CN112096301B - 油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱及替浆洗井方法 - Google Patents
油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱及替浆洗井方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱及替浆洗井方法，该管柱包括：油管，暂堵防砂筛管，洗井阀；暂堵防砂筛管包括过滤装置和暂堵片，所述暂堵片用于避免油气井井筒内的钻井泥浆通过所述过滤装置进入油管；洗井阀包括上外筒、下外筒、强力弹簧、内滑套和可溶构件，强力弹簧安装在上外筒内部；下外筒的筒壁上设置有洗井孔；内滑套安装在下外筒内部，内壁上设置有内滑套孔眼，与强力弹簧相接触；可溶构件通过挤压内滑套挤压强力弹簧；当强力弹簧被可溶构件压缩时，内滑套孔眼与下外筒上的洗井孔相对应，洗井阀打开；当可溶构件和暂堵片遇酸溶解，强力弹簧伸展，内滑套的内壁遮盖下外筒上的洗井孔，洗井阀关闭。
Description
技术领域
本申请涉及油气井防砂技术领域，尤其涉及一种油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱及替浆洗井方法。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
在筛管防砂完井过程中，尤其是在高压气井和水平井中，钻井泥浆对筛管的堵塞和储层的污染非常严重，为了解决这一问题，通常需要采用替浆、洗井、防砂一体化工艺。该工艺是通过在筛管管柱末端安装洗井阀来清洗钻井泥浆，在进行替浆、洗井作业的过程中，需要下入洗井管串以打开洗井阀，洗井后起出洗井管串以关闭洗井阀。中国专利CN101718189A即介绍了上述技术原理。中国专利CN101250984A及论文《水平井替浆酸洗配套工具的研制》中均公开了这种洗井阀的结构。
但是，现有的替浆、洗井、防砂一体化工艺需要单独下入洗井管串，一方面增加了施工工序，延长了作业时间，增加了作业成本；另一方面在高压气井中，起下洗井管串存在很大的施工风险，限制了该技术在高压气井中的应用。
为了改善上述问题，中国专利CN101718189A公开了一种带暂堵防砂筛管以及配套的完井洗井工艺。该专利所设计的暂堵筛管采用了一种塞堵结构将基管孔眼堵死，筛管下入井筒之后，再采用钻铣工具将塞堵钻磨或剪切清除掉，恢复筛管内外连通。虽然问题得以改善，但存在问题：需要单独下一趟钻杆，增加了作业工序和作业成本；钻除塞堵的作业过程中仍需压井，会对储层和筛管重新造成伤害。
发明内容
第一方面，本申请实施例提供一种油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱，用以解决现有技术中的替浆洗井防砂一体化工艺技术中存在的作业工序多、所需时间成本多，且作业风险大的问题。该管柱包括：
从油气井井口延伸至产层上方的油管5，与油管5连接的暂堵防砂筛管2，与暂堵防砂筛管2连接的洗井阀1；所述暂堵防砂筛管2包括基管201以及安装在基管201管壁上的过滤装置232和暂堵片234，所述暂堵片234用于避免油气井井筒内的钻井泥浆通过所述过滤装置232进入油管5；所述洗井阀1包括上外筒101、与上外筒101连接的下外筒104、强力弹簧102、内滑套105和可溶构件106，所述强力弹簧102安装在上外筒101内部，轴线与上外筒101的筒壁平行；所述下外筒104的筒壁上设置有洗井孔141；所述内滑套105安装在下外筒104内部，内壁上设置有内滑套孔眼152，与强力弹簧102相接触；可溶构件106安装在下外筒104内部，与内滑套105相接触，通过挤压内滑套105挤压强力弹簧102；当强力弹簧102被可溶构件106压缩时，内滑套孔眼152与下外筒104上的洗井孔141相对应，洗井阀1打开；当可溶构件106和暂堵片234遇酸溶解，强力弹簧102伸展，内滑套105的内壁遮盖下外筒104上的洗井孔141，洗井阀1关闭。
第二方面，本申请实施例还提供一种应用于如第一方面所述的油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱的替浆洗井方法，用以解决现有技术中的替浆洗井防砂一体化工艺技术中存在的作业工序多、所需时间成本多，且作业风险大的问题，该方法包括：
