充填滑套工具总成、管外高阻流分段完井管柱及分段防砂方法与流程

本发明属于油气开采工艺，尤其涉及一种无限级充填滑套工具总成、一种管外高阻流分段完井管柱以及一种利用管外高阻流分段完井管柱进行分段防砂的方法。

背景技术：

1、目前，采用水平井开发在国内外各油田大规模应用。根据油藏地质条件及开发的需要，水平井采用不同的完井方式，其中对于疏松砂岩油藏，水平井多以防砂完井为主。防砂完井主要有两种完井方式——筛管防砂完井和砾石充填防砂完井。受限水平井裸眼分段完井技术不成熟的制约，导致水平井筛管防砂完井或砾石充填防砂完井多数采用笼统方式(非分段完井)。

2、目前，国内外高温管外封隔器技术都不成熟。常规管外封隔器分段完井技术不适用于防砂完井，主要原因包括三方面：

3、(1)常规管外封隔器为k型封隔器，采用氢化丁腈橡胶，不耐高温，无法满足热采井防砂需要。

4、(2)常规管外封隔器密封单元长度只有1m长，卡封部位需要有良好的泥岩隔层发育，如图1所示，但是大多水平井裸眼段泥岩层发育不好。同时封隔器卡封部位受泥岩层段的制约，无法实现任意分段。

5、(3)即使泥岩段发育好，具备分段完井条件，由于封隔器密封单元太短，难以形成有效管外封隔，窜流严重。如图2所示。

6、目前，用于分层/分段砾石充填防砂的充填滑套存在以下问题：

7、(1)充填滑套与充填服务工具组合存在结构复杂的问题，需要轴向、径向双定位，地面操作难度大。

8、(2)充填滑套工具存在级数差异，导致完井通径逐级减小。

9、(3)充填滑套工具开关不稳定，施工风险高。

10、鉴于此，现有技术面临以下难点：(1)在高温管外封隔器技术不成熟的情况下，如何实现热采井管外有效封隔及分段防砂完井。(2)结构简单、稳定性高的无限级充填滑套工具组合设计难度大。

技术实现思路

1、针对以上提及的现有技术中存在的至少一项问题，本发明的目的在于提供一种无限级充填滑套工具总成、一种管外高阻流分段完井管柱以及一种利用管外高阻流分段完井管柱进行分段防砂的方法。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、根据本发明的第一方面，提供一种无限级充填滑套工具总成，其包括：

4、充填滑套工具，所述充填滑套工具包括：

5、滑套工作筒，所述滑套工作筒沿径向均匀设置有多个第一充填孔；

6、滑套管，所述滑套管套设于所述滑套工作筒内并且可在所述滑套工作筒内沿轴向在第一位置和第二位置之间平移滑动，在所述第一位置，所述滑套管遮挡所述第一充填孔，在所述第二位置，所述滑套管露出所述第一充填孔，所述滑套管上设置有环形卡槽；

7、充填服务工具，所述充填服务工具穿设于所述充填滑套工具内并且可在所述充填滑套工具内沿轴向平移滑动，所述充填服务工具包括：

8、充填管，所述充填管沿径向均匀设置有多个第二充填孔；

9、下导杆，所述下导杆一端连接到所述充填管的内侧，相对的另一端延伸超出所述充填管；

10、弹性构件，所述弹性构件套设于所述下导杆延伸超出所述充填管的一部分外侧，所述弹性构件上设置有用于与所述滑套管上的环形卡槽配合的定位凸台，

11、其中，所述充填服务工具在所述充填滑套工具内沿第一方向滑动时，带动所述滑套管朝向所述第二位置移动，所述第二充填孔与所述第一充填孔流体连通，由此打开所述充填滑套工具，所述充填服务工具在所述充填滑套工具内沿与所述第一方向相反的第二方向滑动时，带动所述滑套管朝向所述第一位置移动，所述第二充填孔不再与所述第一充填孔流体连通，由此关闭所述充填滑套工具。

12、根据本发明的一个实施例，所述第一充填孔为矩形孔和/或所述第二充填孔为矩形孔。

13、根据本发明的一个实施例，每两个相邻的所述第二充填孔夹一个充填管连接筋，所述第一充填孔所对应的圆心角与所述充填管连接筋所对应的圆心角之比设计为(2～1.5):1。

14、根据本发明的一个实施例，所述充填滑套工具包括液流转向护套，所述液流转向护套套设于所述滑套工作筒的外侧，位于所述第一充填孔附近，用于使所述第一填充孔径向流出的流体转变方向。

