一種水平井裸眼礫石充填工具及充填方法

2023-10-20 06:10:47 3

專利名稱：一種水平井裸眼礫石充填工具及充填方法
技術領域：
本發明涉及一種石油開採井防砂工具及其使用方法，特別涉及一種水平井裸眼礫石充填工具及充填方法。
背景技術：
一般油井分為直井、斜井、水平井，直井為設計軌道是一條鉛垂直的井，經井斜角接近O ;斜井為連接地面和地下巷道的有一定傾斜角度的井筒；水平井為井斜角達到或接近90°，井深沿著水平方向鑽進的井。目前，國內所使用的水平井礫石充填工具多為底部充填工具，即完井液從管柱的最底端開始，由下往上充填，其為石油開採防砂工藝做出了巨大的貢獻。同時，這種工具也存在著缺點和不足①作業過程中靜液柱的壓力，不能始終作用在井壁上，從而造成井壁不穩定的風險；充填之前的井壁可能會出現不完整的情形，從而造成充填質量不高甚至不能完成充填；②投球座封，如採用座封后剪切座封球座，容易對地層產生水擊作用；如採用反洗球方式，排量小則難以洗球，排量大則對井壁造成衝刷，進而增大漏失量，漏失量增大直接影響充填效果，同時還會造成地層汙染長水平段充填作業時，會造成循環壓力高；循環壓力高於地層壓力時，會造成漏失和局部脫砂；④如充填作業後漏失較大時，返速不能滿足反循環清洗要求，造成反洗困難，漏失量大，甚至造成工具砂卡。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種水平井裸眼礫石充填工具，採用外管柱內安裝服務工具的結構，既能一趟管柱下入完成礫石充填工藝又能很好的避免或克服上述現有工具系統存在的缺點和不足。本發明的另一個目的是提供一種水平井裸眼礫石充填方法，本發明的水平井裸眼礫石充填方法採用由上往下的充填方式，可保證所有作業階段靜液柱壓力作用在地層上，以保證井壁穩定；實現分級脫砂，確保作業過程中不會壓漏地層；配置防抽吸閥以避免作業過程中對地層的抽吸，可實現充填作業後將破膠液頂替至防砂管柱最底部。本發明的水平井裸眼礫石充填工具，包括外管柱和服務工具，所述服務工具位於所述外管柱內，其特別之處在於所述外管柱包括依次連接的封隔器、延伸管、充填滑套、聯接密封筒、聯接接箍、延伸管、定位接箍、延伸管、快速接頭、盲管、篩管、脫砂閥密封筒、篩管、防液鎖密封筒和雙級浮鞋；所述服務工具包括依次連接的座封工具、充填工具、防抽吸閥、滑套開關工具、定位工具、分級脫砂閥及底部密封。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填工具的特別之處還在於所述充填工具包括儲存並排除充填落砂的儲砂槽、所述儲砂槽上設置的密封環以及形成充填環形空間的衝管外層管、中心管、分流滑套、雙筒體、充填球座，所述分流滑套位於所述衝管外層管和所述中心管的上端，所述雙筒體位於所述衝管外層管和所述中心管的下端，所述雙筒體下端與所述充填球座相連；所述分流滑套上設置有返出孔，所述雙筒體上設置有充填孔。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填工具的特別之處還在於所述分流滑套設置有與所述充填環形空間相連通的分流環形空間，所述分流環形空間連接有反洗管，所述反洗管的外層壁設置有所述返出孔、所述反洗管內層壁設置有分流孔。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填工具的特別之處還在於所述雙筒體內、外筒壁分別與所述中心管、所述衝管外層管相連接，所述雙筒體的內通道與所述中心管相連通，所述雙筒體的外通道與所述衝管外層管和中心管之間的充填環形空間相連通。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填工具的特別之處還在於所述充填球座包括球座主體以及位於所述球座主體內部的小球座,所述小球座上、下兩端分別連接有座封球鎖緊裝置、反向截流裝置，所述球座主體上設置有剪切銷釘。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填工具的特別之處還在於所述防抽吸閥包括帶孔體；所述帶孔體內設置有與之可以發生相對運動的聯動裝置；所述聯動裝置上設置有液流孔；所述聯動裝置上方連接有所述單流閥體，所述單流閥體上方連接有聯閥彈簧；所述聯動裝置下端通過連接銷釘連接有彈性套，所述彈性套上設置有鎖定所述彈性套的鎖定裝置。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填工具的特別之處還在於所述鎖定裝置包括鎖定所述單流閥體打開位置的開鎖定裝置和鎖定所述單流閥體關閉位置的關鎖定裝置，所述開鎖定裝置位於所述關鎖定裝置上方。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填工具的特別之處還在於所述分級脫砂閥設置有流通孔、連通孔、進液孔，所述進液孔處設置有封孔體，所述封孔體連接有脫砂閥活塞和鎖塊。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填工具的特別之處還在於所述脫砂閥活塞固定連接有聯動活塞，所述聯動活塞上設置有聯動彈簧。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填工具的特別之處還在於所述防液鎖密封筒包括所述防液鎖密封筒壁上設置的上連通孔、下連通孔，所述上連通孔與所述下連通孔之間的密封筒活塞，所述密封筒活塞連接有密封筒彈簧。