阅读说明：本技术 一种大通径的一次一层砾石充填防砂工艺 (Large-drift-diameter sand prevention process for filling gravel layer at a time ) 是由 杨国 阎新颖 陶风 王琼 王璞 王慧 张健 朱向斌 刘书欣 于 2020-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种大通径的一次一层砾石充填防砂工艺,属油气井井下作业技术领域。本发明通过电缆首先将沉砂封隔器下入到预定位置并坐封,然后下入外管柱,并将外管柱底部的插入密封件插入到沉砂封隔器中；外管柱通过井口固定后,通过油管将内管柱下入至井内的外管柱内等工序,通过内管柱的上提可实现一次一层的防砂作业目的,具有操作简单,风险小,效果显著,且无需反洗球作业的特点,本发明可在7in管柱内实现3.88in大内径,最大可能的为生产作业提供大通径,满足大排量要求,解决了现有操作步骤繁琐,易砂卡不易解封,致使工期长、工作效率低的问题。(The invention relates to a large-drift-diameter sand prevention process by filling gravel layer by layer at a time, belonging to the technical field of downhole operation of oil and gas wells. The sand setting packer is firstly put into a preset position and set through a cable, then is put into an outer pipe column, and an inserted sealing element at the bottom of the outer pipe column is inserted into the sand setting packer; after the outer pipe column is fixed through a wellhead, the inner pipe column is put into the outer pipe column in the well through the oil pipe, and other procedures, the purpose of sand prevention operation of one layer at a time can be realized by lifting the inner pipe column, and the invention has the characteristics of simple operation, small risk, remarkable effect and no need of backwashing ball operation.)

一种大通径的一次一层砾石充填防砂工艺

技术领域

本发明涉及一种大通径的一次一层砾石充填防砂工艺，属油气井井下作业技术领域。

背景技术

油、气井出砂是石油开采遇到的重要问题之一。如果砂害得不到治理，油、气井出砂会越来越严重，致使出砂油、气井不能有效的开发。目前的机械防砂方式主要有两种，第一类是仅下入机械管柱的防砂方法，如绕丝筛管、割缝衬管、各种滤砂管等；这种方法简单易行，施工成本低。缺点是防砂管柱容易被地层砂堵塞，只能阻止地层砂产出到地面而不能阻止地层砂进入井筒，且有效期短，只适用于油砂中值大于0.1mm的中、粗砂岩地层。第二类机械防砂方法为管柱砾石充填，即在井筒内下入绕丝筛管或割缝衬管等机械管柱后，再用砾石或其它类似材料充填在机械管柱与套管的环形空间内，并挤入井筒周围地层，形成多级滤砂屏障，达到挡砂目的。这类方法挡砂效果好，但由于通径小无法满足大排量的生产，且在生产过程中摩阻较大，操作步骤繁琐，易砂卡不易解封，致使工期长、工作效率低；因此，有必要进行改进。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种可为充填和后续生产提供充足的通道，满足大排量生产，且摩阻小，操作步骤简便，以缩短工期，提高工作效率的大通径的一次一层砾石充填防砂工艺。

本发明的技术方案是：

一次一层砾石充填防砂工艺，其特征在于：它包括以下步骤：

1）、首先通过电缆将沉砂封隔器下入到预定位置并坐封，然后下入外管柱，并将外管柱底部的***密封件***到沉砂封隔器中；外管柱通过井口固定后，通过油管将内管柱下入至井内的外管柱内；

2）、向内管柱内投球，球落至充填工具上的球座位置形成密封，向外管柱内打压，使顶部封隔器坐封；

3）、顶部封隔器坐封后，向套管（外管柱与套管之间的环空）打压验证顶部封隔器是否完全坐封；

4）、验封合格后，向套管继续加压，使充填工具上的剪切销钉剪断，活塞打开，充填工具上的循环通道被开启；

5）、向管柱打压并上提一定位置后，内管柱脱手，内管被释放；

6）、管柱上提到一定位置然后下放，通过反循环单流阀上的指示爪将充填滑套打开，管柱下放到原坐封位置即是充填位置，开始进行充填作业，油管泵入充填液直至充填完成；

7）、充填完成后进行反循环洗井，上提管柱将反循环单流阀关闭，继续上提反循环单流阀上的指示爪将充填滑套关闭，使充填工具充填孔位于顶部封隔器上端即为反循环位置，从套管泵入液体进行反循环作业，将油管内多余的砾石洗出井筒；如此循环，通过内管柱的上提一定距离即可实现一次一层的防砂作业。

