CN112664148B - 水平井防砂完井管柱及水平井快速防砂完井方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平井防砂完井管柱，并公开了使用水平井防砂完井管柱的水平井快速防砂完井方法，其中水平井防砂完井管柱包括留井管柱和服务管柱，留井管柱中的温感膨胀筛管具有温度感应激发或激发剂感应激发的特性，入井后仅通过循环热流体或激发剂即可实现膨胀完井，激发温感膨胀筛管可有效节省循环洗时间。较常规砾石充填防砂节省地面泵注设备和注砂工序，节省大量作业时间。

Description

水平井防砂完井管柱及水平井快速防砂完井方法

技术领域

本发明涉及石油开采井防砂技术，特别涉及一种水平井防砂完井管柱及水平井快速防砂完井方法。

背景技术

疏松砂岩防砂一直是油田开发中的难题，机械防砂在所有防砂井中占比较高。砾石充填防砂技术具有抗堵塞能力强，防砂效果好等优点得到广泛应用。但砾石充填完井需要大型泵注设备，水平井砾石充填风险较高。在现代化提速、提效的完井模式中应用时存在很多弊端。尤其在海洋石油开采领域，对作业时效性要求高，砾石充填防砂技术应用受到制约。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种水平井防砂完井管柱，能够实现工具安全入井、循环热流体或激发剂快速激发膨胀筛管、简化施工工序、简化施工设备的目的，用常规悬挂筛管的施工难度达到砾石充填的防砂效果。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明还提出一种使用上述水平井防砂完井管柱的水平井快速防砂完井方法。

根据本发明的第一方面实施例的水平井防砂完井管柱，包括：

留井管柱，包括依次连接的抗冲刷防偏顶部封隔器、循环滑套、盲管、若干温感膨胀筛管和双级过滤浮鞋，所述温感膨胀筛管具有渗透性，所述温感膨胀筛管的膨胀方式为温度直接激发或化学激发；

服务管柱，插入至所述留井管柱内，包括依次连接的座封服务工具、滑套开关工具、冲洗管和插入密封，所述座封服务工具由密封系统和液压系统组成，所述滑套开关工具用于控制所述循环滑套的启闭，所述插入密封外部与所述双级过滤浮鞋上端配合呈密封状态；

其中，所述温感膨胀筛管主要由打孔基管、端部保护环、中间保护环、温感膨胀料层和精密编织过滤层组成，所述打孔基管上设有若干开孔，所述打孔基管上开孔处的对应管段上由内到外依次由所述精密编织过滤层和所述温感膨胀料层覆盖，所述温感膨胀料层的两端分别插入至所述端部保护环、所述中间保护环内。

根据本发明实施例的水平井防砂完井管柱，至少具有如下有益效果：温感膨胀筛管膨胀后可紧贴在裸眼井壁上，达到充填防砂和支撑井壁的作用；以常规悬挂筛管的工程难度实现砾石充填防砂的效果，循环热流体或激发剂快速激发膨胀筛管，简化施工工序、简化施工设备，可实现快速完井大幅节省作业时间，可大幅降低施工风险，缩短施工周期，提高完井时效性，降低作业成本。

根据本发明的一些实施例，所述座封服务工具和所述抗冲刷防偏顶部封隔器之间通过左旋螺纹连接。

根据本发明的一些实施例，所述插入密封外部设有多组高抗磨金属硫化密封模块，所述高抗磨金属硫化密封模块与所述双级过滤浮鞋上端的密封筒配合呈密封状态。

根据本发明的一些实施例，所述端部保护环和所述中间保护环的外径大于所述温感膨胀料层的外径。

根据本发明的一些实施例，所述精密编织过滤层的一端部插入至所述中间保护环内，且所述中间保护环和所述精密编织过滤层之间设有密封圈。

根据本发明的一些实施例，所述双级过滤浮鞋尾段下部设有球阀和锥阀，所述球阀和所述锥阀在正向压力下打开。

根据本发明的一些实施例，所述双级过滤浮鞋中段设有上过滤接头、上过滤器、下过滤接头和下过滤器，所述上过滤接头内部通过内螺纹和所述上过滤器连接，所述下过滤接头内部通过内螺纹和所述下过滤器连接。

根据本发明的第二方面实施例的水平井快速防砂完井方法，至少包括以下步骤：

S1、将完井管柱下入至井内；

S2、泵入循环热流体或激发剂激发温感膨胀筛管发生膨胀支撑井壁；

S3、钻杆内投入座封球，座封球落入到座封球座后对抗冲刷防偏顶部封隔器进行打压座封；

S4、套管打压验证抗冲刷防偏顶部封隔器的座封性能；

S5、钻杆内打压丢手或正转管柱丢手；

S6、丢手成功后，上提滑套开关工具关闭循环滑套；

S7、抽离服务管柱。

根据本发明实施例的水平井快速防砂完井方法，至少具有如下有益效果：温感膨胀筛管具有温度感应激发或激发剂感应激发的特性，入井后仅通过循环热流体或激发剂即可实现膨胀完井，激发温感膨胀筛管可有效节省循环洗时间。较常规砾石充填防砂节省地面泵注设备和注砂工序，节省大量作业时间。

