油氣井過濾器管柱外充填環中建立封隔的完井結構的製作方法
2023-12-10 09:15:32 2
油氣井過濾器管柱外充填環中建立封隔的完井結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種油氣井過濾器管柱外充填環中建立封隔的完井結構，包括油氣井井壁和過濾器管柱，油氣井井壁和過濾器管柱之間形成顆粒充填環；在油氣井井壁和過濾器管柱之間的顆粒充填環中設置有至少一個封隔段。封隔段的建立可以沿井筒按照設計的數量分段逐個建立，或者沿井筒按照設計的數量一次性建立起若干段需要的封隔段。本實用新型利用在油氣井過濾器管柱外顆粒充填環中建立封隔段，徹底實現整個井筒的分段控流。
【專利說明】油氣井過濾器管柱外充填環中建立封隔的完井結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種油氣井過濾器管柱外充填環中建立封隔的完井結構，屬於石油和天然氣開採領域。這裡的油氣井是指油氣田開發中廣義的油氣井，包括油井、氣井、天然氣井、注入井、注水井、注蒸汽熱採井、蒸汽吞吐井、蒸汽注入井、深井和超深井，水平井，大斜度井，定向井，直井等。
【背景技術】
[0002]1、油氣井需要分段控流技術:
[0003]在同一口井中，由於地層間的滲透率沿油氣井生產段軸向的差異很大，油水間的粘度差很大，以及其他原因，導致了地層水會沿著滲透率高的地層提前進入井筒，使油氣井產液的含水率大幅度升高，油產量大幅度下降。例如某油氣井的生產段為300米，滲透率高的生產段長30米，地層間滲透率極差為3，地層中的油水的粘度比100，當地層水沿著滲透率高的地層提前進入井筒後，該井產液的含水率會迅速升至95%以上，日產油量降至未出水時日產油量的1/3。上述問題給油田生產帶來了巨大的經濟損失。
[0004]為了解決上述問題，油氣井需要分段控流技術。分段控流技術是將油氣田注入井或開發井的生產段分隔成若干個獨立的區間來同時開發。分段控流技術顯著地減緩了地層水的局部快速推進，延長了無水產油期，避免油產量的快速下降；即使在油氣井出水後，分段控流技術也能有效限制地層水產出量急劇上升，增加日產油量。如前段所述井況的油氣井，在油井見水後，分段控流技術可以將產液含水率控制在60%以下，日產油量增加到控水前的3倍左右。
[0005]分段控流技術不僅應用於水平開採井，對於多層直井/定向井，同樣也能發揮作用，實現多層直井/定向井中的每個小層同時獨立開採。
[0006]由於分段控流技術不僅介質流入時能分段控流，當介質由井筒往地層注入時也能實現分段控流，所以該技術不僅適用於開採井，同樣適用於注入井。如注水井，注酸，注蒸汽井，油田三次採油時注入各種介質等都適用於該技術。能大幅提高工作效率，降低作業成本。
[0007]2、目前油氣井中應用的分段控流方式有下列兩種:
[0008]第一種:如圖1所示，用控流過濾器管柱和封隔器來實現分段控流；圖1中，1-1為封隔器，實現區間的分隔，1-2為控流管柱，實現流量的控制，1-3為裸眼井壁；
