CN106703706B - 注采管柱及使用其的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注采管柱及使用其的方法，属于注采作业领域。该注采管柱包括管柱段，该管柱段包括第一级管柱段，该第一级管柱段包括第一级开关阀和第一级封隔器，在第一级开关阀中设置有第一级开关阀滑套；多级管柱段，该多级管柱段与第一级管柱段连接，多级管柱段中的每一级管柱段包括开关阀、丢手工具和封隔器，每一级管柱段中设置有滑套组，不同级管柱段内滑套组的滑套孔径设置为不同；坐封球组，该坐封球组为多个不同直径的坐封球；在使用时，向注采管柱内逐级投入不同直径的坐封球，并使坐封球与多级管柱段中的不同滑套孔径滑套组配合进行坐封和封闭下层管柱段，并在施工完成后逐级上提注采管柱以实现逐级坐封、逐级验封和逐级解封。

Description

注采管柱及使用其的方法

技术领域

本发明涉及注采作业领域，特别涉及注采管柱及使用其的方法。

背景技术

目前，国内外酸化、压裂、化堵、分层测试等分层注入工艺措施方法自上世纪以来取得了长足的发展，而井型的选择也相应地从直井发展到大斜度井、大位移井、水平井等。

在注采作业中通常采用的分层注入工艺措施方法为将注采管柱内的所有的封隔器工具及配套锚定工具均采用同时坐封同时解封的方式。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

(1)无法监测注采管柱中的封隔器坐封是否失效；

(2)当遇到沉砂等情况时，容易造成管柱遇卡，使得封隔器管柱起出负荷增大，导致封隔器管柱解封和解卡变得困难，甚至还会造成油水井大修；

(3)当油田井为大斜度井时，采用诸多分层注入措施方法会造成许多不适应的情况，其主要原因是由于大斜度井其井筒轴线严重偏离垂线，使井下工具的工作状态比直井更为恶劣，当配套工具和封隔器等采用现有的分层注入工艺措施方法时，封隔器的坐封效果不能得到有效保证；

(4)对油井进行分层施工时，注采目的层中的封隔器无法控制管内与管外之间的压差，从而无法避免由于单向压力过高造成其它封隔器胶筒损坏，无法实现分层措施施工。

因此，确有必要提供一种注采管柱及使用其的方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种注采管柱及使用其的方法。所述技术方案如下：

本发明的一个目的是提供了一种注采管柱。

本发明的还一目的是提供了一种使用注采管柱的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种注采管柱，所述注采管柱包括从下到上依次设置且彼此通过油管连接的油管鞋、管柱段、井下安全阀、油管挂和油管四通，其中，

所述管柱段包括：

第一级管柱段，所述第一级管柱段包括从下到上依次设置的第一级开关阀和第一级封隔器，所述第一级开关阀的一端通过油管与油管鞋固定连接，在所述第一级开关阀中设置有第一级开关阀滑套；

多级管柱段，所述多级管柱段与所述第一级管柱段连接，所述多级管柱段中的每一级管柱段均包括从下到上依次设置的开关阀、丢手工具和封隔器，所述每一级管柱段中设置有滑套组，所述多级管柱段中的不同级的管柱段内的滑套组的滑套孔径设置为不同；

坐封球组，所述坐封球组为多个不同直径的坐封球；

在使用时，向所述注采管柱内逐级投入所述不同直径的坐封球，并使所述坐封球与所述多级管柱段中的不同滑套孔径的所述滑套组相配合进行坐封和封闭下层的管柱段，并在施工完成后通过所述丢手工具逐级上提所述注采管柱，以实现所述注采管柱的逐级坐封、逐级验封和逐级解封。

进一步地，所述多级管柱段中的所述滑套组的滑套孔径逐级增大，且所述滑套组的滑套孔径大于第一级开关阀滑套的滑套孔径，与所述第一级开关阀滑套相配合的坐封球为第一级坐封球，所述第一级坐封球的直径设置为所述坐封球组合中直径最小的坐封球，与所述多级管柱段中的滑套组相配合的坐封球的直径从第一级坐封球的直径逐级增大。

进一步地，在所述多级管柱段中同一级管柱段内的滑套组的滑套孔径是相同的，所述多级管柱段中不同级的管柱段中的滑套组的滑套孔径设置为不同。

具体地，所述多级管柱段中的每一级管柱段中的滑套组均包括设置在所述开关阀内的开关阀滑套、设置在所述丢手工具内的丢手工具滑套和设置在所述封隔器内的封隔器滑套，在所述同一级管柱段中的开关阀滑套、丢手工具滑套和封隔器滑套的孔径相同，在所述不同级的管柱段中的开关阀滑套、丢手工具滑套和封隔器滑套的孔径不相同，

在使用时，彼此配合的所述坐封球与所述开关阀滑套一起下落到所述管柱段中的下层管柱段的封隔器上，以实现关闭所述下一层管柱段。

具体地，所述多级管柱段包括：

第二级管柱段，所述第二级管柱段包括从上到下依次设置的第二级开关阀、第二级丢手工具和第二级封隔器，所述第二级开关阀通过油管与所述第一级封隔器连接，设置在所述第二级管柱段中的滑套组为第二级滑套组，所述第二级滑套组包括第二级开关阀滑套、第二级丢手工具滑套和第二级封隔器滑套，与所述第二级滑套组相配合的坐封球为第二级坐封球；

第三级管柱段，所述第三级管柱段包括从下到上依次设置的第三级开关阀、第三级丢手工具和第三级封隔器，所述第三级开关阀通过油管与所述第二级封隔器连接，设置在所述第三级管柱段中的滑套组设置为第三级滑套组，所述第三级滑套组包括第三级开关阀滑套、第三级丢手工具滑套和第三级封隔器滑套，与所述第三级滑套组相配合的坐封球为第三级坐封球；

……

第n-1级管柱段，所述第n-1级管柱段包括从下到上依次设置的第n-1级开关阀、第n-1级丢手工具和第n-1级封隔器，所述第n-1级开关阀与第n-2级封隔器连接，设置在所述第n-1级管柱段中的所述滑套组为第n-1级滑套组，所述第n-1级滑套组包括第n-1级开关阀滑套、第n-1级丢手工具滑套和第n-1级封隔器滑套，与所述第n-1级滑套组相配合的坐封球为第n-1级坐封球；

