CN104775802B - 热采井分层压裂防砂管柱及其防砂方法 - Google Patents

Abstract

本发明是热采井分层压裂防砂管柱及其防砂方法，属油田开发中的防砂技术领域。管柱包括防砂外管和工艺内管两层管柱，防砂外管包括顶部封隔器、反洗装置、压裂密封工具、压裂充填外工具、单向密封工具、筛管、外定位装置、层间封隔器和丝堵；工艺内管包括丢手工具、压裂充填装置、滑套开关、定位工具和压裂充填转换装置。其防砂步骤是：坐封顶部封隔器；丢手；座封层间封隔器；下放工艺内管，进行下部射孔井段的压裂防砂充填施工；打开循环通道，进行循环充填；反洗井；上提工艺内管，对其它射孔井段进行压裂充填施工和循环充填施工。由于使用了反洗装置、压裂充填转换装置等工具，本发明具有不动管柱反洗井、无套压压裂和防返吐等优势。

Description

热采井分层压裂防砂管柱及其防砂方法

技术领域

本发明涉及石油开采分层压裂防砂管柱及工艺，具体地说是一种热采井分层压裂防砂管柱及其防砂方法。

背景技术

疏松砂岩多薄层稠油油藏具有油稠、层多、层间跨度大、非均质性强、渗透率较低等特点，防砂工艺实施难度大，高压挤压充填效果不理想。目前采用的笼统压裂防砂工艺，即多个油层处于一个压力系统下一次压裂防砂完成，与高压充填防砂相比具有更大的排量、更高的施工压力及更大的处理半径，其增油效果相对更好。但笼统实施压裂防砂由于层间差异大，导致层间改造不均，甚至有小层无法动用，影响压裂防砂效果；同时，由于油层跨度大，施工过程中由于小层开缝、环空堵塞，易出现压力突变现象，严重时会导致压裂防砂的失败，施工风险高。

中国专利，申请日2004.11.03，申请号200410036213.6，专利名称“分层挤压充填防砂管柱”公开了一种能够实现分层砾石充填的技术，但该技术施工结束后活动管柱进行反洗井，存在安全隐患；管柱上部需要使用水力锚防止施工压力过高导致的管柱窜动；由于没有充填口开关装置导致热采井注汽及生产过程中，地层砂及充填砂返吐，影响油井产量及防砂有效期。

中国专利，申请日2011.02.11，申请号201110038345.2，专利名称“一次多层砾石充填方法及工具”；另外一个中国专利，申请日2012.12.12，申请号201210534469.4，专利名称“一次多层砾石充填方法”，上述两项专利申请实际上公开的是一项技术，该技术所使用的施工管柱中所涉及的井下工具在该技术的申请人所申请的其它专利文献中有详细公开，如，申请号201210534298.5，专利名称“一种旋转式定位工具”；申请号201210534344.1，专利名称“一种用于砾石充填工具上的衬套”；申请号201210534400.1，专利名称“一种滑套开关工具”，上述文献公开了一种能够实现一次管柱分层砾石充填的防砂技术，但该技术存在以下技术问题：一是，充填顶替结束后，在井下工具中会留有少量支撑剂，为了防止砂卡工具，需要进行反洗井，在施工过程中如出现砂堵也需要立即反洗井，该技术反洗井的步骤是先上提服务工具再反循环洗井，这样就可能出现在上提服务工具的过程中因沉砂而砂卡工具，从而造成作业失败；二是，该技术向地层中挤压充填砾石时需要关闭套管阀门，充填过程中，油层上部套管承受较高的充填或压裂压力，可能会造成套管损坏；三是，在进行反循环洗井作业时，可能造成充填砾石返吐，影响充填效果。

发明内容

为解决上述技术问题，发明了热采井分层压裂防砂管柱及其防砂方法，该管柱实现了用一趟管柱进行分层压裂防砂，作业过程中反洗井不动管柱且能防止充填砂返吐，压裂充填可以方便地转换为循环充填，且压裂时上部套管无套压。

