二级防砂管柱及其使用方法与流程

1.本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种能防砂、沉砂和冲洗的二级防砂管柱及其使用方法。


背景技术：

2.辽河油田储层多为疏松砂岩油气藏，出砂问题严重，生产过程中必须采取必要的防砂措施。筛管防砂技术作为一种简单有效的防砂方式得到广泛应用，根据筛管下入位置的不同，筛管防砂可分为二级防砂。第一级为在油层段悬挂或者连接防砂筛管进行防砂，地层砂进入井筒以后被挡在筛管和井筒之间的环空。第二级为连接在泵下的防砂管柱，部分颗粒较细的地层砂在进入油层部位的筛管内部，随产出液上升到泵下，经过第二级防砂管柱的过滤，较大颗粒地层砂被阻挡在泵下筛管管柱之外。
3.随着油田开发进入后期，地层出砂越来越细，细粉砂和泥质细粉砂含量增多，一般采用适度防砂理念进行出砂区块治理，即允许部分小颗粒地层砂进入井筒。随着进入井筒的细粉砂和泥质细粉砂增多，产出液在沿井筒向上排出过程中容易造成抽油泵和井下管柱的磨蚀，产出液中地层砂含量增多也容易造成管柱堵塞。
4.同时，由于目前泵下的二级防砂管柱挡砂精度较小，在出砂严重、地层水高矿化度、泥质含量高等井中，容易造成泵下二级防砂管柱和泵上油管堵塞，油井特别是深井、超深井起出管柱作业费用昂贵，且作业时间较长，影响生产。
5.目前的出砂井的防砂措施中，除了在油层段悬挂或者连接防砂筛管外，使用泵下连接防砂筛管的抽油管柱也是重要一种防砂方式。同时由于筛管上面连接抽油泵，洗井液不能自上而下通过，导致不能实现筛管自内而外冲洗。
6.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种二级防砂管柱及其使用方法，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种二级防砂管柱及其使用方法，以克服现有技术中存在的地层砂堵塞管柱、筛管不能自内而外冲洗等问题，本发明在实现防砂功能的同时能沉沙，且具有冲洗功能，减少管柱堵塞，降低作业费用，在油田生产中具有普遍应用性。
8.本发明的目的是这样实现的，一种二级防砂管柱，包括光管，所述光管内穿设油管和抽油泵，所述抽油泵和所述光管的内壁之间构成泵管环空，还包括，
9.冲砂结构，包括冲砂外管，所述冲砂外管的顶部套设于油管的底部，所述冲砂外管的底部与所述光管的顶部连通，所述冲砂外管内滑动设置滑套，所述滑套的侧壁上设置第一径向透孔，所述滑套能下移允许洗井液经所述第一径向透孔自内向外流向泵管环空且所述滑套能上移封闭第一径向透孔；
10.防砂结构，包括设置于所述光管内的防砂筛管，所述防砂筛管的顶部与抽油泵呈轴向间隔设置，所述防砂筛管的外壁和所述光管的内壁之间构成防砂环空，所述防砂筛管
的侧壁上设置径向贯通的筛孔，所述筛孔连通防砂筛管的内腔和防砂环空；
11.沉砂结构，连通于光管的底部，包括旋流管，所述旋流管与所述防砂筛管呈轴向间隔设置，所述旋流管能使携带地层砂的产出液产生旋流以使地层砂下沉，所述旋流管的下方设置顶部开口且底部密封的沉砂管。
12.在本发明的一较佳实施方式中，所述沉砂结构包括沉砂外管，所述沉砂外管内径向间隔设置所述旋流管，所述旋流管的外壁和所述沉砂外管的内壁之间构成沉砂环空，所述沉砂外管的侧壁上设置第三径向透孔，所述第三径向透孔的中心轴与所述沉砂外管的径向呈倾斜设置，携带地层砂的产出液经第三径向透孔进入沉砂环空后在旋流管的作用下产生旋流，所述沉砂外管内位于所述旋流管的下方设置挡板结构，所述沉砂外管的下方连通设置所述沉砂管。
13.在本发明的一较佳实施方式中，所述挡板结构与所述旋流管呈轴向间隔，所述挡板结构包括连杆，所述连杆的顶部沿周向间隔设置多个横挡板，所述横挡板沿所述连杆的径向设置，所述连杆的下部沿周向间隔设置多个竖挡板，所述竖挡板沿所述连杆的轴向设置。
