CN109854199A - 一种带压压裂控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带压压裂控制器，与压裂油管悬挂器配套使用，包括壳体，所述壳体连接有密封锁定闸板及定位悬挂闸板；所述密封锁定闸板往复运动，用于压裂施工时密封所述壳体与所述压裂油管悬挂器之间的环空并隔离油套环空；所述定位悬挂闸板往复运动，用于压裂施工时悬挂所述压裂油管悬挂器。解决闸板防喷器无法悬挂压裂管柱且不能密封压裂过程中的高压流体自上而下的压力，无法实现合压井口的方式完成带压压裂施工的问题。

Description

一种带压压裂控制器

技术领域

本发明涉及油田压裂施工技术领域，具体说是一种用于高压力井带压压裂的井口设备。

背景技术

油田开发进入中后期，油田聚驱、三元复合驱等井数逐年增多，地层压力也随着开发不断深入而不断提升。特别对于高压低渗储层，注入困难，关井降压也慢，部分油水井降至常规压裂作业所需压力最多的可放压三个月或半年之久。此类井无法按照地质要求及时进行正常压裂作业施工。降压满足常规作业要求进行压裂施工后常出现异常高压无法正常完井。上述井压裂施工后因井内高压，返排液和油水从井口大量涌出，部分井还出现管柱上顶现象。起下管柱前和起下过程中需排液降压，常采用罐车拉运到废液处理站进行废液处理，处理成本高，施工周期长，单井作业成本大幅增加。常规作业起下管柱过程中需敞口作业，返排液和油水存在喷溅到施工场地外污染环境的风险。故而针对此类井施工研发了带压压裂工艺技术，采用可以完成起原井管柱、下压裂管柱、压裂、起压裂管柱、下完井管柱的带压压裂一体化施工。

目前带压压裂一体化施工常采用通过高压管线连接地面压裂管汇与带压作业设备上方压裂油管的方式进行压裂施工，即套管四通之上安装带压作业设备，利用带压作业设备起出原井管柱、下入压裂管柱后在带压作业设备上方压裂油管上安装高压配件、高压直管连接地面压裂管汇进行压裂，压后再利用带压作业设备起出压裂管柱、下入完井管柱完成整个施工。

压裂时，带压作业设备卡瓦组悬挂井内压裂油管，然后通过高压直管和地面管汇直连，高压流体直接进入油管内，井口起井控功能的闸板防喷器无需密封压裂高压流体及悬挂压裂管柱。但高压直管连接在8m左右高空，施工人员需登高连接安装，且高压直管需要地面支撑及绷绳固定，压裂准备时间长，施工人员劳动强度大、高空作业风险高，且压裂过程中高压直管震动易造成安全隐患。

若能够实现合压井口的方式完成带压压裂施工，则需要井口装置悬挂压裂管柱并密封压裂高压流体，但目前带压作业设备下方使用的闸板防喷器只具有井控功能，无法悬挂压裂管柱且不能密封压裂过程中的高压流体自上而下的压力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于带压压裂一体化施工的带压压裂控制器，解决闸板防喷器无法悬挂压裂管柱且不能密封压裂过程中的高压流体自上而下的压力，无法实现合压井口的方式完成带压压裂施工的问题。

