接有充填工具，砾石随水流从油管向下，经过充填工具的第一通道进入充填工具下方的环空，使筛管与套管之间的环空充满砾石，建立起人工挡砂井壁，阻止油层细砂流出；水流进入筛管，经过充填工具的第二通道进入充填工具上方的环空，从套管闸门向外返流。

对于破损修复后的小套管井，由于充填工具的外径太大，尤其充填工具外周倒置的防砂皮碗封难以进入小套管，因此不能采用与大套管相同的防砂工艺。传统机械防砂一趟管柱即实现整个防砂工序，但小套管空间小，常规工艺无法满足技术要求，因此必须寻求将地填、井筒充填、坐封分步实施，设计可实现小套管配套工具，规避大尺寸工具。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种小套管井的机械防砂工艺，能够将地填、井筒充填、坐封分步实施，以规避大尺寸工具。

为解决以上技术问题，本发明的一种小套管井的机械防砂工艺，依次包括如下步骤：⑴起出井下生产管柱，下底部带笔尖的探冲砂管柱，确定砂面位置后，冲砂至桥塞面；⑵上提油管两根，沉砂4小时复探砂面，桥塞上无砂为合格，然后调整笔尖位置，采用地层预处理液对地层进行预处理；⑶连接地面管线，用泵车对井口、管线进行整体试压并确认合格；⑷正循环洗井一周后，关闭套管闸门，向地层挤入前置液，待泵压稳定后开始加砂，进行地层挤压充填；⑸打开套管闸门，再次加砂，加砂达到预定量时，停止加砂，继续打顶替液；⑹再次下探砂面，确定桥塞上方砂的高度符合要求后，起出探冲砂管柱；⑺下放防砂管柱到砂面后，高压水流从防砂管柱的下端冲出，使桥塞上的砂悬浮，边冲边下防砂管柱，管柱下放至预定位置后停止冲砂，砂子自然下落在绕丝筛管的外周，建立起挡砂井壁；⑻防砂管柱顶部的充填丢手工具丢手，丢手后绕丝筛管留井，留井管柱上端预留有下对接接头，上方管柱起出；⑼通过服务管柱将封隔器送至井下，封隔器下端的上对接接头插入留井的下对接接头中锁定，然后封隔器解锁并坐封在小套管内壁；⑽起出封隔器上方的服务管柱。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：本发明首先通过探冲砂管柱探明砂面，将桥塞上的砂冲入地层，并对地层进行预处理，使其稳定；由于小套管空间小，井筒可充填防砂层薄，挡砂强度低，地层砂易侵入，从油管下、套管回进行正循环洗井后，关闭套管闸门，进行地层挤压预充填，填补地层出砂亏空；然后打开套管闸门，进行井筒填砂，接着打顶替液将管柱内的砂清洗干净；再下防砂管柱，进行高压冲洗建立起挡砂井壁，增加了挡砂井壁的有效厚度。采用小套管配套封隔器，井筒充填后，下一趟封隔器管柱，与防砂管柱顶部丢手对接，实现挡砂及防止防砂管柱蠕动。

作为本发明的改进，步骤⑵整体试压25MPa，稳压10分钟后压降小于0.5MPa为合格；步骤⑷关闭套管闸门后，调整泵车排量至400升/分钟，携砂比为3%～15%(wt)达到设计砂量后泄压24小时；步骤⑸打开套管闸门后，调整泵车排量为300升/分钟，携砂比为1%～1.5%(wt)。地层挤压预充填采用更大的泵车排量，携砂比可以更高，提高充填效率。

作为本发明的改进，步骤⑵的地层预处理液中含有10%(wt)缩膨剂、15%(wt)防膨防砂剂和30%(wt)抑砂剂，其余为地层水；步骤⑷的前置液中含有12%(wt)抑砂剂和15%(wt)防膨防砂剂，其余为地层水；携砂液中均含有10%(wt)防膨防砂剂，其余为地层水。

作为本发明的改进，步骤⑺的防砂管柱包括自上而下依次旋接的充填丢手工具、盲管、安全接头、绕丝筛管、接箍、双公短节和底部冲砂工具，所述充填丢手工具设有沿中心线向下延伸的冲管，所述冲管的下端依次穿过所述盲管、安全接头和绕丝筛管插入所述接箍的接箍中心承插口中，所述接箍的上端母螺纹与所述绕丝筛管的下端相旋接。充填丢手工具与上方的管柱相连，接箍一方面提供变径与冲管的下端密封连接，另一方面外周连接绕丝筛管与底部冲砂工具。底部冲砂工具接触到砂面后，高压水流沿冲管越过盲管、安全接头和绕丝筛管，到达接箍，然后沿双公短节到达底部冲砂工具，底部冲砂工具在高压下被打开，高压水流从底部冲砂工具的下端冲出，使井底的砂砾悬浮，砂子自然下落在绕丝筛管的外周建立起挡砂井壁后，停止冲砂，底部冲砂工具即时关闭，然后充填丢手工具丢手随上方管柱起出。

作为本发明的改进，所述充填丢手工具包括丢手上接头和充填下接头，所述丢手上接头的上部外周设有丢手上接头凸圈，所述丢手上接头凸圈的下方套装有下对接接头，所述下对接接头的下端与所述充填下接头的上端相旋接，所述丢手上接头的中段嵌装有可径向滑动的充填锁块，所述充填锁块的外缘嵌于所述下对接接头的内壁中，所述丢手上接头的下端向下延伸至所述充填下接头的内腔且两者间隙配合；所述丢手上接头的内腔插接有充填活塞，所述丢手上接头的圆周上旋接有充填工具剪钉，所述充填工具剪钉的内端头分别嵌入充填活塞外壁的嵌槽中，所述充填活塞的上端口设有喇叭口状的充填活塞球座，所述充填活塞的下端外壁抵靠在所述充填锁块的内壁，所述充填活塞的外壁高于充填锁块的部位设有供充填锁块退出的充填活塞缩径段。丢手时，然后向管柱内投入充填投球，充填投球坐封在充填活塞球座的喇叭口上后产生憋压，将充填工具剪钉剪断，充填活塞下滑，充填活塞缩径段到达充填锁块所在的位置，充填锁块释放到充填活塞缩径段中，充填锁块外缘从下对接接头的内壁中退出，丢手上接头与下对接接头解除轴向锁定，丢手上接头可向上抽出实现丢手，下对接接头与丢手下接头下方的绕丝筛管留井。

