一种新型分层砾石充填完井装置与方法

1.本发明涉及一种完井装置与方法，面对多个油层分层砾石充填的领域，特别涉及一种新型分层砾石充填完井装置与方法。


背景技术：

2.现有的砾石充填装置大多数只能实现单层或者一次性多层的砾石填充作业，工艺多，程序复杂，未能实现分层逐级和单层相结合的功能，这样就存在现场作业需要多次下入工具使得工作周期长，需要耗费很大的人力与物力，耗能多，成本高。因此本发明设计一种新型分层砾石充填完井装置与方法就显得尤为重要，可减小工作周期，减少作业成本。


技术实现要素：

3.为了提高砾石充填过程中的防砂能力，以及砾石充填装置的工作效率，本发明专利所要解决的技术问题是一种新型分层砾石充填完井装置与方法，通过滚珠丝杠带动滑套的移动使之与充填管柱上的充填孔对应，同时液压油缸中的活塞推杆利用排出的水分移动充填滑套实现装置的分层充填，同时也可利用液压恢复装置初始工作状态，最后完成分层砾石填充。
4.本发明内容所提供的技术方案是：一种新型分层砾石充填完井装置与方法，包括充填管柱、滚珠丝杠、丝杠支撑座、传动滑套、传动推杆、第一充填滑套、第二充填滑套、第一液压油缸、第二液压油缸、油缸支撑座i、油缸支撑座ii、第一排水滑套、第二排水滑套、内置排水管、电磁阀门、防砂筛管i、防砂筛管ii、套管，排水头。
5.滚珠丝杠由丝杠支撑座固定在充填管柱上。传动滑套套设于充填管柱上，与充填管柱形成横向移动副。传动推杆设于第一充填滑套与充填管柱之间，传动滑套和传动推杆在充填管柱上形成移动副。第一充填滑套与第二充填滑套套设于充填管柱上，第一充填滑套和第二充填滑套以及充填管柱上设有第一填充孔和第二充填孔。第一液压油缸和第二液压油缸内部设有活塞推杆，油缸缸体尾部设有入水口，第一液压油缸和第二液压油缸分别通过油缸支撑座i和油缸支撑座ii套设于充填管柱上。第一排水滑套和第二排水滑套套设于充填管柱的排水层处，第一排水滑套和第二排水滑套与充填管柱上设有第一排水孔和第二排水孔。内置排水管设于充填管柱内部，内置排水管设有与第一排水滑套和第二排水滑套以及第一排水孔和第二排水孔所匹配的排水通道，并与第一排水孔和第二排水孔固定连接，内置排水管底部与排水头固定连接，排水头开有多个排水孔隙；防砂筛管i和防砂筛管ii与套管固定连接。
6.滚珠丝杠上螺帽与丝杠轴形成移动副，螺帽底部与传动滑套固定连接，螺帽内部含有滚珠链结构。
7.传动滑套内部设有移动导轨，移动导轨上设有可移动挡圈。
8.充填管柱的第一充填孔处有电磁阀门通过销轴连接在充填管柱的第一充填孔处，电磁阀门设有电磁铁。
9.一种新型分层砾石充填完井装置与方法，该方法包括以下步骤：滚珠丝杠上的螺帽通过丝杠轴与滚珠链的转动，其在轴上横向移动，螺帽的移动带动传动滑套在充填管柱上的横向移动，传动滑套的移动推动第一充填滑套至充填管柱的第一充填孔处，实施第一层砾石充填，第一层砾石充填结束后，排出水分通过防沙筛管i进入第一液压油缸的油缸入水口推动活塞推杆i，活塞推杆i将第一排水滑套推动至充填管柱上的第一排水孔，实施第一层排水工作，第一排水滑套运动的同时推动第二充填滑套移动至充填管柱上第二充填孔，实施第二层砾石充填过程，第二层砾石充填结束后，排出水分通过防砂筛管ii进入第二液压油缸的油缸入水口推动活塞推杆ii，活塞推杆ii将第二排水滑套推动至充填管柱上的第二排水孔，实施第二层排水工作，排水结束后第二液压油缸的活塞推杆ii将装置推回最初工作状态。