採用本發明的水平井裸眼礫石充填工具的本發明的水平井裸眼礫石充填方法，包括依次進行的以下步驟(I)下入水平井裸眼礫石充填工具到預定位置；(2 )座封頂部封隔器，使座封工具與頂部封隔器丟手，驗封頂部封隔器；(3)酸洗管柱及關閉防抽吸閥；(4)充填作業前的循環測試；(5)充填作業；(6)反循環作業。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填方法的特別之處還在於所述步驟(I)為將下入水平井裸眼礫石充填工具到預定位置，下入過程中從管柱最底部正循環作業；所述步驟(2)為所述水平井裸眼礫石充填工具下入到位後，投球並使球落在座封球座上面，向油管打壓達到一定壓力時，座封頂部封隔器；從油管打壓或者正轉服務工具，使座封工具與所述頂部封隔器丟手；然後上提所述服務工具，從套管打壓，通過觀察地面壓力表穩壓，以檢驗所述頂部封隔器座封是否合格，若壓力下降，則表明所述頂部封隔器沒有完全座封，然後再次進行座封並驗封頂部封隔器；所述步驟(3)為上提所述服務工具，使所述充填工具上的充填孔提出頂部封隔器，正打設計酸液至所述頂部封隔器上端，然後反循環洗出服務工具內的酸液；將防抽吸閥上的彈性套提至聯接密封筒的下端，通過所述彈性套帶動聯動裝置關閉所述防抽吸閥上的單流閥體，並通過所述防抽吸閥上的關鎖定裝置加以鎖定；所述步驟(4)為下放服務工具，將定位工具下壓定位於定位接箍的上端，將所述服務工具加以定位，攜砂液通過所述充填孔，經充填滑套上的出液孔進入裸眼段的油層，所述攜砂液中的砂子經篩管阻擋留在油層中，其液體通過所述篩管進入外管柱與服務工具之間的防砂外管柱內，自所述底部密封下端孔進入所述服務工具後繼續向上流動，進入所述充填工具的雙筒體並進入由中心管和外層管形成的充填環形空間，經所述充填工具上的返出孔進入套管與服務工具的環空，建立正循環，進行充填作業前的循環測試；所述步驟(5)為所述充填作業前的循環測試完畢後，進行充填作業；在充填過程中，所述服務工具的脫砂閥密封筒外側被充填，分級脫砂閥上的密封環與脫砂閥密封筒配合，隔離所述分級脫砂閥外部的上端與下端，使分級脫砂閥外部的上端與下端產生壓力差推動脫砂閥活塞下移，使進液孔與連通孔相連通形成循環通道，分級脫砂完成後繼續充填上半段，直至充填完成；所述步驟(6)為上提所述服務工具，使所述充填孔位於頂部封隔器上端，由套管打壓，水流從所述充填孔進入中心管內部，由中心管內部進入座封工具，進入鑽杆，返到地面，建立反循環，進行反洗充填砂的作業。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填方法的特別之處還在於在所述步驟(6)以後，進行步驟(7)先激活防抽吸閥，再激活分流滑套，並進行檢驗分流滑套打開狀況；最後進行步驟(8)打開防抽吸閥，正循環替出破膠液。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填方法的特別之處還在於所述步驟(7)的操作方法為將所述服務工具上所有密封提出頂部封隔器，此時防抽吸閥也被提出頂部封隔器，然後下放所述彈性套至所述頂部封隔器的中心管上端，所述彈性套掛住所述頂部封隔器上的中心管，此時，所述防抽洗閥的帶孔體相對於所述彈性套相對向下移動，所述彈性套帶動聯動裝置相對向上移動所述聯動裝置將單流閥體撐起打開，同時所述聯動裝置上的液流孔也處於打開狀態，並通過開鎖定裝置將彈性套鎖定，所述防抽吸閥被打開；然後投球到所述服務工具分流滑套的內滑套上，油管打壓剪斷剪切銷釘，內滑套向下移動，當鎖環進入內滑套的槽內，鎖定內滑套，此時分流孔與分流環形空間連通，內滑套將反洗管上的進液孔關閉，分流滑套被激活；然後下放所述服務工具，向套管打壓，壓力表顯示壓力上升，表明所述分流滑套處於完全關閉狀態；若壓力下降，則表明所述分流滑套沒有完全關閉，重新激活分流滑套並進行檢驗分流滑套操作。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填方法的特別之處還在於所述步驟(8)為先上提服務工具，此時所述防抽吸閥被關閉，然後需下放所述服務工具，將所述防抽吸閥的彈性套下放至頂部封隔器的中心管上端，同時加壓，通過防抽吸閥上的開關裝置帶動聯動裝置打開單流閥體，並通過開鎖定裝置鎖定，將所述防抽吸閥打開，；將所述充填工具底端的密封裝置提出頂部封隔器上端後，投球，正打壓28-32Mpa，連通所述充填工具上的分流滑套上的分流孔與分流環形空間，建立新的正循環通道，將破膠液頂替至充填井段，徹底清除泥餅。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填方法的特別之處還在於步驟(8)所述的新的正循環通道為水流通過鑽杆經分流滑套上的分流孔進入分流環形空間，再經與之連通的所述充填工具上的中心管和衝管外層管之間的環形空間通過防抽吸閥上已經打開的單流閥體進入下部衝管，並經底部密封流出，進入服務服務工具與防砂外管柱之間的環形空間。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填方法的特別之處還在於所述步驟(I)下入過程中，正打完井液，水流通過所述服務工具到達雙級浮鞋並頂開所述雙級浮鞋上的單向閥裝置，從低端孔流出，所述水流攜帶雙級浮鞋前端的巖屑等物質經防砂管柱與裸眼之間形成的環形空間進入鑽杆與套管之間形成的環空內，然後返出地面，清洗乾淨防砂管柱前端的巖屑，從而確保防砂管柱下入到位。