本发明涉及注水开发中后期油井高含水的防砂完井管柱和施工工艺,尤其是一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱。
背景技术：
1、目前，海上疏松砂岩油藏主体馆陶组主要采用多套层系笼统合采的方式生产开发，具体方式为多套层系全射开、笼统开采。当所有的油层通过全部射孔采用笼统开采方式时，由于生产过程中存在着不同生产层系的压力体系不同、不同生产层系的渗透率不同、距离油水界面的距离不同等问题，容易产生层间干扰、层间互窜，高含水油层易出水、低含水油层不出油，影响油藏的整体开发效果。
2、像上述多套层系全射开、笼统开采的方式，若采用普通的精密筛管完井，只能进行充填防砂、不能解决不同生产层系的控水问题；若采用控水筛管，能够解决不同生产层系分段控水的问题，但是控水筛管的基管不打孔时，控水筛管与冲管不连通,无法形成有效的循环通道,容易导致携砂液不能携带常规密度的陶粒砂在控水筛管与套管之间的环空内由下至上进行充填防砂,导致筛管与套管之间的环空砾石充填质量不理想，从而影响高质量防砂和控制含水的实施效果。
3、经过检索，与上述防砂管柱相近的工艺技术，还有以下专利技术：cn210738529u公开的一种超轻颗粒水平井分段充填工艺工具及分段控水工艺工具，涉及完井技术领域，超轻颗粒水平井分段充填工艺工具包括充填工具、多个旁通筛管以及连接在任意相邻两个旁通筛管之间的旁通封隔器，旁通筛管与旁通封隔器密封连接；充填工具与最上方的旁通筛管密封连接。分段控水工艺工具包括控水组件和超轻颗粒水平井分段充填工艺工具；控水组件位于超轻颗粒水平井分段充填工艺工具内。超轻颗粒水平井分段充填工艺工具以及分段控水工艺工具达到了充填作业容易的技术效果。
4、但是，上述专利技术采用的旁通筛管也只能满足超轻颗粒充填作业，因为没有返水通道，只能依靠超轻颗粒自身的重量轻，随着携砂液漂流充填，容易形成砂桥和充填不完全。
5、cn201710506754.8公开的一种直井充填结合化学封隔体分段控水完井方法，该方法包括以下步骤：在直井多层系打开时进行砾石充填防砂；对砾石充填段注入化学分隔体材料进行封隔分段；配合化学分隔体对不同储层层系进行分段自适应控水完井。该方法能够解决防砂、分层和层系油水互窜等问题。
6、但是，上述专利技术中的填充材料为特殊的化学封隔体且用于多层系同时打开的直井，化学封隔体需要配合遇油遇水膨胀封隔器进行分段，操作复杂，成本高，不适合传统分段充填分段控水作业。
7、因此需要设计发明一种新的工艺方法，根据油藏物性发育特点和水淹程度，解决差异化的分段分层挤压充填防砂、循环充填防砂、分层控水的问题。使得整个多油层合采开发的油井可以分段分层防砂、分层控制含水，减少多层单独开发或者逐层射孔开发生产的成本，提高整个多层系储层的开发效果和采出程度。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱，实现下入一趟管柱，实现差异化的分层挤压充填、分层高速水充填、分层自适应控含水，使得整个多油层合采开发的油井可以分段分层防砂、分层控制含水，提高整个多层系储层的开发效果和采出程度。
2、本发明的技术解决方案是：一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱，包括内部作业管柱和外部作业管柱，内部作业管柱中通过油管自上而下连接着充填工具总成、充填滑套开关工具和冲管；外部作业管柱设有顶部封隔器、充填滑套、密封筒、控水筛管、控水阀和沉砂封隔器，沉砂封隔器连接在外部作业管柱的底部，内部作业管柱和外部作业管柱通过内外管柱连接接头连接，其中：冲管下部连接着返水滑套开关工具；控水筛管的上端与密封筒和充填滑套连接、下端与返水滑套连接，形成充填返水采油过液单元；外部作业管柱中连接的充填返水采油过液单元与预充填生产目的层相对应并由连接于充填返水采油过液单元之间的隔离封隔器对充填生产目的层封隔；控水筛管中的基管不设液流通道；返水滑套中装有关闭套和控水阀，返水滑套中的返水滑套本体与外护套之间形成环空并与控水筛管连通；充填作业时，由充填工具总成充入的砂浆从充填滑套的充填口进入控水筛管与套管之间的环空，经控水筛管的筛管过滤后，充填砂留在控水筛管与套管之间的环空中，滤液经控水筛管下端返水滑套中的返水孔和冲管上返至地面后循环使用；通过下放或上提内部作业管柱，能够让返水滑套开关工具中的弹性套打开或关闭返水滑套中的返水孔，形成充填作业和采油生产两种工作模式。
3、优选的，所述返水孔均布在返水滑套本体中且位于关闭套的上方，控水阀安装在返水滑套本体的下部且位于返水滑套本体与外护套形成的环空内。