从油气井井筒与油管5之间的油套环中注入无固相完井液，以驱替井筒中的钻井泥浆从产层下方打开的洗井阀1中进入油管5，从油管5连接的井口排出；当井筒中的钻井泥浆排空后，停止注入无固相完井液；从油管5中注入酸液，以使暂堵防砂筛管2中的暂堵片234和洗井阀1中的可溶构件106溶解，暂堵防砂筛管2恢复流动通道和防砂功能，洗井阀1关闭。
本申请实施例中，采用暂闭防砂筛管和洗井阀，建立了完井管柱替浆流动通道，洗井阀下入产层底部，迫使无固相完井液驱替钻井泥浆从产生底部返出，实现了产层段充分替浆和洗井，减小了产层污染；并且，采用暂堵片将暂堵防砂筛管中的过滤装置封堵，防止泥浆进入过滤材料中，避免了暂堵防砂筛管在下入过程中被堵塞；并且，暂堵片酸洗后完全溶解，恢复筛管流动通道和防砂功能，不需要额外的作业工序来清除暂堵片，工艺简单，作业成本低。此外，洗井阀采用可溶构件，遇酸可以溶解，酸化作业后，能够自动关闭，实现完井管柱底部封闭，防止产层油气携带砂粒进入完井管柱内。利用本申请中的油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱，在不需要下入洗井管串或钻磨管柱的情况下，完成替浆、洗井、防砂一体化作业，大大简化了现有的作业程序，节省了作业时间和作业费用，降低了作业风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本申请实施例中油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱的结构示意图；
图2为本申请实施例中暂堵防砂筛管的半剖结构示意图；
图3(a)为本申请实施例中一种阶梯空腔的剖视图；
图3(b)为本申请实施例中一种过滤件的剖视图；
图3(c)为本申请实施例中一种过滤件的俯视图；
图4(a)为本申请实施例中一种基座的剖视图；
图4(b)为本申请实施例中一种基座的俯视图；
图5(a)为本申请实施例中一种暂堵片的剖视图；
图5(b)为本申请实施例中一种暂堵片的俯视图；
图6为本申请实施例中图3(b)所示的过滤件中暂堵片溶解后的过滤件的示意图；
图7为本申请实施例中洗井阀的半剖结构示意图；
图8(a)为本申请实施例中锁定机构的俯视图；
图8(b)为本申请实施例中锁定机构的半剖视图；
图8(c)为本申请实施例中通孔的结构示意图；
图8(d)为本申请实施例中卡扣的结构示意图；
图9为本申请实施例中内滑套的结构示意图；
图10(a)为本申请实施例中可溶构件的剖视图；
图10(b)为本申请实施例中可溶构件的俯视图；
图11(a)为本申请实施例中堵头的半剖视图；
图11(b)为本申请实施例中堵头的俯视图；
图12为本申请实施例中一种替浆洗井方法的流程图。
附图标号
1：洗井阀 2：暂堵防砂筛管
3：球座 4：封隔器
5：油管 6：产层
7：油气井 101：上外筒
102：强力弹簧 103：锁定机构
104：下外筒 105：内滑套
106：可溶构件 107：堵头
131：通孔 132：卡扣
133：弹簧 134：盖片
1321：第一部分 1322：第二部分
1331：第一空腔 1312：第二空腔
141：洗井孔 151：凹槽
152：内滑套孔眼 161：可溶孔眼
171：堵头空腔 201：基管
202：接箍 203：过滤件
231：基座 2311：碗口
2312：基座孔眼 232：过滤装置
233：外挡片 234：暂堵片
2341：底盘 2342：凸牙
235：阶梯空腔 2351：外空腔
2352：内空腔 2353：台阶
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本申请实施例做进一步详细说明。在此，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。
本申请实施例提供了一种油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱，如图1所示，该管柱包括从油气井井口延伸至产层上方的油管5，与油管5连接的暂堵防砂筛管2，与暂堵防砂筛管2连接的洗井阀1。暂堵防砂筛管2的位置与产层6的位置相对应，洗井阀1设置在产层6下方。此外，管柱还包括设置在油管5内壁上的球座5，以及设置在油管5与油气井的井筒之间的封隔器4。
如图2所示，暂堵防砂筛管2包括基管201、接箍202和过滤件203。
