CN103132970A - 分段压裂油管系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分段压裂油管系统，属于采油领域。其包括具有水平部分的油管和布置在油管上的压裂组件，压裂组件包括设于油管的末端部分处的压差式滑套和多个感应式滑套。感应式滑套包括：用于连接到油管上的滑套外壳，在所述外壳的侧壁上开有第一压裂孔；内滑套，在内滑套的侧壁上开有第二压裂孔，所述内滑套通过径向穿过外壳侧壁和内滑套侧壁的销钉固定在滑套外壳内并使第一压裂孔和第二压裂孔在轴向上彼此错开；布置在内滑套中的挡板。通过本发明的分段压裂油管系统，能实现压裂层位数不受限制、滑套无级差并具备互换性，能很好的满足油气藏储层压裂改造的施工需求。

Description

分段压裂油管系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种石油开采系统和方法，特别是分段压裂油管系统及其使用方法。

背景技术

滑套式分段压裂技术是一项重要的油藏储层改造技术，广泛应用于页岩气、煤层气等非常规油气资源的裸眼完井和储层改造施工中。该技术是通过由液压式打开滑套、投球式憋压打开滑套、裸眼封隔器、憋压球等工具来实现的，其中投球式憋压打开滑套装置是滑套式分段压裂技术中的核心装置之一。

在荣莽、罗君撰写的文献《页岩气藏水平井分段压裂管柱技术探讨》(《石油机械》，2010年第38卷第9期，第65-67页)中讨论了分段压裂技术的原理，即通过向压裂管柱中投入不同尺寸的憋压球来实现分段压裂。

在实施过程中，将由上述工具构成的完井油管下入到油气井的裸眼段中，通过投球憋压实现裸眼封隔器对井段的封隔分段。在经过油管内憋压打开液压式打开滑套后，进行第一段压裂施工。后续层段的压裂施工需要从井口投入不同尺寸的憋压球，当憋压球落入到投球式憋压打开滑套的球座位置后，通过在油管内憋压实现滑套的打开，进而进行该层段的压裂施工，依次完成该井的设计压裂施工。

在现有技术中的分段压裂油管存在以下不足：

1、油管压裂的级数由接入其中的滑套装置的数量决定。为使各种尺寸的憋压球到达对应滑套并与滑套球座形成密封承受高压，各级滑套的通径是逐级递减的。但油管的通径不能无限减小，油管能接入滑套装置的数量有限，因此油管可压裂的层位数必将受到限制。目前，采用这种压裂油管国内能完成10级层位压裂，而国外最多也只能达到40级层位压裂。

2、由于滑套的通径是递减的，因此各级滑套和小球的尺寸存在级差，不具备互换性，现场修理维护难度较大。

3、现有技术中的憋压球以及其配套的球座按照一定的尺寸差制作，为实现更多的压裂层位数，只能将憋压球的尺寸差减小，从而对憋压球以及其球座的材料性能和加工精度均提出更高要求。

因此，开发一种压裂层位数不受限制、滑套通径无级差、具备互换性的压裂工具油管装置具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种分段压裂油管系统，其油管通径无级差，从而能实现压裂层位数不受限制、滑套具备互换性，能很好的满足油气藏储层压裂改造的施工需求。

根据本发明的一方面，提出了一种分段压裂油管系统，包括具有水平部分的油管和布置在油管上的压裂组件，压裂组件包括设于油管的末端部分处的压差式滑套和多个感应式滑套。其中，所述感应式滑套包括：用于连接到油管上的滑套外壳，在所述外壳的侧壁上开有第一压裂孔；内滑套，在内滑套的侧壁上开有第二压裂孔，所述内滑套通过径向穿过外壳侧壁和内滑套侧壁的销钉固定在滑套外壳内并使第一压裂孔和第二压裂孔在轴向上彼此错开；布置在内滑套中的挡板。该挡板在初始状态下处于打开位置处，并且能在预定信号的触发下运动到关闭位置，从而封闭所述内滑套的内腔并在其中形成憋压，当压力增大到克服销钉剪切力时销钉被剪断，使得内滑套沿轴向滑动，直至所述第一压裂孔与第二压裂孔在滑套外壳的轴向上彼此对齐为止。词语“初始状态”是指感应式滑套被触发前的状态。

