CN116201511B - 立体井防砂工具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立体井防砂工具及方法，该立体井防砂工具包括：柔性外管和柔性内管；所述柔性外管包括若干连接短节和筛管短节，所述连接短节间、所述筛管短节间、以及所述连接短节和所述筛管短节间，均采用万向传力结构连接，所述万向传力结构用于传递扭矩或轴向力；所述柔性内管插入设置于所述柔性外管内部，所述柔性外管和所述柔性内管之间形成中间环空；所述柔性内管的后部延伸至最后方的所述筛管短节的后方；砾石能够充填于所述柔性外管与井壁间形成的环形空间内，解决了极短半径分支井眼难以实现有效防砂的技术问题，形成了立体井防砂工具及方法。

Description

立体井防砂工具及方法

技术领域

本发明涉及油气钻探的技术领域，尤其涉及一种立体井防砂工具及方法。

背景技术

对于极短半径分支井眼，其内部通常无法采用砾石充填防砂、分段防砂等手段，因此，难以实现有效防砂。

发明内容

本发明的目的是提供一种立体井防砂工具及方法，即通过解决转弯半径小于30米的超短半径井的砾石充填问题，实现立体井的防砂。尤其是在针对转弯半径小于10米的极短半径分支井眼完井中能取得出其不意的效果。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种立体井防砂工具，包括：柔性外管和柔性内管；所述柔性外管包括若干连接短节和筛管短节，或者，所述柔性外管包括若干筛管短节；所述连接短节间、所述筛管短节间、以及所述连接短节和所述筛管短节间，均采用万向传力结构连接，所述万向传力结构用于传递扭矩或轴向力；所述柔性内管插入设置于所述柔性外管内部，并且所述柔性内管上部与所述柔性外管密封连接，所述柔性外管和所述柔性内管之间形成中间环空；所述柔性内管的后部延伸至最后方的所述筛管短节的后方；所述柔性内管采用复合材料管、高塑性金属管、金属丝网胶管或铠皮管；砾石能够充填于所述柔性外管与井壁间形成的环形空间内。

在优选的实施方式中，所述柔性内管采用复合材料管、高塑性金属管、金属丝网胶管或铠皮管；所述筛管短节的长度为其外直径的1-15倍，所述万向传力结构包括扭矩传递件和球关节。

在优选的实施方式中，所述柔性内管的管壁上设置有管壁贯通结构，所述管壁贯通结构中设置有可溶密封堵件，所述可溶密封堵件能密封所述柔性内管管壁上的所述管壁贯通结构。

在优选的实施方式中，所述柔性内管的管体和所述可溶密封堵件形成的整体，所能够承担的外部压力与内部压力之差大于0.1兆帕。

在优选的实施方式中，所述可溶密封堵件采用可溶材料，所述可溶材料溶解时间在10-1000小时之间。

在优选的实施方式中，所述万向传力结构的配合间隙小于所述筛管短节的过筛尺寸，或者，所述万向传力结构包括密封件。

在优选的实施方式中，所述柔性内管前部设置有第一单向阀，所述第一单向阀的两端分别与所述柔性内管内部和所述柔性外管外部联通，所述第一单向阀的流动方向为自所述柔性内管内部流向所述柔性外管与井壁之间的环空。

在优选的实施方式中，所述柔性内管前部设置有第二单向阀，所述第二单向阀的两端分别与所述柔性内管内部和所述中间环空联通，所述第二单向阀的流动方向为自所述中间环空流向所述柔性内管内部。

在优选的实施方式中，所述柔性外管的管壁设置有充填孔；所述柔性外管后端设置有顶部悬挂装置，所述顶部悬挂装置用于使所述柔性外管与主井眼套管内壁或者分支井窗口挂接；所述充填孔设置于所述顶部悬挂装置的前方，所述充填孔用于向筛管短节与井壁之间的环空注入充填物。

本发明提供一种立体井防砂方法，采用上述的立体井防砂工具，所述立体井防砂方法包括：

含充填物的流体通过由所述柔性外管与井壁的环空自后向前流动；

流体经过所述筛管短节的过滤后，由所述柔性内管的前端进入所述柔性内管，流体在所述柔性内管内部由前向后流动；

完成充填后，所述柔性内管的管壁上的可溶密封堵件达到溶解时间，所述可溶密封堵件的溶解时间为10-1000小时。

本发明的特点及优点是：

本发明提供的立体井防砂工具，通过柔性外管和柔性内管相互嵌套的方法，形成了柔性内管和柔性外管之间的中间环空，中间环空能够用于实现砾石充填、或者利用不同孔隙度以及粘结性能的砾石实现分段开发。实现了超短半径砾石充填完井，较现有的超短半径筛管完井技术，可以有效增大泄流面积，降低流动阻力。对于稠油、水合物等非常规储层具有特别的优势。

