CN115142821A - 多层砾石充填隔离完井管柱、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种多层砾石充填隔离完井管柱、系统及方法，其中，多层砾石充填隔离完井管柱包括外管，外管包括顶部封隔器、底部封隔器以及至少两个筛管。各相邻两个筛管之间均通过连接管连接，在各连接管内均能轴向滑动地插设一活塞管，活塞管与连接管之间构成能填充有密封材料的环形密封调节腔。在各连接管的管壁上均开设有径向孔并在径向孔内设有破裂盘，在外管内且位于活塞管内侧能轴向滑动地插设有内管，内管的下部外壁设有一能径向移动的锁簧，在各活塞管的上部内壁均开设有环形限位槽。本发明能对多个生产层共同进行砾石填充作业，并在砾石填充作业后能将各相邻生产层之间分隔，且操作简单。
Description
技术领域
本发明是关于石油和天然气完井技术领域，尤其涉及一种多层砾石充填隔离完井管柱、系统及方法。
背景技术
过去，多层油气井压裂和砾石充填完井作业需要细分为多个阶段，在射孔后的套管井中下入带有封隔器的压裂和砾石充填工具，封隔器坐封隔离最底层，然后进行压裂和砾石充填作业。在完成最底层作业后，再下入相同的管柱进行下一层作业，直到所有的层都作业完毕。但是，上述过程需要多次起下管柱才能对各生产层逐层填充砾石并通过各封隔器对各生产层进行机械式分隔，工序较多，极大延长了钻机运行时间，提高了成本。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种多层砾石充填隔离完井管柱、系统及方法，以提升多层砾石充填方式的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多层砾石充填隔离完井管柱、系统及方法，能对多个生产层共同进行砾石填充作业，并在砾石填充作业后能将各相邻生产层之间分隔，且操作简单。
本发明的目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供了一种多层砾石充填隔离完井管柱，包括竖直设置的外管，外管包括顶部封隔器、底部封隔器以及连接在顶部封隔器和底部封隔器之间并间隔排布的至少两个筛管；各相邻两个筛管之间均通过连接管连接，在各连接管内均能轴向滑动地插设一活塞管，活塞管与连接管之间构成能填充有密封材料的环形密封调节腔；在各连接管的管壁上均开设有与对应的环形密封调节腔连通的径向孔，并在径向孔内设有破裂盘；在外管内且位于活塞管内侧能轴向滑动地插设有内管，内管的下部外壁设有一能径向移动的锁簧，在各活塞管的上部内壁均开设有环形限位槽；内管下移时锁簧能穿过各活塞管后依次卡设在对应的环形限位槽内并能推动对应的活塞管下移。
在本发明的一较佳实施方式中，在各连接管的下部内壁均凸设有下凸环，在各活塞管的上端外壁均凸设有上凸环，上凸环的底面、下凸环的顶面、连接管的内壁与活塞管的外壁之间构成环形密封调节腔。
在本发明的一较佳实施方式中，在上凸环的外壁与连接管的内壁之间以及下凸环的内壁与活塞管的外壁之间均夹设有密封圈。
在本发明的一较佳实施方式中，各活塞管均通过剪钉与连接管连接。
在本发明的一较佳实施方式中，在内管的外壁开设有环形凹槽，锁簧为嵌设在环形凹槽内并具有纵向切口的开口环，开口环的下端外壁为直径向下渐缩的锥面，环形限位槽的下端槽壁为直径下渐缩并与开口环下端的锥面相匹配的锥面；开口环能嵌设在环形限位槽内并能在内管所受轴向载荷小于预设载荷值时推动对应的活塞管下移，开口环能在内管所受轴向载荷超过预设载荷值后径向缩回至环形凹槽内，以使内管向下穿过对应的活塞管并继续下移。
在本发明的一较佳实施方式中，开口环的上端外壁为直径向上渐缩的锥面，且开口环上端的锥面与水平面之间的夹角大于其下端的锥面与水平面之间的夹角。
