CN114370257A - 一种用于储气库气井的防砂筛管及防砂注采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及防砂完井技术领域，具体涉及一种用于储气库气井的防砂筛管及防砂注采方法，包括防砂筛管本体，防砂筛管本体自内至外依次为基管、挡砂层和保护罩，防砂筛管本体上设有多个第一单向阀，第一单向阀位于防砂筛管本体侧壁下端，第一单向阀横向贯穿防砂筛管本体，所述第一单向阀用于在冲砂解堵时使携砂流体由防砂筛管本体外部向防砂筛管内部单向导通。本发明通过在防砂筛管本体下端设置第一单向阀，使本防砂筛管具备了冲砂解堵作用。并通过在第一单向阀处设置开启压力，防止采气过程中携带有砂砾的气体经第一单向阀直接进入基管内造成砂砾堵塞第一单向阀或基管。
Description
技术领域
本发明涉及防砂完井技术领域，具体涉及一种用于储气库气井的防砂筛管及防砂注采方法。
背景技术
我国天然气“产、供、储、销”体系建设逐渐完善，地下储气库作为天然气产业链中重要的环节之一迎来发展黄金期。且建成的储气库主要以油气藏型为主，建库气藏普遍具有构造破碎、埋藏深、储集层非均质性强、开发中后期地层水侵等地质特点。
油气藏型储气库气井生产的基本特点主要有一年内完成工作气量的一次注入与采出过程，长周期交替注采循环；储气库注采气量是常规气藏日采气量数倍、数十倍甚至更高，注采气量和强度高；储气库日注采气量是油气藏开发日采气量的8~10倍，运行方式属于多周期大流量强注强采，地层出砂风险较高。出砂不仅会破坏地面集输管线的完整性，严重时也会造成井壁坍塌，从而使得气井报废。为了解决防砂问题，防砂筛管广泛应用于储气库气井开采作业中，但在具体使用过程中，仍存在如下问题，使用防砂筛管生产采气时，因注入气体流速过高，冲刷采气井中砂砾从而导致砂砾活动造成地层砂堵塞，同时剥落的地层砂被高速流动的气体带出掩埋井筒和环空，使防砂筛管的注气阻力变大，增加注气难度同时降低注气范围，影响储气井的产量，不利于储气库气井的多周期注采。同时，现有的防砂筛管因出砂而被堵塞时，需要将解堵管下至防砂筛管内进行冲砂解堵，每次堵塞后的解堵过程浪费人力物力，不便于提高气井的采出效率。
中国专利文献CN 111852414 A（申请号202010728395.2）公开了一种吞吐生产油井活动滤网式防砂筛管及其应用，其通过设置活动滤网、分隔支撑肋板和弹簧，能够保证挡砂精度，在向地层注入流体时不需要因筛管堵塞而拆装防砂筛管，减少防砂作业成本，提高生产的效率和油田的效益。当弧形滤网单元（及活动滤网）被堵塞时，弧形滤网单元在基管内外压差的作用下沿基管的径向外移，以提供流体通道，但此流体通道也存在被砂砾堵塞的风险，同时在采集阶段，因砂砾仍在环空处堵塞，所以仍会降低石油或天然气进入防砂筛管中的效率，从而影响开采效率，因此虽然此方案一定程度上解决了砂砾堵塞时注入流体流通不畅的问题，但仍不能从根本上解决砂砾堵塞带来的影响。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于储气库气井的防砂筛管及防砂注采方法，通过在防砂筛管本体下端设置用于导流冲砂流体的第一单向阀，以使防砂筛管具备冲砂解堵的功能，无需额外向气井中下入解堵管，有效清除井内砂砾，保障注采效率。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种用于储气库气井的防砂筛管，包括防砂筛管本体，所述防砂筛管本体自内至外依次为基管、挡砂层和保护罩，所述防砂筛管本体上设有多个第一单向阀，所述第一单向阀位于所述防砂筛管本体侧壁下端，所述第一单向阀横向贯穿所述防砂筛管本体，所述第一单向阀用于在冲砂解堵时使携砂流体由防砂筛管本体外部向防砂筛管内部单向导通；