本发明采用了如下的技术方案：

热采井分层压裂防砂管柱，包括防砂外管和工艺内管两层管柱，防砂外管安装在套管内的油层井段，工艺内管安装在防砂外管内，在顶部封隔器上端通过丢手工具把防砂外管和工艺内管连接在一起；防砂外管自上而下连接顶部封隔器、压裂密封工具、压裂充填外工具、压裂密封工具、筛管、外定位装置、压裂密封工具、层间封隔器、压裂密封工具、压裂充填外工具、压裂密封工具、筛管、外定位装置及丝堵；顶部封隔器安装于最上面的射孔井段以上位置，层间封隔器安装于两个射孔井段之间；工艺内管自上而下连接丢手工具、滑套开关、定位工具；防砂外管在顶部封隔器和压裂密封工具之间、在层间封隔器和其以下的压裂密封工具之间都还连接有反洗装置，在压裂密封工具与筛管之间连接有单向密封工具；反洗装置是一种单向阀装置，其液流方向是由管内向管外；层间封隔器的内孔设有密封筒，密封筒的密封结构和孔径与压裂密封工具相同；在工艺内管的丢手工具和滑套开关之间连接压裂充填装置，在定位工具以下连接压裂充填转换装置；压裂充填装置安装于层间封隔器以下的两个压裂密封工具处，压裂充填装置的外径与两个压裂密封工具的内径相配合并密封；压裂充填装置在其侧壁中设置轴向孔和径向孔，径向孔和压裂充填外工具相对，轴向孔和径向孔互不相通，在轴向孔的上端设置环空单向阀，在压裂充填装置的内腔设置定压装置；定位工具定位于外定位装置内；单向密封工具的皮碗开口向下，压裂充填转换装置的皮碗开口向上。

热采井分层压裂防砂管柱的防砂方法，其步骤是：

a、热采井分层压裂防砂管柱下至设计位置；

b、向油管内打液压，坐封顶部封隔器；然后向套管和油管之间的环空打液压，检验顶部封隔器坐封情况；坐封合格后旋转油管通过丢手工具丢手；

c、向油管内打压，使定压装置下落到径向孔以下处；

d、上提工艺内管，使压裂充填装置的径向孔对准层间封隔器，油管内打液压，座封层间封隔器；

e、下放工艺内管，使定位工具定位于最下部外定位装置内；

f、进行射孔井段的压裂防砂充填施工；

g、正转管柱，打开压裂充填转换装置的循环通道，进行循环充填；

h、自油套环空反洗井；

i、上提工艺内管，滑套开关关闭下部的压裂充填外工具的充填口；使定位工具定位于上一射孔井段对应的外定位装置内；

j、再次依次按照步骤f、g、h、i进行压裂充填施工和循环充填施工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，由于在封隔器下连接了反洗装置，且在工艺内管下端连接了压裂充填转换装置，反洗装置和压裂充填转换装置在压裂或挤压时处于关闭状态，保证了压裂或挤压时套管不承受高压，保护了套管；反洗装置在反洗时处于开启状态，反洗装置与工具内管所建立起来压裂通道相配合，实现了不动管柱反洗井，防止了沉砂卡管柱的事故；同时，由于在防砂外管的射孔井段以上位置安装了单向密封工具，防止了洗井时充填砂的返吐，保证了防砂效果。

附图说明

前面简单地描述了本发明，接下来参考描述本发明的以下具体实施例的图纸进一步、详细地叙述本发明。这些图纸只描述了该发明的一些典型的实施例，因此不能认为是限制本发明的范围。在这些图纸中：

图1是热采井分层压裂防砂管柱的结构示意图。

图2是完成顶部封隔器坐封并丢手后打开循环通道示意图。

图3是坐封层间封隔器的示意图。

图4是对下部射孔井段进行压裂防砂示意图。

图5是打开压裂充填转换装置对下部射孔井段进行循环充填防砂示意图。

图6是反循环洗井示意图。

图7是对上部射孔井段进行压裂防砂示意图。

图8是反洗装置的结构示意图。

图9是单向密封工具的结构示意图。

具体实施方式

热采井分层压裂防砂管柱，参见图1所示，包括防砂外管和工艺内管两层管柱，防砂外管安装在套管101内的油层井段，工艺内管安装在防砂外管内，在顶部封隔器1上端通过丢手工具10把防砂外管和工艺内管连接在一起。

防砂外管自上而下连接顶部封隔器1、反洗装置2、压裂密封工具3、压裂充填外工具4、压裂密封工具3、单向密封工具5、筛管7、外定位装置8、压裂密封工具3、层间封隔器9、反洗装置2、压裂密封工具3、压裂充填外工具4、压裂密封工具3、单向密封工具5、筛管7、外定位装置8、丝堵51。

