一种直井充填结合化学封隔体分段控水完井方法与流程

本发明涉及油气井完井技术领域。具体涉及多套储层笼统开采的直井生产一段时间出砂出水后进行防砂控水的完井工艺技术。特别涉及一种直井充填结合化学封隔体分段控水完井方法。

背景技术：

目前，对于具有多套储层的油藏或者断块多的薄层油藏，大多采用直井进行生产开发。具体生产方式包括：多套层系全打开笼统开采，或者多套层系全打开分层开采。当所有的层系通过全裸眼或者全层系射孔都打开，笼统开采方式时，生产过程会存在不同层系压力体系不同、不同层系渗透率不同，距离油水界面的距离不同等问题，导致容易产生层间干扰或者层间互窜，影响油藏的整体开发效果。而采用分层分采生产方式时，对于分层射孔的套管内下入封隔器等分层开采工具具有一定的难度。且对于裸眼井筒下入裸眼封隔器等分层分采工具，封隔器的密封性和使用寿命，都存在一定的挑战性和不可确定性。

对于多套层系同时开采的直井，无论笼统开采或者分层分采，都存在一定的不足。对于地质疏松的多层系油藏，又面临出砂防砂问题。一旦考虑下入防砂管柱，就更加限制直井井筒内可以下入的抽采设备，并且下入防砂筛管后，进行分层分采的难度更大。而目前可以进行开发的整装优质油田，大多数已经进行了开发，剩下的都是一些难以开发动用的边际油田。对于此类中存在的多层系油藏，如果存在条件允许单独层进行开发，则可以逐层开发。对于多薄层油藏，或者不太适合逐层开发的多层系油藏，一次钻井后同时开采才具有经济效益。

因此，需要设计发明一种新的工艺方式，考虑防砂、分层和层系油水互窜等问题。使得整个储层可以多层合采，减少多层单独钻井开发或者逐层射孔开发产生的成本，提高整个多层系储层的开发效果和采出程度。对于已经采用笼统开采方式生产一段时间后，存在出砂及不同层系油水生产速度不同的问题时，更需要一种全新的可以考虑防砂、控水的二次完井方式，以达到防砂控水，多层合采的目的。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种直井充填结合化学封隔体分段控水完井方法，该方法能够解决防砂、分层和层系油水互窜等问题。

为实现以上发明目的，本发明提供了以下技术解决方案。提供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。

在本发明中，先通过充填砾石进行防砂，解决了完井过程中可能出现的出砂问题；然后对砾石充填段注入化学封隔体并结合封隔器进行封隔分段，形成了分层结构，再根据分段自适应控水完井，解决层系油水互窜的问题，最终实现防砂控水、多层合采的效果。

在一种实施方案中，所述砾石充填防砂包括以下步骤：

砂浆经砾石充填工具总成的砂浆入口进入生产筛管与井壁之间的环空，经生产筛管过滤后，充填砂留在环空中，滤液经生产筛管、冲洗管后回流循环使用。在该实施方案中，混合液与砂砾形成的砂浆在泵送压力作用下从一侧的砂浆入口进入生产筛管与井壁之间的环空，充填砂(即用于充填或起到充填作用的砂砾)留置或沉积在所述环空中形成砾石充填段，砂浆中的混合液经过砾石充填段和生产筛管的过滤后成为滤液，滤液经冲洗管回流到待输送的、用于充填的砂砾中并与砂砾混合进行循环使用。例如，可以在与冲洗管连接的滤液的返出口连接回流管路。这种方式砾石充填段和生产筛管可起到很好的防砂作用，还可以避免输送砂浆进入井内增加控水问题。

在一种实施方案中，所述砾石充填工具总成的一侧设置有所述砂浆入口，另一侧设有与所述冲洗管连通的返出口，在所述砂浆入口与所述返出口之间设置有封隔器，在所述砾石充填工具总成的外周面与所述生产筛管的内表面之间连接有密封筒，在所述密封筒与所述冲洗管之间设置有密封件。此处的封隔器主要起到隔离开砂浆和返回的滤液的作用，防止砂浆上窜。同时封隔器限制了砾石充填段的高度。密封筒和密封件主要起到限制返出液和/或砂浆的流动轨迹作用，防止互窜。