本发明的有益效果在于：

1. 本发明可在7in管柱内实现3.88in大内径，最大可能的为生产作业提供大通径，满足大排量，生产过程中，可减小摩阻，提高产量；

2. 本发明管柱坐封位置与充填作业位置相同，操作简单，风险小，效果显著；

3. 本发明通过投球进行坐封、充填、反循环作业，无需反洗球作业，节省时间及操作步骤，提高效率。

附图说明

图1为本发明的外管柱的结构示意图；

图2为本发明的内管柱的结构示意图；

图3为本发明的充填工具的关闭状态示意图；

图4为图3中的A-A向截面示意图；

图5为本发明的充填工具的开启状态示意图；

图6为本发明的反循环单流阀的开启状态示意图；

图7为本发明的反循环单流阀的开启状态示意图；

图8为本发明的充填滑套的开启状态示意图；

图9为本发明的充填滑套的关闭状态示意图；

图10为本发明的坐封状态示意图；

图11为本发明的验封状态示意图；

图12为本发明的充填作业示意图；

图13为本发明的反循环作业示意图。

图中：1、顶部封隔器，2、上延伸筒，3、充填滑套，3-1、滑套3-2、外筒，中间延伸筒，5、双向定位接头，6、下延伸筒，7、盲管，8、筛管，9、***密封件，10、坐封工具，11、充填工具，11-1、密封接头，11-2、，11-3、中心管，11-4、充填短节，11-5、活塞，11-6、旁通孔，11-7、充填孔，12、密封接头，13、反循环单流阀，13-1、密封套，13-2、上接头，13-3、下接头，13-4、球座，13-5、指示爪，13-6、阀体，13-7、紧固螺钉A，13-8、定位爪，13-3-9、紧固螺钉B，13-10、导流盘，13-11、过流孔，13-12、滑槽，13-13、连接销钉；14、冲管，15、负荷指示器，16、底部密封件。

具体实施方式

该一次一层砾石充填防砂工艺包括以下步骤：

1）、首先通过电缆将沉砂封隔器下入到预定位置并坐封，然后下入外管柱，并将外管柱底部的***密封件***到沉砂封隔器中；之一过程中，通过负荷指示器15负荷显示定位，使***密封件9定位筒外圆凸台处顶住沉砂封隔器的电缆坐封套；***密封件9上的密封总成嵌入电缆坐封套内，使外管柱的内部与外部环空隔离，外管柱通过井口固定后，通过油管将内管柱下入至井内的外管柱内；外管柱由依次连接的顶部封隔器1、上延伸筒2、充填滑套3、中间延伸筒4、双向定位接头5、下延伸筒6、盲管7、筛管8和***密封件9构成；内管柱由依次连接的坐封工具10、充填工具11、密封接头12、反循环单流阀13、冲管14、负荷指示器15和底部密封件16构成。上延伸筒2上端与顶部封隔器1螺纹连接，下端与充填滑套3螺纹连接，以提供环形空间，起延伸管柱并连接外管柱的作用。充填滑套3上端与上延伸筒2螺纹连接，下端与中间延伸筒4螺纹连接，通过充填孔的开启和关闭，为管柱的充填作业液体流动提供通道。中间延伸筒4上端与充填滑套3螺纹连接，下端与双向定位接头5螺纹连接，以提供环形空间，起延伸管柱的作用。双向定位接头5上端与中间延伸筒4螺纹连接，下端与下延伸筒6螺纹连接，是内管柱上提下放过程中，起开关反循环单流阀13的作用。下延伸筒6上端与双向定位接头5螺纹连接，下端与盲管7螺纹连接，以提供环形空间，起延伸管柱的作用。盲管7上端与下延伸筒6螺纹连接，下端与筛管8螺纹连接，以为管柱提供足够的空间。筛管8上端与盲管7螺纹连接，下端与***密封件9螺纹连接，用于防砂，液体可以通过筛管进入到油管内，而砂子会被有效的挡在筛管外面，是管柱防砂的关键。***密封件9上端与筛管（14）螺纹连接，下端与沉沙封隔器配合连接，以密封管柱。

沉沙封隔器上端与***密封件9***配合连接，位于外管柱最下端，沉沙封隔器坐封后，可为外管柱提供环形密闭空间，在充填砂浆时防止砂粒通过沉砂封隔器后再进入到外管柱内部。

坐封工具10安装在内管柱最上端，下端与充填工具11螺纹连接，用于坐封顶部封隔器1。充填工具11上端与坐封工具10螺纹连接，下端与密封接头12螺纹连接，用于管柱的充填作业。密封接头12上端与充填工具11螺纹连接，下端与反循环单流阀13螺纹连接，属于连接件，为管柱提供环形密封空间。反循环单流阀13上端与密封接头12螺纹连接，以改变循环通道，实现管柱正循环和反循环作业。冲管14上端与反循环单流阀13螺纹连接，下端与负荷指示器15螺纹连接，冲管14为可下到油管内进行冲砂的小直径管子，起为管柱清除砂堵，冲砂的作用。负荷指示器15上端与冲管14螺纹连接，下端与底部密封件16螺纹连接，通过负荷显示定位，是管柱上提下放准确定位的依据。底部密封件16上端与负荷指示器15螺纹连接，安装在内管柱最下端，起密封作用，防止地层砂子进入管柱内部。