14.在本发明的一较佳实施方式中，所述沉砂外管的侧壁上沿轴向间隔设置多组第三径向透孔，所述沉砂环空内设置挡环，所述挡环用于封隔所述沉砂环空，所述挡环的轴向位置呈能调整地设置。
15.在本发明的一较佳实施方式中，所述沉砂外管的内壁顶部连接中空的第二接头，所述旋流管的外壁顶部连接于所述第二接头的内壁上；所述第二接头的顶部与所述光管密封连接。
16.在本发明的一较佳实施方式中，所述沉砂外管的内壁底部连接中空的第三接头，所述第三接头的底部密封连接所述沉砂管。
17.在本发明的一较佳实施方式中，所述冲砂外管内设置中空的第一接头，所述第一接头的外壁顶部设置直径呈增大设置的第一台阶部，所述第一台阶部的外壁与所述冲砂外管的内壁连接，所述第一接头的底部连接抽油泵，所述第一接头位于所述第一台阶部下方的外壁和所述冲砂外管的内壁之间构成冲砂环空，所述冲砂环空连通所述泵管环空；所述第一接头的侧壁上设置第二径向透孔，所述滑套能沿所述第一接头滑动以使所述第一径向透孔通过所述第二径向透孔连通冲砂环空。
18.在本发明的一较佳实施方式中，所述滑套的外壁顶部设置直径呈增大设置的第二台阶部，所述滑套上套设弹簧，所述弹簧的两端分别顶抵于所述第二台阶部的底面和所述第一台阶部的顶面。
19.在本发明的一较佳实施方式中，所述第一接头的内壁上设置滑块，所述滑套的外壁上沿轴向设置滑道槽，所述滑道槽能滑动套设于所述滑块上。
20.在本发明的一较佳实施方式中，所述冲砂结构还包括冲洗辅助工具，所述冲洗辅助工具呈爪簧形，所述冲洗辅助工具的外壁中部设置向外凸出的挡块，所述冲洗辅助工具能连接于抽油杆上，所述冲洗辅助工具能在抽油杆的带动下向下挤压所述滑套使其下滑连通所述第一径向透孔和所述第二径向透孔。
21.在本发明的一较佳实施方式中，所述挡块的顶部和底部分别设置倒角。
22.本发明的目的还可以这样实现，本发明的二级防砂管柱的使用方法，包括以下步
骤：
23.步骤a、组装所述二级防砂管柱，所述滑套上的第一径向透孔被封闭，向井内下放油管和所述二级防砂管柱；
24.步骤b、正常生产，携带地层砂的产出液经第三径向透孔进入沉砂环空后在旋流管的作用下产生旋流，在旋流作用下，重力较大的地层砂沿外围向下流动，沉降至沉砂管内；重力较小的地层砂随产出液向上流动为主，部分下移，在横挡板的作用下由向下改为向上流动；
25.步骤c、重力较小的地层砂随产出液向上流动进入防砂环空，经筛孔过滤后进入防砂筛管内；
26.步骤d、产出液沿防砂筛管继续向上流动，经抽油泵和冲砂结构进入油管，产出地面；
27.步骤e、所述防砂筛管的筛孔外被堵塞，开启冲洗：下推所述滑套，第一径向透孔连通泵管环空，地面井口向油管内泵入洗井液，洗井液经油管下行经冲砂外管、滑套和第一径向透孔自内向外流向泵管环空，泵管环空内的洗井液向下流入防砂筛管内；洗井液自内而外冲洗筛孔后下行，洗井液经所述旋流管的内腔和所述第三径向透孔流出二级防砂管柱，洗井液沿光管和井壁之间的环空向上流出地面；
28.步骤f、冲洗后，所述防砂筛管的筛孔重新径向贯通，可以继续进行正常生产。
29.由上所述，本发明提供的二级防砂管柱及其使用方法具有如下有益效果：
30.本发明提供的二级防砂管柱，沉砂结构和防砂结构配合，沉砂结构能够使较大颗粒的地层砂沉降至沉砂管；防砂结构对产出液再次过滤，共同实现生产过程中的防砂和沉砂功能，避免了较多地层砂随产出液排出地面过程中对抽油泵或井下工具的磨蚀，延长了管柱使用寿命；本发明具备防砂筛管冲洗功能，在防砂筛管堵塞的情况下，可不动管柱通过冲砂结构对防砂筛管进行自内而外冲洗，不需要作业起出管柱，节省了作业费用。
附图说明
31.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