在一种实施方案中，所述砂浆由车载泵输送的混合液与加砂罐输送的沙砾在砂浆罐混合而成，后经油管泵送进入砾石充填工具总成。

在一种实施方案中，在开泵进行砾石充填前还包括以下步骤：

在进行砾石充填前还包括以下步骤：

下入砾石充填封隔器、生产筛管及对应管柱，将其悬挂安装在井口套管上；

安装下入砾石充填工具总成、密封筒、密封件和冲洗管；

使用油管将安装后形成的井底砾石充填工具串送至井底；

封隔器坐封，油管上接至井口。

以上步骤可以认为是开泵进行砾石充填前的准备步骤，也可以认为是进行砾石充填前的设备安装及配置。

在一种实施方案中，所述对砾石充填段注入化学分隔体材料包括以下步骤：

下入内置有化学封隔体材料的预置筒管串和相应层段的液压封隔器，开泵注压，液压封隔器胀封；继续注压，预置筒的进压口开启，化学封隔体材料被挤入位于相应层段两液压封隔器之间的充填砾石段中。可以实现对不同层段的化学封隔体材料的注入，此处不同层段通过液压封隔器来确定，可以理解为层段的化学封隔体材料的注入由该层段纵向的两液压封隔器(一般上下各一个液压封隔器)来限制。且下一次预置筒管串可以对多个层段进行化学封隔体材料的注入。

在一种实施方案中，所述化学封隔体材料具有高触变特性，高剪切速率下可以流动，剪切速度降低后形成网状结构，剪切停止后恢复高触变特性。可采用现有技术的化学封隔材料，例如公开文献上记载的mmh/mt/am体系、acp材料等。

在一种实施方案中，注入化学封隔体完毕后，静置一小段时间；再开始泄压，上提液压封隔器，然后从井筒环空注入洗井液，反洗井，最后将洗井液经反洗井出口从油管抽出。静置主要是为了让化学封隔体成型，泄压后上提液压封隔器后预留出空间，然后进行反洗井，冲洗掉井内一些挂壁的泥沙和井筒内的杂质。最后的洗井液从反洗井出口经过油管抽出，方便后续进行分段控水。

在一种实施方案中，所述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包括以下步骤：

下入控水筛管和用于分段的遇油遇水永久封隔器，遇油遇水永久封隔器与对应的凝固后的化学封隔体一起形成封隔分段，控水筛管进行分段控水。

在一种实施方案中，所述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包括以下步骤：

待注入的化学封隔体材料在砾石充填段形成圆柱状化学封隔体，下入控水筛管管串，所述控水筛管管串上设有与圆柱状化学封隔体对应数量的遇油遇水永久封隔器，所述遇油遇水永久封隔器被下入到圆柱状化学封隔体对应的位置后与圆柱状化学封隔体一起形成封隔分段，从而实现对砾石充填的多层系储层的封隔分段，再通过控水筛管进行分段控水。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明针对直井开发多层系油藏给出了一整套兼顾防砂、分层控水及合采的工艺方法和对应工具。通过本发明提供的方法步骤及对应工具，可以在直井多层系储层同时打开情况下进行砾石充填防砂、注入化学封隔体材料对砾石充填段进行化学封隔体封隔分段、下入自适应控水筛管和封隔器配合化学封隔体对不同储层层系进行分段自适应控水完井。即可以在防砂的同时，控制不同层系的油水产出速度，自动调节油和水的附加阻力，从而实现高产水层系的高摩阻自动控水；又能实现高产油层系的低摩阻稳油促产，均衡整个产层段的产出剖面，延缓高产水层系的水突进速度，延迟油水界面距离井筒较近的小层的见水时间，延长整个产层段的无水或者低含水产油期，达到稳油控水、提高直井同时开发多层系油藏的单井采收率、缩短投资回收期、提高区块整体采出速度和项目收益的目的。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了本发明的直井砾石充填时的示意图；