其中，基管201采用油管或套管加工而成，基管201的一端具有螺纹，基管201与油管5之间通过该螺纹连接。基管201管壁上均匀钻取内外直径不同的阶梯空腔235，如图3(a)所示，阶梯空腔235包括靠近基管201内壁的内空腔2352和靠近基管201外壁的外空腔2351，内空腔2352和外空腔2351的形状为圆柱形，内空腔2352底面的直径小于外空腔2351底面的直径，内空腔2352与外空腔2351的连接位置形成一级台阶2353。
接箍202用于连接基管201和洗井阀1。
如图3(b)和图3(c)所示，过滤件203包括基座231、过滤装置232、外挡片233和暂堵片234。
具体的，如图4(a)和图4(b)所示，基座231为碗状结构，基座231的碗口2311直径与基管201管壁上的阶梯空腔235的外空腔2351直径相同。碗状结构的碗底具有至少一个基座孔眼2312，基座231坐放在基管201内壁的阶梯空腔235中，碗底与阶梯空腔235的台阶2353相接触。基座231通过焊接或螺纹的方式固定在阶梯空腔235中，从而防止过滤件203脱落。基座201从碗口2311到碗底依次安装外挡片233、过滤装置232和暂堵片234。
过滤装置232由过滤材料构成，用于防止地层砂进入油管5。过滤装置232的直径与基座231碗口2311的直径相同。
如图5(a)及图5(b)所示，暂堵片234为底盘2341上设置至少一个凸牙2342的结构，凸牙2342的数量、形状、分布方式与基座231碗底的基座孔眼2312数量、形状、分布方式相同，且凸牙2342能够完全镶嵌入基座231碗底的基座孔眼2312中，暂堵片234的底盘2341的直径与基管201管壁上的阶梯空腔235的内空腔2352直径相同，保证暂堵片234能够完全将基座孔眼2312完全堵死，从而避免油气井井筒内的钻井泥浆通过过滤装置232进入油管5。
外挡片233的形状、大小与基座231碗口2311的形状、大小相同，用于将过滤装置232固定在基座231中。
如图6所示，为暂堵片234溶解后的过滤件203的示意图。当暂堵片234遇酸溶解后，产层中液体可以经过过滤装置232过滤后进入暂堵防砂筛管2。
如图7所示，洗井阀1包括上外筒101、与上外筒101连接的下外筒104、强力弹簧102、内滑套105和可溶构件106。强力弹簧102安装在上外筒101内部，轴线与上外筒101的筒壁平行。下外筒104的筒壁上设置有洗井孔141。内滑套105安装在下外筒104内部，与强力弹簧102相接触。可溶构件106安装在下外筒104内部，与内滑套105相接触，通过挤压内滑套105挤压强力弹簧102。如图9所示，内滑套105的内壁上设置有内滑套孔眼152。当强力弹簧102被可溶构件106压缩时，内滑套孔眼152与下外筒104上的洗井孔141相对应，洗井阀1打开，这样油气井井筒内的钻井泥浆进入洗井阀1，并通过被暂堵片234封闭的暂堵防砂筛管2进入油管5，从油管5连接的井口排出；当可溶构件106和暂堵片234遇酸溶解，强力弹簧102伸展，内滑套105的内壁遮盖下外筒104上的洗井孔141，洗井阀1关闭，从而避免井筒中的杂质进入，同时，产层流体通过过滤装置232进入油管5，从井口采出。
其中，上外筒101与暂堵防砂筛管2连接。为了使两者稳定连接，可以在上外筒101的上部设置螺纹接头。
在本申请实施例中，为了便于安放强力弹簧102，可以在上外筒101的内部设置弹簧支撑台阶，强力弹簧102坐放在弹簧支撑台阶上。但需要注意的是，弹簧支撑台阶不能阻碍强力弹簧102挤压内滑套105。
如图10(a)和图10(b)所示，分别为可溶构件的剖视图和俯视图，可溶构件为圆筒结构，为了增加酸液与可溶构件的接触面积，加快溶解速度，可以在可溶构件的筒体上钻取若干个孔眼，如图10(a)和图10(b)所示的可溶孔眼161。
在本申请实施例中，下外筒104筒壁上的洗井孔141沿周向设置。
此外，洗井阀1还包括锁定机构103，锁定机构103连接上外筒101与下外筒104，用于将内滑套105固定在预设位置。为了方便锁定结构103连接上外筒101与下外筒104，可以在锁定机构的两端设置螺纹接头。
锁定机构103的内壁上设置有通孔131。如图8(a)、图8(b)、图8(c)和图8(d)所示，通孔131包括第一空腔1331和第二空腔1332，第一空腔1331的内径大于第二空腔1332的内径，第一空腔1331中依次安装盖片134、弹簧133和卡扣132的第一部分1321，卡扣132的第二部分1322的内径与第二空腔1332的内径相匹配且长度大于第二空腔1332的高度，以便于当内滑套105上的凹槽151与卡扣132位置相对应时，在弹簧133的弹力作用下卡扣132的第二部分1322深入凹槽151中，将内滑套105固定；盖片134用于将弹簧133和卡扣132固定在通孔131内。
