CN111734377B - 一种固井压裂工艺及固井压裂作业管柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固井压裂工艺及固井压裂作业管柱，属油气井井下作业工具技术领域。本发明只需要下入一趟管柱，即可分别进行固井、钻塞及分段压裂作业；解决了现有固井、压裂作业又需要下两趟管柱来完成所造成的时间长、人工成本高和风险高问题的固井压裂工艺及固井压裂作业管柱。本发明与现有技术相比，减少了完井作业工序，节约人力成本，节省作业时间，缩短开发周期；减少完井作业的工具数量，以较少的工具完成指定目标，节约工具成本；减少管柱下入次数，降低了作业风险。

Description

一种固井压裂工艺及固井压裂作业管柱

技术领域

本发明涉及一种固井压裂工艺及固井压裂作业管柱，属油气井井下作业工具技术领域。

背景技术

我国油气井开发的主要经过勘探-钻井-录井-测井-固井-完井-射孔-采油（压裂）-运输等工序。而每一道工序在油气井开采过程中都会消耗较长的时间，每一道工序所需作业工具繁多，且作业过程中都有发生井下安全事故的风险，从而提高了原油生产成本并且增加了油田管理难度。固井压裂工作一体化则是减少原油开采前作业工序的措施之一，将固井和压裂用一套管柱完成，减少了管柱下入的次数，简化了作业的工序，从而节省了成本且降低了作业的风险。

目前大多数老油井由于长期生产导致能源耗尽，需要对油井进行重新改造，而最廉价且有效的方法是利用原有的垂直井筒侧钻水平段后采用裸眼完井,然后经过固井、压裂作业后开采出石油。而固井、压裂作业又需要下两趟管柱来完成，而且作业过程中的物料准备、起下管柱所消耗的时间及人工成本以及每次起下管柱等工序所带来的风险对老井改造是不可估量的，这无疑是增加了老井改造的周期，提高了改造成本。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种只需要下入一趟管柱，即可分别进行固井、钻塞及分段压裂作业；以解决现有固井、压裂作业又需要下两趟管柱来完成所造成的时间长、人工成本高和风险高问题的固井压裂工艺及固井压裂作业管柱。

本发明的技术方案是：

一种固井压裂工艺，其特征在于：它包括以下步骤；

1）、首先通过油管（钻杆）将外管柱下入油井预定位置后通过井口固定，然后通过油管将内管柱下入外管柱内预定位置并与外管柱连接；

2）、内管柱下入到预定位置且与外管柱连接后，向内管柱内投人一个憋压球，憋压球落在外管柱底部的承压短接的球座上后，通过油管打压，以使外管柱内部压力升高，

3）、随着内部压力上升承压短接关闭，压力通过悬挂器的中心管上的传压孔进入活塞腔，使悬挂器坐挂；

4）、悬挂器坐挂(封)后；继续加压，当压力达到循环阀开启压力时，停止加压；

5）、停止加压后，向内管柱内泵入一个直径较大的憋压球，当憋压球坐落在循环阀的球座上后，继续打压，以使循环阀关闭，当循环阀关闭后，且压力升至一定数值后固井阀打开；

6）、固井阀打开后，停止打压，通过油管将内管柱正旋一定圈数后丢手，以使内管柱与外管柱脱离，然后通过油管下压验证悬挂器的悬挂能力；即可按常规方式进行注入水泥的固井作业；

7）、固井作业完成后，向内管柱内投入钻杆胶塞，并泵压至钻杆胶塞与尾管胶塞贴合；持续打压直至尾管胶塞打（下）落，使钻杆胶塞与尾管胶塞一起下行坐落在固井阀的胶塞座上，

8）、钻杆胶塞与尾管胶塞坐落在胶塞座上后，继续打压，使固井阀关闭，并停止打压；

9）、固井阀关闭并停止打压后，上提内管柱一定距离后再下压，使坐封止动短接的摩擦块弹起，并下压贴住顶部封隔器的坐封推筒，接着再下压一定的力，使内管柱上的下压力通过坐封止动短接传递到顶部封隔器坐封筒，再经坐封筒传压胶筒，由此使胶筒产生形变，实现顶部封隔器坐封；

10）、顶部封隔器坐封完成后，即可上提取出内管柱，等待固井水泥凝固；

11）、水泥凝固数天后，下入磨鞋钻除胶塞、固井阀、循环阀、打捞篮的内中心部分，使整个外管柱到达设计的内通径；

12）、钻洗完内孔部分后，清洗钻除的杂质，油管重新回接插管，当回接插管插入顶部封隔器的坐封推筒内，则可进行正常的分段压裂作业，

13）、分段压裂作业时，通过投入不同直径的憋压球逐层进行压裂，待所有的层位均被压裂后即可开始采油生产。

步骤1）所述的外管柱由依次连接的顶部封隔器1、悬挂器2、油管短接3、固井阀4、循环阀5、打捞篮6、一级封隔压裂工具7、二级封隔压裂工具8、三级封隔压裂工具9、四级封隔压裂工具10、液压滑套11、承压短接12、浮箍13和浮鞋14构成；所述的一级封隔压裂工具、二级封隔压裂工具、三级封隔压裂工具和四级封隔压裂工具分别由裸眼封隔器和压裂滑套构成；内管柱由依次连接的金属屑罩15、坐封止动短接16、密封接头17、尾管胶塞18、钻杆胶塞19构成。

