CN104695929A - 一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱，它包括回接插管、插管封隔器、多个封隔器、多级可取芯投球压裂滑套、定压滑套、坐封球座以及单流阀和引鞋，所述可取芯投球压裂滑套包括从上至下依次连接的上接头、外套筒、喷砂接头、下接头，在外套筒内套设有外芯，在外芯上设置有压裂通道，外芯的下端内套设内芯组件，内芯组件通过锁紧装置与外芯相连，所述内芯组件包括球座，在球座上端设置有与取芯管串配接的连接部，所述连续油管取芯管串上对应连接部设置有捞取爪。本发明可以实现管柱全通径，为后期生产、测试以及重复改造提供较大通道。取芯后，如果水平段某一段出水，可将可取芯滑套的外芯关闭，为水平井控水提供条件。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气行业措施管柱，特别涉及一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱。
背景技术
随着石油天然气行业技术的不断发展和对工艺要求的不断提高，一趟管柱的压裂级数被不断增加。由于水平井完井管柱具有入井后不可取出的特点，压裂后的管柱内存在的多级滑套芯子将限制生产通道，影响后期的测试、重复改造，主要表现在以下几个方面：（1）完井管柱内存在的多级台阶，后期重复改造管柱及生产测试工具下入困难；（2）完井管柱出水后，后期控水作业难度大，水平井的增产优势无法充分发挥；（3）完井管柱级数越多，管柱通道小，造成生产节流和限产等问题。
针对上述问题，常用的方式是通过钻磨解除滑套芯子对井径的限制，但钻磨过程存在较大风险，有时可能导致高作业成本，而且效率低，并且后期无法实水平井控水措施。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种一趟管柱取出所有滑套内芯，实现管柱全通径，为后期生产、测试以及重复改造提供较大通道的水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱。
本发明所采用的技术方案为：一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱，它包括回接插管、插管封隔器、多个封隔器、多级可取芯投球压裂滑套、定压滑套、坐封球座以及单流阀和引鞋，所述可取芯投球压裂滑套包括从上至下依次连接的上接头、外套筒、喷砂接头、下接头，其特征在于，在外套筒内套设有外芯，所述外芯通过剪切部件固定设置在外套筒上，在外芯上设置有压裂通道，外芯的下端内套设内芯组件，内芯组件通过锁紧装置与外芯相连，所述内芯组件包括球座，在球座上端设置有连接部。
按上述技术方案，所述连接部为设置在球座上端的锯齿内螺纹。
按上述技术方案，所述内芯组件还包括与球座下端固定连接的连接头，所述连接头用于取下一级可取芯投球压裂滑套的内芯组件，所述连接头的下端与球座上端的连接部相配设。
按上述技术方案，对应球座上端的连接部设置有可与其相配接的连续油管取芯管串，所述连续油管取芯管串上对应连接部设置有捞取爪，在捞取爪的外周设置有锯齿外螺纹，在捞取爪沿圆周方向设置有方便捞取爪发生径向内缩形变的割缝，割缝中硫化填充弹性橡胶。
按上述技术方案，所述锁紧装置包括弹性锁指，在所述弹性锁指的上外端设置有限位凸台，在外芯的下端内壁上设置有卡装弹性锁指限位凸台的沟槽，在内芯组件上对应弹性锁指设置有允许弹性锁指在径向产生内缩形变的容纳空间，所述弹性锁指的下端通过解锁销钉固定设置在内芯组件上。
按上述技术方案，在外芯的下端连接有外支撑筒，在下接头的下端设置有用于阻止外支撑筒向下运动的限位台阶。
按上述技术方案，在外芯的上端设置有环形卡槽与连续油管选择性开关滑套管串上设置的开关器相配设，所述连续油管选择性开关滑套管串用于对可取芯投球压裂滑套进行重复开关操作。
按上述技术方案，所述连续油管选择性开关滑套管串包括开关器，所述开关器包括至上而下依次连接的上接头、中心管、下接头，在中心管上依次套装有压力开启机构、锁块、变径机构，所述压力开启机构可以沿中心管轴向滑移，所述锁块固定设置在中心管上，所述压力开启机构通过销钉与锁块相连，所述压力开启机构的下端套装在变径机构的上端，从而将变径机构锁定。
按上述技术方案，压力开启机构包括套装在中心管外的上外套、与上外套相连的扶正套、在中心管上开设的进液孔，上外套可以沿上接头的外壁轴向滑移，在上外套与中心管之间的环形空间套设有回位弹簧，回位弹簧的下端与扶正套的上端接触，用于压力开启机构的回位，所述进液孔与扶正套的内壁相连通，在进液孔的两侧均设置有密封圈，所述扶正套的下端通过销钉固定设置在锁块上。
