一种小井眼筛管完井管柱及施工方法与流程

本发明涉及石油开采，具体地说是一种小井眼筛管完井管柱及施工方法。

背景技术：

1、目前，我国多数老油田陆续进入高含水、特高含水开发期，开发的难度逐步加大。同时，开发时间的不断延长和开发工作的不断深化，地层的流体场、压力场发生很大变化，加之频繁的油水井措施和修井施工以及井身结构、完井固井质量、管材及腐蚀等诸多因素，使得油水井套管的技术状况越来越差，导致破裂、变形、穿孔、错断等套管损坏现象不断发生。由于套管损坏，使得油井对应的控制储量不能动用，损失大量可采储量；由于套管的损坏，使得注水井无法正常注水，相对应的油井能量无法得到补充，开发方案无法实施，影响到区块的最终的采收率。侧钻井是治理套损的有效技术手段，尤其是侧钻水平井具备侧钻井成本低和水平井泄油面积大、产量高的技术优势。

2、目前侧钻水平井完井的方式主要有套管固井、筛管顶部注水泥、尾管悬挂等完井方式，其中筛管顶部注水泥完井方式为裸眼筛管完井，油层段以上下入套管注水泥固井，油层段下入筛管不固井，具有储层污染小、泄油面积大的技术优势，得到广泛应用。

3、申请号200810238498.x的中国专利公布了“免钻塞注水泥固井方法及管柱”，包括完井套管、胶塞、注水泥器、套管外封隔器、盲板。完井套管下入井筒中，其下部顺次安装连接有注水泥器、套管外封隔器和盲板，完井套管内安置有胶塞，提供的一种免钻塞注水泥固井方法，采用可溶性材料制作盲板，固井完成后注入设计量的溶液，将盲板溶解。方法包括如下顺序的步骤：(a)井筒内下入完井管柱；(b)打压膨胀管外封隔器；(c)洗井；(d)自注水泥器注入设计量水泥浆；(e)释放可溶性材料制作的胶塞至设计位置；(f)注入设计量的溶解液，溶解可溶性材料制作的盲板、可溶性材料制作的胶塞、注水泥器上的可溶性部件；(g)候凝。该技术存在以下问题：①注完水泥后，注水泥器需要用胶塞来关闭，存在关闭不严的问题；②盲板与胶塞之间存在一定的水泥塞，盲板与胶塞不能完全溶解，后期还要进行钻塞施工；③完井采用的裸眼封隔器采用扩张式胶筒制作，下井过程中容易被井壁刮伤，密封不严，筛管段容易落入水泥浆把油层固死。

4、申请号200910229932.2的中国专利公布了“裸眼水平井免钻塞防砂固井管柱”，包括外管柱和内管柱。外管柱包括酸洗充填阀、防砂筛管、裸眼封隔器、外定位台阶、外注水泥器和套管；内管柱包括油管及其上连接安装的内注水泥器，内管柱安装于外管柱中，内外管柱之间相互固定密封，首先通过定位器，定位裸眼封隔器位置胀封封隔器密封环空，然后上提定位器，定位注水泥器位置，打开循环孔进行注水泥作业，最后通过内管柱机械关闭注水泥循环孔，候凝固井。该技术存在以下问题：①需要通过机械定位器多次定位内管柱，工序复杂，对定位的精度要求高，成功率低；②需要单独下一趟内管管柱，两趟管柱增加作业成本和施工周期；③内外管柱之间是通过皮碗封隔器密封，密封能力差容易漏水泥浆；④注水泥器通过机械方式关闭，可靠性低，容易关不严；⑤裸眼封隔器采用扩张式胶筒制作，下井过程中容易被井壁刮伤，密封不严，筛管段容易落入水泥浆把油层固死。