第n级管柱段，所述第n级管柱段包括从下到上依次设置的第n级开关阀、第n级丢手工具和第n级封隔器，所述第n级开关阀与所述第n-1级封隔器通过油管连接，设置在所述第n级管柱段中的所述滑套组为第n级滑套组，所述第n级滑套组包括第n级开关阀滑套、第n级丢手工具滑套和第n级封隔器滑套，与所述第n级滑套组相配合的坐封球为第n级坐封球，其中n设置为大于3的整数。

进一步地，所述多级管柱段中的每一级管柱段内的封隔器滑套和丢手工具滑套通过启动销钉分别与所述封隔器连接和所述丢手工具连接，且在所述封隔器滑套外侧的所述封隔器的上中心管上设置有封隔器液流通道，

在憋压坐封所述封隔器时，向所述注采管柱内施加液压，使与所述封隔器滑套相连接的启动销钉断裂，之后彼此配合的所述坐封球和所述封隔器滑套一起下落，使所述封隔器液流通道与所述封隔器的上中心管的管腔相连通，以实现所述封隔器的坐封。

具体地，所述封隔器滑套和丢手工具滑套均包括彼此连接的支撑爪和支撑件，所述封隔器的下接头的内侧面沿径向方向设置有封隔器凹槽，

当封隔器滑套和丢手工具滑套分别固定在封隔器和丢手工具上时，所述封隔器滑套的支撑爪和丢手工具滑套的支撑爪均处于收紧状态，

在憋压坐封所述封隔器时，在与所述封隔器相连接的启动销钉断裂后，彼此配合的坐封球和所述封隔器滑套一起下落，之后所述封隔器滑套的支撑爪在所述封隔器凹槽处张开且同时被限位在所述封隔器凹槽中，所述坐封球下落到同一级管柱段中的所述丢手工具内，并与所述丢手工具滑套的支撑爪相配合。

进一步地，所述多级管柱段中的每一级管柱段内的丢手工具从上到下依次设置上接头、连接爪、连接头、中心管和下接头，所述丢手工具滑套通过所述启动销钉设置在所述连接头的内侧，

在所述丢手工具的下接头的内侧面沿径向方向设置有丢手工具凹槽，在与所述丢手工具滑套相连接的启动销钉断裂后，彼此配合的坐封球与所述丢手工具滑套一起下落，之后所述丢手工具的支撑爪在所述丢手工具的凹槽处张开且同时被限位在所述丢手工具凹槽中，所述坐封球下落到同一级管柱段中的开关阀内，并与所述开关阀的开关阀滑套相配合。

具体地，在所述中心管的外侧设置有外套，所述上接头的内外两侧分别与所述连接爪和所述外套的一端固定连接，所述外套的另一端通过螺帽与所述中心管的外侧滑动连接，所述螺帽与所述连接头之间形成有下部环形腔，在逐级解封所述注采管柱时，所述下部环形腔为所述丢手工具上部的封隔器的解封提供足够的行程。

进一步地，在所述外套与所述连接爪之间设置有活塞，所述活塞的外侧与所述外套的内侧密封连接，所述活塞的内侧与所述连接爪通过解封销钉连接，且所述连接爪下部的锁爪设置在所述活塞的下部与所述连接头的上部之间，

所述活塞、外套、连接头和连接爪之间彼此围绕形成活塞腔，所述活塞腔与所述丢手工具滑套之间设置有丢手工具液流通道，

当坐封球下落并与所述丢手工具滑套相配合时，继续向所述注采管柱施加液压，并继续憋压坐封所述封隔器，同时使与所述丢手工具滑套相连接的启动销钉断裂，所述坐封球与所述丢手工具滑套一起下落，从而打开所述丢手工具液流通道，使所述活塞腔与所述丢手工具的中心管内腔相连通，之后所述解封销钉断裂，解锁所述连接爪。

具体地，所述连接头的下部与所述中心管通过丢手销钉连接。

在使用时，当所述注采管柱遇卡时，通过拔断所述丢手销钉以实现逐级丢手分段打捞所述注采管柱。

进一步地，所述多级管柱段中的每一级管柱段的开关阀均包括阀体和设置在所述阀体内腔中的所述开关阀滑套，所述开关阀进液通道通过开启销固定连接。

在所述阀体上设置有开关阀进液通道，所述开关阀滑套设置在所述开关阀进液通道的内侧，

使用时，在与所述丢手工具滑套相连接的启动销钉断裂后，彼此配合的所述坐封球与所述开关阀滑套一起下落，从而打开所述开关阀进液通道，同时所述开关阀滑套与所述坐封球下行到管柱段中的下层管柱段的封隔器的上中心管的台阶上，从而关闭下一级管柱段的液流通道和开关阀进液通道。

进一步地，所述多级管柱段中的每一级管柱段的开关阀和所述第一级开关阀均与对应地注采目的层相连通。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种使用上述的注采管柱的方法，所述方法包括下列步骤：

(1)向注采管柱内投小直径的坐封球，使小直径的坐封球与第一级管柱段的第一级开关阀滑套相配合，并憋压坐封第一级封隔器，之后继续向注采管柱内施加液压，打开第一级开关阀；

(2)向注采管柱外侧的套管内施加压力，通过套管内压力的变化验证第一级封隔器的坐封效果；

(3)投入稍大直径的坐封球，使稍大直径的坐封球与第二级管柱段的第二级封隔器滑套相配合，并憋压坐封第二级封隔器；

(4)向注采管柱内继续施加压力，使稍大直径的坐封球和第二级封隔器滑套一起下落，使第二级封隔器滑套限位在第二级封隔器的封隔器凹槽中，并使稍大直径的坐封球与第二级丢手工具滑套相配合；

(5)进一步向注采管柱内施加压力，使第二级丢手工具中的解封销钉和启动销钉断裂，同时稍大直径的坐封球与第二级丢手工具滑套一起下落，使第二级丢手工具滑套限位在第二级丢手工具的丢手工具凹槽中，并使稍大直径的坐封球与第二级开关阀滑套相配合；