所述的顶部封隔器1由坐封椎筒、中心管、上椎体、下椎体和卡瓦构成，中心管一端套装有坐封椎筒，坐封椎筒一侧的中心管上通过剪切销钉A装有卡瓦，卡瓦一侧的中心管上安装有上椎体和下椎体，上椎体和下椎体之间的中心管上通过对称设置的背圈装有胶筒；下椎体，上椎体与卡瓦之间的中心管上装有锁环座，锁环座与中心管之间设置有锁环。

所述的悬挂器由中心管、卡瓦、上活塞、下活塞和挡环构成，中心管上一端通过挡环A和固紧螺钉装有挡环B，挡环B一侧的中心管上通过活塞套装有上活塞和下活塞，上活塞端头通过固紧螺钉装有卡瓦弹片；卡瓦弹片端头通过固紧螺钉装有卡瓦，卡瓦弹片对应的中心管上通过固紧螺钉和限位半环装有限位帽，以对上活塞行程进行限位。

所述的固井阀由上外筒、下外筒、上滑套、下滑套、上接头、下接头和活塞构成，上外筒的一端螺纹安装有上接头，上外筒内安装有上滑套，下外筒的一端螺纹安装有下接头，上外筒与下外筒之间螺纹连接；下外筒内通过下滑套和锁帽装有筛管，锁帽一侧的筛管上通过剪切销钉A装有活塞，活塞一侧的筛管上通过剪切销钉B与筛管孔对应状装有止回筒。

所述的循环阀由中间管、上接头、下接头、内滑套、球座和阀体构成，中间管的一端螺纹安装有上接头；中间管的另一端螺纹安装有下接头，中间管内通过剪切销钉A装有内滑套，临近上接头的内滑套端口内通过固定座装有球座；临近下接头的内滑套端口内螺纹安装有阀套，阀套上通过剪切销钉B装有阀体，阀套一侧的中间管和内滑套上对应状设置有通孔，通孔与阀体和内滑套之间的空腔连通。

所述的中间管与上接头和下接头之间分别设置有紧定螺钉，以对中间管进行周向限位。

所述的球座一侧的中间管上设置有限位销钉，与限位销钉对应的内滑套上设置有限位滑槽，限位销钉与限位滑槽滑动连接，以限定内滑套的滑动行程。所述的阀体与阀套之间通过滑键和滑槽的配合滑动连接。

所述的打捞篮由外套管和球篮构成，外套管内螺纹安装有球篮，球篮为筒状体，球篮内设置有截面呈锥形的内凸缘，内凸缘的中心部位设置有中心孔。

所述的金属屑罩由上接头、中心管、防屑罩构成，中心管的一端螺纹安装有上接头，中心管上通过紧定螺钉装有防屑罩，所述的上接头与中心管设置有紧定螺钉，以对中心管进行周向限位。

所述的坐封止动短接由中间接头、限位套、外套、上接头和下接头构成，中间接头的一端螺纹安装有上接头；中间接头的另一端螺纹安装有下接头，上接头上通过锁帽和限位套装有摩擦块；下接头上通过推力轴承和释放螺母装有外套。

所述的密封接头由中心管和弹性爪构成，中心管的圆周上通过装配座呈间隔状安装有弹性爪，装配座与中心管之间设置有密封圈。

所述的尾管胶塞由剪切套、上接头、下接头和芯轴管构成，芯轴管的一端通过上接头螺纹安装有剪切套，芯轴管的另一端螺纹安装有下接头，芯轴管外表圆周上设置有硫化橡胶层，硫化橡胶层圆周上轴向均布有防滑密封齿。

所述的钻杆胶塞由密封接头和芯轴管构成，芯轴管的端头螺纹安装有密封接头，芯轴管外表圆周上设置有硫化橡胶层，硫化橡胶层圆周上轴向均布有防滑密封齿。所述的芯轴管为变径体，芯轴管端头圆周上客专有多个C型环。

所述的回接插管包括水力锚、上接头、上短节、下短节和引鞋；

上短节的一端螺纹安装有上接头，上短节的另一端螺纹安装有下短节，下短节的端头螺纹安装有引鞋，上接头的端头螺纹安装有水力锚，上短节上通过对称设置的装配环装有上支撑环；下短节上通过对称设置的装配环装有下支撑环；所述的上短节与上接头之间和下短节与引鞋之间分别设置有紧定螺钉，以进行周向限位。

本发明的有益效果在于：

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、减少完井作业工序，节约人力成本，节省作业时间，缩短开发周期；