32.其中：
33.图1：为本发明的二级防砂管柱生产状态下的示意图。
34.图2：为本发明的二级防砂管柱冲洗状态下的示意图。
35.图3：为挡环在第三径向透孔上方时本发明的沉砂结构的示意图。
36.图4：为挡环在两组第三径向透孔之间时本发明的沉砂结构的示意图。
37.图5：为本发明的连杆和竖挡板的示意图。
38.图6：为图3中a-a剖视图。
39.图7：为本发明的沉砂结构内沉砂过程示意图。
40.图8：为第一径向透孔封闭时本发明的冲砂结构的示意图。
41.图9：为第一径向透孔连通时本发明的冲砂结构的示意图。
42.图10：为本发明的冲洗辅助工具的示意图。
43.图11：为图10中b-b剖视图。
44.图中：
45.100、二级防砂管柱；
46.101、泵管环空；102、防砂环空；103、沉砂环空；104、冲砂环空；
47.1、光管；
48.2、冲砂结构；
49.21、冲砂外管；
50.22、滑套；221、第一径向透孔；222、第二台阶部；223、滑道槽；
51.23、第一接头；231、第一台阶部；232、第二径向透孔；233、滑块；
52.24、弹簧；
53.25、冲洗辅助工具；251、挡块；
54.3、防砂结构；
55.31、防砂筛管；311、筛孔；
56.4、沉砂结构；
57.41、旋流管；
58.42、沉砂管；421、丝堵；
59.43、沉砂外管；431、第三径向透孔；
60.44、挡板结构；441、连杆；442、横挡板；443、竖挡板；
61.45、挡环；
62.46、第二接头；
63.47、第三接头；
64.91、油管；92、抽油泵。
具体实施方式
65.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
66.在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
67.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
68.如图1至图11所示，本发明提供一种二级防砂管柱100，包括光管1，光管1的外壁和套管之间呈间隔设置，形成环空；光管1内穿设油管91和抽油泵92，抽油泵92和光管1的内壁
之间构成泵管环空101，还包括，
69.冲砂结构2，包括冲砂外管21，冲砂外管21的顶部套设于油管91的底部，冲砂外管21的底部与光管1的顶部连通，冲砂外管21内滑动设置滑套22，滑套22的侧壁上设置第一径向透孔221，滑套22能下移允许洗井液经第一径向透孔221自内向外流向泵管环空101且滑套22能上移封闭第一径向透孔221；
70.防砂结构3，包括设置于光管1内的防砂筛管31，防砂筛管31的顶部与抽油泵92呈轴向间隔设置，防砂筛管31的外壁和光管1的内壁之间构成防砂环空102，防砂筛管31的侧壁上设置径向贯通的筛孔311，筛孔311连通防砂筛管31的内腔和防砂环空102；在本发明的一具体实施例中，防砂筛管31通过螺纹(变扣)连接于光管内；
71.沉砂结构4，连通于光管1的底部，包括旋流管41，旋流管41与防砂筛管31呈轴向间隔设置，旋流管41能使携带地层砂的产出液产生旋流以使地层砂下沉，旋流管41的下方设置顶部开口且底部密封的沉砂管42。
72.本发明提供的二级防砂管柱，沉砂结构和防砂结构配合，沉砂结构能够使较大颗粒的地层砂沉降至沉砂管；防砂结构对产出液再次过滤，共同实现生产过程中的防砂和沉砂功能，避免了较多地层砂随产出液排出地面过程中对抽油泵或井下工具的磨蚀，延长了管柱使用寿命；本发明提供的二级防砂管柱具备防砂筛管冲洗功能，在防砂筛管堵塞的情况下，可不动管柱通过冲砂结构对防砂筛管进行自内而外冲洗，不需要作业起出管柱，节省了作业费用。