图2显示了本发明的对砾石充填段注入化学分隔体材料时的示意图；

图3显示了本发明的配合化学封隔体分段进行自适应控水完井的示意图。

附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

发明人在发明过程中注意到，在直井开发多层系油藏过程中，当采用裸眼全打开多层系储层笼统生产方式时，存在的不同层系压力体系不同和不同层系渗透率不同而导致层间互窜问题、不同层系距离油水界面不同而导致某一层系见水后全井筒水淹问题；或者当采用裸眼封隔器分层开采时，存在的分层开采工具选择困难、裸眼封隔器密封性较差和使用年限不确定问题；以及采用套管固井逐层射孔开采带来的成本及工艺限制等问题。因此，需要设计一种新的工艺方式，考虑防砂、分层和层系油水互窜等问题。

针对以上不足，本发明的实施例提出了一种直井充填结合化学封隔体分段控水完井方法，下面进行说明。

在本发明的一个实施例中，本发明的直井充填结合化学封隔体分段控水完井方法主要包括以下步骤：

在直井多层系打开时进行砾石充填防砂；

对砾石充填段16注入化学分隔体材料进行封隔分段；

配合化学分隔体41对不同储层层系进行分段自适应控水完井。

在一个实施例中，砾石充填防砂主要包括以下步骤：

砂浆经砾石充填工具总成9的砂浆入口12进入生产筛管15与井壁之间的环空，经生产筛管15过滤后，充填砂留在环空中，滤液经生产筛管15、冲洗管17后回流循环使用。

在一个优选的实施例中，砾石充填工具总成9的一侧设置有砂浆入口12，另一侧设有与冲洗管17连通的返出口10。在砂浆入口12与返出口10之间设置有封隔器11。在砾石充填工具总成9的外周面与生产筛管15的内表面之间连接有密封筒13，在密封筒13与冲洗管17之间设置有密封件16。

在一个实施例中，砂浆由车载泵2输送的混合液与加砂罐4输送的沙砾在砂浆罐5混合而成，后经过油管8以及泵送作用进入砾石充填工具总成9中。

在一个实施例中，在进行砾石充填前还包括以下步骤：

下入砾石充填的封隔器11、生产筛管15及对应管柱，将其悬挂安装在井口套管上；

安装下入砾石充填工具总成9、密封筒13、密封件14和冲洗管17；

使用油管8将安装后形成的井底砾石充填工具串(主要包括砾石充填工具总成9、密封筒13、密封件14和冲洗管17等)送至井底；

封隔器11坐封，油管8上接至井口20。

另外，图1显示了本发明的直井砾石充填防砂的一种优选实施例的流程示意图。

在图1中，混合液注入水泥车1中，经车载泵2和混合液管路3输送到砂浆罐5中，与从加砂罐4输送出来的充填砂混合形成砂浆。在柱塞泵6作用下，混合后的砂浆经阀门7、注入管路19和油管8进入井内。其中，混合好的砂浆经注入管路19后进入油管8，通过油管泵的输送注入井内。井内设置有砾石充填工具总成9，其连接在油管8的底部，主要用来实现防砂筛管外的砾石充填。砾石充填工具总成9的一侧设有砂浆入口12，当砂浆通过砾石充填砂浆入口12进入到下方的生产筛管15和射孔段井壁之间的环空时，砂浆中携带的充填砂砾通过生产筛管15的防砂遮挡作用，沉积充填在下部的环空中，形成充填砾石段16，该部位由砾石充填过程中沉积的充填砾石形成，起到砾石充填防砂的功能。此时砂浆中滤出来的混合液，通过砾石充填工具总成9下部连接的冲洗管17，从砾石充填工具总成9另一侧的携砂液返出口10，返出到井筒位于封隔器11之上的环空中，最后井筒环空中的液体通过回流管18，进入加砂罐4后，再进入砂浆罐5，开始下一轮的携砂充填。