为实现上述发明目的，所述的一种带压压裂控制器，与压裂油管悬挂器配套使用，包括壳体，其特征在于：

所述壳体连接有密封锁定闸板及定位悬挂闸板；

所述密封锁定闸板往复运动，用于压裂施工时密封所述壳体与所述压裂油管悬挂器之间的环空并隔离油套环空；

所述定位悬挂闸板往复运动，用于压裂施工时悬挂所述压裂油管悬挂器。

优选地，所述密封锁定闸板包括密封闸板体；

所述密封闸板体具有密封端和往复驱动连接端；

所述密封端固定第一密封件；

所述第一密封件，用于密封所述壳体与所述压裂油管悬挂器之间的环空。

优选地，所述第一密封件为橡胶件。

优选地，所述密封端固定卡瓦；

所述卡瓦，用于夹持锁定所述压裂油管悬挂器，防止其上顶或旋转。

优选地，所述卡瓦为半环形牙块。

优选地，所述密封闸板体的密封端为弧面；

所述弧面与所述压裂油管悬挂器的外表面相应。

优选地，所述定位悬挂闸板包括悬挂闸板体；

所述悬挂闸板体具有悬挂端及往复驱动连接端；

所述悬挂端固定承重件；

所述承重件，用于承受所述压裂油管悬挂器及其悬挂的管柱自身重力、静液柱压力以及压裂时的液体高压产生的载荷。

优选地，所述悬挂端固定第二密封件；

所述第二密封件，用于密封油套环空。

优选地，所述往复驱动连接端连接液压驱动机构；

所述液压驱动机构，用于带动所述定位悬挂闸板或所述密封锁定闸板往复运动。

优选地，所述液压驱动机构包括液压管线、油缸、活塞及活塞杆；

所述油缸固定在壳体上；

所述活塞置入油缸中的活塞腔内；

所述活塞杆分别连接所述往复驱动连接端及所述活塞；

所述液压管线进出液压油推动所述活塞及活塞杆，并带动所述定位悬挂闸板和/或所述密封锁定闸板往复运动。

优选地，所述往复驱动连接端连接手动驱动机构；

所述手动驱动机构包括锁紧螺杆；

所述锁紧螺杆与活塞杆连接，所述锁紧螺杆带动所述活塞杆往复运动。

本发明具有如下有益效果：

与现有技术相比，本发明的带压压裂控制器，直连于井口四通，顶部连接注入头、平板阀及带压作业设备，即组成一套带压压裂合压井口装置。配合专用压裂油管悬挂器即可实现油水井油管带压压裂及压后活动管柱等施工。

带压压裂控制器与压裂油管悬挂器配合可悬挂压裂管柱并防止压裂施工中压裂管柱上顶。此外，带压压裂控制器除了具有闸板防喷器密封井内油套环空流体向上压力的功能外还实现了压裂过程中密封高压流体向下进入油套环空压力。最终实现合压井口的方式完成带压压裂施工，解决现有带压压裂井施工周期长、安全及环保风险高的问题。

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是本发明实施例的带压压裂控制器结构示意图；

图中：壳体1-2、密封锁定闸板1-3、定位悬挂闸板1-8、油缸1-5、活塞1-4、活塞杆1-7、手动锁紧螺杆1-6、液压管线接口1-1、压裂油管悬挂器1-9、压盖1-10；

图2是本发明实施例的定位悬挂闸板的结构示意图；

图中：悬挂闸板体2-1、第一密封件2-2和承重件2-3；

图3是本发明实施例的密封锁定闸板的结构示意图；

图中：密封闸板体3-1、第二密封件3-2和卡瓦3-3；

图4是本发明实施例的压裂油管悬挂器的结构示意图。

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是本发明的带压压裂控制器结构示意图。由图1所示：一种带压压裂控制器1，与压裂油管悬挂器1-9配套使用，具体包括壳体1-2，该壳体1-2连接有密封锁定闸板1-3及定位悬挂闸板1-8；其中，密封锁定闸板1-3往复运动，用于压裂施工时密封壳体1-2与压裂油管悬挂器1-9之间的环空并隔离油套环空；定位悬挂闸板1-8往复运动，用于压裂施工时悬挂压裂油管悬挂器1-9。

图3是本发明实施例的密封锁定闸板的结构示意图；在图3中，密封锁定闸板1-3包括密封闸板体3-1，密封闸板体3-1具有密封端和往复驱动连接端；其中，密封端固定第一密封件3-2，第一密封件3-2为橡胶件；该第一密封件3-2用于密封壳体1-2与压裂油管悬挂器1-9之间的环空。

在图3中，密封端还固定卡瓦3-3，卡瓦3-3为半环形牙块；该卡瓦3-3用于夹持锁定压裂油管悬挂器1-9，防止其上顶或旋转。

进一步地，密封闸板体3-1的密封端为弧面；弧面与压裂油管悬挂器1-9的外表面相应。

图2是本发明实施例的定位悬挂闸板的结构示意图；在图2中，定位悬挂闸板1-8包括悬挂闸板体2-1，悬挂闸板体2-1具有悬挂端及往复驱动连接端，该悬挂端固定承重件2-3；该承重件2-3用于承受压裂油管悬挂器1-9及其悬挂的管柱自身重力、静液柱压力以及压裂时的液体高压产生的载荷。