2、减少完井作业的工具数量，以较少的工具完成指定目标，节约工具成本；

3、减少管柱下入次数，降低作业风险。

附图说明

图1为本发明的外管柱的结构示意图；

图2为本发明的内管柱的结构示意图；

图3为本发明的顶部封隔器的结构示意图；

图4为本发明的悬挂器的结构示意图；

图5为本发明的固井阀的结构示意图；

图6为本发明的循环阀的结构示意图；

图7为本发明的打捞篮的结构示意图；

图8为本发明的金属屑罩的结构示意图；

图9为本发明的坐封止动短接的结构示意图；

图10为本发明的密封接头的结构示意图；

图11为本发明的尾管胶塞的结构示意图；

图12为本发明的钻杆胶塞的结构示意图；

图13为本发明的回接插管的结构示意图。

图中：1、顶部封隔器，1-1、坐封椎筒，1-2、中心管，1-3、上椎体，1-4、下椎体，1-5、卡瓦，1-6、剪切销钉A，1-7、剪切销钉B，1-8、背圈；1-9、胶筒，1-10、挡圈帽，1-11、挡环，1-12、锁环座，1-13、锁环， 2、悬挂器，2-1、中心管，2-2、挡环A，2-3、挡环B，2-4、活塞套，2-5、上活塞，2-6、下活塞，2-7、剪切销钉，2-8、打压孔，2-9、卡环，2-10、卡瓦弹片，2-11、限位帽，2-12、卡瓦，3、油管短接，4、固井阀，4-1、上外筒，4-2、上接头，4-3、上滑筒，4-4、胶塞座，4-5、C型导向限位环，4-6、导向销，4-7、下接头，4-8、下外筒，4-9、下滑套，4-10、筛管，4-11、锁帽，4-12、活塞，4-13、止回筒，4-14、盖帽，4-15、限位销，5、循环阀，5—1、中间管，5—2、上接头，5—3、下接头，5—4、剪切销钉A，5—5、内滑套，5—6、固定座，5—7、球座，5—8、限位销钉，5—9、阀套，5—10、剪切销钉B，5—11、阀体，5—12、通孔，6、打捞篮，6—1、外套管，6—2、球篮，7、一级封隔压裂工具，8、二级封隔压裂工具，9、三级封隔压裂工具，10、四级封隔压裂工具，11、液压滑套，12、承压短接，13、浮箍，14、浮鞋，15、金属屑罩，15—1、上接头，15—2、中心管，15—3、防屑罩，16、坐封止动短接，16—1、锁帽，16—2、推力轴承，16—3、限位套，16—4、中间接头，16—5、外套，16—6、上接头，16—7、下接头，16—8、摩擦块，16—9、弹簧，16—10、释放螺母，17、密封接头，17—1、中心管，17—2、弹性爪，17—3、装配座，18、尾管胶塞，18-1、剪切套，18-2、上接头，18-3、下接头，18-4、芯轴管，18-5、接箍，18-6、硫化橡胶层，18-7、防滑密封齿；19、钻杆胶塞，19-1、密封接头，19-2、芯轴管，19-3、硫化橡胶层，19-4、防滑密封齿，19-5、C型环，20、回接插管，20-1、水力锚，20-2、上接头，20-3、上短节，20-4、下短节，20-5、引鞋，20-6、装配环，20-7、上支撑环，20-8、下支撑环。

具体实施方式

该固井压裂工艺，包括以下步骤；

首先通过油管（钻杆）将外管柱下入油井预定位置后通过井口固定，外管柱由依次连接的顶部封隔器1、悬挂器2、油管短接3、固井阀4、循环阀5、打捞篮6、一级封隔压裂工具7、二级封隔压裂工具8、三级封隔压裂工具9、四级封隔压裂工具10、液压滑套11、承压短接12、浮箍13和浮鞋14构成；其中，一级封隔压裂工具7、二级封隔压裂工具8、三级封隔压裂工具9和四级封隔压裂工具10分别由裸眼封隔器和压裂滑套构成；然后通过油管将内管柱下入外管柱内预定位置，内管柱由钻杆胶塞19和依次连接的金属屑罩15、坐封止动短接16、密封接头17、尾管胶塞18构成，内管柱下入后通过金属屑罩15与顶部封隔器1螺纹连接，由此使内管柱与外管柱相互连接。外管柱的顶部封隔器1由坐封椎筒1-1、中心管1-2、上椎体1-3、下椎体1-4和卡瓦1-5构成，中心管1-2一端套装有坐封椎筒1-1，坐封椎筒1-1一侧的中心管1-2上通过剪切销钉A1-6装有卡瓦1-5，卡瓦1-5一端与坐封椎筒1-1螺纹连接，卡瓦1-5与坐封椎筒1-1之间设置有紧定螺钉，以进行周向限位。卡瓦1-5一侧的中心管1-2上安装有上椎体1-3和下椎体1-4，上椎体1-3和下椎体1-4之间的中心管1-2上通过对称设置的背圈1-8装有胶筒1-9；上椎体1-3与卡瓦1-5之间的中心管1-2上装有锁环座1-12，锁环座1-12一端通过剪切销钉B1-7与卡瓦1-5连接；锁环座1-12另一端与上椎体1-3螺纹连接；锁环座1-12与中心管1-2之间设置有锁环1-13，所锁环1-13为C型环，下椎体1-4一侧的中心管1-2上通过挡圈帽1-10装有挡环1-11，挡圈帽1-10与下椎体1-4螺纹连接，挡圈1-11与中心管1-2螺纹连接。

顶部封隔器1的锁环1-13与锁环座1-12之间通过固紧螺钉连接，锁环1-13的上表面和下表面分别设置有锁环齿，锁环1-13对应的锁环座1-12内表面设置有锁环座齿，中心管1-2外表面设置有锁环棘齿，锁环棘齿为单向齿。锁环1-13通过锁环齿与锁环座齿和锁环棘齿的配合分别与锁环座1-12和中心管1-2啮合连接。

内管柱的金属屑罩15由上接头15—1、中心管15—2、防屑罩15—3构成，中心管15—2的一端螺纹安装有上接头15—1，中心管15—2上通过紧定螺钉装有防屑罩15—3，上接头15—1与中心管15—2设置有紧定螺钉，以进行周向限位。

