CN105888639A - 塞控全通径滑套分段压裂管柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塞控全通径滑套分段压裂管柱，该管柱解决了现有技术用爆炸品火药柱为动力存在危险性大、工艺复杂、作业成本高等问题；该塞控全通径滑套分段压裂管柱(附图4)包括井下和压裂控制两部分，井下部分由套管42、定时滑套48和塞控滑套46(有多个)组成，其中49表示压裂层段，压裂控制部分由电缆41、电缆头43、定位仪器44、电缆液压送塞工具45和高强度水解桥塞47组成。

Description

塞控全通径滑套分段压裂管柱

技术领域

本发明涉及油田勘探开发工程技术领域，具体涉及一种井下电缆送塞工具、塞控全通径滑套及分段压裂管柱。

背景技术

1.桥塞送入工艺现状：

油气田的勘探开发中，应用桥塞进行分层试油、分层段压裂、分层段采油气或堵水等成为应用最广泛的一项工艺。桥塞封堵工艺在生产应用中进行封堵作业时，必须由一套配套的送入工艺把桥塞送达预定的位置坐封，才能切断生产井的流动通道，达到封堵的目的。目前所应用的送塞方法主要有机械液压送入式和电缆送入式两类，采用机械液压送入式时，需要将液压送入工具和桥塞组装于钢质管子组成的管柱上，由钢质管子把送入工具和桥塞送至预定位置，然后由地面泵向钢质管子内按一定的压力注入液体，液体压力作用于送入工具的活塞上产生机械推力，依靠送入工具外筒与中心管的相对运动力，使桥塞坐封，并在坐封后丢手起出管柱。如果采用电缆送入式时，需要将电缆送塞工具和桥塞与电缆连接，由电缆把送入工具和桥塞送至预定位置，然后由地面仪器通过电缆通讯向送入工具发出起爆信号，由于电缆送入工具是一种燃爆式工具，得到地面起爆信息后，送入工具内的火药柱开始起爆燃烧，火药柱产生的高压气体作用于送入工具的活塞上产生机械推力，依靠送入工具外筒与中心管的相对运动力使桥塞坐封，并使送塞工具与桥塞分离丢手。机械液压送入工具施工复杂，需要大量的专用设备起下管子，工期长、成本高，特别是高压油气井施工时或分段压裂施工时，不能在井筒存在喷发的条件下施工，必须进行压井或放压至停泵才能施工；电缆送入式施工作业，能够在带压条件下进行施工作业，且施工设备相对较为简单，但由于采用动力火药柱为危险爆炸品，管理与管控要求高，施工队伍与人员素质要求高，施工时装药等作业危险性大，只能由较高资质的专业队伍施工，技术应用受到较大的限制。

2.分段压裂滑套技术现状：

在油气田的勘探开发中，需要通过射孔或滑套，在压裂施工时或投产生产时在井筒与地层建立连通的通道，如果采取打开压裂喷砂滑套来实现，则需要对滑套进行一关操作，通常所用的滑套开关控制方法为机械式、电控式和液动式。机械式开关滑套，需要通过变换内滑套的通径或设置控制位操作，将使滑套的内径逐级减小，造成井筒内通径不一致，需要进行二次处理；电控式能够达到井筒内全通径结构，但控制电路受井下温度影响，使之工作不可靠，不仅成本较高，而且成功率较低，目前仍然处于概念性研究阶段；液动式也叫通直径球座控制式，是采取液压控制滑套控制球座，再由球控制滑套开关，应用时需要各级滑套间连接液动控制线，且滑套内通径也要小于井筒内径，造成井筒变径，这种方法不仅工艺复杂，施工成本高，控制难度大，而且不能达到井筒内全通径，而井筒最未端的连通通道，一般采取压差式滑套或套管射孔方式实现。这种建立连通通道的套管压裂管柱都存在着一定的缺陷。以射孔为完井方式的分段压裂管柱，射孔作业工艺复杂，作业成本高，特别是水平井进行射孔作业的难度更大；同时，套管在射孔成孔过程中，由于受到高温高压聚能核的冲击，孔眼周边的不规则变形损坏，使套管的强度降低，经过长时间的生产后，容易导致射孔段套管损坏。采用压差滑套或控制滑套的管柱，地层与井筒的连通通道只有喷砂孔一个位置，井筒内的泄油气面积小，生产过程中近井带不完善导致的压降较大，直接影响到油气井的产能。