作为本发明的进一步改进，所述下对接接头的上部设有可供上对接接头插入的下对接接头承插口，所述下对接接头承插口的内径大于丢手上接头中下部的外径，且下对接接头承插口的内壁圆周上嵌装有下对接接头锁紧环。下对接接头的下对接接头承插口供上对接接头的螺纹段插入，插入后下对接接头锁紧环将对接接头的外螺纹锁死，从而实现上对接接头与下对接接头的快速连接。

作为本发明的进一步改进，所述底部冲砂工具包括管柱引鞋，所述管柱引鞋的上端口旋接有球座，所述球座的上端口设有球座母螺纹，所述球座的下端设有球座公螺纹，所述球座的中心孔上端设有球座喉口，所述球座喉口下方设有上小下大的喇叭口且坐封有钢球，所述钢球的下缘抵靠在挡板的中心，所述挡板的中心及圆周上均匀分布有多个挡板透水孔，所述挡板的下端支撑有弹簧，所述弹簧套装在扶正导流套上，所述扶正导流套的上端口与所述挡板的底部间隔一段距离，所述扶正导流套的下端支撑在所述管柱引鞋的内台阶上，所述扶正导流套的中心孔与管柱引鞋中心孔相贯通。来自上方的高压水流推动钢球及挡板克服弹簧的张力下行，水流经球座喉口、挡板透水孔进入扶正导流套的中心孔，再经管柱引鞋中心孔流出进行冲砂，让砂悬浮，管柱下放至预定位置后停止冲砂，弹簧立刻推动挡板上行，钢球坐封在球座喉口上，切断水流通道，避免砂砾进入筛管内腔。

作为本发明的进一步改进，所述充填丢手工具丢手后的下对接接头中插接有上对接接头，上对接接头的上端旋接在芯管的下端，且上对接接头的上端口抵靠在胶筒的下方，胶筒套装在芯管外周，所述胶筒上方压有封隔器锁环套，所述封隔器锁环套上方的母螺纹旋接在压帽的下部公螺纹上，所述压帽的上端抵靠在所述芯管的外台阶下方，所述封隔器锁环套的内腔安装有封隔器锁环，所述封隔器锁环的顶部抵靠在所述压帽的下端口下方，所述封隔器锁环的内齿嵌合在所述芯管的芯管锁齿上；所述压帽的上方压有保护套，所述保护套的上端旋接有连接套，所述连接套的顶部抵靠在封隔器上接头外台阶的下方，封隔器上接头的下端插入所述芯管的内腔，所述封隔器上接头的中段设有锁块，所述锁块的外缘嵌于所述芯管或连接套的内壁中；所述封隔器上接头的内腔插接有封隔器活塞，所述封隔器活塞的上端口设有喇叭口，封隔器活塞上部通过封隔器剪钉固定在封隔器上接头中；封隔器活塞外壁抵靠住锁块的内壁且封隔器活塞外壁上设有供锁块释放的封隔器活塞缩径段。封隔器下井过程中，锁块将封隔器上接头锁定在芯管上，封隔器剪钉将封隔器活塞锁定在封隔器上接头上；下到井下后，上对接接头的下端插入留井的下对接接头中，上对接接头下端的外螺纹被下对接接头承插口中的锁紧环的倒齿锁定，实现快速连接。此时投入钢球，钢球落在封隔器活塞上端的喇叭口处坐封，产生憋压，将封隔器剪钉剪断，封隔器活塞下滑，封隔器活塞缩径段到达与锁块等高的位置，将锁块释放，锁块不再锁定芯管。封隔器上接头通过上部管柱的悬重下压，封隔器上接头外台阶向下挤压连接套及保护套，保护套则向下挤压压帽和封隔器锁环套，封隔器锁环套向下挤压胶筒使胶筒的中部膨胀，坐封在小套管的内壁。封隔器锁环随封隔器锁环套下行，封隔器锁环的止退内齿沿芯管的芯管锁齿上向下滑动，由于不能倒退，即使压帽上方的压力消失，胶筒受到的压力不变，坐封可靠。

作为本发明的进一步改进，所述安全接头包括安全上接头和安全下接头，所述安全下接头的上端设有下接头筒体，所述下接头筒体的内腔安装有滑套，所述滑套的内径大于所述冲管的外径，所述滑套的下端外壁通过安全接头剪钉固定在所述下接头筒体上，所述安全上接头的下部插入于所述下接头筒体中且旋转后与下接头筒体的内壁相嵌合，所述安全上接头的下端通过花键与所述滑套的上端相插接。组装时，先把滑套放入下接头筒体中，再将安全上接头的下端插入下接头筒体内腔，然后旋转安全上接头使安全上接头的下部与下接头筒体的内壁相嵌合，这样安全上接头与下接头筒体之间既可以承受轴向拉力，又可以传递扭矩；接着滑套向上顶起，使滑套的上端与安全上接头的下端通过花键相连接，然后通过安全接头剪钉将滑套固定在下接头筒体上，由此滑套限制了安全上接头的转动并提供扭矩；接着在安全接头下方旋接绕丝筛管，在安装接头上方旋接盲管；下到井下后，冲管下端插入接箍中心承插口中。当上提管柱无法将筛管拔出时，安全接头的安全接头剪钉被剪断，然后滑套下滑与安全上接头脱离，此时反向转动安全上接头使之与下接头筒体内壁脱离嵌合，然后安全上接头即可向上抽出，实现丢手。由于安全上接头与下接头筒体之间未采用螺纹连接，而是采用相互嵌合，相互的结合力很小，丢手成功率高。

