CN105672935A - 多向压力控制式喷封压的装置以及包含其的管柱 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于多向压力控制式喷封压的装置以及包含其的管柱。该装置包括筒状的上接头、喷嘴套、中心杆、封隔器、下接头、内筒和喷嘴。其中，喷嘴套上设置流通孔，喷嘴设置在流通孔处，内筒设置在喷嘴套内壁上以用于封堵喷嘴。在压力液作用下，内筒下移并露出喷嘴，且封隔器坐封。之后可通过喷嘴射孔。喷嘴构造为能由流通孔处脱落，以进行压裂操作。通过该装置能够降低作业成本，提高改造效果。

Description

多向压力控制式喷封压的装置以及包含其的管柱

技术领域

本发明涉及油气完井以及储层改造等技术领域，具体涉及一种用于多向压力控制式喷封压的装置以及包含其的管柱。

背景技术

随着非常规油气藏勘探开发的推进，完井分段压裂技术作为非常规油气资源开采的主要增产措施也发展迅猛。完井分段压裂技术可有针对性地对储层进行改造，扩大油气产层的泄油面积，提高油气采收率。

现有技术中，多级分段储层改造通常采用先射孔后压裂的方法进行。也就是，在储层改造过程中，先下入射孔枪进行多级分段射孔，以在储层中形成孔洞。然后，将射孔枪提出地层。接着，再下入具有封隔器的管柱，并通过投球的方式使封隔器坐封。再次，通过投球的方式打开封隔器的第一级滑套，以露出与孔洞配合的第一级压裂孔。最后，向管柱内注入压裂液，压裂液通过压裂孔进入到孔洞中，并在地层内形成裂缝。在压裂完成后，再次投入大一级的球打开上一级滑套对上一层地层进行压裂。

通过上述方法，虽然能完成对储层的改造，但是需要下入多次管柱才能完成射孔和加砂压裂。由此，通过上述方法不仅增加了作业工序，提高了作业成本，而且降低了压裂的准确性和精准性。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种用于多向压力控制式喷封压的装置以及包含其的管柱。使用该装置，只需要下入一次管柱便能实现射孔和压裂。从而，该用于多向压力控制式喷封压的装置能减少作业工序，降低作业成本，同时提高了压裂的准确性和精准度。

根据本发明的一方面，提出了一种用于多向压力控制式喷封压的装置，其特征在于，包括：

筒状的上接头，

设置在上接头的下端的筒状的喷嘴套，在喷嘴套上设置连通内外的流通孔，

设置在喷嘴套的下端的筒状的中心杆，

设置在喷嘴套和中心杆的外壁上的封隔器，封隔器具有胶筒组件，

设置在中心杆的下端的筒状的下接头，

设置在流通孔处的喷嘴，

设置在喷嘴套之内并能与喷嘴套滑动式连接的内筒，在初始状态下，内筒封堵喷嘴，

其中，在内筒的内腔封闭后，在压力液作用下，内筒构造为能相对喷嘴套移动而露出喷嘴，同时，胶筒组件构造为能在压力液作用下变形以使得封隔器坐封，在向内筒中注入压裂液之前，喷嘴构造为由流通孔处掉落。

