CN110331969B - 跨隔式试油测试及重复压裂工具系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，由提放球阀式坐封工具、上部封隔器、跨隔中心管工具、下部封隔器连接而成。本发明采用提放球阀和传压管方式连接上下两个高性能膨胀式封隔器，可实现多次坐封/解封，并可控制两个封隔器始终处于/保持坐封状态和解封状态。无需投球的简单上提/下放管柱并结合井口打压/泄压操作，便可实现跨隔密封，并保持作业通道的全通径。两个封隔器之间可以采用常规的带孔管、压裂端口及其他仪器和工具，组合性强。

Description

跨隔式试油测试及重复压裂工具系统

技术领域

本发明涉及多层油气田试油完井及重复酸化压裂技术领域，特别是涉及一种过油管可多次坐封并保持坐封的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统。

背景技术

在多层油气井中逐段或者逐层进行试油测试或酸化压裂，是油田实现高效开发的重要手段，可以更加有效的了解和动用每个储层层段。这项工艺技术在油气开发过程中用途广泛，主要是：临时或永久封隔特定产层、调整或封堵产油/产水/注水层剖面、特定产层的抽吸及取样测试、用于修井作业时的临时性跨隔桥堵、挤注作业、作为逐层求产时的临时性生产封隔器、弃井封层作业、选层的压裂酸化增产措施、查找出水的生产层、裸眼测试、套管/油管的检漏、井底节流、可回收的跨封封隔、查找/封隔漏失的油管、套管、封隔破损的防砂管等等。

为实现上述目的，已知的工艺及工具系统，需要下入多级封隔器及控制滑套系统，并采用投球、钢丝或连续管作业的方式，逐层控制每个层的对应滑套，对于多层油气井来说，下入的工具数量较成本高、施工作业量大、施工作业周期长，并且入井工具过多极易发生沉砂卡钻情况，对套变井及过油管作业并不适合，也不适合在裸眼井段中使用。

有已知的工艺技术采用逐层电缆桥塞或者机械桥塞工艺方式，但是，每层作业需要起下至少两趟管柱，作业量极大，施工作业成本极高，水平井施工难度大或者无法施工，不适合裸眼井段中使用。

也有已知相关技术采用连续管拖动方式，实现逐层多次跨隔作业，但只能通过跨隔封隔器之间的节流阀，为封隔器提供坐封压力，工具之间动作配伍性较差，易发生干扰产生失误动作，并且只能进行压裂酸化这样的泵注型作业方式，不能进行跨隔开采，对于逐层求产试油测试不适用。节流阀对于高砂量作业，易发生冲蚀，导致封隔器失效，管柱断裂。

还有已知相关技术采用双向对装的皮碗封隔器跨隔密封方式，可以实现逐层跨隔作业，但皮碗封隔器的胶筒是采用自密封方式，胶筒唇部外径始终大于套管内径，在起下作业过程中磨损严重，不适合深井和复杂结构井，也不适合过油管作业。

因此，目前亟需一种既能过油管密封套管又能保持封隔器始终处于密封状态完成试油测试及重复压裂酸化的一趟管柱多层作业，并且作业过程中管柱保持通径有利于电缆测试仪器的起下，无需多次投球的井下工具系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种过油管可多次坐封并保持坐封的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：

跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，由提放球阀式坐封工具、上部封隔器、跨隔中心管工具、下部封隔器连接而成。

提放球阀式坐封工具包括上接头、调节螺套、弹簧、活动套、扭矩销钉、开关套、盲塞、球阀承托、球阀密封座、球阀转柄、球阀、中间接头、下接头；其中，调节螺套、弹簧、活动套和扭矩销钉组成开关动作总成；球阀承托、球阀密封座、球阀转柄、球阀和中间接头组成球阀总成；开关套和下接头组成旁通传压通道总成；传压通道总成内部有传压通道结构。

