CN103821488B - 逐级坐封、射孔的压裂管柱及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种逐级坐封、射孔的压裂管柱及其使用方法，压裂管柱包括串联在油管上的多个压裂滑套和喷封一体化工具，每个压裂滑套对应一个喷封一体化工具，压裂滑套的底端与喷封一体化工具的顶端连接，压裂滑套与喷封一体化工具为成对配套使用；使用方法：1）.组装压裂管柱；2）.将压裂管柱下井，使每一级压裂管柱的压裂滑套上泄流通道和喷封一体化工具上的喷嘴与储层段位置对应；3）.由下到上，针对每一级压裂管柱先、后投放两次启动球，第一次启动球在启动该级压裂滑套上的锚爪形成球座后进入喷封一体化工具内、打开喷嘴和传压孔并使胶筒坐封；第二次启动球打开压裂滑套上的泄流通道，以此实现油管内和油套环空内同时泵注的大排量压裂施工。

Description

逐级坐封、射孔的压裂管柱及其使用方法

技术领域

本发明涉及油气开采作业中用及的压裂管柱，具体是一种逐级坐封、射孔的压裂管柱，以及该压裂管柱的使用方法。

背景技术

在油气开采作业中，为了提高油气层的渗透能力，需要利用水力作用在油气层形成渗流裂缝。目前，由于受限于压裂管柱结构，压裂施工仅能通过油管内泵注压裂液或油套环空内泵注压裂液实现，而无法实现在油管内和油套环空内同时泵注的压裂施工，其压裂液泵注量相对有限，导致压裂施工效率低，油气开采成本增加。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种能够在油管内和油套环空内同时泵注压裂液，实现逐级大排量、高效率压裂施工的压裂管柱，以及该压裂管柱的使用方法。

本发明采用的技术方案是：一种逐级坐封、射孔的压裂管柱，包括串联在油管上的多个压裂滑套和喷封一体化工具，每个压裂滑套对应一个喷封一体化工具，压裂滑套的底端与喷封一体化工具的顶端连接，压裂滑套与喷封一体化工具为成对配套使用；

所述压裂滑套主要由上接头、外筒、内筒和内套构成；所述上接头用于连接油管，上接头的下部外壁连接外筒；所述外筒上径向设有泄流通道，在泄流通道下方的内壁上设有环形槽状的内筒限位座，且在内筒限位座下方的内壁上设有承接内套的内套限位座；所述内筒通过第一剪切销钉固定在外筒内、并将外筒上的泄流通道封堵，内筒的底部通过第二剪切销钉连接内套的顶部，该内筒的内壁连接有锚爪、外壁套装有C型卡环，所述锚爪的弹性爪端伸入内套内；所述内套的内壁设有对应锚爪弹性爪端的隐藏槽，在隐藏槽下方的内壁上通过滑块设有承接启动球的活动球座，该滑块通过第三剪切销钉连接在内套的内壁上；所述第二剪切销钉的剪切力分别小于第一剪切销钉和第三剪切销钉；

所述喷封一体化工具主要由从上到下依次连接在一起的上接头、中心管和下接头、以及套装在中心管上的内缸套、外缸套和胶筒构成；所述中心管上径向设有喷嘴和传压孔，喷嘴和传压孔由通过剪切销钉固定在中心管内壁上的球座封堵；所述内缸套与外缸套之间具有滑动间隙，在内缸套的外壁上套装有棘齿环，在外缸套的顶部连接有棘齿滑件，该棘齿滑件通过启动销钉固定在中心管的外壁上；所述胶筒处在外缸套的底部。

进一步的，所述压裂滑套的内筒上的C型卡环与外筒上内筒限位座之间的距离等于或大于内筒顶部至外筒上泄流通道底部之间的距离；所述压裂滑套的内套底部与外筒上内套限位座之间的距离小于内套顶部至锚爪弹性爪端之间的距离。