(6)继续向注采管柱内施加压力，使稍大直径的坐封球与第二级开关阀滑套一起下落，打开第二级开关阀，并关闭第一级管柱段的液流通道和进液通道，之后通过观察套管内压力的变化验证第二级封隔器的坐封效果；

(7)按照第二级管柱段的坐封和验封方法，依次对多级管柱段中的各个管柱段进行坐封和验封；

(8)在施工完成后，逐级上提注采管柱以实现注采管柱的逐级解封。

进一步地，当在逐级解封注采管柱的过程中遇卡时，继续上提遇卡处的管柱段，使所述管柱段中的丢手工具的丢手销钉被拔断，之后下入打捞工具逐级打捞起出所述管柱段。

具体地，所述开关阀的进液通道与相对应的注采目的层相连通，

验证所述封隔器的坐封效果时，当坐封效果为合格时，通过所述开关阀的进液通道对相对应的注采目的层施工，在所述注采目的层施工完成后，进行下一级管柱段的坐封和验封。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

(1)通过一次投球憋压可完成滑套式液压封隔器坐封、滑套式逐级解封丢手工具和开关阀开启，从而自下而上逐级坐封、逐级验封封隔器，实现分层可靠实施；

(2)滑套式逐级解封丢手工具通过投球憋压开启，同时该丢手工具具有伸缩补偿和丢手功能，可为上部管柱的解封提供足够的行程，可逐级解封封隔器，降低管柱起出负荷；

(3)当管柱遇卡后，可逐级丢手、逐级打捞起出管柱；

(4)所有封隔器及配套工具均采用液压控制，满足了深井和大斜度井分层实施的需要。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的注采管柱的局部结构示意图；

图2是图1所示的第一级开关阀或多级管柱段中的开关阀的结构示意图；

图3是图1所示的多级管柱段中的封隔器的结构示意图；

图4是图1所示的多级管柱段中的丢手工具的结构示意图；

图5是图3所示的封隔器滑套或者图4所示的丢手工具滑套在收紧状态的结构示意图；

图6是使用根据本发明的一个实施例的注采管柱的方法的流程图。

其中，100注采管柱，10第一级管柱段，11第一级开关阀，111第一级开关阀滑套，12第一级封隔器，13油管，20第二级管柱段，250第二级开关阀，260第二级丢手工具，270第二级封隔器，30第三级管柱段，350第二级开关阀，360第二级丢手工具，370第二级封隔器，40第四级管柱段，450第二级开关阀，460第二级丢手工具，470第二级封隔器，50多级管柱段中的开关阀，51开关阀滑套，52进液通道，53开启销钉，54阀体，60多级管柱段中的丢手工具，61丢手工具滑套，612丢手工具滑套的支撑爪，613丢手工具滑套的支撑件，62上接头，63连接爪，631解封销钉，632锁爪，64连接头，641下部环形腔，65中心管，651丢手销钉，66下接头，661丢手工具凹槽，67外套，671螺帽，68活塞，70多级管柱段中的封隔器，71封隔器滑套，711启动销钉，712封隔器滑套的支撑爪，713封隔器滑套的支撑件，72上接头，73上中心管，74下接头，741封隔器凹槽，75胶筒，76液压缸套，761液压腔，77锁环，78锥体，79卡瓦，80多级管柱段。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，其示出了根据本发明的一个实施例的注采管柱100。注采管柱100包括从下到上依次设置且彼此通过油管连接的油管鞋(未示出)、管柱段、井下安全阀(未示出)、油管挂(未示出)和油管四通(未示出)。结合参见图2，具体地，管柱段包括第一级管柱段10、多级管柱段80和坐封球组(未示出)。第一级管柱段10包括从下到上依次设置的第一级开关阀11和第一级封隔器12，第一级开关阀11的一端通过油管13与油管鞋(未示出)固定连接，在第一级开关阀11中设置有第一级开关阀滑套111。

多级管柱段80与第一级管柱段10连接，多级管柱段80中的每一级管柱段均包括从下到上依次设置的开关阀50、丢手工具60和封隔器70。具体地，每一级管柱段之间均通过油管13彼此连接，且开关阀50、丢手工具60和封隔器70也通过油管13彼此连接且连通。在每一级管柱段中设置有滑套组，多级管柱段80中的不同级的管柱段内的滑套组的滑套孔径设置为不同。坐封球组为多个不同直径的坐封球(未示出)，在使用时，向注采管柱100内逐级投入不同直径的坐封球，使坐封球分别与第一级开关阀11中的第一级开关阀滑套111和多级管柱段80中的不同滑套孔径的滑套组相配合进行坐封和封闭下层的管柱段，并在施工完成后通过丢手工具60逐级上提注采管柱100，以实现注采管柱100的逐级坐封、逐级验封和逐级解封，其中下层的管柱段为所坐封的封隔器70所在的管柱段的下方的管柱段或者下一级管柱段。

在本发明的一个示例中，多级管柱段80中的滑套组的滑套孔径逐级增大，并且与第一级开关阀滑套111相配合的坐封球设置为第一级坐封球，第一级坐封球的直径设置为坐封球组合中直径最小的坐封球，而且与多级管柱段80中的滑套组相配合的坐封球的直径从第一级坐封球的直径逐级增大，也就是说与多级管柱段80中的滑套组相配合的坐封球的直径均比第一级坐封球的直径大，且坐封球的直径呈逐级增大的现象。

在本发明的另一个示例中，在多级管柱段80中同一级管柱段内的滑套组的滑套孔径是相同的，多级管柱段80中不同级的管柱段中的滑套组的滑套孔径设置为不同。结合图1至图4所示，多级管柱段80中的每一级管柱段中的滑套组均包括设置在开关阀50内的开关阀滑套51、设置在丢手工具60内的丢手工具滑套61和设置在封隔器70内的封隔器滑套71，当然本领域的技术人员可以明白，开关阀滑套51可以是开关阀50中的部件之一，也可以将单独的开关阀滑套51部件与开关阀50进行组合，同样可以理解，丢手工具滑套61可以设置为丢手工具60中的部件之一，也可以将单独的丢手工具滑套61部件与丢手工具60进行组合，也可以理解，封隔器滑套71为封隔器70中的部件之一，也可以通过将单独的封隔器滑套71与封隔器70进行组合，当然本领域技术人员可以根据需要进行相应地选择，只要能实现将丢手工具滑套与丢手工具连接、封隔器滑套与封隔器连接以及开关阀滑套与开关阀连接即可。