15、根据本发明的一个实施例，所述液流转向护套设计有锥形喇叭口。

16、根据本发明的一个实施例，所述滑套工作筒在所述第一充填孔附近设计有流道槽与加强筋，所述流道槽、加强筋数量与第一充填孔数量相等，所述流道槽与加强筋沿周向均匀交错分布，所述流道槽与第一充填孔正对。

17、根据本发明的一个实施例，所述滑套管中部设计有一组弹性凸键，所述弹性凸键沿周向均匀分布，所述弹性凸键上设计有定位凸台，所述滑套工作筒的内侧面设计有与所述定位凸台匹配且轴向上间隔开的第一定位环形槽和第二定位环形槽，当所述充填滑套工具处于关闭状态时，所述定位凸台处于所述第一定位环形槽内，当所述充填滑套工具处于开启状态时，所述定位凸台处于所述第二定位环形槽内。

18、根据本发明的一个实施例，所述定位凸台的定位力设计为1t—1.5t。

19、根据本发明的一个实施例，所述弹性凸键的正下部设计有矩形槽，所述弹性构件的定位凸台所对应的周向圆心角与所述滑套管的矩形槽所对应的周向圆心角之比设计为＞1.5。

20、根据本发明的一个实施例，所述滑套管设计为内隐式。

21、根据本发明的一个实施例，所述滑套工作筒与所述滑套管同轴且内圆面平齐。

22、根据本发明的一个实施例，所述充填管为圆管状，分为同轴的四段：工具连接段、第一密封段、充填孔段、第二密封段，所述第一密封段设计有第一密封圈槽；所述第二密封段设计有环形储砂槽和第二密封圈槽，所述第一密封段外圆面与所述第二密封段外圆面平齐；所述充填孔段设计有所述第二充填孔和环形导流槽，所述环形导流槽位于第二充填孔外侧壁，其外圆面相对于所述第一密封段、所述第二密封段外圆面为内凹。

23、根据本发明的一个实施例，所述下导杆为圆杆状，由堵头段和导杆段组成，所述堵头段为实心杆，间隙配合插设于所述充填管之中，所述堵头段设计有圆锥形导流头，所述导杆段为空心圆杆。

24、根据本发明的一个实施例，所述弹性构件为定位卡簧，所述定位卡簧中部设计有若干个沿周向均匀分布的筋条形弹性体，所述弹性体左端连接左支撑体，右端连接右支撑体，所述弹性体内侧设计有环形槽，外侧中部设计有所述定位凸台，相邻两个弹性体之间设计有矩形镂空槽。

25、根据本发明的一个实施例，所述充填服务工具包括限位环，所述限位环固定连接到所述下导杆的外侧，所述限位环与所述充填管之间的轴向距离大于所述弹性构件的轴向长度，当所述充填滑套工具处于开启状态时，所述弹性构件与所述限位环轴向间隔开，当所述充填滑套工具处于关闭状态时，所述弹性构件抵接所述限位环。

26、根据本发明的第二方面，提供一种管外高阻流分段完井管柱，包括：

27、完井管柱，所述完井管柱包括多个防砂完井段，每个防砂完井段包括自上而下依次连接的管外封隔器、常规筛管、控流筛管、充填滑套工具，所述充填滑套工具包括：

28、滑套工作筒，所述滑套工作筒沿径向均匀设置有多个第一充填孔；

29、滑套管，所述滑套管套设于所述滑套工作筒内并且可在所述滑套工作筒内沿轴向在第一位置和第二位置之间平移滑动，在所述第一位置，所述滑套管遮挡所述第一充填孔，在所述第二位置，所述滑套管露出所述第一充填孔，所述滑套管上设置有环形卡槽；

30、充填内管柱，所述充填内管柱设置在所述完井管柱内，所述充填内管柱包括冲管和与所述冲管连接的充填服务工具，所述充填服务工具可与所述管外封隔器、所述控流筛管、所述充填滑套工具配合使用，所述充填服务工具包括：

31、充填管，所述充填管沿径向均匀设置有多个第二充填孔；

32、下导杆，所述下导杆一端连接到所述充填管的内侧，相对的另一端延伸超出所述充填管；

33、弹性构件，所述弹性构件套设于所述下导杆延伸超出所述充填管的一部分外侧，所述弹性构件上设置有用于与所述滑套管上的环形卡槽配合的定位凸台，

34、其中，所述充填服务工具在所述充填滑套工具内沿第一方向滑动时，带动所述滑套管朝向所述第二位置移动，所述第二充填孔与所述第一充填孔流体连通，由此打开所述充填滑套工具，所述充填服务工具在所述充填滑套工具内沿与所述第一方向相反的第二方向滑动时，带动所述滑套管朝向所述第一位置移动，所述第二充填孔不再与所述第一充填孔流体连通，由此关闭所述充填滑套工具。

