CN109594962B - 压裂返排防砂组件、大通径防砂丢手封隔器及防砂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂返排防砂组件、大通径防砂丢手封隔器及防砂工艺，所述压裂返排防砂组件包括割缝管和单流阀；所述割缝管与所述单流阀连接构成压裂通道，压裂液和支撑剂通过所述压裂通道单向进入地层；所述割缝管具有第一加压液流通道，所述单流阀具有第二加压液流通道，且所述第一加压液流通道及第二加压液流通道连通组成坐封加压通道；所述割缝管壁上的缝隙构成压裂返排液流通道，所述压裂返排液流通道的宽度小于压裂返排液中固体颗粒直径。解决目前压裂液返排时的防砂问题，保证压裂液的正常注入和压裂液返排时一定目数的支撑剂无法进入压裂管柱，有效避免砂堵。

Description

压裂返排防砂组件、大通径防砂丢手封隔器及防砂工艺

技术领域

本发明涉及水力压裂进行油气井增产、注水井增注过程中，因压裂现场施工返排吐砂造成砂堵现象，为解决该砂堵问题所设计的压裂防砂装置。

背景技术

水力压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，已经被广泛应用到各大油气田当中，但在压裂之后，由于压裂液破胶后对支撑剂的携带作用导致压裂返排之后井筒内残留大量的支撑剂，当井筒内支撑剂埋深高于目的层深度时，后续的生产管柱则无法下入，造成井筒内支撑剂的砂埋或者砂堵，严重影响了油气藏的正常生产。

压裂液返排造成砂堵现象仍是现在压裂过程中无法避免的问题，而目前针对压裂后砂堵问题只是在发生砂堵之后进行冲砂和捞砂作业，并无较好的预防措施。所以，压裂液返排防砂问题亟需解决。

大通径丢手封隔器是指丢手后内径大于90厘米，具有弹性密封元件，并借此封隔管柱与井眼以及管柱之间环形空间，隔绝产层的井下工具。现有的大通径丢手封隔器主要具有坐封、锚定、丢手和解封的作用，在作业过程中可以通过油管、工具或者油泵等工作部件，其本身不具有防砂的作用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种压裂返排防砂组件及应用其的大通径防砂丢手封隔器，解决目前压裂液返排时的防砂问题，保证压裂液的正常注入和压裂液返排时一定目数的支撑剂无法进入压裂管柱，有效避免砂堵。