具体地，同一级管柱段中的开关阀滑套51、丢手工具滑套61和封隔器滑套71的孔径相同，在不同级的管柱段中的开关阀滑套51、丢手工具滑套61和封隔器滑套71的孔径不相同。

在本发明的还一个示例中，第一级开关阀11的结构与多级管柱段80中的开关阀50的结构相同，第一级封隔器12的结构与在多级管柱段80中的封隔器70在没有设置封隔器滑套71时的结构相同。当然本领域的技术人员可以明白，第一级开关阀11的结构可以设置为与多级管柱段80中的开关阀50的结构不同，第一级封隔器12的结构也可以设置为与多级管柱段80中的封隔器70的结构相同，即在第一级封隔器12内同样设置封隔器滑套71，当然也可以将第一级封隔器12的结构设置为完全不同于多级管柱段80中的封隔器70的结构，本领域技术人员可以根据需要进行相应的选择，本示例仅是一种说明性示例，不应当理解为对本发明的一种限制。

如图1所示，多级管柱段80设置为第二级管柱段20、第三级管柱段30和第四级管柱段40。具体地，第二级管柱段20与第一级管柱段10通过油管13固定连接，第二级管柱段20包括从上到下依次设置的第二级开关阀250、第二级丢手工具260和第二级封隔器270。设置在第二级管柱段20中的滑套组命名为第二级滑套组，第二级滑套组包括第二级开关阀滑套、第二级丢手工具滑套和第二级封隔器滑套，与第二级滑套组相配合的坐封球命名为第二级坐封球(未示出)，第二级滑套组中的滑套孔径大于第一级开关阀滑套11的孔径，第二级坐封球的直径大于第一级坐封球的直径。

第三级管柱段30包括从下到上依次设置的第三级开关阀350、第三级丢手工具360和第三级封隔器370。设置在第三级管柱段30中的滑套组命名为第三级滑套组，第三级滑套组包括第三级开关阀滑套、第三级丢手工具滑套和第三级封隔器滑套，与第三级滑套组相配合的坐封球命名为第三级坐封球，其中第三级滑套组的滑套孔径大于第二级滑套组的滑套孔径，第三级坐封球的直径大于第二级坐封球的直径。

第四级管柱段40包括从下到上依次设置的第四级开关阀450、第四级丢手工具460和第四级封隔器470。设置在第四级管柱段40中的滑套组命名为第四级滑套组，第四级滑套组包括第四级开关阀滑套、第四级丢手工具滑套和第四级封隔器滑套，与第四级滑套组相配合的坐封球命名为第四级坐封球，其中第四级滑套组的滑套孔径大于第三级滑套组的滑套孔径，第四级坐封球的直径大于第三级坐封球的直径。

当然本领域的技术人员可以明白，注采管柱可以从第一级管柱段设置到第n级管柱段，即多级管柱段可以从第二级管柱段、第三级管柱段以此类推设置到第n-1级管柱段、第n级管柱段，其中n设置为大于3的整数。那么，按照逐级设置多级管柱段、逐级增大滑套组的滑套孔径和逐级增大坐封球的直径的方法设置多级管柱段80。

当多级管柱段80设置到第n-1级管柱段时，第n-1级管柱段包括从下到上依次设置的第n-1级开关阀、第n-1级丢手工具和第n-1级封隔器。设置在第n-1级管柱段中的滑套组命名为第n-1级滑套组，具体地，第n-1级滑套组包括第n-1级开关阀滑套、第n-1级丢手工具滑套和第n-1级封隔器滑套，与第n-1级滑套组相配合的坐封球命名为第n-1级坐封球，且第n-1级滑套组的滑套孔径大于第n-2级滑套组的滑套孔径，第n-1级坐封球的直径大于第n-2级坐封球的直径。

当多级管柱段80设置到第n级管柱段时，第n级管柱段包括从下到上依次设置的第n级开关阀、第n级丢手工具和第n级封隔器。设置在第n级管柱段中的所述滑套组命名为第n级滑套组，具体地，第n级滑套组包括第n级开关阀滑套、第n级丢手工具滑套和第n级封隔器滑套，与第n级滑套组相配合的坐封球命名为第n级坐封球且第n级滑套组的滑套孔径大于第n-1级滑套组的滑套孔径，第n级坐封球的直径大于第n-1级坐封球的直径。

由此可知，开关阀50设置在了第二级管柱段中即命名为第二级开关阀250，开关阀50设置在了第三级管柱段中即命名为第三级开关阀350，设置在了第四级管柱段中即命名为第四级开关阀450，以此类推，开关阀50设置在了第n-1级管柱段中即命名为第n-1级开关阀，设置在了第n级管柱段中即命名为第n级开关阀；同理可知，丢手工具60设置在了第二级管柱段即命名为第二级丢手工具260，丢手工具60设置在了第三级管柱段中即命名为第三级丢手工具360，设置在了第四级管柱段中即命名为第四级丢手工具460，以此类推，丢手工具60设置在了第n-1级管柱段中即命名为第n-1级丢手工具，设置在了第n级管柱段中即命名为第n级丢手工具；同样可以理解，当封隔器70设置在了第二级管柱段中即命名为第二级封隔器270，封隔器70设置在了第三级管柱段中即命名为第三级封隔器370，设置在了第四级管柱段中即命名为第四级封隔器470，以此类推，开关阀50设置在了第n-1级管柱段中即命名为第n-1级封隔器，设置在了第n级管柱段中即命名为第n级封隔器。

本领域技术人员可以根据需要设置注采管柱的层数，即注采管柱100可以设置为两层、三层或者更多层，也就是说可以将注采管柱设置为2层管柱段，即包括第一和第二级管柱段，使得井下安全阀与第二级管柱段中的第二级封隔器相连接，也可以将注采管柱段设置为3层管柱段，即包括第一、第二和第三级管柱段，这样井下安全阀应当与第三级管柱段中的第三级封隔器相连接，以此类推，可以设置为n层，则井下安全阀应当与第n级管柱段中的第n级封隔器相连接。本示例仅是一种说明性示例，不应当理解为对本发明的一种限制。