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填方法的特別之處還在於所述步驟(2)中上提管柱時，當產生抽吸時，出現防液鎖密封筒與底部密封配合，密封段上端的壓力大於下端的壓力，此時的壓差將推動活塞下移，同時連通防液鎖密封筒上的上連通孔和下連通孔，使防液鎖密封筒與底部密封配合的密封段上端和下端的壓差被平衡掉，消除液鎖。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填方法的特別之處還在於所述步驟(5)充填作業過程中，所述分級脫砂閥外部的上端、下端相互隔離，脫砂閥密封筒下端篩管外部的砂量增多，此時脫砂閥密封筒下端壓力小於脫砂閥密封筒上端壓力，所述上端壓力與所述下端壓力之間產生的壓力差為200PSI，所述壓力差推動所述脫砂閥活塞向下移動，所述脫砂閥活塞帶動與其連接的聯動活塞同時向下移動，從而使進液孔與連通孔相連通。為了進一步改進現有技術，本發明的水平井裸眼礫石充填方法的特別之處還在於所述步驟(8)替換破膠液的方式為水流通過鑽杆經分流滑套上的分流孔進入分流環形空間，再經與之連通的由所述充填工具上的中心管和衝管外層管形成的環形空間，通過防抽吸閥上已經打開的單流閥體進入下部衝管，並經底部密封流出，進入服務服務工具與防砂外管柱之間的環形空間，正循環同時替換出防砂外管柱內的破膠液。本發明水平井裸眼礫石充填工具及其使用方法，採用由上往下的充填方式。由上往下的充填方式是由充填滑套和充填工具配合實現的套管與外管柱之前形成的環空上部有頂部封隔器座封，頂部封隔器上的膠筒漲開，起到密封的作用；服務工具與外管柱之間，以充填滑套為準，上部有分流滑套上的硫化環與頂部封隔器上的中心管密封，下部有充填工具下部連接杆上的硫化環與滑套密封筒密封。充填過程中，攜砂液經油管進入，因防抽吸閥關閉，攜砂液不能經此通過，只能經服務工具的充填工具的充填孔進入外管柱與服務工具之間的環空，經充填滑套上的出液孔進入裸眼段油層，因攜砂液中的砂子被篩管阻擋在油層，液體通過篩管進入防砂外管柱內(外管柱與服務工具之間的空間)，自底部密封下端孔進入服務工具後繼續向上流動，直至進入充填工具的雙筒體並進入與之連通中心管和外層管形成的充填環形空間，經充填工具上的返出孔進入套管與服務工具的環空，水流返出地面,至此完成由上往下的充填。總之，本發明與現有技術相比有以下優點
(O下鑽過程中保證整體管柱流道暢通，可正循環，以防遇阻；
(2)一次投球，完成座封、充填，無需反洗球作業；
(3)保證所有作業階段靜液柱壓力作用在地層上，確保井壁穩定；
(4)分級脫砂，可進行長水平段的作業，保證作業過程中不壓裂地層； (5)定位工具確保工具在充填作業過程中不移位；
(6)設有防液鎖密封筒，避免防砂管柱的下部密封在投球座封后產生液鎖，過提打開通道，平衡上下壓力；
(7)具有防抽吸功能，充填作業前，保證通道暢通；
(8)下入過程中，能從管柱最底部循環，確保防砂管柱能夠下入到位；
(9)防止水擊，避免剪切座封球座時對地層形成水擊作用；
(10)充填作業後，一次投球，不需要反洗球即可正替破膠液；
(11)充填作業完成後，可實現從服務工具最底端將破膠液頂替至裸眼段。


圖1為本發明的內外管柱連接關係結構示意圖。圖2為圖1所示的充填工具結構示意圖。圖3為圖2所示的充填球座結構示意圖。圖4為圖2所示的分流滑套結構示意圖。圖5為圖2所示的儲砂槽結構示意圖。圖6為圖1所示防抽吸閥結構示意圖，其中，圖6(1)為防抽吸閥打開狀態示意圖，圖6 (2)為防抽吸閥關閉狀態示意圖。圖7為圖1所示的分級脫砂閥結構示意圖。圖8為圖1所示的防液鎖密封筒結構示意圖，其中，8 (I)為防液鎖密封筒通過狀態示意圖，8 (2)為防液鎖密封筒下入狀態示意圖。圖9為圖1所示的下入位置狀態示意圖。圖10為圖1所示的投球座封封隔器位置狀態示意圖。圖11為圖1所示的驗封封隔器位置狀態示意圖。圖12為圖1所示的酸洗管柱位置狀態示意圖。圖13為圖1所示的關閉防抽吸閥位置狀態示意圖。圖14為圖1所示的充填位置狀態示意圖。圖15為圖1所示的反循環位置狀態示意圖。圖16為圖1所示的投球激活分流滑套位置狀態示意圖。圖17為圖1所示的激活防抽吸閥位置狀態示意圖。圖18為圖1所示的正替破膠液位置狀態示意圖。
具體實施例方式為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過以下兩個具體實施方式
，並結合其附圖，對本方案進行闡述。本發明的一種水平井裸眼礫石充填工具如圖1所示。其包括外管柱和服務工具，服務工具位於外管柱內，外管柱包括依次連接的封隔器1、延伸管2、充填滑套3、聯接密封筒4、聯接接箍5、延伸管2、定位接箍6、延伸管2、快速接頭7、盲管8、篩管9、脫砂閥密封筒
10、篩管9、防液鎖密封筒11和雙級浮鞋12 ;服務工具包括依次連接的座封工具13、充填工具14、防抽吸閥15、滑套開關工具16、定位工具17、分級脫砂閥18及底部密封19。