[0009]第二種:如圖2所示，用控流過濾器管柱和封隔體實現分段控流。圖2中，2-1為封隔體，2-2為控流過濾器管柱，2-3為裸眼井壁。與第一種分段控流技術不同的是，這裡用封隔體替代了封隔器。封隔體是下入控流過濾器管柱後，通過特定的工藝過程，往控流過濾器管柱與井壁之間的環空(上述環空是廣義的環空，它不僅包括控流過濾器管柱與外管柱或井壁之間的環空，還包括水泥環竄槽、篩管與井壁間的環空、多孔管與井壁間的環空等)充填防竄流封隔顆粒，並堆積緊實而形成的。封隔體的特點是徑向流動幾乎無阻力，軸向竄流被限制到較小水平，所以封隔體相當於若干個封隔器可以封隔軸向竄流，自動把井筒沿軸向上分隔成若干區間，且區間之間距離較長，滲透量較小，幾乎沒有竄流。
[0010]3、目前上述第二種分段控流技術應用中存在下列問題:
[0011](I)對於多層直井，即使應用了第二種分段控流技術實行多層同時開採，如圖3所示，但是由於層與層之間的壓力差異，滲透率差異等矛盾還是較嚴重，或者層與層之間的夾層很薄，層與層之間還是有較大的竄流，影響到多層直井中分段控流技術的應用效果。圖3中，3-1為裸眼井壁，3-2為控流過濾器管柱，3-3為防竄流顆粒，3-4為產油層，3_5為層間一定量的竄流，3-6為出水層，3-7為產油層。
[0012](2)對於礫石充填防砂井，如圖4所示，即使普通過濾器管柱內已經實現了分段控流，但是，由於其充填礫石的粒徑較大，滲透率會達到140達西，甚至更大，這樣環空礫石中沿軸向的竄流量很大，直接破壞了整個井筒的分段控流的效果。圖4中，4-1為裸眼井壁，4-2為礫石環，4-3為礫石環竄流，4-4為普通過濾器管柱，4-5防竄流顆粒，4_6為控流過濾器管柱，4-6為出水。
[0013](3)對於多層直井，井筒中已經石英砂充填防砂完井，而且層與層之間的壓力差異，滲透率差異等矛盾較嚴重，或者層與層之間的夾層特別薄，這種情況下即使應用分段控流技術，石英砂環和防竄流顆粒環中都存在較大的竄流，還是不能徹底解決層間矛盾的難題，如圖5所示。圖5中，5-1為裸眼井壁，5-2為控流過濾器管柱，5-3為防竄流顆粒，5_4為產油層，5-5為普通過濾器管柱，5-6為石英砂充填環，5-7為出水層，5-8為產油層。
[0014]對於生產井，水平井，直井和定向井中應用分段控流技術都存在上述問題。對於注入井，同樣也會存在上述問題。如注水井，注蒸汽井，注酸井，注二氧化碳井等。
[0015]說明:(1)上述問題中的過濾器管柱，包括普通過濾器管柱:如割縫篩管，繞絲篩管，精密微孔複合篩管，精密衝縫篩管，割縫襯管等，也包括控流過濾器管柱(防砂的同時還有控流作用)；(2)上述問題中的顆粒充填環不僅僅指礫石顆粒充填環，還包括其他介質充填構成的環，如石英砂，陶粒，覆膜砂，高分子材料構成的超輕顆粒，漂珠，珍珠巖等，形成封隔體的防竄流顆粒包括而不限於上述的礫石，石英砂，陶粒，覆膜砂，高分子材料構成的超輕顆粒，漂珠，珍珠巖等。(3)上述的過濾器管柱與井壁之間的環空是廣義的環空，它不僅包括過濾器管柱與外管柱，過濾器管柱或井壁之間的環空，還包括水泥環竄槽、篩管與井壁間的環空、多孔管與井壁間的環空等。
[0016]截止目前為止，如何在過濾器管柱外的顆粒充填環中建立封隔，並達到預期的封隔效果，徹底解決層間矛盾是油田長期以來都不能解決的問題，成為油田技術應用的一大障礙。
實用新型內容
[0017]本實用新型需要解決的技術問題就在於克服現有技術的缺陷，提供一種油氣井過濾器管柱外充填環中建立封隔的完井結構，本實用新型利用在油氣井過濾器管柱外顆粒充填環中建立封隔，徹底實現整個井筒的分段控流。
[0018]為解決上述問題，本實用新型採用如下技術方案:
