CN111042776A - 防窜流分层充填防砂管柱及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了防窜流分层充填防砂管柱及方法，防窜流分层充填防砂管柱包括悬挂封隔器、封隔防砂外管柱，还包括隔离桥式内充填管柱、冲管，所述冲管设置在隔离桥式内充填管柱内部，所述隔离桥式内充填管柱设置在封隔防砂外管柱内部，所述封隔防砂外管柱、隔离桥式内充填管柱、冲管三者的上端分别与悬挂封隔器下端三层管连接，所述隔离桥式内充填管柱包括自上而下依次连接的隔离管、桥式内充填工具、充填转换工具，所述隔离管上间隔式设置密封筒。该发明解决了一趟管柱分层充填防砂技术在充填施工及反洗井过程中，由于储层非均质性形成窜流导致分层充填不能正常、安全及可靠实施的问题。

Description

防窜流分层充填防砂管柱及方法

技术领域

本发明涉及石油开采分层充填防砂管柱及工艺，具体地说是防窜流分层充填防砂管柱及方法。

背景技术

疏松砂岩油藏非均质多层井由于层数多、夹层长、物性差异大，目前采用的防砂工艺主要是分层充填，包括分层挤压(压裂)砾石充填和分层挤压后再循环砾石充填两类，如申请号201110038345.2的“一次多层砾石充填方法及工具”、申请号201210534469.4的“一次多层砾石充填方法”、申请号201710177398.x的“投球式分层防砂工艺管柱及其方法”，均公开了能够实现非均质多层井的分层砾石充填，根据储层物性实现了差异化防砂，但该类技术均只进行完井套管外的地层挤压充填，而筛套环空仅靠充填砂回流及余砂填充，充填密实性差，影响防砂生产效果及防砂有效期。在能够实现分层挤压后再循环砾石充填的技术中，实施方式有先分层地层挤压后再笼统循环充填的两趟管柱式和一趟管柱地层挤压和循环充填两种，地层挤压充填与环空循环充填两趟管柱完成，施工周期长，费用高，起下管柱激励充填砂返吐，笼统循环充填，环空充填层密实性较差。与两趟管柱式实施相比较，一趟管柱完成具有能够有效缩短施工周期短、节约作业成本，提高充填密实性等优势，前景广阔。如申请号200410036213.6的“分层挤压充填防砂管柱”、申请号201310656621.0的“水平井管内分段高压充填防砂管柱”、申请号201510134953.1的“热采井分层压裂防砂管柱及其防砂方法”，均能够实现一趟管柱地层挤压与循环充填一体化的施工，施工效率高，作业周期短，防砂生产效果好。但是由于储层的非均质性，存在渗透率及地层压力等差异，导致以下几方面问题的存在：(1)上部存在高渗或低压地层时，循环充填的液体会优先流入，导致充填砾石很快堆积，影响充填的密实程度；(2)当上部地层压力高于下部油层时，在循环充填及反洗井时易激励上部油层返吐地层砂，导致上层充填施工难度大。(3)上部地层压力低于下部油层时，循环反洗井液体易窜流导致冲砂洗井难，容易砂卡管柱，除不能正常施工外，甚至造成大修。

发明内容

本发明的目的在于提供防窜流分层充填防砂管柱及方法，解决了一趟管柱分层充填防砂技术由于储层非均质性，在充填施工及反洗井过程中流体窜流使充填密实程度受影响、油层返吐地层砂及砂卡管柱等导致分层充填不能正常、安全及可靠实施的问题。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，防窜流分层充填防砂管柱，包括悬挂封隔器、封隔防砂外管柱，其特征在于，还包括隔离桥式内充填管柱、冲管，所述冲管设置在隔离桥式内充填管柱内部，所述隔离桥式内充填管柱设置在封隔防砂外管柱内部，所述封隔防砂外管柱、隔离桥式内充填管柱、冲管三者的上端分别与悬挂封隔器下端三层管连接，所述隔离桥式内充填管柱包括自上而下依次连接的隔离管、桥式内充填工具、充填转换工具。