10.滚珠丝杠上螺帽也可推动传动滑套移动至传动推杆一侧，此时第一充填孔由于电磁阀门的作用处于关闭状态，紧接着传动推杆利用推压将传动滑套内部的可移动挡圈推开，可移动挡圈沿着传动滑套内的可移动导轨移动，可移动挡圈移动至可移动导轨末端后固定，从而传动滑套接着移动，使得传动滑套推动传动推杆，传动推杆推动第二充填滑套至充填管柱的第二充填孔处，直接实施第二层砾石充填，砾石充填结束后，排出水分通过防沙筛管ii进入第二液压油缸的油缸入水口推动活塞推杆ii，活塞推杆ii将第二排水滑套推动至充填管柱的第二排水孔处，实施第二层排水工作，排水结束后，活塞推杆ii将装置恢复至初始工作状态。
11.采用上述技术方案后，本发明专利具有以下的有益效果：本发明为一种新型分层砾石充填完井装置与方法，通过滚珠丝杠带动充填滑套使之与充填孔匹配填充，排出水分进入液压油缸，油缸内活塞推杆推动排水滑套实现装置排出多余水分，同时液压油缸利用活塞推杆使得装置恢复初始工作状态，最后完成分层砾石填充。
12.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：1、可提高工作效率，缩短工作周期；2、提高资源利用率；3、装置可控性强，防砂性强等优点。
附图说明
13.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的滚珠丝杠结构示意图；图3为本发明的传动滑套结构示意图；图4为本发明的第一液压油缸、第二液压油缸结构示意图；图5为本发明的电磁阀门部分结构示意图。
14.图中：1.充填管柱；2.滚珠丝杠；201.螺帽；202.滚珠连；203.丝杠轴；3.丝杠支撑座；4.传动滑套；401.移动导轨；402.可移动挡圈；5.传动推杆；6.第一充填滑套；7.第二充填滑套；8.第一液压油缸；801.活塞推杆i;802油缸缸体i；803.油缸入水口；9.第二液压油缸901.活塞推杆ii；902.油缸缸体ii；903.油缸入水口；10.油缸支撑座i；11.油缸支撑座ii；12.第一排水滑套；13.第二排水滑套；14.内置排水管；15.电磁阀门；1501.电磁铁；1502.销轴；16.防砂筛管i；17.防砂筛管ii；18.套管；19.排水头；20.第一充填孔；21.第二
充填孔；22.第一排水孔；23.第二排水孔。
具体实施方式
15.结合图1、图2、图3、图4、图5所示，一种新型分层砾石充填完井装置与方法，装置包括充填管柱1、滚珠丝杠2、丝杠支撑座3、传动滑套4、传动推杆5、第一充填滑套6、第二充填滑套7、第一液压油缸8、第二液压油缸9、油缸支撑座i10、油缸支撑座ii11、第一排水滑套12、第二排水滑套13、内置排水管14、电磁阀门15、防砂筛管i16、防砂筛管ii17、套管18，排水头19。
16.结合图1、图2、图3、图4、图5所示，所述的滚珠丝杠2由丝杠支撑座3固定在充填管柱1上。传动滑套4套设于充填管柱1上，与充填管柱1形成横向移动副。传动推杆5设于第一充填滑套6与充填管柱1之间，传动滑套4和传动推杆5在充填管柱1上形成移动副。第一充填滑套6与第二充填滑套7套设于充填管柱1上，第一充填滑套6和第二充填滑套7以及充填管柱1上设有第一填充孔20和第二充填孔21。第一液压油缸8和第二液压油缸9内部设有活塞推杆801，油缸缸体802尾部设有入水口803，以及活塞推杆ii901，油缸缸体902尾部也设有入水口903,第一液压油缸8和第二液压油缸9分别通过油缸支撑座i10和油缸支撑座ii11套设于充填管柱1上。第一排水滑套12和第二排水滑套13套设于充填管柱1的排水层处，第一排水滑套12和第二排水滑套13与充填管柱1上设有第一排水孔22和第二排水孔23。