作为本发明的进一步改进，所述安全上接头的中段设有安全上接头外台阶，所述安全上接头外台阶压在下接头筒体的上端口上，所述安全上接头外台阶以下的部位直径逐段缩小；所述下接头筒体的内腔自上而下设有多个孔径逐节缩小的下接头筒体台阶孔；所述安全上接头外台阶下方的安全上接头大直径段的外周均匀设有三块安全上接头凸块，各安全上接头凸块的圆心角分别为40°，所述下接头筒体上端的第一下接头筒体台阶孔的内壁对称设有与安全上接头凸块相适配的L形嵌槽，各L形嵌槽的上端开口且上部的圆心角为40°，各L形嵌槽下部的圆心角为80°，各L形嵌槽的总高度是安全上接头凸块高度的两倍，且各安全上接头凸块分别嵌于相应L形嵌槽的根部。安全上接头外台阶可以对安全上接头插入下接头筒体的深度进行轴向定位，安全上接头外台阶压在下接头筒体的上端口上时，即可进行旋转，实现嵌合；安全上接头和下接头筒体自上而下逐节缩径一方面便于车削加工，另一方面也便于各段之间的相互配合。各安全上接头凸块分别从L形嵌槽上端的开口处插入，向下滑行相当于安全上接头凸块的高度后到达L形嵌槽的底部，然后旋转40°，使安全上接头凸块完全嵌入L形嵌槽的根部。由于L形嵌槽的总高度是安全上接头凸块的两倍，圆心角也是安全上接头凸块的两倍，安全上接头凸块嵌到位以后，其顶部完全与L形嵌槽下部的顶壁重合，轴向定位和径向定位均十分可靠，且传递拉力和扭矩的能力非常大。丢手时，安全上接头反向旋转40°，上提管柱即可实现脱离。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。

图1为本发明步骤⑴的状态图。

图2为本发明步骤⑺的状态图。

图3为本发明步骤⑻的状态图。

图4为本发明步骤⑼的状态图。

图5为本发明步骤⑽的状态图。

图6为防砂管柱的结构示意图。

图7为图6中充填丢手工具丢手后的结构示意图。

图8为本发明留井部分顶部安装封隔器后的结构示意图。

图9为本发明留井部分封隔器丢手后的结构示意图。

图10为图6中段的详图。

图11为图6中充填丢手工具的结构示意图。

图12为图6中底部冲砂工具的结构示意图。

图13为图8中封隔器的结构示意图。

图14为图6中安全接头的主视图。

图15为图14中安全上接头的立体图。

图16为图14中安全下接头的剖视图。

图17为图14中安全下接头的立体剖视图。

图18为图14中滑套的立体图。

图中：A.探冲砂管柱；B.桥塞；C.防砂管柱；D.服务管柱；1.充填丢手工具；1a.丢手上接头；1a1.丢手上接头凸圈；1a2.充填锁块；1a3.充填工具剪钉；1b.下对接接头；1b1.下对接接头承插口；1b2.下对接接头锁紧环；1b3.下对接接头密封圈；1c.充填活塞；1c1.充填活塞球座；1c2.充填活塞缩径段；1c3.充填活塞密封圈；1d.冲管；1e.充填下接头；1f.充填投球。2.盲管；3.安全接头；3a.安全上接头；3a1.安全上接头外台阶；3a2.安全上接头大直径段；3a3.安全上接头凸块；3a4.安全上接头密封段；3a5.安全上接头密封槽；3a6.安全上接头密封圈；3a7.安全上接头小直径段；3a8.安全上接头插槽；3a9.安全上接头母螺纹；3b.安全下接头；3b1.第一下接头筒体台阶孔；3b2.第二下接头筒体台阶孔；3b3.第三下接头筒体台阶孔；3b4.第四下接头筒体台阶孔；3b5.第五下接头筒体台阶孔；3b6.L形嵌槽；3b7.下接头筒体凸块；3b8.安全下接头公螺纹；3b9.安全接头剪钉螺孔；3c.滑套；3c1.滑套插榫；3c2.滑套大直径段；3c3.滑套小直径段；3c4.滑套滑槽；3c5.滑套密封槽；3c6.滑套密封圈；3c7.安全接头剪钉沉孔；3d.安全接头剪钉；4.绕丝筛管；5.接箍；5a.接箍上端母螺纹；5b.接箍中心承插口；5c.接箍承插口密封圈；6.双公短节；6a.短节密封圈；7.底部冲砂工具；8.封隔器；8a.封隔器上接头；8a1.封隔器上接头外台阶；8a2.封隔器剪钉；8a3.封隔器下锁块；8a4.封隔器上锁块；8b.连接套；8c.保护套；8c1.保护套内凸台；8d.压帽；8e.封隔器锁环套；8e1.封隔器锁环；8f.胶筒；8g.上对接接头；8g1.上对接接头外螺纹；8h.芯管；8h1.芯管锁齿；8h2.芯管外凸台；8j.封隔器活塞；8j1.封隔器活塞上缩径段；8j2.封隔器活塞下缩径段；8k.扶正杆。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明小套管井的机械防砂工艺，依次包括如下步骤：⑴如图1所示，起出井下生产管柱，下底部带笔尖的探冲砂管柱A，确定砂面位置后，冲砂至桥塞B的顶面；⑵上提油管两根，沉砂4小时复探砂面，桥塞B上无砂为合格，然后调整笔尖位置，采用地层预处理液对地层进行预处理；地层预处理液中含有10%(wt)缩膨剂、15%(wt)防膨防砂剂和30%(wt)抑砂剂，其余为地层水；⑶连接地面管线，用泵车对井口、管线进行整体试压25MPa，稳压10分钟后压降小于0.5MPa为合格；⑷正循环洗井一周后，关闭套管闸门，调整泵车排量至400升/分钟，向地层挤入前置液，前置液中含有12%(wt)抑砂剂和15%(wt)防膨防砂剂，其余为地层水；待泵压稳定后开始加砂，携砂比为3%～15%(wt)，进行地层挤压充填，达到设计砂量后泄压24小时；携砂液中均含有10%(wt)防膨防砂剂，其余为地层水；⑸打开套管闸门，调整泵车排量为300升/分钟，再次加砂，携砂比为1%～1.5%(wt)，加砂达到预定量时，停止加砂，继续打顶替液，直至将管柱内的砂清洗干净；⑹再次下探砂面，确定桥塞B上方砂的高度符合要求后，起出探冲砂管柱A；⑺如图2所示，下放防砂管柱C到砂面后，高压水流从防砂管柱C的下端冲出，使桥塞B上的砂悬浮，边冲边下防砂管柱C，管柱下放至预定位置后停止冲砂，砂子自然下落在绕丝筛管的外周，建立起挡砂井壁；⑻如图3所示，防砂管柱C顶部的充填丢手工具丢手，丢手后绕丝筛管留井，留井管柱上端预留有下对接接头，上方管柱起出；⑼如图4所示，通过服务管柱D将封隔器送至井下，封隔器下端的上对接接头插入留井的下对接接头中锁定，然后封隔器解锁并坐封在小套管内壁；⑽如图5所示，起出封隔器上方的服务管柱D。