在一个实施例中，油管为“L”形，其竖直部分的端部穿出井口，水平部分布置在地层内的井筒里，在油管的末端端部布置有单流阀。这里，词语“水平部分”不应按照数学意义上的水平来理解，其可以为以一定的倾角向地层深处延伸。同样地，“竖直部分”也可以有一定的倾角。

在一个实施例中，压差式滑套为传统类型，包括与之配合使用的球座。优选地，压差式滑套的通径与感应式滑套的通径相等。在这样的实施例中，压差式压裂滑套使用不发射信号的憋压球实现憋压。该憋压球仅用于启动压差式滑套的运动以实现第一段压裂。

根据本发明，在实施过程中，首先将憋压球投入油管中，憋压球会与球座接合从而封堵油管，随后向油管中充入压裂液产生憋压而启动压差式滑套并实现压裂功能。

在一个实施例中，感应式滑套的尺寸规格相同，即内滑套的通径无级差。

根据本发明，由于感应式滑套的尺寸规格相同，使得各个感应式滑套具有互换性，当其中一个出现问题时，可方便地对其进行更换。同时感应式滑套的尺寸规格相同，也使得其加工更加方便。此外，无级差的感应式滑套使得整个油管所接入的感应式滑套的数量不受限制，即油管的长度可为任意长度从而油管的压裂层位数也就不受限制。

在一个实施例中，本发明的分段压裂油管系统还包括用于触发所述挡板运动的憋压控制装置。在另一个实施例中，憋压控制装置包括能发射预定信号的信号球和布置在内滑套内壁上的能接收所述预定信号并触发挡板运动的控制器。在一个优选的实施例中，该控制器包括具有能被所述预定信号触发的信息码的电磁阀芯和由电磁阀芯控制的使挡板在初始状态下保持在打开位置处的衔铁。

在一个实施例中，用于所述多个感应式滑套的预定信号各不相同，并且一个信号球仅能发射与相应的电磁阀芯的信息码对应的预定信号，当信号球通过相应的感应式滑套时，会触发电磁阀芯使挡板运动到关闭而实现憋压。应当注意的是，憋压控制装置还可以采用其他控制系统，如采用无线寻呼遥控器远程遥控、无线电远程遥控或光信号控制等非接触式信号输出控制系统。

根据本发明，在实施过程中，在将感应式滑套放入油井前，给各个电磁阀芯设置不同的信息码，并且给信号球植入一定的程序，使其能够按照“一球对应一滑套”的方式发射与相应的电磁阀芯的信息码相应的预定信号。

在初始状态下，与电磁阀芯相连的衔铁在弹性部件的作用力下向外延伸而使挡板处于打开位置。当发射预定信号的特定的信号球通过相应的感应式滑套时，电磁阀芯接会收该预定信号并且判断预定信号与所设定的信息码一致，电磁阀芯被触发通电产生磁力，在磁力作用下衔铁被吸引而缩回，从而挡板运动到关闭位置而封堵油管实现憋压。当压力增大到克服使内滑套与滑套外壳固定连接的销钉的剪切应力时，销钉被剪断，内滑套沿轴向运动使得第一压裂孔与第二压裂孔在轴向上对齐，从而建立起压裂通道以进行压裂。

在一个实施例中，感应式滑套布置在油管的水平部分。由于挡板的密封的密封面积更大，因此相比于现有技术的球坐密封有更好的密封效果，并且也降低了密封元件如挡板的加工难度。

在一个实施例中，各个电磁阀芯的信息码和各个信号球发射的预定信号能变化设置，以便于感应式滑套和信号球能够重复使用。在一个优选的实施例中，所有信号球和用于压差式滑套的憋压球具有相同的规格，因此当给憋压球植入发射预定信号的程序后，其可用作信号球，同样的是信号球在不发射预定信号时也可用作憋压球，方便了信号球和憋压球的加工制造并且在实际使用中也更加方便。

根据本发明的另一方面，一种使用根据权利要求1所述的分段压裂油管系统来进行分段压裂，包括以下步骤：

第一步骤：从油管的地面开口投入憋压球，并使其与压差式压裂滑套的球座形成密封式接合；

第二步骤：向油管中充入压裂液并进行憋压，进行第一段压裂；

第三步骤：触发第一感应式滑套，使其挡板运动到关闭位置，从而形成密封；

第四步骤：继续向油管中充入压裂液并进行憋压，进行第二段压裂。

第五步骤：依次触发所述多个感应式滑套使相应的挡板运动到关闭位置，直到完成所有分段压裂。

本发明的优点在于，无级差的感应式滑套使得整个油管所接入的感应式滑套的数量不受限制，即油管的长度可为任意长度从而油管的压裂层位数也就不受限制。由于感应式滑套的规格相同，使得各个感应式滑套具有互换性，当其中一个出现问题时，可方便地对其进行更换，同时也使得其加工更加方便。此外，感应式滑套布置在油管的水平部分。由于挡板的密封的密封面积更大，因此相比于现有技术的球坐密封有更好的效果，并且也降低了密封元件如挡板的加工难度。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的分段压裂油管系统的示意图。