各工具之间通过油管或套管连接，或直接相接，这种连接方式是井下作业的常规，以下叙述中不再赘述。

顶部封隔器1安装于最上面的射孔井段6以上位置，层间封隔器9安装于两个射孔井段6之间。

反洗装置2是一种单向阀装置，其液流方向是由管内向管外，典型结构是空心配水器结构，参见图8。这是一种常闭阀，在弹簧803的作用下，阀体802处于关闭状态。压裂防砂过程中，它是关闭的。当反洗井时，管内的液体从孔801流出推开阀体802，从而连通反洗装置的内外，形成洗井通道。

压裂充填外工具4的典型结构是完井中常用的滑套，它包括带流道孔的外筒和内筒，通过专用的滑套开关来打开或关闭。

单向密封工具5的作用是防止充填砂向上返吐进入防砂管内。单向密封工具5的结构参见图9，上接头901与下接头906之间连接中心管905，在中心管905外周设轴向槽903，筛网902套在中心管905外并覆盖轴向槽903，皮碗904开口向下套在中心管905外，轴向槽903沟通皮碗上下。压裂或防砂作业时，压裂砂沿皮碗904外周从上向下流动。洗井时，流体沿轴向槽903从皮碗下向皮碗上流动，压裂砂被筛网902挡在皮碗以下。

外定位装置8的作用是与定位工具配合给工艺内管定位，其典型的结构是在管内设有向内凸起的台阶。

层间封隔器9的内孔设有密封筒301，密封筒301的密封结构和孔径与压裂密封工具3相同。压裂密封工具3的典型结构是在管内设有内凹槽，在内凹槽中设有密封圈。

工艺内管自上而下连接丢手工具10、压裂充填装置12、滑套开关13、定位工具14和压裂充填转换装置15。

压裂充填装置12安装于层间封隔器9以下的两个压裂密封工具3处，压裂充填装置12的外径与两个压裂密封工具3的内径相配合并密封；压裂充填装置12在其侧壁中设置轴向孔203和径向孔202，轴向孔203和径向孔202互不相通，径向孔202和压裂充填外工具4相对，在轴向孔203的上端设置环空单向阀204，在压裂充填装置12的内腔设置定压装置201。

定压装置201典型的结构是由球和球座构成，通过剪钉控制压力。

定位工具14定位于外定位装置8内；定位工具14的典型结构参见申请号201210534298.5，专利名称“一种旋转式定位工具”所述的旋转式定位工具。

压裂充填转换装置15是一种带开关的皮碗封隔器，其皮碗开口向上，从而封隔自上而下的流体。通过提放工艺内管，它的开关可以打开或关闭。在压裂充填过程中，压裂充填转换装置15的开关处于关闭状态，在循环充填过程中，压裂充填转换装置15的开关处于开启状态。

顶部封隔器1和丢手工具10一般是装配在一起的，在此称它们的组合体为悬挂工具。完井作业时，先连接下入除顶部封隔器1的防砂外管，再向防砂外管内下入除丢手工具10的工艺内管，然后共同连接悬挂工具，再用油管102送到设计深度。

下完井时，定位工具14位于最下部的外定位装置8内。

图1所示的是2个射孔井段的情况，本发明的管柱也可以应用于3个以上射孔井段的情况。当油井有3个射孔井段时，防砂外管的结构也相应地变化，在图1所示防砂外管的最下部的外定位装置8和盲管51之间再自上而下按顺序连接：压裂密封工具3、层间封隔器9、反洗装置2、压裂密封工具3、压裂充填外工具4、压裂密封工具3、单向密封工具5、筛管7、外定位装置8。同样地，再增加一个射孔井段时，防砂外管的结构也做上述增加第3个射孔井段时同样的变化，依此类推。

本发明的热采井分层压裂防砂管柱的防砂方法，参见图1～图7，其步骤是：

a、热采井分层压裂防砂管柱下至设计位置，图1所示状态；

b、向油管102内打液压，坐封顶部封隔器1；然后向套管101和油管102之间的环空打液压，检验顶部封隔器1坐封情况；坐封合格后旋转油管102通过丢手工具10丢手；

c、向油管102内打压，使定压装置201下落到径向孔202以下处，见图2所示状态；

d、上提工艺内管，使压裂充填装置12的径向孔202对准层间封隔器9，油管102内打液压，座封层间封隔器9，见图3；如果有3个以上射孔井段6，就重复本步骤，自下而上逐个完成对层间封隔器9的坐封。

e、下放工艺内管，使定位工具14定位于最下部外定位装置8内，见图4；

f、进行射孔井段6的压裂防砂充填施工，见图4；

g、正转管柱，打开压裂充填转换装置（15）的循环通道，进行循环充填，见图5；

h、自油套环空反洗井，见图6；

i、上提工艺内管，滑套开关13关闭下部的压裂充填外工具4的充填口；使定位工具14定位于上一射孔井段6对应的外定位装置8内，见图7；

j、再次依次按照步骤f、g、h、i进行压裂充填施工和循环充填施工。

全部射孔井段压裂充填防砂完毕后，提出工艺内管。

本文所述的实施例仅仅为典型实施例，但不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和启示下做出修改。本文所公开的方案可能存在很多变更、组合和修改，且都在本发明的范围内，因此，保护范围不仅限于上文的说明，而是根据权利要求来定义，保护范围包括权利要求的标的的所有等价物。