按上述技术方案，所述变径机构包括沿中心管周向设置的若干键块，键块的两端均为锥形，所述键块内设置有弓簧，压力开启机构的扶正套套装在键块的一端锥形部，从而将键块按压固定，键块的另一端配置锁套，锁套通过销钉固定在下接头上。
按上述技术方案，所述剪切部件为剪环，所述剪环的剪片卡设在外芯外周设置的卡槽内。
本发明在压裂时，按压裂设计要求顺序投入密封球从管柱趾端依次打开各级可取芯投球压裂滑套，实施各段压裂施工。压裂施工完成后，采用连续油管带连续油管取芯管串入井，一趟管柱取出各级可取芯投球压裂滑套内的内芯。内芯取出后，管柱通径基本可达到和上部生产油管一致的内通径，方便后期生产、测试以及重复改造作业。完井管柱在生产一段时间后可能会出现在水平段的某一段发生出水的情况，这时可根据情况采用连续油管带开关管串入井，对出水层段对应的可取芯投球压裂滑套进行关闭操作，关闭后的层段出水情况将得到控制，水平井的增产优势可以充分得以发挥。
本发明所取得的有益效果为：
1、将常规投球压裂滑套升级为可取芯投球压裂滑套，能实现水平井完井管柱压后全通径；其可重复开关功能，有利于后期重复改造、测试以及控水措施作业，对最大限度发挥水平井增产优势发挥重要作用。
2、采用连续油管取芯管串解除管柱内台阶比常规钻磨施工效率高、风险小，操作方便。
3、采用连续油管选择性开关滑套管串对可取芯投球压裂滑套实施选择性开关作业，工艺灵活，风险小，效率高。
附图说明
图1为水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱的示意图。
图2为可取芯投球压裂滑套的结构图。
图3连连续油管取芯管串结构示意图。
图4为连续油管选择性开关滑套管串示意图。
图5为图4中开关器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例提供的一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱，它包括回接插管42、插管封隔器43、多个封隔器44、46、48、50、52，多级可取芯滑套45、47、49、51、定压滑套53、坐封球座54以及单流阀和引鞋55。其中，如图2所示，可取芯投球压裂滑套包括从上至下依次连接的上接头1、外套筒3、喷砂接头6、下接头14，在外套筒3内套设有外芯4，外芯4的下端延伸至下接头14内，所述外芯4的上端通过剪切部件固定设置在外套筒3上，在外芯4上设置有压裂通道，外芯4的下端与外套筒3之间设置有组合密封圈5，外芯4的下端连接有外支撑筒17，在下接头14的下端设置有用于阻止外支撑筒17向下运动的限位台阶。外芯4的下端内套设内芯组件，内芯组件通过锁紧装置与外芯4相连，所述内芯组件包括依次相连的球座9、内支撑筒11、连接头13，在球座9上端设置有连接部。所述连接部为设置在球座9上端的锯齿内螺纹16。连接头13用于取下一级可取芯投球压裂滑套的内芯组件，连接头13的下端与球座上端的连接部相配设。在连接头13的下端设置有捞取爪，在捞取爪上设置有锯齿外螺纹，在捞取爪上沿圆周设置有方便捞取爪发生径向内缩形变的割缝，便于与球座上端的锯齿内螺纹16更好的配接。
所述锁紧装置包括弹性锁指10，在所述弹性锁指10的上外端设置有限位凸台，在外芯的下端内壁上设置有卡装弹性锁指限位凸台的沟槽，通过球座的下端将弹性锁指的限位凸台卡设在沟槽内，在内支撑筒11上对应弹性锁指设置有允许弹性锁指在径向产生内缩形变的容纳空间18，所述弹性锁指的下端通过解锁销钉12固定设置在内芯组件上。
本实施例中，所述剪切部件优选为剪环2，所述剪环2安装在上接头1与外套筒之间，剪环2的剪片卡设在外芯外周设置的卡槽内。通过设置剪环，能控制压力稳定，解决多个销钉不在同一平面上时压力不稳定的问题，另外，相比销钉控制，减少了密封圈的使用，其结构更加简单。
本实施例中，在所述喷砂接头6的压裂通道的两端均设置有防尘圈7，其能防止灰尘进入喷砂接头6的压裂通道，延长各个零部件的使用寿命。
本实施例中还提供了有可与连接部相配接的连续油管取芯管串，如图3所示，连续油管取芯管串包括连续油管19、连续油管接头20、安全丢手接头21、震击器22、扶正器23、背压阀24、取芯接头25，其中取芯接头25的下端设置有捞取爪，在捞取爪上沿圆周设置有割缝，便于与球座上端的锯齿内螺纹相配接，且割缝中硫化填充弹性橡胶，起支撑作用。