在一个实施例中，在从内到外的方向上，流通孔的截面面积减小，同时喷嘴的形状与流通孔匹配。

在一个实施例中，在喷嘴套上设置第一流通孔，并且第一流通孔由塞子封堵，其中，塞子由可溶材料制成。

在一个实施例中，封隔器还包括：

上端套式固定连接在喷嘴套的外壁上的外筒，外筒的下端延伸过中心杆，

由中心杆的上端面、外筒的内壁和喷嘴套形成的活塞缸，

上端设置在活塞缸内的活塞，活塞的下端由中心杆与外筒之间向下延伸并与胶筒组件抵接，活塞与外筒滑动式连接，

设置在喷嘴套上与活塞缸连通的传压孔，传压孔位于流通孔的下端并位于活塞的上表面的上端，

其中，在初始状态下，传压孔由内筒封闭，在注入压力液以使得内筒相对传压孔移动而露出传压孔，同时，压力液进入活塞缸并推动活塞向下运动。

在一个实施例中，在中心杆的外壁上设置第一棘齿，在活塞的内壁上设置与第一棘齿配合的第二棘齿。

在一个实施例中，内筒与喷嘴套通过第一剪切销连接，和/或活塞与外筒通过第二剪切销连接。

在一个实施例中，还包括设置在封隔器下端的解封挡环，解封挡环的上端套接在中心杆的外壁上并与胶筒组件抵接，下端通过第三剪切销与下接头固定连接，解封挡环与中心杆和下接头形成用于解封挡环和下接头相对移动的第一空间。

在一个实施例中，内筒的内壁上构造有球座，在向内筒中投球时，球座构造为能与球配合以封闭内筒。

根据本发明的另一方面，提出了一种管柱，其包括上述的装置。

在一个实施例中，管柱包括多个依次连接的装置，并且在由上到下的方向上，装置的内筒的球座的直径依次减小。

与现有技术相比，本发明的优点在于，在将具有这种结构的装置的管柱下入到储层，并使得内筒的内腔封闭，向管柱内注入压力液，在压力液作用下，内筒相对喷嘴套移动而露出喷嘴，同时，封隔器坐封。从而，携砂液可以通过喷嘴产生高速射流而进入地层，以完成储层射孔。在储层射孔完成后，先使喷嘴由流通孔处掉落从而增大喷嘴套与环空的流通面积，则可以向管柱内注入压裂液，以完成大排量压裂。由此，使用该用于多向压力控制式喷封压的装置，只需要下入一次管柱便能实现射孔和压裂。从而，该用于多向压力控制式喷封压的装置能减少作业工序，降低作业成本。同时，在改造储层过程中，由于射孔完成后便在相对应位置进行压裂，由此保证了压裂的准确性和精准度，从而提高了压裂效果。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的实施例的初始状态下的用于多向压力控制式喷封压的装置；

图2显示了根据本发明的实施例的内筒下移状态下的用于多向压力控制式喷封压的装置；

图3显示了根据本发明的实施例的喷嘴掉落状态下的用于多向压力控制式喷封压的装置；

图4显示了根据本发明的实施例的管柱；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，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显示了根据本发明的实施例的初始状态下的用于多向压力控制式喷封压的装置100。如图1所示，装置100包括筒状的上接头1、喷嘴套2、中心杆3、封隔器4、下接头5、内筒6和喷嘴7。其中，上接头1构造为筒状，并用于与油管8连接，以将装置100送入到储层中。喷嘴套2设置在上接头1的下端，并构造为筒状。同时，在喷嘴套2的周壁上设置连通内外的流通孔9。中心杆3设置在喷嘴套2的下端，并呈筒状。封隔器4设置在喷嘴套2的下端外壁上，并延伸到中心杆3的外壁上，以用于封隔装置100与套管10之间的环空11。并且，封隔器4具有设置在中心杆3上的胶筒组件12。下接头5设置在中心杆3的下端，并构造为筒状。内筒6设置在喷嘴套2之内，同时内筒6与喷嘴套2滑动式连接以保证封堵或者露出流通孔9。喷嘴7通过内筒6被限定在流通孔9处，在射孔完成后，喷嘴7构造为能由流通孔9处掉落，从而露出流通孔9，以进行压裂操作。需要解释地是，此处所述的初始状态是指未向装置100中注入压力液的状态。