结合参见图3和图5，封隔器70从上到下依次设置为上接头72、上中心管73和下接头74。在上中心管73的上部的外侧设置有胶筒75，在胶筒75的下方设置有彼此配合的液压缸套76和锁环77，液压缸套76的上端通过上活塞与胶筒75连接，锁环77的下端连接有锥体78，卡瓦79与锥体78配合连接，且液压缸套76和锁环77之间形成有液压腔761。在上中心管73的内侧设置有封隔器滑套71，封隔器滑套71通过启动销钉711与上中心管73固定连接。在封隔器滑套71的外侧的上中心管73上设置有封隔器液流通道(未示出)，即在封隔器滑套71与液压腔761之间设置有封隔器液流通道。

在本发明的一个示例中，封隔器滑套71包括彼此连接的支撑爪712和支撑件713，启动销钉711连接支撑爪712和上中心管73，且此时支撑爪712处于收紧状态。当坐封球下落到支撑爪712上时，与支撑爪712形成密封截面，这样有利于封隔器70进行憋压坐封。在下接头74的内侧面沿径向方向设置有封隔器凹槽741，当支撑爪712和支撑件713一起下落到封隔器凹槽741处时，支撑爪712在封隔器凹槽741处张开。

当憋压坐封封隔器70时，向注采管柱100内施加液压，使与封隔器滑套71相连接的启动销钉711断裂，之后彼此配合的坐封球和封隔器滑套71一起下落，使封隔器液流通道被打开，此时液压腔761与封隔器70的上中心管73的管腔相连通，使得上中心管73中的液体通过封隔器液流通道进入液压腔761中。液压腔761中的液体逐渐增多，使得液压腔761中的液压逐渐增大，从而推动液压缸套76向上移动，从而通过上活塞推动胶筒75压缩变形，以实现封隔器70的坐封。在液压缸套76向上推动的过程中，锁环77向下推动锥体78，从而把卡瓦79撑开，使得卡瓦79锚定注采管柱100外侧的套管(未示出)，而无需其它锚定工具进行锚定，而且还安全可靠。

在坐封球与封隔器滑套71一起下落后，封隔器滑套71的支撑爪712在封隔器凹槽741处张开，并限位在封隔器凹槽741中，同时打开了封隔器滑套71的内通径，使得坐封球能够通过封隔器滑套741下落到同一级管柱段中的丢手工具60内，并与丢手工具滑套61相配合。

结合图4和图5所示，丢手工具60从上到下依次设置上接头62、连接爪63、连接头64、中心管65和下接头66。丢手工具滑套61通过启动销钉711设置在连接头64的内侧。在本发明的一个示例中丢手工具滑套61的结构与封隔器滑套71的结构完全相同，即丢手工具滑套61包括支撑爪612和支撑件613。启动销钉711连接支撑爪612和连接头64，且此时支撑爪612处于收紧状态。当坐封球下落到支撑爪612上时，与支撑爪612形成密封截面，这样有利于继续憋压坐封同一级管柱中的封隔器70，并同时为逐级坐封做准备。在下接头66的内侧面沿径向方向设置有丢手工具凹槽661，当支撑爪612和支撑件613一起下落到丢手工具凹槽661处时，支撑爪612在丢手工具凹槽661处张开。

在中心管65的外侧设置有外套67，上接头62的内侧与连接爪63固定连接，上接头62的外侧与外套67的一端固定连接，外套67的另一端通过螺帽671与中心管65的外侧滑动连接。螺帽671与连接头64之间形成有下部环形腔641。在外套67与连接爪63之间设置有活塞68，活塞68的外侧与外套67的内侧密封连接，例如可以通过环形密封圈密封连接，活塞68的内侧与连接爪63通过解封销钉631连接，且连接爪63下部的锁爪632设置在活塞68的下部与连接头64的上部之间。活塞68、外套67、连接头64和连接爪63之间彼此围绕形成活塞腔(未示出)，活塞腔与丢手工具滑套61之间设置有丢手工具液流通道(未示出)。

在坐封球下落到丢手工具滑套61上后，坐封球与支撑爪612配合形成密封截面，并继续向注采管柱100内施加液压，完成坐封同一级管住内的封隔器70。同时由于注采管柱100内液压逐渐增大，使得与丢手工具滑套61连接的启动销钉711断裂，坐封球与丢手工具滑套61一起下落，从而打开了与活塞腔连通的丢手工具液流通道；此时注采管柱100内的液压通过丢手工具液流通道流到活塞腔中，之后活塞腔内液压逐渐增大，使得连接活塞68与锁爪632的解封销钉631断裂，使得锁爪632被解锁，为在施工完成后逐级解封注采管柱100做好准备。

在逐级解封注采管柱100时，由于锁爪632被解锁，在上提注采管柱100解封封隔器70时，能够使上接头62带动外套67、螺帽671和连接爪63一起上行。上接头62带动外套67、螺帽671和连接爪63上行的距离为下部环形腔641的长度，即螺帽671与连接头64之间的距离。由于螺帽与连接头64之间的距离为上部管柱的解封提供了足够的行程，从而使得在丢手工具60下方的封隔器不会受到上提管柱的力的影响而被同时解封，从而实现了逐级解封注采管柱100。

当坐封球与丢手工具滑套61一起下落后，丢手工具滑套61的支撑爪612在丢手工具凹槽661处张开，并限位在丢手工具凹槽661中，同时打开了丢手工具滑套61的内通径，使得坐封球通过丢手工具滑套61下落到开关阀50中，并与开关阀滑套51相配合。

在本发明的一个示例中，连接头64的下部与中心管65通过丢手销钉651连接。在逐级解封注采管柱100遇卡时，可以通过拔断丢手销钉651，使中心管65与连接头64脱离实现丢手，之后分段打捞起出遇卡的管柱或者剩下的注采管柱。