所述防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于，所述封隔防砂外管柱上端通过丝扣与悬挂封隔器的外层管连接，所述隔离桥式内充填管柱上端通过丝扣与悬挂封隔器的中层管连接，所述冲管上端插入悬挂封隔器的内层管形成密封连接，悬挂封隔器上端连接油管。

所述防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于，所述封隔防砂外管柱包括至少两组防砂管、至少两个外充填工具、至少一个隔离封隔器、盲管，所述防砂管和外充填工具用油管连接，隔离封隔器连接在上层的防砂管和下层的外充填工具之间，所述盲管连接在封隔防砂外管柱最下端。

所述防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于，所述外充填工具设有径向贯通的填砂口两个；防砂管开设径向贯通的缝隙或网眼。

所述防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于，所述桥式内充填工具内对称设有循环口和充填口各两个，循环口位于桥式内充填工具下端，通过循环口向上连接桥式内充填工具开设的轴向通道，轴向通道的上部通往隔离桥式内充填管柱的隔离管与冲管的环形空间，充填口位于桥式内充填工具中上部，由充填口向下向外连通桥式内充填工具开设的斜向通道；桥式内充填工具还设有上、中、下三个球座，上球座位于充填口上方，上球座通过通道剪钉连接在桥式内充填工具中心通道内壁，中球座位于循环口与充填口之间，下球座位于循环口下方。

所述防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于，所述充填转换工具上设有进液孔，管柱下入后到挤压充填时进液孔关闭，需要进行循环充填时，活动管柱将进液孔露出，便可建立循环通道。

所述防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于隔离管的上端设有至少两个均布的径向贯通的返液口。隔离管上设有至少两个密封筒，密封筒与隔离封隔器和外充填工具之间的位置的内密封进行密封。

所述防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于冲管上端插入悬挂封隔器底部内层管进行密封连接，下端插入桥式内充填工具上部。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，防窜流分层充填防砂方法，包括以下步骤：

(1)将防窜流分层充填防砂管柱自地面通过油管下至设计位置；

(2)打液压，使悬挂封隔器坐封；旋转油管使封隔防砂外管柱与隔离桥式内充填管柱和冲管形成的内组合管柱脱开；提放油管携带的隔离桥式内充填管柱和冲管形成的内组合管柱，油管内打液压，自下而上坐封各隔离封隔器；

(3)下放内组合管柱，使桥式内充填工具的斜向通道外口与封隔防砂外管柱上的第三外充填工具的填砂口对齐，打液压18-20MPa将通道剪钉打断，上球座下落，充填通道打开；

(4)在地面向油管内泵入充填砂浆，携砂流体从冲管经过桥式内充填工具的斜向通道和第三外充填工具的填砂口，通过油层射孔部位进入套管外地层，进行地层的挤压充填；

(5)顺时针旋转油管携带的隔离桥式内充填管柱和冲管形成的内组合管柱,充填转换工具上设置的左旋马牙扣后退,带动充填转换工具向下移动,充填转换工具的进液口露出。携砂流体仍从冲管向下经过桥式内充填工具的斜向通道和第三外充填工具的填砂口，流体由防砂管经过充填转换工具的进液口流入管柱内部，冲开下球座上的球，从桥式内充填工具上的循环口经轴向流道，向上进入隔离桥式内充填管柱与冲管之间的环形空间，流出返液口由油套环空到地面，形成正循环通道，液体不断返出，充填砾石不断滤留于筛套环空，完成套管与筛管环空的循环充填；

(6)自地面从油管与套管环空注入洗井液，经返液口进入隔离桥式内充填管柱与冲管之间的环形空间，通过桥式内充填工具上的轴向流道，从循环口流入桥式内充填工具内部，冲开中间球座上的球，经上球座从冲管到油管返至地面，原位冲出冲管内的充填余砂；

(7)上提内组合管柱，使桥式内充填工具的斜向通道外口与封隔防砂外管柱上的上一层外充填工具的填砂口相通；

(8)再次依次按照步骤(4)、(5)、(6)、(7)进行上部各层的地层充填、循环充填和反洗井施工。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