Claims (4)

1.热采井分层压裂防砂管柱，包括防砂外管和工艺内管两层管柱，防砂外管安装在套管内的油层井段，工艺内管安装在防砂外管内，在顶部封隔器（1）上端通过丢手工具（10）把防砂外管和工艺内管连接在一起；防砂外管自上而下连接顶部封隔器（1）、压裂密封工具（3）、压裂充填外工具（4）、压裂密封工具（3）、筛管（7）、外定位装置（8）、压裂密封工具（3）、层间封隔器（9）、压裂密封工具（3）、压裂充填外工具（4）、压裂密封工具（3）、筛管（7）、外定位装置（8）及丝堵（51）；顶部封隔器（1）安装于最上面的射孔井段（6）以上位置，层间封隔器（9）安装于两个射孔井段（6）之间；工艺内管自上而下连接丢手工具（10）、滑套开关（13）、定位工具（14）；其特征在于，防砂外管在顶部封隔器（1）和压裂密封工具（3）之间、在层间封隔器（9）和其以下的压裂密封工具（3）之间都还连接有反洗装置（2），在压裂密封工具（3）与筛管（7）之间连接有单向密封工具（5）；反洗装置（2）是一种单向阀装置，其液流方向是由管内向管外；层间封隔器（9）的内孔设有密封筒（301），密封筒（301）的密封结构和孔径与压裂密封工具（3）相同；在工艺内管的丢手工具（10）和滑套开关（13）之间连接压裂充填装置（12），在定位工具（14）以下连接压裂充填转换装置（15）；压裂充填装置（12）安装于层间封隔器（9）以下的两个压裂密封工具（3）处，压裂充填装置（12）的外径与两个压裂密封工具（3）的内径相配合并密封；压裂充填装置（12）在其侧壁中设置轴向孔（203）和径向孔（202），径向孔（202）和压裂充填外工具（4）相对，轴向孔（203）和径向孔（202）互不相通，在轴向孔（203）的上端设置环空单向阀（204），在压裂充填装置（12）的内腔设置定压装置（201）；定位工具（14）定位于外定位装置（8）内；单向密封工具（5）的皮碗开口向下，压裂充填转换装置（15）的皮碗开口向上。

2.根据权利要求1所述的热采井分层压裂防砂管柱，其特征在于，压裂充填转换装置（15）是一种带开关的皮碗封隔器。

3.根据权利要求1所述的热采井分层压裂防砂管柱，其特征在于，单向密封工具（5）的上接头（901）与下接头（906）之间连接中心管（905），在中心管（905）外周设轴向槽（903），筛网（902）套在中心管（905）外并覆盖轴向槽（903），皮碗（904）开口向下套在中心管（905）外，轴向槽（903）沟通皮碗上下。

4.权利要求1所述的热采井分层压裂防砂管柱的防砂方法，其步骤是：

a、热采井分层压裂防砂管柱下至设计位置；

b、向油管（102）内打液压，坐封顶部封隔器（1）；然后向套管（101）和油管（102）之间的环空打液压，检验顶部封隔器（1）坐封情况；坐封合格后旋转油管（102）通过丢手工具（10）丢手；

c、向油管（102）内打压，使定压装置（201）下落到径向孔（202）以下处；

d、上提工艺内管，使压裂充填装置（12）的径向孔（202）对准层间封隔器（9），油管（102）内打液压，座封层间封隔器（9）；

e、下放工艺内管，使定位工具（14）定位于最下部外定位装置（8）内；

f、进行射孔井段的压裂防砂充填施工；

g、正转管柱，打开压裂充填转换装置（15）的循环通道，进行循环充填；

h、自油套环空反洗井；

i、上提工艺内管，滑套开关（13）关闭下部的压裂充填外工具（4）的充填口；使定位工具（14）定位于上一射孔井段对应的外定位装置（8）内；

j、再次依次按照步骤f、g、h、i进行压裂充填施工和循环充填施工。