在本发明的一较佳实施方式中，锁簧包括能径向移动并周向间隔设在内管外壁上的多个锁块，各锁块的下端外壁为径向尺寸向下渐缩的斜面，环形限位槽的下端槽壁为直径下渐缩并与各锁块下端的斜面相匹配的锥面；各锁块均能嵌设在环形限位槽内并能在内管所受轴向载荷小于预设载荷值时推动对应的活塞管下移，各锁块能在内管所受轴向载荷超过预设载荷值后径向缩回，以使内管向下穿过对应的活塞管并继续下移。
在本发明的一较佳实施方式中，在内管的外壁沿其周向间隔设有多个安装槽，各锁块均能径向移动地嵌设在对应的安装槽内，并在各锁块与对应的安装槽的槽底之间夹设有压缩弹簧；在各安装槽的槽口处均固设有尺寸缩小的卡环，在各锁块的上端内侧和下端内侧分别向上和向下延伸形成上限位块和下限位块，上限位块和下限位块的外侧均能顶靠在卡环上。
在本发明的一较佳实施方式中，各锁块的上端外壁为径向尺寸向上渐缩的斜面，且锁块上端的斜面与水平面之间的夹角大于其下端的斜面与水平面之间的夹角。
在本发明的一较佳实施方式中，环形限位槽的上端槽壁为直径向上渐缩的锥面。
在本发明的一较佳实施方式中，环形限位槽向上贯穿对应的活塞管的顶面。
在本发明的一较佳实施方式中，各活塞管的上端内壁和下端内壁分别为直径向上渐扩和向下渐扩的锥面。
在本发明的一较佳实施方式中，在径向孔内且位于破裂盘的外侧设有喷嘴。
在本发明的一较佳实施方式中，外管还包括设在顶部封隔器和顶部的筛管之间并能打开或关闭的滑套，在内管上且位于锁簧的上方设有中间封隔器，中间封隔器能坐封在滑套和顶部的筛管之间的外管内壁上。
本发明还提供了一种多层砾石充填隔离完井系统，包括：
至少两个生产层；
套管，在套管的管壁上对应各生产层的位置均开设有射孔孔眼；
以及上述的多层砾石充填隔离完井管柱，多层砾石充填隔离完井管柱间隔插设在套管内，该间隔构成环空；各筛管分别正对各生产层设置，顶部封隔器和底部封隔器能坐封在套管内壁上。
本发明还提供了一种多层砾石充填隔离完井方法，利用上述的多层砾石充填隔离完井系统进行操作，多层砾石充填隔离完井方法包括如下步骤：
S1、将外管和活塞管组装完成后下入套管中，并使得各筛管正对各生产层，外管与套管之间形成环空；
S2、坐封顶部封隔器和底部封隔器，向外管内下入内管，然后向环空中注入砾石砂浆，并在顶部封隔器和底部封隔器之间的环空内形成环形的砾石过滤层；
S3、通过不断下移调整内管的位置，将锁簧由上向下穿过各活塞管后依次卡设在各环形限位槽内；当锁簧卡设在对应的环形限位槽内后，对内管施加小于预设载荷值的轴向载荷，以通过下移内管向下推动对应的活塞管；当对应的环形密封调节腔内的压力达到破裂盘的破裂值时，对应的破裂盘破裂；对应的环形密封调节腔内的密封材料通过对应的径向孔排放到砾石过滤层中，并形成密封的阻挡层，以将相邻两个生产层分隔；当对应的活塞管运动至指定位置后，对内管继续施加轴向载荷，当施加的轴向载荷大于预设载荷值后，锁簧径向缩回，以使内管能向下穿过对应的活塞管并继续下移；
S4、待各环形密封调节腔内的密封材料均排出并形成阻挡层后，取出内管，然后向外管内下入分层生产管柱进行投产作业。
在本发明的一较佳实施方式中，在顶部封隔器和顶部的筛管之间还设有能打开或关闭的滑套，并在内管上且位于锁簧的上方设有中间封隔器；在步骤S2中，向外管内下入内管后，先坐封中间封隔器，并使得中间封隔器坐封在滑套和顶部的筛管之间的外管内壁上；然后打开滑套，通过滑套向环空中注入砾石砂浆，待环空内形成砾石过滤层后，关闭滑套，并解封中间封隔器。
由上所述，本发明能对多个生产层共同进行砾石填充作业，砾石填充完成后，通过操作内管移动，便可以由上至下依次推动各活塞管向下移动，使得各环形密封调节腔内的密封材料可以排放到环空内形成的砾石过滤层中而形成阻挡层，实现将各相邻两个生产层均分隔的目的。对多个生产层的砾石填充作业以及对各生产层之间的分隔仅需要下入一趟管柱即可，而且砾石填充作业结束后通过密封材料外排的方式便可以实现隔离相邻生产层，操作更加简单，大大提高了作业效率并降低了成本。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明提供的多层砾石充填隔离完井系统在顶部封隔器和底部封隔器坐封后砾石填充作业之前的结构示意图。
