CN114320244B - 一种双向异通道砾石减阻充填及阻水酸化工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向异通道砾石减阻充填及阻水酸化工具，主要由三大系统组成：防砂过滤系统，包括绕丝筛管和割缝筛管；充填控水酸化系统，包括自适应控水阀、充填酸化阀和阀保护罩；其他必要组件，包括接箍、基管、端环、过流端环。该装置可以在设计砾石充填施工参数时不再局限于轻质砾石和低排量，而是在常规密度的砾石和高排量的情况下进行施工，从而提高控水筛管砾石充填填充率、密实度以及整体施工的成功率；简单的结构设计及其工作原理使充填酸化阀作用过程更简洁无需额外的操作进行开关；结构简单配件数量少增加了工具独立性及稳定性；加工成本小，安装更简便，具有很高的经济性。

Description

一种双向异通道砾石减阻充填及阻水酸化工具

技术领域

本申请涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种双向异通道砾石减阻充填及阻水酸化工具。

背景技术

我国边底水油藏分布广泛，为增加产层的泄油面积，实现高效开发，常采用水平井的形式进行开发。在生产过程中，由于地层渗透率、压力等非均质性出现“跟趾效应”、边底水锥进等现象，造成局部油水界面突进，导致含水率大幅上升。针对这一问题，上世纪90年代提出水平井自适应控水完井技术，与常规完井方式相比，能够起到控制底水锥进、延长无水采油期，具有良好的控水稳油效果。但是，对于疏松砂岩等易出砂储层，单独应用自适应调流控水筛管防砂很难有效防砂，并且有效实现老井水平井完井井筒封隔并保证后续方便地处理井筒是棘手的问题，通过砾石充填能起到良好的防砂效果，同时也起到筛管间分隔作用，保证生产过程中液流不沿轴向流动。然而近年来控水筛管砾石充填防砂技术却发展缓慢，主要是因为控水阀的节流特性使砾石充填面临两方面的难题：①控水阀过流面积小，摩阻大，对砾石充填产生不利影响，采用常规控水筛管进行砾石充填对砾石、携砂液、施工排量等完井参数要求高，设计难度大；由于控水阀产生的节流阻力直接作用于地层，为保证施工压力低于地层破裂压力，只能采用超轻砾石进行低排量砾石充填，容易造成充填效率低、提前脱砂等意外情况，增加施工风险；②若油井发生堵塞污染等情况，需采取处理措施，控水阀又大幅提高了泵注压力，使得地层处理效率低下或无法进行。针对上述问题，亟需开发一种能够同时兼顾控水、充填防砂及地层处理等多方面需求的工艺。

目前用于砾石充填的控水工具，仍存在较多缺陷。如名称为可充填控水筛管及其布设方法(公开号CN101476456B)的发明专利中设计了一种可充填控水筛管，控水功能是由限流装置来实现，同时通过在基管上设置充填固体颗粒时开启、充填固体颗粒后关闭的压盖撑杆型充填阀门降低充填时压力过高的工况，而开启关闭阀门是通过插件的移动撞击拉线或者酸液溶蚀撑杆实现，该工具设计复杂，需要额外的操作才能使充填阀门关闭，且无法解决后期需要进行酸化解堵的问题。名称为具有流入控制装置和旁路的砾石充填筛管的发明专利(公开号CN101680289A)同样设计了可充填控水筛管，该筛管包括限流装置以及旁路装置。限流装置限制流体穿过筛管的流动，旁路装置通过膨胀材料的变化来改变流道执行充填砾石的步骤。综合看来现有工具存在的问题包括：

①结构设计及其工作原理复杂，需要专用井下工具进行开关充填阀门；②由于结构复杂配件繁多导致工具独立性及稳定性差，容易出现故障；③加工成本和维护成本高昂，经济性较差。

针对上述工具所存在的问题，设计了一种双向异通道砾石减阻充填及阻水酸化工具，该工具至少可用于降低控水筛管砾石充填时的充填压力、生产井的控水增油生产以及后期油层污染时进行大排量的地层处理。

