分層擠壓充填防砂管柱

《分層擠壓充填防砂管柱》是中國石化勝利油田有限公司採油工藝研究院於2004年11月3日申請的發明專利，該專利申請號為200410036213，公布號為CN1603574A，專利公布日為2005年4月6日，發明人是張毅、謝金川、吳建平、智勤功、高雪峰、陳澤江、陳剛、段友智、易善志。該發明涉及石油開採的井下設備，尤其是分層擠壓充填防砂管柱，適用於多油層的擠壓充填防砂工藝，也能用於單油層的擠壓充填防砂工藝。

《分層擠壓充填防砂管柱》適用於多油層的擠壓充填防砂工藝，亦可用於單油層。該發明具有內充填管柱和外充填管柱，內充填管柱包括沖管和內充填工具，外充填管柱包括頂部懸掛封隔器、外充填工具和濾砂管，外充填工具上設有充填口。內充填管柱設有坐封丟手，外充填管柱設有層間封隔器。當坐封丟手被打壓使頂部懸掛封隔器坐封后，坐封丟手與頂部懸掛封隔器分離，內充填管柱能夠在外充填管柱內上下移動坐封層間封隔器，與外充填工具配合擠壓充填地層。提高防砂效果和有效期。下一趟管柱即可完成多個油層分層擠壓充填防砂的施工，降低了生產成本和工人的勞動強度。

2010年11月15日，《分層擠壓充填防砂管柱》獲得第十二屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《分層擠壓充填防砂管柱》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：分層擠壓充填防砂管柱
• 公布號：CN1603574A
• 公布日：2005年4月6日
• 申請號：200410036213
• 申請日：2004年11月3日
• 申請人：中國石化勝利油田有限公司採油工藝研究院
• 地址：山東省東營市西三路188號
• 發明人：張毅、謝金川、吳建平、智勤功、高雪峰、陳澤江、陳剛、段友智、易善志
• 代理機構：北京市中實友智慧財產權代理有限責任公司
• 代理人：周京蘭
• Int.Cl.：E21B43/02
• 類別：發明專利

專利背景

在石油工業的開採現場，原油在開採過程中，油層中的地層砂易隨原油流入井筒，致使地層骨架結構破壞而出砂加劇，造成地層虧空坍塌，同時砂埋油層使原油流不到套管內，無法開採，而且破壞採油設備和輸油管線。2004年11月之前，中國油田使用的礫石充填工具均是單層擠壓充填工具，如中國專利：02212323.7，油井井下防砂充填器。它由懸掛封隔工具、濾砂管、內充填工具、沖管組成，當施工充填完後丟手，將內充填工具和沖管提出。但對於多油層油井，由於層與層之間的非均質差異，採用籠統施工無法達到向地層擠砂的防砂效果。如果使用單層擠壓充填防砂工具進行多油層擠壓充填，由於層間非均質性差異，層間又不能分層，層與層之間互相串通，擠壓時礫石只進入高滲透層，其它層則達不到防砂效果。如果用單層充填工具一趟管柱一層一層地擠壓充填，則擠壓時液體進入另一層，礫石則迅速沉澱滿該層的篩套環空不能進入地層，同樣達不到擠壓效果，同時一口多層井需要下多次管柱施工，生產成本劇增。2004年11月之前使用的井下充填管柱主要由旋轉倒扣丟手裝置、皮碗密封裝置、充填裝置、繞絲篩管和沖管等組成，這種工具先施工後丟手，由於砂漿的堵塞，造成丟手不可靠。單層擠壓時，也必須關閉套管閘門，造成套管承受高壓，容易受到損害。多油層擠壓充填防砂工具能夠實現地層分層擠壓充填與機械濾砂管篩套環空充填防砂一次完成的目的。但2004年11月之前還沒有一種對多油層一次施工分層擠壓的裝置和管柱，這是多油層油井呈待解決的技術難題。

發明內容

專利目的

該發明的目的是提供分層擠壓充填防砂管柱，解決多油層分層擠壓充填防砂的技術難題，降低生產成本。

技術方案

《分層擠壓充填防砂管柱》具有內充填管柱和外充填管柱，內充填管柱包括沖管和內充填工具，外充填管柱包括頂部懸掛封隔器、外充填工具、信號器和濾砂管，外充填工具上設有充填口。內充填管柱設有坐封丟手，外充填管柱設有層間封隔器。當坐封丟手被打壓使頂部懸掛封隔器坐封后，坐封丟手與頂部懸掛封隔器分離，內充填管柱能夠在外充填管柱內上下移動坐封層間封隔器，與外充填工具配合擠壓充填地層。