由此，在将具有这种结构的装置100的管柱50下入到储层后，并使得内筒6的内腔封闭，再向管柱50内注入压力液，在压力液作用下，内筒6相对喷嘴套2移动而露出喷嘴7，如图2所示。同时，压力液催动封隔器4坐封。从而，注入到内筒6中的携砂液可以通过喷嘴7产生高速射流而进入地层，以完成储层射孔。如图3所示，在储层射孔完成后，使得喷嘴7由流通孔9处掉落，则可以向管柱50内注入压裂液，以完成大排量压裂。由此，使用该用于多向压力控制式喷封压的装置100，只需要下入一次管柱50便能实现射孔和压裂。从而，该用于多向压力控制式喷封压的装置100能减少作业工序，降低作业成本。同时，在改造储层过程中，由于射孔完成后便在相对应位置进行压裂，由此该装置100能保证压裂的准确性和精准度，从而提高了压裂效果。

在一个实施例中，在从内到外的方向上，流通孔9的截面面积减小，同时喷嘴7的形状与流通孔9匹配。例如，流通孔9的截面可以包括图1所示的梯形。在喷嘴7承受由内向外的压力时，能将喷嘴7压紧在流通孔9的位置处。而在喷嘴7承受由外向内的压力时，可使喷嘴7由流通孔9处脱落。需要说明地是，在初始状态下，喷嘴7由内筒6限定而不会脱落。由此，在完成射孔后，可以向环空11内注入压力液，以使得喷嘴7受到推力而从流通孔9处掉落，如图3所示。

在另一个实施例中，在压裂之前，也可以向油管8或者环空11内注入能够使喷嘴7溶掉的液体，以露出流通孔9。

由于需要通过喷嘴7射孔，从而必须保证喷嘴7的耐磨性。在保证喷嘴7的耐磨性的前体下，对其进行腐蚀去除需要较高的成本。并且，在实际操作过程中，有可能会出现喷嘴7腐蚀不完全，或者装置100的其它部件被腐蚀的情况。从而，为了保证压裂的顺利进行，在喷嘴套2上还设置有第一流通孔(图中未示出)，在第一流通孔处设置更易于用试剂溶掉的塞子(图中未示出)，以保证装置100露出用于压裂的流通孔9和/或第一流通孔。在射孔过程中，携砂液可以通过喷嘴7射入地层。射孔完成后，可向油管8或者环空11内注入能够使塞子溶掉的液体，露出第一流通孔，以完成压裂。通过这种设置方式，既不影响前期射孔操作，又保证了后续压裂工序的进行。例如，塞子由铝镁合金材料制成，而在完成射孔后，可向油管8或者环空11内注入酸液以使得塞子溶解。

根据本发明，在中心杆3的内壁上设置内筒座28，以用于限定内筒6的位置。内筒座28可以构造为能承接内筒6的阶梯台结构。由此，内筒6受力下移并最终与内筒座28符合。

根据本发明，封隔器4还包括外筒16、活塞缸13、活塞14和传压孔15。其中，外筒16的上端套式固定连接在喷嘴套2的外壁上，而外筒16向下延伸并越过中心杆3。从而，由中心杆3的上端面、外筒16的内壁和喷嘴套2形成了活塞缸13。活塞14的上端设置在活塞缸13内，活塞14的下端由中心杆3与外筒16之间向下延伸并与胶筒组件12抵接。同时，在初始状态下，活塞14与外筒16通过第二剪切销17连接。传压孔15设置在喷嘴套2的外壁上。并且传压孔15能与活塞缸13连通，以通过传压孔15向活塞缸13内注入压力液。另外，传压孔15位于流通孔9的下端并位于活塞14的上表面的上端，以使得活塞14能承接来自传压孔15的压力液。在初始状态下，传压孔15由内筒6封闭。在注入压力液过程中，内筒6能下移而露出传压孔15。同时，压力液进入活塞缸13并推动活塞14，在压力作用下，第二剪切销17被剪断，而使得活塞14向下移动，下移的活塞14推动胶筒组件12，以使得胶筒组件12作用而封隔环空11。

为了保证封隔的安全性，胶筒组件12包括多个胶筒26，并且在相邻的胶筒26之间设置隔环27。例如，胶筒组件12包括三个胶筒。通过这种设置提高了封隔器4的封隔效果，从而保证了装置100的射孔和压裂效率。

