CN114508326A - 一种防砂完井一体化封隔充填工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防砂完井一体化封隔充填工具，涉及油气井井下作业工具技术领域，包括上接头、密封组件、充填组件和下接头，还包括反洗组件和中心管Ⅰ，上接头、反洗组件、中心管Ⅰ、充填组件和下接头从上至下依次固定连接，密封组件套设在中心管Ⅰ的外部；反洗组件带有复位弹簧，增强了反洗作业的灵活性、可靠性；充填组件上带有过滤环及防冲蚀内环，延长了一体化封隔充填工具的使用寿命；本装置可一趟完成下入，在不提放管柱或下入其他工具的情况下，可以完成反洗、坐封、验封、压裂充填、循环充填及其生产作业；相比传统作业工具，可节约作业施工时间一半以上，大幅降低了施工成本。

Description

一种防砂完井一体化封隔充填工具

技术领域

本发明涉及油气井井下作业工具技术领域，具体涉及一种防砂完井一体化封隔充填工具。

背景技术

我国疏松砂岩油藏分布范围较大、储量大、产量占有重要的地位。在一般开采条件下，油井出砂其危害极大，为了防止油井出砂，根据油层和开采工艺要求，采用相应的防砂工艺技术，确保油井的正常生产。

砾石充填防砂技术是目前国内外开发疏松砂岩油藏最有效的防砂方法之一。该防砂工艺具有成功率高、有效期长、适应性广、防砂效果好等优点。但也存在施工复杂、一次性投入成本高、工艺管柱功能单一、一次作业需要下入多种工艺管柱等问题。同时砾石充填作业中，携砂液容易在充填工具的充填孔处产生涡流冲蚀，导致充填孔损坏，影响充填质量、降低油井产能。

中国专利CN212508227U公开了一种裸眼水平井分段砾石充填装置，涉及油井防砂技术领域，包括井口套管、分级箍、井下套管、油管、第一筛管、二段充填工具、二段服务工具、水力封隔器、第二筛管、底部服务工具和底部充填工具，底部充填工具、第二筛管、水力封隔器、二段充填工具、第一筛管、井下套管、分级箍和井口套管从下到上依次固定连接；二段服务工具和底部服务工具分别与二段充填工具和底部充填工具滑动连接，油管串接二段服务工具和底部服务工具；该装置在充填作业时需多次下入管柱，施工步骤繁琐。

因此，急需开发一种新式的一体化封隔充填工具。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供了一种防砂完井一体化封隔充填工具。

本发明的技术方案是：一种防砂完井一体化封隔充填工具，包括上接头、密封组件、充填组件和下接头，还包括反洗组件和中心管Ⅰ，所述上接头、反洗组件、中心管Ⅰ、充填组件和下接头从上至下依次固定连接，所述密封组件套设在中心管Ⅰ的外部；

所述充填组件包括连接接箍、中心管Ⅱ、外弹簧、长护套、过滤环、密封套、充填套、球座和内弹簧，所述连接接箍固定安装在中心管Ⅰ的下端，其与中心管Ⅱ、密封套、充填套和下接头从上至下依次固定连接；所述中心管Ⅱ与密封套的连接处设有导流槽，所述过滤环固定设置在密封套的内部，且与中心管Ⅱ的下端接触；所述充填套的侧壁上设有若干充填孔，所述长护套的上部滑动密封套装在中心管Ⅱ上，其下部滑动套装在密封套和充填套上，其与中心管Ⅱ形成第三环空；所述第三环空通过导流槽和过滤环与充填组件的内腔连通，所述外弹簧套设在中心管Ⅱ上，其两端分别与连接接箍的下端和长护套的上端接触；所述球座通过第二剪钉滑动固定在充填套的内壁上，所述内弹簧位于球座的下方用于支撑球座。

优选的，所述充填孔内侧的充填套内壁上设有防冲蚀内环。

优选的，所述防冲蚀内环的材质为高强度合金。

优选的，所述过滤环为割缝管。

优选的，所述充填组件还包括定位套和止动环，所述定位套固定套设在中心管Ⅱ上，其上端与连接接箍的下端接触；所述止动环安装在长护套的上端，所述外弹簧的两端分别与定位套和止动环接触。

