CN109915039B - 油气井储层保护完井管柱及安装方法和上部管柱更换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气井储层保护完井管柱，包括上段管柱和下段管柱，上段管柱包括依次连接的油管挂、上段油管、压力控制阀和密封插管，下段管柱包括通过下段油管依次连接的封隔器、多次开关阀、储芯筒、缓冲筒和圆头引鞋，封隔器套装在密封筒外，密封插管的下段由上而下密封插接于密封筒内。本发明公开了一种油气井储层保护完井管柱的安装方法和上部管柱更换方法，主要通过芯棒打压多次开关阀使其开启或关闭的方式实现。本发明通过设置多次开关阀并与压力控制阀、储芯筒和缓冲筒配合，使整个完井管柱具有关闭和开启油气生产通道的功能，整个作业过程中实现了工作液与储层的隔离，从而有效保护了储层，防止了储层污染，显著减少了产量损失。

Description

油气井储层保护完井管柱及安装方法和上部管柱更换方法

技术领域

本发明涉及一种油气开采用的完井管柱，尤其涉及一种油气井储层保护完井管柱及安装方法和上部管柱更换方法。

背景技术

现阶段石油天然气勘探开发逐渐向深层和超深层构造进发，油气开发成本不断增加，在低油气价格的大环境下，如何长期高效开发石油天然气资源显得尤为重要。目前新投产的油气井在投产前需下入完井管柱，在生产过程中，常需采取一系列包括储层保护在内的各种措施，以实现油气井的长期稳产。特别对于敏感性较强的砂岩储层，井下作业过程中造成的污染较为严重，产量损失大。对于碳酸盐岩等易喷易漏储层，同时还存在较大的井控风险，因此在作业过程中储层保护难度较大。目前的储层保护措施主要是降低完井液或修井工作液密度、储层暂堵、添加化学防膨剂等方法，但这些工艺主要存在以下几个方面的不足：

(1)现有工艺在作业前必须进行压井，压井过程中的工作液漏失不可避免，从而造成储层污染；

(2)在整个施工过程中，工作液始终与储层接触，会不同程度的污染储层，降低油气井的产能；

(3)目前在油气井开发过程中采用的其它一些方法能够实现储层保护，但井下工具较为复杂，且长期可靠性较差。

另外也有一些使用完井管柱的传统措施，但都存在不能在修井作业等施工过程中关闭油气生产通道的问题，同样会造成储层污染。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够关闭油气生产通道的油气井储层保护完井管柱及安装方法和上部管柱更换方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种油气井储层保护完井管柱，包括上段管柱和下段管柱，所述上段管柱包括油管挂、上段油管、压力控制阀和密封插管，所述油管挂与所述上段油管的上端连接，所述上段油管的下端与所述压力控制阀的上端连接，所述压力控制阀的下端与所述密封插管的上端连接；所述下段管柱包括密封筒、封隔器、下段油管、多次开关阀、储芯筒、缓冲筒和圆头引鞋，所述封隔器套装在所述密封筒外，所述封隔器的下端与所述下段油管的上端连接，所述下段油管的下端与所述圆头引鞋的上端连接，所述多次开关阀、所述储芯筒和所述缓冲筒依次由上而下通过所述下段油管串联连接；所述密封插管的下段由上而下密封插接于所述密封筒内。

作为优选，所述储芯筒包括外筒和内筒，所述内筒置于所述外筒内且其下端封闭，所述内筒的上段筒壁上设有多个孔眼，所述外筒的上端和下端分别设有储芯筒上接头和储芯筒下接头。

作为优选，所述缓冲筒包括缓冲筒筒体以及置于所述缓冲筒筒体内的上限位环、游动活塞组、下限位环，所述上限位环和所述下限位环分别设于所述缓冲筒筒体内的上端和下端，所述游动活塞组置于所述上限位环和所述下限位环之间，所述缓冲筒筒体内位于所述游动活塞组下方的空间内填充有气体形成充气室，所述缓冲筒筒体的上端和下端分别设有缓冲筒上接头和缓冲筒下接头。