根据本发明的一些实施例，其中步骤S1完井管柱下入过程中遇阻可泵入高速液体进行冲洗，冲洗时转动完井管柱继续下入。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的留井管柱结构示意图；

图3是本发明的服务管柱结构示意图；

图4是本发明的流体流动示意图；

图5是本发明的温感膨胀筛管结构示意图；

图6是本发明的双级过滤浮鞋结构示意图。

附图标记：留井管柱100；抗冲刷防偏顶部封隔器110；循环滑套120；盲管130；温感膨胀筛管140；双级过滤浮鞋150；服务管柱200；座封服务工具210；滑套开关工具220；冲洗管230；插入密封240；高抗磨金属硫化密封模块241；打孔基管141；端部保护环142；中间保护环143；温感膨胀料层144；精密编织过滤层145；开孔146；球阀151；锥阀152；上过滤接头153；上过滤器154；下过滤接头155；下过滤器156。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1、图2和图3所示，一种水平井防砂完井管柱，包括留井管柱100和服务管柱200。留井管柱100包括依次连接的抗冲刷防偏顶部封隔器110、循环滑套120、盲管130、若干温感膨胀筛管140和双级过滤浮鞋150。在工程作业时，如图1所示，留井管柱100中的抗冲刷防偏顶部封隔器110、循环滑套120位于井中竖直部，盲管130则弯曲在井中竖直部和水平部的拐弯处，温感膨胀筛管140和双级过滤浮鞋150则进入到井中的水平部内。服务管柱200插接在所述留井管柱100内进行使用，服务管柱200包括依次连接的座封服务工具210、滑套开关工具220、冲洗管230和插入密封240。

其中，温感膨胀筛管140具有渗透性，且其膨胀方式为温度直接激发或化学激发，温度直接激发可使用热流体，化学激发可使用激发剂。如图4所示，箭头为热流体或激发剂的流向(下将热流体和激发剂统称为流体)，流体由油管泵入，经过座封服务工具210、冲洗管230、插入密封240，循环压力将底部的双级过滤浮鞋150打开后进入至裸眼井壁与温感膨胀筛管140环空内向上流动。利用温感膨胀筛管140的渗透性，流体可进入至温感膨胀筛管140与冲洗管230环空，经循环滑套120进入至上部油管与套管环空。温感膨胀筛管140内外均与热流体或激发剂接触，有利于温感膨胀筛管140膨胀。

循环滑套120配合滑套开关工具220进行打开或关闭操作，循环滑套120在下入状态时为打开状态。服务管柱200与留井管柱100丢手脱离后，上提服务管柱200时滑套开关工具220将拉动循环滑套120内的台阶，带动循环滑套120上移，此时循环滑套120处于关闭状态。如需二次打开循环滑套120，只需将滑套开关工具220上提至循环滑套120的上部，再下放服务管柱200，滑套开关工具220将推动循环滑套120内台阶，带动循环滑套120下移，此时循环滑套120处于打开状态。入井状态循环滑套120打开时，正循环热流体洗井可在裸眼井壁与温感膨胀筛管140环空、温感膨胀筛管140与冲洗管230环空形成内外双通道。可达到内外升温，快速激发温感膨胀筛管140的目的。循环洗井结束后直接上提滑套开关工具220关闭循环滑套120，正常生产时循环滑套120处于关闭状态。

座封服务工具210由密封系统和液压系统(图中未示出)组成。密封系统有多组高抗磨金属硫化密封模块同时处于密封状态，密封模块中间设有传压孔。循环热流体洗井完成后，油管内投入座封钢球油管打压，液压通过传压孔传递至液压系统的液缸内推动活塞移动，推动传牙套移动，压缩胶桶和卡瓦牙完成座封动作。继续打压至设定丢手压力以实现丢手。

服务管柱200上的插入密封240通过冲洗管230送入至设计位置，插入密封240外部与双级过滤浮鞋150上端配合密封状态。循环热流体均从最底部进入到裸眼井壁与温感膨胀筛管140环空，对温感膨胀筛管140进行激发。

温感膨胀筛管140膨胀后可紧贴在裸眼井壁上，达到充填防砂和支撑井壁的作用。以常规悬挂筛管的方式实现砾石充填防砂的效果，循环热流体或激发剂快速激发膨胀筛管，简化施工工序、简化施工设备，可实现快速完井大幅节省作业时间，可大幅降低施工风险，缩短施工周期，提高完井时效性，降低作业成本。