图2是使用信号球触发根据本发明的感应式滑套的原理示意图。

图3是根据本发明的感应式滑套触发后的状态示意图。

图4是根据本发明的分段压裂油管系统的压裂流程图。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的分段压裂油管系统10，其包括以下部件：布置在井筒110中的油管104，布置在油管104上的多组感应式滑套105、压差式滑套107和与其配套使用的球座108、裸眼封隔器106，和用于启动压差式的憋压球101。

在一个实施例中，如图1所示，油管104为“L”形，其竖直部分的端部穿出井口102，油管104的水平部分布置在地层内的井筒110里，在油管104的水平部分上布置有感应式滑套105，在油管104的水平部分的末端部分上布置有压差式压裂滑套107和与其配套使用的球座108，在油管的水平部分的末端端部布置有单流阀109。这里，油管104、裸眼封隔器106、压差式滑套107、球座108、憋压球101和单流阀109均是本领域的技术人员所熟知的，因此为节约篇幅起见在此未对其进行更具体的描述。

图2和图3示意性地显示了使用信号球206触发感应式滑套105的原理示意图。在一个实施例中，感应式滑套105包括与油管104相连的滑套外壳201、布置在滑套外壳201内部的内滑套202。滑套外壳201和内滑套202通过径向穿过滑套外壳201侧壁和内滑套202侧壁的销钉203固定连接。在内滑套202的内壁上布置有能从打开位置运动到封闭位置的挡板208。在一个优选地实施例中，该多个感应式滑套105的尺寸规格相同，即内滑套202的通径无级差。

在一个实施例中，滑套外壳201上布置有第一压裂孔204，内滑套202侧壁上布置有第二压裂孔214，在滑套外壳201与内滑套202固定连接状态下，滑套外壳201上的第一压裂孔204与内滑套202的第二压裂孔214轴向错开。

在一个实施例中，感应式滑套105的启动由憋压控制装置控制。在另一个实施例中，憋压控制装置包括能发射预定信号的信号球206和布置在内滑套202内壁上的能被所述预定信号触发的控制器。在一个优选的实施例中，控制器包括具有能被所述预定信号触发的信息码的电磁阀芯205和由电磁阀芯控制的使挡板208在初始状态下保持在打开位置处的衔铁207。

在一个实施例中，信号球206的数量与感应式滑套105的数量一致，并且每一个信号球206仅能发射与相应的电磁阀芯205的信息码对应的预定信号。以当信号球206通过相应的感应式滑套105时，会触发电磁阀芯205使挡板208运动到关闭而实现憋压。

如图2所示，在初始状态下，衔铁208在弹性部件209的作用力下向外延伸而使挡板208处于打开位置，在一个实施例中，该弹性部件209为弹簧。当信号球206通过相应的感应式滑套105时，电磁阀芯205会接收该预定信号并且判断其与所设定的信息码一致，电磁阀芯205被触发通电产生磁力，在磁力作用下衔铁207被吸引而缩回，因此挡板208运动到关闭位置从而封闭内滑套202的内腔并在其中形成压力积聚。当压力增大到克服销钉203剪切力时销钉被剪断，使得内滑套202沿轴向滑动，直至第一压裂孔204与第二压裂孔214在滑套的轴向上彼此对齐为止，从而实现憋压和压裂功能，如图3所示。

在一个实施例中，各个电磁阀芯205的信息码和各个信号球206发射的预定信号能变化设置，以便于感应式滑套105和信号球206能够重复使用。在另一个实施例中，可通过计算机给各电磁阀芯205和信号球206植入程序，重新设置接收和发送的信号而实现重复使用。

在一个实施例中，所有信号206球和用于压差式滑套107的憋压球101具有相同的规格。因此当给憋压球101植入发射预定信号的程序后，其可用作信号球206，同样地是信号球206在不发射预定信号时也可用作憋压球101，方便了信号球206和憋压球101的加工制造并且在实际使用中也更加方便。