73.进一步，沉砂结构4包括沉砂外管43，沉砂外管43内径向间隔设置旋流管41，旋流管41的外壁和沉砂外管43的内壁之间构成沉砂环空103，沉砂外管43的侧壁上设置第三径向透孔431，第三径向透孔431在同一轴向位置沿周向间隔设置多个，成组设置，在本发明的一具体实施例中，沉砂外管43上设置多组第三径向透孔431；第三径向透孔431的中心轴与沉砂外管43的径向呈倾斜设置，在本发明的一具体实施例中，二者之间的夹角呈45
°
设置，即第三径向透孔431沿沉砂外管43的径向倾斜45
°
设置，同一组多个倾斜设置的第三径向透孔431构成周向旋转入口。携带地层砂的产出液经第三径向透孔431进入沉砂环空103后在旋流管41的作用下产生旋流，沉砂外管43内位于旋流管41的下方设置挡板结构44，沉砂外管43的下方连通设置沉砂管42。在本发明的一具体实施例中，沉砂管42的底部通过丝堵421封闭。
74.进一步，挡板结构44与旋流管41呈轴向间隔，挡板结构44包括连杆441，连杆441的顶部沿周向间隔设置多个横挡板442，横挡板442沿连杆441的径向设置，连杆441的下部沿周向间隔设置多个竖挡板443，竖挡板443沿连杆441的轴向设置。在本发明的一具体实施例中，竖挡板443数量为4块，由同样尺寸的长方形钢板构成，焊接固定于连杆441上，连杆441的上端通过螺纹连接横挡板442。
75.进一步，沉砂外管43的侧壁上沿轴向间隔设置多组第三径向透孔431，沉砂环空103内设置挡环45，挡环45用于封隔沉砂环空103，挡环45的轴向位置呈能调整地设置。在本发明的一具体实施例中，旋流管41外壁上套设2块挡环45，挡环45通过螺纹连接于旋流管41外壁上；2块挡环45之间可以相互拧紧，使其保持在旋流管41的固定位置处。挡环45可以封隔沉砂环空103(实际制作时，挡环45的外径稍小于沉砂外管43的内径，便于安装移动)。挡环45设置在不同位置，可以在不同位置封隔沉砂环空103，控制第三径向透孔431的连通情
况，进而控制第三径向透孔431通过产出液的量。在本发明的一具体实施例中，沿轴向间隔设置2组第三径向透孔431；当挡环45设置在上下两组第三径向透孔431之间时，产出液只能通过下部的第三径向透孔431进入沉砂结构4的内部，上部的第三径向透孔431被密封；当挡环45设置在上部的第三径向透孔431的上方，产出液通过2组第三径向透孔431进入沉砂结构4的内部。
76.进一步，沉砂外管43的内壁顶部连接中空的第二接头46，旋流管41的外壁顶部连接于第二接头46的内壁上；第二接头46的顶部与光管1密封连接。
77.进一步，沉砂外管43的内壁底部连接中空的第三接头47，第三接头47的底部密封连接沉砂管42。
78.携带地层砂的产出液自第三径向透孔431进入沉砂结构4后，沿沉砂环空103向下流动，第三径向透孔431沿周向倾斜，产出液携带地层砂进入沉砂结构4遇旋流管41后会产生旋流，当产出液携带地层砂向下流动时，在旋流作用下，重力较大的(颗粒较大)地层砂沿沉砂环空103外围向下流动，重力较小的(颗粒较小)地层砂随产出液下移，在横挡板442的作用下由向下改为向上流动；部分地层砂和产出液发生分离。
79.进一步，冲砂外管21内设置中空的第一接头23，第一接头23的外壁顶部设置直径呈增大设置的第一台阶部231，第一台阶部231的外壁与冲砂外管21的内壁连接，第一接头23的底部连接抽油泵92，第一接头23位于第一台阶部231下方的外壁和冲砂外管21的内壁之间构成冲砂环空104，冲砂环空104连通泵管环空101；第一接头23的侧壁上设置第二径向透孔232，滑套22能沿第一接头23滑动以使第一径向透孔221通过第二径向透孔232连通冲砂环空104。