如图6及图10所示，防砂管柱C包括绕丝筛管4，绕丝筛管4的下端旋接有接箍5，接箍5的下端旋接有双公短节6，双公短节6的下端旋接有底部冲砂工具7；绕丝筛管4的上端旋接有安全接头3，安全接头3的上端旋接有盲管2，盲管2的上端旋接有充填丢手工具1，充填丢手工具1设有沿中心线向下延伸的冲管，冲管的下端依次穿过盲管2、安全接头3和绕丝筛管4插入接箍5的接箍中心承插口5b中，接箍5的上端母螺纹与绕丝筛管4的下端相旋接。

如图11所示，充填丢手工具1包括丢手上接头1a、下对接接头1b和丢手下接头1e，丢手上接头1a的上部外周设有丢手上接头凸圈1a1，下对接接头1b套装在丢手上接头凸圈1a1的下方，下对接接头1b的下端与丢手下接头1e的上端相旋接，丢手上接头1a的中段嵌装有可径向滑动的充填锁块1a2，充填锁块1a2的外缘嵌于下对接接头1b的内壁中，丢手上接头1a的下端向下延伸至丢手下接头1e的内腔且两者间隙配合；丢手上接头1a的内腔插接有充填活塞1c，丢手上接头1a的圆周上旋接有充填工具剪钉1a3，充填工具剪钉1a3的内端头分别嵌入充填活塞1c外壁的嵌槽中，充填活塞1c的上端口设有喇叭口状的充填活塞球座1c1，充填活塞1c的下端外壁抵靠在充填锁块1a2的内壁，充填活塞1c的外壁高于充填锁块1a2的部位设有供充填锁块1a2退出的充填活塞缩径段1c2，冲管1d上端与丢手上接头1a的下端相旋接。

充填活塞1c的上部外壁嵌装有充填活塞密封圈1c3与丢手上接头1a的上端内壁实现密封，下对接接头1b的内壁嵌装有下对接接头密封圈1b3与丢手上接头1a的外壁实现密封。充填活塞密封圈1c3实现了充填活塞1c与丢手上接头1a之间的密封，下对接接头密封圈1b3实现了丢手上接头1a与下对接接头1b之间的密封。

下放防砂管柱C到砂面后，冲管1d内的高压水流从底部冲砂工具7的下端口冲出，让砂悬浮，边冲边下，管柱下放至预定位置后停止冲砂，砂子自然下落在绕丝筛管4的外周，从而建立起挡砂井壁。然后向管柱内投入充填投球1f，充填投球1f坐封在充填活塞球座1c1的喇叭口上后产生憋压，将充填工具剪钉1a3剪断，充填活塞1c下滑，充填活塞缩径段1c2到达充填锁块1a2所在的位置，充填锁块1a2释放到充填活塞缩径段1c2中，充填锁块1a2的外缘从下对接接头1b的内壁中退出，丢手上接头1a与下对接接头1b解除轴向锁定，丢手上接头1a可向上抽出实现丢手，丢手后的防砂管柱C如图7所示。

下对接接头1b与丢手下接头1e下方的绕丝筛管4留井，下对接接头1b的上部设有下对接接头承插口1b1，下对接接头承插口1b1的内径大于丢手上接头1a中下部的外径，且下对接接头承插口1b1的内壁圆周上嵌装有下对接接头锁紧环1b2。

如图12所示，底部冲砂工具7包括管柱引鞋7a，管柱引鞋7a的上端口旋接有球座7b，球座7b的上端口设有球座母螺纹，球座7b的下端设有球座公螺纹，球座7b的中心孔上端设有球座喉口，球座喉口下方设有上小下大的喇叭口且坐封有钢球7b1，钢球7b1的下缘抵靠在挡板7b2的中心，挡板7b2的中心及圆周上均匀分布有多个挡板透水孔7b3，挡板7b2的下端支撑有弹簧7b4，弹簧7b4套装在扶正导流套7b5上，扶正导流套7b5的上端口与挡板7b2的底部间隔一段距离，扶正导流套7b5的下端支撑在管柱引鞋7a的内台阶上，扶正导流套7b5的中心孔与管柱引鞋中心孔相贯通。

上一级扶正导流套7b5的下端支撑在下一级球座的内台阶上，采用两级球座，可以提高密封的可靠性，确保防砂施工一次性成功。

位于顶部的球座母螺纹中旋接有双公短节6，双公短节6的上端旋接在接箍5的下端母螺纹中，接箍5的上端设有可与筛管旋接的接箍上端母螺纹5a，接箍5的中段内腔设有接箍缩径段，接箍缩径段的上端设有向上延伸的接箍中心承插口5b，接箍中心承插口5b的根部设有接箍承插口密封圈5c。

