CN110454129A - 一种气井分层压裂、控水一体化工艺管柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油天然气开采技术领域，属于一种气井分层压裂、控水一体化工艺管柱。本发明解决了现有压裂完井管柱不能在生产后期控水、无法在不动管柱条件下解封封隔器的问题。本发明由安全接头（1）、悬挂封隔器（2）、可开关喷砂器（3）、压缩式投球解封封隔器（4）、滑套开关工具（5）及活动球座（6）组成；该工艺管柱可通过下放开关工具关闭压裂滑套实现控水生产，同时可在不动管柱条件下，完成生产封隔器完井管柱向光油管生产管柱的转换，满足生产后期实施排水采气工艺的需要。

Description

一种气井分层压裂、控水一体化工艺管柱

技术领域

本发明涉及石油天然气开采技术领域，属于一种气井分层压裂、控水一体化工艺管柱。

背景技术

现有的气井完井管柱主要包括两种，一种是由水力锚悬挂不带锁紧机构的压缩式封隔器与喷砂器配套组成的工艺管柱，压裂后封隔器自动解封，不起管柱直接进行生产，即相当于光油管生产管柱，需要起出管柱时，实施压井后，直接上提管柱即可；一种由卡瓦悬挂封隔器与喷砂压裂封隔器配套组成的工艺管柱，压裂后卡瓦悬挂封隔器始终处于坐封状态，其他封隔器自动解封，不起管柱直接进行生产，即为生产封隔器完井管柱。需要起出管柱时，实施压井后投球打压上提管柱或直接上提管柱即可将卡瓦悬挂封隔器解封。

现有上提管柱解封封隔器的结构设计已无法满足深层气井分层压裂及控水的需要。现有压缩式封隔器依靠上提管柱实现解封，对于无接箍缝气密封套管井，压缩式封隔器解封的可靠性更难以保证。同时，针对生产后期出水较多的层位，现有压裂工艺管柱中喷砂器滑套通过投球开启喷砂口，其开启方式属于一次性打开设计，无法实现喷砂器开启条件下再次封堵，因此，无法满足分层压裂后期实现分层控水。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了通过下放专用开关工具，关闭出水层段压裂滑套达到控水目的的一种气井分层压裂、控水一体化工艺管柱。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明由安全接头、悬挂封隔器、可开关喷砂器、压缩式投球解封封隔器、滑套开关工具及活动球座组成；

压裂时，油管下端依次连接安全接头、悬挂封隔器、可开关喷砂器、压缩式投球解封封隔器，压缩式投球解封封隔器下方连接由可开关喷砂器、压缩式投球解封封隔器依次相连组成的多个单元体，最下方的单元体连接活动球座；

控水时，滑套开关工具下入可开关喷砂器内，滑套开关工具的打捞爪与可开关喷砂器内置滑套连接。

所述的一种压缩式投球解封封隔器由上接头、承压套、定位锁块、解封销钉、上中心管、限位活塞、下中心管、坐封销钉、锁紧环、坐封活塞、坐封套、隔环、中胶筒、边胶筒、调节环及下接头组成；

其中承压套与上接头下部螺纹连接，在上中心管和定位锁块外部套装限位活塞，限位活塞通过解封销钉与上中心管固定，下中心管上端与上中心管下端螺纹连接，承压套套装在限位活塞外部，坐封活塞与承压套下端螺纹连接，坐封套通过坐封销钉固定在承压套下端，坐封活塞与坐封套中间装有锁紧环，隔环、中胶筒、边胶筒和调节环依次套装在下中心管上，调节环与下接头螺纹连接，下接头与下中心管下端螺纹连接。