其中，如图5所示，所述温感膨胀筛管140主要由打孔基管141、端部保护环142、中间保护环143、温感膨胀料层144和精密编织过滤层145组成，所述打孔基管141上设有若干开孔146，所述打孔基管141上开孔146处的对应管段上由内到外依次由所述精密编织过滤层145和所述温感膨胀料层144覆盖，所述温感膨胀料层144的两端分别插入至所述端部保护环142、所述中间保护环143内。打孔基管141上的开孔146便于生产时油流流入；利用精密编织过滤层145和所述温感膨胀料层144覆盖打孔基管141的开孔146处能有效防止地层砂产出；利用端部保护环142和所述中间保护环143分别保护温感膨胀料层144。其中，端部保护环142可通过焊接方式与打孔基管141固定。温感膨胀料层144受热流体或激发剂辅助激发后膨胀，温感膨胀料层144膨胀后可紧贴井壁，起到支撑井壁和防砂的双重作用。

其中，抗冲刷防偏顶部封隔器110与CN201610267515.7公布的抗冲刷封隔器具有相似结构，配合专用座封工具可实现水平井快速防砂完井管柱送入时边冲边下和边转边下的功能。该抗冲刷防偏顶部封隔器110具有抗冲刷防偏性能，在大斜度井、水平井内应用时抗冲刷防偏顶部封隔器110处于井筒下部，下入过程中抗冲刷防偏顶部封隔器110始终与套管壁处于磨擦状态。该抗冲刷防偏顶部封隔器110的胶筒在入井状态时处于刚体内部，可有效保护胶筒不被磨损。如送入过程遇阻可开泵大排量冲洗，抗冲刷防偏顶部封隔器110的胶筒不会被高速液流冲刷。抗冲刷防偏顶部封隔器110的特殊结构为后期大排量循环热流体洗井激发温感膨胀筛管140提供技术支持。最大循环排量可达到1.5方/分，可有效节省循环洗时间。

在本发明的一些具体实施例中，所述座封服务工具210和所述抗冲刷防偏顶部封隔器110之间通过左旋螺纹连接。循环热流体洗井完成后，油管内投入座封钢球油管打压，液压通过传压孔传递至液压系统的液缸内推动活塞移动，推动传牙套移动，压缩胶桶和卡瓦牙完成座封动作。继续打压至设定丢手压力，分瓣左旋螺纹脱离实现丢手。如液压丢手失败可通过正转管柱，将左旋螺纹脱离。

在本发明的一些具体实施例中，所述插入密封240外部设有多组高抗磨金属硫化密封模块241，所述高抗磨金属硫化密封模块241与所述双级过滤浮鞋150上端的密封筒(图中未示出)配合呈密封状态，可充分保证循环热流体均从最底部进入到裸眼井壁与温感膨胀筛管140环空，提高对温感膨胀筛管140环空激发效果。

进一步的，所述端部保护环142和所述中间保护环143的外径大于所述温感膨胀料层144的外径，入井过程中可防止温感膨胀料层144磨损。

进一步的，所述精密编织过滤层145的一端部插入至所述中间保护环143内，且所述中间保护环143和所述精密编织过滤层145之间设有密封圈，能保证精密编织过滤层145的防砂效果。

如图6所示，在本发明的一些具体实施例中，所述双级过滤浮鞋150尾段下部设有球阀151和锥阀152，所述球阀151和所述锥阀152在正向压力下打开。球阀151和锥阀152形成双级密封结构，在正向压力作用下可打开，允许正循环热流体或激发剂从冲洗管230进入至裸眼井壁与温感膨胀筛管140环空内，停泵后球阀151与锥阀152自动复位。后期生产时球阀151与锥阀152处于关闭状态，防止地层砂产出。两个阀其中有一个失效时，另外一个阀可起到双保险功能。

进一步的，所述双级过滤浮鞋150中段设有上过滤接头153、上过滤器154、下过滤接头155和下过滤器156，所述上过滤接头153内部通过内螺纹和所述上过滤器154连接，所述下过滤接头155内部通过内螺纹和所述下过滤器156连接。

在循环热流体或激发剂时，上过滤器154和下过滤器156起到双层过滤作用，防止钻井液内部固体颗粒阻碍球阀151或锥阀152关闭。生产过程中若发生球阀151和锥阀152意外失效时，上过滤器154和下过滤器156可对地层流体进行过滤，防止地层砂产出，起到双向过滤作用。