优选的，所述反洗组件包括反洗外套、反洗滑套和复位弹簧，所述反洗外套的上端与上接头固定连接，其下端与中心管Ⅰ固定连接；所述反洗滑套滑动密封设置在反洗外套的内腔中，二者之间形成第一环空；所述反洗外套的内壁下部设有用于限制反洗滑套下移的限位台，所述限位台上部的反洗外套上设有与第一环空连通的第一通孔，所述复位弹簧的上端与上接头下部接触，其下端与反洗滑套上部接触。

优选的，所述密封组件包括自上而下的护环Ⅰ、硫化环Ⅰ、皮碗Ⅰ、护环Ⅱ、硫化环Ⅱ、皮碗Ⅱ和短护套，所述硫化环Ⅰ固定套设在中心管Ⅰ上，所述皮碗Ⅰ的根部固定在硫化环Ⅰ上，所述护环Ⅰ固定套设在中心管Ⅰ上，且包覆在皮碗Ⅰ根部的外侧；所述护环Ⅱ、硫化环Ⅱ和皮碗Ⅱ的连接方式与护环Ⅰ、硫化环Ⅰ和皮碗Ⅰ的连接方式相同，所述短护套通过第一剪钉滑动固定套设在中心管Ⅰ上，二者之间形成第二环空；所述中心管Ⅰ上设有与第二环空连通的第二通孔，当第一剪钉未断时，所述短护套的上部包覆在皮碗Ⅱ开口端的外侧。

优选的，所述皮碗Ⅰ和皮碗Ⅱ通过车削或模压加工，二者通过硫化工艺分别硫化在硫化环Ⅰ和硫化环Ⅱ的外表面。

优选的，所述密封组件还包括支撑环，所述护环Ⅰ内表面的上部和硫化环Ⅰ均通过密封圈密封套设在中心管Ⅰ上，所述护环Ⅰ的上端与反洗外套的下端接触，所述中心管Ⅰ上设有外台阶座，所述硫化环Ⅱ的下端与外台阶座接触，所述支撑环套设在中心管Ⅰ外部，其两端分别与硫化环Ⅰ的下端和护环Ⅱ的上端接触。

本发明与现有技术相比较，具有以下优点：

本装置可一趟完成下入，在不提放管柱或下入其他工具的情况下，可以完成反洗、坐封、验封、压裂充填、循环充填及其生产作业；相比传统作业工具，可节约作业施工时间一半以上，大幅降低了施工成本；充填孔内部的防冲蚀内环采用高强度合金材质，充填孔采用科学的流通角度，可以减少充填作业时的涡流冲蚀，同时可以承受最大排量5.5方/分钟、最高砂比70%、最高压力35MPa、最大加砂量120方的压裂充填作业；本装置的充填组件在充填时无需充填服务工具，在充填完成后无需提放管柱可直接转为生产状态；球座和长护套分别对充填孔的内外进行封堵，在下井时可避免充填孔被堵塞，在充填完成后可同时关闭充填孔，具有双保险的作用；充填组件的充填孔打开关闭灵活可靠，在外弹簧的作用下，充填完毕后，可自动关闭充填通道；充填作业施工完成后，在井筒形成挡砂屏障，提高了近井地带的渗透率和防砂强度，扩大了渗流面积，消除孔眼附近的污染堵塞，较好的解决了防砂防堵塞不统一的问题；使用本装置充填防砂有限期长、采液强度高、施工简单、对油层污染低。

附图说明

图1为本发明上半部分的剖视结构示意图；

图2为本发明下半部分的剖视结构示意图；

图3为反洗组件的结构示意图；

图4为密封组件（皮碗Ⅱ未张开）的结构示意图；

图5为密封组件（皮碗Ⅱ张开）的结构示意图；

图6为充填组件的结构示意图；

图7为图5中Ⅰ处的放大图；

图8为图5中Ⅱ处的放大图。

图中：1、上接头，2、反洗外套，3、复位弹簧，4、反洗滑套，5、中心管Ⅰ，6、护环Ⅰ，7、硫化环Ⅰ，8、皮碗Ⅰ，9、支撑环，10、护环Ⅱ，11、硫化环Ⅱ，12、皮碗Ⅱ，13、短护套，14、连接接箍，15、中心管Ⅱ，16、定位套，17、外弹簧，18、止动环，19、长护套，20、过滤环，21、密封套，22、球，23、防冲蚀内环，24、充填套，25、球座，26、内弹簧，27、下接头，28、充填孔，29、导流槽。