[0019]本實用新型公開了一種油氣井過濾器管柱外充填環中建立封隔的完井結構，包括油氣井井壁和過濾器管柱，油氣井井壁和過濾器管柱之間形成顆粒充填環；在油氣井井壁和過濾器管柱之間的顆粒充填環中設置有至少一個阻流環。[0020]優選的，建立阻流環的材料一種可以為無滲介質，先期能流動，一定條件下或者一定時間後能凝固的液體，如凝膠、水泥漿等，另一種是低滲介質，微細顆粒，如碳酸鈣粉。這裡稱為阻流介質。
[0021]本實用新型一種油氣井過濾器管柱外顆粒充填環中建立封隔的方法為往顆粒充填環中間隔地注入阻流介質，形成阻流環，具體步驟為:
[0022]I)往井筒中下入帶有一組工具的管串到設計位置，具體一組工具由密封件，注入口，密封件組成；其中密封件可以是液壓膨脹封隔器、皮碗封隔器等封隔件，注入口可以為定壓閥，通孔等。
[0023]2)從工具管串內注入配好的阻流介質，阻流介質通過注入口，通過過濾器，進入顆粒充填環，完成設計量阻流介質的注入，一個阻流環建立完成。
[0024]3)移動工具管串一定距離，同樣再建立阻流環，依次按照設計，整個井筒中建立起所有的阻流環；
[0025]4)阻流介質注入完後，順利提出工具管串；
[0026]5)阻流介質進入顆粒充填環後，在顆粒充填環中形成若干段穩定且堅固的阻流環。
[0027]本實用新型另外一種油氣井過濾器管柱外充填環中建立封隔的方法為往顆粒充填環中間隔地同時注入低滲或無滲介質，形成若干段阻流環，具體步驟為:
[0028]I)沿井筒按照設計的數量往井筒中下入由若干組工具組成的管串到設計位置，具體每組工具由密封件，注入口，密封件組成；
[0029]2)從工具管串內注入配好的阻流介質，每組工具同時開始工作，阻流介質通過注入口，通過過濾器，進入顆粒充填環，當設計的注入量完成後，這時沿井筒按照設計的數量一次性建立起若干段阻流環；需要時，移動工具管串，依此類推，同樣再建立若干段阻流環。
[0030]3)阻流介質注入完後，順利提出工具管串；
[0031]4)阻流介質進入顆粒充填環後，在顆粒充填環中形成若干段穩定且堅固的阻流環。
[0032]本實用新型方法中，阻流介質形成阻流環的空間範圍包括但不限於下列三種:第一種可以通過控流過濾器進入控流過濾器外的防竄流顆粒充填環中形成阻流環，第二種可以通過普通過濾器進入普通過濾器外顆粒充填環中形成阻流環；第三種可以通過控流過濾器進入防竄流顆粒充填環中形成阻流環，然後通過普通過濾器進入管柱外顆粒充填環中形成阻流環，可以同時在控流過濾器外的防竄流顆粒充填環和普通過濾器外的顆粒充填環中建立兩組阻流環。
[0033]本實用新型方法中，所述定壓閥，當其內外壓差大於設定壓力時，定壓閥打開；當其內外壓差不大於設定壓力時，定壓閥關閉；其作用是在保證液壓膨脹封隔器膨脹到位後，要注入顆粒充填環中的介質才從管串內往顆粒充填環中流動；所述液壓膨脹封隔器，當其內外壓差大於零才開始膨脹，當內外壓差大於設定壓力時，液壓膨脹封隔器才能膨脹到位；當其內外壓差為零時，液壓膨脹封隔器會收縮到接近原始尺寸。
[0034]本實用新型通過在過濾器管柱外顆粒充填環中建立封隔，通過起封隔作用的阻流環徹底解決層間的壓力差異，滲透率差異等矛盾，完全堵絕流體介質沿顆粒充填環的軸向竄流，實現整個井筒的分段控流。【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1為控流過濾器管柱和封隔器來實現分段控流。
[0036]圖2為控流過濾器管柱和封隔體來實現分段控流。
