CN102536187A - 可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，所述装置具有多级串联连接的喷射工具；所述喷射工具均为中空柱状体，其侧壁上设有喷嘴；喷射工具包括设在下部的一级底部喷射工具，以及位于底部喷射工具上部的多级上部喷射工具，在各级所述上部喷射工具内均设有能封闭该级喷射工具喷嘴的第一滑套，且所述第一滑套在外力作用下能够滑移至所述喷嘴的下部，打开喷嘴；各级所述上部喷射工具内还设有能封闭所述喷嘴的第二滑套，所述第二滑套能够在该级喷射工具完成压裂喷射后在外力的作用下滑动至封闭所述喷嘴。本发明在完成压裂施工后，通过第二滑套可以再次关闭喷枪，当发生砂卡事故时，能效地提高反循环洗井的效果。

Description

可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置

技术领域

本发明是关于一种压裂装置，尤其是一种可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，其通过设置复合滑套，可以打开或关闭喷射工具的喷射口，以解决砂卡事故。

背景技术

低渗透油气田储量占国内已探明储量的28％，每年新增加低渗透探明储量占新探明总储量的50％以上，水力压裂是动用和提高低渗透储量的有效途径。1947年，在美国KANSAS西南部的HUGOTON气田的一口垂直井中首次实施了水力压裂增产技术，经过了近半个世纪的发展，特别是上世纪80年代末以来，在压裂设计、压裂液和添加剂、支撑剂、压裂设备和监测仪器以及裂缝监测等方面都获得了迅速的发展。

为精确控制裂缝起裂位置和裂缝条数，国内外开展了分段压裂技术研究。目前，现场常用的分层(段)压裂方法主要有：限流法压裂、暂堵剂分层压裂、机械封隔器分层压裂、填砂分层压裂等。这些方法都存在有这样或那样的问题，如限流法压裂要求的射孔密度较低，将会妨碍射孔对有效井筒半径的扩大；作业期间，在射孔通道和裂缝入口处可能出现过大的压力降，并会影响携砂压裂液在层间的分布；限流法进行射孔提供的裂缝入口面积较小，在返排和生产期间，易使支撑剂返出。在裸眼水平井压裂时，最简单的隔离方法是使用暂堵剂，暂堵剂可以用岩盐、苯甲酸片或樟脑丸等。但这种方法最大的问题是难以控制沿井筒的裂缝起裂点之间的距离；另一个重要的问题是在暂堵阶段对裂缝在近井地带的支撑剂的充填无法控制。在套管井可以实施封隔器分层或分段压裂工艺，但是，施工完一个层位后，封隔器常常发生砂卡，导致井下事故。填砂分层压裂的问题是施工周期过长。

为克服上述公知技术存在的缺陷，本案申请人在中国专利第200910082408.7号中阐述了一种带有滑套的磨料射流喷射分层压裂装置，该装置具有多级滑套，除第一级喷枪外，其余每级喷枪内均安装一级滑套，下井时滑套处于关闭状态，需要压裂对应的层位时，投球打开滑套、露出喷嘴，压裂液自该喷嘴喷出，同时，投入的球打开滑套后封堵滑套内流道，压裂液不再流经滑套下部的喷枪，确保压裂液和支撑剂不进入已压开层段，避免了压裂不同层段时移动井下管柱。但是这项技术存在一个问题(以三级滑套喷枪为例)：如图1所示，在下部第一级喷枪1发生砂卡部位10、需要进行反循环洗井进行解卡的情况下，由于上部喷枪12、13的滑套121、131均被钢球122、133打开，各级喷枪12、13均与环空连通，因此洗井液将沿箭头A从压力最小的上部喷枪13上设置的喷嘴134进入油管100内，即，在砂卡井段上部的第三级形成了反洗通道，而不能冲洗砂卡部位10，管柱仍然不能解卡。

因此，该公知技术当发生砂卡时，解卡工作非常麻烦，影响了施工效率。

有鉴于上述公知技术存在的缺陷，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出本发明的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，以方便地解决下部喷枪发生砂卡的解卡问题，有效地提高反循环洗井的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，通过复合滑套的设置，在需要对规定层位喷射压裂液时，可以打开滑套，由喷射工具射出压裂液，进行压裂施工，而在完成压裂施工后，通过另一个滑套可以再次关闭喷枪，当发生砂卡事故时，能效地提高反循环洗井的效果。