由于循环充填的返出液和反洗井的洗井液都是经过隔离桥式内充填管柱与冲管之间的环形空间，避开了封隔防砂外管柱上的目的层的防砂管段，不直接与目的层以外的油层接触，液体不会窜流到上部高渗或低压地层，建立流畅的循环和反洗井通道，确保环空充填密实性；原位反洗干净避免砂卡管柱，确保施工顺利。同时，上部高压地层也不会受到液体流动激励导致的地层砂返吐，提高了施工的安全可靠性。该发明解决了一趟管柱分层充填防砂技术在充填施工及反洗井过程中，由于储层非均质性形成窜流导致分层充填不能正常、安全及可靠实施的问题。

附图说明

图1是防窜流分层充填防砂管柱的结构示意图；

图2为下层地层挤压充填状态示意图；

图3为下层环空充填状态示意图，

图4为下层冲砂反洗示意图；

图5为中间目的层地层挤压充填状态示意图；

图6为中间目的层冲砂反洗示意图；

图7为中间目的层环空充填状态示意图；

图8为中间目的层冲砂反洗示意图。

图中：封隔防砂外管柱101、隔离桥式内充填管柱102和冲管103；

悬挂封隔器1、外层管2、第一外充填工具3、第一防砂管4、第一隔离封隔器5、第二外充填工具6、第二防砂管7、第二隔离封隔器8、第三外充填工具9、第三防砂管10、盲管11、油管12、套管13、内层管14、中层管15、返液口16、隔离管17、密封筒18、填砂口19、桥式内充填工具20、通道剪钉21、上球座22、轴向通道23、充填口24、斜向通道25、循环口26、中球座27、下球座28、充填转换工具29、进液孔30。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图8，本发明提供一种技术方案：防窜流分层充填防砂管柱(以三层为例)，参见图1所示，包括封隔防砂外管柱101、隔离桥式内充填管柱102和冲管103三层管柱。管柱最上端是悬挂封隔器1，悬挂封隔器的下部设有外层管2、中层管15和内层管14三层管，外层管2螺纹连接封隔防砂外管柱101上的第一外充填工具3，然后顺次连接第一防砂管4、第一隔离封隔器5、第二外充填工具6、第二防砂管7、第二隔离封隔器8、第三外充填工具9、第三防砂管10和盲管11；中层管15螺纹连接隔离桥式内充填管柱102的隔离管17，隔离管17下部连接桥式内充填工具20，底部连接充填转换工具29；内层管14是一个密封管，冲管103上部插入内层管14形成密封连接，冲管103底部插入隔离桥式内充填管柱102的桥式内充填工具20上部。悬挂封隔器1上端合为一体，内部设有反扣(左旋螺纹)，正转管柱可将封隔防砂外管柱101与隔离桥式内充填管柱102及冲管103形成的内组合管柱脱开。

第一外充填工具3、第二外充填工具6、第三外充填工具9上均设有填砂口19，为携砂流体提供通道；

第一防砂管4、第二防砂管7、第三防砂管10均为带有一定缝隙或网眼的管子，也就是防砂筛管，可为施工及后期生产油流提供通道。

隔离管17的上端设有返液口16，隔离管17上还根据分层数设有数个密封筒18，密封筒18与封隔防砂外管柱101上的各层的隔离封隔器与外充填工具之间的位置进行内密封，封堵封隔防砂外管柱101与隔离桥式内充填管柱102之间的环形空间。

桥式内充填工具20内对称设有循环口26和充填口24各两个，循环口26位于工具下端，通过循环口26向上设有轴向通道23，轴向通道23的上部通往隔离桥式内充填管柱102的隔离管17与冲管103的环形空间，充填口24位于中上部，由充填口24向下向外呈与轴向成一定角度设置斜向通道25。桥式内充填工具20还设有上、中、下三个球座，上球座22位于充填口24上方，其上设有通道剪钉21，中球座27位于循环口26与充填口24之间，下球座28位于循环口26下方。各球座上预置相应的钢球起到单流阀的作用。