再进一步的，所述压裂滑套的上接头与外筒之间设有止退销钉。

再进一步的，所述压裂滑套的滑块底端外壁与内套内壁之间设有挡环。

再进一步的，所述压裂滑套的外筒上的内套限位座为台阶状。

进一步的，所述喷封一体化工具的中心管内壁设有承接球座的限位座，该限位座与球座底部之间的距离等于或大于球座顶部与喷嘴和传压孔中位置最低者之间的距离。

再进一步的，所述喷封一体化工具的上接头与中心管之间设有止退销钉。

再进一步的，所述喷封一体化工具的胶筒为多节，各节胶筒之间设有隔环。

一种上述逐级坐封、射孔的压裂管柱的使用方法，包括下列顺序步骤：

1）.根据油气井的储层井况，准备对应数量的压裂滑套和喷封一体化工具；将每个压裂滑套和对应的喷封一体化工具进行组装，使其形成成对配套的压裂管柱；

2）.将组装好的压裂管柱下入油气井的井筒中，使每一级压裂管柱的压裂滑套上泄流通道和喷封一体化工具上的喷嘴与油气井内的储层段位置对应；

3）.在油气井内由下到上，针对油气井内每一级压裂管柱先、后投放两次启动球，第一次启动球在启动该级压裂滑套上的锚爪形成球座后进入喷封一体化工具内，将喷封一体化工具上的喷嘴和传压孔打开、并使棘齿滑件和外缸套下行挤压胶筒实现坐封，使压裂液经喷嘴射穿套管和储层；第二次启动球进入该级压裂滑套内由锚爪承接，将压裂滑套上的泄流通道打开，以此实现油管内和油套环空内同时泵注的大排量压裂施工。

本发明的有益效果是：通过将结构特定的压裂滑套和喷封一体化工具成对配套的串联在油管上形成压裂管柱，在使用过程中针对每一级压裂管柱通过先、后投放的两次启动球启动该级压裂滑套和喷封一体化工具上的相应“机关”，从而逐级、顺利地打开油管内的泵注通道和油套环空内的泵注通道，使油管内和油套环空内同时实现压裂液泵注，压裂液的泵注排量大，能够高效的使油气井相应储层形成可靠、有效的渗流裂缝，从而大幅、有效地提高了压裂施工效率，有利于控制油气开采成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是图1中压裂滑套的一种结构示意图。

图3是图1中喷封一体化工具的一种结构示意图。

图中代号含义：1—油管；2—套管；3—接箍；4—压裂滑套；401、501—上接头；402、503—止退销钉；403—外筒；404—内筒；405—第一剪切销钉；406—C型卡环；407—第二剪切销钉；408—锚爪；409—内套；410—活动球座；411—第三剪切销钉；412—滑块；413—挡环；414—内套限位座；415—隐藏槽；416—内筒限位座；417—泄流通道；502—中心管；504—球座；505—喷嘴；506—棘齿滑件；507—启动销钉；508—剪切销钉；509—棘齿环；510—内缸套；511—外缸套；512—胶筒；513—隔环；514—下接头；515—限位座；516—传压孔。

具体实施方式

参见图1：本发明包括三个压裂滑套4和三个喷封一体化工具5。每个压裂滑套4对应一个喷封一体化工具5，压裂滑套4的顶端通过接箍3连接在油管1上，压裂滑套4的底端与喷封一体化工具5的顶端通过螺纹连接，喷封一体化工具5的底端与油管1连接，压裂滑套4与喷封一体化工具5为成对配套使用。以此，三副成对配套使用的压裂滑套4和喷封一体化工具5轴向串联在油管1上，组成一根三级的压裂管柱，在使用时，该压裂管柱下入套管2内。