其中，所述水平井裸眼礫石充填工具的服務工具的充填工具14如圖2-5所示。充填工具14包括儲存並排除充填落砂的儲砂槽148、儲砂槽148上設置的密封環149以及形成充填環形空間的衝管外層管145、中心管144、分流滑套143、雙筒體146、充填球座147，分流滑套143位於衝管外層管145和中心管144的上端，雙筒體146位於衝管外層管145和中心管144的下端，雙筒體146下端與充填球座147相連；分流滑套143上設置有返出孔141，雙筒體146上設置有充填孔142。分流滑套設置有與充填環形空間相連通的分流環形空間1432，分流環形空間1432連接有反洗管1436，反洗管1436的外層壁設置有返出孔141、反洗管1436內層壁設置有分流孔1431。雙筒體146內、夕卜筒壁分別與中心管144、衝管外層管145相連接，雙筒體146的內通道與中心管144相連通，雙筒體146的外通道與衝管外層管145和中心管144之間的充填環形空間相連通。充填球座147包括球座主體1474以及位於球座主體1474內部的小球座，小球座1473上、下兩端分別連接有座封球鎖緊裝置1471、反向截流裝置1472，球座主體1474上設置有剪切銷釘1475。其中，所述水平井裸眼礫石充填工具的服務工具的防抽吸閥15如圖6所示。防抽吸閥包括帶孔體158 ;帶孔體158內設置有與之可以發生相對運動的聯動裝置154 ;聯動裝置154上設置有液流孔152 ;聯動裝置154上方連接有單流閥體153，單流閥體153上方連接有聯閥彈簧159 ;聯動裝置154下端通過連接銷釘157連接有彈性套151，彈性套151上設置有鎖定彈性套151的鎖定裝置。鎖定裝置包括鎖定單流閥體153打開位置的開鎖定裝置155和鎖定單流閥體153關閉位置的關鎖定裝置156，開鎖定裝置155位於關鎖定裝置
156上方。其中，所述水平井裸眼礫石充填工具服務工具的分級脫砂閥18如圖7所示。分級脫砂閥18設置有流通孔188、連通孔182、進液孔185，進液孔185處設置有封孔體189，封孔體189連接有脫砂閥活塞181和鎖塊187。脫砂閥活塞181固定連接有聯動活塞183，聯動活塞183上設置有聯動彈簧186。其中，所述水平井裸眼礫石充填工具的外管柱的防液鎖密封筒11如圖8所示。防液鎖密封筒11包括防液鎖密封筒壁上設置的上連通孔112、下連通孔113，上連通孔112與下連通孔113之間的密封筒活塞111，密封筒活塞111連接有密封筒彈簧114。本發明水平井裸眼礫石充填方法如圖9-18所示。其包括依次進行的以下步驟
(I)下入水平井裸眼礫石充填工具，下入過程中從管柱最底部正循環作業(邊下整體
工具邊油管打壓，油管打壓時將雙級浮鞋12打開，將堵在雙級浮鞋12的砂子返出)，確保防砂管柱能夠下入到位。(2)在下入位置，充填工具14的充填孔142上下兩端處於密封狀態，投球座封，球落在座封球座147上面，油管打壓10-15Mpa，水流不能經座封球座147通過，此時起壓(壓力上升);當達到一定壓力時，剪切銷釘1475剪斷，小球座1473向下移動，小球座1473上的分流孔與主體1474上的分流孔對齊，同時，座封球鎖緊裝置1471將球鎖定在球座1473上，連通環空(油管與套管之間的環形空間)，座封頂部封隔器I ;從油管打壓23-25 Mpa或正轉服務工具8-10圈，使座封工具13與頂部封隔器I丟手；通過外管柱的防液鎖密封筒11與服務工具底部密封19的配合，當產生抽吸時，出現防液鎖密封筒11與底部密封19配合的密封段上端的壓力大於下端的壓力，此時的壓差通過上接頭的上連通孔112進入，推動密封筒活塞111下移，密封筒活塞111壓縮密封筒彈簧114，同時連通防液鎖密封筒11上的上連通孔112和下連通孔113，使防液鎖密封筒11與底部密封19配合的密封段上端和下端的壓差被平衡掉，避免丟手上提管柱時產生液鎖現象；檢驗頂部封隔器I密封情況，以下入位置為準，上提服務工具，將充填工具14頂端的密封環149處於頂部封隔器I的中心管內，從套管打壓6-8 MPa，通過觀察地面壓力表穩壓，證明頂部封隔器I座封合格，若壓力下降，表明頂部封隔器I沒有完全座封，需重新座封。(3)酸洗管柱，以驗封位置為準，上提服務工具，將充填工具14上的充填孔142提出頂部封隔器1，正打設計酸液至頂部封隔器I上端，然後反循環洗出管柱內的酸液；將防抽吸閥15的彈性套151提至聯接密封筒4的下端，通過防抽吸閥15上的彈性套151帶動聯動裝置154關閉單流閥體153，並通過鎖定裝置155鎖定；以確保反循環時流體不會經過該閥進入地層漏失。(4)充填作業:以酸洗位置為準，下放服務工具，將定位工具17下壓定位於定位接箍6的上端，以確保作業過程中水平井裸眼礫石充填工具的服務工具不移位，便可對油層進行充填作業，攜砂液通過服務工具的充填工具14的充填孔142，經充填滑套3上的出液孔進入裸眼段的油層，因攜砂液中的砂子被篩管9阻擋在油層，液體通過篩管9進入防砂外管柱內(外管柱與服務工具之間的空間)，自底部密封19下端孔進入服務工具後繼續向上流動，直至進入充填工具14的雙筒體146並進入與之連通中心管144和外層管145形成的環形空間，經充填工具14上的返出孔141進入套管與服務工具的環空(套管與服務工具之間的空間)，建立正循環，此時可進行充填作業前的循環測試、充填作業。(5)充填過程中，β波返至脫砂閥密封筒10，該密封筒的外側被充填，分級脫砂閥18上的密封環184與脫砂閥密封筒10配合隔離了分級脫砂閥18外部的上端與下端，使分級脫砂閥18外部的上端壓力高於下端壓力，脫砂閥密封筒10下端篩管9外部的砂量增多，此時脫砂閥密封筒10下端壓力小於脫砂閥密封筒10上端壓力，上端水流壓差200PSI作用在脫砂閥活塞181上，並推動脫砂閥活塞181下移，鎖定結構(小鎖塊)187被釋放(鎖塊被彈起)，同時帶動聯動活塞183下移，進而進液孔185與連通孔182相連通，建立新的循環通道，實現了分級脫砂後繼續充填上半段的作用，直至充填完成。