为此，本发明提出一种可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，所述装置具有多级串联连接的喷射工具；所述喷射工具均为中空柱状体，其侧壁上设有至少两个喷嘴；所述喷射工具包括设在下部的一级底部喷射工具，以及位于底部喷射工具上部的多级上部喷射工具，其中，在各级所述上部喷射工具内均设有能封闭该级喷射工具喷嘴的第一滑套，且所述第一滑套在外力作用下能够滑移至所述喷嘴的下部，打开所述喷嘴；各级所述上部喷射工具内还设有能封闭所述喷嘴的第二滑套，所述第二滑套能够在该级喷射工具完成压裂喷射后在外力的作用下滑动至封闭所述喷嘴。

如上所述的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，其中，所述第一滑套、第二滑套通过剪切销钉与所述上部喷射工具相连接，且所述第二滑套设置在所述第一滑套的上部。

如上所述的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，其中，所述滑套的内径自上而下依次减小。

如上所述的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，其中，所述装置还包括能使所述滑套向下移动、并密封所述滑套的钢球。

如上所述的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，其中，所述钢球的直径自上而下依次减小，且大于被密封的所述滑套的内径，小于具有被密封的所述滑套的该级上部喷射工具的内径。

本发明的特点和优点是：

本发明的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置有效解决了喷射压裂喷射工具打开滑套以后无法再次关闭的问题。在多段喷射压裂施工中，可能发生下部喷射工具砂卡、需要进行反循环洗井的情况，应用本发明可以在完成一个层位的喷射压裂施工后，能将喷嘴再次关闭，保证砂卡井段的洗井效果，尽快解决砂卡事故，从而能节约压裂成本、提高压裂效果、降低施工风险。

本发明的特点在于：每级上部喷射工具中装有包括第一滑套和第二滑套的复合滑套，可以分别实现喷嘴的开启和关闭的功能。下井时通过第一滑套封堵喷嘴，到达需要压裂的层位时，投球打开第一滑套、露出喷嘴进行喷射。待喷射压裂施工完毕后，则投球打开第二滑套，第二滑套落下、封堵住喷嘴，从而实现了从开启到关闭的功能。这样，当下部喷射工具发生砂卡，上部喷射工具的喷嘴都是关闭的。在压裂施工后对全井段环空反循环洗井时，确保流体不会由喷嘴进入油管造成“短路”，从而能有效地解除环空堆积砂粒造成的管柱砂卡问题，提高反循环洗井的效果。

附图说明

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。其中，

图1为公知的磨料射流喷射分层压裂装置结构示意图，图中示意性地表示了在作业过程中的管柱砂卡状态；

图2A为本发明的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，其中一级上部喷射工具的喷嘴关闭状态结构示意图；

图2B为图2A所示上部喷射工具的喷嘴开启状态结构示意图；

图2C为图2A所示上部喷射工具的喷嘴再次关闭状态结构示意图。

附图标号说明：

1、第一级喷枪       10、砂卡部位    12、13、上部喷枪    121、131、滑套

122、133、钢球      134、喷嘴       100、油管           2、上部喷射工具

20、喷嘴            200、本体       21、第一滑套        22、第二滑套

210、220、剪切销钉  211、221、钢球

具体实施方式

本发明提出的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，所述装置具有多级串联连接的喷射工具；所述喷射工具均为中空柱状体，其侧壁上设有至少两个喷嘴；所述喷射工具包括设在下部的一级底部喷射工具，以及位于底部喷射工具上部的多级上部喷射工具，其中，在各级所述上部喷射工具内均设有能封闭该级喷射工具喷嘴的第一滑套，且所述第一滑套在外力作用下能够滑移至所述喷嘴的下部，打开所述喷嘴；各级所述上部喷射工具内还设有能封闭所述喷嘴的第二滑套，所述第二滑套能够在该级喷射工具完成压裂喷射后在外力的作用下滑动至封闭所述喷嘴。

