水平井的长井段分段式砾石充填管柱及其工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种水平井的长井段分段砾石充填管柱及其工艺，包括内管柱和外管柱，所述内管柱包括自左至右依次螺接的钻杆串、绕流装置、上冲管、中冲管和下冲管，所述中冲管前端及后端分别通过充填阀机构与上冲管、下冲管连接，所述充填阀机构包括外套筒和开启阀芯，上冲管与中冲管及下冲管之间螺接外套筒，所述外套筒径向对称设有充填孔，充填孔通过开启阀芯调控构成砂浆充填通道；所述外管柱包括自左至右依次螺接的钻套管串、悬挂装置、上筛管、上密封筒、中筛管、下密封筒和下筛管，所述内管柱置于外管柱内腔内，并通过反向螺纹固接呈一体。有益效果：本发明专利技术充分利用上下充填阀机构调控，实现分段砾石充填作业。

Segmented gravel packed pipe string in long section of horizontal well and its technological method

【技术实现步骤摘要】
水平井的长井段分段式砾石充填管柱及其工艺方法
本专利技术属于石油开采
，尤其涉及一种水平井的长井段分段式砾石充填管柱及其工艺方法。
技术介绍
在水平井长井段砾石充填过程中，砾石充填效率的高低对于油井的防砂寿命和油井开采寿命起着至关重要的作用。目前，对于水平段长度超过300米的砾石充填主要采用笼统充填的防砂完井方式。该种充填方式很难将砾石充填层充填密实，不能实现长井段的有效充填和有效防砂。目前的解决方案一是采用预充填筛管防砂，该工艺在筛管外部预先加工安装充填砾石层，然后与筛管一起下入井内。砾石与筛管一起下入遇阻风险大、成本较高，无法将筛管与井壁之间完全充填；方案二是采用笼统充填的方式，这种充填方法对于较长的水平段无法实现高效率充填，筛管和井壁之间充填不密实，同时由于水平段过长造成砾石提前沉降堆积堵塞，最终导致防砂失效。专利文献公开号公开了一种水平井砾石充填管柱中的压力控制阀，所述充填管柱包括油管、泄油器、冲管、砾石充填工具，固井管柱包括套管和筛管，套管位于垂直井段、筛管位于水平井段，油管(3)、泄油器(2)、油管(3)、压力控制阀(4)、冲管(6)、压力控制阀(4)、冲管(6)、砾石充填工具(7)由上至下依次连接；压力控制阀(4)安装在油管(3)与砾石充填工具(7)之间；2个或2个以上的压力控制阀(4)位于水平井段的筛管(5)内；所述压力控制阀包括：上接头、基管、下接头，上接头和下接头分别固定安装在基管的上、下两端，其特征是：所述基管(12)外圆中部由上至下为螺纹(18)、花键(19)、上凸台(20)、下凸台(21)，上凸台(20)与下凸台(21)之间有一段管体，管体的长度大于皮碗(15)的长度；所述上凸台(20)上方的基管(12)外圆由下至上依次安装有皮碗(15)、弹簧(14)、预紧螺母(13)；皮碗(15)的碗口朝下，碗底卡在上凸台(20)的上方，皮碗(15)沿花键(19)滑动，露出基管(12)上花键(19)的槽成为回水通道；预紧螺母(13)与基管(12)的螺纹(18)固定连接；所述基管(12)的下凸台(21)下方固定安装有扶正器(16)。上述专利技术适用于水平井、大斜度井砾石充填筛管完井施工作业，为了克服现有水平井砾石充填不满或充填不到位，导致水平井的开发效果差的不足。但是该项技术主要存在以下不足：1、该工艺采用笼统充填方式，无法对水平井长井段进行分段砾石充填施工，砾石充填效率不高。2、该工艺采用中密度砾石充填，施工过程易堵塞，导致施工失败。3、该工艺技术在施工结束后挡砂管上部被固井施工，后期需要作业时无法将挡砂管打捞出油井。