上述总成机构实现液压连接上部高性能过油管膨胀式封隔器。初始状态时，球阀关闭管柱内通道，传压通道进液孔与上部封隔器连通，井口打压可以完成封隔器坐封。下放提放球阀总成时，关闭传压通道进液孔，封隔器内圈闭的压力无法泄出，封隔器保持坐封状态，继而球阀打开，管柱实现通径，可以进行泵注及抽吸作业。上提提放球阀总成时，球阀首先关闭，实现管柱内封闭，实现管柱内防喷功能，继而打开传压通道进液孔，井口泄压，封隔器内圈闭的压力泄出，封隔器解封。

进一步的，所述传压管长度可以根据工艺需求调整长度，实现短跨距或长跨距的跨隔封隔，传压管连接上部封隔器和下部封隔器，当井口打压时，上下两个封隔器同时完成坐封动作，传压通道关闭时，上下两个封隔器同时完成内部压力圈闭，实现同时保持密封状态，传压通道再次打开，并且井口泄压时，可以实现上下两个封隔器同时泄出内部压力，实现解封动作。

跨隔中心管连接固定上下部封隔器，根据需求调整跨隔中心管的长度，实现不同跨距的跨隔密封，跨隔中心管可采用带孔管方式或者任意形式的流动端口、压裂端口、滑套、压力阀，或者携带任何测试仪器，不需要考虑跨隔中心管自身的密封，因为上下部封隔器的密封是在提放球阀总成和传压管内部完成的。

上部封隔器包括上压套一、内胶囊一、芯轴一、外胶筒一、下压套一、传压管接头一，实现跨隔层段的上部密封；液压通过上压套一内的传压孔，进入内胶囊一和芯轴一之间的空腔一，膨胀内胶囊一，挤压外胶筒一密封套管或者裸眼，膨胀率达到3:1，实现过油管密封套管或者裸眼的目的。泄压时，内胶囊一圈闭的压力，从上压套一内的传压孔排出。另外，下压套一内部有传压孔机构，可以将内胶囊一内的液压通过传压管传递下部封隔器，从而实现上下两个封隔器的串联。

跨隔中心管工具包括传压管、传压管中间接头、跨隔中心管，实现与储层的流动沟通，泵注或者抽吸；

下部封隔器包括传压管接头二、上压套二、内胶囊二、外胶筒二、芯轴二、下压套二、导向头，实现跨隔层段的下部密封。下部封隔器可以是一个也可以是多个，多个下部封隔器也采用跨隔中心管和传压管连接，一次完成多层作业的目的。

通过调节螺套调整弹簧对活动套的预紧力。活动套内部有花键槽，与扭矩销钉相配合。

上部封隔器的空腔一为内胶囊一和芯轴一组成的圈闭空间，下部封隔器的空腔二为内胶囊二和芯轴二组成的圈闭空间，液压进入空腔一或空腔二后，迫使内胶囊膨胀，并扩张外胶筒一或外胶筒二挤压到套管或者裸眼壁上，形成隔离密封。

提放球阀式坐封工具通过下接头与上部封隔器的上压套一和芯轴一连接，液体可通过进液孔、传压通道一、传压通道二、传压通道三进出上部封隔器的空腔一，实现上部封隔器的坐封和解封动作。

上部封隔器通过芯轴一与跨隔中心管工具的跨隔中心管连接，并连接到下部封隔器的上压套二和芯轴二。

上部封隔器的空腔一通过下压套一内的传压通道四、传压管接头一、传压管、传压管中间接头、传压管接头二连通下部封隔器的传压通道五，进而连通下部封隔器的空腔二。

连续油管或油管下入油气井内，在弹簧及工具自重的共同作用下，活动套处于下死点位置，此时球阀处于关闭状态；管柱内的液体在球阀处于分隔状态。

井口打压，油管内的液体通过进液孔进入开关套内的传压通道一，液压先后进入上部封隔器的空腔一和下部封隔器的空腔二；随着井口压力持续升高，液体同时膨胀上部封隔器和下部封隔器。