本发明提供的立体井防砂工具，可以实现三维立体井网完井，利用在储层内部的套管窗口使砾石重填实现径向延伸。尤其在稠油开发中，套管可以很好的实现密封，窗口处就是储层，自窗口处径向延伸的柔性砾石重填完井管柱可以大幅度增加储层暴露面积，对蒸汽注入和采油均能起到良好效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种立体井防砂工具整体图；

图2为本发明提供的一种立体井防砂工具筛管短节部分局部图；

图3为本发明提供的一种立体井防砂工具充填部分局部图；

图4为本发明提供的立体井防砂工具充填过程流程图；

图5为本发明提供的立体井防砂工具充填过程局部流程图；

图6为本发明提供的立体井防砂工具生产过程流程图；

图7本发明提供的立体井防砂工具一实施方式的结构示意图；

图8为图7中D处的局部放大图；

图9本发明提供的立体井防砂工具又一实施方式的结构示意图。

附图标号说明：

1、柔性外管；11、连接短节；12、筛管短节；

14、万向传力结构；141、球头；142、球座；143、扭矩传递件；

33、中间环空；34、充填孔；

2、柔性内管；21、管壁贯通结构；22、可溶密封堵件；

31、第一单向阀；32、第二单向阀；

36、流道转换器；

37、钻杆；

38、筛网模块；

39、服务管柱；

51、顶部封隔器；52、顶部悬挂装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

方案一

本发明提供了一种立体井防砂工具，如图1-图9所示，包括柔性外管1和柔性内管2；柔性外管包括若干连接短节11和筛管短节12，或者，柔性外管包括若干筛管短节；连接短节11间采用万向传力结构14连接，连接短节11和筛管短节12间采用万向传力结构14连接，筛管短节12间采用万向传力结构14连接，万向传力结构14用于传递扭矩或轴向力；柔性内管2插入设置于柔性外管1内部，柔性外管1和柔性内管2之间形成中间环空33；柔性内管2的后部延伸至最后方的筛管短节12的后方，砾石能够充填于柔性外管与井壁间型形成的环形空间内。

针对极短半径分支井眼内部无法实现砾石充填防砂，分段防砂等有效防砂手段。本发明提供的立体井防砂工具，通过柔性外管和柔性内管相互嵌套的方法，形成了柔性内管和柔性外管之间的中间环空33，中间环空33能够用于实现砾石充填、或者利用不同孔隙度以及粘结性能的砾石实现分段开发。通过解决超短半径砾石充填实现了立体井防砂，较现有的超短半径筛管完井技术，大幅延长了使用寿命、提高了防砂效果、为井眼提供了更好的支撑、可以有效增大泄流面积降低流动阻力。对于疏松砂岩地层、稠油、水合物等非常规储层具有特别的优势。

本发明提供的立体井防砂工具，可以实现三维立体井网完井，利用在储层内部的套管窗口使砾石重填实现径向延伸。尤其在稠油开发中，套管可以很好的实现密封，窗口处就是储层，自窗口处径向延伸的柔性砾石重填完井管柱可以大幅度增加储层暴露面积，对蒸汽注入和采油均能起到良好效果。

柔性外管中可以省去连接短节，即柔性外管包括若干筛管短节，此时，相邻筛管短节12间采用万向传力结构14连接。

优选地，柔性内管采用复合材料管、高塑性金属管、金属丝网胶管或铠皮管，其优势在于，复合材料管、高塑性金属管、金属丝网胶管或铠皮管的柔性与柔性外管接近，可以双重管柱的形式通过转弯半径在30米以内的超短半径井段，尤其是转弯半径在1-10米的极短半径井段。

作为更合理的技术方案，柔性内管采用复合材料连续油管或者高塑性金属连续油管。

具体地，柔性外管一般为转弯半径小于30米的柔性外管，尤其是转弯半径在1-10米之间的柔性外管；柔性内管一般为转弯半径小于30米的柔性外管，尤其是转弯半径在1-10米之间的柔性外管。