充填丢手工具1的下端外周跟绕丝筛管4的上端相连，绕丝筛管4的下端与接箍上端母螺纹5a相旋接，充填丢手工具1的冲管1d下端接长，冲管1d下端穿过筛管插入接箍中心承插口5b的接箍承插口密封圈5c中。

来自上方冲管1d的高压水流推动钢球7b1及挡板7b2克服弹簧7b4的张力下行，水流经球座喉口、挡板透水孔7b3进入扶正导流套7b5的中心孔，再经管柱引鞋中心孔流出进行冲砂，让砂悬浮，边冲边下管柱，管柱下放至预定位置后停止冲砂；弹簧7b4立刻推动挡板7b2上行，钢球7b1坐封在球座喉口上，切断水流通道，避免砂砾进入筛管内腔；砂子自然下落在绕丝筛管4的外周，从而建立起挡砂井壁。然后充填丢手工具1进行丢手，冲管1d随上方的管柱起出，底部冲洗服务工具和绕丝筛管4留井。然后充填丢手工具1丢手，底部冲洗服务工具与绕丝筛管4共同留井。冲管1d从接箍中心承插口5b中拔出，随上方管柱起出。

扶正导流套7b5的圆周上对称设有多列导流孔7b6，扶正导流套7b5的下部分别设有导流套外凸圈7b7，弹簧7b4的底部分别支撑在导流套外凸圈7b7上。水流可以从扶正导流套7b5的上端口和各导流孔7b6进入扶正导流套中心孔，可以减小水压损失，提高冲砂效果。

球座公螺纹的下端外周嵌装有球座密封圈7b8，双公短节6上下两端公螺纹的外周分别嵌装有短节密封圈6a。球座密封圈7b8实现球座与球座之间，或者球座7b与管柱引鞋7a之间的密封；短节密封圈6a实现接箍5与双公短节6之间，以及双公短节6与球座7b之间的密封。

如图8所示，充填丢手工具1丢手后，封隔器8下井，封隔器8下端设有上对接接头8g，上对接接头8g的上对接接头外螺纹8g1插入下对接接头1b中被下对接接头锁紧环1b2锁定，从而实现上对接接头8g与下对接接头1b的快速连接。

如图13所示，封隔器8包括芯管8h，芯管8h的中段外周套装有胶筒8f，芯管8h的下端旋接有上对接接头8g，上对接接头8g的上端口抵靠在胶筒8f的下方，上对接接头8g的下端设有上对接接头外螺纹8g1，胶筒8f上方压有封隔器锁环套8e，封隔器锁环套8e上方的母螺纹旋接在压帽8d的下部公螺纹上，压帽8d的上端抵靠在芯管8h的外台阶下方，封隔器锁环套8e的内腔安装有封隔器锁环8e1，封隔器锁环8e1的顶部抵靠在压帽8d的下端口下方，封隔器锁环8e1的内齿嵌合在芯管8h的芯管锁齿8h1上。

压帽8d的上方压有保护套8c，保护套8c的下端与芯管8h的上端相嵌合，保护套8c的上端位于封隔器上接头外台阶8a1的下方；封隔器上接头8a的下端插入芯管8h的内腔，封隔器上接头8a的中段嵌装有可径向滑动的封隔器下锁块8a3，封隔器下锁块8a3的外缘嵌于芯管8h的内台阶上；封隔器上接头8a的内腔插接有封隔器活塞8j，封隔器活塞8j的上端口设有喇叭口，封隔器活塞8j的上部通过封隔器剪钉8a2与封隔器上接头8a实现轴向固定，封隔器活塞8j的下部外壁抵靠在封隔器下锁块8a3的内壁，封隔器活塞8j上高于封隔器下锁块8a3的部位设有封隔器活塞下缩径段8j2。

保护套8c的上端母螺纹与连接套8b的下端公螺纹相旋接，连接套8b的顶部抵靠在封隔器上接头外台阶8a1的下方；封隔器上接头8a的中段嵌装有可径向滑动的封隔器上锁块8a4，封隔器上锁块8a4的外缘嵌于连接套8b的内台阶下方；封隔器活塞8j的中部外壁抵靠在封隔器上锁块8a4的内壁，封隔器活塞8j上高于封隔器上锁块8a4的部位设有封隔器活塞上缩径段8j1。

管柱下井过程中，封隔器上锁块8a4和封隔器下锁块8a3将封隔器上接头8a锁定在芯管8h上，封隔器剪钉8a2将封隔器活塞8j锁定在封隔器上接头8a上，该封隔器下到井下后，上对接接头8g的下端插入留井的下对接接头1b中，上对接接头8g下端的上对接接头外螺纹8g1被下对接接头锁紧环1b2的倒齿锁定，实现快速连接，如图8所示。

然后投入钢球，钢球落在封隔器活塞8j上端的喇叭口处坐封，产生憋压，将封隔器剪钉8a2剪断，封隔器活塞8j下滑，封隔器活塞上缩径段8j1下行至与封隔器上锁块8a4对应的高度，封隔器活塞下缩径段8j2下行至与封隔器下锁块8a3对应的高度，使封隔器上锁块8a4和封隔器下锁块8a3的内周失去支撑而释放至缩径段的小直径空间中，封隔器上锁块8a4不再锁定连接套8b，封隔器下锁块8a3不再锁定芯管8h。

