技术领域
[0001] 本
发明涉及石油开采井防砂技术领域，特别是一种大跨度射孔段一次多层砾石充填作业方法。
背景技术
[0002] 对于疏松
砂岩生产井，开采过程中，产出液流入井筒的过程中，会携带部分
地层砂进入井筒内，危害电
泵及生产设备。为防止油井出砂，目前普遍使用独立筛管防砂或者砾石充填防砂。
[0003] 对于部分生产井在防砂的同时，希望能够进行一定规模的压裂作业，达到建立地层裂缝，增加地层产出的目的，目前针对疏松砂岩井压裂作业一般同防砂砾石充填作业同时进行。
[0004] 现有针对
套管井的砾石充填防砂或者砾石充填压裂防砂中，一般采用多次
单层砾石充填、一趟多层砾石充填的方式进行多层砾石充填。一趟多层砾石充填工艺能够解决一趟完成需要分层开采的多层生产层段砾石充填防砂的问题，提高了作业效率。但受限于服务管柱两层管具结构，液体摩阻较大，无法完成中心管超长的作业。且需要下入下部生产管柱实现分采。
发明内容
[0005] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种大跨度射孔段一次多层砾石充填作业方法，该作业方法可用于大跨度射孔段一次多层砾石充填压裂防砂作业，并且不需要下入下部完井生产管柱即可实现分层开采。
[0006] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种大跨度射孔段一次多层砾石充填作业方法，所述大跨度射孔段设有一个上部射孔层、零至多个中部射孔层和一个底部射孔层，该作业方法采用以下步骤：
[0007] 1)在套管内、大跨度射孔段的底部坐封沉砂封隔器；
[0008] 2)在地面组装外层管柱的顶部封隔器总成和外层管柱的主体部分，然后将外层管柱的主体部分悬挂在井口；服务管柱边组装边下入至外层管柱的主体部分内，在组装服务管柱的过程中，通过操作服务管柱关闭外层管柱上所有的生产循环滑套和充填滑套，将顶部封隔器总成通过坐封工具连接在下入冲管的设计
位置上，然后将顶部封隔器总成连接在外层管柱的主体部分上，形成内外组合管柱，利用
钻杆携带内外组合管柱下入至大跨度射孔段内的设
定位置，坐封顶部封隔器，并验封，然后脱手坐封工具；
[0009] 所述顶部封隔器总成包括从上至下依次连接的顶部封隔器、上部核心密封筒、充填滑套、下部核心密封筒和显示固定密封筒；
[0010] 所述外层管柱的主体部分包括与底部射孔层对应的底部作业管段、与所有中部射孔层一一对应的中部作业管段以及与上部射孔层对应的防砂段；
[0011] 所述防砂段、所述中部作业管段和所述底部作业管段均设有与相应射孔层对应的防砂筛管及其内层衬管，在所述内层衬管和所述防砂筛管之间形成有环形空间，在所述内层衬管上连接有生产循环滑套；
[0012] 所述防砂段、所述中部作业管段和所述底部作业管段筛管上端均连接有一盲管；
[0013] 所述中部作业管段和所述底部作业管段盲管上端设有从下至上依次连接的显示固定密封筒、下部核心密封筒、充填滑套和上部核心密封筒、隔离封隔器和下部验封密封筒，所述显示固定密封筒与所述盲管的上端连接；
[0014] 在所述中部作业管段和所述上部作业管段的内层衬管上设有位于所述生产循环滑套上方的上部验封密封筒；
[0015] 所述防砂段的盲管与所述顶部封隔器总成的显示固定密封筒连接；
[0016] 所述底部作业管段的下端设有插固在所述沉砂封隔器上部的锚定插入密封；
[0017] 所述服务管柱设有从上至下依次连接的下入冲管、充填工具、负荷显示器、滑套操作工具、配长冲管和底部隔离管；
[0018] 在所述底部隔离管的底部设有引
