CN109915114B - 防泥浆组件及封隔系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及水压致裂地应力测量技术领域，尤其是涉及一种防泥浆组件及封隔系统。防泥浆组件用于在深孔水压致裂地应力测量中对压裂段防泥浆，其结构包括压力导通片和滤网，其中压力导通片设置于压裂段连接管外壁上，且对应压裂段连接管的进出水孔设置，压力导通片具有一定的强度，能够有效地在进出水孔处起到阻挡外部泥浆的作用。滤网设置于所述进出水孔内，在下井完成后开展压裂段岩石压裂试验时，压破压力导通片使其压裂导通，进而开展试验。在压裂段岩石压裂试验过程中，滤网形成内层防泥浆装置可对泥浆起到阻挡作用，提高试验的成功率。

Description

防泥浆组件及封隔系统

技术领域

本申请涉及水压致裂地应力测量技术领域，尤其是涉及一种防泥浆组件及封隔系统。

背景技术

水压致裂地应力测量中泥浆的干扰与否直接到测试实验的成败，因此井下防泥浆技术是水压致裂地应力测量中采用的重要辅助技术。而在泥浆井和深井进行水压致裂地应力测量时，受钻井中浓稠泥浆、油污、植物根系、茎叶以及密封材料碎片等影响，必须对井下高压阀门、管路、气孔、泄水孔、进水孔等进行防泥浆、杂质堵塞设计。

现有的水压致裂地应力测量系统对井下防泥浆杂质设计主要是针对井下高压管路控制装置、钻杆高压水通道。井下高压管路控制装置防泥浆杂质设计主要是在气水孔、泄水孔加装细密金属网，以过滤进出井中泥浆液中的颗粒及杂质；钻杆高压水通道防泥浆杂质设计主要是在通道底部(最接近井下高压管路控制装置处)加装过滤装置，以过滤钻杆内壁、压裂试验用水中的泥浆、颗粒及杂质。

然而对于开放度较高压裂段的防泥浆设计，在下井过程中，由于推拉阀基本处于坐封状态，且压裂管路口径较大，因此现有技术中一般认为在没有较大的抽吸动力条件下，泥浆基本不会从压裂段出水孔向上反流堵塞压裂管路。但实践表明，在封隔器、井下高压管路控制装置和钻杆组合体下井的过程中，在钻井泥浆液的浮力和反作用力、钻孔孔壁摩擦力以及组合体重量的综合因素作用下，井下高压管路控制装置经常随机处于坐封、压裂或泄水状态，因此各种高压管路也会由于封隔段泥浆、杂质反流而被堵塞，从而造成水压致裂测量实验失败。

发明内容

本申请的目的在于提供一种防泥浆组件及包括该防泥浆组件的封隔系统，以在一定程度上解决现有技术中存在的在下井过程中压裂段泥浆反流堵塞高压管路，导致深孔水压致裂地应力测量成功率低的技术问题。

本申请提供了一种防泥浆组件，用于深孔水压致裂地应力测量系统；所述防泥浆组件设置于深孔水压致裂地应力测量系统的压裂段连接管处；

所述防泥浆组件包括压力导通片和滤网，所述压力导通片沿所述压裂段连接管的外周向贴设于所述压裂段连接管的外壁上；所述压裂段连接管的径向设置有进出水孔，所述压力导通片对应所述进出水孔设置；

