CN105672959B - 用于压力级差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压力级差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、中心杆、封隔器、下接头和内筒。其中，上接头上设置喷嘴、压裂孔和第一传压孔，内筒设置在上接头内壁上以用于封堵喷嘴、压裂孔和第一传压孔，并且在内筒上还设置有第二传压孔。在第一压力作用下，内筒下移并露出喷嘴，且第一传压孔与第二传压孔连通使封隔器坐封。之后，可通过喷嘴射孔。在第二压力下，内筒继续下移，以露出压裂孔，则可以进行压裂操作。通过该装置能够降低作业成本，提高改造效果。

Description

用于压力级差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，具体涉及一种用于压力级差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压力级差式喷封压的装置以及包含其的管柱。使用该用于压力级差式喷封压的装置，只需要下入一次管柱便能实现射孔和压裂。从而，该用于压力级差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，提出了一种用于压力级差式喷封压的装置，包括：

筒状的上接头，在上接头的周壁上设置能连通内外的喷嘴和压裂孔，喷嘴位于压裂孔的上端，

设置在上接头的下端的筒状的中心杆，

设置在上接头和中心杆的外壁上的封隔器，封隔器具有设置在上接头上的第一传压孔和设置在中心杆的外壁上的胶筒组件，

设置在中心杆的下端的筒状的下接头，

设置在上接头之内并能与上接头滑动式连接的内筒，内筒上设有第二传压孔，在初始状态下，内筒封堵喷嘴、压裂孔和第一传压孔，

内筒的内腔封堵后，在第一压力作用下，内筒下移露出喷嘴，且使得第二传压孔与第一传压孔连通，在第二压力作用下，内筒下移露出压裂孔。

在一个实施例中，还包括选择性设置在内筒中并用于封堵内筒的内腔的开启工具，开启工具包括：

开启工具主体，

由开启工具主体向上延伸的弹性卡片，

设置在开启工具主体下端的球座，

与球座配合的球，

其中，弹性卡片上设置有凸起部以与设置在内筒的内壁上的凹槽相配合。

在一个实施例中，在内筒的凹槽的下端设置挡环，挡环构造为能相对于内筒轴向滑动，并且在挡环的上端面和内筒之间设置密封件以使得挡环在相对于内筒向上移动过程中压缩密封件。

在一个实施例中，在开启工具主体和球座之间设置弹性助推环。

在一个实施例中，在挡环的外壁上设置径向突出的限位环，在中心杆的内壁上设置第一内筒座和第二内筒座，在第一压力下内筒下移，限位环构造为能与第一内筒座配合，在第二压力下，限位环构造为能与挡环分离并使得内筒下移而与第二内筒座配合。

在一个实施例中，封隔器还包括：

上端套式固定连接在上接头的外壁上的外筒，外筒的下端延伸过中心杆，

由中心杆的上端面、外筒的内壁和上接头形成的活塞缸，

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，

其中，第一传压孔与活塞缸连通并位于活塞的上表面的上端以使得压力液进入活塞缸后能推动活塞向下运动。

在一个实施例中，所述内筒与所述上接头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。

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，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。

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。

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中，并使得内筒的内腔封闭后，向管柱内注入压力液，在压力达到第一压力时，内筒相对于上接头移动而露出喷嘴，并且第二传压孔和第一传压孔连通以满足封隔器坐封。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，再次向管柱内注入压力液，在压力达到第二压力时，内筒相对于上接头移动并露出压裂孔，则可以向管柱内注入压裂液，以完成大排量压裂。由此，使用该用于压力级差式喷封压的装置，只需要下入一次管柱便能实现射孔和压裂。从而，该用于压力级差式喷封压的装置能减少作业工序，降低作业成本。

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处于初始状态下的用于压力级差式喷封压的装置；

图2显示了根据本发明的实施例的投入开启工具后的用于压力级差式喷封压的装置；

图3显示了根据本发明的实施例的露出喷嘴后的用于压力级差式喷封压的装置；

图4显示了根据本发明的实施例的露出压裂孔后的用于压力级差式喷封压的装置；

图5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压力级差式喷封压的装置100。如图1所示，装置100包括筒状的上接头1、中心杆3、封隔器4、下接头5和内筒6。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。同时，在上接头1的周壁上设置连通内外的喷嘴7和压裂孔9，并且喷嘴7位于压裂孔9的上端。中心杆3设置在上接头1的下端，并呈筒状。封隔器4设置在上接头1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具有第一传压孔15和胶筒组件12，胶筒组件12设置在中心杆3的外壁上，同时第一传压孔15设置在上接头1的外壁上。下接头5设置在中心杆3的下端，并构造为筒状。内筒6设置在上接头1之内，并与上接头1滑动式连接。内筒6上设置有第二传压孔53。初始状态下，内筒6封堵喷嘴7、第一传压孔15和压裂孔9，如图1所示。在内筒6的内腔被封堵后，向内筒6中注入压力液，在第一压力下，内筒6下移露出喷嘴7，同时使得第二传压孔53与第一传压孔15连通，如图3所示。在第二压力下，内筒6继续下移，而露出压裂孔9，如图4所示。