所述第一单向阀设置有开启压力P0，所述开启压力P0大于采气时气井内压力P采、小于冲砂时携砂流体的压力P冲。采气时气井内压力P采、冲砂时携砂流体的压力P冲与地层压力Pr的关系为：
P采=0.5 Pr
P冲=1.25 Pr ~1.5 Pr，
Pr为地层压力，MPa。
本发明提供的防砂筛管与现有防砂筛管相比，通过在防砂筛管本体下端设置第一单向阀，使本防砂筛管具备了冲砂解堵作用，当砂埋井底或环空时，无需另向气井中下入解堵管，即可对砂砾进行冲散并自防砂筛管排出至地面，简化了作业流程，有效保障了注采效率。并通过在第一单向阀处设置开启压力P0，防止采气过程中携带有砂砾的气体经第一单向阀直接进入基管内造成砂砾堵塞第一单向阀或基管。
优选的，所述第一单向阀材质为铬镍钛钢，工作温度≤550℃，操作压力在1.0MPa-42.0MPa。
优选的，所述防砂筛管本体上还设有多个第二单向阀，所述第二单向阀位于所述第一单向阀上方，所述第二单向阀横向贯穿防砂筛管本体，所述第二单向阀用于在注气过程中使气体由防砂筛管本体内部向防砂筛管外部单向导通。
在注气阶段，气体自防砂筛管的侧壁注入气井中，因气体高速流动，会引起气井中砂砾剥落从而造成一定的地层砂堵塞，此时气体通路首先受到影响，流通不畅，导致防砂筛管内部气压上升，气体开始自第二单向阀向气井中注入，因第二单向阀提供的通路较窄，提高了气体注入气井时的流速，从而有效提升了气体在地层中的扩散效果，进一步提高采集效率。
优选的，所述挡砂层包括自内至外依次设置的第一滤网层、绕丝层和第二滤网层。
优选的，所述第一滤网层和第二滤网层是一种规则孔隙过滤滤网材料，其作为挡砂层的第一层和第三层可以增强挡砂效果，其挡砂效果取决于单层网孔大小和形状，精度以实际地层砂粒度中值为基准，即：
S =0.6d50~0.85d50
式中，S为单层网孔的等效内切圆直径，mm；d50为地层砂的粒径中值，mm。
优选的，所述的绕丝层是利用金属丝通过径向缠绕形成的一种规则缝隙类挡砂介质，金属丝直径为1-2mm，之间的空隙可作为气体提供流通道，其缝宽为挡砂精度，可根据实际地层砂中值进行设计，即直接取缝宽值为地层砂粒径中值d50的方法：
W=d50
W为缝隙宽度，mm；d50为地层砂的粒径中值，mm。
优选的，所述第一单向阀为旋启式单向阀；所述第二单向阀为Y型单向阀。
本发明还提供了使用一种上述防砂筛管的防砂注采方法，具体包括如下步骤：
S1.防砂筛管下井，
在气井中先投入封隔器，利用扶正器引导防砂筛管下入气井中，防砂筛管放置到位后，在气井环空中填充防堵砂，此时所有单向阀均处于关闭状态；
S2.注气阶段，
注气前期，气体自防砂筛管本体的侧壁注入气井及地层中，随砂砾堵塞，防砂筛管本体内部气压增大，气体自第二单向阀处向气井及地层中注入；
S3.采气阶段，
气井中气体压力为P采，气体自防砂筛管本体的侧壁进入基管中并采出至地面，整个采气阶段中第一单向阀和第二单向阀均处于关闭状态；
S4.冲砂解堵阶段，
完成一次注采作业后，自气井环空注入冲砂流体，携带砂砾的冲砂流体的压力为P冲，冲砂流体自第一单向阀进入基管并流出至地面；