坐封止动短接16由中间接头16—4、限位套16—3、外套16—5、上接头16—6和下接头16—7构成，中间接头16—4的一端螺纹安装有上接头16—6；中间接头16—4的另一端螺纹安装有下接头16—7，中间接头16—4与上接头16—6和下接头16—7之间分别设置有紧定螺钉，以对上接头16—6和下接头16—7进行周向限位。上接头16—6上通过锁帽16—1和限位套16—3装有摩擦块16—8；摩擦块16—8与上接头16—6之间设置有弹簧16—9；下接头16—7上通过推力轴承16—2和释放螺母16—10装有外套。锁帽16—1和限位套16—3分别与上接头16—6螺纹连接，锁帽16—1与上接头16—6之间设置有紧定螺钉，以对锁帽16—1进行周向限位。内管柱在连接组装时，金属屑罩15与坐封止动短接16螺纹连接，即，坐封止动短接16上端与金属屑罩15相连，坐封止动短接16下端与密封接头17相连；入井时，金属屑罩15通过上接头15—1与油管连接，即，1. 金属屑罩15上端与油管连接，下端与坐封止动短接16相连，然后与外管柱的顶部封隔器1通过螺纹相连。内管柱下入过程中，金属屑罩15会一直保证井下的杂质不会掉入管柱内部，造成作业风险；而且在下入过程中，金属屑罩15的防屑罩15—3一直顶着顶部封隔器1的坐封推筒1-1，使内管柱在外管柱内一直处于居中状态，起到扶正的作用。

入井后，坐封止动短接16上的释放螺母16—10则与顶部封隔器1中心管1-2相连（也是内外管柱连接螺纹）。坐封止动短接16的主要功能是坐封顶部封隔器1和悬挂外管。下入过程中，坐封止动短接16一直处于顶部封隔器1的坐封推筒1-1内。摩擦块16—8也会因为坐封推筒1-1的限制收缩在其中，但当内、外管柱分离之后，摩擦块16—8从坐封推筒1-1中移除，摩擦块16—8会在弹簧弹簧16—9作用下弹起来。重新下压内管柱，通过坐封止动短接16弹起来的摩擦块16—8则可以将下压力施加在顶部封隔器1，从而坐封顶部封隔器1，以封隔内、外管柱之间环形空间，并隔离产层。顶部封隔器1坐封后，顶部封隔器1的坐封推筒1-1与金属屑罩15的端面接触，而中心管1-2前端的螺纹与坐封止动短接16的释放螺母16—10相连。

内管柱下入到预定位置且与外管柱连接后，向内管柱内投人一个憋压球，憋压球落在外管柱底部的承压短接12的球座上后，通过油管打压，压力通过尾管胶塞18的上接头18-2的传压孔进入外管与内孔的环空，以使外管柱内部压力升高，随着内部压力上升承压短接12关闭，压力通过悬挂器2的中心管2-1上的打压孔2-8进入活塞腔，推动上活塞2-5、下活塞2-6，进而推动卡瓦2-12咬住套管，使悬挂器2坐挂。同理，压力上升的同时，压力也传至管柱下段的裸眼封隔器，液压推动裸眼封隔器的活塞坐封裸眼封隔器。当压力升至悬挂器2和裸眼封隔器的坐封压力，此时坐封完成。

悬挂器2由中心管2-1、卡瓦2-12、上活塞2-5、下活塞2-6和挡环构成，中心管2-1为变径锥形体。中心管上一端通过挡环A2-2和固紧螺钉装有挡环B2-3，挡环A A2-2与中心管螺纹连接，挡环A A2-2与中心管之间设置有固紧螺钉，以对挡环A A2-2进行周向限位。挡环B2-3一侧的中心管2-1上通过活塞套2-4装有上活塞2-5和下活塞2-6，活塞套2-4一端通过固紧螺钉与中心管2-1连接，活塞套2-4另一端通过剪切销钉2-7与上活塞2-5连接；上活塞2-5与下活塞2-6之间接触连接。下活塞2-6一侧的中心管2-1上设置有打压孔2-8，打压孔2-8与中心管2-1的中心孔连通。活塞套2-4的端头与中心管2-1之间设置有卡环2-12，以对活塞套2-4进行轴向限位。上活塞2-5端头通过固紧螺钉装有卡瓦弹片2-10；卡瓦弹片2-10端头通过固紧螺钉装有卡瓦2-12，卡瓦弹片2-10对应的中心管2-1上通过固紧螺钉和限位半环装有限位帽2-11，以对上活塞2-5行程进行限位。上活塞2-5与中心管2-1之间通过滑键和键槽的配合滑动连接。

外管柱组装时，悬挂器2上端与顶部封隔器1相连，悬挂器2下端与油管短接3相连。通过投球打压，当压力上升时能够坐挂悬挂器2，悬挂器2坐挂时，其卡瓦2-12在活塞作用下撑开并咬住套管，完成坐挂。

悬挂器2坐挂(封)后；继续加压，当压力达到循环阀5开启压力时，停止加压。循环阀5由中间管5—1、上接头5—2、下接头5—3、内滑套5—5、球座5—7和阀体5—11构成，中间管5—1的一端螺纹安装有上接头5—2；中间管5—1的另一端螺纹安装有下接头5—3，中间管5—1与上接头5—2和下接头5—3之间分别设置有紧定螺钉，以对中间管5—1进行周向限位。中间管5—1内通过剪切销钉A，5—4装有内滑套5—5，临近上接头5—2的内滑套5—5端口内通过固定座装有球座5—7；临近下接头5—3的内滑套5—5端口内螺纹安装有阀套5—9，阀套5—9上通过剪切销钉B5—10装有阀体5—11，阀套5—9一侧的中间管5—1和内滑套5—5上对应状设置有通孔5—12（传压孔），通孔5—12与阀体5—11和内滑套5—5之间的空腔连通。球座5—7一侧的中间管5—1上设置有限位销钉5—8，与限位销钉5—8对应的内滑套5—5上设置有限位滑槽，限位销钉5—8与限位滑槽滑动连接，以限定内滑套5—5的滑动行程；阀体5—11与阀套5—9之间通过滑键和滑槽的配合滑动连接。