参见图2：上述压裂滑套4主要由上接头401、外筒403、内筒404和内套409构成。其中，上接头401的上部内壁设有螺纹，用于连接油管1，上接头401的下部外壁亦设有螺纹，上接头401的下部外壁通过螺纹连接外筒403的上部；为了保障连接的稳固性，上接头401与外筒403之间设有止退销钉402，上接头401与外筒403之间的连接位置设有密封圈。外筒403的上部（上接头401底端的下方）位置径向设有多个条状的泄流通道417，在泄流通道417下方的外筒403内壁上设有环形槽状的内筒限位座416，且在内筒限位座416下方的外筒403内壁上设有承接内套409的内套限位座414,该内套限位座414为台阶状结构，处在外筒403的下部，外筒403的底部外壁设有连接喷封一体化工具5的螺纹。内筒404通过第一剪切销钉405固定在外筒403内，内筒404的上端靠近上接头401的底端，内筒404与外筒403之间设有多个密封圈，这些密封圈分别处在泄流通道417的上方和下方，由内筒404将外筒403上的泄流通道417封堵；内筒404的底部通过第二剪切销钉407连接内套409的顶部，且在内筒404的内壁底部通过螺纹连接有锚爪408，该锚爪408的弹性爪端伸入内套409内；前述内筒404的外壁上套装有C型卡环406（即具有张弹性的C型环），C型卡环406与外筒403上的内筒限位座416之间的距离应当大于（也可以是等于）内筒404顶部至外筒403上泄流通道417底部之间的距离，这样才能在使用过程中有效打开泄流通道417。内套409的内壁在对应锚爪408的弹性爪端处，设有内凹的隐藏槽415，这样在使用过程中才能确保第一次投放的启动球顺利下落；在隐藏槽415下方的内套409内壁上设有承接启动球的活动球座410（即具有张弹性的C型环），该活动球座410通过滑块412顶端抵接定位（即活动球座410坐落在滑块412的顶端），滑块412通过第三剪切销钉411连接在内套409的内壁上，在滑块412底端外壁与内套409内壁之间设有挡环413，该挡环413以螺纹方式连接在内套409的内壁上；前述内套409底部与外筒403上的内套限位座414之间的距离应当小于内套409顶部至锚爪408弹性爪端之间的距离，这样才能在使用过程中确保锚爪408可靠工作。

为了使上述内套409、滑块412和内筒404按照设定顺序工作，上述第二剪切销钉407的剪切力应当分别小于第一剪切销钉405和第三剪切销钉411，这样才能在使用过程中有效确保锚爪408顺利启动。

参见图3：上述喷封一体化工具5主要由从上到下依次连接在一起的上接头501、中心管502和下接头514、以及套装在中心管502上的内缸套510、外缸套511和胶筒512构成。其中，上接头501的上部内壁设有螺纹，用于连接压裂滑套4，上接头501的下部外壁亦设有螺纹，上接头501的下部外壁通过螺纹连接中心管502的上部；为了保障连接的稳固性，上接头501与中心管502之间设有止退销钉503，上接头501与中心管502之间的连接位置设有密封圈。中心管502的上部径向设有多个喷嘴505，并在中部位置设有径向的传压孔516，这些喷嘴505与中心管502之间设有密封圈；前述中心管502上的喷嘴505和传压孔516由中心管502内壁上连接的球座504封堵，该球座504通过剪切销钉508固定在中心管502的内壁上，球座504与中心管502之间设有多个密封圈，这些密封圈分别处在喷嘴505上方和下方、以及传压孔516上方和下方；前述中心管502内壁的下部设有承接球座504的限位座515，该限位座515为台阶状结构，限位座515与球座504底部之间的距离应当大于（也可以是等于）球座504顶部与传压孔516之间的距离（上述传压孔也可以设在喷嘴上方，这样的话，要求限位座与球座底部之间的距离应大于球座顶部与喷嘴之间的距离）。内缸套510套装在中心管502的外壁中部位置，将中心管502上的传压孔516封堵，内缸套510与中心管502之间设有密封圈，为了保证正常传压，要求密封圈的位置只在传压孔516上方或下方。外缸套511亦套装在中心管502的外壁上，将内缸套510裹覆，在内缸套510与外缸套511之间具有滑动间隙（同时也是传压间隙），在内缸套510的外壁上套装有棘齿环509，在外缸套511的顶部以螺纹方式连接有棘齿滑件506，该棘齿滑件506通过启动销钉507固定在中心管502的外壁上。中心管502上的胶筒512处在外缸套511的底部，即处在外缸套511与下接头514之间；胶筒512为多节，各节胶筒512之间设有隔环513。前述胶筒512在外缸套511的挤压下在套管2内变形坐封，而外缸套511的动作是由棘齿滑件506带动的，棘齿滑件506是在压力作用下启动销钉507被切断后才自由下行的，下行后的棘齿滑件506被棘齿环509锁紧定位。下接头514与中心管502的外壁以螺纹方式连接，二者的连接处设有密封圈，下接头514的下部外壁设有连接油管1的螺纹。