发明内容

为了解决背景技术存在的问题，本发明公开了一种塞控全通径滑套分段压裂管柱，该管柱解决了现有技术用爆炸品火药柱为动力存在危险性大、工艺复杂、作业成本高等问题；该塞控全通径滑套分段压裂管柱(附图4)包括井下和压裂控制两部分，井下部分由套管42、定时滑套48和塞控滑套46(有多个)组成，其中49表示压裂层段，压裂控制部分由电缆41、电缆头43、定位仪器44、电缆液压送塞工具45和高强度水解桥塞47组成；

塞控全通径滑套分段压裂管柱所述的定时滑套(附图2)，是一种定时开孔设计的滑套特例，不限于实例所述的结构，该特例所述定时滑套是其定时开孔方法应用的特例，以说明定时滑套的结构原理；

所述定时滑套(附图2-1)包括上接头25、外筒26、下接头27、定时器28组成，所述上接头25、下接头27设有API标准套管螺纹和锥管螺纹，目的是提供与套管连接接口，所述外筒26上端设置上接头25，下端设置下接头27，所述定时器28设置于外筒开孔位置(附图2-2)，螺纹连接于外筒孔内，开孔器在外筒布局方式，采取双向对角均匀分布并保障外筒强度的设置。

所述定时器28采用高强度可降解材料构建，所述定时器28除采用不同降解时间配比的材料控制降解开孔时间外，内盲孔也是定时核心，不同的盲孔结构与深度降解开孔的时间不同，所述定时滑套下入套管完井时，根据计划施工总时间和需要各段与地层连通需要的开启时间，将所述定时滑套设置为开启时间完全不同的定时滑套组，并按照开启前后顺序将定时滑套组装于完井套管各生产段下入设计位置，固井时，由于定时滑套没有开启，固井水泥按传统方式顶替至设计位置，固井及其它准备工作完成后，定时滑套将按设置的开启时间分段开启，将井筒内与地层间建立通道，以便进行分段措施作业或投产生产。

塞控全通径滑套分段压裂管柱所述电缆液压送塞工具(附图1)，包括连接头1、控制电机2、螺杆开关阀柱3、阀外壳4、心轴5、活塞6、外筒7、液缸8、心轴9、活塞10、外筒11、液缸12、心轴13、活塞14、外筒15、液缸16、心轴17、活塞18、外筒19、液缸20、心轴21、外筒22、进液口23等部件组成：

所述连接头1设置在工具最顶端与下部控制电机2外壳螺纹连接，为锥体结构，控制电机2的输出轴上铣有扁方，插入螺杆开关阀柱3的扁方内孔中，心轴5上部螺纹连接于阀外壳4上，下部螺纹连接活塞6、心轴9螺纹连接于活塞6与活塞10之间；心轴13螺纹连接于活塞10与活塞14之间，心轴17与活塞14与活塞18之间；心轴21连接于活塞18下端。活塞6外部设置有外筒7，外筒7下端螺纹连接液缸8，与活塞6共同构成一级液压装置，液缸8下端与外筒11螺纹连接，与活塞10构成二级液压装置，外筒11下端与液缸12螺纹连接，下端与外筒15螺纹连接，与活塞14构成三级液压装置，液缸16上端与外筒15连接，下端与外筒19连接，与活塞18构成四级液压装置，液缸20上端与外筒19连接，下端与外筒22螺纹连接；

所述电缆液压送塞工具的特征是一种四级液压工具，其特点为进入液缸内的压力液受螺杆开关阀柱3的控制，螺杆开关阀柱3关闭时，井筒液经进液口23受螺杆开关阀柱3阻断不能进入液缸，各级液缸内部为空腔，井筒液作用于第四级液缸20的下端给外筒一个向上的推力，从而保证了在座封前外筒不能下移而推动桥塞坐封机构造成中途座封；

所述电缆液压送塞工具的特征是液缸设计为单向控制进液设计，螺杆开关阀柱3打开后，动力液通过心轴向液缸供液，除第四级液缸平衡下部液动推力，其它各级液缸的上腔为液压动力液，下腔为封闭空腔，从而能够依靠井筒内的压力作用于液缸上，产生推动力于外筒，使桥塞的得到座封力和丢手力。如果压力不足时，可通过向井筒增压的方法增加压力；