改善效果

《分層擠壓充填防砂管柱》與2004年11月之前已有技術相比，填補了2004年11月之前石油現場沒有多油層分層擠壓充填防砂裝置和管柱的空白，具有顯著的技術效果和經濟效益。使用該發明為多油層油井分層擠壓充填防砂，擠壓時封閉其它層而只對施工層高壓擠壓礫石，擠完後活動內管柱再放回原位，即可進行循環篩套環空充填，填完後可轉到另一層繼續施工。分層高壓擠壓充填能擠開地層，將大量高滲透率的礫石擠進地層，在井筒附近形成多級擋砂屏障的高滲透帶，將地層砂和礫石的混合面推向較遠處，以擴大低滲透面的滲流面積，消除孔眼附近的瓶頸阻流，降低生產壓差，從而控制出砂，提高油井產量。並有效地解除了井筒附近的污染堵塞，它提高了防砂效果，延長了防砂有效期。同時下一趟管柱即可完成多個油層分層擠壓充填防砂的施工，降低了生產成本和工人的勞動強度。

附圖說明

附圖1為分層擠壓充填防砂管柱的上部結構示意圖。

附圖2為該發明外充填工具和內充填工具的結構示意圖。

附圖3為該發明內充填工具的內充填轉換頭A-A向截面圖。

附圖4為分層擠壓充填防砂管柱的下部結構示意圖。

附圖5為分層擠壓充填防砂管柱的整體結構示意圖。

圖中：坐封丟手1、頂部懸掛封隔器2、外充填工具3、濾砂管4、層間封隔器5、上接頭6、彈簧7、滑套8、外充填筒9、指示卡箍10、外充填口11、密封件12、鋼球13、球座14、內充填工具15、內充填轉換頭16、內充填口17、內充填外管18、夾壁流通腔19、內充填下接頭20、擠壓轉換內滑管21、擠壓充填外滑管22、密封指示卡箍23、底部橋塞24、信號器25、信號器中心管26、信號器外筒27、信號器活塞28、流通孔29。

權利要求

1、《分層擠壓充填防砂管柱》具有內充填管柱和外充填管柱，內充填管柱包括沖管和內充填工具（15），外充填管柱包括頂部懸掛封隔器（2）、外充填工具（3）和濾砂管（4），外充填工具（3）上設有外充填口（11），其特徵在於內充填管柱設有坐封丟手（1），外充填管柱設有層間封隔器（5），當坐封丟手（1）被打壓使頂部懸掛封隔器（2）坐封后，坐封丟手（1）與頂部懸掛封隔器（2）分離，內充填管柱能夠在外充填管柱內上下移動坐封層間封隔器（5），與外充填工具（3）配合擠壓充填地層。

2、根據權利要求1所述的分層擠壓充填防砂管柱，其特徵是內充填管柱的連線方式是坐封丟手（1）、連線管、內充填工具（15）、沖管、擠壓轉換內滑管（21）和擠壓充填外滑管（22）依次連線，擠壓充填外滑管（22）懸掛在擠壓轉換內滑管（21）上，擠壓充填外滑管（22）能夠在擠壓轉換內滑管（21）上滑動。

3、根據權利要求1或2所述的分層擠壓充填防砂管柱，其特徵是內充填工具（15）包括鋼球（13）、球座（14）、內充填轉換頭（16）、內充填外管（18）和內充填下接頭（20），球座（14）與內充填轉換頭（16）的頂部由剪釘連線，內充填外管（18）安裝固定於內充填轉換接頭（16）的外部，與內充填下接頭（20）連線。

4、根據權利要求3所述的分層擠壓充填防砂管柱，其特徵在於內充填工具（15）的內充填轉換頭（16）中部外表面開有兩個橫截面為半月型的夾壁流通腔（19），它上部和內管柱與外管柱的環空相通，下部和擠壓轉換內滑管（21）的內腔相通，另一側至少開有1個內充填口（17），內充填口（17）和夾壁流通腔（19）密閉不通。