作为优选，所述充气室的底部设有充气孔并安装有充气孔螺栓；所述充气室内的气体为氮气。

一种油气井储层保护完井管柱的安装方法，包括以下步骤：

步骤1：下入完井管柱：在油气井中下入完井管柱，包括上段管柱和下段管柱；

步骤2、坐封和验封：完井管柱下至设定位置后，拆井口防喷器，安装井口采油树，并试压合格；试压合格后在上段油管和下段油管内进行正打压操作，当压力升至设定值时，防坐封剪钉被剪断，封隔器开始坐封，继续升高压力至设定值，直至封隔器完成坐封；封隔器坐封后在油套环空进行反打压至设定值进行验封，验封合格后卸压，拆井口打压管线；

步骤3、打开多次开关阀，投打开芯棒并使打开芯棒坐于多次开关阀内：在上段油管和下段油管内进行正打压使多次开关阀打开，继续正打压，击落打开芯棒，打开芯棒落入储芯筒的内筒，实现油气层产出液体流与下段油管的连通，即开启油气生产通道，完成安装。

一种油气井储层保护完井管柱的上部管柱更换方法，包括以下步骤：

步骤1：关闭多次开关阀：连接井口控制头及打压管线，投关闭芯棒，使关闭芯棒坐于多次开关阀内，在上段油管和下段油管内进行正打压使多次开关阀关闭，继续正打压，击落关闭芯棒，关闭芯棒落入储芯筒的内筒，关闭油气层产出液体流与下段油管内的流动通道即油气生产通道；

步骤2：打开压力控制阀：油套环空进行打压，当压力值升至压力控制阀打开压力时，压力控制阀打开；

步骤3：反替压井液：向环空内替入压井液，将压力控制阀以上部分井筒内全部替为压井液；

步骤4：起上段管柱：替完压井液后，上提上段管柱，正转适量圈数，解脱密封插管的锁定密封，实现丢手，起出上段管柱；

步骤5：重新下入新的上段管柱；

步骤6：替环空保护液：密封插管下至密封筒上方0.5～1.0m，上段油管内正打压，用环空保护液将密封筒以上部分井筒内的压井液替出；

步骤7：插入密封筒实现完井：在钻台组接油管挂，下放上段管柱将密封插管回插入密封筒，实现棘齿锁定密封，坐油管挂，安装井口采油树，并试压合格；试压合格后经油套环空进行反打压，环空打压验证棘齿密封和封隔器的密封性，验封合格后卸压；

步骤8：打开多次开关阀：投打开芯棒，使打开芯棒坐于多次开关阀内，在上段油管和下段油管内进行正打压使多次开关阀打开，继续正打压，击落打开芯棒，打开芯棒落入储芯筒的内筒，开启油气层产出液体流与下段油管内的流动通道即油气生产通道，完成上部管柱的更换。

本发明的有益效果在于：

本发明通过设置多次开关阀并与压力控制阀、储芯筒和缓冲筒配合，使整个完井管柱具有关闭和开启油气生产通道的功能，在修井作业前，可先关闭油气生产通道，打开上部的压井滑套，循环压井，起出封隔器以上的上段管柱，在完成设计的施工作业后，下入新的上段管柱，与封隔器对接，再打开多次开关阀，开启油气生产通道；整个作业过程中实现了工作液与储层的隔离，从而有效保护了储层，防止了储层污染，显著减少了产量损失。