5、申请号201110032469.x的中国专利公布了“一种半程注水泥完井管柱及其方法”，完井管柱包括管外封隔器，分级箍和套管顺序连接，堵塞器和胶塞置于管外封隔器和分级箍中，在管外封隔器的内壁上设有定位凹槽，堵塞器的定位块嵌入其中；其注水泥步骤是：下完全管柱，打压坐封管外封隔器，升压打开分级箍，循环泥浆后注水泥浆，投入胶塞，顶替碰压，关闭分级箍，下捞矛捞住堵塞器，上提捞矛释放堵塞器，起出堵塞器和胶塞，候凝，可实现免钻塞筛管顶部注水泥完井工艺，并且完井后通径与套管内径相同。该技术存在以下问题：①工具结构复杂，成本高，可靠性低；②注水泥结束后，需要下一趟打捞管柱，两趟管柱增加施工成本和作业周期；③对水泥候凝时间控制要求高，否则打捞堵塞器容易失败，增加钻塞的风险；④裸眼封隔器采用扩张式胶筒制作，下井过程中容易被井壁刮伤，密封不严，筛管段容易落入水泥浆把油层固死。

6、申请号201711318126.3的中国专利公布了“一种小井眼固井防砂完井一体化管柱及施工方法”，包括外管柱以及置于其内部的充填管柱；外管柱包括依次连接的钻杆串、悬挂器、尾管、碰压座、注水泥器、封隔器、隔离板、筛管、充填装置以及导向装置；充填管柱包括依次连接的油管串、冲管串以及充填对接装置，充填装置与充填对接装置相互配合，该发明的管柱以及施工方法，可实现对侧钻小井眼实施上部固井、下部砾石充填筛管完井，在筛管与裸眼地层之间形成挡砂屏障，实现小井眼固井防砂完井一体化。主要施工步骤为：将外管柱下入到井内预定位置，然后对外管柱进行打压，坐挂悬挂器，同时膨胀封隔器封隔环空，继续打压至注水泥器开启，注水泥固井，投入替浆塞顶替水泥浆，到达碰压座处碰压，候凝后，用钻头将替浆塞、碰压座、注水泥器和隔离板钻除；下入充填管柱，与充填装置对接实施砾石充填作业，形成砾石充填层。该技术存在以下问题：①固井完成后需要下入钻塞管柱进行钻塞，钻头的震动会对水泥环产生影响，影响固井质量；②单独再下一趟钻塞管柱，增加作业成本和施工周期；③钻塞后形成的残留毛刺不光滑，会影响后期作业管柱的顺利下入；④裸眼封隔器采用扩张式胶筒制作，下井过程中容易被井壁刮伤，密封不严，筛管段容易落入水泥浆把油层固死。

7、因此，针对以上专利技术中存在的问题，需要发明一种小井眼筛管完井管柱及施工方法，在侧钻井等小井眼中，以一趟管柱的低成本完井方法，实现筛管顶部注水泥完井工艺，实现防砂投产，有效治理套损井，快速恢复老井产能。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种小井眼筛管完井管柱及施工方法，可以避免水泥浆污染油气藏，可以节省套管、水泥等材料成本；节约施工周期和作业成本；可以有效避免密封总成被划伤，可以有效防止水泥浆漏入筛管段污染油层；能为管柱封隔器提供较高的座封压差；有效避免被活塞注水泥过程中的胶圈脱落问题。

2、为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种小井眼筛管完井管柱，包括自下而上依次连接的洗井阀、筛管、密封总成、循环总成；