5、根據權利要求1所述的分層擠壓充填防砂管柱，其特徵在於外充填管柱還具有信號器（25）、密封指示卡箍（23）和底部橋塞（24）或絲堵，外充填管柱的連線方式是由連線管依次將頂部懸掛封隔器（2）、外充填工具（3）、 信號器（25）、濾砂管（4）、層間封隔器（5）、密封指示卡箍（23）和底部橋塞（24）或者絲堵連線在頂部懸掛封隔器（2）上。

6、根據權利要求1或5所述的分層擠壓充填防砂管柱，其特徵在於外充填工具（3）包括上接頭（6）、彈簧（7）、滑套（8）、外充填筒（9）和指示卡箍（10），指示卡箍（10）和滑套（8）聯接在一起，由彈簧（7）壓住安裝在外充填筒（9）內並能夠在外充填筒（9）內上下滑動，外充填筒（9）上至少設有外充填口（11）一個，其上端與上接頭（6）連線。

7、根據權利要5所述的分層擠壓充填防砂管柱，其特徵在於信號器（25）包括信號器中心管（26）、信號器外筒（27）和信號器活塞（28），信號器中心管（26）上有流通孔（29），外部安裝有信號器外筒（27），信號器外筒（27）的上半部是濾砂管；它們形成的環空安裝有信號器活塞（28），信號器活塞（28）用剪釘固定在信號器外筒（27）內，信號器活塞（28）的內外表面均設有密封圈。

8、根據權利要求1或5所述的分層擠壓充填防砂管柱，其特徵在於擠壓多層時，外充填管柱頂部設有頂部懸掛封隔器（2），其下由外充填工具（3）、信號器（25）、濾砂管（4）、層間封隔器（5）組成一層外充填管柱，下一層外充填管柱仍然由外充填工具（3）、信號器（25）、濾砂管（4）、層間封隔器（5）組成，最下面一層外充填管柱的層間封隔器（5）由底部橋塞（24）或絲堵代替。

9、根據權利要求8或所述的分層擠壓充填防砂管柱，其特徵在於層間封隔器（5）的內腔裝設密封指示卡箍（23），密封指示卡箍（23）的中部至少設有軸向槽3條，槽間的筋條內表面有凸台，密封指示卡箍（23）下部設有密封槽；在底部橋塞（24）或絲堵和濾砂管（4）之間的上部也設定密封指示卡箍（23）。

10、根據權利要求6所述的分層擠壓充填防砂管柱，其特徵在於外充填筒（9）上開設的外充填口（11）與內充填工具（15）的內充填口（17）對應；指示卡箍（10）的中部至少設有軸向槽3條，槽間的筋條內表面設有凸台。

實施方式

以下結合附圖對該發明做進一步的詳述：參見附圖1-5，分層擠壓充填防砂管柱分為內充填管柱和外充填管柱兩大部分。內充填管柱包括坐封丟手1、沖管、內充填工具15、擠壓轉換內滑管21、擠壓充填外滑管22，它們依次螺紋聯接，擠壓充填外滑管22懸掛並套在擠壓轉換內滑管21上；其中內充填工具15包括鋼球13、球座14、內充填轉換頭16、內充填口17、內充填外管18、夾壁流通腔19、內充填下接頭20。外充填管柱包括頂部懸掛封隔器2、外充填工具3、信號器25、濾砂管4、層間封隔器5、密封指示卡箍23、底部橋塞24，它們依次螺紋聯接。其中外充填工具3包括上接頭6、彈簧7、滑套8、外充填筒9、指示卡箍10、外充填口11、密封件12。信號器25包括信號器中心管26、信號器外筒27、信號器活塞28、流通孔29。

附圖1-4顯示的是擠壓充填2個層的狀況，該發明一次可以擠壓充填多個油層，每增加一層，外充填管柱只增加一套層間封隔器5、一套外充填工具3、一套信號器25和一段濾砂管4。最下面一層的外充填管柱的層間封隔器5由底部橋塞24或絲堵代替。