所述滤网设置于所述进出水孔内。

进一步地，所述压力导通片的边缘厚度大于中间的厚度。

进一步地，所述压力导通片通过紧固件与所述压裂段连接管的外壁固定连接。

进一步地，所述压力导通片与所述紧固件的连接处设置有密封垫片，且所述密封垫片位于所述压力导通片和所述压裂段连接管的外壁之间。

进一步地，所述防泥浆组件还包括压紧件；

所述压裂段连接管的进出水孔的内壁设置有阶梯限位部；

所述压紧件能够从所述压裂段连接管的外壁开口端沿所述进出水孔的轴向伸入所述进出水孔内，压制所述滤网至所述滤网的边缘与所述阶梯限位部相抵靠；

所述压紧件沿所述进出水孔的轴向开设有通孔。

进一步地，所述压紧件为压紧螺母，所述压紧螺母的外壁设置有外螺纹，所述进出水孔的内壁面设置有与所述外螺纹相匹配的内螺纹，所述压紧件与所述进出水孔通过螺纹连接。

进一步地，所述滤网和所述压紧螺母之间设置有密封圈。

进一步地，所述压力导通片的抗拉强度为1-5兆帕。

进一步地，所述压力导通片的材质为钢。

本申请还提供了一种封隔系统，包括上封隔器、下封隔器、压裂段连接管和至少一个上述任一技术方案所述的防泥浆组件。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本申请提供的防泥浆组件用于在深孔水压致裂地应力测量中对压裂段进行防泥浆。其中压力导通片设置于压裂段连接管外壁上，且对应压裂段连接管的进出水孔设置，压力导通片具有一定的强度，能够有效地在进出水孔处起到外层阻挡泥浆的作用；在深钻孔下井过程中，压力导通片的强度大于压裂段连接管内外的水位压力差，压力导通片不会被压破导通，因此下井过程中能够完全隔绝井下泥浆，杜绝泥浆反流的发生，从而能够避免压裂管路堵塞，保证压裂段岩石压裂试验的正常开展。滤网设置于所述进出水孔内，在下井完成后开展压裂段岩石压裂试验时，首先对封隔器坐封形成密封压裂段，用高于压力导通片抗拉强度的水压压破压力导通片使其压裂导通，进而开展试验。在压裂段岩石压裂试验过程中，滤网形成内层防泥浆装置可对泥浆起到阻挡作用，提高试验的成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的防泥浆组件的结构及其设置在压裂段连接管上的位置剖视图；

图2为本发明实施例提供的另一种防泥浆组件的结构及其设置在压裂段连接管上的位置剖视图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为本发明实施例提供的封隔系统结构及其工作时的位置示意图。

附图标记：

100-压力导通片，200-滤网，300-压裂段连接管，301-进出水孔，400-紧固件，500-密封垫片，600-压紧件，700-密封圈，800-封隔器，801-上封隔器，802-下封隔器，900-钻杆。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参照图1至图4描述根据本发明一些实施例的防泥浆组件及包括该防泥浆组件的封隔系统。

参见图1所示，本申请的实施例提供了一种防泥浆组件，用于深孔水压致裂地应力测量系统，包括压力导通片100和滤网200；

防泥浆组件设置于深孔水压致裂地应力测量系统的压裂段连接管300处；压力导通片100沿压裂段连接管300的外周向贴设于压裂段连接管300的外壁上；压裂段连接管300的径向设置有进出水孔301，压力导通片100对应进出水孔301设置；

滤网200设置于进出水孔301内。

参见图1所示，本申请实施例提供的防泥浆组件用于在深孔水压致裂地应力测量中对压裂段进行防泥浆。其中压力导通片100设置于压裂段连接管300外壁上，且对应压裂段连接管300的进出水孔301设置，压力导通片100具有一定的强度，能够有效地在进出水孔301处起到外层阻挡泥浆的作用；在深钻孔下井过程中，压力导通片100的强度大于压裂段连接管300内外的水位压力差，压力导通片100不会被压破导通，因此下井过程中能够完全隔绝井下泥浆，杜绝泥浆反流的发生，从而能够避免压裂段管路堵塞，保证压裂段岩石压裂试验的正常开展。滤网200设置于进出水孔301内，在下井完成后开展压裂段岩石压裂试验时，首先对封隔器800坐封形成密封压裂段，用高于压力导通片100抗拉强度的水压压破压力导通片100使其压裂导通，进而开展试验。在压裂段岩石压裂试验过程中，滤网200形成内层防泥浆装置可对泥浆起到阻挡作用，提高试验的成功率。

具体地，参见图4所示，采用本申请的防泥浆组件进行深孔水压致裂地应力测量的过程为：在深孔水压致裂地应力测量试验过程前，在地面上安装压裂段防泥浆组件，防泥浆组件对应地安装于压裂段连接管300的进出水孔301处。防泥浆组件安装完成后，连接好封隔器800、水路转换控制阀901和钻杆900等设备，开始下井操作。在长时间的下井过程中，由压力导通片100组成的外层防泥浆装置可对泥浆进行完全阻隔。下井完成后，首先对封隔器800坐封形成密封压裂段，用高于压力导通片100抗拉强度的水压压破压力导通片100，使压力导通片100压裂导通。压力导通片100被导通后，即可开展压裂段岩石压裂试验，在压裂段岩石压裂试验过程中，滤网200形成内层防泥浆装置可对泥浆起到良好的防护作用。

需要说明的是，本申请的实施例主要保护在深孔水压致裂地应力测量试验过程中起到防泥浆作用的防泥浆组件，因此对防泥浆组件的具体结构及工作原理作了详细说明，对于深孔水压致裂地应力测量的具体过程，非本申请的保护内容，因此不再详细说明。