内管柱的充填工具11上部的密封接头11-1与中心管11-3之间设有一小环空，小环空通过坐封工具10上面的孔与井口相连通，通过充填工具11的充填短节11-4上的旁通孔11-6、充填孔11-7和下部反循环单流阀13为充填作业和反循环作业时的流体循环提供通道。

向内管柱内投入铜球，球顺着油管坐落到充填工具11上的球座位置形成密封后，向外管柱内打压，高压液体通过坐封工具11的传压孔传入活塞腔内，推动活塞向下运动，进而使顶部封隔器1坐封。顶部封隔器1位于外管柱最上端，通过销钉与坐封工具10相连，下端与上延伸筒2螺纹连接；顶部封隔器10的目的是为管柱提供环形密闭空间，隔绝产层，保护井下工具的目的。

顶部封隔器10坐封后，向套管（外管柱与套管之间的环空）打压验证顶部封隔器10是否完全坐封；若能够保压，则表明顶部封隔器10坐封合格；验封合格后，继续向套管（管柱外环空）打压，使充填工具上的剪切销钉剪断，活塞11-5向下运动，充填工具11上的活塞11-5被打开，循环通道打开。

循环通道打开后，向内管柱打压并上提一定位置后，内管柱脱手，内管被释放；内管柱再次上提到一定位置然后下放，以通过反循环单流阀13上的指示爪将充填滑套3打开，管柱下放到原坐封位置，即充填位置时，即可开始进行充填作业。反循环单流阀13由芯轴管13-1、上接头13-2、下接头13-3、阀体13-6、球座13-4和指示爪（悬挂套）13-5构成。上接头13-2的一端安装有芯轴管13-1；芯轴管13-1与上接头13-2螺纹连接，芯轴管13-1与上接头13-2之间并通过紧固螺钉A13-7相互固定，以进行周向限位；芯轴管13-1与上接头13-2之间设置有O型密封圈，以保证芯轴管13-1与上接头13-2之间的密封。芯轴管13-1一端设置有下接头13-3；下接头13-3一侧的芯轴管13-1上通过指示爪13-5螺纹安装有定位爪13-8，指示爪13-5与定位爪13-8之间设置有紧固螺钉B13-9, 以进行周向限位。

上接头13-2内通过导流盘13-10-10装有阀体13-6，导流盘13-10与阀体13-6之间设置有弹簧。阀体13-6一侧的芯轴管13-1内滑动安装有球座13-4；球座13-4与阀体13-6接触密封连接；球座13-4为管状体，球座13-4一端端头圆周上均布有过流孔13-11。球座13-4对应的芯轴管13-1上上设置有滑槽13-12；指示爪13-5端头设置有连接销钉13-13，连接销钉13-13的一端穿过滑槽13-12与球座13-4固定连接。

芯轴管13-1的中心孔为台阶状的变径孔；芯轴管13-1与上接头13-2之间通过芯轴管13-1台阶端面和上接头13-2端面固定卡装有导流盘13-10，导流盘13-10呈圆盘状，导流盘13-10的中心部位设置有安装孔，安装孔***的导流盘上均布有液流孔。导流盘13-10上通过安装孔和弹簧14活动安装有阀体13-6，阀体13-6呈T字形。阀体13-6的一端与下接头13-3端口和芯轴管13-1的中心孔小端口间歇密封接触连接，导流盘13-10可以限制阀体13-6向上运动，阀体13-6插装在导流盘13-10安装孔处，起到扶正阀体13-6的作用，避免了在大斜度井中阀体13-6偏心管柱，不能很好的落座并与芯轴管13-1密封。

该反循环单流阀与负荷指示器15配合使用；在防砂作业过程中充填时，下压管柱，保证循环通道畅通，反循环时，上提管柱，关闭上下部通道，实现人为控制反循环单流阀开关，以此提高使用稳定性，具体为：充填作业时，首先下压管柱，这一过程中，上接头13-2、芯轴管13-1、球座13-4相对下接头13-3向下运动，下接头13-3向上运动；球座13-4与指示爪13-5之间轴向相对滑动；下接头13-3端头由芯轴管13-1内伸出并顶住阀体13-6压缩弹簧使其上行，当上接头13-2、芯轴管13-1、球座13-4相对下接头13-3向下运动至止点后，球座13-4上的过流孔13-11由芯轴管13-1露出，阀体13-6与芯轴管13-1的中心孔小端口密封接触状态解除，该反循环单流阀被打开，由此为充填作业提供循环通道。此时，在充填时未被挤入地层和沉积在防砂段的充填液从筛管进入下部油管，向上流至反循环单流阀，然后经下接头13-3、芯轴管13-1、过流孔13-11、导流盘13-10的液流孔、上接头13-2向上，直至返回井口，由此保证充填时循环通道畅通，从而实现充填作业。