本实施例中，为了实现本压裂滑套的重复开关，方便后期快速找堵水。在外芯4的上端设置有环形卡槽15与连续油管选择性开关滑套管串上设置的开关器的键块相配设，所述连续油管选择性开关滑套管串用于对可取芯投球压裂滑套进行重复开关操作。所述连续油管选择性开关滑套管串包括连续油管19、连续油管接头20、安全丢手接头21、震击器22、连通阀26、扶正器23、开关器27、备用球座28、背压阀24、旋转冲砂工具29等组成。如图4所示，所述开关器27包括至上而下依次连接的上接头30、中心管33、下接头41，在中心管33上依次套装有压力开启机构、锁块36、变径机构，所述压力开启机构可以沿中心管33轴向滑移，所述锁块36固定设置在中心管33上，所述压力开启机构通过销钉37与锁块36相连，所述压力开启机构的下端套装在变径机构的上端，从而将变径机构锁定。
其中，所述压力开启机构包括套装在中心管33外的上外套31、与上外套相连的扶正套35、在中心管33上开设的进液孔34，其中，上外套31可以沿上接头30的外壁轴向滑移，在上外套31与中心管33之间的环形空间套设有回位弹簧32，回位弹簧的下端与扶正套35的上端接触，用于压力开启机构的回位。所述进液孔34与扶正套35的内壁相连通，在进液孔34的两侧均设置有密封圈，所述扶正套35的下端通过销钉37固定设置在锁块36上。
所述变径机构包括沿中心管周向设置的若干键块38，键块38的两端均为锥形，所述键块38内设置有弓簧39，通过扶正套套装在键块38的一端锥形部，从而将键块38按压固定，键块38的另一端配置锁套40，锁套40通过销钉固定在下接头41上。
本实施例中，为了能顺利启动压力开启机构，在中心管上位于进液孔的下方设置有内径变小的锥面，方面投球憋压开启压力开启机构。
本发明管柱按施工设计下入到位后，投球坐封插管封隔器43以及封隔器44、46、48、50、52等，然后连接好回接油管42，并依次投球逐级打开可取芯投球压裂滑套45、47、49、51等进行各段加砂压裂施工。在压裂时，投入堵球从管柱趾端依次打开各级可取芯投球压裂滑套进行压裂施工。当堵球8到达球座9后，从油管憋压至设定压力时，剪环2被剪切，外芯4、球座9、弹性锁指10、内支撑筒11、解锁销钉12、连接头13向下移动，当外芯4上的喷砂口与喷砂接头6的喷砂口对齐时（也即外支撑筒17移动至限位台阶处时），滑套被完全打开，压裂液即可从管柱内进入地层。
压裂施工完成后，下入连续油管取芯管串，当连续油管取芯管串到达可取芯投球压裂滑套设计位置时，通过震击器22向连续油管取芯管串内施加10～20kN的力，连续油管取芯管串的捞取部与内芯组件的球座的锯齿内螺母相啮合，上提管串带动球座9向上移动。通过震击器22产生上击力，当上击力达到40～50kN时，解锁销钉12被剪切后，继续上提连续油管取芯管串一定距离，弹性锁指10在失去球座9的支撑后锁指内收，弹性锁指10与外芯4无接触后，可继续上提连续油管取芯管串，取出球座9、堵球8、弹性锁指10、支撑筒11、解锁销钉12、连接头13等部件，滑套内通径扩大至全通径（与外芯4通径一致）；也可根据情况，继续下放连续油管取芯管串推动堵球8、球座9、弹性锁指10、支撑筒11、解锁销钉12、连接头13至下一级滑套的球座9处，开泵冲砂并缓慢下放管柱，向连续油管取芯管串施加10～20kN的力后，连接头13与下一级滑套的球座9上端的锯齿啮合，然后上提管柱，通过震击器22产生的上击力使滑套的内芯解锁，重复上述步骤，直至所有滑套内芯实现解锁和对接，最后通过上提连续油管取芯管串将所有滑套内芯带出，完成一趟管柱取出所有可取芯投球压裂滑套的内芯，管柱内通径得以恢复。
完成连续油管取芯施工后，根据后期生产情况及需要，下入连续油管选择性开关滑套管串对可取芯投球压裂滑套进行重复开关操作。当连续油管选择性开关滑套管串的开关器27下至可取芯投球压裂滑套设计位置时，开泵冲砂，同时缓慢下放管柱，直至开关器27下过可取芯投球压裂滑套的卡槽15后提高冲洗排量，当液压力通过进液孔34后推动上外套31和扶正套35向上接头方向滑移，扶正套35在滑移的过程中，键块38失去束缚力，在弓簧39的弹力作用下，键块38径向伸出并使键块38卡装在滑套的卡槽15上，（当液压力不足以推动压力开启机构移动时，可投球投球憋压使键块38伸出），并缓慢上提管柱，并观察管柱悬重变化，判断开关器的键块是否捞住可取芯投球压裂滑套外芯4上端卡槽，悬重增加说明已捞住外芯4，继续上提管柱，滑套关闭后悬重将会瞬间减小，继续上提连续油管开关管串悬重无明显变化，直至将连续油管取出井口（或未见负荷变化，上提管柱顺利）；如未捞住，则重新将下放连续油管，将开关器下过取芯投球压裂滑套实际位置，并缓慢上提管柱，根据负荷变化确认是否捞住。