所述电缆液压送塞工具的特征是开关阀由设置于工具上部的控制电机2进行控制；

所述电缆液压送塞工具作业前将电缆液压送塞工具与电缆、校深仪器连接好后用剪销同桥塞连接，电缆液压送塞工具至设计位置。下入过程中由于液压动力装置的入液口受到螺杆开关阀柱3的控制，送塞工具的内压力大于外压力，使电缆液压送塞工具液缸的上腔压力小于下腔压力，液缸对外筒产生向上的推力，保持电缆送塞工具不受液动的影响，桥塞下至设计位置后，给电缆液压送塞工具发出启动信息，开关阀阀体上移，使心轴内进液口打开，液体压力通过心轴上的孔眼传至各级液缸内上腔，液压力推动液缸向下运行，继而带动与之联接的外筒下行，外筒的作用力推动桥塞实现坐封，当液缸产生的液压力推力大于桥塞剪销丢手力时，桥塞上的剪销与电缆液压送塞工具断开，实现井下丢手。

塞控全通径滑套分段压裂管柱所述塞控全通径滑套(附图3)，是一种长度大于1m以上的断销式开启滑套，主要由上接头31、剪销32、剪切环33、孔眼喷咀34、滑套35、外套36、下接头37组成；

所述塞控全通径滑套的特征是所述该工具的滑套长度通常较长，一般为桥塞的1倍以上长度，以便于桥塞进能够准确的座封于滑套内腔；

所述塞控全通径滑套的特征是滑套剪销为内藏式结构设计，有助于密封且能够方便于组装；

所述塞控全通径滑套的喷砂孔眼上设置有高强度喷嘴，且喷嘴口本身由可溶材料密封，以保证固井作业时不造成固死滑套，并在滑套开启后，能够利用喷嘴高速射流，在井眼近井带产生比射孔更深的孔眼。

附图说明

附图1电缆液压送塞工具结构示意图

图中1-连接头、2-控制电机、3-螺杆开关阀、4-阀外壳、5-心轴、6-活塞、7-外筒、8-液缸、9-心轴、10-活塞、11-外筒、12-液缸、13-心轴、14-活塞、15-外筒、16-液缸、17-心轴、18-活塞、19-外筒、20-液缸、21-心轴、22-外筒、23-进液口

附图2定时滑套的外形图

图中25-上接头、26-外筒、27-下接头

附图2-1定时滑套的剖面图

图中25-上接头、26-外筒、27-下接头、28-定时器

附图2-2附图2-1定时器放大图

附图3塞控全通径滑套的结构示意图

图中31-上接头、32-剪销、33-剪切环、34-孔眼喷咀、35-滑套、36-外套、37-下接头

附图4塞控全通径滑套分段压裂管柱结构示意图

图中41-电缆、42-套管、43-电缆头、44-定位仪器、45-电缆液压送塞工具、46-塞控滑套、47-高强度水解桥塞、48-定时滑套、49-压裂层段

具体实施方式

施工时根据油气井(附图4)分段压裂段数，设置塞控滑套组数，其中最下面一层安装定时滑套48，其它层段按照压裂位置顺序将塞控滑套46组装于完井套管各生产段，建立塞控全通径滑套分段压裂管柱；固井时由于塞控滑套没有开启，固井水泥按传统方式顶替至设计位置，固井及其它准备工作完成后首先对第一段进行压裂，而后用电缆41、电缆头43、定位仪器44、电缆液压送塞工具45将高强度水解桥塞47下至第二段位置，并将桥塞座封于塞控滑套内，地面注入压裂液，桥塞推动塞控滑套开启，并由桥塞将井筒内已压裂隔开，地面根据各段的压裂施工设计进行分段压裂施工作业，完成第二段压裂后，重复以上的方法打开第三段、第四段、各级塞控滑套，至全部段压裂完成。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