X1、第一通孔，X2、第二通孔。

Y1、第一环空，Y2、第二环空，Y3、第三环空。

Z1、第一剪钉，Z2、第二剪钉。

具体实施方式

下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例一

参照图1-2所示，一种防砂完井一体化封隔充填工具，包括上接头1、密封组件、充填组件和下接头27，还包括反洗组件和中心管Ⅰ5，上接头1、反洗组件、中心管Ⅰ5、充填组件和下接头27从上至下依次固定连接，密封组件套设在中心管Ⅰ5的外部；

参照图6所示，充填组件包括连接接箍14、中心管Ⅱ15、外弹簧17、长护套19、过滤环20、密封套21、充填套24、球座25和内弹簧26，连接接箍14固定安装在中心管Ⅰ5的下端，其与中心管Ⅱ15、密封套21、充填套24和下接头27从上至下依次固定连接；如图7所示，中心管Ⅱ15与密封套21的连接处设有导流槽29，过滤环20固定设置在密封套21的内部，且与中心管Ⅱ15的下端接触；充填套24的侧壁上设有若干充填孔28，长护套19的上部滑动密封套21装在中心管Ⅱ15上，其下部滑动套装在密封套21和充填套24上，其与中心管Ⅱ15形成第三环空Y3；第三环空Y3通过导流槽29和过滤环20与充填组件的内腔连通，外弹簧17套设在中心管Ⅱ15上，其两端分别与连接接箍14的下端和长护套19的上端接触；球座25通过第二剪钉Z2滑动固定在充填套24的内壁上，内弹簧26位于球座25的下方用于支撑球座25。

更为详细的，本实施例的过滤环20为割缝管，通过控制其过滤精度，允许液体通过，不允许充填砂通过。

本装置的具体使用步骤如下：

将上接头1与油管相连接，下接头27与筛管相连接，按照井下作业操作规程将本装置下入套管内；然后通过反洗组件进行洗井，通过密封组件进行坐封，随后通过充填组件进行充填作业：将球22投入油管中，使球22坐落在球座25上；从油管中泵入携砂液，液体通过密封套21内部的过滤环20上的割缝进入第三环空Y3中，随着压力升高，长护套19向上移动并同时压缩外弹簧17；此时充填套24充填孔28的外端与套管环空接触；继续打压，随着工具内压力进一步升高，第二剪钉Z2剪断，球座25向下滑落，此时充填孔28完全打开，携砂液通过充填孔28进入套管环空，进行充填作业。

充填作业完成后，泄压，密封套21内部的过滤环20过滤精度高，其允许液体通过，不允许砂砾通过，所以第三环空Y3不会形成砂桥，此时，长护套19在外弹簧17的作用下回到初始位置，球座25在内弹簧26的作用下回到初始位置，此时充填孔28关闭。油气从筛管流入油管内，进入正常生产环节；为了消除球22对正常生产的影响，本实施例的球22选用可溶球。

本装置的充填组件在充填时无需充填服务工具，在充填完成后无需提放管柱可直接转为生产状态；球座25和长护套19分别对充填孔28的内外进行封堵，在下井时可避免充填孔28被堵塞，在充填完成后可同时关闭充填孔28，具有双保险的作用。

本装置可一趟完成下入，在不提放管柱或下入其他工具的情况下，可以完成反洗、坐封、压裂充填、循环充填及其生产作业；相比传统作业工具，可节约作业施工时间一半以上，大幅降低了施工成本；充填组件的充填孔28打开关闭灵活可靠，在外弹簧17的作用下，充填完毕后，可自动关闭充填通道；充填作业施工完成后，在井筒形成挡砂屏障，提高了近井地带的渗透率和防砂强度，扩大了渗流面积，消除孔眼附近的污染堵塞，较好的解决了防砂防堵塞不统一的问题；使用本装置充填防砂有限期长、采液强度高、施工简单、对油层污染低。

实施例二

作为本发明的一项优选实施例，本实施例在实施例一的基础上在充填套24内增设了防冲蚀内环23，具体为：

参照图6和图8所示，在本实施例中，充填孔28内侧的充填套24内壁上设有防冲蚀内环23，防冲蚀内环23的材质为高强度合金，具有很高的耐冲性。

充填孔28内部的防冲蚀内环23采用高强度合金材质，充填孔28采用科学的流通角度，可以减少充填作业时的涡流冲蚀，同时可以承受最大排量5.5方/分钟、最高砂比70%、最高压力35MPa、最大加砂量120方的压裂充填作业。