封隔器上接头8a通过上部管柱的悬重下压，封隔器上接头外台阶8a1向下挤压连接套8b及保护套8c，保护套8c则向下挤压压帽8d，压帽8d承压后，向下挤压封隔器锁环套8e，封隔器锁环套8e向下挤压胶筒8f使胶筒8f的中部膨胀，坐封在小套管的内壁。封隔器锁环8e1随封隔器锁环套8e下行，封隔器锁环8e1的止退内齿沿芯管8h的芯管锁齿8h1上向下滑动，由于不能倒退，即使压帽8d上方的压力消失，胶筒8f受到的压力不变，坐封可靠。连接套8b的下端与芯管8h上端之间的距离为连接套8b的下行提供了空间，保证胶筒8f的挤压程度足够坐封在小套管的内壁。

保护套8c的下端设有保护套内凸台8c1，芯管8h的顶部设有芯管外凸台8h2，保护套内凸台8c1嵌于芯管外凸台8h2的下方。使得保护套8c及压帽8d只能在锁块释放后向下滑动挤压胶筒8f，而不能向上脱落，避免造成落井。

封隔器活塞8j的下端插入于芯管8h的内腔且两者间隙配合，封隔器活塞8j的下端口旋接有扶正杆8k，扶正杆8k的下端伸出上对接接头8g的下端口下方。扶正杆8k的外径较小且下端首先插入下对接接头中，进行导向及扶正，有利于顶部封隔器的顺利对接。

胶筒8f坐封后，封隔器上接头8a、封隔器活塞8j及扶正杆8k随上方管柱起出，实现丢手，如图9所示。

如图14至图18所示，安全接头3包括安全上接头3a和安全下接头3b，安全上接头3a的上部内腔设有与上方管柱相旋接的安全上接头母螺纹3a9，安全下接头3b的外端设有与下方管柱相旋接的安全下接头公螺纹3b8。安全上接头3a和安全下接头3b的中心孔共轴线且相互贯通，安全下接头3b的上端设有下接头筒体，下接头筒体的内腔安装有可沿下接头筒体内壁轴向滑动的滑套3c，滑套3c的下端外壁通过安全接头剪钉3d固定在下接头筒体上，安全上接头3a的下部插入于下接头筒体中且旋转后与下接头筒体的内壁相嵌合，安全上接头3a的下端通过花键与滑套3c的上端相插接。

组装时，先把滑套3c放入下接头筒体中，再将安全上接头3a的下端插入下接头筒体内腔，然后旋转安全上接头3a使安全上接头3a的下部与下接头筒体的内壁相嵌合，这样安全上接头3a与下接头筒体之间既可以承受轴向拉力，又可以传递扭矩；接着滑套3c向上顶起，使滑套3c的上端与安全上接头3a的下端通过花键相连接，然后在安全接头剪钉螺孔3b9中旋接安全接头剪钉3d，直至其内端头嵌入滑套3c的安全接头剪钉沉孔3c7中，将滑套3c固定在下接头筒体上，由此滑套3c限制了安全上接头3a的转动并提供扭矩。接着在安全接头下方旋接绕丝筛管4，在安装接头上方旋接盲管2；下到井下后，冲管1d下端插入绕丝筛管4下方接箍5的接箍中心承插口5b中。

上提管柱达到预定的力如绕丝筛管4仍不能被起出，则安全接头剪钉3d被剪断，滑套3c下滑与安全上接头3a脱离，此时反向转动安全上接头3a使之与下接头筒体内壁脱离嵌合，然后安全上接头3a即可向上抽出，实现丢手。由于安全上接头3a与下接头筒体之间未采用螺纹连接，而是采用相互嵌合，相互的结合力很小，丢手成功率高。

安全上接头3a的中段设有安全上接头外台阶3a1，安全上接头外台阶3a1压在下接头筒体的上端口上，安全上接头外台阶3a1以下的部位直径逐段缩小；下接头筒体的内腔自上而下设有多个孔径逐节缩小的下接头筒体台阶孔。安全上接头外台阶3a1可以对安全上接头3a插入下接头筒体的深度进行轴向定位，安全上接头外台阶3a1压在下接头筒体的上端口上时，即可进行旋转，实现嵌合；安全上接头3a和下接头筒体自上而下逐节缩径一方面便于车削加工，另一方面也便于各段之间的相互配合。

安全上接头外台阶3a1下方的安全上接头大直径段3a2的外周均匀设有三块安全上接头凸块3a3，各安全上接头凸块3a3的圆心角分别为40°，下接头筒体上端的第一下接头筒体台阶孔3b1的内壁对称设有与安全上接头凸块3a3相适配的L形嵌槽3b6，各L形嵌槽3b6的上端开口且上部的圆心角为40°，各L形嵌槽3b6下部的圆心角为80°，各L形嵌槽3b6的总高度是安全上接头凸块3a3高度的两倍，且各安全上接头凸块3a3分别嵌于相应L形嵌槽3b6的根部。

各安全上接头凸块3a3分别从L形嵌槽3b6上端的开口处插入，向下滑行相当于安全上接头凸块3a3的高度后到达L形嵌槽3b6的底部，然后旋转40°，使安全上接头凸块3a3完全嵌入L形嵌槽3b6的根部。由于L形嵌槽3b6的总高度是安全上接头凸块3a3的两倍，圆心角也是安全上接头凸块3a3的两倍，安全上接头凸块3a3嵌到位以后，其顶部完全与L形嵌槽3b6下部的顶壁重合，轴向定位和径向定位均十分可靠，且传递拉力和扭矩的能力非常大。丢手时，安全上接头3a反向旋转40°，上提管柱即可实现脱离。

安全上接头大直径段3a2的下方设有安全上接头密封段3a4，安全上接头密封段3a4的圆周上设有至少两道安全上接头密封槽3a5，安全上接头密封槽3a5中嵌装有安全上接头密封圈3a6贴合在第二下接头筒体台阶孔3b2的内壁。安全上接头密封圈3a6可实现安全上接头3a与下接头筒体之间的可靠密封，且加工、安装均能方便，安全上接头密封圈3a6插入第二下接头筒体台阶孔3b2前不会受到下接头筒体内壁的刮蹭。