发明内容

本发明针对现有工具所忽略的问题，提供一种双向异通道砾石减阻充填及阻水酸化工具。该工具加工成本低、结构精简、工作原理简单，无需额外的辅助工具进行开关操作，配件少稳定性高；可以有效降低砾石充填时的工作压力并且不影响油井生产时的控水效果；能够在储层受到伤害时，为地层处理液提供大排量通道进行储层酸化解堵等作业。

一种双向异通道砾石减阻充填及阻水酸化工具部件组成特征，主要包括：

防砂过滤系统，包括绕丝筛管和割缝筛管；

充填控水酸化系统，包括自适应控水阀、充填酸化阀和阀保护罩；

其他必要组件，包括接箍、基管、端环、过流端环；

所述防砂过滤系统中绕丝筛管和割缝筛管均由不锈钢材料组成；所述割缝筛管上割缝呈长方形，缝宽为0.2mm～0.4mm，圆周方向和水平方向均匀交错布缝；所述绕丝筛管缝隙为0.1mm～0.3mm；所述绕丝筛管置于割缝筛管内部，然后焊接两端以连接，且焊接的两端密封处理；

所述接箍通过螺纹连接在基管两端，所述端环与过流端环焊接在基管上，所述防砂过滤系统套装在基管外侧，并且两端分别焊接在端环与过流端环一侧，所述阀保护罩焊接在过流端环另一侧，所述基管上开有两个通孔，所述自适应控水阀和充填酸化阀通过螺纹分别安装在两个通孔上，且自适应控水阀安装在充填酸化阀的前面；

所述接箍、基管、端环、过流端环、充填酸化阀和阀保护罩均由不锈钢或碳钢材料组成。

所述充填控水酸化系统中充填酸化阀由阀体、阻流板、弹簧保护筒、弹簧底座、支撑架、密封槽、楔形卡和弹簧组成；所述阀体、阻流板、弹簧保护筒、弹簧底座、支撑架和弹簧由不锈钢或碳钢材料组成；所述支撑架共有三根，支撑架之间的角度呈120°，一端分别焊接在阀体内侧，三根支撑架的另一端焊接在弹簧底座外侧；所述弹簧上端焊接在弹簧底座的下端；所述弹簧保护筒同心套装在弹簧底座外侧，且两者间隙不大于0.1mm；所述阻流板焊接在弹簧保护筒下端，且与弹簧下端焊接相连；所述阀体的对称位置上开设两个卡槽，所述卡槽为内螺纹结构，楔形卡通过螺纹连接在卡槽内；所述密封槽开设在阻流板下端的弧顶两侧。

所述楔形卡为可降解暂堵材料组成，包括聚己内酯、聚乳酸、纯聚丁二酸丁二醇酯；所述可降解暂堵材料降承压能力大于10MPa，完全降解时间为10天～15天。

砾石充填施工时，阻流板上端被楔形卡阻挡，弹簧为被压缩状态，形成过流通道；充填砾石等固相颗粒被阻挡在防砂过滤系统之外，液体通过割缝筛管和绕丝筛管进入流动通道一，经过流动通道二到达阀保护罩与基管之间的流动通道三，然后通过充填酸化阀进入基管内部。

油气生产时，楔形卡被降解完全消失，阻流板上的密封槽与阀体紧密相连，过流通道被关闭；油气通过割缝筛管和绕丝筛管进入流动通道一，经过流动通道二到达阀保护罩与基管之间的流动通道三，然后通过自适应控水阀进入基管内部。

酸化施工时，楔形卡被降解完全消失，阻流板上的密封槽与阀体紧密相连，过流通道被关闭；酸化处理液从基管内部方向对阻流板施加压力，使弹簧被压缩，打开过流通道，进入阀保护罩与基管之间的流动通道三，经过流动通道二到达流动通道一，然后经过绕丝筛管和割缝筛管流向地层。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

进行砾石充填施工时降低施工压力，在设计砾石充填施工参数时不再局限于轻质砾石和低排量，而是可以在常规密度的砾石和高排量的情况下进行施工，从而提高控水筛管砾石充填填充率、密实度以及整体施工的成功率；简单的结构设计及其工作原理使充填酸化阀作用过程更简洁无需额外的操作进行开关；结构简单配件数量少增加了工具独立性及稳定性；加工成本小，安装更简便，具有很高的经济性。

