CN103184856A - 适用于多级水力喷射压裂的水力喷射封隔工具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于多级水力喷射压裂的水力喷射封隔工具,涉及酸化压裂技术设备的设计制造技术领域。包括喷枪、封隔器和滑套坐落接头,封隔器的一端连接喷枪,封隔器的另一端连接滑套坐落接头,在喷枪内设置有滑套,所述滑套的内径是变径的,从喷枪往滑套坐落接头方向,所述滑套的内壁是由内径依次变小的三段结构构成,滑套内设置有球座。采用本发明,可以实现可选择性坐封,能完成多级水力喷射压裂施工,并实现了喷砂射孔、机械封隔一体化。

Description

适用于多级水力喷射压裂的水力喷射封隔工具
技术领域
本发明涉及一种适用于多级水力喷射压裂的水力喷射封隔工具,用于石油天然气钻井过程的完井增产措施,涉及酸化压裂技术设备的设计制造技术领域。
背景技术
水力喷射分段改造是水力喷射和压裂技术相结合的产物,涉及射孔、压裂增产措施工艺;采用一趟管柱实现水平井多段施工,可在裸眼、水泥固结套管、未固结筛管等多种完井方式下进行压裂,施工效率能得到大幅度提高。
现有技术中,以下专利申请与封隔器技术相关:
公开号为CN102650202A,公开日为2012年8月29日的中国专利文献公开了一种扩张压缩式封隔器,包括套管,设置在该套管内的封隔器中心管、节流器和单流阀,该节流器设置在该封隔器中心管的顶端,该单流阀设置在该封隔器中心管的底端,节流器和单流阀之间的封隔器中心管外自上而下依次设置有扩张式胶筒、压缩式胶筒、可收缩托架和压缩式胶筒托架。省去了压缩式封隔器的压缩液缸,通过增加可回缩钢片托架,防止胶筒压缩变形后,进入环空,形成卡钻,提高了耐高温高压的安全性和可靠性,成本低,施工效率高。
但以上述专利文献为代表的现有技术没有设置压缩液缸,该专利技术仅仅是提高了耐高温的性能。
同时,根据检索,采用投球打开滑套的技术国内文献也有报道:例如,公开号为CN202249921U,公开日为2012年5月30日的中国专利文献公开了一种扩张式逐级解封封隔器,它包括上接头、座解封主体、中心管、上胶筒座、胶筒、下胶筒座和下接头,中心管由上中心管和下中心管两段构成,上中心管和下中心管相对接的位置设有中心管接头,中心管接头壁部设有若干个卡块,座解封主体的下端滑动套装在上胶筒座上并通过解封销钉轴向相连。它具有可以单层逐级解封、所需要的解封力小、解封操作容易的优点,它可以采用反洗和上提双解封方式解封,当反洗解封不彻底,上提管柱时可以单层逐级解封封隔器。
但以上述专利文献为代表的现有技术不能实现可选择性坐封。同时,在实施多级水力喷射封隔工艺的管柱串中,工艺管柱在多层段施工中可通过拖动管柱的方式先用下段的喷枪及封隔器进行三段的射孔及压裂联作,然后以通过投球的方式开启PSK344水力喷枪和封隔器进液通道,封堵封隔器下部管柱,再通过拖动管柱的方式再施工三个层段,这样就能够一趟钻对六段进行施工。随着油井水平井水力喷射压裂施工层数的增加、井深增加,适用于水力喷射工艺管柱结构中的封隔器会长时间处于高温高压环境中,并且需要多次反复坐封,这样极限的工况极易导致封隔器失效。
发明内容
为解决上述现有技术存在的技术问题,本发明提出了一种适用于多级水力喷射压裂的水力喷射封隔工具,采用本发明,可以实现可选择性坐封,能完成多级水力喷射压裂施工,并实现了喷砂射孔、机械封隔一体化。
本发明是通过采用下述技术方案实现的:
一种适用于多级水力喷射压裂的水力喷射封隔工具,其特征在于:包括喷枪、封隔器和滑套坐落接头,封隔器的一端连接喷枪,封隔器的另一端连接滑套坐落接头,在喷枪内设置有滑套,所述滑套的内径是变径的,从喷枪往滑套坐落接头方向,所述滑套的内壁是由内径依次变小的三段结构构成,滑套内设置有球座。
