CN111911126B - 一种重复压裂用坐封桥塞及油气田井的重复压裂施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种重复压裂用坐封桥塞及油气田井的重复压裂施工方法，涉及油气田重复压裂技术领域。所述方法包括：将桥塞下入到井中需要坐封的位置；控制桥塞坐封；进行压裂施工；封堵压裂段；控制桥塞解封；重复S1～S5直至完成全部层段的压裂施工或重复S1～S5至除完成最后一个层段的压裂施工并重复S1～S3完成最后一个层段的压裂施工。所述桥塞包括：包括由顺序连接的限位部、工作部和连杆部的支撑轴座，套装在工作部上的胶筒和电机定子，与连杆部连接的电机转子以及控制电机转子的控制组件。本发明能够在油气田重复压裂时通过多次坐封和解封实现一次下入、压裂多段。

Description

一种重复压裂用坐封桥塞及油气田井的重复压裂施工方法

技术领域

本发明涉及油气田重复压裂技术领域，举例来讲，涉及一种重复压裂用坐封桥塞及油气田井的重复压裂施工方法。

背景技术

重复压裂作为一种增加油气产量的重要方法，是现在油气增产领域的重要发展方向。但基于现在作为主流的分段压裂技术，在首次压裂完成后，套管上会留有许多流体通道，因此在重复压裂时，通常只能下入封隔器管柱对储层进行分段的重复压裂，不仅效率低下，而且难以提高排量。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种在油气田井压裂技术领域能够通过一次下入并实现多次重复压裂的装置和施工方法。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种重复压裂用坐封桥塞的施工方法。所述重复压裂用坐封桥塞包括支撑轴座、胶筒、电机定子、电机转子和控制组件。其中，所述支撑轴座包括沿其轴向彼此顺序连接的具有第一外径的限位部、具有第二外径的工作部、以及从所述工作部延伸出的连杆部，所述第二外径小于所述第一外径。所述胶筒套装在所述工作部的外圆周上，且所述胶筒的一端与限位部接触且被限位部限制移动。所述胶筒具有受外力而产生径向膨胀以及外力消失而恢复原先形状的能力。所述电机定子一端与所述连杆部连接，所述电机定子外圆周上设置有外螺纹。所述电机转子一端套装在所述工作部的外圆周上，另一端通过所述外螺纹套装在电机定子外圆周上，并能够通过所述外螺纹实现电机转子的轴向移动。所述控制组件包括电源、信号传感器和电路板，所述电源能够为电路板、电机定子和电机转子提供电力，所述电路板与电子定子和电机转子电连接，且能够控制电机转子的轴向移动，所述信号传感器能够接收来自外界的信号并将其传递给电路板。

本发明的另一方面提供了一种油气田井的重复压裂施工方法，所述施工方法包括：S1，将如上所述的坐封桥塞下入到井中需要坐封的位置；S2，控制坐封桥塞坐封；S3，进行压裂施工；S4，投入暂堵球或暂堵剂封堵压裂段；S5，控制坐封桥塞解封；S6，重复S1～S5直至完成全部层段的压裂施工。

本发明的又一方面提供了一种油气田井的重复压裂施工方法，所述施工方法包括：S1，将如上所述的坐封桥塞下入到井中需要坐封的位置；S2，控制坐封桥塞坐封；S3，进行压裂施工；S4，投入暂堵球或暂堵剂封堵压裂段；S5，控制坐封桥塞解封；S6，重复S1～S5直至还差一个层段完成全部层段的压裂施工；S7，重复S1～S3完成最后一层段的压裂施工。

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：能够多次坐封和解封，实现一次下入、压裂多段的功能；能够在不下入其他工具的情况下实现高效的多段重复压裂；能够有效提高压裂排量，提高重复压裂效率，降低重复压裂的成本。

附图说明

图1示出了本发明的重复压裂用坐封桥塞的一个示例性实施例处于未坐封状态时的剖面示意图

图2示出了本发明的重复压裂用坐封桥塞的一个示例性实施例处于坐封状态时的剖面示意图。

图中标记：

1-信号传感器，2-电源，3-壳体，4-电机转子，5-电机定子，6-卡瓦，7-密封盖，8-电路板，9-电线，10-电接头，11-坐封推杆，12-胶筒，13-支撑轴座、14-卡瓦连接件。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的重复压裂用坐封桥塞及油气田井的重复压裂施工方法。

实施例1

在本发明的一个示例性实施例中，本发明的重复压裂用坐封桥塞包括支撑轴座、胶筒、电机定子、电机转子和控制组件。

所述支撑轴座包括沿其轴向(例如，从下往上方向)彼此顺序连接的具有第一外径的限位部、具有第二外径的工作部、以及从所述工作部延伸出的连杆部。所述第二外径小于所述第一外径。例如，限位部、工作部和连杆部可以配置为沿同一中轴线呈逐渐缩径且彼此连接的三级圆柱形。进一步地，连杆部与工作部连接的一端可以被配置为圆台形或是圆台连接圆柱形，以使得连杆部更加稳定牢固。