进一步地，在图2中，该悬挂端还固定第二密封件2-2，第二密封件2-2用于密封油套环空。

在图1中，定位悬挂闸板1-8或密封闸板体3-1的往复驱动连接端分别连接液压驱动机构；该液压驱动机构用于带动定位悬挂闸板1-8或密封锁定闸板1-3往复运动。液压驱动机构包括液压管线、油缸1-5、活塞1-4及活塞杆1-7；油缸1-5固定在壳体1-2上；活塞1-4置入油缸1-5中的活塞腔内；活塞杆1-7分别连接往复驱动连接端及活塞1-4；液压管线进出液压油推动活塞1-4及活塞杆1-7，并带动定位悬挂闸板1-8和/或密封锁定闸板1-3往复运动。

在图1中，定位悬挂闸板1-8或密封闸板体3-1的往复驱动连接端连接手动驱动机构；该手动驱动机构包括锁紧螺杆1-6，锁紧螺杆1-6与活塞杆1-7连接，所述锁紧螺杆1-6带动所述活塞杆1-7往复运动。

具体地，结合 图1-4对本发明的带压压裂控制器的装配关系作进一步说明：

本发明的带压压裂控制器的壳体1-2结构与闸板防喷器壳体结构类似，该壳体1-2内具有密封锁定闸板1-3及定位悬挂闸板1-8；另外，在该壳体1-2内还设置两套液压缸机构，分别控制密封锁定闸板1-3及定位悬挂闸板1-8往复运动，定位悬挂闸板1-8可以悬挂压裂油管悬挂器1-9，压裂油管悬挂器1-9下端连接压裂管柱。

密封锁定闸板1-3前为弧面，伸出时可密封压裂油管悬挂器1-9外表面与壳体1-2内腔的环空。具体由密封闸板体3-1、第一密封件3-2和卡瓦3-3共同组成，其第一密封件3-2和卡瓦3-3固定在密封闸板体3-1内，并露出密封闸板体3-1的弧面。其上半部分为第一密封件3-2，为一组高性能橡胶件；下半部分为卡瓦3-3，为两块半环形卡瓦牙块，同时具备防上顶及防旋转两种锁定功能。

定位悬挂闸板1-8由悬挂闸板体2-1、第二密封件2-2和承重件2-3共同组成，该承重件2-3为关键部件，它通过螺栓紧固在悬挂闸板体2-1之上，工作时，压裂油管悬挂器1-9以下连接整个油管管柱，定位悬挂闸板1-8关闭到位，使得管柱重量通过压裂油管悬挂器1-9中间凸圆台阶处下端面压在定位悬挂闸板1-8承重件2-3之上，两件之间夹着第二密封件2-2，主要起到密封环空作用。承重件2-3需要承受管柱自身重力、静液柱压力以及压裂时的液体高压产生的载荷，该定位悬挂闸板1-8要求所用材质具有承载能力更强、兼具有效的密封性。

密封锁定闸板1-3和定位悬挂闸板1-8通过尾部燕尾槽分别与活塞杆1-7连接，活塞杆1-7与活塞1-4以螺纹连接，油缸1-5通过压盖1-10固定在壳体1-2上，并通过4个螺栓紧固，油缸1-5与压盖1-10和壳体1-2之间由密封圈密封，防止在高压状态下漏油；活塞1-4置入油缸1-5、压盖1-10和壳体1-2组成的腔内，并将该腔分成两个活塞腔，通过从液压管线接口1-1进出液压油推动活塞1-4，从而带动密封锁定闸板1-3和/或定位悬挂闸板1-8左右往复移动，实现密封锁定闸板1-3和/或定位悬挂闸板1-8的打开和关闭。

在图1中，活塞杆1-7的内部具有中空结构，手动锁紧螺杆1-6通过该中空结构与活塞杆1-7套接，手动锁紧螺杆1-6的自由端长于端盖1-10。通过对手动锁紧螺杆1-6的自由端施加作用力可以实现活塞杆1-7的往复运动，达到手动控制密封锁定闸板1-3和定位悬挂闸板1-8打开或关闭的目的。