外管柱组装时，循环阀5上端与固井阀4相连，下端与打捞篮6相连。循环阀5主要作用在外管柱下入到指定位置后，通过投球，油管打压，推动阀体5—11，使內滑套5—5和中间管5—1的通孔5—12开启，以使管柱内外连通，即，循环阀5打开， 为清洗管柱及井下杂质提供循环通道。（清水向管柱内注入，流经管柱内部，通过循环阀5的通孔5—12，顺着管柱外层流向井口，清洗管柱及井下杂质）。

停止加压后，向内管柱内泵入一个直径较大的憋压球，当憋压球坐落在循环阀5的球座5—7上后，管柱形成密闭的空腔，继续打压，管柱压力再次升高，进而推动循环阀5的球座5—7与球一起向下运动，同时带动內滑套5—5向下运动，其內滑套5—5与中间管5—1上的传压孔位置错开，使循环阀5关闭，管柱内外流通断开。当循环阀5关闭、且压力升至一定数值后固井阀3打开。

固井阀4由上外筒上外筒4-1、下外筒4-8、上滑套4-3、下滑套4-9、上接头4-2、下接头4-7和活塞4-12构成，上外筒4-1的一端螺纹安装有上接头4-2，上外筒4-1与上接头4-2之间设置有紧定螺钉，以对上外筒4-1进行周向限位。上外筒4-1内安装有上滑套4-3，下外筒4-8的一端螺纹安装有下接头4-2，下外筒4-8与下接头4-2之间设置有紧定螺钉，以对下外筒4-8进行周向限位。上外筒4-1与下外筒4-8之间螺纹连接；上外筒4-1与下外筒4-8之间设置有紧定螺钉，以对上外筒4-1与下外筒4-8进行周向限位。下外筒4-8内通过下滑套4-9和锁帽4-11装有筛管4-10，锁帽4-11一侧的筛管4-10上通过剪切销钉A装有活塞4-12，活塞4-12一侧的筛管4-10上通过剪切销钉B与筛管孔对应状装有止回筒4-13。上滑套4-3临近上接头4-2的端口内通过锁紧螺母装有胶塞座4-4。胶塞座4-4一侧的上外筒4-1和上滑套4-3之间设置有C型导向限位环4-5，以限定上滑套4-3只能向一个方向滑动，C型导向限位环4-5一侧的上外筒4-1上设置有导向销4-6，导向销4-6对应的上滑套4-3上轴向设置有滑动槽，导向销4-6与滑动槽滑动配合连接；以限定上滑套4-3与上外筒4-1之间的滑动行程。活塞4-12一侧的下外筒4-8和下滑套4-9上对应状设置有阀孔，阀孔上设置有盖帽4-14。盖帽4-14一侧的下外筒4-8上设置有限位销4-15，与限位销4-15对应的下滑套4-9上对应状设置有限位槽，限位销4-15与限位槽滑动配合连接；以限定下外筒4-8和下滑套4-9之间的滑动行程。外管柱组装时，固井阀4上端与油管短接3相连，固井阀4下端与循环阀5相连。固井阀4的目的是在固井作业时，通过投球打压，管柱内压力上升，当内管压力到达特定值后，压力会通过固井阀4的筛管4-10上的多处筛管孔传入固井阀4的活塞腔中，推动活塞4-12剪断销钉，活塞4-12随即向下运动，活塞腔便通过下滑套4-9和下外筒4-8的传压孔连通管柱内外，固井阀4打开，推动固井阀4的活塞4-12，使下滑套4-9与下外筒4-8上的阀孔（传压孔）开启，从而使管柱内外连通，固井阀4打开后，停止打压，通过油管将内管柱正旋一定圈数后丢手，因外管柱通过悬挂器2的卡瓦2-12固定在套管上，所以旋转管柱时，只带动内管柱旋转，故将内管上的坐封止动短接16的释放螺母16-10与外管上顶部封隔器1的中心管1-2前端的连接扣松开；当此处螺纹扣完全松开后，内管与外管则已脱开，再下压管柱10-15T，来检验悬挂器2是否完全坐挂成功（卡瓦能够完全咬住套管），即可按常规方式进行注入水泥的固井作业；即，固井阀4打开后在注水泥过程中，能为水泥流动提供流动通道。固井作业时，从管柱内注水泥，流经管柱内部，再通过固井阀4的传压孔流至管柱外，顺着管柱外层流向井口，注完水泥后关闭，使外管形成密闭的空间，为后期施工提高条件。

固井作业完成后，向内管柱内投入钻杆胶塞19，钻杆胶塞19在泵压下向下行走，刮挤出内管残留的水泥，通过向油管打压将钻杆胶塞19推进内管底部，使钻杆胶塞19与尾管胶塞18相贴合，此时钻杆胶塞19上的防滑密封齿19-4（硫化橡胶）堵住尾管胶塞18的上接头18-2的传压孔，使内管柱下部堵住，继续向油管打压，压力升高推动钻杆胶塞19与尾管胶塞18向下，当压力达到一定值后，剪断尾管胶塞18上的剪切销钉，使尾管胶塞18与内管断开，压力推动钻杆胶塞19与尾管胶塞18一起向下直至坐落在固井阀4胶塞座4-4上。钻杆胶塞19与尾管胶塞18坐落在固井阀4的胶塞座4-4上后，继续向管柱内打压，压力推动胶塞与固井阀4的胶塞座4-4向下运动，当固井阀4的销钉剪断后，继续推动下滑套4-9向下运动，此时下滑套4-9与下外筒4-8上的传压孔错开，使管柱内外流通再次断开，固井阀4关闭，替泥浆完成。