井口操作管柱缓慢下放一段距离，上部封隔器和下部封隔器坐封对管柱起到锚定支撑作用，迫使上接头向下移动，活动套受到支撑不产生位移；下接头带动调节螺套克服预紧力后压缩弹簧，带动球阀总成向下移动，同时关闭进液孔；随着进液孔的关闭，上部封隔器的空腔一和下部封隔器的空腔二内的高压无法排出，保持封隔器始终处于坐封状态；随着继续下放管柱，球阀总成的球阀转柄带动球阀发生旋转，旋转90°时，球阀完全打开，形成通径，此时球阀承托与中间接头正好接触，无法继续下行；井口继续施加下放力量，管柱始终保持全通径。

完成某层试油测试后，需要转层时，只需上提管柱，在封隔器坐封锚定力、工具系统自重及弹簧的弹力作用下，活动套不发生位移；仅球阀总成和上接头向上移动，移动过程中，球阀转柄带动球阀产生旋转，管柱内通径逐渐关闭，旋转90°时，球阀完全关闭，管柱内的液体在球阀处处于分隔状态，管柱重新恢复内防喷功能；同时，进液孔重新打开，上部封隔器的空腔一和下部封隔器的空腔二内被圈闭的高压液体随即排入到管柱内，内胶囊一和外胶筒一恢复到初始状态，封隔器完成解封。

针对多层油气井完井管柱工艺特点，本发明提供的过油管可多次坐封并保持坐封的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，其技术优点在于：

(1)本发明提供一种可以多次坐封的跨隔式井段隔离工具，坐封过程简化为井口直接打压和下放管柱，井口无需投球和泵注作业，有益的结果是这一功能在现场工艺中有显著的实用意义，一方面显著节省了作业时间提高工作实效，显著简化井口操作程序，显著降低井下工具出现误差动作的概率，另一方面节省了泵注液体的费用。

(2)本发明采用提放球阀与滑动开关传压通道的联动方式，关闭传压通道可以使得封隔器内的坐封压力圈闭，即便井口泄压也能使封隔器始终保持密封状态的目的。有益的结果是这一功能在现场工艺中有显著的实用意义，不单可以满足特定层的压裂酸化等泵注作业，同时也可以满足试油测试等抽吸作业，还可以对封隔器及套管进行验封、验漏。

(3)本发明采用提放球阀，起下管柱时，工具系统内的球阀始终处于关闭状态，有益的结果是有利于井控内防喷安全，适合不压井作业尤其适合连续油管拖动作业的方式。

(4)本发明采用提放球阀，球阀打开时，管柱内部为通径，有益的结果是适合电缆及钢丝下入测试仪器及其他流体控制工具，完成更为复杂的井筒干预及测试作业目的。

(4)本发明采用传压管连接上、下两个封隔器，无需考虑管柱内部密封或者定压节流问题，解放了跨隔中心管，使得两个封隔器之间可以采用更为丰富的工具组合方式，如：带孔管、流动端口等，设置各类测试仪器，有益的结果是整体管柱不需要复杂的流体控制工具或者定压节流工具，尤其对于重复压裂来说，由于流量端口不存在节流，因此大砂量作业对工具和套管的冲蚀损伤明显降低，一方面显著提高一趟管柱的砂量通过能力，提升了施工层数，另一方面显著降低了工具成本，提高了作业的可靠性。

(5)本发明上、下部封隔器可采用相同的结构，也可采用不同的结构，不仅限于膨胀封隔器组合，也可以是其他液压封隔器组合，有益的结果是根据不同的井身情况和工艺目的，组合不同结构的液压封隔器可以进一步提高管柱整体的可靠性和降低成本。

下面结合附图说明和具体实施例对本发明所述的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统作进一步说明。