需要说明的是，内滑套105上的凹槽151设置在内滑套与强力弹簧102相接触的一端，且内滑套105上的凹槽151的内径大于卡扣132的第二部分1322的内径，以保证卡扣132的第二部分1322能够卡入凹槽151中。内滑套105上的内滑套孔眼152沿周向设置，与下外筒104上的洗井孔141的大小、位置相对应，从而保证内滑套孔眼152与洗井孔141能够对应，钻井泥浆能够从洗井孔141、内滑套孔眼152对应的孔眼进入下外筒104内部。
洗井阀1还包括堵头107。如图11(a)和图11(b)所示，堵头107内部设置有堵头空腔171，与可溶构件106连接，顶压在可溶构件上，用于接收可溶构件106溶解后的残渣。
本申请实施例中，采用暂闭防砂筛管和洗井阀，建立了完井管柱替浆流动通道，洗井阀下入产层底部，迫使无固相完井液驱替钻井泥浆从产生底部返出，实现了产层段充分替浆和洗井，减小了产层污染；并且，采用暂堵片将暂堵防砂筛管中的过滤装置封堵，防止泥浆进入过滤材料中，避免了暂堵防砂筛管在下入过程中被堵塞；并且，暂堵片酸洗后完全溶解，恢复筛管流动通道和防砂功能，不需要额外的作业工序来清除暂堵片，工艺简单，作业成本低。此外，洗井阀采用可溶构件，遇酸可以溶解，酸化作业后，能够自动关闭，实现完井管柱底部封闭，防止产层油气携带砂粒进入完井管柱内。利用本申请中的油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱，在不需要下入洗井管串或钻磨管柱的情况下，完成替浆、洗井、防砂一体化作业，大大简化了现有的作业程序，节省了作业时间和作业费用，降低了作业风险。
本申请实施例还提供一种应用于如前述油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱的替浆洗井方法，如图12所示，该方法包括步骤1201至步骤1203：
步骤1201、从油气井井筒与油管5之间的油套环中注入无固相完井液，以驱替井筒中的钻井泥浆从产层下方打开的洗井阀1中进入油管5，从油管5连接的井口排出。
步骤1202、当井筒中的钻井泥浆排空后，停止注入无固相完井液。
步骤1203、从油管5中注入酸液，以使暂堵防砂筛管2中的暂堵片234和洗井阀1中的可溶构件106溶解，暂堵防砂筛管2恢复流动通道和防砂功能，洗井阀1关闭。
本申请实施例中，无固相完井液驱替钻井泥浆通过设置在产层下部的洗井阀返出，实现了产层段充分替浆和洗井，减小了产层污染；并且，暂堵片酸洗后可完全溶解，恢复筛管流动通道和防砂功能，不需要额外的作业工序来清除暂堵片，工艺简单，作业成本低。此外，洗井阀采用可溶构件，遇酸可以溶解，酸化作业后，能够自动关闭，实现完井管柱底部封闭，防止产层油气携带砂粒进入完井管柱内。利用本申请中的油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱，在不需要下入洗井管串或钻磨管柱的情况下，完成替浆、洗井、防砂一体化作业，大大简化了现有的作业程序，节省了作业时间和作业费用，降低了作业风险。
以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱，其特征在于，所述管柱包括：
从油气井井口延伸至产层上方的油管(5)，与油管(5)连接的暂堵防砂筛管(2)，与暂堵防砂筛管(2)连接的洗井阀(1)；
所述暂堵防砂筛管(2)包括基管(201)以及安装在基管(201)管壁上的过滤装置(232)和暂堵片(234)，所述暂堵片(234)用于避免油气井井筒内的钻井泥浆通过所述过滤装置(232)进入油管(5)；
所述洗井阀(1)包括上外筒(101)、与上外筒(101)连接的下外筒(104)、强力弹簧(102)、内滑套(105)和可溶构件(106)，所述强力弹簧(102)安装在上外筒(101)内部，轴线与上外筒(101)的筒壁平行；所述下外筒(104)的筒壁上设置有洗井孔(141)；所述内滑套(105)安装在下外筒(104)内部，内壁上设置有内滑套孔眼(152)，与强力弹簧(102)相接触；可溶构件(106)安装在下外筒(104)内部，与内滑套(105)相接触，通过挤压内滑套(105)挤压强力弹簧(102)；当强力弹簧(102)被可溶构件(106)压缩时，内滑套孔眼(152)与下外筒(104)上的洗井孔(141)相对应，洗井阀(1)打开；当可溶构件(106)和暂堵片(234)遇酸溶解，强力弹簧(102)伸展，内滑套(105)的内壁遮盖下外筒(104)上的洗井孔(141)，洗井阀(1)关闭。