石油开采亟待研发一种能够提高水平井长井段分段砾石充填的充填效率，延长防砂有效期和油井开采寿命的砾石充填管柱和工艺方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种水平井的长井段分段式砾石充填管柱及其工艺方法，采用低密度砾石充填，避免高密度砾石因重力沉降而导致充填失败，设计的上、下开启阀，实现了水平井长井段分段砾石充填作业，确保充填效率。本专利技术为实现上述目的，采用以下技术方案：一种水平井的长井段分段砾石充填管柱，其特征是：包括内管柱和外管柱，所述内管柱包括自左至右依次螺接的钻杆串、绕流装置、上冲管、中冲管、和下冲管，所述中冲管前端及后端分别通过充填阀机构与上冲管、下冲管连接，所述充填阀机构包括外套筒、开启阀芯和定位圆环片，上冲管与中冲管之间螺接外套筒、中冲管与下冲管之间螺接外套筒，所述外套筒径向对称设有充填孔，充填孔通过开启阀芯调控构成砂浆充填通道，所述绕流装置上设有进液孔和返液孔；所述外管柱包括自左至右依次螺接的钻套管串、悬挂装置、上筛管、上密封筒、中筛管、下密封筒和下筛管，所述内管柱置于外管柱内腔内，并通过反向螺纹固接呈一体。所述外套筒后端螺接有定位圆环片，定位圆环片置于开启阀芯后侧，起到开启阀芯的定位作用。所述外管柱的上密封筒通过内管柱的上密封圈构成上自密封结构，外管柱的下密封筒通过内管柱的下密封圈构成下自密封结构。所述外管柱的悬挂装置通过卡瓦悬挂在套管串的尾部。所述外管柱的下筛管下端头螺接有导向头。一种分段式砾石充填管柱的工艺方法，采用分段式砾石充填管柱进行砾石充填作业时，使用低密度砾石充填，利用充填阀机构的调控，完成分段砾石充填作业，具体步骤如下：第一步：在地面上将内管柱和外管柱反向螺纹连接在一起，将外管柱的上密封筒与内管柱的上密封圈配合，实现上自密封结构，将外管柱上的下密封筒与内管柱的下密封圈配合，实现下自密封结构，用钻杆串一起送入到井内预定位置；第二步：内管柱和外管柱到达井内预定位置后，上提下放管柱使悬挂装置坐挂在套管串上，从钻杆串中泵入含低密度砾石的砂浆，经过进液孔进入筛管和油层之间的环形空间，并向前流动，当砂浆到达管柱的最右端时，砂浆经过下筛管、下冲管进入内管柱继续向左流动，砂浆从返液孔流出，进入钻杆串与套管串之间的环形空间，最终返回到地面；砂浆的砾石被阻挡在下筛管的外面，逐渐堆积形成下充填层；继续泵注砂浆，当砂浆压力升高至10MPa，推动开启阀芯向右移动至定位圆环片位置，将下砂浆充填通道开启；第三步：继续通过钻杆串内泵入含低密度砾石砂浆，砂浆经过进液孔进入筛管和油层之间的环形空间，当砂浆到达下砂浆充填通道时，砂浆经过中筛管进入筛管内部并经下砂浆充填通道进入内管柱向左流动，从返液孔流出，进入钻杆串与套管串之间的环形空间，最终返回到地面，砂浆中的砾石被阻挡在中筛管的外面，并逐渐堆积形成中充填层；继续泵注砂浆，当压力升高至15MPa，推动开启阀芯向右移动至定位圆环片位置，将上砂浆充填通道开启；第四步：继续通过钻杆串内泵入含低密度砾石砂浆，砂浆经过进液孔进入筛管和油层之间的环形空间，当砂浆到达上砂浆充填通道时，砂浆经过上筛管进入的筛管内部并经上砂浆充填通道进入内管柱向左流动，从返液孔流出，进入钻杆串与套管串之间的环形空间，最终返回到地面，砂浆中的砾石被阻挡在上筛管的外面，并逐渐堆积形成上充填层；第五步：在地面正向转动钻杆串二十圈后上提管柱，实现丢手作业，将内管柱起出油井，施工结束；经过上述步骤后，实现了对水平井长井段分段砾石充填作业。有益效果：与现有技术相比，本专利技术充分利用上下充填阀机构调控，实现分段砾石充填作业，提高砾石充填效率；采用低密度砾石充填，避免高密度砾石因重力沉降而导致充填失败；采用下、上密封圈9实现自动过盈密封，密封效果可靠，缩短施工等待时间；工艺方法流程简单，施工过程中只需下入一趟管柱即可实现坐封(上提下放管柱即可)、分段充填、丢手等作业，施工风险小；同时该工艺采用悬挂装置将挡砂管悬挂在套管尾端，当油井生产防砂失效后可通过打捞工具将悬挂装置和挡砂管起出油井，为后期的作业提供较好的井眼环境。