图2：为图1中其中一个连接管部分的局部放大图。
图3：为图1中其中一个连接管部分的另一局部放大图。
图4：为本发明提供的锁簧采用第一种结构时的局部放大图。
图5：为本发明提供的锁簧采用第二种结构时的局部放大图一。
图6：为本发明提供的锁簧采用第二种结构时的局部放大图二。
图7：为本发明提供的多层砾石充填隔离完井系统在砾石过滤层中形成阻挡层后的结构示意图。
附图标号说明：
100、多层砾石充填隔离完井管柱；
1、外管；11、顶部封隔器；12、底部封隔器；13、筛管；14、连接管；141、径向孔；142、下凸环；15、破裂盘；16、喷嘴；
2、活塞管；21、环形限位槽；22、上凸环；
3、环形密封调节腔；31、密封材料；
4、密封圈；
5、内管；51、环形凹槽；52、安装槽；521、卡环；
6、锁簧；61、开口环；62、锁块；621、上限位块；622、下限位块；63、压缩弹簧；
200、套管；201、射孔孔眼；
300、环空；301、砾石过滤层；302、阻挡层。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1至图7所示，本实施例提供一种多层砾石充填隔离完井管柱100，包括竖直设置的外管1，外管1包括顶部封隔器11、底部封隔器12以及连接在顶部封隔器11和底部封隔器12之间并间隔排布的至少两个筛管13。各相邻两个筛管13之间均通过连接管14连接，在各连接管14内均能轴向滑动地插设一活塞管2，活塞管2与连接管14之间构成能填充有密封材料31的环形密封调节腔3。在各连接管14的管壁上均开设有与对应的环形密封调节腔3连通的径向孔141，并在径向孔141内设有破裂盘15。在外管1内且位于活塞管2内侧能轴向滑动地插设有内管5，内管5的下部外壁设有一能径向移动的锁簧6，在各活塞管2的上部内壁均开设有环形限位槽21。内管5下移时锁簧6能穿过各活塞管2后依次卡设在对应的环形限位槽21内并能推动对应的活塞管2下移。
其中，对于利用内管5能推动对应的活塞管2下移以及使得内管5能顺利穿过对应的活塞管2，本实施例中具体可以通过控制内管5所受轴向载荷(也即推力)的大小以控制锁簧6的动作来实现。具体为，锁簧6正对环形限位槽21的位置时能径向伸出并卡设在对应的环形限位槽21内，当内管5下移且所受轴向载荷小于预设载荷值时锁簧6不径向缩回仍卡设在环形限位槽21内，进而能在内管5下移时推动对应的活塞管2下移；当该活塞管2下移至指定位置后，继续施加载荷，该载荷大于预设载荷值后锁簧6径向缩回，内管5能继续向下移动，进而可以作用于下一个活塞管2。筛管13的数量与生产层的数量相匹配，连接管14和活塞管2的数量相同并比生产层的数量少一个，例如本实施例中具有两个生产层时共设有两个筛管13和一个活塞管2。内管5的数量仅有一个，内管5上仅设置一个锁簧6，最初时活塞管2保持不动，与外管1之间保持静止状态，此时环形密封调节腔3的体积最大，腔内为填充的密封材料31。
使用时将外管1和各活塞管2组装完成后一起下入套管200中，并使得各筛管13正对各生产层设置，此时外管1与套管200之间形成环空300。接下来先坐封顶部封隔器11和底部封隔器12，向外管1内下入内管5，然后向环空300中注入砾石砂浆，以在顶部封隔器11和底部封隔器12之间的环空300内形成环形的砾石过滤层301。砾石充填作业结束后，向下移动内管5，内管5将推动顶部的活塞管2向下移动，使得环形密封调节腔3内的压力增大；当该压力增大到破裂盘15的破裂压力值时，顶部的活塞管2对应的破裂盘15破裂，该环形密封调节腔3内的密封材料31通过对应的径向孔141排放到砾石过滤层301中，并在该处形成密封的阻挡层302，如图7所示，以隔离相邻的两个生产层。