附图说明

图1是本发明提放球阀式坐封工具的结构剖面图

图2是本发明上部封隔器的结构剖面图。

图3是本发明跨隔中心管的结构剖面图。

图4是本发明下部封隔器的结构剖面图

图中：1.上接头，2.调节螺套，3.弹簧，4.活动套，5.扭矩销钉，6.开关套，7.盲塞，8.球阀承托，9.球阀密封座，10.球阀转柄，11.球阀，12.中间接头，13.下接头，14.上压套一，15.内胶囊一，16.芯轴一，17.外胶筒一，18.下压套一，19.传压管接头一，20.传压管，21.传压管中间接头，22.跨隔中心管，23.传压管接头二，24.上压套二，25.内胶囊二，26.外胶筒二，27.芯轴二，28.导向头，29.下压套二，101.花键槽，102.进液孔，103.传压通道一，104.传压通道二，105.传压通道三，106.空腔一，107.传压通道四，108.流动端口，109.传压通道五，110.空腔二。

具体实施方式

如图1-4所示，跨隔式试油测试及重复压裂工具系统主要由提放球阀式坐封工具、上部封隔器、跨隔中心管工具、下部封隔器连接而成，是一种多用途工具组合。

提放球阀式坐封工具是主要由：上接头1，调节螺套2，弹簧3，活动套4，扭矩销钉5，开关套6，盲塞7，球阀承托8，球阀密封座9，球阀转柄10，球阀11，中间接头12，下接头13组成。其中，调节螺套2、弹簧3、活动套4和扭矩销钉5组成开关动作总成。球阀承托8、球阀密封座9、球阀转柄10、球阀11和中间接头12组成球阀总成。开关套6和下接头13组成旁通传压通道总成。

上部封隔器由上压套一14、内胶囊一15、芯轴一16、外胶筒一17、下压套一18、传压管接头一19组成；实现跨隔层段的上部密封。

跨隔中心管工具主要由传压管20、传压管中间接头21、跨隔中心管22组成，实现与储层的流动沟通，泵注或者抽吸。

下部封隔器由传压管接头二23、上压套二24、内胶囊二25、外胶筒二26、芯轴二27、下压套二29、导向头28组成，实现跨隔层段的下部密封。

根据图1所示，通过调节螺套调整弹簧3对活动套4的预紧力，此做法的有益结果是为球阀总成提供足够的关闭预紧力，避免在本工具系统下入遇阻时球阀误动作打开。

活动套4内部有花键槽101，与扭矩销钉5配合实现防止发生扭向旋转。

上部封隔器的空腔一106是由内胶囊一15和芯轴一16组成的圈闭空间，下部封隔器的空腔二110是由内胶囊二25和芯轴二27组成的圈闭空间，液压进入空腔一106或空腔二110后，迫使内胶囊膨胀，并扩张外胶筒一17或外胶筒二26挤压到套管或者裸眼壁上，形成隔离密封。

提放球阀式坐封工具通过下接头13与上部封隔器的上压套一14和芯轴一16连接，液体可以通过进液孔102、传压通道一103、传压通道二104、传压通道三105进出上部封隔器的空腔一106，实现上部封隔器的坐封和解封动作。

上部封隔器通过芯轴二16与跨隔中心管工具的跨隔中心管22连接，并连接到下部封隔器的上压套二24和芯轴二27。

上部封隔器的空腔一106通过下压套一18内的传压通道四107、传压管接头一19，传压管20，传压管中间接头21、传压管接头二23这一液压通道，进入下部封隔器的传压通道五109，继而进入下部封隔器的空腔二110。

下面结合试油测试现场实例，把本发明系统性动作进行描述。将下部封隔器、跨隔中心管工具、上部封隔器、提放球阀式坐封工具依顺序连接好后，用连续油管或油管，下入油气井内，此时在弹簧3及工具自重的共同作用下，活动套4处于下死点位置，此时球阀处于关闭状态。管柱内的液体在球阀处处于分隔状态，实现管柱的内防喷功能。