4、优选的，所述返水滑套本体的内腔是非等径内腔且下部内腔中设有棘爪下挂槽和棘爪下卡腔，返水滑套本体的上部内腔中设有棘爪上挂槽和棘爪上卡腔，在所述棘爪上卡腔的上方还设有关闭套限位台阶。
5、优选的，所述关闭套本体的两端外径小于本体的中部外径，在所述关闭套本体的两端设置棘爪；设置在所述关闭套本体两端的棘爪外端端部的外径大于棘爪本体的外径、形成外钩体。
6、优选的，所述关闭套中部本体外壁设有密封圈，关闭套下部棘爪的外钩体和棘爪本体能够卡在返水滑套本体中的棘爪下挂槽和棘爪下卡腔中；所述关闭套上部棘爪的外钩体和棘爪本体能够卡在返水滑套本体中的棘爪上挂槽和棘爪上卡腔中并被关闭套限位台阶所限位。
7、优选的，所述控水筛管的基管能够与返水滑套本体的上部螺纹连接，所述控水筛管的筛管能够通过连接套与外护套连接，在所述外护套与连接套和返水滑套本体的螺纹连接处均设有密封圈；所述连接套的上部与控水筛管的筛管焊接且下部与外护套螺纹连接，外护套与连接套和返水滑套本体连接后、能够在返水滑套本体与外护套之间形成环空；所述连接套与控水筛管的基管之间设有环隙。
8、优选的，所述返水滑套开关工具中还设有返水滑套开关工具本体和返水滑套开关工具下接头，所述弹性套套在返水滑套开关工具本体的小径本体外面且两端由返水滑套开关工具本体的大径本体与返水滑套开关工具下接头螺纹连接后限位。
9、优选的，所述弹性套的中部本体中设有关闭套体开关凸台和棘爪钩挂台，在所述弹性套的中部本体中至少设有三条纵向割槽或割缝并至少将所述弹性套分割为三瓣；所述关闭套体开关凸台和棘爪钩挂台能够分别与关闭套的中部本体内腔以及两端棘爪爪间的割槽或割缝相配合。
10、优选的，所述控水阀设有控水阀本体、控水阀芯和挡板，所述控水阀芯安装在控水阀本体中，挡板与控水阀本体螺纹连接，控水阀本体的下部设有外螺纹与返水滑套本体中的控水阀安装孔螺纹连接。
11、优选的，所述控水阀本体与控水阀芯之间设有环空，所述控水阀本体中的液流孔与控水阀本体的中心孔之间设有沿着本体周向倾斜的斜孔且孔径小于控水阀芯和挡板中的液流孔、能够使控水阀本体与控水阀芯之间环空的采出液形成旋流；所述控水阀本体中的液流孔、控水阀芯和挡板中的液流孔相互连通，形成采出液过流通道。
12、优选的，所述控水阀芯中液流孔的数量，能够根据预充填生产目的层的地层压力确定；连接在所述预充填生产目的层之间的隔离封隔器的数量，能够根据预充填生产目的层的层数决定。
13、本发明显著使用效果在于：本发明尤其适用于疏松砂岩油藏多套层系、多个油层的一次全部射孔、笼统合采生产的定向井，在生产一段时间出砂、出水后，对多个油层实施一次防砂控水的完井施工。是一种能够对预充填生产目的层实现差异化分层挤压充填、分层返水充填、分层自适应控含水采油生产的防砂完井管柱，只下入一趟内部作业管柱即可实现分段挤压充填、分段循环充填、分段控水。使整个多油层合采开发的油井，可以分段分层防砂、分层控制含水，提高整个多层系储层的开发效果和采出程度。具有显著的使用效果并能产生较好的经济效益。
1.一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱，包括内部作业管柱和外部作业管柱，内部作业管柱中通过油管自上而下连接着充填工具总成（10）、充填滑套开关工具（12）和冲管（13）；外部作业管柱设有顶部封隔器（2）、充填滑套（4）、密封筒（5）、控水筛管（6）、控水阀（8）和沉砂封隔器（9），沉砂封隔器（9）连接在外部作业管柱的底部，内部作业管柱和外部作业管柱通过内外管柱连接接头（1）连接，其特征是：冲管（13）下部连接着返水滑套开关工具（14）；控水筛管（6）的上端与密封筒（5）和充填滑套（4）连接、下端与返水滑套（7）连接，形成充填返水采油过液单元；外部作业管柱中连接的充填返水采油过液单元与预充填生产目的层相对应并由连接于充填返水采油过液单元之间的隔离封隔器对充填生产目的层封隔；控水筛管（6）中的基管不设液流通道；返水滑套（7）中装有关闭套（701）和控水阀（8），返水滑套（7）中的返水滑套本体（705）与外护套（704）之间形成环空并与控水筛管（6）连通；充填作业时，由充填工具总成（10）充入的砂浆从充填滑套（4）的充填口进入控水筛管（6）与套管之间的环空，经控水筛管（6）的筛管过滤后，充填砂留在控水筛管（6）与套管之间的环空中，滤液经控水筛管（6）下端返水滑套（7）中的返水孔（701）和冲管（13）上返至地面后循环使用；通过下放或上提内部作业管柱，能够让返水滑套开关工具（14）中的弹性套（1402）打开或关闭返水滑套（7）中的返水孔（701），形成充填作业和采油生产两种工作模式。