之后将内管5进一步向下移动至下一个活塞管2的位置，并使得锁簧6卡设在下一个环形限位槽21内，然后再向下移动内管5来推动下一个活塞管2下移，此时该活塞管2对应的密封材料31排放并形成阻挡层302，隔离对应的两个生产层。依次类推，通过内管5依次下移然后向下推动对应的活塞管2的方式，便能将所有活塞管2所对应的密封材料31排放，并在砾石过滤层301中形成阻挡层302，以将所有的生产层之间均分隔开。当所有的阻挡层302都形成且内管5取出后，向外管1内下入生产管柱便可以进行投产，砾石过滤层301和筛管13在生产时分别起到一次防砂和二次防砂的过滤作用。
对于环形密封调节腔3内填充的密封材料31为化学封隔材料(现有技术)，在此处用于封隔已经充填砾石的层段，该化学封隔材料要求有良好的触变性和封隔强度，高剪切速率下可以流动，静止后能快速恢复高触变性；能有效充填环空300内的砾石孔隙，形成高强度的封隔段塞(即阻挡层302)，且能保证形成的阻挡层302完全不能渗透，以保证各生产层之间的分隔效果。该化学封隔材料可以采用现有中具有上述性能的任一材料，例如可以采用MMH/MT体系等，MMH/MT体系是由铝镁混合层状金属氢氧化物(MMH)与钠质黏土(MT)按一定比例配制形成，具体配制比例根据封堵性能而定。各连接管14上的径向孔141根据需要可以是一个也可以是多个，可以在周向呈单列或者多列间隔布置，有助于提高阻挡层302的密封性能。
由此，本实施例中的完井管柱，能对多个生产层共同进行砾石填充作业，砾石填充完成后，通过操作内管5移动，便可以由上至下依次推动各活塞管2向下移动，使得各环形密封调节腔3内的密封材料31可以排放到环空300内形成的砾石过滤层301中而形成阻挡层302，实现将各相邻两个生产层均分隔的目的。对多个生产层的砾石填充作业以及对各生产层之间的分隔仅需要下入一趟管柱即可，而且砾石填充作业结束后通过密封材料31外排的方式便可以实现隔离相邻生产层，操作更加简单，大大提高了作业效率并降低了成本。
在具体实现方式中，如图2所示，在各连接管14的下部内壁均凸设有下凸环142，在各活塞管2的上端外壁均凸设有上凸环22，上凸环22的底面、下凸环142的顶面、连接管14的内壁与活塞管2的外壁之间构成环形密封调节腔3。
一般为了保证环形密封调节腔3的密封性，在上凸环22的外壁与连接管14的内壁之间以及下凸环142的内壁与活塞管2的外壁之间均夹设有密封圈4。可以理解，在上凸环22的外壁和下凸环142的内壁均设有环形的密封槽，密封圈4嵌设在密封槽内。
由于活塞管2的自重以及活塞管2与外管1之间密封接触存在的摩擦力，最初破裂盘15一直处于关闭状态时，活塞管2能保持不动的状态，不会受砾石填充时经筛管13过滤后进入外管1内的水或其他液流的影响，只有在内管5向下移动并使得破裂盘15破裂后才能推动活塞管2向下移动。
优选地，各活塞管2均通过剪钉与连接管14连接，可以有效保证在破裂盘15破裂之前活塞管2不会向下移动；当内管5向下移动时该剪钉先剪断，在破裂盘15破裂后活塞管2便能向下移动。
在实际应用中，为了便于锁簧6实现径向移动，以在正对环形限位槽21时能径向伸出并卡设在环形限位槽21内，且能通过控制内管5所受轴向载荷的大小来控制锁簧6的动作，上述的锁簧6可以采用如下两种方式实现：
第一种：如图2至图4所示，在内管5的外壁开设有环形凹槽51，锁簧6为嵌设在环形凹槽51内并具有纵向切口的开口环61，开口环61的下端外壁为直径向下渐缩的锥面，环形限位槽21的下端槽壁为直径下渐缩并与开口环61下端的锥面相匹配的锥面。开口环61能嵌设在环形限位槽21内并能在内管5所受轴向载荷小于预设载荷值时推动对应的活塞管2下移，开口环61能在内管5所受轴向载荷超过预设载荷值后径向缩回至环形凹槽51内，以使内管5向下穿过对应的活塞管2并继续下移。
可以理解，该开口环61整体具有一定弹性，通过纵向切口的尺寸变化可以实现径向胀开和收缩。当开口环61正对环形限位槽21时，开口环61径向胀开并嵌设在环形限位槽21内，向下移动内管5时，通过开口环61的下端锥面抵靠在环形限位槽21的下端槽壁上，以推动活塞管2一起下移。对于开口环61下端锥面的倾斜角度以及预设载荷值的大小可以根据实际需要而定，以保证在内管5所受轴向载荷小于预设载荷值时开口环61不径向缩回，在该载荷超过预设载荷值后，该开口环61径向缩回。