钻杆胶塞19由密封接头19-1和芯轴管19-2构成，芯轴管19-2为变径体，芯轴管19-2的端头螺纹安装有密封接头19-1，芯轴管19-2外表圆周上设置有硫化橡胶层19-3，硫化橡胶层19-3圆周上轴向均布有防滑密封齿19-4。芯轴管19-2端头圆周上装有多个C型环19-5。

钻杆胶塞19无其他工具相连，在固井作业时直接投入钻杆，钻杆胶塞19则将管柱内多余的水泥挤入到外管的环空，起到清理内管，防止残留的水泥凝固后影响后期作业。尾管胶塞18由剪切套18-1、上接头18-2、下接头18-3和芯轴管18-4构成，芯轴管18-4的一端通过上接头18-2螺纹安装有剪切套18-1，上接头18-2与芯轴管18-4螺纹连接，上接头18-2与芯轴管18-4之间设置有剪切销钉18-8，芯轴管18-4的另一端螺纹安装有下接头18-3，芯轴管18-4外表圆周上设置有硫化橡胶层18-6，硫化橡胶层18-6圆周上轴向均布有防滑密封齿18-7；剪切套18-1端头螺纹安装有接箍18-5。尾管胶塞18上端与密封接头17相连，固井作业时尾管胶塞18能够为钻杆胶塞19提供贴合的位置。当尾管胶塞18上的剪切销钉18-8剪断后，与内管柱断开，尾管胶塞18又能在液体压力作用下将套管内剩余的水泥挤入环空，起到清理外管，防止残留的水泥凝固后影响后期作业，然后坐落至固井阀4的胶塞座4-4上上，从而关闭固井阀4，使外管柱内部形成密闭空间。

密封接头17由中心管17—1和弹性爪17—2构成，中心管17—1的圆周上通过装配17—3座呈间隔状安装有弹性爪17—2，装配座17—3与中心管17—1之间设置有密封圈。密封接头17上端与坐封止动短接（11）相连，下端与尾管胶塞18相连。密封接头17主要起隔离油管内外压差。当向油管内投入球，球坐落至底部承压短接12时，继续向油管打压，内管柱与外管柱之间通过密封接头17的弹性爪17—2及O型密封圈，能够隔离管柱内部与外部的连通，这样向管柱内打压才能达到憋压的效果。

钻杆胶塞19与尾管胶塞20坐落在胶塞座4-4上后，继续打压，使固井阀4关闭，固井阀4关闭后停止打压。固井阀4关闭并停止打压后，上提内管柱一定距离后再下压（外管柱已通过悬挂器卡瓦固定，只能上提内管柱），将本来位于顶部封隔器1坐封推筒1-1内的坐封止动短接16提出坐封推筒1-1，而坐封止动短接16上的摩擦块16—8在没有坐封推筒1-1限制的情况下，被压缩弹簧16—9撑开弹起，接着下压管柱，此时坐封止动短接16上撑开的摩擦块16—8则会顶住坐封推筒1-1的端面，作用在管柱上的压力便可通过摩擦块16—8、坐封推筒1-1传递到顶部封隔器1的卡瓦1-5、锁环座1-12、上锥体1-4、胶筒1-9，由此使胶筒1-9产生形变，卡瓦1-5撑开咬住套管，实现顶部封隔器1坐封；顶部封隔器1坐封完成后，即可上提取出内管柱，等待固井水泥凝固；水泥凝固数天后，下入磨鞋钻除胶塞、固井阀4、循环阀5、打捞篮6的内中心部分，使整个外管柱到达设计的内通径。

钻洗完内孔部分后，清洗钻除的杂质，通过油管插入回接插管20，当回接插管20插入顶部封隔器1的坐封推筒1-1内，则可按常规方式进行正常的分段压裂作业。回接插管20包括水力锚20-1、上接头20-2、引鞋20-5、上短节20-3和下短节20-4，上短节20-3和下短节20-4之间螺纹连接，上短节20-3一端通过上接头20-2螺纹安装有水力锚20-1，下短节20-4一端螺纹安装引鞋20-5，上短节20-3上通过对称设置的装配环20-6装有上支撑环20-7，下短节20-4上通过对称设置的装配环20-6装有下支撑环20-8，装配环20-6上设置有硫化密封件；上短节20-3和下短节20-4之间设置有紧定螺钉，以进行周向限位，上短节20-3与上接头20-2之间、下短节20-4与引鞋20-5分别设置有紧定螺钉以进行周向限位。回接插管20下端直接插入固井完成后的顶部封隔器1坐封推筒1-1内。在固井作业和钻塞作业完成后，则通过油管下入回接插管20，使回接插管20的上接头20-2端面顶住顶部封隔器1的坐封推筒1-1端面，而油管内外通过回接插管20的硫化密封件密封，使油管内部与外部套管再次形成隔离，为后续压裂作业、正常生产创造条件。分段压裂作业时，通过向一级封隔压裂工具7、二级封隔压裂工具8、三级封隔压裂工具9、四级封隔压裂工具10内投入不同直径的憋压球即可逐层进行压裂，待所有的油层位均被压裂后即可开始采油生产。外管柱的打捞篮6由外套管6—1和球篮6—2构成，外套管6—1内螺纹安装有球篮6—2，球篮6—2为筒状体，球篮6—2内设置有截面呈锥形的内凸缘，内凸缘的中心部位设置有中心孔。打捞篮6上端与循环阀5相连，下端与一级封隔压裂工具7相连。当固井作业投的憋压球无法顺利入座时，投入备用球，该备用球会下入卡住在球篮6—2上，同样起到憋压的功能。 同时也能在后期钻塞的过程中阻碍大块碎屑掉入下部管柱影响后期压裂施工。