鞋，在所述底部隔离管的内部设有底部隔离单流
阀，在所述底部隔离管的上部设有底部隔离循环孔，在所述底部隔离循环孔的下方设有安装在所述底部隔离管上的底部隔离密封模
块Ⅰ和底部隔离密封模块Ⅱ，所述底部隔离密封模块Ⅰ较所述底部隔离密封模块Ⅱ靠近所述底部隔离循环孔；
[0019] 所述充填工具设有从上至下依次连接的正循环短节、充填旁通短节和反循环短节，
[0020] 在所述反循环短节的底部设有单流阀，在所述反循环短节上设有反循环孔，在所述反循环短节上安装有液压定位器、密封模块Ⅲ、密封模块Ⅳ，所述反循环孔、所述密封模块Ⅲ和所述密封模块Ⅳ均位于所述液压定位器的上方，所述密封模块Ⅲ和所述密封模块Ⅳ分别位于所述反循环孔的上下两侧；
[0021] 所述充填旁通短节和所述正循环短节均采用双层结构、设有环空，所述正循环短节的环空通过所述充填旁通短节的环空与所述反循环短节连接，在所述充填旁通短节上设有旁通充填孔；
[0022] 在所述正循环短节上安装有密封模块Ⅰ和密封模块Ⅱ，在所述正循环短节的外壁上设有与正循环短节环空连通的循环孔，所述循环孔位于所述密封模块Ⅰ和所述密封模块Ⅱ的上方；
[0023] 3)从下至上逐层进行防砂操作
[0024] 3.1)对底部射孔层进行防砂操作
[0025] 首先操作服务管柱使其上的填充工具位于底部作业管段的上部，然后按照以下步骤进行操作：
[0026] 3.1.1)坐封
[0027] 操作服务管柱打开底部作业管段上的生产循环滑套，并使服务管柱上的密封模块Ⅱ与底部作业管段上的下部验封密封筒配合密封、使服务管柱上的密封模块Ⅲ与底部作业管段上的上部核心密封筒配合密封，充填孔位于下部验封密封筒与上部核心密封筒之间，构建底部作业管段隔离封隔器的坐封通道，然后通过钻杆内加
压实施底部作业管段隔离封隔器的坐封；
[0028] 3.1.2)验封
[0029] 上提服务管柱，使服务管柱上的密封模块Ⅱ与底部作业管段上的上部验封密封筒配合密封、使服务管柱上的密封模块Ⅲ与底部作业管段上的下部验封密封筒配合密封、使充填孔位于上部验封密封筒和下部验封密封筒之间，构建底部作业管段隔离封隔器的验封进入通道，然后通过钻杆内加压实施底部作业管段隔离封隔器的验封；
[0030] 3.1.3)填充压裂
[0031] 下放服务管柱，并通过操作服务管柱打开底部作业管段上的充填滑套，并使液压定位器坐在底部作业管段上的显示固定密封筒上，二者密封连接，此时，服务管柱上的密封模块Ⅱ与底部作业管段上的上部核心密封筒配合密封、服务管柱上的密封模块Ⅲ与底部作业管段上的下部核心密封筒配合密封，充填孔位于上部核心密封筒和下部核心密封筒之间，反循环孔位于底部作业管段的下部核心密封筒的下方，构建正循环通道；然后通过钻杆内加注充填液，充填液携带陶粒经下入冲管、通过充填孔以及充填滑套进入筛管外侧的防砂段内，陶粒充入地层，
水经生产循环滑套和底部隔离循环孔进入服务管柱的底部隔离管，上行经循环孔进入服务管柱与外层管柱之间的环空返出井口；
[0032] 3.1.4)反循环清洗
[0033] 上提服务管柱，使服务管柱上的密封模块Ⅳ与底部作业管段上的下部核心密封筒配合密封、服务管柱上的密封模块Ⅱ与底部作业管段上的上部核心密封筒配合密封，充填孔和反循环孔位于上部核心密封筒和下部核心密封筒之间，构建反循环清洗通道，然后通过外层管柱的环空反循环完井液，将服务管柱内部的残留陶粒清洗至井口；
[0034] 3.2)对中部射孔层进行防砂操作
[0035] 首先上提服务管柱使其上的填充工具位于中部作业管段的上部，然后按照以下步骤进行操作：
[0036] 3.2.1)坐封