另外，图1中设置有封隔器11，其主要功能是用来密封生产筛管15与井壁之间的环空，限制进行砾石充填的混合液留置在此环空内，同时设置封隔器11可以限制充填的砾石高度不得高出此封隔器11所处的位置。其中的生产筛管15主要用来支撑井壁，构成砾石充填的挡砂屏障，和充填砾石一起起到防砂作用。

此外，图1中还设置有密封筒13。其主要功能是用来密封生产筛管15和冲洗管17之间的环空，使得通过生产筛管15过滤的砂浆中滤出来的携砂液不能经由此环空向上，而只能进入冲洗管17回流。

在一个实施例中，还设置有密封件14，其主要作用是用来配合密封筒13构成密封空间，防止砂浆直接进入生产筛管15内。

具体实施时，按照图1中的流程示意图，安装下入砾石充填封隔器11、生产筛管15和对应管柱，将其悬挂安装在井管内，下入砾石充填工具总成9、密封筒13、密封件14和冲洗管17，使用油管8将整套砾石充填工具串送至井底，封隔器11坐封，油管上接至井口20。

按照图1所示地面部件的安装结构，将地面的注入管路19连接油管8，回流管路18通过井口装置23与该井环空的出口相连通。

开泵，注入砂浆，砂浆从砂浆罐5输送至柱塞泵6，经过阀门7、注入管路19、砾石充填工具总成9，从砂浆入口12出来，进入生产筛管15与井壁之间的环空。砂浆经过生产筛管15过滤后，充填砂留在环空中，滤液经过生产筛管15，进入至冲洗管17内，再经过返出口10流到井筒的上部环空，通过回流管路18进入加砂罐4，开始下一轮的携砂充填作业。待井底全部打开的多层系储层进行砾石充填作业完成后，从注入管泵入一定量的完井液，冲洗整个注入管路19。后起出油管及连接在油管上的整套砾石充填管柱(即砾石充填工具总成9及连接的工具串)。

当多层系储层同时打开砾石充填防砂完毕后，起出砾石充填工具总成。然后可采用图2直井化学封隔体预置注入工具串涉及的工具装置和对应方法，对砾石充填段的注入化学封隔体进行封隔分段。

在本发明的一个实施例中，对砾石充填段6注入化学分隔体材料主要包括以下步骤：

下入内置有化学封隔体材料的预置筒管串和相应层段的液压封隔器34，开泵注压，液压封隔器34胀封；继续注压，预置筒30的进压口开启，化学封隔体材料被挤入位于相应层段两液压封隔器34之间的充填砾石段16中。

在一个实施例中，采用的化学封隔体材料具有高触变特性，高剪切速率下可以流动，剪切速度降低后形成网状结构，剪切停止后恢复高触变特性。说明的是，本发明采用的化学封隔体材料为现有技术的、满足以上要求的化学封隔体材料，例如公开的文献上记载的mmh/mt/am体系、acp材料等。由于本发明中只是使用现有的化学封隔体材料，因而此处不再展开阐述。

在一个优选的实施例中，注入化学封隔体材料完毕后，静置一小段时间；再开始泄压，上提液压封隔器34，然后从井筒环空注入洗井液，反洗井，最后将洗井液从反洗井出口经油管抽出。

另外，在图2中示出了本发明的对砾石充填段注入化学分隔体材料时的一种优选实施例。其中涉及的工具主要包括：连接泵的管柱21、投球装置22、井口装置23、油管24、生产筛管15、化学封隔体注入打压管柱28等。其中，管柱21主要用来实现对化学封隔体材料的增压注入。投球装置22，当投入的球落在图2中的憋压球座35上后，注入管路暂时封闭，可以泵入完井液进行打压作业。油管24，其上部用来连接管柱21，其下部用来连接化学封隔体注入打压管柱28，整个长串管柱用来注入完井液，实现打压、注入等功能。生产筛管15，用于砾石充填时的挡砂和后期的防砂。充填砾石段16，在直井砾石充填防砂完井阶段形成，在本阶段的作用是用于防砂。