附图说明

图1是本发明所述油气井储层保护完井管柱的主视结构示意图，图中示出了内部结构；

图2是本发明所述油气井储层保护完井管柱在油气生产过程中的油气流动主视结构示意图，图中示出了内部结构；

图3是本发明所述油气井储层保护完井管柱在压井过程中的流体流动主视结构示意图，图中示出了内部结构；

图4是本发明所述密封插管、密封筒和封隔器的主视结构示意图，图中示出了内部结构；

图5是本发明所述储芯筒的主视结构示意图，图中示出了内部结构；

图6是本发明所述缓冲筒的主视结构示意图，图中示出了内部结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-图4所示，本发明所述油气井储层保护完井管柱包括上段管柱和下段管柱，所述上段管柱包括油管挂1、上段油管2、压力控制阀3和密封插管41，油管挂1与上段油管2的上端连接，上段油管2的下端与压力控制阀3的上端连接，压力控制阀3的下端与密封插管4的上端连接；所述下段管柱包括密封筒42、封隔器5、下段油管(图中未标记)、多次开关阀6、储芯筒7、缓冲筒8和圆头引鞋9，封隔器5套装在密封筒42外，封隔器5的下端与所述下段油管的上端连接，所述下段油管的下端与圆头引鞋9的上端连接，多次开关阀6、储芯筒7和缓冲筒8依次由上而下通过所述下段油管串联连接；密封插管41的下段由上而下密封插接于密封筒42内，密封插管41和密封筒42构成锁定插入密封总成4；如图5所示，储芯筒7包括外筒73和内筒72，内筒72置于外筒73内且其下端封闭，内筒72的上段筒壁上设有多个孔眼721，外筒的73上端和下端分别设有储芯筒上接头71(母扣)和储芯筒下接头74(公扣)；如图6所示，缓冲筒8包括缓冲筒筒体84以及置于缓冲筒筒体84内的上限位环82、游动活塞组83、下限位环86，上限位环82和下限位环86分别设于缓冲筒筒体84内的上端和下端，游动活塞组83置于上限位环82和下限位环86之间，缓冲筒筒体84内位于游动活塞组83下方的空间内填充有气体形成充气室85，充气室85的底部设有充气孔87并安装有充气孔螺栓88，充气室85内的气体为氮气，缓冲筒筒体84的上端和下端分别设有缓冲筒上接头81(母扣)和缓冲筒下接头89(公扣)；游动活塞组83的优选结构是：包括上活塞片、中活塞片、下活塞片和连接杆，竖向的连接杆穿过横向的上活塞片、中活塞片、下活塞片的中心螺孔将上活塞片、中活塞片和下活塞片通过螺纹连接在一起，中活塞片位于上活塞片和下活塞片之间的中间位置，上活塞片、中活塞片和下活塞片的外周均与缓冲筒筒体84的内壁密封接触，上活塞片上设有充油孔且充油孔内密封安装有充油孔螺栓，中活塞片上设有用于润滑油流通的竖向通孔，下活塞片上设有卸油孔且卸油孔内密封安装有卸油孔螺栓，上活塞片和下活塞片之间形成密封腔，密封腔内充满润滑油。

上述结构中，压力控制阀3为套压控制阀，压力控制阀3的开启压力可根据现场实际情况进行设定，但需高于封隔器的验封压力，压力控制阀3首次入井处于关闭状态，以便通过油管内正打压坐封封隔器5；密封插管41与密封筒42通过棘齿锁定；下段油管为多段，上段油管与下段油管总称为油管，包括独立的多段且通过其它部件相互连接，油管的长度可根据现场实际情况进行调整；封隔器5为永久式封隔器，封隔器5的坐封方式为液压坐封，封隔器5的验封方式为油套环空内反打压验封；多次开关阀6能够开启或者关闭油气层产出油气流体流至井口的通道即油气生产通道，通过配套的打开芯棒或关闭芯棒，在油管内正打压的作用下实现多次开关阀6的打开或关闭，多次开关阀6可实现通道的多次打开或关闭，打开芯棒和关闭芯棒统称为芯棒722，芯棒722均会落入储芯筒7的内筒72中，多次开关阀6首次入井时处于关闭状态，以便通过油管内正打压坐封封隔器5；储芯筒7的内筒72主要用于存储芯棒722，同时具有沉砂功能，能够将芯棒722与砂粒等一些杂质沉积在内筒72的内部，不影响油气井的正常生产，内筒72的孔眼721用于连通储芯筒7的上下两端，以实现流体在其中流动；缓冲筒8的上限位环82和下限位环86用于限制游动活塞组83的运动范围；游动活塞组83在上段油管内正打压的作用下压缩充气室85内的气体向下滑动，游动活塞组83在下部的充气室85内的气体的推动下向上滑动；充气室85在入井前需提前充入一定压力的气体，充入气体的压力值可根据油气井实际情况进行确定；圆头引鞋9位于下段管柱的最底端，具有导向的作用；上述油管挂1、上段油管2、压力控制阀3、密封插管41、密封筒42、封隔器5、下段油管、多次开关阀6和圆头引鞋9，均为本领域常用部件；储芯筒7和缓冲筒8是本发明新增部件；本发明将各部件高效整合在一套设备中相互作用，实现特定的功能，是本发明的重要创新。