在一实施例中，筛管短节包括衬管短节、绕丝筛管短节、金属泡沫筛管短节、金属丝绵筛管短节、预充填筛管短节、包含滤砂装置的短节。筛管短节的长度为其外直径的1-15倍。

柔性内管2上部与柔性外管1可以密封连接。柔性内管包括铠装胶管、胶皮管、复合材料管、高塑性管中的任意一种及组合；具体地，高塑性管为高塑性金属管，例如连续油管或同类管柱。

在一实施方式中，柔性内管的管壁上设置有管壁贯通结构21，管壁贯通结构21中设置有可溶密封堵件22，能密封柔性内管管壁上的管壁贯通结构21。

充填过程中，携砂液携带砾石或砂通过充填孔流入柔性外管与井壁之间的环形空间，脱砂后的携砂液需要从柔性内管返回主井眼中。在砾石充填阶段，可溶密封堵件可以保持柔性内管的完整性，在砾石充填过程中可以让砾石或砂充分的流动至柔性外管的前部。当砾石充填作业结束后，可溶密封堵件溶解后由可以保持柔性内管的连通性充分释放产能。

管壁贯通结构为孔、槽、缝中的任意一种或组合，孔、槽、缝为贯穿柔性内管管壁的孔、槽、缝；孔、槽、缝中设置有可溶密封堵件22，能密封柔性内管管壁的孔、槽、缝。可溶密封堵件由可溶性材料支撑，可溶材料能在预设实现内在井下溶解。如图2所示，管壁贯通结构21为孔，孔中设置有可溶密封堵件22，能密封柔性内管2管壁的孔。

进一步地，柔性内管管壁上的孔、槽、缝均匀分布在柔性内管的管壁上，柔性内管管壁上的孔、槽、缝在分支井洗井期间和砾石充填期间均为不溶解的状态；当充填作业技术后，可溶密封堵件溶解，地层中的流体可以通过贯通管壁的孔、槽、缝流入柔性内管，或，柔性内管内的流体可以通过孔、槽、缝注入地层。

柔性内管2的管体和可溶密封堵件22形成的整体柔性内管，为可承受外部压力的柔性内管。在一实施方式中，柔性内管2的管体和可溶密封堵件22形成的整体，所承担的外部压力与内部压力之差大于0.1兆帕。

可溶密封堵件22的可溶材料溶解时间，大于管柱作业时间a和充填时间b的总和。在一实施方式中，可溶材料溶解时间在10-1000小时之间。优选地，可溶材料溶解时间小于3天(48h)。

万向传力结构14可以为用于传递扭矩和轴向力的万向节。在一实施方式中，万向传力结构14包括扭矩传递件143和球关节。如图2所示，球关节包括球头141和球座142，球头141与球座142可以相对转动，球头141与球座142之间设置扭矩传递件143。扭矩传递件可以为键槽、球或销，例如扭矩传递销或钢球等，扭矩传递件也可以为现有技术中用于球关节扭矩传递的其它部件，在此不做限定。

进一步地，万向传力结构14的配合间隙小于筛管短节的过筛尺寸，或者，万向传力结构包括密封件，以保障过滤效果，避免地层砂不经过筛管短节进入中间环空。

具体地，筛管短节上可以设置筛网、筛管割缝或筛管缝隙，以实现过滤，并通过筛网、筛管割缝或筛管缝隙的结构来控制过筛尺寸，相应地，万向传力结构14的配合间隙小于筛网直径、筛管割缝宽度或筛管缝隙宽度，以保障过滤效果，避免地层砂不经过筛管短节进入中间环空。筛管短节上设置的筛网也可以包括筛布、金属泡沫或者筛网模块38。万向传力结构14的配合间隙主要指球头141和球座142之间的间隙。

通过在球头141和球座142之间设置密封环或密封圈，可以在循环洗井、砾石充填过程中避免压力从各个短节的缝隙处泄漏，也可以阻止较大的颗粒从万向传力结构14穿过，密封件可以为密封圈或者密封环，密封件材料可以为橡胶、复合材料或金属。作为寿命更长的方案，金属密封方式采用镍基合金密封环实现密封。

在一实施方式中，柔性内管前部设置有第一单向阀31，第一单向阀的两端分别与柔性内管内部和柔性外管外部联通，循环介质可以从柔性内管2内部通过第一单向阀31直接流至柔性外管1与井壁之间的环空，但反向流动会被第一单向阀31阻挡。用于在下入管柱的过程中循环洗井。