再次参见图2，开关阀50包括阀体54和设置在阀体54内腔中的开关阀滑套51，开关阀进液通道52通过开启销钉53固定连接。在阀体54上设置有开关阀进液通道52，开关阀滑套51设置在开关阀进液通道52的内侧。当坐封球下落到开关阀50中与开关阀滑套51相配合时，继续向注采管柱100内施加液压，使开启销钉53断裂，从而打开开关阀进液通道52。同时一起下落的坐封球和开关阀下行到下行到管柱段中的下一级管柱段的封隔器70的上中心管的台阶上，并坐死到上中心管的台阶上，从而封死下部液流通道和进液通道，进而关闭下一层管柱段。

在开关阀进液通道52被打开且关闭下层管柱后，向注采管柱100外围，即设置在注采管柱100外侧的套管(未示出)与注采管柱100之间的空腔中施加液压，通过观察套管压力的变化判断封隔器70的坐封效果，以实现注采管柱100的逐级验封。

在本发明的一个示例中，在第一级管柱段10坐封时，通过坐封球与第一级开关阀滑套111相配合，进行憋压坐封第一级封隔器12。在第一级封隔器12坐封完成后，继续向注采管柱100内施加液压，使坐封球与第一级开关阀滑套111一起下落，从而打开第一级开关阀11的开关阀进液通道，同时一起下落的第一级开关阀滑套111和坐封球落到了井底。在开关阀进液通道打开之后，对第一级封隔器12进行验封，第一级封隔器12验封的方法与上述验封方法完全相同，在此不再赘述。

在本发明的另一个示例中，注采管柱100中所设置的开关阀与对应的注采目的层相连通，即多级管柱段中的每一级管柱段的开关阀和第一级开关阀均与对应的注采目的层相连通，使得在开关阀进液通道在打开后，能够通过开关阀进液通道对相应的注采目的层进行施工。

参见图6，其示出了根据本发明的一个实施例的使用注采管柱的方法的流程。使用注采管柱100的方法包括下列步骤：

(1)向注采管柱100内投小直径的坐封球，使小直径的坐封球与第一级管柱段10的第一级开关阀滑套111相配合，并憋压坐封第一级封隔器12，之后继续向注采管柱100内施加液压，打开第一级开关阀11；

(2)向注采管柱100外侧的套管内施加压力，通过套管内压力的变化验证第一级封隔器12的坐封效果；

(3)投入稍大直径的坐封球，使稍大直径的坐封球与第二级管柱段20的第二级封隔器滑套相配合，并憋压坐封第二级封隔器270；

(4)向注采管柱100内继续施加压力，使稍大直径的坐封球和第二级封隔器滑套一起下落，使第二级封隔器滑套限位在第二级封隔器270的封隔器凹槽中，并使稍大直径的坐封球与第二级丢手工具滑套相配合；

(5)进一步向注采管柱100内施加压力，使第二级丢手工具260中的解封销钉和启动销钉断裂，同时稍大直径的坐封球与第二级丢手工具滑套一起下落，使第二级丢手工具滑套限位在第二级丢手工具260的丢手工具凹槽中，并使稍大直径的坐封球与第二级开关阀滑套相配合；

(6)继续向注采管柱内施加压力，使稍大直径的坐封球与第二级开关阀滑套一起下落，打开第二级开关阀，并关闭第一级管柱段10的液流通道和进液通道，之后通过观察套管内压力的变化验证第二级封隔器270的坐封效果；

(7)按照第二级管柱段20的坐封和验封方法，依次对多级管柱段80中的各个管柱段进行坐封和验封；

(8)在施工完成后，逐级上提注采管柱100以实现注采管柱100的逐级解封。

在本发明的一个示例中，当在逐级解封注采管柱100的过程中遇卡时，继续上提遇卡处的管柱段，使该管柱段中的丢手工具60的丢手销钉651被拔断，之后下入打捞工具逐级打捞起出管柱段。

具体地，在施工时，首先投小直径钢球至底部开关阀，即第一级开关阀11，投球憋压坐封最下一级封隔器(即第一级封隔器12)后，打开第一级开关阀的滑套111，通过套管压力变化验证该封隔器是否密封，验封合格后对最下目的层进行施工。再投入稍大直径钢球至第二级封隔器270，例如滑套式液压封隔器内滑套71，油管内憋压打开滑套71坐封该封隔器，此时钢球从封隔器滑套71脱开至丢手工具60滑套61，例如滑套式逐级解封丢手工具内的滑套61，继续加压完成该层封隔器70坐封并开启滑套式逐级解封丢手工具60，开启滑套式逐级解封丢手工具后投入的钢球从滑套式逐级解封丢手工具滑套61脱开至开关阀滑套51，然后继续加压打开该层开关阀50，钢球将带着开关阀滑套51继续下行至下一级封隔器70上中心管72位置关闭下一层液流通道，此时通过套管压力变化验证此级封隔器是否密封，验封合格后对第二层施工。然后，依此方法自下而上逐层投入不同大小的钢球，通过憋压打开对应目的层的滑套式封隔器坐封通道坐封该层封隔器的同时开启滑套式逐级解封丢手工具和开关阀，然后对该目的层封隔器验封，验封合格后对该目的层施工。全部施工完成后直接上提注采管柱100，逐级解封丢手工具可为上部管柱解封提供足够行程，以实现自上而下逐级解封封隔器，降低起管柱负荷。管柱遇卡时继续上提拔脱逐级解封丢手工具，下入打捞工具逐级打捞起出封隔器和管柱。该方法可一趟管柱完成封隔器逐级坐封、逐级验封、逐级解封、遇卡后逐级丢手打捞，无需其它锚定工具，安全可靠。

本方法通过改变封隔器、丢手工具和开关阀的滑套，然后投入依次增大的球依次打开相应封隔器、丢手工具的坐封液流通道和目的层开关阀的进液通道，达到逐层坐封封隔器逐层实施措施的目的，可多级组合，实现多级任意组合实施。

在本发明的一个示例中，封隔器、丢手工具和开关阀通过投一次球完成对应目的层的全部开启，封隔器密封油套环空的同时卡瓦锚定管柱，且丢手工具同封隔器逐层开启，无需其它锚定工具锚定，安全可靠。