本发明采用在上部喷射工具内设置两个滑套(第一滑套和第二滑套)，实现了在作业层位完成喷射作业后，可以关闭该层位的喷嘴，确保反洗井时，洗井液能从管柱的最末端进入油管，完全清洗油管与套管之间的环空。具体是，本发明的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，通过第一滑套封堵上部喷射工具的喷嘴，到达需要压裂的层位后，投球打开第一滑套、露出喷嘴进行喷射。待喷射压裂施工完毕后，可以关闭该喷嘴，即通过再次投球打开设置在第一滑套上部的第二滑套，第二滑套落下、封堵住喷嘴，从而实现了该喷嘴从开启到关闭的功能。这样，当下部喷射工具发生砂卡故障时，上部喷射工具的喷嘴都是关闭的，可以有效提高反循环洗井的效果。

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

图2A为本发明的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，其中一级上部喷射工具的喷嘴关闭状态结构示意图；图2B为图2A所示上部喷射工具的喷嘴开启状态结构示意图；图2C为图2A所示上部喷射工具的喷嘴再次关闭状态结构示意图。

如图2A、图2B、图2C所示，本发明提出的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，其装置结构与中国专利第200910082408.7号中记载的带有滑套的磨料射流喷射分层压裂装置相同，因此相同的结构在本案中不再赘述，在此将上述中国专利申请第200910082408.7号的相关内容并入本案。本发明同样是具有多级串联连接的喷射工具(喷枪)，所述喷射工具均为中空柱状体，其侧壁上设有至少两个喷嘴；所述喷射工具包括设在下部的第一级底部喷射工具，以及位于底部喷射工具上部的多级上部喷射工具2，其中，在各级所述上部喷射工具2内均设有能封闭该级喷射工具喷嘴20的第一滑套21，且所述第一滑套21在外力作用下能够滑移至所述喷嘴20的下部，打开所述喷嘴20；各级所述上部喷射工具2内还设有能封闭所述喷嘴20的第二滑套22，所述第二滑套22能够在该级喷射工具完成压裂喷射后在外力的作用下滑动至封闭所述喷嘴20。

本发明的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置在每一级上部喷射工具2完成所在层位的喷射作业后，可以使第二滑套22向下移动，将该级喷射工具的喷射口(喷嘴20)封闭，使进行反循环洗井时，由环空泵注的洗井流体不会由喷嘴20流入油管内，而是经过引鞋的通孔从水力喷射压裂井下装置的最底部进入油管内，从而可以将砂卡位置堆积的砂粒携带进入油管内、从而解除管柱卡点，有效提高了反循环洗井的效果。

在一个可行的技术方案中，所述第一滑套21、第二滑套22通过剪切销钉210、220与所述上部喷射工具2相连接，且在所述上部喷射工具2内，所述第二滑套22设置在所述第一滑套21的上部。

进一步地，所述滑套的内径自上而下依次减小。即，设置在下部的所述滑套的内径小于设置在上部的所述滑套的内径。

其中，通过分别投入钢球211、221，能使所述第一滑套21、第二滑套22向下移动，且所述钢球能密封所述滑套。

投入的钢球直径自上而下依次减小，且所述钢球211、221的直径大于所述被密封的所述滑套的内径，小于具有被密封的所述滑套的该级上部喷射工具的内径。具体地，如图2B、图2C所示，所述钢球211的直径大于第一滑套21的内径，小于该级上部喷射工具2的内径；而钢球221的直径则大于第二滑套22的内径，小于该级上部喷射工具2的内径。

结合图2A、图2B、图2C具体说明本发明的工作过程，如图所示，上部喷射工具2包括本体200、喷嘴总成部分(包括喷嘴20、喷嘴压帽、防溅块，该结构为公知技术，在此不再赘述)、开启滑套总成(第一滑套21和剪切销钉210)和关闭滑套总成(第二滑套22和剪切销钉220)等，其中第一滑套21的内径小于第二滑套22的内径，这两个滑套总成可分别实现开启和关闭的功能。具体过程如下：