所述的一种可开关喷砂器由变扣接头、喷砂体、定位套、防转销钉、防磨球座、剪断销钉、滑套组成；

其中变扣接头与喷砂体上端螺纹连接，变扣接头与喷砂体由防转销钉固定，定位套与喷砂体上端螺纹连接，滑套通过剪断销钉固定在喷砂体内部，滑套上部中心孔内装有防磨球座。

所述的一种滑套开关工具由转换接头、支撑体、弹簧、打捞爪、销钉、限位套组成；

其中转换接头与支撑体上端螺纹连接，限位套通过销钉固定在支撑体下端，打捞爪插入在支撑体与限位套连接后形成的环形空间内，支撑体与打捞爪凹槽间安有弹簧。

上接头下部和上中心管下部分别开有上进液通道、中心管进液孔，承压套中部开有排液孔。

所述支撑体设有限位台阶，使下放过程打捞爪可以准确卡入滑套定位槽内。

本发明与已有技术相比具有如下优点：

1）在不动管柱的情况下，通过下放开关工具，上提滑套，封闭出水层位，即可实现控水生产。

2）工艺管柱解封性能安全可靠，解封封隔器过程不需要上提管柱，通过井口投球即可实现多级封隔器的逐级解封。

3）在不动管柱条件下可以实现生产封隔器完井管柱向光油管生产管柱的转换，不仅为起出管柱提供了安全有力的条件，同时也为排水采气工艺的实施提供可靠保障。

附图说明：图1为本发明所述压裂管柱结构示意图；图2为本发明所述压缩式投球解封封隔器4结构示意图；图3为本发明所述可开关喷砂器3结构示意图；图4为本发明所述滑套开关工具5结构示意图；图5为图4的A-A向截面示意图；图6为本发明所述滑套开关工具5与可开关喷砂器3配合示意图。

附图标记说明：

1-安全接头、2-悬挂封隔器、3-可开关喷砂器、4-压缩式投球解封封隔器、5-滑套开关工具、6-活动球座、7-上接头、8-承压套、9-定位锁块、10-解封销钉、11-上中心管、12-限位活塞、13-下中心管、14-坐封销钉、15-锁紧环、16-坐封活塞、17-坐封套、18-隔环、19-中胶筒、20-边胶筒、21-调节环、22-下接头、23-上进液通道、24-中心管进液孔、25-排液孔、26-环形空间、27-下进液通道、28-变扣接头、29-喷砂体、30-定位套、31-防转销钉、32-防磨球座、33-剪断销钉、34-滑套、35-滑套定位槽、36-喷砂口、37-转换接头、38-支撑体、39-弹簧、40-打捞爪、41-销钉、42-限位套、43-限位台阶。

具体实施方式：下面结合附图对本发明作进一步说明：本发明由安全接头1、悬挂封隔器2、可开关喷砂器3、压缩式投球解封封隔器4、滑套开关工具5及活动球座6组成；

压裂时，油管下端依次连接安全接头1、悬挂封隔器2、可开关喷砂器3、压缩式投球解封封隔器4，压缩式投球解封封隔器4下方连接由可开关喷砂器3、压缩式投球解封封隔器4依次相连组成的多个单元体，最下方的单元体连接活动球座6；

控水时，滑套开关工具5下入可开关喷砂器3内，滑套开关工具5的打捞爪40与可开关喷砂器3内置滑套34连接。

所述的一种压缩式投球解封封隔器4由上接头7、承压套8、定位锁块9、解封销钉10、上中心管11、限位活塞12、下中心管13、坐封销钉14、锁紧环15、坐封活塞16、坐封套17、隔环18、中胶筒19、边胶筒20、调节环21及下接头22组成；

其中承压套8与上接头7下部螺纹连接，在上中心管11和定位锁块9外部套装限位活塞12，限位活塞12通过解封销钉10与上中心管11固定，下中心管13上端与上中心管11下端螺纹连接，承压套8套装在限位活塞12外部，坐封活塞16与承压套8下端螺纹连接，坐封套17通过坐封销钉14固定在承压套8下端，坐封活塞16与坐封套17中间装有锁紧环15，隔环18、中胶筒19、边胶筒20和调节环21依次套装在下中心管13上，调节环21与下接头22螺纹连接，下接头22与下中心管13下端螺纹连接。