第一方面，所述的一种压裂返排防砂组件，包括：

割缝管和单流阀；

所述割缝管与所述单流阀连接构成压裂通道，压裂液和支撑剂通过所述压裂通道单向进入地层，所述地层中的流体或/和固体不能通过所述单向机构进入所述压裂通道；

所述割缝管具有第一加压液流通道，所述单流阀具有第二加压液流通道，且所述第一加压液流通道及第二加压液流通道连通组成坐封加压通道；

所述割缝管壁上的缝隙构成压裂返排液流通道，所述压裂返排液流通道的宽度小于压裂返排液中固体颗粒直径。

优选地，所述割缝管为N个，所述N根据油层厚度除以单个割缝管高度确定；在割缝管之间，根据压裂位置安装单流阀。

第二方面，提供一种大通径防砂丢手封隔器，包括上中心管、上胶筒、下胶筒及下中心管，所述上中心管外套有上胶筒，下中心管外套有下胶筒，其特征在于：

所述上中心管与所述下中心管之间连接如权利要求1-2中任一项所述的压裂返排防砂组件；

所述上中心管及所述下中心管分别设置导流通道；

所述导流通道与所述坐封加压通道导通；

向所述导流通道与所述坐封加压通道通入加压液体；

所述加压液体驱动所述上胶筒及所述下胶筒侧向膨出。

优选地，所述上中心管与所述割缝管之间具有球座；

所述球座开有与所述坐封加压通道连通的液流通道；

所述球座内壁开有进液口；

所述进液口与所述液流通道连通，用于向所述坐封加压通道及导流通道输送所述加压液体。

优选地，所述上中心管及所述下中心管上分别具有坐封解封控制机构；

所述坐封解封控制机构用于控制所述上胶筒及所述下胶筒膨胀坐封时的锁定，及压裂液返排后所述上胶筒及所述下胶筒的收缩解封。

优选地，所述坐封解封控制机构包括丢手销钉；

所述上胶筒及所述下胶筒的内壁上分别开有凹槽，所述凹槽内具有凸起；

所述上中心管和所述下中心管分别通过轴15连接所述丢手销钉；

所述丢手销钉上端与弹簧连接，其下端

随对应的所述上胶筒或所述下胶筒的侧向膨出卡在所述凸起上，用于锁定所述上胶筒或所述下胶筒的胀封；

随所述弹簧拉伸，与所述凸起分离，用于所述上胶筒或所述下胶筒的收缩解封。

优选地，所述上胶筒及所述下胶筒的数量分别为2个；

所述坐封解封控制机构对应于所述上胶筒及所述下胶筒布置。

优选地，每个所述上胶筒及每个所述下胶筒的上端及下端分别具有压帽；

所述压帽用于约束所述上胶筒及所述下胶筒沿侧向膨出。

优选地，所述下中心管的底部连接丝堵。

第三方面，提供一种压裂返排防砂工艺，其特征在于，包括：

从井口装置将与压裂管柱相连接的权利要求3-9任一所述大通径防砂丢手封隔器送入地层压裂位置并投球步骤；

将加压液体从所述液流通道、所述坐封加压通道及所述导流通道注入并胀封、锁定所述上胶筒及所述下胶筒步骤；

加压致使所述球座破碎后注入压裂液，所述压裂液从所述割缝管及所述单流阀进入地层步骤；

返排压裂液，支撑剂和/或砂砾被阻拦在地层中，压裂液中液体通过所述割缝管进入井筒步骤；

将油管和接箍下入到所述封隔器内，所述接箍下压拉伸所述弹簧，所述丢手销钉与所述凸起分离解封后所述油管和接箍带动所述封隔器起出所述井口装置步骤。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明的大通径防砂丢手封隔器，在普通的封隔器上加设了可拆卸的割缝管和单流阀，单流阀保证了压裂过程中压裂液和支撑剂顺利进入地层压出裂缝，并防止地层或者返排液中砂砾回流到压裂管柱中，割缝管保证返排液顺利进入压裂管柱内，而支撑剂和砂子被阻拦在外，实现防砂返排。

2、本发明的大通径防砂丢手封隔器中割缝管和单流阀都是依靠螺纹安装，因此割缝管和单流阀可根据压裂层段的厚度进行自由加减，可以满足不同压裂层厚的要求，实现层段自适应压裂，一套管柱即可实现。

3、对于压裂生产一段时间的老井，压裂的缝网失去作用，需要进行重复压裂，本装置由于自带防砂功能并已拼接成一体化装置，因此不需要重新下入封隔器，可以节省压裂操作时间。

附图说明

通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的大通径防砂丢手封隔器的结构示意图；

图2是本发明实施例的上胶筒或下胶筒的结构示意图；

图3是本发明实施例的球座、割缝管和单流阀组装结构示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

图1是本发明实施例的大通径防砂丢手封隔器的结构示意图；图3是本发明实施例的球座、割缝管和单流阀组装结构示意图。而割缝管和单流阀组装为压裂返排防砂组件。由图1结合图3所示：一种压裂返排防砂组件，包括割缝管4和单流阀7；割缝管4与单流阀7连接构成压裂通道，压裂液和支撑剂通过压裂通道单向进入地层，地层中的流体或/和固体不能通过单向机构进入压裂通道；割缝管4具有第一加压液流通道，单流阀7具有第二加压液流通道，且第一加压液流通道及第二加压液流通道连通组成坐封加压通道8；割缝管4壁上的缝隙构成压裂返排液流通道，压裂返排液流通道的宽度小于压裂返排液中固体颗粒直径。

进一步地，割缝管4为N个，N根据油层厚度除以单个割缝管4高度确定。例如：例如单个割缝管为1m，油层厚度为10m，可将10根割缝管连接，总高度为10m；在割缝管之间，根据压裂位置安装单流阀。

在图1中：一种大通径防砂丢手封隔器，包括上中心管1、上胶筒2、下胶筒2′及下中心管1′，上中心管1外套有上胶筒2，下中心管1′外套有下胶筒2′，上中心管1与下中心管1′之间连接压裂返排防砂组件；上中心管1及下中心管1′分别设置导流通道；导流通道与坐封加压通道8导通；向导流通道与坐封加压通道8通入加压液体；加压液体驱动上胶筒2及下胶筒2′侧向膨出。

将割缝管4和单流阀7加在同一封隔器上，可实现压裂小于1m的油层；针对无法实现超薄油层压裂的难点，优选地将割缝管4和单流阀7的管柱长度设计为15cm。通过螺纹将长度只有15cm的单流阀7和割缝管4安装在同一个封隔器内，压裂时喷砂器位于单流阀7与割缝4管这段管柱中，因此可以压裂小于1m的薄层，突破压裂技术上的难点。

由图1结合图3所示：上中心管1与割缝管4之间具有球座5；球座5开有与坐封加压通道8连通的液流通道；球座5内壁开有进液口6；进液口6与液流通道连通，用于向坐封加压通道8及导流通道输送加压液体。

进一步地，在上中心管1及下中心管1′上分别具有坐封解封控制机构；坐封解封控制机构用于控制上胶筒2及下胶筒2′膨胀坐封时的锁定，及压裂液返排后上胶筒2及下胶筒2′的收缩解封。