图2中还设置有化学封隔体预置筒30，其安装在打压管柱28上。化学封隔体预置筒30的下入数量，根据多层系储层的数量决定。一般在两个层系之间下入一个化学封隔体预置筒30。化学封隔体预置筒30的上下方，都需要在安装的打压管柱28上安装一对液压封隔器34。化学封隔体预置筒30为活塞结构，化学封隔体材料是在预置筒30下入至井底之前，预置在其活塞筒结构内。预置筒30上设有预置筒拉力封闭出口31和预置筒压力启动进压口32，预置筒拉力封闭出口31和预置筒压力启动进压口32通过一定的物理拉力保持出口的关闭状态，在出口外部压力下，关闭的更严实，只有在该出口内部压力大于物理拉力和外部压力时，才可以打开出口，使得内部的化学封隔体材料流出。预置筒压力启动进压口32是一个需要一定压力才可以开启的阀门结构。在液压封隔器34受压充分胀封，实现对生产筛管15与打压管柱28之间的环空的密封之前，预置筒压力启动进压口32保持关闭状态。

其中，化学封隔体预置筒30和液压封隔器34，通过打压管柱28及打压管柱28连接的油管，下入至井底需要经过化学封隔体封隔分段的位置。之后通过投球装置22投球，当球落至憋压球座35时，开泵，注入完井液打压。此时液压封隔器34率先受压胀封，当打压到一定压力，液压封隔器34完全胀封时，预置筒压力启动进压口32在一定压力下开启，推动化学封隔体预置筒30中的活塞结构，使得化学封隔体预置筒30中预置的化学封隔体材料通过预置筒拉力封闭出口31流出。当活塞结构行程到头，靠近预置筒拉力封闭出口31时，活塞结构将封闭化学封隔体预置筒30的出口(即预置筒拉力封闭出口31)。此时预置在化学封隔体预置筒30中的化学封隔体材料全部注入至生产筛管15与井壁17之间的充填砾石段16中，由于充填砾石段16的充填砾石间孔隙较小，因此需要预置在化学封隔体预置筒30中的化学封隔体材料较少。另外，注入的化学封隔体材料具有高触变特性，不仅高剪切速率下可以流动，而且剪切速率降低后又能立即形成网状结构，剪切静止后结构迅速恢复的高触变特性，从而避免了重力“坍塌”。因而，所有两对液压封隔器34之间的砾石充填段无化学封隔体的现象，可实现对需要进行化学封隔体充填封隔的直井砾石充填段进行立体完全充填。

图2中还示出了第一层系储层9、第二层系储层13和第三层系储层17。当然，该图仅示意性地表示为不同层系储层。图2中还示出了反洗井出口36，当注入化学封隔体完毕后，静置一小段时间，开始泄压，上提液压封隔器34，从井筒环空注入洗井液，反洗井。洗井液之后通过反洗井出口36、打压管柱28和油管24抽至地面。

具体实施时，按照图2中工具结构流程图，连接安装下入憋压球座15、液压封隔器14、化学封隔体预置筒10、打压管桩8和油管4等，下入到设计需要进行化学封隔体分段的位置。

连接井口装置23及井口注入管柱、设备，开泵注入打压，待液压封隔器14受压胀封后，继续打压，预置筒压力启动进压口12在压力作用下打开，推动化学封隔体预置筒10中的活塞装置，使得预置在活塞装置中的化学封隔体材料通过预置筒拉力封闭出口11挤入充填砾石段16中。活塞推动到底后，化学封隔体预置筒10中的化学封隔体材料被全部挤入充填砾石段16中，预置筒拉力封闭出口11被活塞装置关闭，此时停泵，泄压，上提图2中整套注入管柱。之后向井筒中注入完井液反洗井，洗井完井后，提出整套注入管柱。