S5.多次重复步骤S2-S4。
本发明的有益效果是，
1.通过在防砂筛管本体下端设置第一单向阀，使本防砂筛管具备了冲砂解堵作用，当砂埋井底或环空时，无需另向气井中下入解堵管，即可对砂砾进行冲散并自防砂筛管排出至地面，简化了作业流程，有效保障了注采效率；并通过在第一单向阀处设置开启压力P0，防止采气过程中携带有砂砾的气体经第一单向阀直接进入基管内造成砂砾堵塞第一单向阀或基管。
2.在防砂筛管本体侧壁设置第二单向阀，进一步提高注气阶段气体的流动速度，有效提高气体在地层中的扩散范围，提高采集效率。
附图说明
图1是防砂筛管的剖面图；
图2是图1中A处局部放大图；
图3是防砂筛管使用状态图；
图4是注气阶段示意图；
图5是采气阶段示意图；
图6是冲砂阶段示意图；
其中，1.基管；2.挡砂层；21.第一滤网层；22.绕丝层；23.第二滤网层；3.保护罩；4.第一单向阀；5.第二单向阀；6.扶正器；7.封隔器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1，如图1、图2所示，一种用于储气库气井的防砂筛管，包括防砂筛管本体，所述防砂筛管本体自内至外依次为基管1、挡砂层2和保护罩3，所述挡砂层2包括自内至外依次设置的第一滤网层21、绕丝层22和第二滤网层23。
所述第一滤网层21和第二滤网层23是一种规则孔隙过滤滤网材料，其作为挡砂层的第一层和第三层可以增强挡砂效果，其挡砂效果取决于单层网孔大小和形状，精度以实际地层砂粒度中值为基准，即：
S= 0.6d50~0.85d50
式中，S为单层网孔的等效内切圆直径，mm；d50为地层砂的粒径中值，mm。
所述的绕丝层22是利用金属丝通过径向缠绕形成的一种规则缝隙类挡砂介质，金属丝直径为1-2mm，之间的空隙可作为气体提供流通道，其缝宽为挡砂精度，可根据实际地层砂中值进行设计，即直接取缝宽值为地层砂粒径中值d50的方法：
W=d50
W为缝隙宽度，mm；d50为地层砂的粒径中值，mm。
所述防砂筛管本体上设有多个第一单向阀4，所述第一单向阀4位于所述防砂筛管本体侧壁下端，所述第一单向阀4横向贯穿所述防砂筛管本体，所述第一单向阀4用于在冲砂解堵时使携砂流体由防砂筛管本体外部向防砂筛管内部单向导通，所述第一单向阀4设置有开启压力P0，所述开启压力P0大于采气时气井内压力P采、小于冲砂时携砂流体的压力P冲。所述第一单向阀设置有开启压力P0，所述开启压力P0大于采气时气井内压力P采、小于冲砂时携砂流体的压力P冲。采气时气井内压力P采、冲砂时携砂流体的压力P冲与地层压力Pr的关系为：
P采=0.5 Pr
P冲=1.25 Pr ~1.5 Pr，
Pr为地层压力，MPa。
所述防砂筛管本体上还设有多个第二单向阀5，所述第二单向阀5位于所述第一单向阀4上方，所述第二单向阀5横向贯穿保护罩3，所述第二单向阀5用于在注气过程中使气体由防砂筛管本体内部向防砂筛管外部单向导通。
所述第一单向阀4为旋启式单向阀；所述第二单向阀5为Y型单向阀。
所述第一单向阀材质为铬镍钛钢，工作温度≤550℃，操作压力在1.0MPa-42.0MPa。
实施例2，如图3-图6所示，使用上述防砂筛管的防砂注采方法，具体包括如下步骤：
S1.防砂筛管下井，
在气井中先投入封隔器7，利用扶正器6引导防砂筛管下入气井中，防砂筛管放置到位后，在气井环空中填充防堵砂；
S2.注气阶段，