在具体应用中,依次变小的三段内径的规格分别是:28mm、32mm和35mm。
所述的喷枪外壁贯穿设置有剪钉,滑套的外壁设置有与所述剪钉配合的剪钉槽,滑套经剪钉与所述喷枪固定。
所述喷枪包括喷枪本体和设置在喷枪本体上的喷嘴,滑套设置在喷枪的内腔中,且滑套与喷枪内腔是过渡配合连接;所述滑套坐落接头包括滑套坐落接头上端、滑套坐落接头下端和滑套坐落接头挡板;所述封隔器包括胶筒和设置于胶筒中的中心管,胶筒上端与上胶筒座连接,胶筒下端与下胶筒座连接,喷枪本体上端连接油管,喷枪本体下端分别与所述中心管上端和上胶筒座连接,下胶筒座和中心管下端与封隔器下接头上端连接,封隔器下接头下端与滑套坐落接头上端连接,滑套坐落接头下端与滑套坐落接头挡板连接。
在滑套和喷枪本体之间的喷枪本体内壁上依次设置有内凹的第一液流通道和第二液流通道,第一液流通道与喷嘴是相通的。
所述第二液流通道与第三液流通道相通,第三液流通道沿喷枪本体的轴向设置在喷枪本体下端,第三液流通道与胶筒上端相通。
与现有技术相比,本发明所达到有益效果如下:
1、本发明中,采用在“在喷枪内设置有滑套,所述滑套的内径是变径的,从喷枪往滑套坐落接头方向,所述滑套的内壁是由内径依次变小的三段结构构成,滑套内设置有球座”这样的结构方式,因此,将不同内通径的滑套配在相应的位置,施工时根据需要投不同尺寸的钢球,就能开启对应的多级水力喷射压裂工具。
2、本发明中,采用“在喷枪外壁贯穿设置有剪钉,滑套的外壁设置有与所述剪钉配合的剪钉槽,滑套经剪钉与所述喷枪固定”这样的结构方式,剪钉卡在滑套的剪钉槽里,因此,在无外力的作用下能够限制滑套下移,达到安全完成一个层为的水利喷射压裂,当需要对第二级进行水利喷射压裂时,只要投下座封钢球,在压力的推动下。钢球推动滑套向下移动,打开被滑套封住的喷枪,就能实现第二级的水利喷射压裂,依次类推,就能完成多级水力喷射压裂的施工。
3、本发明中,滑套的外圆与喷枪本体的内圆采用过渡配合安装,能够保持滑套的外圆与喷枪本体的内圆之间的紧密度。
4、本发明中,封隔器由封隔胶筒构成,由于胶筒有弹性,具有弹性的胶筒在压力下能够膨胀,紧紧的贴在井壁上,起到与其他层位的封隔作用,以便在实施一个层位的水利喷射压裂时,保证其他层位不会串通。
5、本发明中,设计的三个液流通道,第一液流通道打开后能保证高压液体通过喷嘴对设定的地层进行水力喷射,第二液流通道和第三液流通道开后能保证高压液体通向胶筒上端,并通过胶筒上端推动胶筒变形,实现对层位的封隔。
6、本发明中,由于滑套是设置在喷枪的内圆中,并被剪钉固定,固定后的滑套能同时封堵喷嘴和液流通道,所以可以达到一个球同时打开喷枪及封隔器,这样的滑套结构和液流通道设计,实现了喷砂射孔、机械封隔一体化,能有效的减少施工中因工具复杂带来的风险。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明,其中:
图1 是本发明的结构示意图。
图2为图1中A-B段放大示意图。
图3为图1中B-C段放大示意图。
图4为图1中C-D段放大示意图。
附图编号说明:
1、喷枪本体上端;2、喷枪本体;3、剪钉;4、第一液流通道;5、喷嘴;6、钢球;7、O型密封圈;8、滑套;9、第二液流通道;10、第三液流通道;11、喷枪本体下端;12、Ⅱ型O型密封圈;13、中心管上端;14、上胶筒座;15、胶筒上端;16、胶筒;17、中心管;18、胶筒下端;19、下胶筒座;20、中心管下端;21、Ⅲ型O型密封圈;22、封隔器下接头上端; 23、封隔器下接头;24、封隔器下接头下端;25、滑套坐落接头上端;26、滑套坐落接头;27、滑套坐落接头下端;28、滑套坐落接头挡板。