充填转换工具29上设有进液孔30，管柱下入后到挤压充填时进液孔关闭，需要进行循环充填时，活动管柱将进液孔30露出，便可建立循环通道。

封隔防砂外管柱101各工具之间在确保防砂管覆盖生产油层井段位置的情况下，通过常规油管或套管连接，或直接相接。隔离桥式内充填管柱102上隔离管17的长度根据第三外充填工具9位置与桥式内充填工具20的对位确定。

隔离封隔器、外充填工具、充填转换工具均为本领域内公知技术，防砂管、密封筒为本领域常规技术,直接应用连接使用即可。

本发明的防窜流分层充填防砂管柱的防砂方法，参见图2～图8，其步骤是：

(1)将防窜流分层充填防砂管柱自地面通过油管12下至设计位置；

(2)从油管12打液压，使悬挂封隔器坐封1；旋转油管12使封隔防砂外管柱101与隔离桥式内充填管柱102和冲管102形成的内组合管柱脱开；提放油管12携带的隔离桥式内充填管柱102和冲管102形成的内组合管柱，油管12内打液压，自下而上坐封第二隔离封隔器8、第一隔离封隔器5，实现各层环空封隔,图1所示状态；

(3)下放内组合管柱，使桥式内充填工具20的斜向通道25外口与封隔防砂外管柱101上的第三外充填工具9的填砂口19对齐，打液压18-20MPa将通道剪钉21打断，上球座22下落，充填通道打开；

(4)在地面向油管12内泵入充填砂浆，携砂流体从冲管103经过桥式内充填工具20的斜向通道25和第三外充填工具9的填砂口19，通过油层射孔部位进入套管13外地层，进行地层的挤压充填,图2所示状态；

(5)旋转管柱，打开充填转换工具29的进液口30，携砂流体仍从冲管103向下经过桥式内充填工具20的斜向通道25和第三外充填工具9的填砂口19，流体由防砂管10经过充填转换工具29的进液口30流入管柱内部，冲开下球座28上的球，从桥式内充填工具20上的循环口26经轴向流道23，向上进入隔离桥式内充填管柱102与冲管103之间的环形空间，流出返液口16由油管12与套管13的环空到地面，形成正循环通道，液体不断返出，充填砾石不断滤留于筛套环空，完成套管13与筛管10环空的循环充填，图3所示状态；

(6)自地面从油管12与套管13环空注入洗井液，经返液口16进入隔离桥式内充填管柱102与冲管103之间的环形空间，通过桥式内充填工具20上的轴向流道23，从循环口26流入桥式内充填工具20内部，冲开中间球座27上的球，经上球座22从冲管103到油管12返至地面，冲洗出冲管103内的充填余砂，便于后续施工提放管柱，图4所示状态；

(7)上提内组合管柱，使桥式内充填工具20的斜向通道25外口与封隔防砂外管柱101上第二外充填工具6的填砂口19相通；

(8)根据需要，当上部目的层需要进行地层挤压充填后循环充填时，重复进行步骤(4)、(5)、(6)，参见图2、图3、图4；当目的层只需要进行地层挤压充填时，重复进行(4)、(6)，参见图5、图6；当目的层只需要进行环空循环充填时，重复进行步骤(5)、(6)，参见图7、图8。

各目的层段全部充填防砂完毕后，提出油管携带的隔离桥式内充填管柱和冲管形成的内组合管柱。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.防窜流分层充填防砂管柱，包括悬挂封隔器、封隔防砂外管柱，其特征在于，还包括隔离桥式内充填管柱、冲管，所述冲管设置在隔离桥式内充填管柱内部，所述隔离桥式内充填管柱设置在封隔防砂外管柱内部，所述封隔防砂外管柱、隔离桥式内充填管柱、冲管三者的上端分别与悬挂封隔器下端三层管连接，所述隔离桥式内充填管柱包括自上而下依次连接的隔离管、桥式内充填工具、充填转换工具。

2.根据权利要求1所述的防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于，所述封隔防砂外管柱上端通过丝扣与悬挂封隔器的外层管连接，所述隔离桥式内充填管柱上端通过丝扣与悬挂封隔器的中层管连接，所述冲管上端插入悬挂封隔器的内层管形成密封连接，悬挂封隔器上端连接油管。