如图1和图2所示，正常生产时，生产层段10(即油气层)的油气流体从多次开关阀6进入下段油管内，并由下而上依次经过密封筒42、密封插管41、上段油管2后被送出油气井。

如图1和图3所示，压井操作时，先关闭多次开关阀6，再打开压力控制阀3，向环空内替入压井液，压井液在油管外由上而下流动，并经过压力控制阀3由下而上流动，直到经过上段油管2的上端流出，将压力控制阀3以上部分井筒内全部替为压井液。

结合图1-图6，本发明所述油气井储层保护完井管柱的优选安装方法包括以下步骤：

步骤1：下入完井管柱：在油气井中下入完井管柱，包括上段管柱和下段管柱；

步骤2、坐封和验封：完井管柱下至设定位置后，拆井口防喷器(是下入完井管柱时使用的常规配套设备)，安装井口采油树(是下入完井管柱后使用的常规配套设备)，并试压合格；试压合格后在上段油管和下段油管内进行正打压操作，当压力升至设定值时，防坐封剪钉被剪断，封隔器5开始坐封，继续升高压力至设定值，直至封隔器5完成坐封；封隔器5坐封后在油套环空进行反打压至设定值进行验封，验封合格后卸压，拆井口打压管线；

步骤3、打开多次开关阀6，投打开芯棒并使打开芯棒坐于多次开关阀6内：在油管内进行正打压使多次开关阀6打开，继续正打压，击落打开芯棒，打开芯棒落入储芯筒7的内筒72，实现油气层产出液体流与油管的连通，即开启油气生产通道，完成安装。

结合图1-图6，本发明所述油气井储层保护完井管柱的上部管柱更换方法包括以下步骤：

步骤1：关闭多次开关阀6：连接井口控制头及打压管线(是打压操作时使用的常规配套设备)，投关闭芯棒，使关闭芯棒坐于多次开关阀6内，在油管内进行正打压使多次开关阀关闭6，继续正打压，击落关闭芯棒，关闭芯棒落入储芯筒7的内筒72，关闭油气层产出液体流与油管内的流动通道即油气生产通道；

步骤2：打开压力控制阀3：油套环空进行打压，当压力值升至压力控制阀3的打开压力时，压力控制阀3打开；

步骤3：反替压井液：向环空内替入压井液，将压力控制阀3以上部分井筒内全部替为压井液；

步骤4：起上段管柱：替完压井液后，上提上段管柱，正转适量圈数，解脱密封插管41的锁定密封，实现丢手，起出上段管柱；

步骤5：重新下入新的上段管柱；

步骤6：替环空保护液：密封插管41下至密封筒42上方0.5～1.0m，上段油管内正打压，用环空保护液将密封筒42以上部分井筒内的压井液替出；

步骤7：插入密封筒42实现完井：在钻台组接油管挂，下放上段管柱将密封插管41回插入密封筒42，实现棘齿锁定密封，坐油管挂1，安装井口采油树，并试压合格；试压合格后经油套环空进行反打压，环空打压验证棘齿密封和封隔器5的密封性，验封合格后卸压；

步骤8：打开多次开关阀6：投打开芯棒，使打开芯棒坐于多次开关阀6内，在油管内进行正打压使多次开关阀6打开，继续正打压，击落打开芯棒，打开芯棒落入储芯筒7的内筒72，开启油气层产出液体流与油管内的流动通道即油气生产通道，完成上部管柱的更换。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (4)