实施例三

作为本发明的一项优选实施例，本实施例在实施例二的基础上对反洗组件的结构进行了优化设计，具体为：

参照图3所示，在本实施例中，反洗组件包括反洗外套2、反洗滑套4和复位弹簧3，反洗外套2的上端与上接头1固定连接，其下端与中心管Ⅰ5固定连接；反洗滑套4滑动密封设置在反洗外套2的内腔中，二者之间形成第一环空Y1；反洗外套2的内壁下部设有用于限制反洗滑套4下移的限位台，限位台上部的反洗外套2上设有与第一环空Y1连通的第一通孔X1，复位弹簧3的上端与上接头1下部接触，其下端与反洗滑套4上部接触。

在洗井时，当本装置下入到预定位置后，从套管泵入洗井液，洗井液从第一通孔X1进入第一环空Y1，推动反洗滑套4向上运动，反洗滑套4上升到一定高度后，第一环空Y1与工具内腔贯通，洗井液从第一环空Y1进入工具与油管内完成洗井。

洗井完成后，泄压，反洗滑套4在上部复位弹簧3的作用下，回到起始位置，关闭第一通孔X1。

实施例四

作为本发明的一项优选实施例，本实施例在实施例三的基础上对密封组件的结构进行了优化设计，具体为：

参照图4-5所示，在本实施例中，密封组件包括自上而下的护环Ⅰ6、硫化环Ⅰ7、皮碗Ⅰ8、护环Ⅱ10、硫化环Ⅱ11、皮碗Ⅱ12和短护套13，硫化环Ⅰ7固定套设在中心管Ⅰ5上，皮碗Ⅰ8的根部固定在硫化环Ⅰ7上，护环Ⅰ6固定套设在中心管Ⅰ5上，并且包覆在皮碗Ⅰ8根部的外侧；护环Ⅱ10、硫化环Ⅱ11和皮碗Ⅱ12的连接方式与护环Ⅰ6、硫化环Ⅰ7和皮碗Ⅰ8的连接方式相同，短护套13通过第一剪钉Z1滑动固定套设在中心管Ⅰ5上，二者之间形成第二环空Y2；中心管Ⅰ5上设有与第二环空Y2连通的第二通孔X2，当第一剪钉Z1未断时，短护套13的上部包覆在皮碗Ⅱ12开口端的外侧。

更为详细的，皮碗Ⅰ8和皮碗Ⅱ12通过车削或模压加工，二者通过硫化工艺分别硫化在硫化环Ⅰ7和硫化环Ⅱ11的外表面。

将本装置下入套管内，皮碗Ⅰ8密封本装置与套管之间的环空；在坐封时，将球22投入油管中，使球22坐落在球座25上；从油管泵入携砂液，液体从中心管Ⅰ5的第二通孔X2进入第二环空Y2，随着泵入压力升高，第一剪钉Z1剪断，短护套13向下移动，释放皮碗Ⅱ12，皮碗Ⅱ12膨胀，此时皮碗Ⅱ12与皮碗Ⅰ8同时密封本装置与套管之间的环空。

验封：坐封完成后，从套管内泵入液体，到达一定压力后（该压力小于反洗滑套4打开的压力），保压一段时间，无明显压降，则验封完成。

实施例五

作为本发明的一项优选实施例，本实施例在实施例一的基础上对充填组件的结构进行了优化，具体为：

参照图6所示，在本实施例中，充填组件还包括定位套16和止动环18，定位套16固定套设在中心管Ⅱ15上，其上端与连接接箍14的下端接触；止动环18安装在长护套19的上端，外弹簧17的两端分别与定位套16和止动环18接触。

实施例六

作为本发明的一项优选实施例，本实施例在实施例四的基础上对密封组件的结构进行了优化，具体为：

参照图4所示，在本实施例中，密封组件还包括支撑环9，护环Ⅰ6内表面的上部和硫化环Ⅰ7均通过密封圈密封套21设在中心管Ⅰ5上，护环Ⅰ6的上端与反洗外套2的下端接触，中心管Ⅰ5上设有外台阶座，硫化环Ⅱ11的下端与外台阶座接触，支撑环9套设在中心管Ⅰ5外部，其两端分别与硫化环Ⅰ7的下端和护环Ⅱ10的上端接触。

