CN105545221B - 一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱及施工方法，包括封隔器坐封—丢手管柱和回接完井管柱，所述封隔器坐封—丢手管柱包括起下工具、坐封工具、永久式插管封隔器、下工作筒、扶正器、破裂盘、筛管，在永久式插管封隔器内设置有顶开式单流阀；所述回接完井管柱包括井下液控安全阀、上工作筒、循环滑套、扶正器、密封插管，所述密封插管插入封隔器并推开顶开式单流阀，形成生产通道，需要取出回接完井管柱时，上提并正转回接管柱，密封插管退出封隔器，顶开式单流阀自动关闭。本发明通过在永久式插管封隔器内设置顶开式单流阀，封隔器封隔井筒后可实现上部井筒不带压，采用常规修井机即可实现管柱起下，提高施工效率，节省带压施工费用。

Description

一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱及施工方法

技术领域

本发明涉及石油天然气行业的页岩气开发领域，尤其涉及一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱及施工方法。

背景技术

在石油天然气开采过程中，为了满足页岩气井携液、套管保护及安全生产要求，需要对页岩气井下完井生产管柱。现有的油页岩气井完井管柱及施工方法(带压起下生产管柱的方法，专利号：201310388632.5)，仅能够对光油管实现带压起下，但这样的管柱无法满足对套管保护和页岩气井安全及生产要求，施工费用较高，周期较长。而其他管柱和方法(油气井完井管柱及完井工艺，专利号：201310523164.8)主要是通过外管保护外液控管线并实现密封，实施带压起下管柱；但在现场施工中，要实现双层油管的连接以及液控管线在双层油管中穿越难度较大。

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页岩气井不压井不带压起下生产管柱及施工方法，该管柱能够实现页岩气井有效封隔，在满足页岩气井携液和安全生产要求的基础上，通过封隔器封实现封隔器之上的井筒段不带压，便于常规修井机实现不带压管柱起下，提高施工效率，节省带压施工费用。

本发明所采用的技术方案为：一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱，其特征在于：包括封隔器坐封—丢手管柱和回接完井管柱，

所述封隔器坐封—丢手管柱包括从上至下依次连接的起下工具、坐封工具、永久式插管封隔器、下工作筒、扶正器、破裂盘、筛管；在永久式插管封隔器内设置有顶开式单流阀，所述顶开式单流阀的初始状态为关闭，所述封隔器坐封—丢手管柱下到位后，启动坐封工具，对永久式插管封隔器进行坐封，坐封合格后，使坐封工具与永久式插管封隔器丢手；

所述回接完井管柱包括回接管柱，所述回接管柱包括从上至下依次连接的井下液控安全阀、上工作筒、循环滑套、扶正器、密封插管，下放所述回接管柱时，所述密封插管插入永久式插管封隔器并推开顶开式单流阀，同时与永久式插管封隔器密封连接，构成回接完井管柱。

按上述技术方案，所述顶开式单流阀包括阀座和与阀座上的阀孔相密封配置的阀板，所述阀板与阀座通过扭簧铰接。

按上述技术方案，所述起下工具为电缆或连续油管。

按上述技术方案，所述密封插管上配置弹性锁爪和多组密封环，密封插管插入永久式插管封隔器的中心管后，弹性锁爪与永久式插管封隔器的丢手接头实现锁定，多组密封环与永久式插管封隔器的中心管实现密封。