1.一种油气井储层保护完井管柱，其特征在于：包括上段管柱和下段管柱，所述上段管柱包括油管挂、上段油管、压力控制阀和密封插管，所述油管挂与所述上段油管的上端连接，所述上段油管的下端与所述压力控制阀的上端连接，所述压力控制阀的下端与所述密封插管的上端连接：所述下段管柱包括密封筒、封隔器、下段油管、多次开关阀、储芯筒、缓冲筒和圆头引鞋，所述封隔器套装在所述密封筒外，所述封隔器的下端与所述下段油管的上端连接，所述下段油管的下端与所述圆头引鞋的上端连接，所述多次开关阀、所述储芯筒和所述缓冲筒依次由上而下通过所述下段油管串联连接；所述密封插管的下段由上而下密封插接于所述密封筒内；

所述储芯筒包括外筒和内筒，所述内筒置于所述外筒内且其下端封闭，所述内筒的上段筒壁上设有多个孔眼，所述外筒的上端和下端分别设有储芯筒上接头和储芯筒下接头；

所述缓冲筒包括缓冲筒筒体以及置于所述缓冲筒筒体内的上限位环、游动活塞组、下限位环，所述上限位环和所述下限位环分别设于所述缓冲筒筒体内的上端和下端，所述游动活塞组置于所述上限位环和所述下限位环之间，所述缓冲筒筒体内位于所述游动活塞组下方的空间内填充有气体形成充气室，所述缓冲筒筒体的上端和下端分别设有缓冲筒上接头和缓冲筒下接头。

2.根据权利要求1所述的油气井储层保护完井管柱，其特征在于：所述充气室的底部设有充气孔并安装有充气孔螺栓；所述充气室内的气体为氮气。

3.一种如权利要求1所述的油气井储层保护完井管柱的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：下入完井管柱：在油气井中下入完井管柱，包括上段管柱和下段管柱；

步骤2、坐封和验封：完井管柱下至设定位置后，拆井口防喷器，安装井口采油树，并试压合格；试压合格后在上段油管和下段油管内进行正打压操作，当压力升至设定值时，防坐封剪钉被剪断，封隔器开始坐封，继续升高压力至设定值，直至封隔器完成坐封：封隔器坐封后在油套环空进行反打压至设定值进行验封，验封合格后卸压，拆井口打压管线；

步骤3、打开多次开关阀，投打开芯棒并使打开芯棒坐于多次开关阀内：在上段油管和下段油管内进行正打压使多次开关阀打开，继续正打压，击落打开芯棒，打开芯棒落入储芯筒的内筒，实现油气层产出液体流与下段油管的连通，即开启油气生产通道，完成安装。

4.一种如权利要求1所述的油气井储层保护完井管柱的上部管柱更换方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：关闭多次开关阀：连接井口控制头及打压管线，投关闭芯棒，使关闭芯棒坐于多次开关阀内，在上段油管和下段油管内进行正打压使多次开关阀关闭，继续正打压，击落关闭芯棒，关闭芯棒落入储芯筒的内筒，关闭油气层产出液体流与下段油管内的流动通道即油气生产通道；

步骤2：打开压力控制阀：油套环空进行打压，当压力值升至压力控制阀打开压力时，压力控制阀打开；

步骤3：反替压井液：向环空内替入压井液，将压力控制阀以上部分井筒内全部替为压井液；

步骤4：起上段管柱：替完压井液后，上提上段管柱，正转适量圈数，解脱密封插管的锁定密封，实现丢手，起出上段管柱；

步骤5：重新下入新的上段管柱；

步骤6：替环空保护液：密封插管下至密封筒上方0.5～1.0m，上段油管内正打压，用环空保护液将密封筒以上部分井筒内的压井液替出；

步骤7：插入密封筒实现完井：在钻台组接油管挂，下放上段管柱将密封插管回插入密封筒，实现棘齿锁定密封，坐油管挂，安装井口采油树，并试压合格；试压合格后经油套环空进行反打压，环空打压验证棘齿密封和封隔器的密封性，验封合格后卸压；

步骤8：打开多次开关阀：投打开芯棒，使打开芯棒坐于多次开关阀内，在上段油管和下段油管内进行正打压使多次开关阀打开，继续正打压，击落打开芯棒，打开芯棒落入储芯筒的内筒，开启油气层产出液体流与下段油管内的流动通道即油气生产通道，完成上部管柱的更换。