分层挤压充填防砂管柱.pdf

本发明公开了石油工业使用的分层挤压充填防砂管柱，适用于多油层的挤压充填防砂工艺，亦可用于单油层。本发明具有内充填管柱和外充填管柱，内充填管柱包括冲管和内充填工具，外充填管柱包括顶部悬挂封隔器、外充填工具和滤砂管，外充填工具上设有充填口。内充填管柱设有坐封丢手，外充填管柱设有层间封隔器。当坐封丢手被打压使顶部悬挂封隔器坐封后，坐封丢手与顶部悬挂封隔器分离，内充填管柱能够在外充填管柱内上下移动坐封层间封隔器，与外充填工具配合挤压充填地层。提高防砂效果和有效期。下一趟管柱即可完成多个油层分层挤压充填防砂的施工，大大降低了生产成本和工人的劳动强度。

1、  分层挤压充填防砂管柱，具有内充填管柱和外充填管柱，内充填管柱包括冲管和内充填工具(15)，外充填管柱包括顶部悬挂封隔器(2)、外充填工具(3)和滤砂管(4)，外充填工具(3)上设有外充填口(11)，其特征在于内充填管柱设有坐封丢手(1)，外充填管柱设有层间封隔器(5)，当坐封丢手(1)被打压使顶部悬挂封隔器(2)坐封后，坐封丢手(1)与顶部悬挂封隔器(2)分离，内充填管柱能够在外充填管柱内上下移动坐封层间封隔器(5)，与外充填工具(3)配合挤压充填地层。

2、  根据权利要求1所述的分层挤压充填防砂管柱，其特征是内充填管柱的连接方式是坐封丢手(1)、连接管、内充填工具(15)、冲管、挤压转换内滑管(21)和挤压充填外滑管(22)依次连接，挤压充填外滑管(22)悬挂在挤压转换内滑管(21)上，挤压充填外滑管(22)能够在挤压转换内滑管(21)上滑动。

3、  根据权利要求1或2所述的分层挤压充填防砂管柱，其特征是内充填工具(15)包括钢球(13)、球座(14)、内充填转换头(16)、内充填外管(18)和内充填下接头(20)，球座(14)与内充填转换头(16)的顶部由剪钉连接，内充填外管(18)安装固定于内充填转换接头(16)的外部，与内充填下接头(20)连接。

4、  根据权利要求3所述的分层挤压充填防砂管柱，其特征在于内充填工具(15)的内充填转换头(16)中部外表面开有两个横截面为半月型的夹壁流通腔(19)，它上部和内管柱与外管柱的环空相通，下部和挤压转换内滑管(21)的内腔相通，另一侧至少开有1个内充填口(17)，内充填口(17)和夹壁流通腔(19)密闭不通。

5、  根据权利要求1所述的分层挤压充填防砂管柱，其特征在于外充填管柱还具有信号器(25)、密封指示卡箍(23)和底部桥塞(24)或丝堵，外充填管柱的连接方式是由连接管依次将顶部悬挂封隔器(2)、外充填工具(3)、信号器(25)、滤砂管(4)、层间封隔器(5)、密封指示卡箍(23)和底部桥塞(24)或者丝堵连接在顶部悬挂封隔器(2)上。

6、  根据权利要求1或5所述的分层挤压充填防砂管柱，其特征在于外充填工具(3)包括上接头(6)、弹簧(7)、滑套(8)、外充填筒(9)和指示卡箍(10)，指示卡箍(10)和滑套(8)联接在一起，由弹簧(7)压住安装在外充填筒(9)内并能够在外充填筒(9)内上下滑动，外充填筒(9)上至少设有外充填口(11)一个，其上端与上接头(6)连接。