按上述技术方案，所述的永久式插管封隔器包括丢手接头、中心管、套在中心管上的卡瓦、锥体、胶筒保护机构、胶筒，中心管下端连接有顶开式单流阀、下接头。

按上述技术方案，井下液控安全阀包括上接头、柱塞总成、回位弹簧、中心管、阀板总成、阀座、下接头。

一种如上所述的页岩气井不压井不带压起下生产管柱的施工方法，其特征在于：它包括如下步骤：

第一步：下封隔器坐封-丢手管柱，该管柱下到位后，启动坐封工具，对永久式插管封隔器进行坐封，此时的顶开式单流阀处于关闭状态；

第二步：验封，对油管环空打压，检验永久式插管封隔器封隔效果；

第三步：丢手，永久式插管封隔器验封合格后，继续提高坐封工具内的坐封压力，直到坐封工具与永久式插管封隔器脱开，即完成丢手；

第四步：起出坐封工具，上提油管或电缆，取出坐封工具；

第五步：拆除更换井口设备，拆除连续油管或电缆作业设备，安装常规修井机作业设备；

第六步：下回接管柱，利用常规修井作业设备将上述回接完井管柱下至永久式插管封隔器坐封位置上部；

第七步：回插回接管柱，当密封插管与永久式插管封隔器的中心管密封后，使密封插管前端面将推开顶开式单流阀的阀板，形成回接完井管柱；

第八步：安装井口采气树后，从地面对采气树缓慢打压，当压力达到破裂盘开启压力后，破裂盘破裂，生产通道开启。

按上述技术方案，需要更换或取出回接管柱时，上提并正转回接管柱，密封插管在上提过程中退出永久式插管封隔器的中心管，顶开式单流阀在扭簧的作用下，阀板与阀座密封，实现封隔器之上的井筒段不带压，便于实施常规修井作业设备不带压起管柱。

按上述技术方案，当顶开式单流阀密封不严时，通过地面钢丝作业设备从完井油管内分别投入堵塞杆至下工作筒和上工作筒内，使两堵塞杆分别堵塞下工作筒和上工作筒，实现对回接完井管柱内、外压力的控制。

本发明所取得的有益效果为：

1、永久式插管封隔器坐封后可将井筒封隔为上、下两段，本发明通过在永久式插管封隔器内设置有顶开式单流阀，使上部井筒段不带压，采用常规修井作业设备即可完成封隔器坐封-丢手管柱及回接管柱的起下，规避带压作业施工风险及成本。

2、目前，页岩气开发普遍采用泵送桥塞-射孔联作分段压裂技术，实施该技术需采用连续油管钻塞作业，钻塞完成后无需更换井口设备，可直接采用连续油管及防喷设备实施本发明中的封隔器坐封-丢手管柱起下作业，施工安全，且无需设备搬迁、安装和调整，可节省人工和作业费用。

3、本发明中涉及的管柱在页岩气井中起下均无需压井作业，避免压井液对产层的污染。

4、本发明的管柱中配置有井下液控安全阀，当发生紧急情况可通过地面及时关闭生产通道，避免能源损失和安全事故的发生。

5、本发明的管柱中配置液控井下安全阀、破裂盘、顶开式单流阀、两级工作筒和堵塞器，可充分保证井控安全。

附图说明

图1为本发明的封隔器坐封-丢手管柱实施的结构示意图。

图2为本发明的回接完井管柱实施的结构示意图。

图3为图1中永久式插管封隔器结构图。

图4为图2中井下液控安全阀结构图。

图5为图2中工作筒结构示意图。

图6为图5配套的堵塞杆结构示意图。

附图编号为：1、电缆或连续油管，2、坐封工具，3、永久式插管封隔器，4、顶开式单流阀，5、工作筒2^#，6、扶正器,7、破裂盘，8、筛管，9、液控管线，10、液控井下安全阀，11、油管，12、工作筒1^#，13、循环滑套，14、扶正器，15、密封插管，16、中心管，17、丢手接头，18、卡瓦，19、锥体，20、胶筒保护机构，21、胶筒，22、下接头，23、阀座，24、扭簧，25、阀板，26、液控管线接头，27、柱塞，28、回位弹簧，29、推套，30、密封挡板，31、工作筒凹槽，32、堵塞杆锁块，33、密封环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本实施例提供了一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱，包括封隔器坐封—丢手管柱和回接完井管柱。

如图1所示，所述封隔器坐封—丢手管柱包括从上至下依次连接的起下工具、坐封工具2、永久式插管封隔器3、下工作筒5、扶正器6、破裂盘7、筛管8；其中起下工具为电缆或连续油管1，当坐封工具采用电缆下入时，火药坐封，当采用连续油管下入时，坐封工具液压坐封。如图3所示，所述的永久式插管封隔器3包括丢手接头17、中心管16、套在中心管上的卡瓦18、锥体19、胶筒保护机构20、胶筒21，中心管下端连接有顶开式单流阀、下接头22。所述坐封工具2与永久式插管封隔器3通过丢手接头17连接。如图4所示，所述顶开式单流阀包括阀座23和与阀座23上的轴向阀孔相密封配置的阀板25，所述阀板25与阀座23通过扭簧24铰接，所述顶开式单流阀4在初始状态处于关闭状态。所述的筛管8主要用于防止井筒内的杂物进入管柱生产通道，同时也防止破裂盘破损后的碎屑掉入井筒。