Claims (5)

1.一种用于固井压裂作业的固井压裂工艺管柱,包括外管柱和内管柱；外管柱由依次连接的顶部封隔器（1）、悬挂器（2）、油管短接（3）、固井阀（4）、循环阀（5）、打捞篮（6）、一级封隔压裂工具（7）、二级封隔压裂工具（8）、三级封隔压裂工具（9）、四级封隔压裂工具（10）、液压滑套（11）、承压短接（12）、浮箍（13）和浮鞋（14）构成；所述的一级封隔压裂工具（7）、二级封隔压裂工具（8）、三级封隔压裂工具（9）、四级封隔压裂工具（10）分别由裸眼封隔器和压裂滑套构成；内管柱由依次连接的金属屑罩（15）、坐封止动短接（16）、密封接头（17）、尾管胶塞（18）构成，其特征在于：所述的固井阀（4）由上外筒（4-1）、下外筒（4-8）、上滑套（4-3）、下滑套（4-9）、上接头（4-2）、下接头（4-7）和活塞（4-12）构成，上外筒（4-1）的一端螺纹安装有上接头（4-2），上外筒（4-1）内安装有上滑套（4-3），下外筒（4-8）的一端螺纹安装有下接头（4-7），上外筒（4-1）与下外筒（4-8）之间螺纹连接；下外筒（4-8）内通过下滑套（4-9）和锁帽（4-11）装有筛管（4-10），锁帽（4-11）一侧的筛管（4-10）上通过剪切销钉A装有活塞（4-12），活塞（4-12）一侧的筛管（4-10）上通过剪切销钉B与筛管孔对应装有止回筒（4-13）；

该固井压裂工艺管柱的固井压裂作业包括以下步骤：

1）、首先通过油管将外管柱下入油井预定位置后通过井口固定，然后通过油管将内管柱下入外管柱内预定位置并与外管柱连接；

2）、内管柱下入到预定位置且与外管柱连接后，向内管柱内投人一个憋压球，憋压球落在外管柱底部的承压短接（12）的球座上后，通过油管打压，以使外管柱内部压力升高；

3）、随着内部压力上升承压短接（12）关闭，压力通过悬挂器（2）的中心管（2-1）上的打压孔（2-8）进入活塞腔，使悬挂器（2）坐挂；悬挂器（2）由中心管（2-1）、卡瓦（2-12）、上活塞（2-5）、下活塞（2-6）和挡环构成，中心管（2-1）上一端通过挡环A（2-2）和固紧螺钉装有挡环B（2-3），挡环B（2-3）一侧的中心管（2-1）上通过活塞套（2-4）装有上活塞（2-5）和下活塞（2-6），上活塞（2-5）端头通过固紧螺钉装有卡瓦弹片（2-10）；卡瓦弹片（2-10）端头通过固紧螺钉装有卡瓦（2-12），卡瓦弹片（2-10）对应的中心管（2-1）上通过固紧螺钉和限位半环装有限位帽（2-11），以对上活塞（2-5）行程进行限位；

4）、悬挂器（2）坐封后；继续加压，当压力达到循环阀（5）开启压力时，停止加压；循环阀（5）由中间管（5-1）、上接头（5-2）、下接头（5-3）、内滑套（5-5）、球座（5-7）和阀体（5-11）构成，中间管（5-1）的一端螺纹安装有上接头（5-2）；中间管（5-1）的另一端螺纹安装有下接头，中间管（5-1）内通过剪切销钉A（5-4）装有内滑套（5-5），临近上接头（5-2）的内滑套（5-5）端口内通过固定座装有球座（5-7）；临近下接头（5-3）的内滑套（5-5）端口内螺纹安装有阀套（5-9），阀套（5-9）上通过剪切销钉B（5-10）装有阀体（5-11），阀套（5-9）一侧的中间管（5-1）和内滑套（5-5）上对应设置有通孔，通孔与阀体（5-11）和内滑套（5-5）之间的空腔连通，所述的中间管（5-1）与上接头（5-2）和下接头（5-3）之间分别设置有紧定螺钉，以对中间管（5-1）进行周向限位；所述的球座（5-7）一侧的中间管（5-1）上设置有限位销钉（5-8），与限位销钉（5-8）对应的内滑套（5-5）上设置有限位滑槽，限位销钉（5-8）与限位滑槽滑动连接，以限定内滑套（5-5）的滑动行程；所述的阀体（5-11）与阀套（5-9）之间通过滑键和滑槽的配合滑动连接；

5）、停止加压后，向内管柱内泵入一个直径较大的憋压球，当憋压球坐落在循环阀（5）的球座（5-7）上后，继续打压，以使循环阀（5）关闭，当循环阀（5）关闭后，且压力升至一定数值后固井阀（4）打开；