7、  根据权利要5所述的分层挤压充填防砂管柱，其特征在于信号器(25)包括信号器中心管(26)、信号器外筒(27)和信号器活塞(28)，信号器中心管(26)上有流通孔(29)，外部安装有信号器外筒(27)，信号器外筒(27)的上半部是滤砂管；它们形成的环空安装有信号器活塞(28)，信号器活塞(28)用剪钉固定在信号器外筒(27)内，信号器活塞(28)的内外表面均设有密封圈。

8、  根据权利要求1或5所述的分层挤压充填防砂管柱，其特征在于挤压多层时，外充填管柱顶部设有顶部悬挂封隔器(2)，其下由外充填工具(3)、信号器(25)、滤砂管(4)、层间封隔器(5)组成一层外充填管柱，下一层外充填管柱仍然由外充填工具(3)、信号器(25)、滤砂管(4)、层间封隔器(5)组成，最下面一层外充填管柱的层间封隔器(5)由底部桥塞(24)或丝堵代替。

9、  根据权利要求8或所述的分层挤压充填防砂管柱，其特征在于层间封隔器(5)的内腔装设密封指示卡箍(23)，密封指示卡箍(23)的中部至少设有轴向槽3条，槽间的筋条内表面有凸台，密封指示卡箍(23)下部设有密封槽；在底部桥塞(24)或丝堵和滤砂管(4)之间的上部也设置密封指示卡箍(23)。

10、  根据权利要求6所述的分层挤压充填防砂管柱，其特征在于外充填筒(9)上开设的外充填口(11)与内充填工具(15)的内充填口(17)对应；指示卡箍(10)的中部至少设有轴向槽3条，槽间的筋条内表面设有凸台。