[0037] 按照步骤3.1.1)进行作业；
[0038] 3.2.2)验封
[0039] 首先按照步骤3.1.2)构建验封进入通道，同时，使服务管柱上的底部隔离密封模块Ⅱ与该作业管段下与其相邻的下部验封密封筒配合密封，构建底部隔离上返通道；然后按照步骤3.1.2)实施验封作业；
[0040] 3.2.3)填充压裂
[0041] 首先按照步骤3.1.3)构建验封进入正循环通道，同时，使服务管柱上的底部隔离密封模块Ⅰ与该作业管段下与其相邻的下部验封密封筒配合密封，构建底部隔离上返通道；然后按照步骤3.1.3)实施填充压裂作业；
[0042] 3.2.4)反循环清洗
[0043] 按照步骤3.1.4)进行作业；
[0044] 3.3)对上部射孔层进行防砂操作
[0045] 首先上提服务管柱使其上的填充工具位于防砂段的上部和所述顶部封隔器总成内，然后按照以下步骤进行操作：
[0046] 3.3.1)填充压裂
[0047] 按照步骤3.2.3)进行作业；
[0048] 3.3.2)反循环清洗
[0049] 按照步骤3.2.4)进行作业；
[0050] 4)将服务管柱提出套管，即可进行采油生产。
[0051] 在上述方案的
基础上，本发明还做了如下改进：
[0052] 该作业方法在完成每层射孔层的防砂作业后，根据生产要求，通过操作服务管柱控制生产循环滑套的开闭状态。
[0053] 所述滑套操作工具包括从上至下依次连接的滑套关闭工具、滑套
开关工具、滑套打开工具。
[0054] 在每个所述内层衬管上设有一个或者多个所述生产循环滑套。
[0055] 所述下部验封筒为左旋密封筒。
[0056] 本发明具有的优点和积极效果是：相较于现有一次多层砾石充填工具能够应用于大跨度、射孔段长度较长的多层充填套管井。现有一次多层砾石充填工具累计施工长度受限于液体摩阻(充填过程及反循环冲砂摩阻)无法实施超过一定长度的大跨度射孔段(9-5/8”套管井一次多层充填系统中心管长度一般不超过350米，7”套管井一次多层充填系统中心管长度一般不超过150米)。本发明能够显著降低多层砾石充填系统液体循环摩阻，进而能够增加一次多层砾石充填工具累计施工长度达9-5/8”套管井一次多层充填系统中心管长度超过600米，7”套管井一次多层充填系统中心管长度超过300米，可应用于大跨度射孔段一次多层砾石充填压裂防砂作业。另外，采用本发明不需要下入下部完井生产管柱(生产滑套、插入密封等)即可实现分层开采。
附图说明
[0057] 图1为本发明采用的外层管柱示意图；
[0058] 图2为本发明采用的服务管柱示意图；
[0060] 图4为本发明验封封隔器流程图；
[0061] 图5为本发明正循环充填压裂流程图；
[0062] 图6为本发明反循环冲砂流程图；
[0063] 图7为本发明生产流程图。
具体实施方式
[0064] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下
实施例，并配合附图详细说明如下：
[0065] 请参阅图1～图7，一种大跨度射孔段一次多层砾石充填作业方法，所述大跨度射孔段设有一个上部射孔层、零至多个中部射孔层和一个底部射孔层，该作业方法采用以下步骤：
[0066] 1)在套管1内、大跨度射孔段的底部坐封沉砂封隔器16。
[0067] 2)在地面组装外层管柱的顶部封隔器总成和外层管柱的主体部分，然后将外层管柱的主体部分悬挂在井口；服务管柱边组装边下入至外层管柱的主体部分内，在组装服务管柱的过程中，通过操作服务管柱关闭外层管柱上所有的生产循环滑套14和充填滑套8，将顶部封隔器总成通过坐封工具连接在下入冲管的设计位置上，然后将顶部封隔器总成连接在外层管柱的主体部分上，形成内外组合管柱，利用钻杆携带内外组合管柱下入至大跨度射孔段内的设定位置，坐封顶部封隔器，并验封，然后脱手坐封工具。