所述的一种可开关喷砂器3由变扣接头28、喷砂体29、定位套30、防转销钉31、防磨球座32、剪断销钉33、滑套34组成；

其中变扣接头28与喷砂体29上端螺纹连接，变扣接头28与喷砂体29由防转销钉31固定，定位套30与喷砂体29上端螺纹连接，滑套34通过剪断销钉33固定在喷砂体29内部，滑套34上部中心孔内装有防磨球座32。

所述的一种滑套开关工具5由转换接头37、支撑体38、弹簧39、打捞爪40、销钉41、限位套42组成；

其中转换接头37与支撑体38上端螺纹连接，限位套42通过销钉41固定在支撑体38下端，打捞爪40插入在支撑体38与限位套42连接后形成的环形空间内，支撑体38与打捞爪40凹槽间安有弹簧39。

上接头7下部和上中心管13下部分别开有上进液通道23、中心管进液孔24，承压套8中部开有排液孔25。

所述支撑体38设有限位台阶43，使下放过程打捞爪40可以准确卡入滑套定位槽35内。

在工具遇卡时，通过振击剪断销钉41，上提支撑体38，支撑体38和限位套42分离，打捞爪40收回，保证滑套开关工具5安全起出。

本发明现场使用过程包括以下三个方面。

实施压裂工艺时，施工步骤如下：

首先根据压裂层数以及层深确定可开关喷砂器3与压缩式投球解封封隔器4数目及油管长度，与安全接头1、悬挂封隔器2、活动球座6组装，形成压裂管柱。

其次按照设计要求将压裂管柱下入井下指定深度，向油管内打液压，悬挂封隔器2坐封；液压通过各级压缩式投球解封封隔器4的下进液通道27作用在坐封套17上，推动坐封套17下行，坐封销钉14被剪断，坐封套17下行压缩胶筒，使中胶筒19、边胶筒20胀开紧贴于套管内壁；坐封时，液压通过上进液通道23和中心管进液孔24作用在限位活塞12上，由于下端面积大于上端面积，限位活塞12受向上的作用力，限位活塞12紧贴在上中心管11外台肩上，定位锁块9不会弹出；地面停泵，由于锁紧环15的锁紧止退作用，三个胶筒不会产生回退，压缩式投球解封封隔器4完成坐封；继续向油管内打液压，将活动球座6打掉。

再通过井口向油管内投入第一级可溶球，坐落在第一级可开关喷砂器3的滑套防磨球座32上，在液压作用下，剪断销钉33受力被剪断，滑套34受力下滑，喷砂体29上的喷砂口36被打开，压裂液通过喷砂口36进入第一层，实施压裂施工。

最后第一层压裂施工结束后，通过井口向油管内投入第二级可溶球，落在第二级可开关喷砂器3的滑套防磨球座32上，在油管内液压的作用下打开喷砂口36，对第二层实施压裂施工。通过对其它层段重复上述步骤，进而完成对所有层段的压裂施工，实现完井生产。

实施控水工艺时，施工步骤如下：

首先根据控水层段滑套34规格选择对应尺寸的滑套开关工具5，将钢丝、振击器及选择的滑套开关工具5进行连接。

其次通过钢丝将滑套开关工具5下放到需关闭的可开关喷砂器3内，利用振击器进行振击，将滑套开关工具5插入滑套34，弹性打捞爪40卡在滑套定位槽35内。

最后上提钢丝，带动滑套34上行，关闭喷砂口36，实现控水生产。

实施排水采气工艺时，施工步骤如下：

首先向油管内投入钢球，解封悬挂封隔器2。其次向各级压缩式投球解封封隔器4内投入钢球，钢球坐落在上中心管11上，向油管打入液压，由于上中心管11中心通道被钢球封闭，液压无法作用在限位活塞12下端，液压仅通过上进液通道23作用在限位活塞12上端，解封销钉10受力被剪断，限位活塞12下行，上中心管11带动定位锁块9向下运动，定位锁块9从上接头7下端的锁块卡槽内弹出，调节环21随上中心管11、下中心管13、下接头22一同向下运动，三个胶筒停止受挤压从而回弹，完成各级压缩式投球解封封隔器4解封，油套连通，实现光油管生产，为实施排水采气工艺提供循环通道。