分层挤压充填防砂管柱
技术领域
本发明涉及石油开采的井下设备，尤其是分层挤压充填防砂管柱，适用于多油层的挤压充填防砂工艺，也能用于单油层的挤压充填防砂工艺。
背景技术
在石油工业的开采现场，原油在开采过程中，油层中的地层砂易随原油流入井筒，致使地层骨架结构破坏而出砂加剧，造成地层亏空坍塌，同时砂埋油层使原油流不到套管内，无法开采，而且破坏采油设备和输油管线。目前，国内油田使用的砾石充填工具均是单层挤压充填工具，如中国专利：02212323.7，油井井下防砂充填器。它由悬挂封隔工具、滤砂管、内充填工具、冲管组成，当施工充填完后丢手，将内充填工具和冲管提出。但对于多油层油井，由于层与层之间的非均质差异，采用笼统施工无法达到向地层挤砂的防砂效果。如果使用单层挤压充填防砂工具进行多油层挤压充填，由于层间非均质性差异，层间又不能分层，层与层之间互相串通，挤压时砾石只进入高渗透层，其它层则达不到防砂效果。如果用单层充填工具一趟管柱一层一层地挤压充填，则挤压时液体进入另一层，砾石则迅速沉淀满本层的筛套环空不能进入地层，同样达不到挤压效果，同时一口多层井需要下多次管柱施工，生产成本剧增。目前使用的井下充填管柱主要由旋转倒扣丢手装置、皮碗密封装置、充填装置、绕丝筛管和冲管等组成，这种工具先施工后丢手，由于砂浆的堵塞，造成丢手不可靠。单层挤压时，也必须关闭套管闸门，造成套管承受高压，容易受到损害。多油层挤压充填防砂工具能够实现地层分层挤压充填与机械滤砂管筛套环空充填防砂一次完成的目的。但目前还没有一种对多油层一次施工分层挤压的装置和管柱，这是多油层油井呈待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供分层挤压充填防砂管柱，解决多油层分层挤压充填防砂的技术难题，降低生产成本。
本技术解决方案可达上述目的：分层挤压充填防砂管柱具有内充填管柱和外充填管柱，内充填管柱包括冲管和内充填工具，外充填管柱包括顶部悬挂封隔器、外充填工具、信号器和滤砂管，外充填工具上设有充填口。内充填管柱设有坐封丢手，外充填管柱设有层间封隔器。当坐封丢手被打压使顶部悬挂封隔器坐封后，坐封丢手与顶部悬挂封隔器分离，内充填管柱能够在外充填管柱内上下移动坐封层间封隔器，与外充填工具配合挤压充填地层。
本发明与现有技术相比，填补了目前石油现场没有多油层分层挤压充填防砂装置和管柱的空白，具有显著的技术效果和经济效益。使用本发明为多油层油井分层挤压充填防砂，挤压时封闭其它层而只对施工层高压挤压砾石，挤完后活动内管柱再放回原位，即可进行循环筛套环空充填，填完后可转到另一层继续施工。分层高压挤压充填能挤开地层，将大量高渗透率的砾石挤进地层，在井筒附近形成多级挡砂屏障的高渗透带，将地层砂和砾石的混合面推向较远处，以扩大低渗透面的渗流面积，消除孔眼附近的瓶颈阻流，降低生产压差，从而控制出砂，提高油井产量。并有效地解除了井筒附近的污染堵塞，它大大提高了防砂效果，延长了防砂有效期。同时下一趟管柱即可完成多个油层分层挤压充填防砂的施工，大大降低了生产成本和工人的劳动强度。
附图说明
附图1为分层挤压充填防砂管柱的上部结构示意图。
附图2为本发明外充填工具和内充填工具的结构示意图。
附图3为本发明内充填工具的内充填转换头A-A向截面图。
附图4为分层挤压充填防砂管柱的下部结构示意图。
附图5为分层挤压充填防砂管柱的整体结构示意图。
图中：坐封丢手1、顶部悬挂封隔器2、外充填工具3、滤砂管4、层间封隔器5、上接头6、弹簧7、滑套8、外充填筒9、指示卡箍10、外充填口11、密封件12、钢球13、球座14、内充填工具15、内充填转换头16、内充填口17、内充填外管18、夹壁流通腔19、内充填下接头20、挤压转换内滑管21、挤压充填外滑管22、密封指示卡箍23、底部桥塞24、信号器25、信号器中心管26、信号器外筒27、信号器活塞28、流通孔29。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的详述：参见附图1-5，分层挤压充填防砂管柱分为内充填管柱和外充填管柱两大部分。内充填管柱包括坐封丢手1、冲管、内充填工具15、挤压转换内滑管21、挤压充填外滑管22，它们依次螺纹联接，挤压充填外滑管22悬挂并套在挤压转换内滑管21上；其中内充填工具15包括钢球13、球座14、内充填转换头16、内充填口17、内充填外管18、夹壁流通腔19、内充填下接头20。外充填管柱包括顶部悬挂封隔器2、外充填工具3、信号器25、滤砂管4、层间封隔器5、密封指示卡箍23、底部桥塞24，它们依次螺纹联接。其中外充填工具3包括上接头6、弹簧7、滑套8、外充填筒9、指示卡箍10、外充填口11、密封件12。信号器25包括信号器中心管26、信号器外筒27、信号器活塞28、流通孔29。