[0068] 所述顶部封隔器总成包括从上至下依次连接的顶部封隔器1、上部核心密封筒7、充填滑套8、下部核心密封筒9和显示固定密封筒10。
[0069] 所述外层管柱的主体部分包括与底部射孔层对应的底部作业管段、与所有中部射孔层一一对应的中部作业管段以及与上部射孔层对应的防砂段。
[0070] 所述防砂段、所述中部作业管段和所述底部作业管段均设有与相应射孔层3对应的防砂筛管13及其内层衬管12，在所述内层衬管12和所述防砂筛管13之间形成有环形空间，在所述内层衬管12上连接有生产循环滑套14。
[0071] 所述防砂段、所述中部作业管段和所述底部作业管段筛管13上端均连接有一盲管11。
[0072] 所述中部作业管段和所述底部作业管段盲管11上端设有从下至上依次连接的显示固定密封筒10、下部核心密封筒9、充填滑套8和上部核心密封筒7、隔离封隔器6和下部验封密封筒5，所述显示固定密封筒10与所述盲管11的上端连接，在本实施例中，为了便于操作，所述下部验封筒5采用左旋密封筒。
[0073] 在所述中部作业管段和所述上部作业管段的内层衬管12上设有位于所述生产循环滑套14上方的上部验封密封筒4。
[0074] 所述防砂段的盲管11与所述顶部封隔器总成的显示固定密封筒10连接。
[0075] 所述底部作业管段的下端设有插固在所述沉砂封隔器16上部的锚定插入密封15。
[0076] 所述服务管柱设有从上至下依次连接的下入冲管17、充填工具19、负荷显示器27、滑套操作工具、配长冲管和底部隔离管，在本实施例中为了操作方便，所述滑套操作工具包括从上至下依次连接的滑套关闭工具28、滑套开关工具29、滑套打开工具30。
[0077] 在所述底部隔离管的底部设有引鞋34，在所述底部隔离管的内部设有底部隔离单流阀33，在所述底部隔离管的上部设有底部隔离循环孔31，在所述底部隔离循环孔31的下方设有安装在所述底部隔离管上的底部隔离密封模块Ⅰ32-1和底部隔离密封模块Ⅱ32-2，所述底部隔离密封模块Ⅰ32-1较底部隔离密封模块Ⅱ32-2靠近所述底部隔离循环孔31。
[0078] 所述充填工具19设有从上至下依次连接的正循环短节18、充填旁通短节22和反循环短节。
[0079] 在所述反循环短节的底部设有单流阀26，在所述反循环短节上设有反循环孔24，在所述反循环短节上安装有液压定位器25、密封模块Ⅲ21-3、密封模块Ⅳ21-4，所述反循环孔24、所述密封模块Ⅲ21-3和所述密封模块Ⅳ21-4均位于所述液压定位器25的上方，所述密封模块Ⅲ21-3和所述密封模块Ⅳ21-4分别位于所述反循环孔24的上下两侧。
[0080] 所述充填旁通短节22和所述正循环短节均采用双层结构、设有环空，所述正循环短节18的环空通过所述充填旁通短节22的环空与所述反循环短节连接，在所述充填旁通短节22上设有旁通充填孔23。
[0081] 在所述正循环短节18上安装有密封模块Ⅰ21-1和密封模块Ⅱ21-2，在所述正循环短节18的外壁上设有与正循环短节环空连通的循环孔20，所述循环孔20位于所述密封模块Ⅰ21-1和所述密封模块Ⅱ21-2的上方。
[0082] 3)从下至上逐层进行防砂操作
[0083] 3.1)对底部射孔层进行防砂操作
[0084] 首先操作服务管柱使其上的填充工具位于底部作业管段的上部，然后按照以下步骤进行操作：
[0085] 3.1.1)坐封