注气前期，气体自防砂筛管本体的侧壁注入气井及地层中，随砂砾堵塞，防砂筛管本体内部气压增大，气体自第二单向阀5处向气井及地层中注入，此过程中第一单向阀4处于关闭状态；
S3.采气阶段，
气井中气体压力为P采，气体自防砂筛管本体的侧壁进入基管1中并采出至地面，整个采气阶段中第一单向阀4和第二单向阀5均处于关闭状态；
S4.冲砂解堵阶段，
完成一次注采作业后，自气井环空注入冲砂流体，携带砂砾的冲砂流体具有的压力为P冲，冲砂流体自第一单向阀4进入基管1并流出至地面，此过程中，第二单向阀5处于关闭状态；
S5.多次重复步骤S2-S4。
上面结合附图对本发明的实施例做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (7)
1.一种用于储气库气井的防砂筛管，包括防砂筛管本体，所述防砂筛管本体自内至外依次为基管（1）、挡砂层（2）和保护罩（3），其特征是，所述防砂筛管本体上设有多个第一单向阀（4），所述第一单向阀（4）位于所述防砂筛管本体侧壁下端，所述第一单向阀（4）横向贯穿所述防砂筛管本体；
所述第一单向阀（4）用于在冲砂解堵时使携砂流体由防砂筛管本体外部向防砂筛管内部单向导通。
2.如权利要求1所述的用于储气库开采的防砂筛管，其特征是，所述防砂筛管本体上还设有多个第二单向阀（5），所述第二单向阀（5）位于所述第一单向阀（4）上方，所述第二单向阀（5）横向贯穿防砂筛管本体，所述第二单向阀（5）用于在注气过程中使气体由防砂筛管本体内部向防砂筛管外部单向导通。
3.如权利要求2所述的用于储气库开采的防砂筛管，其特征是，所述第一单向阀（4）设置有开启压力P0，所述开启压力P0大于采气时气井内压力P采、小于冲砂时携砂流体的压力P冲；采气时气井内压力P采、冲砂时携砂流体的压力P冲与地层压力Pr的关系为：
P采=0.5 Pr
P冲=1.25 Pr ~1.5 Pr。
4.如权利要求2所述的用于储气库开采的防砂筛管，其特征是，所述挡砂层（2）包括自内至外依次设置的第一滤网层（21）、绕丝层（22）和第二滤网层（23）。
5.如权利要求2所述的用于储气库开采的防砂筛管，其特征是，所述第一单向阀（4）为旋启式单向阀；所述第二单向阀（5）为Y型单向阀。
6.如权利要求5所述的用于储气库开采的防砂筛管，其特征是，所述第一单向阀材质为铬镍钛钢，工作温度≤550℃，操作压力在1.0MPa-42.0MPa。
7.一种采用权利要求4-6任一项所述的防砂筛管的防砂注采方法，其特征是，包括如下步骤：
S1.防砂筛管下井，
在气井中先投入封隔器（7），利用扶正器（6）引导防砂筛管下入气井中，防砂筛管放置到位后，在气井环空中填充防堵砂，此时所有单向阀均处于关闭状态；
S2.注气阶段，
注气前期，气体自防砂筛管本体的侧壁注入气井及地层中，随砂砾堵塞，防砂筛管本体内部气压增大，气体自第二单向阀（5）处向气井及地层中注入；
S3.采气阶段，
气井中气体压力为P采，气体自防砂筛管本体的侧壁进入基管（1）中并采出至地面，整个采气阶段中第一单向阀（4）和第二单向阀（5）均处于关闭状态；
S4.冲砂解堵阶段，
完成一次注采作业后，自气井环空注入冲砂流体，携带砂砾的冲砂流体的压力为P冲，冲砂流体自第一单向阀（4）进入基管（1）并流出至地面；
S5.多次重复步骤S2-S4。
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