(6)反循環:以充填位置為準，上提服務工具，使充填工具14的充填孔142位於頂部封隔器I上端，由套管打壓，水流從充填工具14的充填孔142進入中心管144內部，由中心管144內部進入座封工具13，進入鑽杆，返到地面，建立反循環，進行反洗充填砂的作業。(7)打開防抽吸閥15、激活分流滑套143、驗分流滑套143 (圖17):上提服務工具，將服務工具上所有密封提出封隔器1，此時，防抽吸閥15也被提出封隔器1，然後下放服務工具，將防抽吸閥15上的彈性套151下放至封隔器I的中心管上端，防抽吸閥15上的彈性套151掛住封隔器I上的中心管(彈性套151的最大外徑稍大於封隔器I上中心管的內徑)，此時，帶孔體158相對於彈性套151產生相對向下移動，彈性套151與聯動裝置154之間有連接銷釘157連接，防抽吸閥158上的彈性套151帶動聯動裝置154相對向上移動，連接銷釘157在帶孔體158上的凹槽內向上移動，將聯動裝置154上的液流孔152打開，同時聯動裝置154將單流閥體153撐起打開，並通過鎖定裝置155將彈性套151鎖定。此時防抽吸閥15處於打開狀態，然後投球到服務工具分流滑套143的內滑套1433上，油管打壓，將剪切銷釘1434剪斷，內滑套1433向下移動，當鎖環1435進入內滑套1433的槽內，內滑套1433被鎖定無法向下移動，此時分流孔1431與分流環形空間1432連通，內滑套1433將反洗管1436上的進液孔關閉，分流滑套143被激活；檢驗分流滑套143 :以激活分流滑套143位置為準，下放服務工具(將分流滑套143上的硫化環下放到封隔器I的中心管內)，套管打壓，水流由套管進入，因分流滑套143被激活，水流無法進入服務工具，此時，壓力表顯示起壓(壓力上升)，表明分流滑套處於完全關閉狀態；若壓力下降，表明分流滑套沒有完全關閉，需重新激活分流滑套。(8)打開防抽吸閥15 (正替破膠液時，從驗分流滑套143位置，上提服務工具，此時防抽吸閥15關閉；正替破膠液前，要將防抽吸閥15打開)，正替破膠液下放服務工具，將防抽吸閥15的彈性套151下放至頂部封隔器I的中心管上端同時加壓，通過防抽吸閥15上的彈性套151帶動聯動裝置154打開單流閥體153，並通過開鎖定裝置155鎖定，從而打開防抽吸閥15 ;將充填工具14底端的密封裝置提出頂部封隔器I上端後，投球，正打壓28-32Mpa，連通充填工具14上的分流滑套143上的分流孔1431與環形空間1433，建立新的正循環通道水流通過鑽杆經分流滑套143上的分流孔1431進入環形空間1433，再經與之連通的充填工具14上的中心管144和衝管外層管145之間的環形空間通過防抽吸閥15上已經打開的單流閥體153進入下部衝管，並經底部密封19流出，進入服務內管柱與防砂外管柱之間的環形空間。將破膠液頂替至充填井段，以徹底清除泥餅。其中，所述的能確保防砂管柱下入到位是通過防砂管柱底部的雙級浮鞋12進行正循環作業，邊衝邊下實現的下入過程中，正打完井液，水流通過服務工具到達雙級浮鞋12並頂開雙級浮鞋12上的單向閥裝置從低端孔流出，水流攜帶雙級浮鞋12前端的巖屑等經防砂管柱和裸眼的環形空間進入鑽杆和套管的環空內，返出地面，清洗乾淨防砂管柱前端的巖屑，確保防砂管柱下入到位。其中，所述防液鎖(圖8)是通過外管柱的防液鎖密封筒11與服務工具底部密封19的配合，平衡壓力實現的上提管柱時，當產生抽吸時，出現防液鎖密封筒11與底部密封19配合的密封段上端的壓力大於下端的壓力，此時的壓差通過上接頭的上連通孔112進入，推動密封筒活塞111下移，密封筒活塞111壓縮密封筒彈簧114，同時連通防液鎖密封筒11上的上連通孔112和下連通孔113，使防液鎖密封筒11與底部密封19配合的密封段上端和下端的壓差被平衡掉，消除液鎖。其中，所述封隔器的驗封、酸洗管柱、循環測試或充填和反循環作業是通過變換水平井裸眼礫石充填工具服務工具的充填工具14和外管柱的相對位置來實現的檢驗頂部封隔器I時，將充填工具14頂端的密封環149處於頂部封隔器I的中心管內；循環測試或充填時，使充填工具14的充填孔142位於充填滑套3的出液孔處；酸洗管柱和反循環時，使充填工具14的充填孔142位於頂部封隔器I的上端。其中，所述關閉和激活防抽吸閥15 (圖16)是通過防抽吸閥15上的彈性套151與外管柱的配合來實現的關閉防抽吸閥15時，以酸洗管柱位置為準，上提服務工具，將防抽吸閥15上的彈性套151過提至外管柱聯接密封筒4的下端，此時，彈性套151上的臺階會掛住聯接密封筒4 (彈性套151的最大外徑稍大於聯接密封筒4的最小內徑)，此時，帶孔體158相對於彈性套151產生相對向上移動，彈性套151與聯動裝置154之間有連接銷釘157連接，防抽吸閥帶孔體158上的彈性套151帶動聯動裝置154相對向下移動，連接銷釘157在帶孔體158上的凹槽內向下移動，將聯動裝置154上的液流孔152關閉，同時彈簧159將單流閥體153下壓關閉，並通過關鎖定裝置156將彈簧套151鎖定；打開防抽吸閥15時，以下入位置為準，先上提服務工具，再下放服務工具(即將防抽吸閥15上的彈性套151下放至封隔器I的中心管上端，此時壓力表上有負荷顯示，壓力上升)，防抽吸閥15上的彈性套151掛住封隔器I上的中心管(彈性套151的最大外徑稍大於封隔器I上中心管的內徑)，此時，帶孔體158相對於彈性套151產生相對向下移動，彈性套151與聯動裝置154之間有連接銷釘157連接，防抽吸閥158上的彈性套151帶動聯動裝置154相對向上移動，連接銷釘