6）、固井阀（4）打开后，停止打压，通过油管将内管柱正旋一定圈数后丢手，以使内管柱与外管柱脱离，然后通过油管下压验证悬挂器（2）的悬挂能力；即可按常规方式进行注入水泥的固井作业；

7）、固井作业完成后，向内管柱内投入钻杆胶塞（19），并泵压至钻杆胶塞（19）与尾管胶塞（18）贴合；持续打压直至尾管胶塞（18）打落，使钻杆胶塞（19）与尾管胶塞（18）一起下行坐落在固井阀（4）的胶塞座（4-4）上；

8）、钻杆胶塞（19）与尾管胶塞（18）坐落在胶塞座（4-4）上后，继续打压，使固井阀（4）关闭，并停止打压；

9）、固井阀（4）关闭并停止打压后，上提内管柱一定距离后再下压，使坐封止动短接（16）的摩擦块（16-8）弹起，并下压贴住顶部封隔器（1）的坐封推筒（1-1），接着再下压一定的力，使内管柱上的下压力通过坐封止动短接（16）传递到顶部封隔器（1）的坐封推筒（1-1），再经坐封推筒（1-1）传压胶筒（1-9），由此使胶筒（1-9）产生形变，实现顶部封隔器（1）坐封；顶部封隔器（1）由坐封推筒（1-1）、中心管（1-2）、上椎体（1-3）、下椎体（1-4）和卡瓦（1-5）构成，中心管（1-2）一端套装有坐封推筒（1-1），坐封推筒（1-1）一侧的中心管（1-2）上通过剪切销钉A（1-6）装有卡瓦（1-5），卡瓦（1-5）一侧的中心管（1-2）上安装有上椎体（1-3）和下椎体（1-4），上椎体（1-3）和下椎体（1-4）之间的中心管（1-2）上通过对称设置的背圈（1-8）装有胶筒（1-9）；上椎体（1-3）与卡瓦（1-5）之间的中心管上装有锁环座（1-12），锁环座（1-12）与中心管（1-2）之间设置有锁环（1-13）；

10）、顶部封隔器（1）坐封完成后，即可上提取出内管柱，等待固井水泥凝固；

11）、水泥凝固数天后，下入磨鞋钻除钻杆胶塞（19）、尾管胶塞（18）、固井阀（4）、循环阀（5）、打捞篮（6）的内中心部分，使整个外管柱到达设计的内通径；

12）、钻洗完内孔部分后，清洗钻除的杂质，通过油管将回接插管（20）插入顶部封隔器（1）的坐封推筒（1-1）内，则可进行正常的分段压裂作业；

13）、分段压裂作业时，通过向一级封隔压裂工具（7）、二级封隔压裂工具（8）、三级封隔压裂工具（9）、四级封隔压裂工具（10）投入不同直径的憋压球逐层进行压裂，待所有的层位均被压裂后即可开始采油生产。

2.根据权利要求1所述的一种用于固井压裂作业的固井压裂工艺管柱，其特征在于：所述的坐封止动短接（16）由中间接头（16-4）、限位套（16-3）、外套（16-5）、上接头（16-6）和下接头（16-7）构成，中间接头（16-4）的一端螺纹安装有上接头（16-6）；中间接头（16-4）的另一端螺纹安装有下接头（16-7），上接头（16-6）上通过锁帽（16-1）和限位套（16-3）装有摩擦块（16-8）；下接头（16-7）上通过推力轴承（16-2）和释放螺母（16-10）装有外套（16-5）。

3.根据权利要求1所述的一种用于固井压裂作业的固井压裂工艺管柱，其特征在于：所述的尾管胶塞（18）由剪切套（18-1）、上接头（18-2）、下接头（18-3）和芯轴管（18-4）构成，芯轴管（18-4）的一端通过上接头（18-2）螺纹安装有剪切套（18-1），芯轴管（18-4）的另一端螺纹安装有下接头（18-3），芯轴管（18-4）外表圆周上设置有硫化橡胶层（18-6），硫化橡胶层（18-6）圆周上轴向均布有防滑密封齿（18-7）。

4.根据权利要求1所述的一种用于固井压裂作业的固井压裂工艺管柱，其特征在于：所述的钻杆胶塞（19）由密封接头（19-1）和芯轴管（19-2）构成，芯轴管（19-2）的端头螺纹安装有密封接头（19-1），芯轴管（19-2）外表圆周上设置有硫化橡胶层（19-3），硫化橡胶层（19-3）圆周上轴向均布有防滑密封齿（19-4）；所述的芯轴管（19-2）为变径体，芯轴管（19-2）端头圆周上装有多个C型环（19-5）。

5.根据权利要求1所述的一种用于固井压裂作业的固井压裂工艺管柱，其特征在于：所述的回接插管（20）包括水力锚（20-1）、上接头（20-2）、上短节（20-3）、下短节（20-4）和引鞋（20-5）；上短节（20-3）的一端螺纹安装有上接头（20-2），上短节（20-3）的另一端螺纹安装有下短节（20-4），下短节（20-4）的端头螺纹安装有引鞋（20-5），上接头（20-2）的端头螺纹安装有水力锚（20-1），上短节（20-3）上通过对称设置的装配环（20-6）装有上支撑环（20-7）；下短节（20-4）上通过对称设置的装配环装有下支撑环（20-8）；所述的上短节（20-3）与上接头（20-2）之间和下短节（20-4）与引鞋（20-5）之间分别设置有紧定螺钉，以进行周向限位。

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