内置排水管14设于充填管柱1内部，内置排水管14设有与第一排水滑套12和第二排水滑套13以及第一排水孔22和第二排水孔23所匹配的排水通道，并与第一排水孔22和第二排水孔23固定连接。内置排水管14底部与排水头19固定连接，排水头19开有多个排水孔隙。防砂筛管i16和防砂筛管ii17与套管18固定连接，整体套设于整个砾石充填系统外侧。滚珠丝杠2上螺帽201与丝杠轴203形成移动副，螺帽201底部与传动滑套4固定连接。螺帽201内部含有滚珠链202结构。传动滑套4内部设有移动导轨401，移动导轨401上设有可移动挡圈402。充填管柱1的第一充填孔20处有电磁阀门15通过销轴1501连接在充填管柱1的第一充填孔20处，电磁阀门15设有电磁铁1502。
17.逐级充填步骤：结合图1、图2、图3、图4所示，将砾石充填液注入充填管柱中，电机带动滚珠丝杠的丝杠轴转动，从而滚珠丝杠上的螺帽201通过丝杠轴203与滚珠链202的转动，其在轴上向下移动，螺帽201的移动带动传动滑套4在充填管柱1上的向下移动，传动滑套4的移动推动第一充填滑套6至充填管柱1的第一充填孔20处，砾石充填液通过第一充填孔进入填充层实施第一层砾石充填，第一层砾石充填结束后，砾石充填液通过防沙筛管i16一部分排出的水分进入第一液压油缸8的油缸入水口803推动活塞推杆i801，活塞推杆i801将第一排水滑套12推动至充填管柱1上的第一排水孔22后，剩余排出的水分通过第一排水孔22进入内置排水管14从而通过排水头19将水分排至地层，第一排水滑套12向下运动的同时推动第二充填滑套7移动至充填管柱1上第二充填孔21，砾石充填液通过第二充填滑套的第二充填孔21进入填充层实施第二层砾石充填过程，第二层砾石充填结束后，砾石充填液通过防砂筛管ii17一部分排出的水分进入第二液压油缸9的油缸入水口903推动活塞推杆ii901，活塞推杆ii901将第二排水滑套13推动至充填管柱1上的第二排水孔23，剩余排出的水分进入第二排水孔23后进入内置排水管14从而通过排水头19排至地层，排水结束后第二液压油缸9的活
塞推杆ii901将装置推回最初工作状态。
18.目标层充填步骤：将砾石充填液注入充填管柱中，电机带动滚珠丝杠的丝杠轴转动，从而滚珠丝杠上螺帽201通过丝杠轴203与滚珠连202的转动可推动传动滑套4移动至传动推杆5一侧，此时第一充填孔20由于电磁阀门15的作用处于关闭状态，紧接着传动推杆5利用推压将传动滑套4内部的可移动挡圈402推开，可移动挡圈402沿着传动滑套4内的可移动导轨401移动，可移动挡圈402移动至可移动导轨401末端后固定，从而传动滑套4接着移动，使得传动滑套4推动传动推杆5，传动推杆5推动第二充填滑套7至充填管柱1的第二充填孔21处，砾石充填液通过第二充填滑套7的第二充填孔21直接实施第二层砾石充填，砾石充填结束后，砾石充填液通过防沙筛管ii17一部分排出的水分进入第二液压油缸9的油缸入水口903推动活塞推杆ii901，活塞推杆ii901将第二排水滑套13推动至充填管柱1的第二排水孔23处，剩余排出的水分进入第二排水孔23后进入内置排水管14从而通过排水头19排至地层，排水结束后，活塞推杆ii901将装置恢复至初始工作状态。
19.本发明分层砾石充填特点及优点是：1、工作流程简单，只需注入砾石填充物质即可进行分层砾石填充工作；2、选择性强，该装置即可分层逐级砾石填充，也可通过传动推杆实现目标层段的砾石填充功能；3、资源利用性强，即可利用砾石填充液的液压通过电机为滚珠丝杠提供动力，也可通过排出的水分产生的液体压力带动油缸活塞，实现分层逐级作业；4、工作周期短，可以较少人力物力。