提出管柱后静置一段时间，此时挤入充填砾石段16中的化学封隔体材料凝固后，和充填砾石一起形成了一定长度(两个液压封隔器间距长度)的圆筒状化学封隔体。

当注入化学封隔体作业完毕后，起出图2中的化学封隔体注入工具串。再采用图3直井砾石充填结合化学封隔体分段后自适应控水完井工艺示意图涉及的自适应控水装置及对应方法，进行分段自适应控水完井。

在一个实施例中，配合化学分隔体41对不同储层层系进行分段自适应控水完井主要包括以下步骤：

下入控水筛管40和用于分段的遇油遇水永久封隔器42，遇油遇水永久封隔器42与对应的凝固后的化学封隔体41一起形成封隔分段，控水筛管40进行分段控水。其中，遇油遇水永久封隔器42也可采用k341-115封隔器替换。

在一个优选的实施例中，配合化学分隔体41对不同储层层系进行分段自适应控水完井主要包括以下步骤：

待注入的化学封隔体材料在砾石充填段16处形成圆柱状的化学封隔体41，下入控水筛管管串，控水筛管管串上设有与圆柱状的化学封隔体41对应数量的遇油遇水永久封隔器42。该遇油遇水永久封隔器42被下入到圆柱状化学封隔体41对应的位置后与圆柱状化学封隔体41一起形成封隔分段，从而实现对砾石充填的多层系储层的封隔分段，再通过控水筛管40进行分段控水。

在图3示出了本发明的配合化学封隔体分段以进行自适应控水完井某个阶段的实施例。图3中示出有套管38、悬挂封隔器39、自适应控水筛管40、其中悬挂封隔器39，主要用来悬挂下部自适应控水完井管柱。自适应控水筛管40，其为特殊管柱结构，对水的流动阻力大，对油的流动阻力小，可以实现控水、稳油的功能。

另外，图3中包括采用图2直井化学封隔体预置注入工具串及其对应方法注入的化学封隔体材料凝固成形的化学封隔体41，其构成了化学材料封隔器，起到对砾石充填段的封隔和分段功能。在该化学封隔体41对应部位设置有k341-115封隔器或者遇油遇水永久封隔器42，该封隔器随着自适应控水筛管40等井底管柱，一起下入至井底，保证所有的永久封隔器42都对应下在化学封隔体41的中间，永久封隔器42与化学封隔体41一起，实现对砾石充填的多层系储层的封隔分段，使得下入的自适应控水筛管40，可以对直井全打开的多层系储层进行分段自适应控水，控制不同层系的油水产出速度，均衡整个产层段的产出剖面，延迟离油水界面较近的小层的见水时间，延长整个产层段的无水或者低含水产油期。另外管柱下端为设置的浮鞋43，其作用主要是方便整个井底管柱的下入。

具体实施时，按照图3所示工具结构流程，连接浮鞋43、控水筛管40和永久封隔器42，以及井底其他管柱，通过悬挂封隔器3悬挂在套管上，永久封隔器42下入的部位对应着第二步中挤入化学封隔体的部位，且在第二部中接入的化学封隔体材料的中间，以保证永久封隔器42膨胀密封时，永久封隔器42和化学封隔体41一起实现对整个砾石充填段的密封封隔与分段。

之后上提取出下管柱工具，下入抽油管柱，准备生产。

综上，通过砾石充填防砂示意图中涉及的工具和对应方法，化学封隔体材料注入的工具串涉及的工具和对应方法，以及化学封隔体分段自适应控水完井工艺示意图中涉及的工具和对应方法，实现对多层系同时打开的直井的砾石充填防砂、注入化学封隔体材料对砾石充填段的封隔分段以及对不同分段的自适应调流控水完井。以达到直井多层系储层同时开发、兼顾防砂、同时分段自适应控水的目的，以提高直井开发多层系油藏的单井采收率和生产效率，加快投资回收期、提高区块整体采出速度和项目收益。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。