在本发明的另一个示例中，开关阀的进液通道与注采目的层设置为一一对应关系。验证封隔器的坐封效果时，当坐封效果为合格时，通过开关阀的进液通道对相对应的注采目的层施工，在注采目的层施工完成后，进行下一级管柱段的坐封和验封。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

(1)通过一次投球憋压可完成滑套式液压封隔器坐封、滑套式逐级解封丢手工具和开关阀开启，从而自下而上逐级坐封、逐级验封封隔器，实现分层可靠实施；

(2)滑套式逐级解封丢手工具通过投球憋压开启，同时该丢手工具具有伸缩补偿和丢手功能，可为上部管柱的解封提供足够的行程，可逐级解封封隔器，降低管柱起出负荷；

(3)当管柱遇卡后，可逐级丢手、逐级打捞起出管柱；

(4)所有封隔器及配套工具均采用液压控制，满足了深井和大斜度井分层实施的需要。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种注采管柱，所述注采管柱包括从下到上依次设置且彼此通过油管连接的油管鞋、管柱段、井下安全阀、油管挂和油管四通，其特征在于，

所述管柱段包括：

第一级管柱段，所述第一级管柱段包括从下到上依次设置的第一级开关阀和第一级封隔器，所述第一级开关阀的一端通过油管与油管鞋固定连接，在所述第一级开关阀中设置有第一级开关阀滑套；

多级管柱段，所述多级管柱段与所述第一级管柱段连接，所述多级管柱段中的每一级管柱段均包括从下到上依次设置的开关阀、丢手工具和封隔器，所述每一级管柱段中设置有滑套组，所述多级管柱段中的不同级的管柱段内的滑套组的滑套孔径设置为不同；

坐封球组，所述坐封球组为多个不同直径的坐封球；

在使用时，向所述注采管柱内逐级投入所述不同直径的坐封球，并使所述坐封球与所述多级管柱段中的不同滑套孔径的所述滑套组相配合进行坐封和封闭下层的管柱段，并在施工完成后通过所述丢手工具逐级上提所述注采管柱，以实现所述注采管柱的逐级坐封、逐级验封和逐级解封；

所述多级管柱段中的所述滑套组的滑套孔径逐级增大，且所述滑套组的滑套孔径大于第一级开关阀滑套的滑套孔径，与所述第一级开关阀滑套相配合的坐封球为第一级坐封球，所述第一级坐封球的直径设置为所述坐封球组合中直径最小的坐封球，与所述多级管柱段中的滑套组相配合的坐封球的直径从第一级坐封球的直径逐级增大；

在所述多级管柱段中同一级管柱段内的滑套组的滑套孔径是相同的，所述多级管柱段中不同级的管柱段中的滑套组的滑套孔径设置为不同；

所述多级管柱段中的每一级管柱段中的滑套组均包括设置在所述开关阀内的开关阀滑套、设置在所述丢手工具内的丢手工具滑套和设置在所述封隔器内的封隔器滑套，在所述同一级管柱段中的开关阀滑套、丢手工具滑套和封隔器滑套的孔径相同，在所述不同级的管柱段中的开关阀滑套、丢手工具滑套和封隔器滑套的孔径不相同，

在使用时，彼此配合的所述坐封球与所述开关阀滑套一起下落到所述管柱段中的下层管柱段的封隔器上，以实现关闭所述下一层管柱段。

2.根据权利要求1所述的注采管柱，其特征在于，

所述多级管柱段包括：

第二级管柱段，所述第二级管柱段包括从上到下依次设置的第二级开关阀、第二级丢手工具和第二级封隔器，所述第二级开关阀通过油管与所述第一级封隔器连接，设置在所述第二级管柱段中的滑套组为第二级滑套组，所述第二级滑套组包括第二级开关阀滑套、第二级丢手工具滑套和第二级封隔器滑套，与所述第二级滑套组相配合的坐封球为第二级坐封球；

第三级管柱段，所述第三级管柱段包括从下到上依次设置的第三级开关阀、第三级丢手工具和第三级封隔器，所述第三级开关阀通过油管与所述第二级封隔器连接，设置在所述第三级管柱段中的滑套组设置为第三级滑套组，所述第三级滑套组包括第三级开关阀滑套、第三级丢手工具滑套和第三级封隔器滑套，与所述第三级滑套组相配合的坐封球为第三级坐封球；

……

第n-1级管柱段，所述第n-1级管柱段包括从下到上依次设置的第n-1级开关阀、第n-1级丢手工具和第n-1级封隔器，所述第n-1级开关阀与第n-2级封隔器连接，设置在所述第n-1级管柱段中的所述滑套组为第n-1级滑套组，所述第n-1级滑套组包括第n-1级开关阀滑套、第n-1级丢手工具滑套和第n-1级封隔器滑套，与所述第n-1级滑套组相配合的坐封球为第n-1级坐封球；

第n级管柱段，所述第n级管柱段包括从下到上依次设置的第n级开关阀、第n级丢手工具和第n级封隔器，所述第n级开关阀与所述第n-1级封隔器通过油管连接，设置在所述第n级管柱段中的所述滑套组为第n级滑套组，所述第n级滑套组包括第n级开关阀滑套、第n级丢手工具滑套和第n级封隔器滑套，与所述第n级滑套组相配合的坐封球为第n级坐封球，其中n设置为大于3的整数。

3.根据权利要求2所述的注采管柱，其特征在于，

所述多级管柱段中的每一级管柱段内的封隔器滑套和丢手工具滑套通过启动销钉分别与所述封隔器连接和所述丢手工具连接，且在所述封隔器滑套外侧的所述封隔器的上中心管上设置有封隔器液流通道，

在憋压坐封所述封隔器时，向所述注采管柱内施加液压，使与所述封隔器滑套相连接的启动销钉断裂，之后彼此配合的所述坐封球和所述封隔器滑套一起下落，使所述封隔器液流通道与所述封隔器的上中心管的管腔相连通，以实现所述封隔器的坐封。