35、根据本发明的一个实施例，所述控流筛管由滑套开关部分、连接过渡部分、过滤部分及提升部分构成，所述过滤部分由盲管、过滤层和保护套构成，所述滑套开关部分采用与所述充填服务工具相匹配的结构，使得所述充填服务工具在所述控流筛管内沿第一方向滑动时开启所述滑套开关部分，所述充填服务工具在所述控流筛管内沿与所述第一方向相反的第二方向滑动时关闭所述滑套开关部分。

36、根据本发明的一个实施例，所述管外封隔器设计有与所述充填服务工具相匹配的定位槽，当所述充填服务工具的定位凸台位于所述管外封隔器的定位槽内时，所述充填服务工具的第二充填孔与所述管外封隔器的液压坐封进液孔正对，可以通过所述充填服务工具对所述管外封隔器进行液压坐封。

37、根据本发明的第三方面，提供一种利用上述管外高阻流分段完井管柱进行分段防砂的方法，其包括以下步骤：

38、(1)下完井管柱：

39、将充填滑套工具预设于关闭状态，将管外封隔器、常规筛管、控流筛管、充填滑套工具自上而下依次连接为防砂完井段，将充填服务工具预置于最后一个防砂完井段的充填滑套工具的内腔中，将多个防砂完井段依次连接形成完井管柱，然后下入套管内；

40、(2)下充填内管柱：

41、用冲管连接插接工具并下入井内，下压管柱，使冲管、插接工具、充填服务工具共同连接为充填内管柱；

42、(3)分段防砂充填作业：

43、从下到上依次进行各个防砂完井段的充填作业，过程为上提充填内管柱，使充填服务工具正对防砂完井段的管外封隔器，冲管内泵入液体，对防砂完井段的管外封隔器进行液压坐封，然后下压充填内管柱，依次打开防砂完井段的控流筛管以及充填滑套工具，对防砂完井段进行循环充填作业，充填结束后，上提充填内管柱，依次关闭防砂完井段的充填滑套工具以及控流筛管；

44、(4)完成所有防砂完井段的充填作业后，起出充填内管柱。

45、根据本发明的一个实施例，分段防砂的方法还包括以下步骤：将充填服务工具与插接工具的插座部分连接，将充填服务工具以及与充填服务工具连接的插接工具的插座部分预置于最后一个防砂完井段的充填滑套工具的内腔中；用冲管连接插接工具的插头部分，下入完井管柱内，当插接工具的插头部分触及插接工具的插座部分时，下压管柱，使插接工具的插头部分与插座部分实现密封连接。

46、采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果中的至少一项：

47、(1)本发明提供的无限级充填滑套工具总成具有结构简单、设计科学、开关稳定的特性，可用于各种水平井分段充填/直井分层充填。

48、(2)本发明提供的无限级充填滑套工具总成具有防误开设计，安全性高，同时能够保障后期作业管柱无障碍通过。

49、(3)本发明提供的无限级充填滑套工具总成优化设计了充填孔匹配关系，只需轴向定位即可，无需径向定位，操作简便，稳定性更高。

50、(4)本发明提供的管外高阻流分段完井管柱各级工具尺寸一致，各级完井通径一致，只需一个充填服务工具即可完成逐级充填作业施工。

51、(5)本发明提供的方案有效地解决了分段完井技术不适用于防砂完井的问题，利用无限级充填滑套工具总成及管外高阻流分段完井管柱，通过建立管外砾石充填分段完井，优化高阻流层段长度，实现管外高阻流封隔。整体管柱结构并不复杂，具有施工简易的优势。

52、(6)本发明提供的分段防砂方法从下至上逐级完井一趟管柱实现，具有作业周期短的优势。逐级完井工艺：坐封本级管外封隔器→开启本级控流筛管→开启本级充填滑套工具→充填完井→关闭本级充填滑套工具→关闭本级控流筛管。

53、(7)本发明提供的分段防砂方法不仅适用于裸眼井防砂完井，同样适用于套管内分段/分层完井。

54、(8)本发明提供的分段防砂方法可以满足热采井防砂需要。