对于开口环61的上端外壁优选为直径向上渐缩的锥面，且开口环61上端的锥面与水平面之间的夹角β1大于其下端的锥面与水平面之间的夹角β2。这样，夹角β1角度较大，受较小载荷时即可使得开口环61径向收缩，更便于起出内管5时顺利上移；夹角β2角度较小，在一定载荷范围内开口环61不会径向收缩，只有在超过一定载荷后开口环61才会径向缩回。具体夹角β1和夹角β2的大小根据实际需要而定。
第二种：如图2、图5和图6所示，锁簧6包括能径向移动并周向间隔设在内管5外壁上的多个锁块62，各锁块62的下端外壁为径向尺寸向下渐缩的斜面，环形限位槽21的下端槽壁为直径下渐缩并与各锁块62下端的斜面相匹配的锥面。各锁块62均能嵌设在环形限位槽21内并能在内管5所受轴向载荷小于预设载荷值时推动对应的活塞管2下移，各锁块62能在内管5所受轴向载荷超过预设载荷值后径向缩回，以使内管5向下穿过对应的活塞管2并继续下移。
当各锁块62正对环形限位槽21时，各锁块62径向伸出并嵌设在环形限位槽21内，向下移动内管5时，通过各锁块62的下端斜面抵靠在环形限位槽21的下端槽壁上，以推动活塞管2一起下移。对于锁块62下端斜面的倾斜角度以及预设载荷值的大小可以根据实际需要而定，以保证在内管5所受轴向载荷小于预设载荷值时各锁块62不径向缩回，在该载荷超过预设载荷值时，该各锁块62径向缩回。
更具体地，在内管5的外壁沿其周向间隔设有多个安装槽52，各锁块62均能径向移动地嵌设在对应的安装槽52内，并在各锁块62与对应的安装槽52的槽底之间夹设有压缩弹簧63，以实现各锁块62的径向移动。另外，在各安装槽52的槽口处均固设有尺寸缩小的卡环521，在各锁块62的上端内侧和下端内侧分别向上和向下延伸形成上限位块621和下限位块622，上限位块621和下限位块622的外侧均能顶靠在卡环521上，以防止锁块62在压缩弹簧63的弹力作用下脱离安装槽52。
对于各锁块62的上端外壁优选为径向尺寸向上渐缩的斜面，且锁块62上端的斜面与水平面之间的夹角δ1大于其下端的斜面与水平面之间的夹角δ2。这样，夹角δ1角度较大，受较小载荷时即可使得压缩弹簧63被进一步压缩，以使各锁块62径向收缩，更便于起出内管5时顺利上移；夹角δ2角度较小，在一定载荷范围内压缩弹簧63不会进一步被压缩，各锁块62不会径向收缩，只有在超过一定载荷后各锁块62才会径向缩回。具体夹角δ1和夹角δ2的大小根据实际需要而定。
当然，根据需要，锁簧6也可以采用其他的结构形式，只要能保证内管5下移时能推动对应的活塞管2一起下移，且对应的活塞管2下移至指定位置后内管5可以穿过对应的活塞管2继续下移，需要起出内管5时内管5可以顺利上移即可，本实施例仅为举例说明。
进一步地，对于上述的环形限位槽21，当开口环61上端外壁为锥面或者锁块62的上端外壁为斜面时，环形限位槽21可以按照图3中示出的优选将其上端槽壁设计为直径向上渐缩的锥面。当然，环形限位槽21也可以按照图2中示出的环形限位槽21向上贯穿对应的活塞管2的顶面，以使得内管5向上移动时更加顺利。
另外，各活塞管2的上端内壁和下端内壁优选分别为直径向上渐扩和向下渐扩的锥面，更利于内管5向下和向上移动。
更为优选地，在径向孔141内且位于破裂盘15的外侧设有喷嘴16，以使密封材料31向外排放时喷射力更大，射程范围更广，更便于快速形成阻挡层302。对于破裂盘15和喷嘴16的具体结构均为现有技术。
对于上述的砾石填充作业可以采用现有任一方式实现，例如本实施例中外管1还包括设在顶部封隔器11和顶部的筛管13之间并能打开或关闭的滑套，在内管5上且位于锁簧6的上方设有中间封隔器，中间封隔器能坐封在滑套和顶部的筛管13之间的外管1内壁上。该滑套优选采用液压打开型的滑套(现有技术)，该滑套最初为关闭状态，能在加压至一定值时打开，泄压至一定值时关闭；上述的顶部封隔器11优选采用液力式封隔器，底部封隔器12优选采用机械式封隔器，具体结构为现有技术。