[0086] 操作服务管柱打开底部作业管段上的生产循环滑套14，并使服务管柱上的密封模块Ⅱ21-2与底部作业管段上的下部验封密封筒5配合密封、使服务管柱上的密封模块Ⅲ21-3与底部作业管段上的上部核心密封筒7配合密封，充填孔23位于底部作业管段上的下部验封密封筒5与底部作业管段上的上部核心密封筒7之间，构建底部作业管段隔离封隔器6的坐封通道，然后通过钻杆内加压实施底部作业管段隔离封隔器6的坐封。
[0087] 3.1.2)验封
[0088] 上提服务管柱，使服务管柱上的密封模块Ⅱ21-2与底部作业管段上的上部验封密封筒4配合密封、使服务管柱上的密封模块Ⅲ21-3与底部作业管段上的下部验封密封筒5配合密封、使充填孔23位于底部作业管段上的上部验封密封筒4和底部作业管段上的下部验封密封筒5之间，构建底部作业管段隔离封隔器6的验封进入通道，然后通过钻杆内加压实施底部作业管段隔离封隔器6的验封。
[0089] 3.1.3)填充压裂
[0090] 下放服务管柱，并通过操作服务管柱打开底部作业管段上的充填滑套8，并使液压定位器25坐在底部作业管段上的显示固定密封筒10上，二者密封连接，此时，服务管柱上的密封模块Ⅱ21-2与底部作业管段上的上部核心密封筒7配合密封、服务管柱上的密封模块Ⅲ21-3与底部作业管段上的下部核心密封筒9配合密封，充填孔23位于底部作业管段上的上部核心密封筒7和底部作业管段上的下部核心密封筒9之间，反循环孔24位于底部作业管段的下部核心密封筒9的下方，构建正循环通道；然后通过钻杆内加注充填液，充填液携带陶粒经下入冲管17、通过充填孔23以及充填滑套8进入筛管外侧的防砂段内，陶粒充入地层，脱砂后的携砂液经生产循环滑套14和底部隔离循环孔31进入服务管柱的底部隔离管，上行经循环孔20进入服务管柱与外层管柱之间的环空返出井口。
[0091] 3.1.4)反循环清洗
[0092] 上提服务管柱，使服务管柱上的密封模块Ⅳ21-4与底部作业管段上的下部核心密封筒9配合密封、服务管柱上的密封模块Ⅱ21-2与底部作业管段上的上部核心密封筒7配合密封，充填孔23和反循环孔24位于底部作业管段上的上部核心密封筒7和底部作业管段上的下部核心密封筒9之间，构建反循环清洗通道，然后通过外层管柱的环空反循环完井液，将服务管柱内部的残留陶粒清洗至井口。
[0093] 至此，底部射孔层的防砂作业就完成了。
[0094] 3.2)对中部射孔层进行防砂操作
[0095] 首先上提服务管柱使其上的填充工具位于中部作业管段的上部，然后按照以下步骤进行操作：
[0096] 3.2.1)坐封
[0097] 按照步骤3.1.1)进行作业。
[0098] 3.2.2)验封
[0099] 首先按照步骤3.1.2)构建验封进入通道，同时，使服务管柱上的底部隔离密封模块Ⅱ32-2与该作业管段下与其相邻的下部验封密封筒5配合密封，构建底部隔离上返通道；然后按照步骤3.1.2)实施验封作业。
[0100] 3.2.3)填充压裂
[0101] 首先按照步骤3.1.3)构建验封进入正循环通道，同时，使服务管柱上的底部隔离密封模块Ⅰ32-1与该作业管段下与其相邻的下部验封密封筒5配合密封，构建底部隔离上返通道；然后按照步骤3.1.3)实施填充压裂作业。
[0102] 3.2.4)反循环清洗
[0103] 按照步骤3.1.4)进行作业；
[0104] 至此，与底部射孔层相邻的中部射孔层的防砂作业就完成了。如果中部射孔层不只有一层，则应当重复步骤3.2)，直至完成所有中部射孔层的防砂作业。
[0105] 3.3)对上部射孔层进行防砂操作