为了使得胶筒26受力均匀，在活塞14和胶筒组件12之间设置推杆29，以传递活塞14的力到胶筒组件12上。推杆29的上端与活塞14固定连接，下端与中心杆3滑动式连接，并且下端面与胶筒26抵接。

为了防止胶筒组件12回退，在中心杆3的外壁上设置第一棘齿18。同时，在活塞14的内壁上设置第二棘齿19。在活塞14向下移动过程中，第二棘齿19也随之向下移动，待活塞14移动到位使得胶筒26膨胀而封隔环空11之后，第二棘齿19与第一棘齿18配合，以防止胶筒组件12回退。通过这种设置能保证封隔器4的坐封安全性，从而保证后续的射孔和压裂操作。

根据本发明，内筒6与喷嘴套2通过第一剪切销20连接。从而，在封堵内筒6的内腔并向其内注入压力液过程中，随着压力增大，第一剪切销20被剪断，从而可以使得内筒6下移而露出喷嘴7和传压孔15。这种结构简单，易于实现。

在一个优选的实施例中，内筒6的内壁上构造有球座21。在将装置100下入地层后，可通过地面向内筒6中投球22。球22与球座21配合以封闭内筒6。此时，可向装置100内泵送压力液。

在一个优选的实施例中，装置100还包括设置在封隔器4下端的解封挡环23。解封挡环23的上端套接在中心杆3的外壁上，并与中心杆3滑动式连接。解封挡环23的上端面与胶筒26抵接，且下端通过第三剪切销24与下接头5固定连接。同时，解封挡环23与中心杆3和下接头5形成第一空间25，以提供避让空间。在需要解封封隔器4的情况下，可以上提上接头1，中心杆3和下接头5具有跟随上接头1向上运动的趋势，由于胶筒26与环空11摩擦式接触，则在拉力作用下第三剪切销24被剪断。在第三剪切销24被剪断后，解封挡环23与下接头5相对移动使膨胀的胶筒26回弹而解封封隔器4。通过这种设置能提高装置100的作业安全性，以用于在突发情况下将管柱50由套管10中提出。

本发明还涉及一种管柱50。管柱50包括油管8和与油管8固定连接的装置100，如图4所示。为了提高储层改造规模，提高工作效率。可以在一趟管柱50上设置多个依次连接的装置100。而为了实现内筒6的封堵，在由上到下的方向上，装置100的不同的内筒6的球座21的直径依次减小。由此，在将管柱50下入到地层中后，可通过投入不同直径的球22，逐级促动内筒6移动，以逐级进行射孔和压裂。尤其在对当级进行射孔和压裂的过程中，由于目的层之上的封隔器4未启动坐封，目的层及以下的封隔器4实现了坐封。由此，具有这种结构的装置对地面泵送设备要求低，也就是，在地面设备不变的情况下，能实现作业排量更高，压裂效果更好的目的。

下面根据图1-4详细论述使用具有装置100的管柱50进行改造地层的方法。

第一步，将包含油管8和装置100的管柱50下入到套管10中，并使得管柱50与套管10之间形成环空11。

第二步，向油管8内投入球22。球22与相应级的内筒6的球座21配合，以封堵内筒6的内通道。

第三步，向油管8中泵送压力液。压力液被阻隔在处于相应级的球座21处。在压力达到能剪断第一剪切销20时，第一剪切销20被剪断，则内筒6下移至内筒座28处，从而使得喷嘴7和传压孔15露出。此时，压力液通过传压孔15进入到活塞缸13内，并推动活塞14向下运动，使得推杆29作用于胶筒26，从而胶筒26膨胀以实现封隔器4坐封。