本发明工具系统下到指定层段后，确认上部封隔器处于目的层段的上部，下部封隔器处于目的层段的下部。井口打压，油管内的液体通过进液孔102进入开关套6内的传压通道一103，如前面所述，液压先后进入上部封隔器的空腔一106和下部封隔器的空腔二110。随着井口压力持续升高，液体同时膨胀上部封隔器和下部封隔器，对目的层段实现了跨隔密封目的。

此时，井口操作管柱，缓慢下放一段距离，由于上上部封隔器和下部封隔器已经坐封，因此对管柱可以起到锚定支撑作用，因此，只能迫使上接头1向下移动，而活动套4受到支撑不产生位移。下接头13带动调节螺套2克服预紧力后压缩弹簧3，带动球阀总成向下移动，同时关闭进液孔102。伴随着进液孔102的关闭，上部封隔器的空腔一106和下部封隔器的空腔二110内的高压无法排出，被圈闭住，保持封隔器处于坐封状态。伴随着继续下放管柱，球阀总成的球阀转柄10带动球阀发生旋转，旋转90°时，球阀完全打开，形成通径，并且此时球阀承托8与中间接头12正好接触，无法继续下行。此时，无论井口继续施加下放力量，也不会改变球阀状态，管柱保持全通径。

释放井口，对管柱内的液体进行抽吸作业，可以将跨隔段的储层液体采出井口或者关井测量压力恢复等等，实现特定层试油测试的目的。

完成该层试油测试后，需要转层时，只需要上提管柱，此时在封隔器坐封锚定力、工具系统自重及弹簧3的弹力作用下，活动套4不发生位移。只有球阀总成和上接头向上移动，移动过程中，球阀转柄10带动球阀11产生旋转，管柱内通径逐渐关闭，旋转90°时，球阀完全关闭，管柱内的液体在球阀处处于分隔状态，管柱重新恢复内防喷功能。于此同时，进液孔102重新打开，上部封隔器的空腔一106和下部封隔器的空腔二110内被圈闭的高压液体随即排入到管柱内，内胶囊一15和外胶筒一17恢复到初始状态，封隔器完成解封。

此时的工具系统状态，与下入时的状态完全一致，移动管柱到另一个目的层段，重复动作，完成另一个储层的作业，直至所有的目的层均完成试油测试后，起出工具系统。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (12)

1.一种跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，其特征在于：由提放球阀式坐封工具、上部封隔器、跨隔中心管工具、下部封隔器连接而成；

所述提放球阀式坐封工具包括上接头(1)、调节螺套(2)、弹簧(3)、活动套(4)、扭矩销钉(5)、开关套(6)、盲塞(7)、球阀承托(8)、球阀密封座(9)、球阀转柄(10)、球阀(11)、中间接头(12)、下接头(13)；其中，调节螺套(2)、弹簧(3)、活动套(4)和扭矩销钉(5)组成开关动作总成；球阀承托(8)、球阀密封座(9)、球阀转柄(10)、球阀(11)和中间接头(12)组成球阀总成；开关套(6)和下接头(13)组成旁通传压通道总成；

上部封隔器包括上压套一(14)、内胶囊一(15)、芯轴一(16)、外胶筒一(17)、下压套一(18)、传压管接头一(19)；

跨隔中心管工具包括传压管(20)、传压管中间接头(21)、跨隔中心管(22)；

下部封隔器包括传压管接头二(23)、上压套二(24)、内胶囊二(25)、外胶筒二(26)、芯轴二(27)、下压套二(29)、导向头(28)。

2.根据权利要求1所述的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，其特征在于：通过调节螺套调整弹簧(3)对活动套(4)的预紧力。