一种水平井快速防砂完井方法，应用上述水平井防砂完井管柱，至少包括以下步骤：

S1、将完井管柱下入至井内；

S2、泵入循环热流体或激发剂激发温感膨胀筛管140发生膨胀支撑井壁；

S3、钻杆内投入座封球，座封球落入到座封球座后对抗冲刷防偏顶部封隔器110进行打压座封；

S4、套管打压验证抗冲刷防偏顶部封隔器110的座封性能，可环空打压7Mpa进行验封，过提100KN、下压100K内进行验座挂；

S5、钻杆内打压丢手或正转管柱丢手；

S6、丢手成功后，上提滑套开关工具220关闭循环滑套120，此时可将管套反打压验证循环滑套120关闭情况；

S7、抽离服务管柱200。

温感膨胀筛管140具有温度感应激发或激发剂感应激发的特性，入井后仅通过循环热流体或激发剂即可实现膨胀完井，激发温感膨胀筛管140可有效节省循环洗时间。较常规砾石充填防砂节省地面泵注设备和注砂工序，节省大量作业时间。

其中步骤S1完井管柱下入过程中遇阻可泵入高速液体进行冲洗，冲洗时转动完井管柱继续下入，能保证下入效率。

在本说明书的描述中，参考术语 “具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种水平井防砂完井管柱，其特征在于，包括：

留井管柱（100），包括依次连接的抗冲刷防偏顶部封隔器（110）、循环滑套（120）、盲管（130）、若干温感膨胀筛管（140）和双级过滤浮鞋（150），所述温感膨胀筛管（140）具有渗透性，所述温感膨胀筛管（140）的膨胀方式为温度直接激发或化学激发；

服务管柱（200），插入至所述留井管柱（100）内，包括依次连接的座封服务工具（210）、滑套开关工具（220）、冲洗管（230）和插入密封（240），所述座封服务工具（210）由密封系统和液压系统组成，所述滑套开关工具（220）用于控制所述循环滑套（120）的启闭，所述插入密封（240）外部与所述双级过滤浮鞋（150）上端配合呈密封状态；

其中，所述温感膨胀筛管（140）主要由打孔基管（141）、端部保护环（142）、中间保护环（143）、温感膨胀料层（144）和精密编织过滤层（145）组成，所述打孔基管（141）上设有若干开孔（146），所述打孔基管（141）上开孔（146）处的对应管段上由内到外依次由所述精密编织过滤层（145）和所述温感膨胀料层（144）覆盖，所述温感膨胀料层（144）的两端分别插入至所述端部保护环（142）、所述中间保护环（143）内；

所述双级过滤浮鞋（150）尾段下部设有球阀（151）和锥阀（152），所述球阀（151）和所述锥阀（152）在正向压力下打开，所述双级过滤浮鞋（150）中段设有上过滤接头（153）、上过滤器（154）、下过滤接头（155）和下过滤器（156），所述上过滤接头（153）内部通过内螺纹和所述上过滤器（154）连接，所述下过滤接头（155）内部通过内螺纹和所述下过滤器（156）连接。

2.根据权利要求1所述的水平井防砂完井管柱，其特征在于：所述座封服务工具（210）和所述抗冲刷防偏顶部封隔器（110）之间通过左旋螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的水平井防砂完井管柱，其特征在于：所述插入密封（240）外部设有多组高抗磨金属硫化密封模块（241），所述高抗磨金属硫化密封模块（241）与所述双级过滤浮鞋（150）上端的密封筒配合呈密封状态。

4.根据权利要求1所述的水平井防砂完井管柱，其特征在于：所述端部保护环（142）和所述中间保护环（143）的外径大于所述温感膨胀料层（144）的外径。

5.根据权利要求1所述的水平井防砂完井管柱，其特征在于：所述精密编织过滤层（145）的一端部插入至所述中间保护环（143）内，且所述中间保护环（143）和所述精密编织过滤层（145）之间设有密封圈。

6.一种水平井快速防砂完井方法，应用权利要求1至5中任意一项所述水平井防砂完井管柱，其特征在于，至少包括以下步骤：

S1、将完井管柱下入至井内；

S2、泵入循环热流体或激发剂激发温感膨胀筛管（140）发生膨胀支撑井壁；

S3、钻杆内投入座封球，座封球落入到座封球座后对抗冲刷防偏顶部封隔器（110）进行打压座封；

S4、套管打压验证抗冲刷防偏顶部封隔器（110）的座封性能；

S5、钻杆内打压丢手或正转管柱丢手；

S6、丢手成功后，上提滑套开关工具（220）关闭循环滑套（120）；

S7、抽离服务管柱（200）。

7.根据权利要求6所述的水平井快速防砂完井方法，其特征在于：其中步骤S1完井管柱下入过程中遇阻可泵入高速液体进行冲洗，冲洗时转动完井管柱继续下入。

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