本实施例的密封组件更换了一种装配方式，此设置使密封组件的零部件便于加工及装配。

本发明并不限于上述的实施方式，在本领域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，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种防砂完井一体化封隔充填工具，包括上接头、密封组件、充填组件和下接头，其特征在于：还包括反洗组件和中心管Ⅰ，所述上接头、反洗组件、中心管Ⅰ、充填组件和下接头从上至下依次固定连接，所述密封组件套设在中心管Ⅰ的外部；

所述充填组件包括连接接箍、中心管Ⅱ、外弹簧、长护套、过滤环、密封套、充填套、球座和内弹簧，所述连接接箍固定安装在中心管Ⅰ的下端，其与中心管Ⅱ、密封套、充填套和下接头从上至下依次固定连接；所述中心管Ⅱ与密封套的连接处设有导流槽，所述过滤环固定设置在密封套的内部，且与中心管Ⅱ的下端接触；所述充填套的侧壁上设有若干充填孔，所述长护套的上部滑动密封套装在中心管Ⅱ上，其下部滑动套装在密封套和充填套上，其与中心管Ⅱ形成第三环空；所述第三环空通过导流槽和过滤环与充填组件的内腔连通，所述外弹簧套设在中心管Ⅱ上，其两端分别与连接接箍的下端和长护套的上端接触；所述球座通过第二剪钉滑动固定在充填套的内壁上，所述内弹簧位于球座的下方用于支撑球座。

2.根据权利要求1所述的一种防砂完井一体化封隔充填工具，其特征在于：所述充填孔内侧的充填套内壁上设有防冲蚀内环。

3.根据权利要求2所述的一种防砂完井一体化封隔充填工具，其特征在于：所述防冲蚀内环的材质为高强度合金。

4.根据权利要求1所述的一种防砂完井一体化封隔充填工具，其特征在于：所述过滤环为割缝管。

5.根据权利要求1所述的一种防砂完井一体化封隔充填工具，其特征在于：所述充填组件还包括定位套和止动环，所述定位套固定套设在中心管Ⅱ上，其上端与连接接箍的下端接触；所述止动环安装在长护套的上端，所述外弹簧的两端分别与定位套和止动环接触。

6.根据权利要求1所述的一种防砂完井一体化封隔充填工具，其特征在于：所述反洗组件包括反洗外套、反洗滑套和复位弹簧，所述反洗外套的上端与上接头固定连接，其下端与中心管Ⅰ固定连接；所述反洗滑套滑动密封设置在反洗外套的内腔中，二者之间形成第一环空；所述反洗外套的内壁下部设有用于限制反洗滑套下移的限位台，所述限位台上部的反洗外套上设有与第一环空连通的第一通孔，所述复位弹簧的上端与上接头下部接触，其下端与反洗滑套上部接触。

7.根据权利要求1所述的一种防砂完井一体化封隔充填工具，其特征在于：所述密封组件包括自上而下的护环Ⅰ、硫化环Ⅰ、皮碗Ⅰ、护环Ⅱ、硫化环Ⅱ、皮碗Ⅱ和短护套，所述硫化环Ⅰ固定套设在中心管Ⅰ上，所述皮碗Ⅰ的根部固定在硫化环Ⅰ上，所述护环Ⅰ固定套设在硫化环Ⅰ上，且包覆在皮碗Ⅰ根部的外侧；所述护环Ⅱ、硫化环Ⅱ和皮碗Ⅱ的连接方式与护环Ⅰ、硫化环Ⅰ和皮碗Ⅰ的连接方式相同，所述短护套通过第一剪钉滑动固定套设在中心管Ⅰ上，二者之间形成第二环空；所述中心管Ⅰ上设有与第二环空连通的第二通孔，当第一剪钉未断时，所述短护套的上部包覆在皮碗Ⅱ开口端的外侧。

8.根据权利要求7所述的一种防砂完井一体化封隔充填工具，其特征在于：所述皮碗Ⅰ和皮碗Ⅱ通过车削或模压加工，二者通过硫化工艺分别硫化在硫化环Ⅰ和硫化环Ⅱ的外表面。

9.根据权利要求7所述的一种防砂完井一体化封隔充填工具，其特征在于：所述密封组件还包括支撑环，所述护环Ⅰ内表面的上部和硫化环Ⅰ均通过密封圈密封套设在中心管Ⅰ上，所述护环Ⅰ的上端与反洗外套的下端接触，所述中心管Ⅰ上设有外台阶座，所述硫化环Ⅱ的下端与外台阶座接触，所述支撑环套设在中心管Ⅰ外部，其两端分别与硫化环Ⅰ的下端和护环Ⅱ的上端接触。

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