4.根据权利要求3所述的注采管柱，其特征在于，

所述封隔器滑套和丢手工具滑套均包括彼此连接的支撑爪和支撑件，所述封隔器的下接头的内侧面沿径向方向设置有封隔器凹槽，

当封隔器滑套和丢手工具滑套分别固定在封隔器和丢手工具上时，所述封隔器滑套的支撑爪和丢手工具滑套的支撑爪均处于收紧状态，

在憋压坐封所述封隔器时，在与所述封隔器相连接的启动销钉断裂后，彼此配合的坐封球和所述封隔器滑套一起下落，之后所述封隔器滑套的支撑爪在所述封隔器凹槽处张开且同时被限位在所述封隔器凹槽中，所述坐封球下落到同一级管柱段中的所述丢手工具内，并与所述丢手工具滑套的支撑爪相配合。

5.根据权利要求4所述的注采管柱，其特征在于，

所述多级管柱段中的每一级管柱段内的丢手工具从上到下依次设置上接头、连接爪、连接头、中心管和下接头，所述丢手工具滑套通过所述启动销钉设置在所述连接头的内侧，

在所述丢手工具的下接头的内侧面沿径向方向设置有丢手工具凹槽，在与所述丢手工具滑套相连接的启动销钉断裂后，彼此配合的坐封球与所述丢手工具滑套一起下落，之后所述丢手工具的支撑爪在所述丢手工具的凹槽处张开且同时被限位在所述丢手工具凹槽中，所述坐封球下落到同一级管柱段中的开关阀内，并与所述开关阀的开关阀滑套相配合。

6.根据权利要求5所述的注采管柱，其特征在于，

在所述中心管的外侧设置有外套，所述上接头的内外两侧分别与所述连接爪和所述外套的一端固定连接，所述外套的另一端通过螺帽与所述中心管的外侧滑动连接，所述螺帽与所述连接头之间形成有下部环形腔，在逐级解封所述注采管柱时，所述下部环形腔为所述丢手工具上部的封隔器的解封提供足够的行程。

7.根据权利要求6所述的注采管柱，其特征在于，

在所述外套与所述连接爪之间设置有活塞，所述活塞的外侧与所述外套的内侧密封连接，所述活塞的内侧与所述连接爪通过解封销钉连接，且所述连接爪下部的锁爪设置在所述活塞的下部与所述连接头的上部之间，

所述活塞、外套、连接头和连接爪之间彼此围绕形成活塞腔，所述活塞腔与所述丢手工具滑套之间设置有丢手工具液流通道，

当坐封球下落并与所述丢手工具滑套相配合时，继续向所述注采管柱施加液压，并继续憋压坐封所述封隔器，同时使与所述丢手工具滑套相连接的启动销钉断裂，所述坐封球与所述丢手工具滑套一起下落，从而打开所述丢手工具液流通道，使所述活塞腔与所述丢手工具的中心管内腔相连通，之后所述解封销钉断裂，解锁所述连接爪。

8.根据权利要求7所述的注采管柱，其特征在于，

所述连接头的下部与所述中心管通过丢手销钉连接，

在使用时，当所述注采管柱遇卡时，通过拔断所述丢手销钉以实现逐级丢手分段打捞所述注采管柱。

9.根据权利要求8所述的注采管柱，其特征在于，

所述多级管柱段中的每一级管柱段的开关阀均包括阀体和设置在所述阀体内腔中的所述开关阀滑套，所述开关阀进液通道通过开启销固定连接，

在所述阀体上设置有开关阀进液通道，所述开关阀滑套设置在所述开关阀进液通道的内侧，

使用时，在与所述丢手工具滑套相连接的启动销钉断裂后，彼此配合的所述坐封球与所述开关阀滑套一起下落，从而打开所述开关阀进液通道，同时所述开关阀滑套与所述坐封球下行到管柱段中的下层管柱段的封隔器的上中心管的台阶上，从而关闭下一级管柱段的液流通道和开关阀进液通道。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的注采管柱，其特征在于，

所述多级管柱段中的每一级管柱段的开关阀和所述第一级开关阀均与对应地注采目的层相连通。

11.一种使用根据权利要求1-10中任一项所述的注采管柱的方法，所述方法包括下列步骤：

(1)向注采管柱内投小直径的坐封球，使小直径的坐封球与第一级管柱段的第一级开关阀滑套相配合，并憋压坐封第一级封隔器，之后继续向注采管柱内施加液压，打开第一级开关阀；

(2)向注采管柱外侧的套管内施加压力，通过套管内压力的变化验证第一级封隔器的坐封效果；

(3)投入稍大直径的坐封球，使稍大直径的坐封球与第二级管柱段的第二级封隔器滑套相配合，并憋压坐封第二级封隔器；

(4)向注采管柱内继续施加压力，使稍大直径的坐封球和第二级封隔器滑套一起下落，使第二级封隔器滑套限位在第二级封隔器的封隔器凹槽中，并使稍大直径的坐封球与第二级丢手工具滑套相配合；

(5)进一步向注采管柱内施加压力，使第二级丢手工具中的解封销钉和启动销钉断裂，同时稍大直径的坐封球与第二级丢手工具滑套一起下落，使第二级丢手工具滑套限位在第二级丢手工具的丢手工具凹槽中，并使稍大直径的坐封球与第二级开关阀滑套相配合；

(6)继续向注采管柱内施加压力，使稍大直径的坐封球与第二级开关阀滑套一起下落，打开第二级开关阀，并关闭第一级管柱段的液流通道和进液通道，之后通过观察套管内压力的变化验证第二级封隔器的坐封效果；

(7)按照第二级管柱段的坐封和验封方法，依次对多级管柱段中的各个管柱段进行坐封和验封；

(8)在施工完成后，逐级上提注采管柱以实现注采管柱的逐级解封。

12.根据权利要求11所述的使用注采管柱的方法，其特征在于，

当在逐级解封注采管柱的过程中遇卡时，继续上提遇卡处的管柱段，使所述管柱段中的丢手工具的丢手销钉被拔断，之后下入打捞工具逐级打捞起出所述管柱段。

13.根据权利要求11所述的使用注采管柱的方法，其特征在于，

所述开关阀的进液通道与相对应的注采目的层相连通，

验证所述封隔器的坐封效果时，当坐封效果为合格时，通过所述开关阀的进液通道对相对应的注采目的层施工，在所述注采目的层施工完成后，进行下一级管柱段的坐封和验封。