CN105696984B - 用于多向压力控制式喷封压的工具以及包含其的管柱 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于多向压力控制式喷封压的工具以及包含其的管柱。该工具包括筒状的上接头、连接套、中心杆、封隔器、下接头和内筒。其中，上接头上设置流通孔，在流通孔处设置喷嘴，内筒设置在上接头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。在射孔完成后，喷嘴构造为能由流通孔处脱落，以进行压裂操作。通过该工具能够降低作业成本，提高改造效果。

Description

用于多向压力控制式喷封压的工具以及包含其的管柱

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工具以及包含其的管柱。

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工具以及包含其的管柱。使用该用于多向压力控制式喷封压的工具，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工具能减少作业工序，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工具，包括：

筒状的上接头，在上接头上设置连通内外的流通孔，在流通孔处设置喷嘴，

设置在上接头的下端的筒状的连接套，

设置在连接套的下端的筒状的中心杆，

设置在连接套和中心杆的外壁上的封隔器，封隔器具有胶筒组件和设置在连接套上的第一传压孔，

设置在中心杆的下端的筒状的下接头，

设置在上接头的内腔中并能与上接头滑动式连接的内筒，在初始状态下，内筒封堵喷嘴和第一传压孔，

其中，在内筒的内腔封闭后，在第一压力作用下，内筒构造为能相对上接头移动而露出喷嘴，同时，第一传压孔与内筒的内腔连通以使得胶筒组件能在压力作用下变形而封隔器坐封，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，封隔器还包括：

上端套式固定连接在连接套的外壁上的外筒，外筒的下端延伸过中心杆，

由中心杆的上端面、外筒的内壁和连接套形成的活塞缸，

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，

第一传压孔设置在连接套上并与活塞缸连通，在内筒相对上接头移动而使压力液进入第一传压孔后，进入活塞缸并推动活塞向下运动。

在一个实施例中，在内筒的壁上设置第二传压孔，第二传压孔构造为在内筒下移后与第一传压孔连通。

在一个实施例中，第一传压孔包括用于与第二传压孔连通的第一部分，以及与第一部分和活塞缸均连通的第二部分，其中第一部分构造为沿径向延伸的孔，而第二部分构造为沿轴向延伸的孔。

在一个实施例中，在第一部分的入口处构造有扩孔。

在一个实施例中，工具还包括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。

根据本发明的另一方面，提出了一种管柱，其包括上述的工具。

与现有技术相比，本发明的优点在于，在将具有这种结构的工具的管柱下入到储层，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，内筒相对连接套移动而露出喷嘴，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连接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工具，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工具能减少作业工序，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工具；

图2显示了根据本发明的实施例的投入开启工具状态下的用于多向压力控制式喷封压的工具；

图3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工具；

图4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工具；

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多向压力控制式喷封压的工具100。如图1所示，工具100包括筒状的上接头1、连接套2、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，以将工具100送入到储层中。并且在上接头1上构造有连通内外的流通孔9，以用于压裂操作。连接套2设置在上接头1的下端，并构造为筒状。中心杆3设置在连接套2的下端，并呈筒状。封隔器4设置在连接套2的下端外壁上，并延伸到中心杆3的外壁上，以用于封隔工具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和第一传压孔15。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的内壁上。在初始状态下，内筒6与上接头1固定连接以保证封堵流通孔9和第一传压孔15。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工具100中注入压力液的状态。

由此，在将具有这种结构的工具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相对上接头1移动而露出喷嘴7，如图3所示。同时，压力液通过内筒6的内腔进入第一传压孔15从而催动封隔器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。在储层射孔完成后，如图4所示，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工具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工具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，由此该工具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，可以通过向环空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4所示。

在另一个实施例中，喷嘴7由可溶材料制成。从而，在完成射孔之后，可向油管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。例如，喷嘴7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内注入酸液以使得喷嘴7溶解。

需要说明地是，还可在部分的流通孔9上设置喷嘴7，只用于射孔，而在其它的流通孔9上设置由可溶材料制成的塞子。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，露出部分流通孔9以完成压裂。通过这种设置方式，既保证了喷嘴7的耐磨性，又保证了后续压裂工序的进行。

根据本发明，在连接套2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复合。这种结构简单，用于实现。

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连接套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的内壁和连接套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。第一传压孔15设置在连接套2的外壁上。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。相对应地，在内筒6的壁上设置第二传压孔53。在初始状态下，第一传压孔15由内筒6封闭。在注入压力液过程中，内筒6能下移而使得第二传压孔53与第一传压孔15连通。由此，压力液通过内筒6的内腔经由第二传压孔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。