157在帶孔體158上的凹槽內向上移動，將聯動裝置154上的液流孔152打開，同時聯動裝置154將單流閥體153撐起打開，並通過開鎖定裝置155將彈性套151鎖定。其中，所述依次分級脫砂是通過每段上的分級脫砂閥18與脫砂閥密封筒10配合實現的脫砂閥密封筒10上下兩端為篩管9，充填時，攜砂液被充填到篩管與套管之間的環形空間內，一部分水流經脫砂閥密封筒10上部篩管進入服務工具，一部分水流經脫砂閥密封筒10下部篩管進入服務工具，此時，上部水流經進液孔185進入小環空，進而推動脫砂閥活塞181，下部水流經流通孔188進入小環空向上推動聯動活塞183，上下壓力平衡；充填過程中，脫砂閥密封筒10下端篩管9外部的砂量增多，此時脫砂閥密封筒10下端壓力小於脫砂閥密封筒10上端壓力，上端水流壓差作用在脫砂閥活塞181上，並推動脫砂閥活塞181下移，鎖塊187被釋放(鎖塊187被彈起)，帶動聯動活塞183下移，同時上端水流壓差推動封孔體189向下移動，使進液孔185與連通孔182相連通，水流經連通孔182進入服務工具，向上返出，實現了分級脫砂後繼續充填上半段的作用，直至充填完成，確保充填的完整及密實性。其中，所述激活充填工具14上的分流滑套143 (圖17)是通過投球和變換充填工具14上的分流滑套143與充填工具14的相對位置來實現的以反循環位置為準，上提服務工具，將服務工具上所有密封提出封隔器1，防抽吸閥15上的彈性套151下放至封隔器I的中心管上端，防抽吸閥15上的彈性套151掛住封隔器I上的中心管(彈性套151的最大外徑稍大於封隔器I上中心管的內徑)，此時，帶孔體158相對於彈性套151產生相對向下移動，彈性套151與聯動裝置154之間有連接銷釘157連接，防抽吸閥158上的彈性套151帶動聯動裝置154相對向上移動，連接銷釘157在帶孔體158上的凹槽內向上移動，將聯動裝置154上的液流孔152打開，同時聯動裝置154將單流閥體153撐起打開，並通過開鎖定裝置155將彈性套151鎖定。此時防抽吸閥15處於打開狀態，然後投球到服務工具分流滑套143的內滑套1433上，油管打壓，將剪切銷釘1434剪斷，內滑套1433向下移動，鎖環1436相對於內滑套1433向上移動，當鎖環1435進入內滑套1433的槽內，內滑套1433被鎖定無法向下移動，此時分流孔1431與分流環形空間1432連通，內滑套1433將反洗管1436上的進液孔關閉，分流滑套143被激活。其中，所述正替破膠液(圖18)是通過上述所激活的充填工具14上的分流滑套143而建立的新循環通道來實現的水流通過鑽杆經分流滑套143上的分流孔1431進入分流環形空間1432，再經與之連通的充填工具14上的中心管144和衝管外層管145之間的環形空間通過防抽吸閥15上已經打開的單流閥體153進入下部衝管，並經底部密封19流出，進入服務內管柱與防砂外管柱之間的環形空間。正循環一個標準鑽杆容積，替出防砂外管柱內的破膠液。
權利要求
1.一種水平井裸眼礫石充填工具，包括外管柱和服務工具，所述服務工具位於所述外管柱內，其特徵在於:所述外管柱包括依次連接的封隔器(I)、延伸管(2)、充填滑套(3)、聯接密封筒(4)、聯接接箍(5)、延伸管(2)、定位接箍(6)、延伸管(2)、快速接頭(7)、盲管(8)、篩管(9)、脫砂閥密封筒(10)、篩管(9)、防液鎖密封筒(11)和雙級浮鞋(12);所述服務工具包括依次連接的座封工具(13)、充填工具(14)、防抽吸閥(15)、滑套開關工具(16)、定位工具(17 )、分級脫砂閥(18 )及底部密封(19 )。
2.根據權利要求1所述的水平井裸眼礫石充填工具，其特徵在於:所述充填工具(14)包括儲存並排除充填落砂的儲砂槽(148)、所述儲砂槽(148)上設置的密封環(149)以及形成充填環形空間的衝管外層管(145)、中心管(144)、分流滑套(143)、雙筒體(146)、充填球座(147)，所述分流滑套(143)位於所述衝管外層管(145)和所述中心管(144)的上端，所述雙筒體(146)位於所述衝管外層管(145)和所述中心管(144)的下端，所述雙筒體(146)下端與所述充填球座(147)相連；所述分流滑套(143)上設置有返出孔(141 )，所述雙筒體(146)上設置有充填孔(142)。
3.根據權利要求2所述的水平井裸眼礫石充填工具，其特徵在於:所述分流滑套設置有與所述充填環形空間相連通的分流環形空間(1432)，所述分流環形空間(1432)連接有反洗管(1436)，所述反洗管(1436)的外層壁設置有所述返出孔(141 )、所述反洗管(1436)內層壁設置有分流孔(1431)。
4.根據權利要求2或者3所述的水平井裸眼礫石充填工具，其特徵在於:所述雙筒體(146)內、外筒壁分別與所述中心管(144)、所述衝管外層管(145)相連接，所述雙筒體(146)的內通道與所述中心管(144)相連通，所述雙筒體(146)的外通道與所述衝管外層管(145)和中心管(144)之間的充填環形空間相連通。