具体实施方式
实施例1
作为本发明一较佳实施方式,本发明包括喷枪、封隔器和滑套坐落接头,封隔器的一端连接喷枪,封隔器的另一端连接滑套坐落接头,在喷枪内设置有滑套,所述滑套的内径是变径的,从喷枪往滑套坐落接头方向,所述滑套的内壁是由内径依次变小的三段结构构成,滑套内设置有球座。在具体应用中,依次变小的三段内径的规格分别是:28mm、32mm和35mm。
实施例2
作为本发明另一较佳实施方式,所述的喷枪外壁贯穿设置有剪钉,滑套的外壁设置有与所述剪钉配合的剪钉槽,滑套经剪钉与所述喷枪固定。其余同实施例1。
实施例3
作为本发明还一较佳实施方式,所述喷枪包括喷枪本体和设置在喷枪本体上的喷嘴,滑套设置在喷枪的内腔中,且滑套与喷枪内腔是过渡配合连接;所述滑套坐落接头包括滑套坐落接头上端、滑套坐落接头下端和滑套坐落接头挡板;所述封隔器包括胶筒和设置于胶筒中的中心管,胶筒上端与上胶筒座连接,胶筒下端与下胶筒座连接,喷枪本体上端连接油管,喷枪本体下端分别与所述中心管上端和上胶筒座连接,下胶筒座和中心管下端与封隔器下接头上端连接,封隔器下接头下端与滑套坐落接头上端连接,滑套坐落接头下端与滑套坐落接头挡板连接。其余同实施例2.
实施例4
作为本发明的最佳实施方式,其组成如下:本发明包括喷枪1,封隔器,和滑套坐落接头26,喷枪包括喷枪本体2和喷嘴5,在喷枪2的内圆设置有滑套8,滑套8与喷枪本体2的内圆是采用过度配合连接的,在滑套8的前端设置有剪钉槽,可以防止在不需要打开滑套时向下移动;
封隔器由封隔器胶筒16和中心管17构成,封隔器设置在水力喷射封隔工具的中间,分隔器的前端是喷枪,封隔器的尾端是滑套接头,封隔器胶筒16的上下段分别连接封隔器上胶筒座14和封隔器下胶筒座19;
滑套坐落接头包括滑套坐落接头上端、滑套坐落接头下端和滑套坐落接头挡板;为了实现多级水力喷射压裂的需要,滑套的内径是可改变的,施工时根据需要投不同尺寸的钢球,就能开启对应的多级水力喷射压裂工具。
本发明组装后的总长为:1560mm,最大外径是:Ø110mm,滑套内通径包括:28mm、32mm和35mm 三种规格。
本发明的连接和组装:喷枪本体2的上端是螺纹,用于连接上端的油管;在滑套8上套有4个O型密封圈Ⅰ7,滑套8的外圆与喷枪本体2的内圆采用过渡配合安装,以便保持滑套8的外圆与喷枪本体2的内圆之间的紧密度;剪钉3是由螺丝扣旋入喷枪本体2内,并旋入滑套8的剪钉槽里,起到固定设置在喷枪本体2内的滑套8的作用,由于剪钉8的固定,在无外力的作用下,滑套8的下移受到限制;在滑套8内设置有球座,以便在需要时坐落钢球6;由于喷嘴5需要耐磨,所以,喷嘴5由硬质合金材料制成,喷嘴5也是由螺纹与喷枪本体2连接的;喷枪本体下端11与封隔器中心管上端13和封隔器上胶筒座14是都是通过螺纹连接的;O型密封圈Ⅱ12是套在喷枪本体下端11上的;封隔器胶筒上端15与封隔器上胶筒座14通过螺纹连接;封隔器胶筒下端18与封隔器下胶筒座19通过螺纹连接;封隔器中心管下端20与封隔器下接头上端22是通过螺纹连接; O型密封圈Ⅲ21是套在封隔器下接头23上的;封隔器下接头下端24与滑套坐落接头上端25是通过螺纹连接;滑套坐落接头下端27与滑套坐落接头挡板28是通过螺纹连接。