上述三副成对配套使用的压裂滑套4和喷封一体化工具5组装成的压裂管柱（共三级）的使用方法，包括下列顺序步骤：

1）.根据油气井的储层井况，准备对应数量的压裂滑套4和喷封一体化工具5（即三个压裂滑套4和三个喷封一体化工具5）；将每个压裂滑套4和对应的喷封一体化工具5进行尾、首端的组装连接，将组装好的经由接箍3等部件整体组装在油管1上，使其形成成对配套的压裂管柱；

2）.将组装好的压裂管柱下入油气井井筒中的套管2内，使每一级压裂管柱的压裂滑套上的泄流通道和喷封一体化工具上的喷嘴与油气井内的储层段位置对应；

3）.在油气井内由下到上（因管串上各工具，包括压裂滑套和喷封一体化工具的内径是由小到大逐级梯次变化的），针对油气井内每一级压裂管柱先、后投放两次启动球；第一次启动球在投放后，率先落坐在该级压裂滑套4的活动球座410上，截流、憋压，使压裂滑套4上的第二剪切销钉407切断，内套409及其内部件下行落坐在内套限位座414上，此时锚爪408的弹性爪端处在内套409内壁上部、被启动（形成新球座），在后续压力作用下，压裂滑套4上的第三剪切销钉411切断，滑块412下行，活动球座410下行并张弹开，启动球进入喷封一体化工具5内，坐落在喷封一体化工具5的球座504上，截流、憋压，喷封一体化工具5上的剪切销钉508切断，球座504下行，露出喷嘴505和传压孔516，在压力作用下启动销钉507切断，外缸套511挤压胶筒512实现坐封，使压裂液经喷嘴505射穿套管2和储层；第二次启动球投放后，率先坐落在该级压裂滑套4的锚爪408上，由锚爪408承接，截流、憋压，在后续压力作用下，压裂滑套4上的第一剪切销钉405切断，内筒404下行（锚爪408在内套409内复位），露出压裂滑套4外筒403上的泄流通道417，以此使油管1内泵入的压裂液经压裂滑套4上的泄流通道417进入地层、油管1和套管2环空内泵入的压裂液经喷封一体化工具5射穿的射孔进入地层，实现油管内和油套环空内同时泵注的大排量压裂施工。

上述压裂滑套和喷封一体化工具的数量仅为示例，而非特定值，除此之外还可以是其它值，例如两个压裂滑套和喷封一体化工具、五个压裂滑套和喷封一体化工具等等。

Claims (9)

1.一种逐级坐封、射孔的压裂管柱，包括串联在油管（1）上的多个压裂滑套（4）和喷封一体化工具（5），每个压裂滑套（4）对应一个喷封一体化工具（5），压裂滑套（4）的底端与喷封一体化工具（5）的顶端连接，压裂滑套（4）与喷封一体化工具（5）为成对配套使用；其特征在于：

所述压裂滑套（4）主要由上接头（401）、外筒（403）、内筒（404）和内套（409）构成；所述上接头（401）用于连接油管（1），上接头（401）的下部外壁连接外筒（403）；所述外筒（403）上径向设有泄流通道（417），在泄流通道（417）下方的内壁上设有环形槽状的内筒限位座（416），且在内筒限位座（416）下方的内壁上设有承接内套（409）的内套限位座（414）；所述内筒（404）通过第一剪切销钉（405）固定在外筒（403）内、并将外筒（403）上的泄流通道（417）封堵，内筒（404）的底部通过第二剪切销钉（407）连接内套（409）的顶部，该内筒（404）的内壁连接有锚爪（408）、外壁套装有C型卡环（406），所述锚爪（408）的弹性爪端伸入内套（409）内；所述内套（409）的内壁设有对应锚爪（408）弹性爪端的隐藏槽（415），在隐藏槽（415）下方的内壁上通过滑块（412）设有承接启动球的活动球座（410），该滑块（412）通过第三剪切销钉（411）连接在内套（409）的内壁上；所述第二剪切销钉（407）的剪切力分别小于第一剪切销钉（405）和第三剪切销钉（411）；