[0037]圖3為多層直井層與層之間還是有較大的竄流。
[0038]圖4為環空礫石中沿軸向的竄流量很大，直接破壞了整個井筒的分段控流的效果O
[0039]圖5為多層直井層間滲透率差異很大，以至於已經充填的防竄流顆粒環還不能徹底解決層間矛盾問題。
[0040]圖6為帶有一組工具的管串結構。
[0041]圖7為由若干組工具組成的管串結構。
[0042]圖8:實施例1建立阻流環的過程示意圖
[0043]圖9為實施例1在建立封隔段的完井結構示意圖。
[0044]圖10為實施例2建立第I個阻流環過程示意圖。
[0045]圖11為實施例2建立第2個阻流環的過程示意圖。
[0046]圖12為實施例2建立了阻流環的完井結構圖。
[0047]圖13為實施例3在已經下入繞絲篩管且篩管外石英砂充填完井的多層直井中，建立第一組阻流環的過程示意圖。
[0048]圖14為實施例3在已經下入繞絲篩管且篩管外石英砂充填完井的多層直井中，建立完第一組阻流環後，下入控流過濾器管柱，並在控流過濾器管柱與繞絲篩管之間充填防竄流顆粒的完井不意圖。
[0049]圖15為實施例3在已經下入繞絲篩管且篩管外石英砂充填完井的多層直井中，建立第二組阻流環的過程示意圖。
[0050]圖16為實施例3已經建立2組阻流環的完井結構圖。
[0051]圖17為實施例3在已經下入繞絲篩管且篩管外石英砂充填完井的多層直井中，同時建立2組阻流環的過程示意圖。
【具體實施方式】
[0052]實施例1
[0053]對於多層直井，當層間滲透率差異很大，以至於已經充填的防竄流顆粒環還不能徹底解決層間矛盾問題時，可以往控流過濾器管柱外防竄流顆粒環中注入阻流介質水泥漿，從而建立若干個阻流環，保證徹底解決層間矛盾。
[0054]建立阻流環的過程如圖8所示。圖8中，8-1為裸眼井壁，8-2為控流過濾器管柱，8-3為防竄流顆粒，8-4為產油層，8-5為出水層，8-6為產油層。
[0055]建立阻流環後的完井結構如圖9所示，圖9中，9-1為裸眼井壁，9-2為控流過濾器管柱，9-3為防竄流顆粒，9-4為產油層，9-5為出水層，9-6為產油層，9-7為注入的阻流介質形成了阻流環。
[0056]具體的實施方式:下入帶有兩組工具的管串到設計的注入位置，從工具管串內注入配好的水泥漿，兩個液壓膨脹封隔器膨脹，當管串內壓力大於定壓閥設定的壓力時，水泥漿就從管串內被擠注，通過控流過濾器，進入防竄流顆粒充填環中。注入40升(假設8-1/2 「的裸眼井壁，5-1/2」控流管柱，阻流環的長度為2m，防竄流顆粒的孔隙度為30%，需要材料水泥漿的體積15升)後，工具管串內洩壓，定壓閥關閉，兩個液壓膨脹封隔器收縮，上提工具管串，當定壓閥到達設計的注入位置後，同上重複注入環節；當若干個阻流環全部建立完後，把工具管串從井筒中提出。大約8個小時後，注入防竄流顆粒充填環中的水泥漿就會自動凝固成固體，形成穩定的阻流環，如圖9所示。
[0057]實施例2
[0058]底水油藏的採油井，為了防止底水的錐進，在已經複合篩管完井且篩管外環空充填有礫石的情況下，用攜帶液攜帶微細顆粒，碳酸鈣粉介質在礫石環上依次一個一個地建立阻流環。