5.根據權利要求2或者3所述的水平井裸眼礫石充填工具，其特徵在於:所述充填球座(147)包括球座主體(1474)以及位於所述球座主體(1474)內部的小球座,所述小球座(1473)上、下兩端分別連接有座封球鎖緊裝置(1471)、反向截流裝置(1472)，所述球座主體(1474)上設置有剪切銷釘(1475)。
6.根據權利要求1或者2或者3所述的水平井裸眼礫石充填工具，其特徵在於:所述防抽吸閥包括帶孔體(158);所述帶孔體(158)內設置有與之可以發生相對運動的聯動裝置(154);所述聯動裝置(154)上設置有液流孔(152);所述聯動裝置(154)上方連接有所述單流閥體(153)，所述單流閥體(153)上方連接有聯閥彈簧(159);所述聯動裝置(154)下端通過連接銷釘(157)連接有彈性套(151 )，所述彈性套(151)上設置有鎖定所述彈性套(151)的鎖定裝置。
7.根據權利要求6所述的水平井裸眼礫石充填工具，其特徵在於:所述鎖定裝置包括鎖定所述單流閥體(153)打開位置的開鎖定裝置(155)和鎖定所述單流閥體(153)關閉位置的關鎖定裝置(156)，所述開鎖定裝置(155)位於所述關鎖定裝置(156)上方。
8.根據權利要求1或者2或者3所述的水平井裸眼礫石充填工具，其特徵在於:所述分級脫砂閥(18)設置有流通孔(188)、連通孔(182)、進液孔(185)，所述進液孔(185)處設置有封孔體(189)，所述封孔體(189)連接有脫砂閥活塞(181)和鎖塊(187)。
9.根據權利要求8所述的水平井裸眼礫石充填工具，其特徵在於:所述脫砂閥活塞(181)固定連接有聯動裝置(183)， 所述聯動裝置(183)上設置有聯動彈簧(186)。
10.根據權利要求1或者2或者3所述的水平井裸眼礫石充填工具，其特徵在於:所述防液鎖密封筒(11)包括所述防液鎖密封筒壁上設置的上連通孔(112)、下連通孔(113)，所述上連通孔(112)與所述下連通孔(113 )之間的密封筒活塞(111)，所述密封筒活塞(111)連接有密封筒彈簧(114)。
11.一種水平井裸眼礫石充填方法，其特徵在於:包括依次進行的以下步驟: (1)下入水平井裸眼礫石充填工具到預定位置； (2)座封頂部封隔器，使座封工具與頂部封隔器丟手，驗封頂部封隔器； (3)酸洗管柱及關閉防抽吸閥； (4)充填作業前的循環測試； (5)充填作業； (6)反循環作業。
12.根據權利要求11所述的水平井裸眼礫石充填方法，其特徵在於: 所述步驟(I)為:將下入水平井裸眼礫石充填工具到預定位置，下入過程中從管柱最底部正循環作業； 所述步驟(2)為:所述水平井裸眼礫石充填工具下入到位後，投球並使球落在座封球座(147)上面，向油管打壓達到一定壓力時，座封頂部封隔器(I);從油管打壓或者正轉服務工具，使座封工具(13)與所述頂部封隔器I丟手；然後上提所述服務工具，從套管打壓，通過觀察地面壓力表穩壓，以檢驗所述頂部封隔器I座封是否合格，若壓力下降，則表明所述頂部封隔器(I)沒有完全座封，然後再次進行座封並驗封頂部封隔器； 所述步驟(3)為:上提所述服務工具，使所述充填工具(14)上的充填孔(142)提出頂部封隔器，正打設計酸液至所述頂部封隔器(I)上端，然後反循環洗出服務工具內的酸液；將防抽吸閥(15)上的彈性套(151)提至聯接密封筒(4)的下端，通過所述彈性套(151)帶動聯動裝置(154)關閉所述防抽吸閥(15)上的單流閥體(153)，並通過所述防抽吸閥(15)上的關鎖定裝置(156)加以鎖定； 所述步驟(4)為:下放服務工具，將定位工具(17)下壓定位於定位接箍(6)的上端，將所述服務工具加以定位，攜砂液通過所述充填孔(142)，經充填滑套(3)上的出液孔進入裸眼段的油層，所述攜砂液中的砂子經篩管(9)阻擋留在油層中，其液體通過所述篩管(9)進入外管柱與服務工具之間的防砂外管柱內，自所述底部密封(19 )下端孔進入所述服務工具後繼續向上流動，進入所述充填工具(14)的雙筒體(146)並進入由中心管(144)和外層管(145)形成的充填環形空間，經所述充填工具(14)上的返出孔(141)進入套管與服務工具的環空，建立正循環，進行充填作業前的循環測試； 所述步驟(5)為:所述充填作業前的循環測試完畢後，進行充填作業；在充填過程中，所述服務工具的脫砂閥密封筒(10)外側被充填，分級脫砂閥(18)上的密封環(184)與脫砂閥密封筒(10)配合，隔離所述分級脫砂閥(18)外部的上端與下端，使分級脫砂閥外部的上端與下端產生壓力差推動脫砂閥活塞(181)下移，使進液孔(185)與連通孔(182)相連通形成循環通道，分級脫砂完成後繼續充填上半段，直至充填完成； 所述步驟(6)為:上提所述服務工具，使所述充填孔(142)位於頂部封隔器(I)上端，由套管打壓，水流從所述充填孔(142)進入中心管(144)內部，經由中心管(144)內部進入座封工具(13)，進入鑽杆，返到地面，建立反循環，進行反洗充填砂的作業。
13.根據權利要求12所述的水平井裸眼礫石充填方法，其特徵在於:在所述步驟(6)以後，進行步驟(7)先激活防抽吸閥，再激活分流滑套，並進行檢驗分流滑套打開狀況；最後進行步驟(8)打開防抽吸閥，正循環替出破膠液。