在一实施方式中，柔性内管前部设置有第二单向阀32，第二单向阀的两端分别与柔性内管内部和中间环空33联通，第二单向阀的流动方向为自中间环空33流向柔性内管内部。即在砾石充填过程中，携砂液经过筛管短节流入中间环空33，继而通过第二单向阀32流入柔性内管。

在一实施方式中，柔性外管后端设置有顶部悬挂装置52，顶部悬挂装置52用于使柔性外管与主井眼套管内壁或者分支井窗口挂接；充填孔34设置于顶部悬挂装置52的前方，充填孔34用于向筛管短节与井壁之间的环空注入砾石、陶粒、复合材料颗粒或砂中的任意一种或组合。在需要下入油管进行生产的案例中，顶部悬挂后方(上方)还设置有插入密封，砾石充填作业完毕后起出服务管柱下入油管，将油管底部通过插入密封与柔性外管连接。

在一实施例中，如图3所示：柔性外管1自后向前分别设置有充填孔34、若干连接短节11、若干筛管短节12。柔性充填工具由服务工具下入，服务工具为可变换流道的砾石充填送入服务工具，即服务工具包括钻杆37和流道转换器36。

在另一实施例中，如图4所示：柔性外管1自后向前分别设置有流道转换器36、充填孔34、若干连接短节11和若干筛管短节12。柔性充填工具由服务工具下入，服务工具为可变换流道的砾石充填送入服务工具，即服务工具包括钻杆37。

如图7和图8所示，本发明提供的立体井防砂工具包括顶部悬挂装置52和顶部封隔器51。如图9所示，本发明提供的立体井防砂工具，还可以应用在多分支井条件下。

方案二

本发明提供了一种立体井防砂方法，采用上述的立体井防砂工具，该立体井防砂方法包括：

步骤S10，含充填物的流体通过由柔性外管1与井壁的环空自后向前流动；

步骤S20，流体经过筛管短节的过滤后，如图5所示，由柔性内管的前端进入柔性内管，流体在柔性内管内部由前向后流动；

步骤S30，完成充填作业后，柔性内管的管壁上的可溶密封堵件达到溶解时间，管壁贯通结构21内的可溶密封堵件22逐步溶解。

步骤S20中，充填过程包括α波阶段和β波阶段；当充填结束后泵入破胶液以覆盖裸眼段为宜。

具体地，含充填物的流体从充填孔34释放，通过由外管与井壁的环空自后向前流动，后端为靠近分支窗口的一端，前端是远离分支窗口的一端。部分流体经过筛管短节的过滤后，进入柔性外管和柔性内管的环形空间内后自后向前流动，部分流体通过充填物的间隙自后向前流动，柔性内管的前端进入柔性内管，流体在柔性内管内部由前向后流动，由分支井窗口返回主井眼，完成充填后，可溶材料达到溶解时间

如图5和图6所示，充填颗粒通过钻杆37内部的流道自井口流入井下，经过流道转换器36后，由服务管柱39内部转移至柔性外管与井壁的环形空间中，并在该环形空间内堆积，继而，充填颗粒经过充填孔34流入柔性外管与井壁的环空，通过由柔性外管与井壁的环空自后向前流动。部分流体经过筛管短节的过滤后，进入柔性外管和柔性内管的环形空间内后自后向前流动，最终经过柔性内管返回主井眼。充填孔34的数量可以为1～6个；优选地，多个充填孔34呈圆周分布。

部分流体通过充填物的间隙自后向前流动，通过前部的筛管短节流入柔性外管内部。

由柔性内管的前端经过第二单向阀进入柔性内管，流体在柔性内管内部由前向后流动，由分支井窗口返回主井眼，完成充填后，拔出充填管柱，继而通过正循环洗净或者通过反循环洗井的方式完成服务工具的清洗，进一步的取出充填管柱。

可溶材料溶解时间大于管柱作业时间a和充填时间b的总和，可溶材料达到溶解时间后即发生溶解，进一步的管壁贯通结构21由封堵状态转变为畅通状态。

井眼包括自地面或巷道向地层钻探的孔。本发明提供了一种立体井防砂方法，也可以直接采取反循环砾石充填工艺进行完井。

上面已经对砾石充填进行了详细说明。下面对分段的方案进行说明。

进一步地，筛管短节为预充填筛管短节或带有筛网、筛网模块的短节，预充填筛管短节包括外筛管、内筛管、外筛管和内筛管之间充填有充填物。充填物为颗粒、丝网。其作用在于，对于要分段实现注入和采出的情形，中间环空用于分割区段，难以用于上述的砾石充填作业