由于本发明可以实现送塞作业与打开分段压裂滑套一次完成，并及时封堵已压裂段，且全部送塞作业由普通的电缆车完成，无需要火控材料，有效地克服了坐封、射孔和传统电缆送塞作业的高风险性，能够有效降低成本，解决了现有技术存在送塞操作难度大、危险性高、分段滑套控制难度大及工艺复杂的技术问题。电缆送塞工具、塞控全通径滑套构成不用火药柱送塞工具和射孔枪射孔的塞控全通径滑套分段压裂管柱技术，解决现有技术存在工艺复杂、作业难度大、火药危险性大等问题，简化油气井分段压裂工艺，降低作业风险，充分发挥电缆送入桥塞的工艺特点，使普通电缆作业车均能完成送塞和全通径分段压裂作业。本发明提供的优选技术方案还具有成本低、应用范围广及施工工艺简单等诸多优点。

Claims (4)

1.塞控全通径滑套分段压裂管柱，包括井下和压裂控制两部分，井下部分由套管42、定时滑套48和多个塞控滑套46组成，压裂控制部分由电缆41、电缆头43、定位仪器44、电缆液压送塞工具45和高强度水解桥塞47组成。

2.塞控全通径滑套分段压裂管柱，所述的定时滑套包括上接头25、外筒26、下接头27、定时器28组成，所述上接头25、下接头27设有API标准套管螺纹和锥管螺纹，目的是提供与套管连接接口，所述外筒26上端设置上接头25，下端设置下接头27，所述定时器28设置于外筒开孔位置，螺纹连接于外筒孔内，开孔器在外筒布局方式，采取双向对角均匀分布、并保障外筒强度的设置；

所述定时器28采用高强度可降解材料构建，所述定时器28除采用不同降解时间配比的材料控制降解开孔时间外，内盲孔也是定时核心，不同的盲孔结构与深度降解开孔的时间不同。

3.塞控全通径滑套分段压裂管柱所述电缆液压送塞工具，包括连接头1、控制电机2、螺杆开关阀柱3、阀外壳4、心轴5、活塞6、外筒7、液缸8、心轴9、活塞10、外筒11、液缸12、心轴13、活塞14、外筒15、液缸16、心轴17、活塞18、外筒19、液缸20、心轴21、外筒22、进液口23等部件组成，所述连接头1设置在工具最顶端与下部控制电机2外壳螺纹连接，为锥体结构，控制电机2的输出轴上铣有扁方，插入螺杆开关阀柱3的扁方内孔中，心轴5上部螺纹连接于阀外壳4上，下部螺纹连接活塞6、心轴9螺纹连接于活塞6与活塞10之间；心轴13螺纹连接于活塞10与活塞14之间，心轴17与活塞14与活塞18之间；心轴21连接于活塞18下端。活塞6外部设置有外筒7，外筒7下端螺纹连接液缸8，与活塞6共同构成一级液压装置，液缸8下端与外筒11螺纹连接，与活塞10构成二级液压装置，外筒11下端与液缸12螺纹连接，下端与外筒15螺纹连接，与活塞14构成三级液压装置，液缸16上端与外筒15连接，下端与外筒19连接，与活塞18构成四级液压装置，液缸20上端与外筒19连接，下端与外筒22螺纹连接；

所述电缆液压送塞工具的特征是一种四级液压工具，其特点为进入液缸内的压力液受螺杆开关阀柱3的控制，螺杆开关阀柱3关闭时，井筒液经进液口23受螺杆开关阀柱3阻断不能进入液缸，各级液缸内部为空腔，井筒液作用于第四级液缸20的下端给外筒一个向上的推力，从而保证了在座封前外筒不能下移而推动桥塞坐封机构造成中途座封。

4.塞控全通径滑套分段压裂管柱所述实施例塞控滑套，是一种滑套长度大于1m以上的断销式开启滑套，主要由上接头31、剪销32、剪切环33、孔眼喷咀34、滑套35、外套36、下接头37组成；

所述塞控滑套的特征是所述该工具的滑套长度通常较长，一般为桥塞的1倍以上长度，以便于桥塞进能够准确的座封于滑套内腔；

所述塞控滑套的特征是滑套剪销为内藏式结构设计，有助于密封且能够方便于组装；

所述塞控滑套的喷砂孔眼上设置有高强度喷嘴，且喷嘴口本身由可溶材料密封，以保证固井作业时不造成固死滑套，并在滑套开启后，能够利用喷嘴高速射流，在井眼近井带产生比射孔更深的孔眼。