技术特征：
1.一种新型分层砾石充填完井装置与方法，包括充填管柱（1）、滚珠丝杠（2）、丝杠支撑座（3）、传动滑套（4）、传动推杆（5）、第一充填滑套（6）、第二充填滑套（7）、第一液压油缸（8）、第二液压油缸（9）、油缸支撑座i（10）、油缸支撑座ii（11）、第一排水滑套（12）、第二排水滑套（13）、内置排水管（14）、电磁阀门（15）、防砂筛管i（16）、防砂筛管ii（17）、套管（18）和排水头（19）；其特征在于，所述的滚珠丝杠（2）由所述的丝杠支撑座（3）固定在所述的充填管柱（1）上；所述的传动滑套（4）套设于充填管柱（1）上，与充填管柱（1）形成横向移动副；所述的传动推杆（5）设于第一充填滑套（6）与充填管柱（1）之间，传动滑套（4）和传动推杆（5）在充填管柱（1）上形成移动副；所述的第一充填滑套（6）与第二充填滑套（7）套设于充填管柱（1）上，第一充填滑套（6）和第二充填滑套（7）以及充填管柱（1）上设有第一填充孔（20）和第二充填孔（21）；所述的第一液压油缸（8）和第二液压油缸（9）内部设有活塞推杆i（801），油缸缸体（802）尾部设有入水口（803），以及活塞推杆ii（901），油缸缸体（902）尾部也设有入水口（903），第一液压油缸（8）和第二液压油缸（9）分别通过油缸支撑座i（10）和油缸支撑座ii（11）套设于充填管柱（1）上；所述的第一排水滑套（12）和第二排水滑套（13）套设于充填管柱（1）的排水层处，第一排水滑套（12）和第二排水滑套（13）与充填管柱（1）上设有第一排水孔（22）和第二排水孔（23）；所述的内置排水管（14）设于充填管柱（1）内部，内置排水管（14）设有与第一排水滑套（12）和第二排水滑套（13）以及第一排水孔（22）和第二排水孔（23）所匹配的排水通道，并与第一排水孔（22）和第二排水孔（23）固定连接，所述的内置排水管（14）底部与排水头（19）固定连接，排水头（19）开有多个排水孔隙；所述的防砂筛管i（16）和防砂筛管ii（17）与所述的套管（18）固定连接。2.根据权利要求1所述的一种新型分层砾石充填完井装置与方法，其特征在于：所述的滚珠丝杠（2）上螺帽（201）与丝杠轴（203）形成移动副，螺帽（201）底部与传动滑套（4）固定连接，螺帽（201）内部含有滚珠链（202）结构。3.根据权利要求1所述的一种新型分层砾石充填完井装置与方法，其特征在于：所述的传动滑套（4）内部设有移动导轨（401），移动导轨（401）上设有可移动挡圈（402）。4.根据权利要求1所述的一种新型分层砾石充填完井装置与方法，其特征在于：所述的充填管柱（1）的第一充填孔（20）处有电磁阀门（15）通过销轴（1501）连接在充填管柱（1）的第一充填孔（20）处，电磁阀门（15）设有电磁铁（1502）。5.一种权利要求1-4所述的一种新型分层砾石充填完井装置与方法，其特征是：该方法包括以下步骤：滚珠丝杠上的螺帽（201）通过丝杠轴（203）与滚珠链（202）的转动，其在轴上横向移动，螺帽（201）的移动带动传动滑套（4）在充填管柱（1）上的横向移动，传动滑套（4）的移动推动第一充填滑套（6）至充填管柱（1）的第一充填孔（20）处，实施第一层砾石充填，第一层砾石充填结束后，排出水分通过防沙筛管i（16）进入第一液压油缸（8）的油缸入水口（803）推动活塞推杆i（801），活塞推杆i（801）将第一排水滑套（12）推动至充填管柱（1）上的第一排水孔（22），实施第一层排水工作，第一排水滑套（12）运动的同时推动第二充填滑套（7）移动至充填管柱（1）上第二充填孔（21），实施第二层砾石充填过程，第二层砾石充填结束后，排出水分通过防砂筛管ii（17）进入第二液压油缸（9）的油缸入水口（903）推动活塞推杆ii（901），活塞推杆ii（901）将第二排水滑套（13）推动至充填管柱（1）上的第二排水孔（23），实施第二层排水工作，排水结束后第二液压油缸（9）的活塞推杆ii（901）将装置推回最初工作
状态。6.滚珠丝杠上螺帽（201）也可推动传动滑套（4）移动至传动推杆（5）一侧，此时第一充填孔（20）由于电磁阀门（15）的作用处于关闭状态，紧接着传动推杆（5）利用推压将传动滑套（4）内部的可移动挡圈（402）推开，可移动挡圈（402）沿着传动滑套（4）内的可移动导轨（401）移动，可移动挡圈（402）移动至可移动导轨（401）末端后固定从而传动滑套（4）接着移动，使得传动滑套（4）推动传动推杆（5），传动推杆（5）推动第二充填滑套（7）至充填管柱（1）的第二充填孔（21）处，直接实施第二层砾石充填，砾石充填结束后，排出水分通过防沙筛管ii（17）进入第二液压油缸（9）的油缸入水口（903）推动活塞推杆ii（901），活塞推杆ii（901）将第二排水滑套（13）推动至充填管柱（1）的第二排水孔（23）处，实施第二层排水工作，排水结束后，活塞推杆ii（901）将装置恢复至初始工作状态。

技术总结
为了提高砾石充填过程中的防砂能力，以及砾石充填装置的工作效率，本发明设计了一种新型分层砾石充填完井装置与方法，可实现完井过程中砾石物质的分层填充功能。本发明通过滚珠丝杠带动充填滑套使之与充填孔匹配填充，排出水分进入液压油缸，油缸内活塞推杆推动排水滑套实现装置排出多余水分，同时液压油缸利用活塞推杆使得装置恢复初始工作状态，最后完成分层砾石填充。本发明有益效果为：可提高工作效率，缩短工作周期；提高资源利用率；装置可控性强，防砂性强等优点。防砂性强等优点。防砂性强等优点。


技术研发人员：李沼萱 王硕 潘一 杨双春 张镕琦 陈嘉俊
受保护的技术使用者：辽宁石油化工大学
技术研发日：2022.11.14
技术公布日：2023/7/20