在图2中：坐封解封控制机构包括丢手销钉12；上胶筒2及下胶筒2′的内壁上分别开有凹槽10，凹槽10内具有凸起11；上中心管1和下中心管1′分别通过轴15连接丢手销钉12；丢手销钉12上端与弹簧13连接，其下端随对应的上胶筒2或下胶筒2′的侧向膨出卡在凸起11上，用于锁定上胶筒2或下胶筒2′的胀封；随弹簧13拉伸，与凸起11分离，用于上胶筒2或下胶筒2′的收缩解封。

在图1中：上胶筒2及下胶筒2′的数量分别为2个；坐封解封控制机构对应于上胶筒2及下胶筒2′布置。每个上胶筒2及每个下胶筒2′的上端及下端分别具有压帽；压帽用于约束上胶筒2及下胶筒2′沿侧向膨出。下中心管1′的底部连接丝堵9。

具体地，结合图1-3对本发明的大通径防砂丢手封隔器的装配关系及具体构造功能作进一步的说明：

上中心管1外套有两个上胶筒2，上胶筒2的上下端具有压帽3；上中心管1下端通过螺纹装有球座5，在球座5的下端螺纹连接割缝管4，割缝管4下端与单流阀7螺纹连接，单流阀7与下中心管1’通过螺纹连接，下中心管1’上套有下胶筒2’两个，下胶筒2’ 的上下端具有压帽3；下中心管1’下端装有丝堵9。

上中心管1壁内具有上导流通道，下中心管1’壁内具有下导流通道；上导流通道具有对应上胶筒2的出口，下导流通道具有对应下胶筒2^’的出口。

球座5内具有堵球挡板，堵球挡板上方的球座5壁上开有进液口6，并具有与进液口6连通的液流通道；割缝管4壁内具有第一加压液流通道，单流阀7壁内具有第二加压液流通道，第一加压液流通道与第二加压液流通道构成坐封加压通道8。

上述液流通道、上导流通道、下导流通道、坐封加压通道8连通，该连通通道具有与上胶筒2及下胶筒2’导通的出口，加压液体从该连通通道进入上胶筒2及下胶筒2’后促使上胶筒2及下胶筒2’侧向膨出，从而达到坐封的目的。

割缝管4在压裂过程中能保证流体通过，进行压裂液返排时阻挡支撑剂和砂子等固体进入管柱；在采油过程中，割缝能让流体通过，提供泄油面积，并且阻止砂子进入井筒。单流阀7在压裂过程中保证压裂液和支撑剂顺利进入地层，而来自地层中的流体和固体无法通过单流阀7。

进一步地，割缝管4共有四个缝隙端面，在每个缝隙端面之间均为无缝实体，在割缝管4的无缝实体当中设有第一坐封加压通道。单流阀7共有四个阀门，在相邻两个阀门的无缝实体当中设有第二坐封加压通道。

具体地，结合附图1-3，对本发明的大通径防砂丢手封隔器应用在具体的压裂施工过程中，其中的工艺流程进行详细说明：

1、从井口装置将与压裂管柱相连接的大通径防砂丢手封隔器送入地层压裂位置并投堵球。

2、将加压液体从进液口6经过坐封加压通道8向上胶筒2及下胶筒2’内注入，加压液体驱动上胶筒2及下胶筒2’挤压套管，上胶筒2及下胶筒2’在上下端两个压帽3的固定约束下向套管侧膨胀实现压力坐封，丢手销钉12卡在凸起11部位，锁紧上胶筒2及下胶筒2’。

3、继续加压，压力达到球座5的破碎压力，球座5破碎，堵球和球座5碎片一起丢落到井底。

4、进行压裂施工，流体从割缝管4和单流阀7进入地层。

5、压裂液返排，单流阀7关闭，压裂液通过割缝管4进入井筒，支撑剂被阻拦在地层中。

6、将油管和接箍下入到封隔器上，接箍触碰到丢手销钉12上端，使丢手销钉12自由端移动退出凸起11，上胶筒2及下胶筒2’收缩解封，接箍上行，丢手销钉12的顶部卡在接箍处，上提油管，接箍带动丢手销钉12起出封隔器。

本发明优选大通径便于不起封隔器的情况下油管顺利下入，进行生产过程中的防砂；胶筒锁紧后即使压裂停止，进行返排，胶筒也不会收缩解封。封隔器上部连接的管柱在脱接器的结构下进行脱接，将封隔器丢放在压裂层段，由于采取大通径，可以保证油管顺利进入封隔器内，下入到压裂层段进行生产，实现生产过程中防砂的作用。