[0106] 首先上提服务管柱使其上的填充工具位于防砂段的上部和所述顶部封隔器总成内，然后按照以下步骤进行操作：
[0107] 3.3.1)填充压裂
[0108] 按照步骤3.2.3)进行作业。
[0109] 3.3.2)反循环清洗
[0110] 按照步骤3.2.4)进行作业。
[0111] 至此整个大跨度射孔段的防砂作业就全部完成了。
[0112] 4)将服务管柱提出套管1，即可进行采油生产。
[0113] 在完成每层射孔层的防砂作业后，也就是在反循环清洗结束之后，还需要验证充填
质量、验证滑套，与
现有技术相同，在此不再赘述。与现有技术不同的是：可根据生产需要，通过操作服务管柱控制生产循环滑套14的开闭状态。在该层不需采油的情况下，需要操作服务管柱使生产循环滑套14关闭，否则，应使生产循环滑套14保持打开状态。
[0114] 在本发明中，筛管13、内层衬管12和生产循环滑套14组成双层管结构，外层管柱永久置于井内。双层管结构为充填时提供脱砂后携砂液流通通道及生产时产出液流通通道。双层管结构的内层衬管12保证充填时上部层段处于隔离状态，环空压
力完全作用于作业层；同时，内层衬管12保证充填时下部层段处于被隔离状态，环空或钻杆内压力及液体完全作用于作业层。
[0115] 内层衬管上的生产循环滑套14与充填滑套8使用同样的开关、关闭、打开工具控制，开关、关闭、打开工具能够控制外层管柱内所有滑套的打开或关闭，
内衬管上的生产循环滑套与充填滑套使用一样的开关工具进行开关作业，增强了系统的可操作性。
[0116] 每个射孔层的生产皆可通过启闭内层衬管12上的生产循环滑套14来实现。防砂作业结束后，对各层生产循环滑套按照生产要求进行开关作业。无需下入分采管柱(生产管柱上的生产滑套及插入密封、连接油管等)即可实现分采作业。
[0117] 在筛管内设置内层衬管12，内层衬管12与生产循环滑套14连接为内衬管具，在全部防砂压裂作业过程及后期生产过程，筛管13、内层衬管12和生产循环滑套14为一整体，这样的结构能够实现在任何状态下对筛管打开或者关闭的状态控制，使筛管可选择性的成为“盲管”。
[0118] 筛管内层衬管的封闭或者打开状态可控，区别于目前技术筛管部分只能处于打开状态。这样在实际充填作业过程中就无需为隔绝钻杆及套管压力，防止其窜入非作业层而必须配备包括顶部隔离密封、底部隔离密封等一些列密封。
[0119] 内层衬管上的生产循环滑套可以选择性的设置一个或者多个，为生产时液体流出提供可选择性通道。防砂压裂作业结束后可选择性打开或者关闭各层内衬管上的生产循环滑套，从而实现对筛管的打开或者关闭状态可控。这样就无需再下入分采生产管柱(防砂管柱内油管及滑套插入密封等)，即可实现分层开采。
[0120] 服务管柱，除充填工具19以外的所有连接管柱都为单层结构，区别于目前的一次多层砾石充填工具(上部为双层冲管结构)。这种设计使充填管具内外部空间增大，可达到降低液体摩擦阻力的效果。
[0121] 服务管柱不存在如常规服务管柱冲管与中心管形成的“小空间”，“小空间”会对经过的
流体产生很大的摩阻，该部分摩阻占整体作业摩阻的大部分。以单层服务管柱与双层外层管柱相配合取代“小空间”，液流通道面积远大于常规防砂作业的流道面积，能够极大地降低摩阻。整个服务管柱本身就只有充填工具部分需要双层管柱结构，长度仅为5米左右，对整体摩阻贡献较小。
[0122] 尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和
权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