80.进一步，滑套22的外壁顶部设置直径呈增大设置的第二台阶部222，滑套22上套设弹簧24，弹簧24的两端分别顶抵于第二台阶部222的底面和第一台阶部231的顶面。在生产状态下，滑套22在弹簧24的作用下，移动至行程的最上部，第一径向透孔221和第二径向透孔232相互错开，第一径向透孔221被第一接头23的侧壁封闭。
81.进一步，第一接头23的内壁上设置滑块233，滑套22的外壁上沿轴向设置滑道槽223，滑道槽223能滑动套设于滑块233上。
82.进一步，冲砂结构2还包括冲洗辅助工具25，冲洗辅助工具25呈爪簧形，冲洗辅助工具25的外壁中部设置向外凸出的挡块251，冲洗辅助工具25能连接于抽油杆上，冲洗辅助工具25能在抽油杆的带动下向下挤压滑套22使其下滑连通第一径向透孔221和第二径向透孔232。需要冲洗防砂筛管31时，抽油杆带动冲洗辅助工具25向下挤压滑套22，弹簧24被压缩，滑套22下滑，第一径向透孔221和第二径向透孔232连通，洗井液可以通过第一径向透孔221和第二径向透孔232流向泵管环空101。
83.进一步，为了方便冲洗辅助工具25的进出，挡块251的顶部和底部分别设置倒角。在本发明的一具体实施例中，倒角为30
°
和45
°
。
84.本发明提供的二级防砂管柱100的使用方法，包括以下步骤：
85.步骤a、组装二级防砂管柱100，滑套22上的第一径向透孔221被封闭，向井内下放油管91和二级防砂管柱100；
86.步骤b、正常生产，携带地层砂的产出液经第三径向透孔431进入沉砂环空103后在旋流管41的作用下产生旋流，在旋流作用下，重力较大(颗粒较大)的地层砂沿外围向下流
动，沉降至沉砂管42内；重力较小(颗粒较小)的地层砂随产出液向上流动为主，部分下移，在横挡板442的作用下由向下改为向上流动；
87.沉砂结构4在实现防砂功能的同时，可以在油层部位对即将进入防砂筛管31的产出液砂进行初步过滤，大颗粒的地层砂沉降下来，不进入抽油泵下的防砂筛管31(二级防砂管柱)内，避免了产出液中含砂较多，对抽油泵或井下管柱的磨蚀。沉砂结构4可以将产出液中较大颗粒地层砂沉降下来，不进入抽油泵下的防砂管柱内，继续向上流动的产出液中含砂减少，避免了对抽油泵或井下管柱的磨蚀，也减轻了抽油泵下的防砂管柱在生产过程中的堵塞程度。
88.步骤c、重力较小(颗粒较小)的地层砂随产出液向上流动进入防砂环空102，经筛孔311过滤后进入防砂筛管31内；
89.步骤d、产出液沿防砂筛管31继续向上流动，经抽油泵92和冲砂结构2进入油管91，产出地面；
90.步骤e、防砂筛管31的筛孔311外被堵塞，开启冲洗：抽油杆带动冲洗辅助工具25向下挤压滑套22，弹簧24被压缩，滑套22下滑，
91.第一径向透孔221连通泵管环空101，地面井口向油管91内泵入洗井液，洗井液经油管下行经冲砂外管21、滑套22和第一径向透孔221自内向外流向泵管环空101，泵管环空101内的洗井液向下流入防砂筛管31内；洗井液自内而外冲洗筛孔311后下行，洗井液经旋流管41的内腔和第三径向透孔431流出二级防砂管柱100，洗井液沿光管和井壁之间的环空向上流出地面；
92.步骤f、冲洗后，防砂筛管31的筛孔311重新径向贯通，可以继续进行正常生产。
93.由上所述，本发明提供的二级防砂管柱及其使用方法具有如下有益效果：
94.本发明提供的二级防砂管柱，沉砂结构和防砂结构配合，沉砂结构能够使较大颗粒的地层砂沉降至沉砂管；防砂结构对产出液再次过滤，共同实现生产过程中的防砂和沉砂功能，避免了较多地层砂随产出液排出地面过程中对抽油泵或井下工具的磨蚀，延长了管柱使用寿命；本发明具备防砂筛管冲洗功能，在防砂筛管堵塞的情况下，可不动管柱通过冲砂结构对防砂筛管进行自内而外冲洗，不需要作业起出管柱，节省了作业费用。
95.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。