附图说明

图1是本发明剖面图及在砾石充填时流动路径示意图。

图2是充填酸化阀剖面图及在砾石充填时工作状态。

图3是充填酸化阀的俯视图。

图4是本发明剖面图及在控水时流动路径示意图。

图5是充填酸化阀剖面图及控水时工作状态。

图6是本发明剖面图及酸化时流动路径示意图。

图7是充填酸化阀剖面图及酸化时工作状态。

以上附图各标记说明：

1、接箍；2基管；3、端环；4、绕丝筛管；5、割缝筛管；6、过流端环；7、自适应控水阀；8、充填酸化阀；801、阀体；802、阻流板；803、弹簧保护筒；804、弹簧底座；805、支撑架；806、密封槽；807、楔形卡；808、弹簧；9、流动通道三；10、阀保护罩；11、流动通道二；12、流动通道一；A、充填控水酸化系统；B、防砂过滤系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明剖面图及在砾石充填时流动路径示意图。接箍1通过螺纹连接在基管2两端，端环3与过流端环6焊接在基管2上；绕丝筛管4置于割缝筛管5内部，焊接的两端并密封处理形成防砂过滤系统B，然后将防砂过滤系统B套装在基管外侧，两端分别焊接在端环3与过流端环6一侧，阀保护罩10焊接在过流端环6另一侧；基管2上开有两个通孔，自适应控水阀7和充填酸化阀8通过螺纹分别安装在两个通孔上，且自适应控水阀7安装在充填酸化阀8的前面；防砂过滤系统B与基管的环形空间形成流动通道一12，过流端环中部空隙为流动通道二11，阀保护罩10与基管2的环形空间形成流动通道三9。

图2是充填酸化阀剖面图及在砾石充填时工作状态。充填酸化阀8由阀体801、阻流板802、弹簧保护筒803、弹簧底座804、支撑架805、密封槽806、楔形卡807和弹簧808组成；支撑架805共有三根，支撑架805与支撑架805之间的角度呈120°，一端分别焊接在阀体801内侧，三根支撑架805的另一端焊接在弹簧底座804外侧；弹簧808上端焊接在弹簧底座804的下端；弹簧保护筒803同心套装在弹簧底座804外侧，且两者间隙不大于0.1mm；阻流板802焊接在弹簧保护筒803下端，且与弹簧808下端焊接相连；阀体801的对称位置上开设两个卡槽，所述卡槽为内螺纹结构，楔形卡807通过螺纹连接在卡槽内；密封槽806开设在阻流板802下端的弧顶两侧。

结合图1与图2的流动路径与工作状态来看，砾石充填施工时，阻流板802上端被楔形卡807阻挡，弹簧808为被压缩状态，形成过流通道；充填砾石等固相颗粒被阻挡在防砂过滤系统B之外，液体通过割缝筛管5和绕丝筛管4进入流动通道一12，经过流动通道二11到达阀保护罩10与基管2之间的流动通道三9，然后通过充填酸化阀8进入基管2内部。

图3是充填酸化阀的俯视图。

图4是本发明剖面图及在控水时流动路径示意图。

图5是充填酸化阀剖面图及控水时工作状态。

结合图4与图5的流动路径与工作状态来看，油气生产时，楔形卡807被降解完全消失，阻流板802上的密封槽806与阀体801紧密相连，过流通道被关闭；油气通过割缝筛管5和绕丝筛管4进入流动通道一12，经过流动通道二11到达阀保护罩10与基管2之间的流动通道三9，然后通过自适应控水阀7进入基管2内部。

图6是本发明剖面图及酸化时流动路径示意图。

图7是充填酸化阀剖面图及酸化时工作状态。

结合图6与图7的流动路径与工作状态来看，酸化施工时，楔形卡807被降解完全消失，阻流板802上的密封槽806与阀体801紧密相连，过流通道被关闭；酸化处理液从基管2内部方向对阻流板802施加压力，使弹簧808被压缩，打开过流通道，进入阀保护罩10与基管2之间的流动通道三9，经过流动通道二11到达流动通道一12，然后经过绕丝筛管4和割缝筛管5流向地层。