将外管1和活塞管2组装完成下入套管200中后，将顶部封隔器11和底部封隔器12坐封，然后下入内管5并将中间封隔器坐封，之后向中间封隔器上方的外管1和内管5之间的上部环形区域内加压，使得滑套打开，通过该滑套可以向环空300内注入砾石砂浆；由于中间封隔器能将滑套下方的外管1和内管5之间的下部环形区域封隔，因此，进行砾石填充时，砾石砂浆中的砾石砂粒不会进入到该下部环形区域内而影响该区域内部件的后续作业；砾石填充作业完成后，通过泄压关闭该滑套，并将中间封隔器解封，便可以通过操作内管5移动来实现各生产层之间的分隔。
进一步地，如图1所示，本实施例该提供一种多层砾石充填隔离完井系统，包括：
至少两个生产层；
套管200，在套管200的管壁上对应各生产层的位置均开设有射孔孔眼201；
以及上述的多层砾石充填隔离完井管柱100，多层砾石充填隔离完井管柱100间隔插设在套管200内，该间隔构成环空300；各筛管13分别正对各生产层设置，顶部封隔器11和底部封隔器12能坐封在套管200内壁上。
进一步地，本实施例中还提供一种多层砾石充填隔离完井方法，利用上述的多层砾石充填隔离完井系统进行操作，多层砾石充填隔离完井方法包括如下步骤：
S1、将外管1和活塞管2组装完成后下入套管200中，并使得各筛管13正对各生产层，外管1与套管200之间形成环空300；
S2、坐封顶部封隔器11和底部封隔器12，向外管1内下入内管5，然后向环空300中注入砾石砂浆，并在顶部封隔器11和底部封隔器12之间的环空300内形成环形的砾石过滤层301；
S3、通过不断下移调整内管5的位置，将锁簧6由上向下穿过各活塞管2后依次卡设在各环形限位槽21内；
当锁簧6卡设在对应的环形限位槽21内后，对内管5施加小于预设载荷值的轴向载荷，以通过下移内管5向下推动对应的活塞管2；当对应的环形密封调节腔3内的压力达到破裂盘15的破裂值时，对应的破裂盘15破裂；对应的环形密封调节腔3内的密封材料31通过对应的径向孔141排放到砾石过滤层301中，并形成密封的阻挡层302，以将相邻两个生产层分隔；
当对应的活塞管2运动至指定位置(也即该活塞管2对应的环形密封调节腔3内的密封材料31排放完成且形成上述的阻挡层302)后，对内管5继续施加轴向载荷，当施加的轴向载荷大于预设载荷值后，锁簧6径向缩回，以使内管5能向下穿过对应的活塞管2并继续下移；
S4、待各环形密封调节腔3内的密封材料31均排出并形成阻挡层302后，取出内管5，然后向外管1内下入分层生产管柱进行投产作业。其中，该分层生产管柱的结构为现有技术，在该分层管柱上或者外管1上会设有相应的分层部件，以实现分层开采，具体分层开采过程为现有技术。
在实际应用中，为了便于进行砾石填充作业，在顶部封隔器11和顶部的筛管13之间还设有滑套，并在内管5上且位于锁簧6的上方设有中间封隔器；
在步骤S2中，向外管1内下入内管5后，先坐封中间封隔器，并使得中间封隔器坐封在滑套和顶部的筛管13之间的外管1内壁上；然后打开滑套，通过滑套向环空300中注入砾石砂浆，待环空300内形成砾石过滤层301后，关闭滑套，并解封中间封隔器。
整个环空300可以跨越多个生产层，并被顶部封隔器11和底部封隔器12隔离。整个完井系统可以在多个生产层共同进行砾石填充作业结束后，从多层砾石充填隔离完井管柱100中能排放出一种密封材料31，并在相邻生产层之间的环空300内的砾石过滤层301中形成密封的阻挡层302，从而将相邻的生产层隔离，继而下入生产管柱投产，克服了以往技术的不足，可靠性强，操作方便。该完井系统的砾石填充以及各生产层之间的分隔过程在前面已经介绍，在此不再赘述。
以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (17)