充填作业完成后，需通过反循环将油管内多余的砾石从井筒内洗出，即反循环时，首先将管柱上提，这一过程中，上接头13-2、芯轴管13-1与球座13-4、阀体13-6之间背向运动，球座13-4端头与阀体13-6的接触状态解除；球座13-4上的过流孔13-11进入芯轴管13-1内的小径孔内被封堵，同时，弹簧回弹从而将阀体13-6压在芯轴管13-1的中心孔小端口上呈密封接触状态，此时，球座13-4的中心孔呈封闭状态，流道通道关闭，由此实现隔离上下流道目的，此时，反循环液在油管内流至该反循环阀处时被堵住，然后流向上部环空，将滞留在油管内的砾石带出井口，实现反循环作业。

该反循环单流阀的阀体13-6采用T字形设计，其一端端头呈半球形，不仅能保证与芯轴管13-1的小径孔端口的密封状态；并且通过导流盘13-10的安装孔插装在导流盘13-10上；通过导流盘13-10的安装孔可以起到扶正阀体13-6的目的，由此避免在大斜度的井中，因为自身重力的影响，使之偏移密封处，影响阀体13-6关闭隔离上下流道效果的目的。该反循环单流阀的的球座13-4与指示爪13-5之间可以相互周向转动，由此使得上部管柱可以单独的旋转，而对下部管柱无影响，即保证了管柱载荷的传递，又可以使得上部管柱自由旋转时下部管柱不受影响，作业时只需通过上提、下压上部管柱动作就可控制该反循环单流阀的开启、关闭，由此保证了使用的稳定型和可操控性。

在内管柱、下放时，上提内管柱反循环单流阀13穿过充填滑套3，在这个过程中通过双向定位接头5和充填滑套3时会有两次负荷指示。下放时利用反循环单流阀13上的指示爪13-5将充填滑套3打开，指示爪13-5的上台阶挂住充填滑套3的滑套3-1的下凸台一起下向下移动，当滑套3-1的下部弹性爪进入充填滑套3外筒3-2的下部定位台阶时，指示爪13-5的下端斜面与外筒3-2下端斜面接触受向上挤压，指示爪13-5被压缩，指示爪13-5上端台阶与滑套3-1下部台阶脱离，实现充填滑套3的打开。

然后内管柱继续下放，反循环单流阀13通过双向定位接头5时，利用反循环单流阀13上的指示爪13-5将双向定位接头5上的弹性卡爪5-1下部凸台勾住，由于双向定位接头5的弹性大于反循环单流阀13开关时的缩紧力，反循环单流阀13被打开，继续下放管柱至原坐封位置，即,充填位置；油管泵入的充填液进入到充填工具3，通过填充孔11-7进入到充填滑套3内，通过外筒3-2的上流道槽进入到环空，充填液里面的砾石充满地层的环空，携带砾石的液体通过筛管8进入到油管内，往上返至反循环单流阀13处，由于反循环单流阀13处于开启状态，防砂液通过反循环阀通道流至充填工具3处，从工具侧旁通11-6流道流至上述小环空里，再向上通过坐封工具10与上部环空相同的孔将防砂液带出井筒，建立充填液循环通道，直至充填作业完成。

充填作业完成后，需通过反循环的方式将滞留在油管内多余的砾石洗出井筒，即，反循环洗井。反循环洗井时先上提内管柱将反循环单流阀13关闭，继续上提内管柱，指示爪13-5的上端斜面与双向定位接头5的上接头5-2上端斜面接触受力向下挤压，指示爪13-5被压缩，指示爪13-5下端台阶与弹性卡爪5-1上部台阶脱离，实现反循环单流阀13的关闭。

反循环单流阀13的关闭后，继续上提内管柱，通过反循环单流阀13上的指示爪13-5将充填滑套3关闭，使充填工具11上的充填孔11-7提到顶部封隔器1上端的反循环位置，然后从套管（环空内）泵入液体进行反循环作业，反循环作业过程中，一部分液体通过坐封工具10上的孔进入到小环空内，进入到小环空内的液体从小环空经过充填工具11的侧旁通11-6流至下面的反循环单流阀13处被阻断；另一部分液体通过充填工具11上的充填孔11-7进入油管，进入油管的液体一直向上，从而将油管内多余的砾石洗出井筒；如此循环，通过内管柱的上提一定距离即可实现一次一层的防砂作业。