本发明的工作过程:在实施下一级地层的水利喷射压裂施工时,上面各级的的滑套在剪钉3的固定下不能移动,因此,上面各级水力喷枪的喷嘴和封隔器的坐封水眼被滑套挡住,喷枪和封隔器都不工作,这时液流经过多级水力喷射压裂工具内部通道从下面的工具串流出。当下面的喷射工具失效后,从井口投球,憋压使剪钉承受压力,剪断剪钉,推动滑套向下移动,打掉滑套,同时钢球和滑套一起下落经过封隔器中心管进入滑套坐落接头,实现封堵下面管柱的目的。此时,水力喷枪的喷嘴被打开,管柱内的液流可以经过喷嘴流出,并且管柱内的液体可以进入封隔器的胶筒和中心管环空,封隔器被胀大,开始封隔的作用;在喷嘴的节流压差作用下,封隔器坐封,实现封隔下部环空,就能正常对目的层进行水力喷砂射孔、压裂的连续作业施工了;设计的三个液流通道,当滑套被高压推动向下剪断剪钉后,第一液流通道4就能打开,使高压液体通过喷嘴对设定的地层进行水力喷射,当滑套继续向下就能打开第二液流通道9,高压液体通过第二液流通道9进入第三液流通道10,是高压液体到达封隔器胶筒上端15,并通过封隔器胶筒上端15推动封隔器胶筒16变形,实现对层位的封隔。
由于滑套8是设置在喷枪2的内圆中,并被剪钉固定的,固定后的滑套能同时封堵喷嘴和液流通道,所以可以达到一个球同时打开喷枪及封隔器的两个目的,这样的滑套结构和液流通道设计,实现了喷砂射孔、机械封隔一体化,能有效的减少施工中因工具复杂带来的风险。
该工艺采用PSK344水力喷射封隔工具,在施工管串上由多组水力喷射封隔工具组成,在施工的过程中,根据设计,各级喷枪可逐级打开,因此可以在多层段施工中,通过投球的方式,实现封隔器的可选择性坐封,拖动管柱实现多段射孔及压裂施工,减少了起下钻更换工具次数,降低劳动强度,缩短施工周期,降低了井控安全风险。
所述PSK344的含义是: PS是喷射工具; 3是悬挂支撑的方式;4是液压座封的方式;最后一个4是液压解封的方式。

Claims (6)

1.一种适用于多级水力喷射压裂的水力喷射封隔工具,其特征在于:包括喷枪、封隔器和滑套坐落接头,封隔器的一端连接喷枪,封隔器的另一端连接滑套坐落接头,在喷枪内设置有滑套(8),所述滑套(8)的内径是变径的,滑套(8)内设置有球座。
2.根据权利要求1所述的适用于多级水力喷射压裂的水力喷射封隔工具,其特征在于:所述的喷枪外壁贯穿设置有剪钉(3),滑套(8)的外壁设置有与所述剪钉(3)配合的剪钉槽,滑套(8)经剪钉(3)与所述喷枪固定。
3.根据权利要求1或2所述的适用于多级水力喷射压裂的水力喷射封隔工具,其特征在于:所述喷枪包括喷枪本体和设置在喷枪本体上的喷嘴(5),滑套(8)设置在喷枪的内腔中,且滑套(8)与喷枪内腔是过渡配合连接;所述滑套坐落接头包括滑套坐落接头上端(25)、滑套坐落接头下端(27)和滑套坐落接头挡板(28);所述封隔器包括胶筒和设置于胶筒中的中心管,胶筒上端(15)与上胶筒座(14)连接,胶筒下端(18)与下胶筒座(19)连接,喷枪本体上端(1)连接油管,喷枪本体下端(11)分别与所述中心管上端(13)和上胶筒座(14)连接,下胶筒座(19)和中心管下端(20)与封隔器下接头上端(22)连接,封隔器下接头下端(24)与滑套坐落接头上端(25)连接,滑套坐落接头下端(27)与滑套坐落接头挡板(28)连接。
4.根据权利要求4所述的适用于多级水力喷射压裂的水力喷射封隔工具,其特征在于:在滑套(8)和喷枪本体之间的喷枪本体内壁上依次设置有内凹的第一液流通道(4)和第二液流通道(9),第一液流通道(4)与喷嘴(5)是相通的。
5.根据权利要求4所述的适用于多级水力喷射压裂的水力喷射封隔工具,其特征在于:所述第二液流通道(9)与第三液流通道(10)相通,第三液流通道(10)沿喷枪本体的轴向设置在喷枪本体下端(11),第三液流通道(10)与胶筒上端相通。
6.根据权利要求1所述的适用于多级水力喷射压裂的水力喷射封隔工具,其特征在于:从喷枪往滑套坐落接头方向,所述滑套(8)的内壁是由内径依次变小的三段结构构成。
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