安全上接头密封段3a4的下端连接有安全上接头小直径段3a7，安全上接头小直径段3a7插接于第三下接头筒体台阶孔3b3的上部，且安全上接头小直径段3a7的外周对称设有三个向内凹陷且下端开口的安全上接头插槽3a8，安全上接头插槽3a8与安全上接头凸块3a3在圆周上的相位相互错开；滑套3c的上部设有滑套大直径段3c2，滑套大直径段3c2位于第三下接头筒体台阶孔3b3的中部且两者间隙配合，滑套大直径段3c2的上端口外周对称设有三个向上伸出的滑套插榫3c1，各滑套插榫3c1对应插接在相应的安全上接头插槽3a8中；各滑套插榫3c1的圆心角分别为40°，各安全上接头插槽3a8的圆心角分别为80°。

各滑套插榫3c1对应插接在安全上接头插槽3a8中形成花键配合，滑套插榫3c1的内壁抵靠在安全上接头插槽3a8的底壁上，保证滑套3c上端与安全上接头3a的下端共轴线，滑套插榫3c1的侧壁与安全上接头插槽3a8的侧壁接触传递扭矩，安全上接头插槽3a8与安全上接头凸块3a3在圆周上的相位相互错开便于加工。安全上接头插槽3a8的圆心角与L形嵌槽3b6下部的圆心角相等，滑套插榫3c1的圆心角与安全上接头凸块3a3的圆心角相等，使得安全上接头凸块3a3嵌入L形嵌槽3b6根部的同时，滑套插榫3c1的侧壁与安全上接头插槽3a8的侧壁相贴合，同步到达传递扭矩的状态。

滑套大直径段3c2的外圆周对称设有三个沿轴向贯通的滑套滑槽3c4，各滑套滑槽3c4的圆心角分别为40°且与滑套插榫3c1在周向的相位相互错开；第三下接头筒体台阶孔3b3的上部内壁对称设有三个向内凸出的下接头筒体凸块3b7，各下接头筒体凸块3b7的圆心角分别为40°且对应嵌于相应的滑套滑槽3c4中。安全接头剪钉3d剪断前，下接头筒体凸块3b7嵌于滑套滑槽3c4中使得滑套3c与下接头筒体之间实现径向定位并可以传递扭矩；滑套滑槽3c4与滑套插榫3c1在周向的相位相互错开可以避免滑套插榫3c1的根部受到削弱。安全接头剪钉3d剪断后，下接头筒体凸块3b7与滑套滑槽3c4的配合使得滑套3c沿轴向向下滑落。

滑套大直径段3c2的下方连接有滑套小直径段3c3，滑套小直径段3c3的上部位于第三下接头筒体台阶孔3b3中，滑套小直径段3c3的中部以下位于第四下接头筒体台阶孔3b4中，滑套小直径段3c3的中部设有至少两道滑套密封槽3c5，滑套密封槽3c5中分别嵌装有滑套密封圈3c6，滑套密封圈3c6贴合在第四下接头筒体台阶孔3b4的内壁。滑套小直径段3c3的上部位于第三下接头筒体台阶孔3b3中使得滑套大直径段3c2的底部比第三下接头筒体台阶孔3b3的台阶高出一段距离，为丢手时，滑套大直径段3c2的下滑及滑套插榫3c1的脱开提供了空间。滑套密封圈3c6实现了滑套3c与下接头筒体内壁的密封，且与上部的下接头筒体内壁无刮蹭。

当滑套大直径段3c2的下台阶抵靠在第四下接头筒体台阶孔3b4的上台阶上时，滑套插榫3c1的顶部脱离安全上接头插槽3a8；第四下接头筒体台阶孔3b4的下方设有第五下接头筒体台阶孔3b5。安全接头剪钉3d剪断，滑套3c下滑后，滑套插榫3c1与安全上接头插槽3a8脱离，即可反向转动安全上接头40°，然后上提管柱，实现脱离。第四下接头筒体台阶孔3b4的下方设有内径更小的第五下接头筒体台阶孔3b5作为安全下接头3b的中心孔，可以避免滑套3c滑入下方的管柱。

Claims (10)

1.一种小套管井的机械防砂工艺，其特征在于，依次包括如下步骤：⑴起出井下生产管柱，下底部带笔尖的探冲砂管柱，确定砂面位置后，冲砂至桥塞面；⑵上提油管两根，沉砂4小时复探砂面，桥塞上无砂为合格，然后调整笔尖位置，采用地层预处理液对地层进行预处理；⑶连接地面管线，用泵车对井口、管线进行整体试压并确认合格；⑷正循环洗井一周后，关闭套管闸门，向地层挤入前置液，待泵压稳定后开始加砂，进行地层挤压充填；⑸打开套管闸门，再次加砂，加砂达到预定量时，停止加砂，继续打顶替液；⑹再次下探砂面，确定桥塞上方砂的高度符合要求后，起出探冲砂管柱；⑺下放防砂管柱到砂面后，高压水流从防砂管柱的下端冲出，使桥塞上的砂悬浮，边冲边下防砂管柱，管柱下放至预定位置后停止冲砂，砂子自然下落在绕丝筛管的外周，建立起挡砂井壁；⑻防砂管柱顶部的充填丢手工具丢手，丢手后绕丝筛管留井，留井管柱上端预留有下对接接头，上方管柱起出；⑼通过服务管柱将封隔器送至井下，封隔器下端的上对接接头插入留井的下对接接头中锁定，然后封隔器解锁并坐封在小套管内壁；⑽起出封隔器上方的服务管柱。

2.根据权利要求1所述的小套管井的机械防砂工艺，其特征在于：步骤⑵整体试压25MPa，稳压10分钟后压降小于0.5MPa为合格；步骤⑷关闭套管闸门后，调整泵车排量至400升/分钟，携砂比为3%～15%(wt)达到设计砂量后泄压24小时；步骤⑸打开套管闸门后，调整泵车排量为300升/分钟，携砂比为1%～1.5%(wt)。