综上，通过采用本申请的防泥浆组件设计，能够使压裂段的防泥浆效果得到极大改善，在深钻孔长时间的下井过程中，压力导通片100能够保持阻隔状态，防止泥浆的进入压裂管路内，从而有效能够避免过滤网200表面及压裂段管路内壁附着很厚的硬化泥皮致使压裂管路堵塞导致实验失败的情况发生。此外，压裂段连接管300的进水孔内还设置有滤网200，能够在深孔水压致裂地应力测量过程中对防止泥浆进入压裂段连接管300内，保证试验的正常进行，且能够提高测量的准确性。

本申请的防泥浆组件尤其适用于千米以上或更深的泥浆钻井中时，因此下井时间长，泥浆进入压裂管路的量大，因此更易发生压裂管路堵塞，而采用本申请的防泥浆组件设计能够有效防止该情况发生。

此外，需要说明的是，由于井下压力传感器安装在压裂管路内部，所以在压裂段进出水孔加装逆止阀装置防泥浆反流方案是不可行的，这将影响水压致裂过程中各种压力参数的准确获取。因此在诸多条件的限制下，本申请创造性地设计了压裂段出水口双层防泥浆组件，从里到外内层为细金属网过滤防泥浆装置，外层为压力导通片泥浆阻挡装置，以进行深孔水压致裂地应力测量。

在本申请的实施例中，优选地，参见图1和图2所示，压力导通片100的边缘厚度大于中间的厚度。

在该实施例中，一方面保证压力导通片100与压裂管路的外壁有一定的连接强度，另一方面在开展压裂段岩石压裂试验时使压力导通片100能够实现压裂导通，本申请的实施例设计压力导通片100的边缘厚度大于中间的厚度，压力导通片100的边缘处于压裂管路的外壁向连接，因此压力导通片100的边缘厚度大连接强度高，而压力导通片100的中间厚度小，抗拉强度小，易于压裂导通，以保证试验的开展。

优选地，本申请的压力导通片100采用周缘厚度2mm、中间厚度0.5mm的弧形钢片，材料为45号钢，抗拉强度为1-5兆帕。压力导通片100被设计成具有几兆帕的低抗拉强度，在深钻孔长时间的下井过程中，这个强度明显大于水位压力差，因此压力导通片100不会被压破导通，可以完全隔绝井下泥浆，杜绝泥浆反流的发生。在压裂实验开始前，用高于压力导通片100抗拉强度的水压压破它，使压裂段出水口变成通路，进而就可正常开展实验了。试验测试表明：在6MPa-8MPa水压作用下，压力导通片100中间0.5mm厚度部分即可被压裂导通。

在本申请的实施例中，优选地，参见图2和图3所示，压力导通片100通过紧固件400与压裂段连接管300的外壁固定连接。

在该实施例中，为保证压力导通片100与压裂段连接管300连接的稳固性，设计压力导通片100通过紧固件400与压裂段连接管300的外壁固定连接，连接更为牢固，且便于压力导通片100的安装和拆卸。

在本申请的实施例中，优选地，参见图2和图3所示，压力导通片100与紧固件400的连接处设置有密封垫片500，且密封垫片500位于压力导通片100和压裂段连接管300的外壁之间。

在该实施例中，为提高压力导通片100与压裂段连接管300连接的密封性，避免泥浆从两者连接的缝隙中进入压裂段连接管300内，本申请的实施例在压力导通片100与紧固件400的连接处设置密封垫片500，且密封垫片500位于压力导通片100和压裂段连接管300的外壁之间，有效的隔绝了泥浆的进入。

优选地，密封垫片500为橡胶垫片。

在本申请的实施例中，优选地，参见图2所示，防泥浆组件还包括压紧件600；

压裂段连接管300的进出水孔301的内壁设置有阶梯限位部；

压紧件600能够从压裂段连接管300的外壁开口端沿进出水孔301的轴向伸入进出水孔301内，压制滤网200至滤网200的边缘与阶梯限位部相抵靠；

压紧件600沿进出水孔301的轴向开设有通孔。

在该实施例中，为提高进出水孔301内滤网200放置的稳定性，避免在压力导通片100导通后滤网200在泥浆的冲击下发生脱落等情况，本申请的实施例还设置有压紧件600，压紧件600用于压紧滤网200。压裂段连接管300的进出水孔301的内壁设置有阶梯限位部，压紧件600能够将压制滤网200的边沿至阶梯限位部；且压紧件600沿进出水孔301的轴向开设有通孔，因此在压紧滤网200的基础上还能够保证进出水孔301得正常导通，从而保证试验的正常进行。

优选地，压紧件600为环形结构，其外壁面与进出水孔301的内壁面为过盈配合或螺纹连接，从而保证压紧件600对滤网200压紧作用的稳定性。

此外，需要说明的是，压紧件600沿其轴向的长度小于进出水孔301的长度，保证压紧件600能够全部位于进出水孔301内，不影响压裂段连接管300外壁上的压力导通片100的设置。