具体地，结合图1-图4对本发明的带压压裂控制器的工作流程进行说明：

油水井作业施工安装井口时将本发明连接于井口四通法兰之上、带压作业设备和压裂注入头之下，即可使用带压作业设备进行管柱起下作业。起完井内原井管柱之后下压裂管柱，当下压裂管柱至最后一根时，连接压裂油管悬挂器于压裂管柱最上端，然后将带压压裂控制器定位悬挂闸板关闭三分之二，使用带压作业设备继续缓慢下放油管，观察带压作业设备上指重表的管柱悬重，当管柱悬重明显下降说明压裂油管悬挂器中部台阶已接触定位悬挂闸板1-8上平面，此时完全关闭定位悬挂闸板1-8，将压裂油管悬挂器1-9完全坐于定位悬挂闸板1-8之上，同时关闭密封锁定闸板1-3后即可进行相关压裂施工。压裂结束后，先打开密封锁定闸板1-3，然后使用带压作业设备上提压裂油管悬挂器1-9，当带压作业设备上指重表显示全部压裂管柱悬重时，打开定位悬挂闸板1-8，进行压裂管柱起下作业。

另外，本发明所配备的密封锁定闸板1-3、定位悬挂闸板1-8及油管悬挂器1-9具有多种规格型号，针对不同尺寸压裂管柱，可以更换相应闸板及油管悬挂器，应用范围广。

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)

1.一种带压压裂控制器，与压裂油管悬挂器（1-9）配套使用，包括壳体（1-2），其特征在于：

所述壳体（1-2）连接有密封锁定闸板（1-3）及定位悬挂闸板（1-8）；

所述密封锁定闸板（1-3）往复运动，用于压裂施工时密封所述壳体（1-2）与所述压裂油管悬挂器（1-9）之间的环空并隔离油套环空；

所述定位悬挂闸板（1-8）往复运动，用于压裂施工时悬挂所述压裂油管悬挂器（1-9）。

2.根据权利要求1所述的一种带压压裂控制器，其特征在于：

所述密封锁定闸板（1-3）包括密封闸板体（3-1）；

所述密封闸板体（3-1）具有密封端和往复驱动连接端；

所述密封端固定第一密封件（3-2）；

所述第一密封件（3-2），用于密封所述壳体（1-2）与所述压裂油管悬挂器（1-9）之间的环空。

3.根据权利要求2所述的一种带压压裂控制器，其特征在于：

所述第一密封件（3-2）为橡胶件。

4.根据权利要求2所述的一种带压压裂控制器，其特征在于：

所述密封端固定卡瓦（3-3）；

所述卡瓦（3-3），用于夹持锁定所述压裂油管悬挂器（1-9），防止其上顶或旋转。

5.根据权利要求4所述的一种带压压裂控制器，其特征在于：

所述卡瓦（3-3）为半环形牙块。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的一种带压压裂控制器，其特征在于：

所述密封闸板体（3-1）的密封端为弧面；

所述弧面与所述压裂油管悬挂器（1-9）的外表面相应。

7.根据权利要求1所述的一种带压压裂控制器，其特征在于：

所述定位悬挂闸板（1-8）包括悬挂闸板体（2-1）；

所述悬挂闸板体（2-1）具有悬挂端及往复驱动连接端；

所述悬挂端固定承重件（2-3）；

所述承重件（2-3），用于承受所述压裂油管悬挂器（1-9）及其悬挂的管柱自身重力、静液柱压力以及压裂时的液体高压产生的载荷。

8.根据权利要求7所述的一种带压压裂控制器，其特征在于：

所述悬挂端固定第二密封件（2-2）；

所述第二密封件（2-2），用于密封油套环空。

9.根据权利要求2或7所述的一种带压压裂控制器，其特征在于：

所述往复驱动连接端连接液压驱动机构；

所述液压驱动机构，用于带动所述定位悬挂闸板（1-8）或所述密封锁定闸板（1-3）往复运动。

10.根据权利要求2或7所述的一种带压压裂控制器，其特征在于：

所述往复驱动连接端连接手动驱动机构；

所述手动驱动机构包括锁紧螺杆（1-6）；

所述锁紧螺杆（1-6）与活塞杆（1-7）连接，用于带动所述活塞杆（1-7）往复运动。