2.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述暂堵防砂筛管(2)的位置与产层(6)的位置相对应，所述洗井阀(1)设置在产层(6)下方。
3.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述暂堵防砂筛管(2)还包括基座(231)，所述基座(231)为碗状结构，碗底具有至少一个基座孔眼(2312)，所述基座(231)坐放在基管(201)内壁的阶梯空腔(235)中，碗底与阶梯空腔(235)的台阶(2353)相接触，用于安装所述过滤装置(232)和所述暂堵片(234)。
4.根据权利要求3所述的管柱，其特征在于，所述基座(231)通过焊接或螺纹的方式固定在阶梯空腔(235)中。
5.根据权利要求3所述的管柱，其特征在于，所述暂堵片(234)为底盘(2341)上设置至少一个凸牙(2342)的结构，凸牙(2342)的数量、形状、分布方式与基座(231)碗底的基座孔眼(2312)数量、形状、分布方式相同，且凸牙(2342)镶嵌入基座(231)碗底的基座孔眼(2312)中。
6.根据权利要求3所述的管柱，其特征在于，所述暂堵防砂筛管(2)还包括外挡片(233)，所述外挡片(233)的形状、大小与基座(231)碗口(2311)的形状、大小相同，用于将过滤装置(232)固定在基座(231)中。
7.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述暂堵防砂筛管(2)还包括接箍(202)，所述接箍(202)用于连接所述基管(201)和所述洗井阀(1)。
8.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述洗井阀(1)还包括锁定机构(103)，所述锁定机构(103)连接所述上外筒(101)与所述下外筒(104)，用于将内滑套(105)固定在预设位置。
9.根据权利要求8所述的管柱，其特征在于，所述锁定机构(103)的内壁上设置有通孔(131)，所述通孔(131)包括第一空腔(1331)和第二空腔(1332)，所述第一空腔(1331)的内径大于第二空腔(1332)的内径，第一空腔(1331)中依次安装盖片(134)、弹簧(133)和卡扣(132)的第一部分(1321)，卡扣(132)的第二部分(1322)的内径与第二空腔(1332)的内径相匹配且长度大于第二空腔(1332)的高度，以便于当内滑套(105)上的凹槽(151)与卡扣(132)位置相对应时，在弹簧(133)的弹力作用下卡扣(132)的第二部分(1322)深入凹槽(151)中，将内滑套(105)固定；所述盖片(134)用于将弹簧(133)和卡扣(132)固定在通孔(131)内。
10.根据权利要求9所述的管柱，其特征在于，内滑套(105)上的凹槽(151)的内径大于卡扣(132)的第二部分(1322)的内径。
11.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述洗井阀(1)还包括：
堵头(107)，内部设置有堵头空腔(171)，与可溶构件(106)连接，用于接收可溶构件(106)溶解后的残渣。
12.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述管柱还包括：
设置在油管(5)内壁上的球座(3)，以及设置在油管(5)与油气井的井筒之间的封隔器(4)。
13.一种应用于如权利要求1至12任一项所述的油气井替浆洗井防砂一体化完井管柱的替浆洗井方法，其特征在于，所述方法包括：
从油气井井筒与油管(5)之间的油套环中注入无固相完井液，以驱替井筒中的钻井泥浆从产层下方打开的洗井阀(1)中进入油管(5)，从油管(5)连接的井口排出；
当井筒中的钻井泥浆排空后，停止注入无固相完井液；
从油管(5)中注入酸液，以使暂堵防砂筛管(2)中的暂堵片(234)和洗井阀(1)中的可溶构件(106)溶解，暂堵防砂筛管(2)恢复流动通道和防砂功能，洗井阀(1)关闭。
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