需要说明地是，当内筒6下移到位后，第二传压孔53与第一传压孔15可以相对接触式连通。当然，第二传压孔53与第一传压孔15还可以通过形成在连接套2和内筒6之间的间隙连通。在第二种情况下，可以相对减小内筒6的轴向尺寸，从而提高内筒6的强度，降低生产成本。

优选地，第一传压孔15可包含第一部分15’和与第一部分15’连通的第二部分15”。其中，第一部分15’径向延伸以用于与第二传压孔53连通，而第二部分15”轴向延伸与第一部分15’和活塞缸13均连通，以用于为活塞14提供正压力，更有效地促动活塞14移动。进一步优选地，第一部分15’的入口处(也就是需要与第二传压孔53连通处)构造为扩口形式，以更好的接受第二传压孔53供给的压力液。通过这种设置能使得第二传压孔53能更容易地接受压力液，同时降低工具100的精度要求。

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，从而保证了工具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，在初始状态下，为了保证内筒6的位置，内筒6与连接套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。这种结构简单，易于实现。

为了实现内筒6的内腔的封闭，工具100包括开启工具40。如图2所示，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的下端以用于放置球22。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用于与凸起43配合。在将开启工具40投入内筒6过程中，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。通过这种结构的开启工具40与内筒6的配合，便能实现内筒6的下移，避免了采用投球方式使内筒6下移而产生的不能全通径以及级数受限的问题。也就是，通过这种设置实现了管柱50的全通径，进而实现“无数”级压裂施工。

根据本发明，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。同时，在内筒6的下端内壁上设置限位件47。限位件47构造为筒状并与内筒6固定连接，并形成径向向内突出的第二台阶46’。相对应地，在凹槽44的下端设置挡环48，并且挡环48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的下端面抵接在第第二台阶46’上，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并使得开启工具40与内筒6一起下移，当挡环48与内筒座28符合后，内筒6与限位件47继续下移，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能够顺利下移。

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可以为胶环。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。

为了保证压力液能通过第二传压孔53流入到第一传压孔15内，第二传压孔53设置在密封件51的上端的内筒6上。

在一个优选的实施例中，工具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相对运动使得胶筒26回缩而解封封隔器4。通过这种设置能提高工具100的作业安全性，以用于在突发情况下将管柱50由套筒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固定连接的工具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工具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详细论述使用具有工具100的管柱50进行改造地层的方法。

第一步，将包含油管8和工具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。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带动开启工具40下移至内筒座28处，从而使得喷嘴7露出。同时，在内筒6下移后，使得第二传压孔53与第一传压孔15连通，而压力液通过第一传压孔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”均以工具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工具，包括：

筒状的上接头，

设置在所述上接头的下端的筒状的连接套，

设置在所述连接套的下端的筒状的中心杆，

设置在所述连接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和设置在所述连接套上的第一传压孔，

设置在所述中心杆的下端的筒状的下接头，

设置在所述上接头的内腔中并能与所述上接头滑动式连接的内筒，

其特征在于，在所述上接头上设置连通内外的流通孔，在所述流通孔处设置喷嘴，在初始状态下，所述内筒封堵所述喷嘴和所述第一传压孔，

其中，在所述内筒的内腔封闭后，在第一压力作用下，所述内筒构造为能相对所述上接头移动而露出所述喷嘴，同时，所述第一传压孔与所述内筒的内腔连通以使得胶筒组件能在压力作用下变形而所述封隔器坐封，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所述的工具，其特征在于，所述封隔器还包括：

上端套式固定连接在所述连接套的外壁上的外筒，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连接套形成的活塞缸，

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，

所述第一传压孔设置在所述连接套上并与所述活塞缸连通，在所述内筒相对所述上接头移动而使压力液进入所述第一传压孔后，进入所述活塞缸并推动所述活塞向下运动。

3.根据权利要求2所述的工具，其特征在于，在所述内筒的壁上设置第二传压孔，所述第二传压孔构造为在所述内筒下移后与所述第一传压孔连通。

4.根据权利要求3所述的工具，其特征在于，所述第一传压孔包括用于与所述第二传压孔连通的第一部分，以及与所述第一部分和所述活塞缸均连通的第二部分，其中所述第一部分构造为沿径向延伸的孔，而所述第二部分构造为沿轴向延伸的孔。

5.根据权利要求4所述的工具，其特征在于，在所述第一部分的入口处构造有扩孔。

6.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，还包括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。

7.根据权利要求6所述的工具，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。

8.根据权利要求6所述的工具，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。

9.根据权利要求1所述的工具，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。

10.一种管柱，其特征在于，包括根据权利要求1到8中任一项所述的工具。