1.一种多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，包括竖直设置的外管，所述外管包括顶部封隔器、底部封隔器以及连接在所述顶部封隔器和所述底部封隔器之间并间隔排布的至少两个筛管；
各相邻两个所述筛管之间均通过连接管连接，在各所述连接管内均能轴向滑动地插设一活塞管，所述活塞管与所述连接管之间构成能填充有密封材料的环形密封调节腔；在各所述连接管的管壁上均开设有与对应的所述环形密封调节腔连通的径向孔，并在所述径向孔内设有破裂盘；
在所述外管内且位于所述活塞管内侧能轴向滑动地插设有内管，所述内管的下部外壁设有一能径向移动的锁簧，在各所述活塞管的上部内壁均开设有环形限位槽；所述内管下移时所述锁簧能穿过各所述活塞管后依次卡设在对应的所述环形限位槽内并能推动对应的所述活塞管下移。
2.如权利要求1所述的多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，
在各所述连接管的下部内壁均凸设有下凸环，在各所述活塞管的上端外壁均凸设有上凸环，所述上凸环的底面、所述下凸环的顶面、所述连接管的内壁与所述活塞管的外壁之间构成所述环形密封调节腔。
3.如权利要求2所述的多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，
在所述上凸环的外壁与所述连接管的内壁之间以及所述下凸环的内壁与所述活塞管的外壁之间均夹设有密封圈。
4.如权利要求3所述的多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，
各所述活塞管均通过剪钉与所述连接管连接。
5.如权利要求1所述的多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，
在所述内管的外壁开设有环形凹槽，所述锁簧为嵌设在所述环形凹槽内并具有纵向切口的开口环，所述开口环的下端外壁为直径向下渐缩的锥面，所述环形限位槽的下端槽壁为直径下渐缩并与所述开口环下端的锥面相匹配的锥面；
所述开口环能嵌设在所述环形限位槽内并能在所述内管所受轴向载荷小于预设载荷值时推动对应的所述活塞管下移，所述开口环能在所述内管所受轴向载荷超过所述预设载荷值后径向缩回至所述环形凹槽内，以使所述内管向下穿过对应的所述活塞管并继续下移。
6.如权利要求5所述的多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，
所述开口环的上端外壁为直径向上渐缩的锥面，且所述开口环上端的锥面与水平面之间的夹角大于其下端的锥面与水平面之间的夹角。
7.如权利要求1所述的多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，
所述锁簧包括能径向移动并周向间隔设在所述内管外壁上的多个锁块，各所述锁块的下端外壁为径向尺寸向下渐缩的斜面，所述环形限位槽的下端槽壁为直径下渐缩并与各所述锁块下端的斜面相匹配的锥面；
各所述锁块均能嵌设在所述环形限位槽内并能在所述内管所受轴向载荷小于预设载荷值时推动对应的所述活塞管下移，各所述锁块能在所述内管所受轴向载荷超过所述预设载荷值后径向缩回，以使所述内管向下穿过对应的所述活塞管并继续下移。
8.如权利要求7所述的多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，
在所述内管的外壁沿其周向间隔设有多个安装槽，各所述锁块均能径向移动地嵌设在对应的所述安装槽内，并在各所述锁块与对应的所述安装槽的槽底之间夹设有压缩弹簧；
在各所述安装槽的槽口处均固设有尺寸缩小的卡环，在各所述锁块的上端内侧和下端内侧分别向上和向下延伸形成上限位块和下限位块，所述上限位块和所述下限位块的外侧均能顶靠在所述卡环上。