內充填管柱位於外充填管柱的環空內，內、外充填管柱向井內下入時由頂部懸掛封隔器2和坐封丟手1聯接，當下到油層位置後從井口油管打壓力，坐封丟手1和頂部懸掛封隔器2經液壓坐封、丟手分離後，內充填管柱和外充填管柱分離，內充填管柱可自由地在外充填管柱內上下移動。球座14是一有內錐面的圓套，外圓面有密封圈，由剪釘固定在內充填轉換頭16的 內腔，內充填轉換頭16的截面銑成圖3的形狀，它的內充填口17和內充填外管18的開口對準後焊接形成內充填口17和夾壁流通腔19。內充填工具15的下部連線有擠壓轉換內滑管21、擠壓充填外滑管22。擠壓充填外滑管22懸掛在擠壓轉換內滑管21上，並可在其表面滑動。外充填工具3的外充填筒9內腔表面有密封件12，外圓側面開有外充填口11，它的上部螺紋聯接有上接頭6，指示卡箍10的中間表面銑了許多條槽成為許多筋條，筋條內面有凸台，筋條的內徑可以彈性地脹縮，指示卡箍10和滑套8螺紋聯接在一起，它們的內外圓表面均有密封圈，它們安放在外充填筒9內，並可在其內滑動，上部由彈簧7壓住。信號器25包括信號器中心管26、信號器外筒27、信號器活塞28、流通孔29。信號器中心管上有流通孔29，外部安裝有信號器外筒27，信號器外筒27的上半部是濾砂管。它們形成的環空安裝有信號器活塞28，它用剪釘固定在信號器外筒27上，信號器活塞28的內外面均有密封圈。

《分層擠壓充填防砂管柱》在現場使用時，按如下操作程式進行：

1、坐封頂部懸掛封隔器2：

將該發明按附圖1、附圖2、附圖4的次序依次在地面連線好，用油管下入井中設計位置，將鋼球13投到球座14的內錐面上，從井口打壓力，液體壓力作用在坐封丟手1的活塞上，使頂部懸掛封隔器2坐封，然後丟手，使坐封丟手1和頂部懸掛封隔器2分脫開，從而使內充填管柱和外充填管柱分開，內充填管柱可自由地在外充填管柱內上下提放，再加大壓力，將鋼球13和球座14的剪釘打斷，使其掉在內充填工具15的內腔最下面，將內充填口17露出。

2、坐封層間封隔器5：

將內充填管柱上提，使內充填工具15的內充填外管18的上沿靠在密封指示卡箍23的內凸台上，密封指示卡箍23的結構類似於指示卡箍10，此時 內充填工具15的內充填口17對準層間封隔器5的液缸孔，從油管打壓，將層間封隔器5坐封。

3、擠壓下部層段：

活動內充填管柱，使內充填工具15的內充填外管18的上沿靠在指示卡箍10的內凸台上遇阻，並將指示卡箍10和滑套8上拉，使外充填筒9的外充填口11露出，這時內充填工具15的內充填口17正好對準外充填工具3的外充填口11，此時可以從井口將混砂液經內充填口17和外充填口11泵入地層，將地層擠滿後，等待壓力擴散。

4、循環充填下部層段：

上提內充填工具15，使其滑過指示卡箍10的凸台，指示卡箍10和滑套8在彈簧7的推壓下自動下移，將外充填口11封住，同時將擠壓轉換外滑管22提出密封指示卡箍23的密封段，然後再將內充填工具15放回原來擠壓位置，但擠壓充填外滑管22已上移到密封指示卡箍23以上，它將循環通道打開，混合砂漿從地面經油管從內充填工具15的內充填口17和外充填工具3的外充填口11流出，砂礫被濾砂管4過濾留在篩套環空，將環空填滿。液體流過濾砂管4經擠壓充填外滑管22、擠壓轉換內滑管21的內腔流入，穿過內充填工具15的夾壁流通腔19，進入分層擠壓充填管柱環空間隙，從油管和套管環空流出。當篩套環空充滿，礫石將濾砂管4埋住，循環通道被埋住，壓力升高到一定程度，將信號器活塞28上的剪釘剪斷，信號器活塞28落下，露出流通孔29，循環通道重新被打通，將多餘礫石充填進濾砂管4和信號器25之間的環空，該層段充填施工完畢。

5、擠壓充填其它層段：

下層段施工完後，即可將內充填工具15上提，提到上一層段的外充填工具3處，即可進行上一層的擠壓充填，直至將所有層充填完畢，提出內充填管柱即可完井。該發明亦可用於單油層擠壓充填防砂工藝和多於2個層段以上的多個油層油井施工。

榮譽表彰

2010年11月15日，《分層擠壓充填防砂管柱》獲得第十二屆中國專利獎優秀獎。