[0059]具體的實施方式:如圖10所示，圖10中，10-1為裸眼井壁，10-2為礫石環，10-3為普通過濾器管柱，下入帶有一組工具的管串(絲堵+皮碗封隔器10-4+通孔注入口 10-5+皮碗封隔器10-6+連接管柱到井口)，到設計的注入位置，從工具管串內注入配好的碳酸鈣溶液，碳酸鈣溶液就從管串內被擠注，通過複合篩管，進入礫石顆粒充填環中。注入150升(假設8-1/2「的裸眼井壁，5-1/2」複合篩管，阻流環的長度為2m，礫石環的孔隙度為30%，需要材料碳酸鈣粉的體積為15升，按照10%的碳酸鈣溶液濃度，注入礫石環的體積約150升)後，上提工具管串，如圖11所示，圖11中，11-1為裸眼井壁，11-2為礫石環，11-3為普通過濾器管柱，11-4為皮碗封隔器，11-5為通孔注入口，11-6為皮碗封隔器，11-7為已經建立好的阻流環，當通孔注入口到達設計的另一個注入位置後，同上重複注入環節；當整個井筒中需要的若干個阻流環全部建立完後，把工具管串從井筒中提出。注入礫石環中的碳酸鈣和礫石一起形成穩定的阻流環。如圖12所示。圖12中，12-1為裸眼井壁，12-2為礫石環，12-3為普通過濾器管柱，12-4為在礫石環中建立的阻流環。
[0060]帶有一組工具的管串結構如圖6所示，圖6中，6-1為密封件，6-2為注入口，6_3為密封件。其中，密封件為皮碗封隔器，注入口為通孔。
[0061]實施例3
[0062]對於多層直井，井筒中已經下入繞絲篩管且石英砂充填完井，而且層與層之間的矛盾較嚴重，或者層與層之間的夾層特別薄，這時石英砂充填環和防竄流顆粒環上形成的竄流直接影響到分段控流技術的應用效果。用凝膠介質同時在石英砂充填環和防竄流顆粒環上同時建立2組阻流環。如圖16所示。16-1為已經建立的兩組阻流環。
[0063]具體的實施方式有下列兩種:第一種方法:步驟一，如圖13所示，對於已經下入普通過濾器管柱13-1、且石英砂13-2充填完井的井筒，下入帶有多組工具的管串，帶有多組工具的管串結構如圖7所示，圖7中，7-1為第一組工具，7-N為第N組工具，每組工具由密封件7-1-1、注入口 7-1-2和密封件7-1-3構成。密封件為液壓膨脹封隔器，注入口為定壓閥。將帶有多組工具的管串下入到設計的注入位置，從工具管串內注入配好的凝膠介質，液壓膨脹封隔器膨脹，當管串內壓力大於定壓閥設定的壓力時，凝膠介質就從管串內被擠注，通過繞絲篩管，進入石英砂充填環中。注入15*N升(假設8-1/2 「的裸眼井壁，5-1/2」繞絲篩管，阻流環的長度為2m，石英砂環的孔隙度為30%，需要材料的體積15升)後，工具管串內洩壓，所有定壓閥關閉，液壓膨脹封隔器收縮，把工具管串從井筒中提出。大約12個小時後，注入石英砂充填環中的凝膠就會自動凝固成固體，形成I組穩定的阻流環，如圖14所示。步驟二，如圖14所示，I組阻流環建立完後，往井筒中下入2-7/8「的控流過濾器管柱，並在控流過濾器管柱與普通過濾器管柱之間的環空充填防竄流顆粒，形成防竄流顆粒充填環。圖14中，14-1為裸眼井壁，14-2為普通過濾器管柱，14-3為石英砂環，14-4為已經建好的阻流環，14-5為控流過濾器管柱，14-6為防竄流顆粒，14-7為產油層，14-8為出水層，
14-9為產油層。步驟三，如圖15所示，圖15中，15-1為裸眼井壁，15_2為普通過濾器管柱，