9.如权利要求7所述的多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，
各所述锁块的上端外壁为径向尺寸向上渐缩的斜面，且所述锁块上端的斜面与水平面之间的夹角大于其下端的斜面与水平面之间的夹角。
10.如权利要求6或9所述的多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，
所述环形限位槽的上端槽壁为直径向上渐缩的锥面。
11.如权利要求5-9任一项所述的多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，
所述环形限位槽向上贯穿对应的所述活塞管的顶面。
12.如权利要求5-9任一项所述的多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，
各所述活塞管的上端内壁和下端内壁分别为直径向上渐扩和向下渐扩的锥面。
13.如权利要求1所述的多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，
在所述径向孔内且位于所述破裂盘的外侧设有喷嘴。
14.如权利要求1所述的多层砾石充填隔离完井管柱，其特征在于，
所述外管还包括设在所述顶部封隔器和顶部的所述筛管之间并能打开或关闭的滑套，在所述内管上且位于所述锁簧的上方设有中间封隔器，所述中间封隔器能坐封在所述滑套和顶部的所述筛管之间的所述外管内壁上。
15.一种多层砾石充填隔离完井系统，其特征在于，包括：
至少两个生产层；
套管，在所述套管的管壁上对应各生产层的位置均开设有射孔孔眼；
以及如权利要求1-14任一项所述的多层砾石充填隔离完井管柱，所述多层砾石充填隔离完井管柱间隔插设在所述套管内，该间隔构成环空；各所述筛管分别正对各所述生产层设置，所述顶部封隔器和所述底部封隔器能坐封在所述套管内壁上。
16.一种多层砾石充填隔离完井方法，其特征在于，利用权利要求15中所述的多层砾石充填隔离完井系统进行操作，所述多层砾石充填隔离完井方法包括如下步骤：
S1、将所述外管和所述活塞管组装完成后下入所述套管中，并使得各所述筛管正对各所述生产层，所述外管与所述套管之间形成所述环空；
S2、坐封所述顶部封隔器和所述底部封隔器，向所述外管内下入所述内管，然后向所述环空中注入砾石砂浆，并在所述顶部封隔器和所述底部封隔器之间的所述环空内形成环形的砾石过滤层；
S3、通过不断下移调整所述内管的位置，将所述锁簧由上向下穿过各所述活塞管后依次卡设在各所述环形限位槽内；
当所述锁簧卡设在对应的所述环形限位槽内后，对所述内管施加小于预设载荷值的轴向载荷，以通过下移所述内管向下推动对应的所述活塞管；当对应的所述环形密封调节腔内的压力达到所述破裂盘的破裂值时，对应的所述破裂盘破裂；对应的所述环形密封调节腔内的所述密封材料通过对应的所述径向孔排放到所述砾石过滤层中，并形成密封的阻挡层，以将相邻两个所述生产层分隔；
当对应的所述活塞管运动至指定位置后，对所述内管继续施加轴向载荷，当施加的轴向载荷大于所述预设载荷值后，所述锁簧径向缩回，以使所述内管能向下穿过对应的所述活塞管并继续下移；
S4、待各所述环形密封调节腔内的密封材料均排出并形成所述阻挡层后，取出所述内管，然后向所述外管内下入分层生产管柱进行投产作业。
17.如权利要求16所述的多层砾石充填隔离完井方法，其特征在于，
在所述顶部封隔器和顶部的所述筛管之间还设有能打开或关闭的滑套，并在所述内管上且位于所述锁簧的上方设有中间封隔器；
在步骤S2中，向所述外管内下入所述内管后，先坐封所述中间封隔器，并使得所述中间封隔器坐封在所述滑套和顶部的所述筛管之间的所述外管内壁上；然后打开所述滑套，通过所述滑套向所述环空中注入砾石砂浆，待所述环空内形成所述砾石过滤层后，关闭所述滑套，并解封所述中间封隔器。
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