3.根据权利要求1所述的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，其特征在于：所述活动套(4)内部有花键槽(101)，与扭矩销钉(5)相配合。

4.根据权利要求1所述的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，其特征在于：上部封隔器的空腔一(106)为内胶囊一(15)和芯轴一(16)组成的圈闭空间，下部封隔器的空腔二(110)为内胶囊二(25)和芯轴二(27)组成的圈闭空间，液压进入空腔一(106)或空腔二(110)后，迫使内胶囊膨胀，并扩张外胶筒一(17)或外胶筒二(26)挤压到套管或者裸眼壁上，形成隔离密封。

5.根据权利要求4所述的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，其特征在于：所述提放球阀式坐封工具通过下接头(13)与上部封隔器的上压套一(14)和芯轴一(16)连接，液体可通过进液孔(102)、传压通道一(103)、传压通道二(104)、传压通道三(105)进出上部封隔器的空腔一(106)，实现上部封隔器的坐封和解封动作。

6.根据权利要求5所述的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，其特征在于：上部封隔器通过芯轴一(16)与跨隔中心管工具的跨隔中心管(22)连接，并连接到下部封隔器的上压套二(24)和芯轴二(27)。

7.根据权利要求6所述的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，其特征在于：上部封隔器的空腔一(106)通过下压套一(18)内的传压通道四(107)、传压管接头一(19)、传压管(20)、传压管中间接头(21)、传压管接头二(23)连通下部封隔器的传压通道五(109)，进而连通下部封隔器的空腔二(110)。

8.根据权利要求7所述的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，其特征在于：连续油管或油管下入油气井内，在弹簧(3)及工具自重的共同作用下，活动套(4)处于下死点位置，此时球阀处于关闭状态；管柱内的液体在球阀处于分隔状态。

9.根据权利要求7所述的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，其特征在于：井口打压，油管内的液体通过进液孔(102)进入开关套(6)内的传压通道一(103)，液压先后进入上部封隔器的空腔一(106)和下部封隔器的空腔二(110)；随着井口压力持续升高，液体同时膨胀上部封隔器和下部封隔器。

10.根据权利要求7所述的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，其特征在于：井口操作管柱缓慢下放一段距离，上部封隔器和下部封隔器坐封对管柱起到锚定支撑作用，迫使上接头(1)向下移动，活动套(4)受到支撑不产生位移；下接头(13)带动调节螺套(2)克服预紧力后压缩弹簧(3)，带动球阀总成向下移动，同时关闭进液孔(102)；随着进液孔(102)的关闭，上部封隔器的空腔一(106)和下部封隔器的空腔二(110)内的高压无法排出，保持封隔器始终处于坐封状态；随着继续下放管柱，球阀总成的球阀转柄(10)带动球阀(11)发生旋转，旋转90°时，球阀完全打开，形成通径，此时球阀承托(8)与中间接头(12)正好接触，无法继续下行；井口继续施加下放力量，管柱始终保持全通径。

11.根据权利要求7所述的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，其特征在于：完成某层试油测试后，需要转层时，只需上提管柱，在封隔器坐封锚定力、工具系统自重及弹簧(3)的弹力作用下，活动套(4)不发生位移；仅球阀总成和上接头向上移动，移动过程中，球阀转柄(10)带动球阀(11)产生旋转，管柱内通径逐渐关闭，旋转90°时，球阀完全关闭，管柱内的液体在球阀处处于分隔状态，管柱重新恢复内防喷功能；同时，进液孔(102)重新打开，上部封隔器的空腔一(106)和下部封隔器的空腔二(110)内被圈闭的高压液体随即排入到管柱内，内胶囊一(15)和外胶筒一(17)恢复到初始状态，封隔器完成解封。

12.根据权利要求1所述的跨隔式试油测试及重复压裂工具系统，其特征在于：下部封隔器为一个或者多个；当采用多个下部封隔器时，采用跨隔中心管和传压管连接。

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