3.根据权利要求1或2所述的防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于，所述封隔防砂外管柱包括至少两组防砂管、至少两个外充填工具、至少一个隔离封隔器、盲管，所述防砂管和外充填工具用油管段连接，隔离封隔器连接在上层的防砂管和下层的外充填工具之间，所述盲管连接在封隔防砂外管柱最下端。

4.根据权利要求3所述的防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于，所述外充填工具设有径向贯通的填砂口两个；防砂管开设径向贯通的缝隙或网眼。

5.根据权利要求1或2所述的防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于，所述桥式内充填工具内对称设有循环口和充填口各两个，循环口位于桥式内充填工具下端，通过循环口向上连接桥式内充填工具开设的轴向通道，轴向通道的上部通往隔离桥式内充填管柱的隔离管与冲管的环形空间，充填口位于桥式内充填工具中上部，由充填口向下向外连通桥式内充填工具开设的斜向通道；桥式内充填工具还设有上、中、下三个球座，上球座位于充填口上方，上球座通过通道剪钉连接在桥式内充填工具中心通道内壁，中球座位于循环口与充填口之间，下球座位于循环口下方。

6.根据权利要求5所述的防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于，所述充填转换工具上设有进液孔，管柱下入后到挤压充填时进液孔关闭，需要进行循环充填时，活动管柱将进液孔露出，便可建立循环通道。

7.根据权利要求1或2所述的防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于，所述隔离管的上端设有至少两个均布的径向贯通的返液口，隔离管上设有至少两个密封筒，密封筒与隔离封隔器和外充填工具之间的位置的内密封进行密封。

8.根据权利要求1或2所述的防窜流分层充填防砂管柱，其特征在于冲管上端插入悬挂封隔器底部内层管进行密封连接，下端插入桥式内充填工具上部。

9.防窜流分层充填防砂方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将防窜流分层充填防砂管柱自地面通过油管下至设计位置；

（2）打液压，使悬挂封隔器坐封；旋转油管使封隔防砂外管柱与隔离桥式内充填管柱和冲管形成的内组合管柱脱开；提放油管携带的隔离桥式内充填管柱和冲管形成的内组合管柱，油管内打液压，自下而上坐封各隔离封隔器；

（3）下放内组合管柱，使桥式内充填工具的斜向通道外口与封隔防砂外管柱上的第三外充填工具的填砂口对齐，打液压18-20MPa将通道剪钉打断，上球座下落，充填通道打开；

（4）在地面向油管内泵入充填砂浆，携砂流体从冲管经过桥式内充填工具的斜向通道和第三外充填工具的填砂口，通过油层射孔部位进入套管外地层，进行地层的挤压充填；

（5）顺时针旋转油管携带的隔离桥式内充填管柱和冲管形成的内组合管柱,充填转换工具上设置的左旋马牙扣后退,带动充填转换工具向下移动,充填转换工具的进液口露出，携砂流体仍从冲管向下经过桥式内充填工具的斜向通道和第三外充填工具的填砂口，流体由防砂管经过充填转换工具的进液口流入管柱内部，冲开下球座上的球，从桥式内充填工具上的循环口经轴向流道，向上进入隔离桥式内充填管柱与冲管之间的环形空间，流出返液口由油套环空到地面，形成正循环通道，液体不断返出，充填砾石不断滤留于筛套环空，完成套管与筛管环空的循环充填；

（6）自地面从油管与套管环空注入洗井液，经返液口进入隔离桥式内充填管柱与冲管之间的环形空间，通过桥式内充填工具上的轴向流道，从循环口流入桥式内充填工具内部，冲开中间球座上的球，经上球座从冲管到油管返至地面，原位冲出冲管内的充填余砂；

（7）上提内组合管柱，使桥式内充填工具的斜向通道外口与封隔防砂外管柱上的上一层外充填工具的填砂口相通；

（8）再次依次按照步骤（4）、（5）、（6）、（7）进行上部各层的地层充填、循环充填和反洗井施工。

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