第四步，当封隔器4坐封后，向油管8内注入携砂液，携砂液通过喷嘴7的节流作用而高速向外射出，携砂液射穿套管10并进入地层，从而在地层内形成孔洞。

第五步，射孔结束后，向环空11内注入压力液，由于封隔器4处于坐封状态，则压力液作用于喷嘴7。在压力作用下，喷嘴7由流通孔9处掉落而露出流通孔9。需要注意地是，在此步骤中，如果喷嘴7由可溶材料制成，也可以通过向油管8或者环空11内注入使得喷嘴7溶解的物质而使得喷嘴7溶解而露出流通孔9。

第六步，向油管8内注入压裂液，压裂液通过流通孔9进入射孔时形成在地层中的孔洞处，以完成压裂。在此过程中，为了增加排量，提高压裂效果，在向油管8内注入压裂液的同时，还可以向环空11内注入压裂液以进行补液。

在完成相应级的射孔压裂后，重复第二步到第六步，以完成下一级的射孔压裂。从而，通过一趟管柱50可以完成储层的多级射孔和压裂，由此，减少了施工工序，提高了工作效率。

本申请中，所述方位用语“上”和“下”均以装置100下入地层所处的方位为参考。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于多向压力控制式喷封压的装置，其特征在于，包括：

筒状的上接头，

设置在所述上接头的下端的筒状的喷嘴套，在所述喷嘴套上设置连通内外的流通孔，

设置在所述喷嘴套的下端的筒状的中心杆，

设置在所述喷嘴套和所述中心杆的外壁上的封隔器，所述封隔器具有胶筒组件，

设置在所述中心杆的下端的筒状的下接头，

设置在所述流通孔处的喷嘴，

设置在所述喷嘴套之内并能与所述喷嘴套滑动式连接的内筒，在初始状态下，所述内筒封堵所述喷嘴，

其中，在所述内筒的内腔封闭后，在压力液作用下，所述内筒构造为能相对所述喷嘴套移动而露出所述喷嘴，同时，所述胶筒组件构造为能在压力液作用下变形以使得所述封隔器坐封，在向所述内筒中注入压裂液之前，所述喷嘴构造为由所述流通孔处掉落。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在从内到外的方向上，所述流通孔的截面面积减小，同时所述喷嘴的形状与所述流通孔匹配。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述喷嘴套上设置第一流通孔，并且所述第一流通孔由塞子封堵，其中，所述塞子由可溶材料制成。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述封隔器还包括：

上端套式固定连接在所述喷嘴套的外壁上的外筒，所述外筒的下端延伸过所述中心杆，

由所述中心杆的上端面、所述外筒的内壁和所述喷嘴套形成的活塞缸，

上端设置在所述活塞缸内的活塞，所述活塞的下端由所述中心杆与所述外筒之间向下延伸并与所述胶筒组件抵接，所述活塞与所述外筒滑动式连接，

设置在所述喷嘴套上与所述活塞缸连通的传压孔，所述传压孔位于所述流通孔的下端并位于所述活塞的上表面的上端，

其中，在初始状态下，所述传压孔由所述内筒封闭，在注入压力液以使得所述内筒相对所述传压孔移动而露出所述传压孔，同时，压力液进入所述活塞缸并推动所述活塞向下运动。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述中心杆的外壁上设置第一棘齿，在所述活塞的内壁上设置与所述第一棘齿配合的第二棘齿。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述内筒与所述喷嘴套通过第一剪切销连接，和/或所述活塞与所述外筒通过第二剪切销连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括设置在所述封隔器下端的解封挡环，所述解封挡环的上端套接在所述中心杆的外壁上并与所述胶筒组件抵接，下端通过第三剪切销与所述下接头固定连接，所述解封挡环与所述中心杆和所述下接头形成用于所述解封挡环和所述下接头相对移动的第一空间。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内筒的内壁上构造有球座，在向所述内筒中投球时，所述球座构造为能与所述球配合以封闭所述内筒。

9.一种管柱，其特征在于，包括根据权利要求1到8中任一项所述的装置。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括多个依次连接的所述装置，并且在由上到下的方向上，所述装置的所述内筒的球座的直径依次减小。