a)下井状态：第一滑套21和第二滑套22均处于关闭状态，如图2A所示。

b)压裂施工：从油管投入钢球211(直径比第一滑套21内径大、比第二滑套22内径小)，打压，当压力达到预定值(由设置的剪切销钉210的数目及材料控制)时，剪切销钉210被剪断，第一滑套21迅速下滑，完全暴露出过两排喷嘴20，流体从喷嘴20喷出，如图2B所示。

c)关闭状态：待喷射压裂施工完成后，如果需要关闭该级上部喷射工具2的喷嘴20，则从油管再次投入钢球221(其直径比第二滑套22的内径大，比上部喷射工具2的内径小)，打压，当压力达到预定值(由设置的剪切销钉220的数目及材料控制)时，剪切销钉220被剪断，第二滑套22迅速下滑，直到抵接到第一滑套21上，则该第二滑套22密封住两排喷嘴20，即，该第二滑套22将上部喷射工具2的喷嘴关闭，以便进行反洗井作业。

本发明的工作原理是：通过普通油管将串联连接的各级喷射工具沿套管下到指定作业层位，各级喷射工具之间的间距根据设计的待压裂层段的井深由油管短节调节。打开油管投球，泵送流体至预定压力时固定第一滑套21的剪切销钉210将被剪断，打开喷射工具的第一滑套21，进行当前层位的喷射压裂施工。安装有多组喷射工具时，依次投球、顺序施工。施工结束后上提油管、起出井内压裂喷枪。为避免砂卡管柱、造成上提困难，则在完成每一层位的喷射压裂施工后投入钢球221打开第二滑套22(关闭滑套)，封堵住喷嘴20，从喷射工具的外部油套环空泵注洗井液进行反循环洗井，确保洗井液经设置在管柱串最末端的筛管、引鞋内孔进入油管、完全清洗油套环空，把环空堆积的砂粒循环进入油管带到地面，从而达到解除砂卡管柱的目的。所述筛管、引鞋采用公知的结构，在此不再赘述。

具体是，当上部喷射工具2下入到压裂层位时，首先从油管投入直径小于第二滑套内径的钢球211，并向油管内泵注液体加压到预定压力值(该压力应大于将第一滑套21与上部喷射工具2内壁相连接的剪切销钉的剪切力)时，第一滑套21的剪切销钉210被剪断，第一滑套21迅速下滑，完全暴露出过两排喷嘴20，进行喷射和压裂施工。

该层位的喷射压裂施工完成后，再次从油管投入钢球221，并向油管内泵注液体加压到预定压力值(该压力应大于将第二滑套22与上部喷射工具2内壁相连接的剪切销钉的剪切力)时，第二滑套22的剪切销钉220被剪断，第二滑套22迅速下滑，密封住上述被打开的两排喷嘴20，在压裂施工后对全井段环空反循环洗井时，确保流体不会由喷嘴20进入油管造成“短路”，从而能有效地解除环空堆积砂粒造成的管柱砂卡问题。

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的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (5)

1.一种可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，所述装置具有多级串联连接的喷射工具；所述喷射工具均为中空柱状体，其侧壁上设有至少两个喷嘴；所述喷射工具包括设在下部的一级底部喷射工具，以及位于底部喷射工具上部的多级上部喷射工具，其特征在于，在各级所述上部喷射工具内均设有能封闭该级喷射工具喷嘴的第一滑套，且所述第一滑套在外力作用下能够滑移至所述喷嘴的下部，打开所述喷嘴；各级所述上部喷射工具内还设有能封闭所述喷嘴的第二滑套，所述第二滑套能够在该级喷射工具完成压裂喷射后在外力的作用下滑动至封闭所述喷嘴。

2.如权利要求1所述的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，其特征在于，所述第一滑套、第二滑套通过剪切销钉与所述上部喷射工具相连接，且所述第二滑套设置在所述第一滑套的上部。

3.如权利要求1所述的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，其特征在于，所述滑套的内径自上而下依次减小。

4.如权利要求1所述的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，其特征在于，所述装置还包括能使所述滑套向下移动、并密封所述滑套的钢球。

5.如权利要求4所述的可开关复合滑套水力喷射压裂井下装置，其特征在于，所述钢球的直径自上而下依次减小，且大于被密封的所述滑套的内径，小于具有被密封的所述滑套的该级上部喷射工具的内径。

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