Claims (10)
1.一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱，它包括回接插管、插管封隔器、多个封隔器、多级可取芯投球压裂滑套、定压滑套、坐封球座以及单流阀和引鞋，所述可取芯投球压裂滑套包括从上至下依次连接的上接头、外套筒、喷砂接头、下接头，其特征在于，在外套筒内套设有外芯，所述外芯通过剪切部件固定设置在外套筒上，在外芯上设置有压裂通道，外芯的下端内套设内芯组件，内芯组件通过锁紧装置与外芯相连，所述内芯组件包括球座，在球座上端设置有连接部。
2.根据权利要求1所述的一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱，其特征在于，所述连接部为设置在球座上端的锯齿内螺纹。
3.根据权利要求1或2所述的一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱，其特征在于，所述内芯组件还包括与球座下端固定连接的连接头，所述连接头用于取下一级可取芯投球压裂滑套的内芯组件，所述连接头的下端与球座上端的连接部相配设。
4.根据权利要求3所述的一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱，其特征在于，对应球座上端的连接部设置有可与其相配接的连续油管取芯管串，所述连续油管取芯管串上对应连接部设置有捞取爪，在捞取爪的外周设置有锯齿外螺纹，在捞取爪沿圆周方向设置有方便捞取爪发生径向内缩形变的割缝，割缝中硫化填充弹性橡胶。
5.根据权利要求1或2所述的一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱，其特征在于，所述锁紧装置包括弹性锁指，在所述弹性锁指的上外端设置有限位凸台，在外芯的下端内壁上设置有卡装弹性锁指限位凸台的沟槽，在内芯组件上对应弹性锁指设置有允许弹性锁指在径向产生内缩形变的容纳空间，所述弹性锁指的下端通过解锁销钉固定设置在内芯组件上。
6.根据权利要求1或2所述的一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱，其特征在于，在外芯的下端连接有外支撑筒，在下接头的下端设置有用于阻止外支撑筒向下运动的限位台阶。
7.根据权利要求1或2所述的一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱，其特征在于，在外芯的上端设置有环形卡槽与连续油管选择性开关滑套管串上设置的开关器相配设，所述连续油管选择性开关滑套管串用于对可取芯投球压裂滑套进行重复开关操作。
8.根据权利要求7所述的一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱，其特征在于，所述连续油管选择性开关滑套管串包括开关器，所述开关器包括至上而下依次连接的上接头、中心管、下接头，在中心管上依次套装有压力开启机构、锁块、变径机构，所述压力开启机构可以沿中心管轴向滑移，所述锁块固定设置在中心管上，所述压力开启机构通过销钉与锁块相连，所述压力开启机构的下端套装在变径机构的上端，从而将变径机构锁定。
9.根据权利要求8所述的一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱，其特征在于，压力开启机构包括套装在中心管外的上外套、与上外套相连的扶正套、在中心管上开设的进液孔，上外套可以沿上接头的外壁轴向滑移，在上外套与中心管之间的环形空间套设有回位弹簧，回位弹簧的下端与扶正套的上端接触，用于压力开启机构的回位，所述进液孔与扶正套的内壁相连通，在进液孔的两侧均设置有密封圈，所述扶正套的下端通过销钉固定设置在锁块上。
10.根据权利要求8所述的一种水平井可取芯滑套多级压裂完井管柱，其特征在于，所述变径机构包括沿中心管周向设置的若干键块，键块的两端均为锥形，所述键块内设置有弓簧，压力开启机构的扶正套套装在键块的一端锥形部，从而将键块按压固定，键块的另一端配置锁套，锁套通过销钉固定在下接头上。
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