14.根據權利要求13所述的水平井裸眼礫石充填方法，其特徵在於:所述步驟(7)的操作方法為:將所述服務工具上所有密封提出頂部封隔器(1)，此時防抽吸閥(15)也被提出頂部封隔器(1)，然後下放所述彈性套(151)至所述頂部封隔器(I)的中心管(144)上端，所述彈性套(151)掛住所述頂部封隔器(I)上的中心管(144)，此時，所述防抽洗閥的帶孔體(158)相對於所述彈性套(151)相對向下移動，所述彈性套(151)帶動聯動裝置(154)相對向上移動所述聯動裝置(154)將單流閥體(153)撐起打開，同時所述聯動裝置(154)上的液流孔(152)也處於打開狀態，並通過開鎖定裝置(155)將彈性套(151)鎖定，所述防抽吸閥(15)被打開；然後投球到所述分流滑套(143)的內滑套(1433)上，油管打壓剪斷剪切銷釘(1434)，內滑套(1433)向下移動，當鎖環(1435)進入內滑套(1433)的槽內，鎖定內滑套(1433)，此時分流孔(1431)與分流環形空間(1432)連通，內滑套(1433)將反洗管(1436)上的分流孔(1431)關閉，分流滑套(143)被激活；然後下放所述服務工具，向套管打壓，壓力表顯示壓力上升，表明所述分流滑套(143)處於完全關閉狀態；若壓力下降，則表明所述分流滑套(143)沒有完全關閉，重新激活分流滑套並進行檢驗分流滑套操作。
15.根據權利要求13所述的水平井裸眼礫石充填方法，其特徵在於:所述步驟(8)為:先上提服務工具，此時所述防抽吸閥(15)被關閉，然後需下放所述服務工具，將所述防抽吸閥(15)的彈性套(151)下放至頂部封隔器(I)的中心管(144)上端，同時加壓，通過防抽吸閥(15)上的彈性套(151)帶動聯動裝置(154)打開單流閥體(153)，並通過開鎖定裝置 (155)鎖定，將所述防抽吸閥(15)打開；將所述充填工具(14)底端的密封裝置提出頂部封隔器(I)上端後，投球，正打壓28-32Mpa，連通所述充填工具(14)上的分流滑套(143)上的分流孔(1431)與分流環形空間(1432)，建立新的正循環通道，將破膠液頂替至充填井段，徹底清除泥餅。
16.根據權利要求15所述的水平井裸眼礫石充填方法，其特徵在於:步驟(8)所述的新的正循環通道為:水流通過鑽杆經分流滑套(143)上的分流孔(1431)進入分流環形空間(1432)，再經與之連通的所述充填工具(14)上的中心管(144)和衝管外層管(145)之間的環形空間通過防抽吸閥(15)上已經打開的單流閥體(153)進入下部衝管，並經底部密封(19)流出，進入服務服務工具與防砂外管柱之間的環形空間。
17.根據權利要求11至16任一權利要求所述的水平井裸眼礫石充填方法，其特徵在於:所述步驟(I)下入過程中，正打完井液，水流通過所述服務工具到達雙級浮鞋並頂開所述雙級浮鞋上的單向閥裝置，從低端孔流出，所述水流攜帶雙級浮鞋前端的巖屑等物質經防砂管柱與裸眼之間形成的環形空間進入鑽杆與套管之間形成的環空內，然後返出地面，清洗乾淨防砂管柱前端的巖屑，從而確保防砂管柱下入到位。
18.根據權利要求11至16任一權利要求所述的水平井裸眼礫石充填方法，其特徵在於:所述步驟(2)中上提管柱時，當產生抽吸時，出現防液鎖密封筒與底部密封配合，密封段上端的壓力大於下端的壓力，此時的壓差將推動活塞下移，同時連通防液鎖密封筒上的上連通孔(112)和下連通孔(113)，使防液鎖密封筒(11)與底部密封(19 )配合的密封段上端和下端的壓差被平衡掉，消除液鎖。
19.根據權利要求11至16任一權利要求所述的水平井裸眼礫石充填方法，其特徵在於:所述步驟(5)充填作業過程中，所述分級脫砂閥(18)外部的上端、下端相互隔離，脫砂閥密封筒(10)下端篩管(9)外部的砂量增多，此時脫砂閥密封筒(10)下端壓力小於脫砂閥密封筒(10)上端壓力，所述上端壓力與所述下端壓力之間產生的壓力差為200PSI，所述壓力差推動所述脫砂閥活塞(181)向下移動，所述脫砂閥活塞(181)帶動與其連接的聯動裝置(183)同時向下移動，從而使進液孔(185)與連通孔(182)相連通。
20.根據權利要求13至16任一權利要求所述的水平井裸眼礫石充填方法，其特徵在於:所述步驟(8)替換破膠液的方式為:水流通過鑽杆經分流滑套(143)上的分流孔(1431)進入分流環形空間(1432)，再經與之連通的由所述充填工具(14)上的中心管(144)和衝管外層管(145)形成的環形空間，通過防抽吸閥(15)上已經打開的單流閥體(153)進入下部衝管，並經底部密封(19)流出，進入服務工具與防砂外管柱之間的環形空間，正循環同時替換出防砂外管柱內的破膠 液。
全文摘要
本發明水平井裸眼礫石充填工具及其使用方法，採用水平井裸眼礫石充填工具由上往下的充填油層。充填過程中，攜砂液經油管進入，因防抽吸閥關閉，攜砂液不能經此通過，只能經服務工具的充填工具的充填孔進入外管柱與服務工具之間的環空，經充填滑套上的出液孔進入裸眼段油層，因攜砂液中的砂子被篩管阻擋在油層，液體通過篩管進入防砂外管柱內，自底部密封下端孔進入服務工具後繼續向上流動，直至進入充填工具的雙筒體並進入與之連通中心管和外層管形成的充填環形空間，經充填工具上的返出孔進入套管與服務工具的環空，水流返出地面，至此完成由上往下的充填。
文檔編號E21B37/08GK103075131SQ201210534470
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者王忠祿 申請人:山東瑞豐石油技術有限責任公司