Claims (6)

1.一种气井分层压裂、控水一体化工艺管柱，其特征在于：它由安全接头（1）、悬挂封隔器（2）、可开关喷砂器（3）、压缩式投球解封封隔器（4）、滑套开关工具（5）及活动球座（6）组成；

压裂时，油管下端依次连接安全接头（1）、悬挂封隔器（2）、可开关喷砂器（3）、压缩式投球解封封隔器（4），压缩式投球解封封隔器（4）下方连接由可开关喷砂器（3）、压缩式投球解封封隔器（4）依次相连组成的多个单元体，最下方的单元体连接活动球座（6）；

控水时，滑套开关工具（5）下入可开关喷砂器（3）内，滑套开关工具（5）的打捞爪（40）与可开关喷砂器（3）内置滑套（34）连接。

2.根据权利要求1所述的一种气井分层压裂、控水一体化工艺管柱，其特征在于：所述的一种压缩式投球解封封隔器（4）由上接头（7）、承压套（8）、定位锁块（9）、解封销钉（10）、上中心管（11）、限位活塞（12）、下中心管（13）、坐封销钉（14）、锁紧环（15）、坐封活塞（16）、坐封套（17）、隔环（18）、中胶筒（19）、边胶筒（20）、调节环（21）及下接头（22）组成；

其中承压套（8）与上接头（7）下部螺纹连接，在上中心管（11）和定位锁块（9）外部套装限位活塞（12），限位活塞（12）通过解封销钉（10）与上中心管（11）固定，下中心管（13）上端与上中心管（11）下端螺纹连接，承压套（8）套装在限位活塞（12）外部，坐封活塞（16）与承压套（8）下端螺纹连接，坐封套（17）通过坐封销钉（14）固定在承压套（8）下端，坐封活塞（16）与坐封套（17）中间装有锁紧环（15），隔环（18）、中胶筒（19）、边胶筒（20）和调节环（21）依次套装在下中心管（13）上，调节环（21）与下接头（22）螺纹连接，下接头（22）与下中心管（13）下端螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种气井分层压裂、控水一体化工艺管柱，其特征在于：所述的一种可开关喷砂器（3）由变扣接头（28）、喷砂体（29）、定位套（30）、防转销钉（31）、防磨球座（32）、剪断销钉（33）、滑套（34）组成；

其中变扣接头（28）与喷砂体（29）上端螺纹连接，变扣接头（28）与喷砂体（29）由防转销钉（31）固定，定位套（30）与喷砂体（29）上端螺纹连接，滑套（34）通过剪断销钉（33）固定在喷砂体（29）内部，滑套（34）上部中心孔内装有防磨球座（32）。

4.根据权利要求1所述的一种气井分层压裂、控水一体化工艺管柱，其特征在于：所述的一种滑套开关工具（5）由转换接头（37）、支撑体（38）、弹簧（39）、打捞爪（40）、销钉（41）、限位套（42）组成；

其中转换接头（37）与支撑体（38）上端螺纹连接，限位套（42）通过销钉（41）固定在支撑体（38）下端，打捞爪（40）插入在支撑体（38）与限位套（42）连接后形成的环形空间内，支撑体（38）与打捞爪（40）凹槽间安有弹簧（39）。

5.根据权利要求2所述的一种压缩式投球解封封隔器（4），其特征在于：上接头（7）下部和上中心管（13）下部分别开有上进液通道（23）、中心管进液孔（24），承压套（8）中部开有排液孔（25）。

6.根据权利要求4所述的一种滑套开关工具（5），其特征在于：所述支撑体（38）设有限位台阶（43），使下放过程打捞爪（40）可以准确卡入滑套定位槽（35）内。