15-3為石英砂環，15-4為控流過濾器管柱，15-5為防竄流顆粒，15-6為產油層，15_7為出水層，15-8為產油層，15-9為已經建好的阻流環。在圖14所示的井筒中再下入帶有多組工具的更小規格的管串(絲堵+多組工具(液壓膨脹封隔器+定壓閥+液壓膨脹封隔器)+連接管柱到井口)，到設計的注入位置，從工具管串內注入配好的凝膠介質，液壓膨脹封隔器膨脹，當管串內壓力大於定壓閥設定的壓力時，凝膠介質就從管串內被擠注，通過控流篩管，進入防竄流顆粒充填環中。注入5*N升(假設5-1/2」繞絲篩管，2-7/8 「的控水篩管，阻流環的長度為2m，防竄流顆粒充填環的孔隙度為30%，需要材料的體積5升)後，工具管串內洩壓，所有定壓閥關閉，液壓膨脹封隔器收縮，把工具管串從井筒中提出。大約12個小時後，注入防竄流顆粒充填環中的凝膠就會自動凝固成固體，形成另一組穩定的阻流環。這樣如圖16所示，整個井筒中形成了 2組穩定的阻流環，徹底解決層間竄流，實現分段控流。
[0064]第二種方法:步驟一，在已經下入繞絲篩管且石英砂充填完井的井筒中，下入2-7/8 「控流過濾器管柱，然後在控流過濾器管柱和繞絲篩管管柱之間充填防竄流顆粒，如圖5所示。步驟二，如圖17所示，圖17中，17-1為裸眼井壁，17-2為普通過濾器管柱，17-3為石英砂環，17-4為控流過濾器管柱，17-5為防竄流顆粒，17-6為產油層，17-7為出水層，17-8為產油層。往上述井筒中下入帶有多組工具的管串(絲堵+多組工具(液壓膨脹封隔器+定壓閥+液壓膨脹封隔器)+連接管柱到井口)，到設計的注入位置，從工具管串內注入配好的凝膠介質，液壓膨脹封隔器膨脹，當管串內壓力大於定壓閥設定的壓力時，凝膠介質就從管串內被擠注，通過控流篩管，進入防竄流顆粒充填環中；然後再經過繞絲篩管，進入石英砂充填環中。注入25*N升(假設8-1/2 「的裸眼井壁，5-1/2」繞絲篩管，2-7/8 「控流篩管，阻流環的長度為2m，石英砂環和防竄流顆粒充填環的孔隙度為30%，需要材料的體積25升)後，工具管串內洩壓，所有定壓閥關閉，液壓膨脹封隔器收縮，把工具管串從井筒中提出。大約12個小時後，注入石英砂充填環和防竄流顆粒充填環中的凝膠就會自動凝固成固體，同時形成2組穩定的阻流環，如圖16所示。
[0065]最後應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本實用新型的保護範圍之中。
【權利要求】
1.一種油氣井過濾器管柱外充填環中建立封隔的完井結構，包括油氣井井壁和過濾器管柱，油氣井井壁和過濾器管柱之間形成顆粒充填環；其特徵在於:在油氣井井壁和過濾器管柱之間的顆粒充填環中設置有至少一個阻流環。
2.如權利要求1所述的油氣井過濾器管柱外充填環中建立封隔的完井結構，其特徵在於:建立阻流環的材料為阻流介質，所述阻流介質為無滲介質，所述無滲介質為先期能流動，一定條件下或者一定時間後能凝固的液體。
3.如權利要求2所述的油氣井過濾器管柱外充填環中建立封隔的完井結構，其特徵在於:所述無滲介質為凝膠或水泥漿。
4.如權利要求1所述的油氣井過濾器管柱外充填環中建立封隔的完井結構，其特徵在於:建立阻流環的材料為阻流介質，所述阻流介質為低滲介質。
5.如權利要求4所述的油氣井過濾器管柱外充填環中建立封隔的完井結構，其特徵在於:所述低滲介質為微細顆粒，所述微細顆粒為碳酸鈣粉。
【文檔編號】E21B33/12GK203783541SQ201420018330
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年1月13日 優先權日:2014年1月13日
【發明者】裴柏林, 章誦梅, 馮國江 申請人:安東柏林石油科技（北京）有限公司