3.根据权利要求1所述的小套管井的机械防砂工艺，其特征在于：步骤⑵的地层预处理液中含有10%(wt)缩膨剂、15%(wt)防膨防砂剂和30%(wt)抑砂剂，其余为地层水；步骤⑷的前置液中含有12%(wt)抑砂剂和15%(wt)防膨防砂剂，其余为地层水；携砂液中均含有10%(wt)防膨防砂剂，其余为地层水。

4.根据权利要求1所述的小套管井的机械防砂工艺，其特征在于：步骤⑺的防砂管柱包括自上而下依次旋接的充填丢手工具、盲管、安全接头、绕丝筛管、接箍、双公短节和底部冲砂工具，所述充填丢手工具设有沿中心线向下延伸的冲管，所述冲管的下端依次穿过所述盲管、安全接头和绕丝筛管插入所述接箍的接箍中心承插口中，所述接箍的上端母螺纹与所述绕丝筛管的下端相旋接。

5.根据权利要求4所述的小套管井的机械防砂工艺，其特征在于：所述充填丢手工具包括丢手上接头和充填下接头，所述丢手上接头的上部外周设有丢手上接头凸圈，所述丢手上接头凸圈的下方套装有下对接接头，所述下对接接头的下端与所述充填下接头的上端相旋接，所述丢手上接头的中段嵌装有可径向滑动的充填锁块，所述充填锁块的外缘嵌于所述下对接接头的内壁中，所述丢手上接头的下端向下延伸至所述充填下接头的内腔且两者间隙配合；所述丢手上接头的内腔插接有充填活塞，所述丢手上接头的圆周上旋接有充填工具剪钉，所述充填工具剪钉的内端头分别嵌入充填活塞外壁的嵌槽中，所述充填活塞的上端口设有喇叭口状的充填活塞球座，所述充填活塞的下端外壁抵靠在所述充填锁块的内壁，所述充填活塞的外壁高于充填锁块的部位设有供充填锁块退出的充填活塞缩径段。

6.根据权利要求5所述的小套管井的机械防砂工艺，其特征在于：所述下对接接头的上部设有可供上对接接头插入的下对接接头承插口，所述下对接接头承插口的内径大于丢手上接头中下部的外径，且下对接接头承插口的内壁圆周上嵌装有下对接接头锁紧环。

7.根据权利要求4所述的小套管井的机械防砂工艺，其特征在于：所述底部冲砂工具包括管柱引鞋，所述管柱引鞋的上端口旋接有球座，所述球座的上端口设有球座母螺纹，所述球座的下端设有球座公螺纹，所述球座的中心孔上端设有球座喉口，所述球座喉口下方设有上小下大的喇叭口且坐封有钢球，所述钢球的下缘抵靠在挡板的中心，所述挡板的中心及圆周上均匀分布有多个挡板透水孔，所述挡板的下端支撑有弹簧，所述弹簧套装在扶正导流套上，所述扶正导流套的上端口与所述挡板的底部间隔一段距离，所述扶正导流套的下端支撑在所述管柱引鞋的内台阶上，所述扶正导流套的中心孔与管柱引鞋中心孔相贯通。

8.根据权利要求6所述的小套管井的机械防砂工艺，其特征在于：所述充填丢手工具丢手后的下对接接头中插接有上对接接头，上对接接头的上端旋接在芯管的下端，且上对接接头的上端口抵靠在胶筒的下方，胶筒套装在芯管外周，所述胶筒上方压有封隔器锁环套，所述封隔器锁环套上方的母螺纹旋接在压帽的下部公螺纹上，所述压帽的上端抵靠在所述芯管的外台阶下方，所述封隔器锁环套的内腔安装有封隔器锁环，所述封隔器锁环的顶部抵靠在所述压帽的下端口下方，所述封隔器锁环的内齿嵌合在所述芯管的芯管锁齿上；所述压帽的上方压有保护套，所述保护套的上端旋接有连接套，所述连接套的顶部抵靠在封隔器上接头外台阶的下方，封隔器上接头的下端插入所述芯管的内腔，所述封隔器上接头的中段设有锁块，所述锁块的外缘嵌于所述芯管或连接套的内壁中；所述封隔器上接头的内腔插接有封隔器活塞，所述封隔器活塞的上端口设有喇叭口，封隔器活塞上部通过封隔器剪钉固定在封隔器上接头中；封隔器活塞外壁抵靠住锁块的内壁且封隔器活塞外壁上设有供锁块释放的封隔器活塞缩径段。

9.根据权利要求4所述的小套管井的机械防砂工艺，其特征在于：所述安全接头包括安全上接头和安全下接头，所述安全下接头的上端设有下接头筒体，所述下接头筒体的内腔安装有滑套，所述滑套的内径大于所述冲管的外径，所述滑套的下端外壁通过安全接头剪钉固定在所述下接头筒体上，所述安全上接头的下部插入于所述下接头筒体中且旋转后与下接头筒体的内壁相嵌合，所述安全上接头的下端通过花键与所述滑套的上端相插接。

10.根据权利要求9所述的小套管井的机械防砂工艺，其特征在于：所述安全上接头的中段设有安全上接头外台阶，所述安全上接头外台阶压在下接头筒体的上端口上，所述安全上接头外台阶以下的部位直径逐段缩小；所述下接头筒体的内腔自上而下设有多个孔径逐节缩小的下接头筒体台阶孔；所述安全上接头外台阶下方的安全上接头大直径段的外周均匀设有三块安全上接头凸块，各安全上接头凸块的圆心角分别为40°，所述下接头筒体上端的第一下接头筒体台阶孔的内壁对称设有与安全上接头凸块相适配的L形嵌槽，各L形嵌槽的上端开口且上部的圆心角为40°，各L形嵌槽下部的圆心角为80°，各L形嵌槽的总高度是安全上接头凸块高度的两倍，且各安全上接头凸块分别嵌于相应L形嵌槽的根部。