2.如权利要求1所述的一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱，其特征是，所述返水孔（701）均布在返水滑套本体（705）中且位于关闭套（702）的上方，控水阀（8）安装在返水滑套本体（705）的下部且位于返水滑套本体（705）与外护套（704）形成的环空内。
3.如权利要求2所述的一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱，其特征是，所述返水滑套本体（705）的内腔是非等径内腔且下部内腔中设有棘爪下挂槽和棘爪下卡腔，返水滑套本体（705）的上部内腔中设有棘爪上挂槽和棘爪上卡腔，在所述棘爪上卡腔的上方还设有关闭套限位台阶。
4.如权利要求3所述的一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱，其特征是，所述关闭套（702）本体的两端外径小于本体的中部外径，在所述关闭套（702）本体的两端设置棘爪；设置在所述关闭套（702）本体两端的棘爪外端端部的外径大于棘爪本体的外径、形成外钩体。
5.如权利要求4所述的一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱，其特征是，所述关闭套（702）中部本体外壁设有密封圈（703），关闭套（702）下部棘爪的外钩体和棘爪本体能够卡在返水滑套本体（705）中的棘爪下挂槽和棘爪下卡腔中；所述关闭套（702）上部棘爪的外钩体和棘爪本体能够卡在返水滑套本体（705）中的棘爪上挂槽和棘爪上卡腔中并被关闭套限位台阶所限位。
6.如权利要求5所述的一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱，其特征是，所述控水筛管（6）的基管能够与返水滑套本体（705）的上部螺纹连接，所述控水筛管（6）的筛管能够通过连接套（706）与外护套（704）连接，在所述外护套（704）与连接套（706）和返水滑套本体（705）的螺纹连接处均设有密封圈；所述连接套（706）的上部与控水筛管（6）的筛管焊接且下部与外护套（704）螺纹连接，外护套（704）与连接套（706）和返水滑套本体（705）连接后、能够在返水滑套本体（705）与外护套（704）之间形成环空；所述连接套（706）与控水筛管（6）的基管之间设有环隙。
7.如权利要求6所述的一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱，其特征是，所述返水滑套开关工具（14）中还设有返水滑套开关工具本体（1401）和返水滑套开关工具下接头（1405），所述弹性套（1402）套在返水滑套开关工具本体（1401）的小径本体外面且两端由返水滑套开关工具本体（1401）的大径本体与返水滑套开关工具下接头（1405）螺纹连接后限位。
8.如权利要求7所述的一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱，其特征是，所述弹性套（1402）的中部本体中设有关闭套体开关凸台（1403）和棘爪钩挂台（1404），在所述弹性套（1402）的中部本体中至少设有三条纵向割槽或割缝并至少将所述弹性套（1402）分割为三瓣；所述关闭套体开关凸台（1403）和棘爪钩挂台（1404）能够分别与关闭套（702）的中部本体内腔以及两端棘爪爪间的割槽或割缝相配合。
9.如权利要求8所述的一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱，其特征是，所述控水阀（8）设有控水阀本体（801）、控水阀芯（802）和挡板（803），所述控水阀芯（802）安装在控水阀本体（801）中，挡板（803）与控水阀本体（801）螺纹连接，控水阀本体（801）的下部设有外螺纹与返水滑套本体（705）中的控水阀安装孔螺纹连接。
10.如权利要求9所述的一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱，其特征是，所述控水阀本体（801）与控水阀芯（802）之间设有环空，所述控水阀本体（801）中的液流孔与控水阀本体（801）的中心孔之间设有沿着本体周向倾斜的斜孔且孔径小于控水阀芯（802）和挡板（803）中的液流孔、能够使控水阀本体（801）与控水阀芯（802）之间环空的采出液形成旋流；所述控水阀本体（801）中的液流孔、控水阀芯（802）和挡板（803）中的液流孔相互连通，形成采出液过流通道。
11.如权利要求10所述的一种一步法分段充填和控水的防砂完井管柱，其特征是，所述控水阀芯（802）中液流孔的数量，能够根据预充填生产目的层的地层压力确定；连接在所述预充填生产目的层之间的隔离封隔器的数量，能够根据预充填生产目的层的层数决定。