封隔器坐封—丢手管柱通过电缆或连续油管1在带压状态下入井筒设计位置，所述扶正器6可保证管柱在井筒内居中，管柱下至设计位置后，通过连续油管投球打压方式或电缆通电方式启动坐封工具2，坐封工具2产生推力卡瓦18移动，卡瓦18在移动过程中受锥体19的膨胀力作用后破裂，并继续压缩胶筒保护机构20和胶筒21，当推力达到设计值后卡瓦将锚定在套管内壁上，受压后的胶筒21密封油套环空。再继续增大坐封力的过程中，坐封工具2与永久式插管封隔器3分离，实现丢手。由于顶开式单流阀4的阀板25在扭簧24的作用下与阀座23处于密封状态，可实现永久式插管封隔器之上井筒段不带压。之后，通过连续油管或电缆1取出坐封工具2；

如图2所示，所述回接完井管柱包括回接管柱，所述回接管柱包括从上至下依次连接的井下液控安全阀10、油管11、上工作筒12、循环滑套13、扶正器14、密封插管15。如图4所示，井下液控安全阀10包括上接头、柱塞27、回位弹簧28、中心管、密封挡板30、阀座、下接头，井下液控安全阀10与液控管线9通过液控管线接头26连接，并配置有液控管线保护器，所述的液控管线保护器可将液控管线26固定于油管上，便于起下。当井口或地面发生异常时，可通过液压管线9控制井下液控密封挡板30关闭，实现紧急切断。

所述的密封插管15连接在回接管柱的最前端，密封插管10上配置弹性锁爪和多组密封环，密封插管10插入封隔器3中心管后，弹性锁爪可与永久式插管封隔器3的丢手接头17实现锁定，多组密封环可与永久式插管封隔器的中心管实现密封。

下放所述回接管柱时，由于在永久式插管封隔器3中集成的顶开式单流阀的作用下，使永久式插管封隔器3之上井段不带压，即可采用常规修井作业设备下入回接完井管柱，所述密封插管15在回接管柱自重的作用下插入永久式插管封隔器3后与中心管16密封；对套管环空打压，验封合格后，继续下压密封插管15推开顶开式单流阀的阀板25，同时密封插管15通过弹性锁爪定在丢手接头17内实现回接管柱锚定，从而构成回接完井管柱。

上述的页岩气井不压井不带压起下生产管柱的施工方法，它包括如下步骤：

第一步：下封隔器坐封-丢手管柱，利用连续油管或电缆防喷设备将上述坐封-丢手管柱下入页岩气井井筒中，该管柱下到位后，向连续油管内投入小直径的密封球，并缓慢对连续油管打压(如采用电缆输送工具，采用对电缆通电的方式)启动坐封工具2，对永久式插管封隔器3进行坐封；

第二步：验封，对油管环空打压，检验永久式插管封隔器3封隔效果；

第三步：丢手，永久式插管封隔器3验封合格后，继续提高连续油管内压力，直到坐封工具2与永久式插管封隔器3脱开，即完成丢手；

第四步：起出坐封工具3，上提连续油管或电缆1，取出坐封工具；

第五步：拆除更换井口设备，拆除连续油管或电缆作业设备，安装常规修井机作业设备；

第六步：下回接管柱，利用常规修井机作业设备将上述回接完井管柱下至永久式插管封隔器3的坐封位置上部，下回接管柱过程中，将井下液控安全阀10安装在回接管柱适当位置，并将液控管线9与井下液控安全阀10连接；

第七步：回插回接管柱，将回接管柱缓慢插入永久式插管封隔器3内，并对环空进行打压确认密封插管15与永久式插管封隔器3的中心管密封后，调整回接管柱长度，安装完井油管后继续下放回接管柱，密封插管15前端面将推开永久式插管封隔器内的顶开式单流阀的阀板25，并与插管封隔器锁定，形成回接完井管柱；

第八步:打开液控井下安全阀10，通过地面液压推动液控井下安全阀10的柱塞27压缩回位弹簧28,并带动推筒29推开密封挡板30；

第九步：安装井口采气树后，从地面对采气树缓慢打压，当压力达到破裂盘7开启压力后，破裂盘7破裂，生产通道开启，进行完井生产；在生产过程中，液控管线9始终保持压力，使井下液控安全阀10的密封挡板30处于开启状态。当井口发生异常，需要紧急关井时，可通过地面控制系统快速卸掉液控管线9内的压力，柱塞27在回位弹簧28的作用下带动推套29迅速回位，密封挡板30快速关闭生产通道，确保页岩气井口安全。

在生产过程中，需要更换或取出回接完井管柱时，上提并正转回接管柱，密封插管15在上提过程中将退出永久式插管封隔器3的中心管16；此时，顶开式单流阀4在扭簧24的作用下，阀板25与阀座23密封，实现永久式插管封隔器3上部井筒不带压，故常规修井作业设备即可满足起管柱要求。