下面根据附图1、2、3和4描述使用本发明的分段压裂油管系统100来进行分段压裂的过程。首先将装配好的油管104放置到井筒110中。然后，首先通过井口102向油管104中投放憋压球101，如步骤401。当憋压球101密封接合到球座108上，封堵油管104后，向油管104中充入压裂液开始憋压，当压力达到一定值时，压差式滑套107启动建立压裂通道，完成对第一段111的压裂，如步骤402和步骤403。该段压裂步骤是本领域的技术人员所熟知的，因此为节约篇幅起见在此未对其进行更具体的描述。

当第一段压裂结束后，通过井口102向油管104中投入第一个发射预定信号的信号球206，如步骤404。信息球206发出的预定信号仅能触发用于第二段112压裂的感应式滑套105的电磁阀芯205。

当信号球206到达该感应式滑套105处时，电磁阀芯205接收该信号并判断其与所设定的信息码一致，电磁阀芯205被触发通电产生磁力，在磁力作用下衔铁207被吸引而缩回，从而挡板208运动到关闭位置而实现憋压。当压力达到克服销钉203的剪切应力时，销钉203被剪断，内滑套202在液力推动下滑至滑套外壳201的内壁抬肩213处，滑套外壳201上的第一压裂孔204与内滑套202的第二压裂孔214在轴向上对齐，从而建立用于第二段112的压裂通道，实现并完成第二段压裂，如步骤405和406。

依次触发所述多个感应式滑套105使相应的感应式滑套105的挡板208运动到关闭位置，直到完成所有分段压裂。此时压裂结束，见步骤420。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种分段压裂油管系统，包括具有水平部分的油管和布置在油管上的压裂组件，压裂组件包括设于油管的末端部分处的压差式滑套和多个感应式滑套；

其中，所述感应式滑套包括：用于连接到油管上的滑套外壳，在所述外壳的侧壁上开有第一压裂孔；内滑套，在内滑套的侧壁上开有第二压裂孔，所述内滑套通过径向穿过外壳侧壁和内滑套侧壁的销钉固定在滑套外壳内并使第一压裂孔和第二压裂孔在轴向上彼此错开；布置在内滑套中的挡板，所述挡板在初始状态下处于打开位置处，并且能在预定信号的触发下运动到关闭位置，从而封闭所述内滑套的内腔并在其中形成憋压，当压力增大到克服销钉剪切力时销钉被剪断，使得内滑套沿轴向滑动，直至所述第一压裂孔与第二压裂孔在滑套外壳的轴向上彼此对齐为止。

2.根据权利要求1所述的分段压裂油管系统，其特征在于，还包括用于触发所述挡板运动的憋压控制装置。

3.根据权利要求2所述的分段压裂油管系统，其特征在于，所述憋压控制装置包括能发射预定信号的信号球和布置在内滑套内壁上的能接收所述预定信号并触发挡板运动的控制器。

4.根据权利要求3所述的分段压裂油管系统，其特征在于，所述控制器包括具有能被所述预定信号触发的信息码的电磁阀芯和由电磁阀芯控制的使挡板在初始状态下保持在打开位置处的衔铁。

5.根据权利要求4所述的分段压裂油管系统，其特征在于，用于所述多个感应式滑套的预定信号各不相同。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的分段压裂油管系统，其特征在于，所述感应式滑套的尺寸规格相同。

7.根据权利要求4或5所述的分段压裂油管系统，其特征在于，所述各个电磁阀芯的信息码和各个信号球发射的预定信号能变化设置。

8.根据权利要求6所述的分段压裂油管系统，其特征在于，所述感应式滑套布置在油管的水平部分。

9.根据权利要求3所述的分段压裂油管系统，其特征在于，所有信号球和用于压差式滑套的憋压球具有相同的规格。

10.一种使用根据权利要求1所述的分段压裂油管系统来进行分段压裂的方法，包括以下步骤：

第一步骤：从油管的地面开口投入憋压球，并使其与压差式滑套的球座形成密封式接合；

第二步骤：向油管中充入压裂液并进行憋压，进行第一段压裂；

第三步骤：触发第一感应式滑套，使其挡板运动到关闭位置，从而形成密封；

第四步骤：继续向油管中充入压裂液并进行憋压，进行第二段压裂。

第五步骤：依次触发所述多个感应式滑套，使相应的挡板运动到关闭位置，直到完成所有分段压裂。

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