附图说明图1是内管柱示意图；图2是外管柱示意图；图3是下段砾石充填作业及调控下充填阀机构的示意图；图4是中段砾石充填作业及调控上充填阀机构的示意图；图5是完成上段砾石充填作业的示意图；(摘要附图)图6是留井结构示意图；图7是充填阀机构的结构示意图。图中：1.钻杆串，2.套管串，3.悬挂装置，4.绕流装置，5.上筛管，6.上冲管，7.油层，8.开启阀芯，9.上密封圈，10.上定位圆环片，11.中筛管，12.中冲管，13.外套筒，14.下密本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水平井的长井段分段砾石充填管柱，其特征是：包括内管柱和外管柱，所述内管柱包括自左至右依次螺接的钻杆串(1)、绕流装置(4)、上冲管(6)、中冲管(12)、和下冲管(17)，所述中冲管前端及后端分别通过充填阀机构与上冲管(6)、下冲管(17)连接，所述充填阀机构包括外套筒(13)、开启阀芯(8)和定位圆环片(10)，上冲管(6)与中冲管(12)之间螺接外套筒、中冲管(12)与下冲管(17)之间螺接外套筒，所述外套筒径向对称设有充填孔，充填孔通过开启阀芯调控构成砂浆充填通道(21)，所述绕流装置上设有进液孔(19)和返液孔(20)；所述外管柱包括自左至右依次螺接的钻套管串(2)、悬挂装置(3)、上筛管(5)、上密封筒(22)、中筛管(11)、下密封筒(24)和下筛管(16)，所述内管柱置于外管柱内腔内，并通过反向螺纹固接呈一体。

【技术特征摘要】
1.一种水平井的长井段分段砾石充填管柱，其特征是：包括内管柱和外管柱，所述内管柱包括自左至右依次螺接的钻杆串(1)、绕流装置(4)、上冲管(6)、中冲管(12)、和下冲管(17)，所述中冲管前端及后端分别通过充填阀机构与上冲管(6)、下冲管(17)连接，所述充填阀机构包括外套筒(13)、开启阀芯(8)和定位圆环片(10)，上冲管(6)与中冲管(12)之间螺接外套筒、中冲管(12)与下冲管(17)之间螺接外套筒，所述外套筒径向对称设有充填孔，充填孔通过开启阀芯调控构成砂浆充填通道(21)，所述绕流装置上设有进液孔(19)和返液孔(20)；所述外管柱包括自左至右依次螺接的钻套管串(2)、悬挂装置(3)、上筛管(5)、上密封筒(22)、中筛管(11)、下密封筒(24)和下筛管(16)，所述内管柱置于外管柱内腔内，并通过反向螺纹固接呈一体。2.根据权利要求1所述的水平井的长井段分段砾石充填管柱，其特征是：所述外套筒后端螺接有定位圆环片(10)，定位圆环片置于开启阀芯后侧，起到开启阀芯的定位作用。3.根据权利要求1所述的水平井的长井段分段砾石充填管柱，其特征是：所述外管柱的上密封筒通过内管柱的上密封圈构成上自密封结构，外管柱的下密封筒通过内管柱的下密封圈构成下自密封结构。4.根据权利要求1所述的水平井的长井段分段砾石充填管柱，其特征是：所述外管柱的悬挂装置通过卡瓦悬挂在套管串的尾部。5.根据权利要求1所述的水平井的长井段分段砾石充填管柱，其特征是：所述外管柱的下筛管下端头螺接有导向头(18)。6.一种采用权1所述的分段式砾石充填管柱的工艺方法，其特征是：采用分段式砾石充填管柱进行砾石充填作业时，使用低密度砾石充填，利用充填阀机构的调控，完成分段砾石充填作业，具体步骤如下：第一步：在地面上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘言理，徐禄帆，王立辉，廖兴松，孙景涛，曾晓辉，范友胤，杨毅，阴启武，赵玉东，王春亮，
申请(专利权)人：大港油田集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：天津,12