以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种压裂返排防砂组件，其特征在于，包括：

割缝管（4）和单流阀（7）；

所述割缝管（4）与所述单流阀（7）连接构成压裂通道，压裂液和支撑剂通过所述压裂通道单向进入地层，所述地层中的流体或/和固体不能通过所述单流阀（7）进入所述压裂通道；

所述割缝管（4）具有第一加压液流通道，所述单流阀（7）具有第二加压液流通道，且所述第一加压液流通道及第二加压液流通道连通组成坐封加压通道（8）；

所述割缝管（4）壁上的缝隙构成压裂返排液流通道，所述压裂返排液流通道的宽度小于压裂返排液中固体颗粒直径。

2.根据权利要求1所述的压裂返排防砂组件，其特征在于：

所述割缝管（4）为N个，所述N根据油层厚度除以单个割缝管（4）高度确定；在割缝管（4）之间，根据压裂位置安装单流阀（7）。

3.一种大通径防砂丢手封隔器，包括上中心管（1）、上胶筒（2）、下胶筒（2′）及下中心管（1′），所述上中心管（1）外套有上胶筒（2），下中心管（1′）外套有下胶筒（2′），其特征在于：

所述上中心管（1）与所述下中心管（1′）之间连接如权利要求1-2中任一项所述的压裂返排防砂组件；

所述上中心管（1）及所述下中心管（1′）分别设置导流通道；

所述导流通道与所述坐封加压通道（8）导通；

向所述导流通道与所述坐封加压通道（8）通入加压液体；

所述加压液体驱动所述上胶筒（2）及所述下胶筒（2′）侧向膨出。

4.根据权利要求3所述的大通径防砂丢手封隔器，其特征在于：

所述上中心管（1）与所述割缝管（4）之间具有球座（5）；

所述球座（5）开有与所述坐封加压通道（8）连通的液流通道；

所述球座（5）内壁开有进液口（6）；

所述进液口（6）与所述液流通道连通，用于向所述坐封加压通道（8）及导流通道输送所述加压液体。

5.根据权利要求4所述的大通径防砂丢手封隔器，其特征在于：

所述上中心管（1）及所述下中心管（1′）上分别具有坐封解封控制机构；

所述坐封解封控制机构用于控制所述上胶筒（2）及所述下胶筒（2′）膨胀坐封时的锁定，及压裂液返排后所述上胶筒（2）及所述下胶筒（2′）的收缩解封。

6.根据权利要求5所述的大通径防砂丢手封隔器，其特征在于：

所述坐封解封控制机构包括丢手销钉（12）；

所述上胶筒（2）及所述下胶筒（2′）的内壁上分别开有凹槽（10），所述凹槽（10）内具有凸起（11）；

所述上中心管（1）和所述下中心管（1′）分别通过轴（15）连接所述丢手销钉（12）；

所述丢手销钉（12）上端与弹簧（13）连接，其下端

随对应的所述上胶筒（2）或所述下胶筒（2′）的侧向膨出卡在所述凸起（11）上，用于锁定所述上胶筒（2）或所述下胶筒（2′）的胀封；

随所述弹簧（13）拉伸，与所述凸起（11）分离，用于所述上胶筒（2）或所述下胶筒（2′）的收缩解封。

7.根据权利要求6所述的大通径防砂丢手封隔器，其特征在于：

所述上胶筒（2）及所述下胶筒（2′）的数量分别为2个；

所述坐封解封控制机构对应于所述上胶筒（2）及所述下胶筒（2′）布置。

8.根据权利要求7所述的大通径防砂丢手封隔器，其特征在于：

每个所述上胶筒（2）及每个所述下胶筒（2′）的上端及下端分别具有压帽；

所述压帽用于约束所述上胶筒（2）及所述下胶筒（2′）沿侧向膨出。

9.根据权利要求3-8任一所述的大通径防砂丢手封隔器，其特征在于：

所述下中心管（1′）的底部连接丝堵（9）。

10.一种压裂返排防砂工艺，其特征在于，包括：

从井口装置将与压裂管柱相连接的权利要求6-8任一所述大通径防砂丢手封隔器送入地层压裂位置并投球步骤；

将加压液体从所述液流通道、所述坐封加压通道（8）及所述导流通道注入并胀封、锁定所述上胶筒（2）及所述下胶筒（2′）步骤；

加压致使所述球座（5）破碎后注入压裂液，所述压裂液从所述割缝管（4）及所述单流阀（7）进入地层步骤；

返排压裂液，支撑剂和/或砂砾被阻拦在地层中，压裂液中液体通过所述割缝管（4）进入井筒步骤；

将油管和接箍下入到所述封隔器内，所述接箍下压拉伸所述弹簧（13），所述丢手销钉（12）与所述凸起（11）分离解封后所述油管和接箍带动所述封隔器起出所述井口装置步骤。

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