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，在第一压力作用下，喷嘴7露出，如图3所示。同时，由于第二传压孔53与第一传压孔15连通，则压力液可以促动封隔器4坐封。此时，可向管柱50中注入携砂液，携砂液通过喷嘴7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，继续向管柱50内泵送压力液，当压力到达第二压力时，压裂孔9露出，如图4所示，此时可进行压裂工序。由此，使用该用于压力级差式喷封压的装置100，只需要下入一次管柱50便能实现射孔和压裂。从而，该用于压力级差式喷封压的装置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临近位置进行压裂，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。另外，在改造地层过程中，通过一次封堵内筒6便能实现封隔器4坐封和射孔及其压裂操作，进一步地降低了施工时间，减少了施工费用。

在一个实施例中，装置100包括用于封堵内筒6的内腔的开启工具40，如图2所示。并且，开启工具40包括开启工具主体41、弹性卡片42、球座21和球22。其中开启工具主体41构造为筒状，以用于设置在内筒6中。弹性卡片42设置在开启工具主体41的上端。优选地，弹性卡片42可以为多个，并沿着周向分布。球座21设置在开启工具主体41的下端以用于与球22配合，从而封堵所述开启工具40的内腔。在弹性卡片42上设置有凸起43。相对应地，在内筒6上设置有凹槽44(图1中示出)，用于与凸起43配合。将开启工具40投入油管8，开启工具40下行，当开启工具40遇到与其匹配的内筒6后，弹性卡片42向外张开，以使得凸起43与凹槽44配合，从而开启工具40定位于相匹配的内筒6上。在这种情况下，内筒6的内部流通通路被堵塞，则此时可以通过注入压力液的方式促动内筒6向下移动。

需要说明地是，可以通过设置不同尺寸和结构的弹性卡片42和凸起43以匹配处于不同级数中的内筒6。由此，通过这种结构的开启工具40不仅能实现内筒6的下移。在投入一次开启工具40后，便能对相应地层进行射孔和压裂。通过这种结构还能保证管柱50的全通径，进而实现“无数”级压裂施工。

根据本发明，在内筒6的下端设置挡环48。具体地，在从上到下的方向上，于内筒6的凹槽44的下端内壁上设置第一台阶45和第二台阶46。同时，在第二台阶46的下端的内筒6的外内壁上设置限位件47。优选地，限位件47可以为卡簧。相对应地，挡环48设置在凹槽44的下端，且构造为筒状。并且，在挡环48的外壁的轴向中间部分上设置径向向外突出的突出环49。此突出环49间隙式设置在第二台阶46和限位件47之间，以使得挡环48的上端面与第一台阶45相对，而挡环48的下端面延伸出内筒6的下端面。同时，在挡环48的上端面与第一台阶45之间设置密封件51。优选地，密封件51可以为胶套。由此，投入开启工具40后，使开启工具40与内筒6一起下移，当挡环48相对第一内筒座28不移动后，内筒6继续下移而压缩密封件51，使得密封件51膨胀而提高内筒6与开启工具40之间的密封。通过这种设置，可提高内筒6与开启工具40之间的密封性，以保证在注入压力液后内筒6能够更顺利地下移。同时，通过这种设置保证后续射孔和压裂的压力。

根据本发明，在开启工具主体41和球座21轴向之间设置弹性助推环52。优选地，弹性助推环52可以为胶筒。通过设置弹性助推环52减小了开启工具40与油管8等之间的间隙。由此，在通过加压送入开启工具40的过程中，减小了漏液，以使得开启工具40能更顺利地被送入。