因此，应当这样理解，以上实施例描述只是为了更加清楚的了解本发明，仅用于解释本发明，不限于实施例的任何细节。本行业技术人员可能基于本发明构想任意可能的实施例，这些都应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双向异通道砾石减阻充填及阻水酸化工具，其特征在于，包括：

防砂过滤系统，包括绕丝筛管和割缝筛管；

充填控水酸化系统，包括自适应控水阀、充填酸化阀和阀保护罩；

其他必要组件，包括接箍、基管、端环、过流端环；

所述防砂过滤系统中绕丝筛管和割缝筛管均由不锈钢材料组成；所述割缝筛管上割缝呈长方形，缝宽为0.2mm～0.4mm，圆周方向和水平方向均匀交错布缝；所述绕丝筛管缝隙为0.1mm～0.3mm；所述绕丝筛管置于割缝筛管内部，然后焊接两端以连接，且焊接的两端密封处理；

所述充填控水酸化系统中充填酸化阀由阀体、阻流板、弹簧保护筒、弹簧底座、支撑架、密封槽、楔形卡和弹簧组成；所述阀体、阻流板、弹簧保护筒、弹簧底座、支撑架和弹簧由不锈钢或碳钢材料组成；所述支撑架共有三根，支撑架之间的角度呈120°，一端分别焊接在阀体内侧，三根支撑架的另一端焊接在弹簧底座外侧；所述弹簧上端焊接在弹簧底座的下端；所述弹簧保护筒同心套装在弹簧底座外侧，且两者间隙不大于0.1mm；所述阻流板焊接在弹簧保护筒下端，且与弹簧下端焊接相连；所述阀体的对称位置上开设两个卡槽，所述卡槽为内螺纹结构，楔形卡通过螺纹连接在卡槽内；所述密封槽开设在阻流板下端的弧顶两侧；

所述楔形卡为可降解暂堵材料组成，包括聚己内酯、聚乳酸、纯聚丁二酸丁二醇酯；所述可降解暂堵材料承压能力大于10MPa，完全降解时间为10天～15天；

所述接箍通过螺纹连接在基管两端，所述端环与过流端环焊接在基管上，所述防砂过滤系统套装在基管外侧，并且两端分别焊接在端环与过流端环一侧，所述阀保护罩焊接在过流端环另一侧，所述基管上开有两个通孔，所述自适应控水阀和充填酸化阀通过螺纹分别安装在两个通孔上，且自适应控水阀安装在充填酸化阀的前面；

所述接箍、基管、端环、过流端环、充填酸化阀和阀保护罩均由不锈钢或碳钢材料组成。

2.根据权利要求1所述的一种双向异通道砾石减阻充填及阻水酸化工具，其特征在于，砾石充填施工时，阻流板上端被楔形卡阻挡，弹簧为被压缩状态，形成过流通道；充填砾石等固相颗粒被阻挡在防砂过滤系统之外，液体通过割缝筛管和绕丝筛管进入流动通道一，经过流动通道二到达阀保护罩与基管之间的流动通道三，然后通过充填酸化阀进入基管内部。

3.根据权利要求1所述的一种双向异通道砾石减阻充填及阻水酸化工具，其特征在于，油气生产时，楔形卡被降解完全消失，阻流板上的密封槽与阀体紧密相连，过流通道被关闭；油气通过割缝筛管和绕丝筛管进入流动通道一，经过流动通道二到达阀保护罩与基管之间的流动通道三，然后通过自适应控水阀进入基管内部。

4.根据权利要求1所述的一种双向异通道砾石减阻充填及阻水酸化工具，其特征在于，酸化施工时，楔形卡被降解完全消失，阻流板上的密封槽与阀体紧密相连，过流通道被关闭；酸化处理液从基管内部方向对阻流板施加压力，使弹簧被压缩，打开过流通道，进入阀保护罩与基管之间的流动通道三，经过流动通道二到达流动通道一，然后经过绕丝筛管和割缝筛管流向地层。

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