所述喷封一体化工具（5）主要由从上到下依次连接在一起的上接头（501）、中心管（502）和下接头（514）、以及套装在中心管（502）上的内缸套（510）、外缸套（511）和胶筒（512）构成；所述中心管（502）上径向设有喷嘴（505）和传压孔（516），喷嘴（505）和传压孔（516）由通过剪切销钉（508）固定在中心管（502）内壁上的球座（504）封堵；所述内缸套（510）与外缸套（511）之间具有滑动间隙，在内缸套（510）的外壁上套装有棘齿环（509），在外缸套（511）的顶部连接有棘齿滑件（506），该棘齿滑件（506）通过启动销钉（507）固定在中心管（502）的外壁上；所述胶筒（512）处在外缸套（511）的底部。

2.根据权利要求1所述逐级坐封、射孔的压裂管柱，其特征在于：所述压裂滑套（4）的内筒（404）上的C型卡环（406）与外筒（403）上内筒限位座（416）之间的距离等于或大于内筒（404）顶部至外筒（403）上泄流通道（417）底部之间的距离；所述压裂滑套（4）的内套（409）底部与外筒（403）上内套限位座（414）之间的距离小于内套（409）顶部至锚爪（408）弹性爪端之间的距离。

3.根据权利要求1或2所述逐级坐封、射孔的压裂管柱，其特征在于：所述压裂滑套（4）的上接头（401）与外筒（403）之间设有止退销钉（402）。

4.根据权利要求1或2所述逐级坐封、射孔的压裂管柱，其特征在于：所述压裂滑套（4）的滑块（412）底端外壁与内套（409）内壁之间设有挡环（413）。

5.根据权利要求1或2所述逐级坐封、射孔的压裂管柱，其特征在于：所述压裂滑套（4）的外筒（403）上的内套限位座（414）为台阶状。

6.根据权利要求1所述逐级坐封、射孔的压裂管柱，其特征在于：所述喷封一体化工具（5）的中心管（502）内壁设有承接球座（504）的限位座（515），该限位座（515）与球座（504）底部之间的距离等于或大于球座（504）顶部与喷嘴（505）和传压孔（516）中位置最低者之间的距离。

7.根据权利要求1或6所述逐级坐封、射孔的压裂管柱，其特征在于：所述喷封一体化工具（5）的上接头（501）与中心管（502）之间设有止退销钉（503）。

8.根据权利要求1或6所述逐级坐封、射孔的压裂管柱，其特征在于：所述喷封一体化工具（5）的胶筒（512）为多节，各节胶筒（512）之间设有隔环（513）。

9.一种权利要求1所述逐级坐封、射孔的压裂管柱的使用方法，包括下列顺序步骤：

1）.根据油气井的储层井况，准备对应数量的压裂滑套和喷封一体化工具；将每个压裂滑套和对应的喷封一体化工具进行组装，使其形成成对配套的压裂管柱；

2）.将组装好的压裂管柱下入油气井的井筒中，使每一级压裂管柱的压裂滑套上泄流通道和喷封一体化工具上的喷嘴与油气井内的储层段位置对应；

3）.在油气井内由下到上，针对油气井内每一级压裂管柱先、后投放两次启动球，第一次启动球在启动该级压裂滑套上的锚爪形成球座后进入喷封一体化工具内，将喷封一体化工具上的喷嘴和传压孔打开、并使棘齿滑件和外缸套下行挤压胶筒实现坐封，使压裂液经喷嘴射穿套管和储层；第二次启动球进入该级压裂滑套内由锚爪承接，将压裂滑套上的泄流通道打开，以此实现油管内和油套环空内同时泵注的大排量压裂施工。