附图1-4显示的是挤压充填2个层的状况，本发明一次可以挤压充填多个油层，每增加一层，外充填管柱只增加一套层间封隔器5、一套外充填工具3、一套信号器25和一段滤砂管4。最下面一层的外充填管柱的层间封隔器5由底部桥塞24或丝堵代替。
内充填管柱位于外充填管柱的环空内，内、外充填管柱向井内下入时由顶部悬挂封隔器2和坐封丢手1联接，当下到油层位置后从井口油管打压力，坐封丢手1和顶部悬挂封隔器2经液压坐封、丢手分离后，内充填管柱和外充填管柱分离，内充填管柱可自由地在外充填管柱内上下移动。球座14是一有内锥面的圆套，外圆面有密封圈，由剪钉固定在内充填转换头16的内腔，内充填转换头16的截面铣成图3的形状，它的内充填口17和内充填外管18的开口对准后焊接形成内充填口17和夹壁流通腔19。内充填工具15的下部连接有挤压转换内滑管21、挤压充填外滑管22。挤压充填外滑管22悬挂在挤压转换内滑管21上，并可在其表面滑动。外充填工具3的外充填筒9内腔表面有密封件12，外圆侧面开有外充填口11，它的上部螺纹联接有上接头6，指示卡箍10的中间表面铣了许多条槽成为许多筋条，筋条内面有凸台，筋条的内径可以弹性地胀缩，指示卡箍10和滑套8螺纹联接在一起，它们的内外圆表面均有密封圈，它们安放在外充填筒9内，并可在其内滑动，上部由弹簧7压住。信号器25包括信号器中心管26、信号器外筒27、信号器活塞28、流通孔29。信号器中心管上有流通孔29，外部安装有信号器外筒27，信号器外筒27的上半部是滤砂管。它们形成的环空安装有信号器活塞28，它用剪钉固定在信号器外筒27上，信号器活塞28的内外面均有密封圈。
本发明在现场使用时，按如下操作程序进行：
1、坐封顶部悬挂封隔器2：
将本发明按附图1、附图2、附图4的次序依次在地面连接好，用油管下入井中设计位置，将钢球13投到球座14的内锥面上，从井口打压力，液体压力作用在坐封丢手1的活塞上，使顶部悬挂封隔器2坐封，然后丢手，使坐封丢手1和顶部悬挂封隔器2分脱开，从而使内充填管柱和外充填管柱分开，内充填管柱可自由地在外充填管柱内上下提放，再加大压力，将钢球13和球座14的剪钉打断，使其掉在内充填工具15的内腔最下面，将内充填口17露出。
2、坐封层间封隔器5：
将内充填管柱上提，使内充填工具15的内充填外管18的上沿靠在密封指示卡箍23的内凸台上，密封指示卡箍23的结构类似于指示卡箍10，此时内充填工具15的内充填口17对准层间封隔器5的液缸孔，从油管打压，将层间封隔器5坐封。
3、挤压下部层段：
活动内充填管柱，使内充填工具15的内充填外管18的上沿靠在指示卡箍10的内凸台上遇阻，并将指示卡箍10和滑套8上拉，使外充填筒9的外充填口11露出，这时内充填工具15的内充填口17正好对准外充填工具3的外充填口11，此时可以从井口将混砂液经内充填口17和外充填口11泵入地层，将地层挤满后，等待压力扩散。
4、循环充填下部层段：
上提内充填工具15，使其滑过指示卡箍10的凸台，指示卡箍10和滑套8在弹簧7的推压下自动下移，将外充填口11封住，同时将挤压转换外滑管22提出密封指示卡箍23地密封段，然后再将内充填工具15放回原来挤压位置，但挤压充填外滑管22已上移到密封指示卡箍23以上，它将循环通道打开，混合砂浆从地面经油管从内充填工具15的内充填口17和外充填工具3的外充填口11流出，砂砾被滤砂管4过滤留在筛套环空，将环空填满。液体流过滤砂管4经挤压充填外滑管22、挤压转换内滑管21的内腔流入，穿过内充填工具15的夹壁流通腔19，进入分层挤压充填管柱环空间隙，从油管和套管环空流出。当筛套环空充满，砾石将滤砂管4埋住，循环通道被埋住，压力升高到一定程度，将信号器活塞28上的剪钉剪断，信号器活塞28落下，露出流通孔29，循环通道重新被打通，将多余砾石充填进滤砂管4和信号器25之间的环空，本层段充填施工完毕。
5、挤压充填其它层段：
下层段施工完后，即可将内充填工具15上提，提到上一层段的外充填工具3处，即可进行上一层的挤压充填，直至将所有层充填完毕，提出内充填管柱即可完井。本发明亦可用于单油层挤压充填防砂工艺和多于2个层段以上的多个油层油井施工。