由于管柱及井下工具在井下长时间工作，可能出现顶开式单流阀4密封不严的情况，可通过地面钢丝作业设备从油管11内分别投入堵塞杆至下工作筒和上工作筒内，堵塞杆的结构如图6所示，堵塞杆锁块32与工作筒凹槽31锁定，堵塞杆密封环33与工作筒内壁实现密封，实现对回接完井管柱内、外压力控制，保证施工安全，便于采用常规修井机设备起管柱，降低带压作业施工风险和费用。

Claims (9)

1.一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱，其特征在于：包括封隔器坐封—丢手管柱和回接完井管柱，

所述封隔器坐封—丢手管柱包括从上至下依次连接的起下工具、坐封工具、永久式插管封隔器、下工作筒、扶正器、破裂盘、筛管；在永久式插管封隔器内设置有顶开式单流阀，所述顶开式单流阀在初始状态处于关闭状态，所述封隔器坐封—丢手管柱下到位后，启动坐封工具，对永久式插管封隔器进行坐封，坐封合格后，使坐封工具与永久式插管封隔器丢手；

所述回接完井管柱包括回接管柱，所述回接管柱包括从上至下依次连接的井下液控安全阀、上工作筒、循环滑套、扶正器、密封插管，下放所述回接管柱时，所述密封插管插入永久式插管封隔器并推开顶开式单流阀，同时与永久式插管封隔器密封连接，构成回接完井管柱。

2.根据权利要求1所述的一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱，其特征在于，所述顶开式单流阀包括阀座和与阀座上的阀孔相密封配置的阀板，所述阀板与阀座通过扭簧铰接。

3.根据权利要求1或2所述的一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱，其特征在于，所述起下工具为电缆或连续油管。

4.根据权利要求1或2所述的一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱，其特征在于，所述密封插管上配置弹性锁爪和多组密封环，密封插管插入永久式插管封隔器的中心管后，弹性锁爪与永久式插管封隔器的丢手接头实现锁定，多组密封环与永久式插管封隔器的中心管实现密封。

5.根据权利要求1或2所述的一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱，其特征在于，所述的永久式插管封隔器包括丢手接头、中心管、套在中心管上的卡瓦、锥体、胶筒保护机构、胶筒，中心管下端连接有顶开式单流阀、下接头。

6.根据权利要求1或2所述的一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱，其特征在于，井下液控安全阀包括上接头、柱塞总成、回位弹簧、中心管、阀板总成、阀座、下接头。

7.一种权利要求1至6中任一权利要求所述的页岩气井不压井不带压起下生产管柱的施工方法，其特征在于：它包括如下步骤：

第一步：下封隔器坐封-丢手管柱，该管柱下到位后，启动坐封工具，对永久式插管封隔器进行坐封，此时的顶开式单流阀处于关闭状态；

第二步：验封，对油管环空打压，检验永久式插管封隔器封隔效果；

第三步：丢手，永久式插管封隔器验封合格后，继续提高坐封工具内的坐封压力，直到坐封工具与永久式插管封隔器脱开，即完成丢手；

第四步：起出坐封工具，上提油管或电缆，取出坐封工具；

第五步：拆除更换井口设备，拆除连续油管或电缆作业设备，安装常规修井机作业设备；

第六步：下回接管柱，利用常规修井作业设备将上述回接管柱下至永久式插管封隔器坐封位置上部；

第七步：回插回接管柱，当密封插管与永久式插管封隔器的中心管密封后，使密封插管前端面推开顶开式单流阀的阀板，形成回接完井管柱；

第八步：安装井口采气树后，从地面对采气树缓慢打压，当压力达到破裂盘开启压力后，破裂盘破裂，生产通道开启。

8.根据权利要求7所述的一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱的施工方法，其特征在于：需要取出回接管柱时，上提并正转回接管柱，密封插管在上提过程中退出永久式插管封隔器的中心管，顶开式单流阀在扭簧的作用下，阀板与阀座密封，实现封隔器之上的井筒段不带压，便于实施常规修井作业设备不带压起管柱。

9.根据权利要求7所述的一种页岩气井不压井不带压起下生产管柱的施工方法，其特征在于：当顶开式单流阀密封不严时，通过地面钢丝作业设备从完井油管内分别投入堵塞杆至下工作筒和上工作筒内，使两堵塞杆分别堵塞下工作筒和上工作筒，实现对回接完井管柱内、外压力的控制。