根据本发明，封隔器4还包括外筒16、活塞缸13和活塞14。其中，外筒16的上端套式固定连接在上接头1的外壁上，而外筒16轴向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的内壁和上接头1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。并且第一传压孔15能与活塞缸13连通，以通过第一传压孔15向活塞缸13内注入压力液。另外，第一传压孔15位于压裂孔9的下端并位于活塞14的上表面的上端，以使得活塞14能承接来自第一传压孔15的压力液。在初始状态下，第一传压孔15由内筒6封闭。在注入压力液并且压力达到第一压力时，内筒6能下移而使得第二传压孔53与第一传压孔15连通。同时，压力液通过第二传压孔53和第一传压孔15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26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，在中心杆3的内壁上设置第一内筒座28和第二内筒座54。其中，第二内筒座54设置在第一内筒座28的下端。并且第一内筒座28和第二内筒座54均构造为台阶状。相对应地，在挡环48的下端外壁上设置限位环55。限位环55构造为由挡环48径向向外突出的环状。在初始状态下，限位环55通过第四剪切销56连接到挡环48上。另外，内筒6通过第一剪切销20设定在上接头1上。在内筒6的内腔被封闭后，压力达到第一压力时，第一剪切销20被剪断，内筒6带动限位环55下移以使得限位环55能与第一内筒座28复合，从而限定内筒6的位置。当压力达到第二压力时，第四剪切销56被剪断，内筒6继续下移并与第二内筒座54复合，以限定内筒6的位置。通过上述结构，能保证内筒6的运动位置，从而保证射孔和压裂的精度。并且，上述结构简单，只需要封堵一次内筒6便能使得内筒6运动并处于不同的位置，操作方便。

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相对移动而使得胶筒26回弹以解封封隔器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5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。由此，在将管柱50下入到地层中后，可逐级投入开启工具40，逐级促动内筒6移动，以逐级进行射孔和压裂。

下面根据图1-5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内投入开启工具40。开启工具40与相应级的内筒6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。当压力达到第一压力(例如第一压力为15-25MPa)时，第一剪切销20被剪断，则内筒6与限位环55一起下移，并使得限位环55与第一内筒座28配合，从而使得喷嘴7露出，同时第二传压孔53与第一传压孔15连通。此时，压力液通过第二传压孔53流入第一传压孔15并最终进入到活塞缸13内，并推动活塞14向下运动，使得推杆29作用于胶筒26，由此胶筒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，向油管8内注入压力液，由于开启工具40与内筒6一直处于配合状态，使得内筒6受到向下的力。当压力达到第二压力(例如，第二压力为35-45MPa)时，第四剪切销56被剪断，内筒6继续下移并使得挡环48与第二内筒座54配合，从而露出压裂孔9。

第六步，向油管8内注入压裂液，压裂液通过压裂孔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 (9)

1.一种用于压力级差式喷封压的装置，其特征在于，包括：

筒状的上接头，在所述上接头的周壁上设置能连通内外的喷嘴和压裂孔，所述喷嘴位于所述压裂孔的上端，

设置在所述上接头的下端的筒状的中心杆，

设置在所述上接头和所述中心杆的外壁上的封隔器，所述封隔器具有设置在所述上接头上的第一传压孔和设置在所述中心杆的外壁上的胶筒组件，

设置在所述中心杆的下端的筒状的下接头，

设置在所述上接头之内并能与所述上接头滑动式连接的内筒，所述内筒上设有第二传压孔，在初始状态下，所述内筒封堵所述喷嘴、所述压裂孔和所述第一传压孔，

所述内筒的内腔封堵后，在第一压力作用下，所述内筒下移露出所述喷嘴，且使得所述第二传压孔与所述第一传压孔连通，在第二压力作用下，所述内筒下移露出所述压裂孔，

还包括设置在所述内筒中并用于封堵所述内筒的内腔的开启工具，所述开启工具包括：

开启工具主体，

由所述开启工具主体向上延伸的弹性卡片，

设置在所述开启工具主体下端的球座，

与所述球座配合的球，

其中，所述弹性卡片上设置有凸起部以与设置在所述内筒的内壁上的凹槽相配合。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述内筒的凹槽的下端设置挡环，所述挡环构造为能相对于所述内筒轴向滑动，并且在所述挡环的上端面和内筒之间设置密封件以使得所述挡环在相对于所述内筒向上移动过程中压缩所述密封件。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述开启工具主体和所述球座之间设置弹性助推环。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述挡环的外壁上设置径向突出的限位环，在所述中心杆的内壁上设置第一内筒座和第二内筒座，在第一压力下所述内筒下移，所述限位环构造为能与所述第一内筒座配合，在第二压力下，所述限位环构造为能与所述挡环分离并使得所述内筒下移而与所述第二内筒座配合。

5.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上接头的外壁上的外筒，所述外筒的下端延伸并越过所述中心杆，

由所述中心杆的上端面、所述外筒的内壁和所述上接头形成的活塞缸，

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，

其中，所述第一传压孔与所述活塞缸连通并位于所述活塞的上表面的上端以使得压力液进入所述活塞缸后能推动所述活塞向下运动。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述内筒与所述上接头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5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。

8.根据权利要求5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。

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。