4、所述循环总成包括滑套座，所述滑套座开设循环孔；所述滑套座针对循环孔位置设置有内外双开启结构。

5、所述筛管、密封总成之间还连接有可溶盲板。

6、所述内外双开启结构包括内开启结构、外开启结构；所述内开启结构置于滑套座内壁，所述外开启结构置于滑套座外壁。

7、所述内开启结构包括打开套；所述打开套能对循环孔封堵密封，所述打开套通过销钉与滑套座连接，循环孔能连通至销钉；

8、所述外开启结构包括滑套；所述滑套能对循环孔封堵密封。

9、所述滑套下端面具有内锥面，所述滑套座外壁开设外锥面，外锥面上设置球面体，所述内锥面与球面体构成挤压刚性密封。

10、所述滑套座上端连接弹簧套，所述弹簧套在弹簧套外部，弹簧下端顶住滑套上端，弹簧套上端连接上接头，弹簧上端顶在上接头下端面。

11、所述弹簧套外壁与滑套内壁同时开设相对应的能防止滑套继续下行的限位台阶。

12、所述滑套座内壁开设有防止打开套掉落的限位台阶。

13、所述内锥面为30度。

14、所述密封总成包括支撑管以及套装在支撑管外壁上的胶筒总成、液压活塞驱动座封机构；

15、所述胶筒总成包括胶筒，所述液压活塞驱动座封机构包括液缸套及液缸套内的活塞；所述支撑管开设连通液缸套的进液孔；

16、所述液压活塞驱动座封机构的活塞对胶筒总成轴向压缩，使胶筒总成的胶筒径向膨胀。

17、所述胶筒包括内胶筒、外胶筒；

18、所述支撑管上部外圆套装有硫化头、内胶筒、密封环，所述内胶筒外面硫化有外胶筒，所述硫化头的下部外圆台阶和密封环的上部外圆台阶分别设计有锯齿形或矩形齿结构，与内胶筒、外胶筒共同硫化在一起形成双层胶筒结构。

19、所述内胶筒为软橡胶材料，所述外胶筒为硬橡胶材料，并且外圆上设计有多条“v”型槽；所述密封环的中部内圆设计有凹槽。

20、所述液缸套的内圆下部有一台阶，台阶上端面与活塞的外圆台阶下端面相对配合，台阶下端面设计有凹槽，安放锁环，所述液缸套的下部通过内圆螺纹连接压帽，压帽上端面将锁环顶紧在凹槽内，防止退回；

21、所述活塞的中部外圆设计有止退螺纹，与锁环配合起止退作用；压帽通过控制剪钉固定在活塞上。

22、所述可溶盲板由板座、板芯和压套组成，所述压套通过螺纹与板座连接后，其上端面将板芯顶紧在板座的内圆台阶上，所述压套的外圆台阶和板芯的外圆上分别设计有密封件，与板座的内圆形成密封。

23、为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案：

24、一种小井眼筛管完井管柱的施工方法，包括以下步骤：

25、所述液压活塞驱动座封机构的活塞对胶筒总成轴向压缩，使胶筒总成的胶筒径向膨胀座封；

26、管柱内继续打压，打开套剪断打开剪钉并下行，露出滑套座上循环孔，液压推动滑套压缩弹簧并向上运动，此时循环孔完全打开，进行充分洗井循环作业；

27、定量顶替完水泥浆后停泵，此时滑套在弹簧的作用下自动复位，其下端内锥面顶紧在滑套座的圆弧状的外圆台阶上，防止环空中的水泥浆回流；替入完井液，充分洗井；

28、起出送入钻具，并将悬挂器的中心管和与其连接的内管带出井筒，实现一趟管柱完成筛管顶部注水泥完井作业。

29、还包括以下步骤：

30、候凝完井，地层流体将可溶盲板的板芯充分溶解，完井管柱上下联通，形成油气生产通道，可实现裸眼筛管防砂投产。

31、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

32、可以在新钻小井眼中实施尾管悬挂筛管顶部注水泥完井，一方面可以避免水泥浆污染油气藏，一方面可以节省套管、水泥等材料成本；内外管柱一次下入，完井后期不需要再单独下入一趟钻塞管柱或者内管注水泥管柱，一趟管住即可完成全部的完井施工，节约施工周期和作业成本；

33、本发明的密封总成创新设计内、外双层胶筒，采用压缩式密封结构，外层硬胶筒可以有效避免密封总成被划伤，内层软胶筒能够保持长效密封，可以有效防止水泥浆漏入筛管段污染油层；

34、循环总成采用节流开关设置，结构简单可靠，注水泥完成后在弹簧的作用下自动复位，不需要进行单独的关闭动作；

35、整个完井管柱结构简单，完井后不留台阶、内通径大，利于后期作业管柱的顺利下入。

36、循环总成结构采用双开启活塞设计，打开套依靠活塞面积差产生的压力运动，在配合销钉控制，能为管柱封隔器提供较高的座封压差；节流滑套开启密封常用橡胶圈软材密封，节流滑套下端设有30度倒角与下接头上部外圆球面形成钢性密封配合，可有效避免被活塞注水泥过程中的胶圈脱落问题造成后期滑套关闭不严，影响整个注水泥作业，需要返工修井，产生重大经济损失。节流滑套随注入压力与排量的大小能自我调节开启通道的面积的能力，可使灰桨更均匀的注入到套管外环控处，对固井部位井壁能够起到有效保护。外部复位弹簧具有可调节弹性功能，操作简单可满足不同所需载荷工矿下使用。