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种立体井防砂工具，其特征在于，包括：柔性外管和柔性内管；

所述柔性外管包括若干连接短节和筛管短节，或者，所述柔性外管包括若干筛管短节；

所述连接短节间、所述筛管短节间、以及所述连接短节和所述筛管短节间，均采用万向传力结构连接，所述万向传力结构用于传递扭矩或轴向力；

所述柔性内管插入设置于所述柔性外管内部，所述柔性外管和所述柔性内管之间形成中间环空；所述柔性内管的后部延伸至最后方的所述筛管短节的后方；所述柔性内管的上部与所述柔性外管密封连接；所述柔性内管在充填作业完成后仍保留在所述柔性外管内，形成用于长期生产的双管结构；

砾石能够充填于所述柔性外管与井壁间形成的环形空间内；

所述柔性外管的管壁设置有充填孔；

所述柔性外管后端设置有顶部悬挂装置，所述顶部悬挂装置用于使所述柔性外管与主井眼套管内壁或者分支井窗口挂接；

所述充填孔设置于所述顶部悬挂装置的前方，所述充填孔用于向筛管短节与井壁之间的环空注入充填物；

所述柔性外管内还设有与所述充填孔相对接的流道转换器，所述流道转换器连接有位于所述柔性外管内的服务管柱，所述服务管柱用于与钻杆相连；

所述柔性内管的管壁上设置有管壁贯通结构，所述管壁贯通结构中设置有可溶密封堵件，所述可溶密封堵件能密封所述柔性内管管壁上的所述管壁贯通结构；

在砾石充填期间，所述可溶密封堵件处于不溶解的状态，所述钻杆内部含充填物的流体经过所述流道转换器转移至所述柔性外管与井壁的环形空间后自后向前流动，流体经过所述筛管短节的过滤后进入所述柔性外管和所述柔性内管的环形空间内后自后向前流动，并由所述柔性内管的前端进入所述柔性内管，流体在所述柔性内管内部由前向后流动；

砾石充填作业完成后的产油期间，所述可溶密封堵件溶解以使所述管壁贯通结构处于导通状态，地层中的流体经过所述筛管短节的过滤后进入所述柔性外管和所述柔性内管的环形空间内，并由所述柔性内管的上所述管壁贯通结构进入所述柔性内管，流体在所述柔性内管内部由前向后流动。

2.根据权利要求1所述的立体井防砂工具，其特征在于，

所述柔性内管采用复合材料管、高塑性金属管、金属丝网胶管或铠皮管；

所述筛管短节的长度为其外直径的1-15倍，所述万向传力结构包括扭矩传递件和球关节。

3.根据权利要求1所述的立体井防砂工具，其特征在于，

所述柔性内管的管体和所述可溶密封堵件形成的整体，所能够承担的外部压力与内部压力之差大于0.1兆帕。

4.根据权利要求1所述的立体井防砂工具，其特征在于，

所述可溶密封堵件采用可溶材料制作，所述可溶材料溶解时间在10-1000小时之间。

5.根据权利要求1所述的立体井防砂工具，其特征在于，

所述万向传力结构的配合间隙小于所述筛管短节的过筛尺寸，或者，所述万向传力结构包括密封件。

6.根据权利要求1所述的立体井防砂工具，其特征在于，

所述柔性内管前部设置有第一单向阀，所述第一单向阀的两端分别与所述柔性内管内部和所述柔性外管外部联通，所述第一单向阀的流动方向为自所述柔性内管内部流向所述柔性外管与井壁之间的环空。

7.根据权利要求1所述的立体井防砂工具，其特征在于，

所述柔性内管前部设置有第二单向阀，所述第二单向阀的两端分别与所述柔性内管内部和所述中间环空联通，所述第二单向阀的流动方向为自所述中间环空流向所述柔性内管内部。

8.一种立体井防砂方法，其特征在于，采用权利要求1-7中任一项所述的立体井防砂工具，所述防砂方法包括：

含充填物的流体通过由所述柔性外管与井壁的环空自后向前流动；

流体经过所述筛管短节的过滤后，由所述柔性内管的前端进入所述柔性内管，流体在所述柔性内管内部由前向后流动；

完成充填后，所述柔性内管的管壁上的可溶密封堵件达到溶解时间，所述可溶密封堵件的溶解时间为10-1000小时。