在本申请的实施例中，优选地，为进一步提高压紧件600对滤网200的压紧作用，同时保持压紧件600结构的稳定性，设置压紧件600与进出水孔301为螺纹连接，具体地，压紧件600为压紧螺母，压紧螺母的外壁设置有外螺纹，进出水孔301的内壁面设置有与外螺纹相匹配的内螺纹，压紧件600与压裂段连接管300的进出水孔301通过螺纹连接。

在本申请的实施例中，优选地，参见图2所示，滤网200和压紧螺母之间设置有密封圈700。

在该实施例中，为提高滤网200边沿与进出水孔301接触处的密封性，避免泥浆从滤网200的边沿进入压裂段连接管300内，本申请的实施例在滤网200和压紧螺母之间设置有密封圈700，以防止泥浆从滤网200的边沿进入压裂段连接管300内。

优选地，密封圈700为橡胶圈，密封圈700与滤网200、压紧件600共同组成内层防泥浆装置。

本申请的实施例还提供了一种封隔系统，参见图4所示，包括上封隔器801、下封隔器802、压裂段连接管300和至少一个上述任一实施例的防泥浆组件。

本申请的实施例还提供了一种封隔系统，用于深孔水压致裂地应力测量。由于压裂段连接杆上有多个进出水孔301，因此需要对应每一进出水孔301设置一组防泥浆组件。对于防泥浆组件的具体结构上述实施例已具体公开，在此不重复描述，上述实施例公开的内容也属于本实施例公开的内容。

利用本申请实施例封隔系统进行深孔水压致裂地应力测量试验过程为：

在深孔水压致裂地应力测量试验过程前，在地面上安装压裂段防泥浆组件，防泥浆组件一一对应地安装于压裂段连接管300的进出水孔301处。压裂段双层防泥浆装置安装完成后，连接好上封隔器801、下封隔器802、水路转换控制阀和钻杆900等设备，开始下井操作。在长时间的下井过程中，由压力导通片100和密封垫片500组成的外层防泥浆装置可对泥浆进行完全阻隔。下井完成后，首先对封隔器800坐封形成密封压裂段，然后对压力导通片100压裂导通。压力导通片100被导通后，即可开展压裂段岩石压裂试验，在压裂段岩石压裂试验过程中，由密封圈700与滤网200、压紧件600共同组成内层防泥浆装置可对泥浆起到良好的防护作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种防泥浆组件，用于深孔水压致裂地应力测量系统，其特征在于，包括压力导通片和滤网；

所述防泥浆组件设置于所述深孔水压致裂地应力测量系统的压裂段连接管处；所述压力导通片沿所述压裂段连接管的外周向贴设于所述压裂段连接管的外壁上；所述压裂段连接管的径向设置有进出水孔，所述压力导通片对应所述进出水孔设置；

所述滤网设置于所述进出水孔内。

2.根据权利要求1所述的防泥浆组件，其特征在于，所述压力导通片的边缘厚度大于中间厚度。

3.根据权利要求1所述的防泥浆组件，其特征在于，所述压力导通片通过紧固件与所述压裂段连接管的外壁固定连接。

4.根据权利要求3所述的防泥浆组件，其特征在于，所述压力导通片与所述紧固件的连接处设置有密封垫片，且所述密封垫片位于所述压力导通片和所述压裂段连接管的外壁之间。

5.根据权利要求1所述的防泥浆组件，其特征在于，还包括压紧件；

所述压裂段连接管的进出水孔的内壁设置有阶梯限位部；

所述压紧件能够从所述压裂段连接管的外壁开口端沿所述进出水孔的轴向伸入所述进出水孔内，压制所述滤网至所述滤网的边缘与所述阶梯限位部相抵靠；

所述压紧件沿所述进出水孔的轴向开设有通孔。

6.根据权利要求5所述的防泥浆组件，其特征在于，所述压紧件为压紧螺母，所述压紧螺母的外壁设置有外螺纹，所述进出水孔的内壁面设置有与所述外螺纹相匹配的内螺纹，所述压紧件与所述进出水孔通过螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的防泥浆组件，其特征在于，所述滤网和所述压紧螺母之间设置有密封圈。

8.根据权利要求1至4任一项所述的防泥浆组件，其特征在于，所述压力导通片的抗拉强度为1-5兆帕。

9.根据权利要求8所述的防泥浆组件，其特征在于，所述压力导通片的材质为钢。

10.一种封隔系统，其特征在于，包括上封隔器、下封隔器、压裂段连接管和至少一个权利要求1至9任一项所述的防泥浆组件。