所述胶筒套装在所述工作部的外圆周上，其一端(例如，下端)与支撑轴座的所述限位部接触且被限位部限制而不能朝向限位部移动(例如，不能突破限位部而发生向下移动)。所述胶筒在受到轴向(例如，上下方向)挤压力时能够产生径向(例如，垂直于上下方向的左右方向)的膨胀变形，其径向厚度增加、轴向厚度减小；在受到的轴向挤压力减小至逐渐消失时能够逐渐恢复原形，即其增加的径向厚度逐渐减小至原形时的径向厚度，其减小的轴向厚度逐渐增加至原形时的轴向厚度。并且所述胶筒在膨胀变形时或恢复原形时其径向厚度的变化与轴向厚度的变化是同步进行的。

所述电机定子的一端(例如，下端)与所述连杆部连接，另一端(例如，上端)与所述控制组件连接，所述电机定子外圆周上设置有外螺纹。

所述电机转子的一端(例如，下端)套装在所述工作部的外圆周上并与所述胶筒的另一端(例如，上端)直接或间接接触，以便与支撑轴座的限位部一起配合从而向胶筒施加挤压力。所述电机转子的另一端(例如，上端)通过所述外螺纹套装在电机定子外圆周上，并能够通过设置在电机转子内圆周上的内螺纹与所述外螺纹的配合，实现电机转子的转动并沿轴向(例如，上下方向)移动，从而分别实现朝向胶筒或远离胶筒的状态。

所述电机转子和电机定子之间还配置有电连接。

所述控制组件包括电源、信号传感器和电路板。

其中，所述电源能够为信号传感器、电路板、电机定子以及电机转子提供电力。例如，所述电源可以为电池组。

所述信号传感器与电源和电路板电连接，并能够将接收到的信号传递给电路板。

所述电路板与电机定子和电机转子电连接。例如，使用电接头将电机定子接线端和电机转子接线端与电路板电连接。所述电路板可具有内置的可编程计时逻辑电路。所述电路板能够接收来自信号传感器的信号，并通过考虑所述信号和/或可编程计时逻辑电路的计时结果或阶段来选择是否转动电机转子使其轴向朝向胶筒移动(如，向下移动)实现坐封状态或是轴向远离胶筒移动(如，朝上移动)实现解封状态。

进一步地，所述电源、电路板和信号传感器除感应部分外的部分均可以被封装在壳体内，所述壳体的一端(例如，下端)与电机定子所述另一端(例如，上端)连接。

当本实施例的重复压裂用坐封桥塞开始坐封动作时，电路板控制电机转子轴向朝向胶筒方向移动(例如，向下移动)，电机转子移动的过程中，其所述一端的端面与胶筒的另一端接触并向胶筒施加挤压力(例如，朝下的挤压力)。胶筒在所述限位部的限制和电机转子的挤压下产生径向变形扩张(例如，朝左右方向变形扩张)。当电机转子轴向朝靠近胶筒方向移动到位时，胶筒的扩张完成。胶筒扩张后的径向厚度(例如，左右方向的厚度)能够充填所述工作部与外层套管之间的环空间隙，所述桥塞实现完全坐封，处于坐封状态。

当本实施例的重复压裂用坐封桥塞开始坐封动作时，电路板控制电机转子轴向朝远离胶筒方向移动(例如，向上移动)，电机转子移动的过程中，胶筒受到的挤压力逐渐减小，胶筒逐渐恢复原形，其径向厚度逐渐减小，轴向厚度(例如，上向下方向的厚度)逐渐增加。当电机转子朝远离胶筒方向移动到位时，其所述一端的端面不与或刚好与胶筒的另一端的端面接触，不会对胶筒有力的作用，所述桥塞实现完全解封，处于未坐封状态。

电路板可以通过内置的可编程计时逻辑电路进行预先设置的倒计时来触发坐封信号，即控制电机转子轴向朝靠近胶筒方向移动的电信号。例如，从桥塞下井开始计时，计时结束后电路板触发坐封信号，在这段计时时间内，桥塞通过流体泵送入井，流体泵通过计时时间和需要泵送的长度来确定排量。再如，从桥塞解封时刻开始计时，计时结束后电路板触发坐封信号，在这段计时时间内，桥塞通过流体泵从第N段送入第N+1段井，N为自然数。

桥塞的解封可以通过按照一定规律调节井筒压力，信号传感器接收到这个压力信号并将其传给电路板，电路板对比此压力信号，若与预先设定的解封信号一致，则电路板触发解封信号，即控制电机转子轴向朝远离胶筒方向移动的电信号。如此，桥塞可以通过定时坐封和接收到信号解封来实现坐封解封的循环，从而对需要进行重复压裂的井进行多段的坐封和和解封，实现一次下入，即可压裂多段的重复压裂作业。

实施例2

在本示例性实施例中，所述重复压裂用坐封桥塞包括支撑轴座、胶筒、压缩杆、卡瓦、坐封推杆、卡瓦连接件、电机转子、电机定子和控制组件。也就是说，在上述实施例1的结构基础上，本示例性实施例的重复压裂用坐封桥塞进一步包括卡瓦、坐封推杆和卡瓦连接件，并将电机转子的所述一端的外表面设置为呈外径朝向胶筒逐渐缩小的锥面(以下简称为外锥面)。

所述坐封推杆套装在所述工作部的外圆周上，并能够在所述工作部的外圆周上进行轴向移动。所述坐封推杆的一端(例如，下端)与胶筒的所述另一端(例如，上端)直接或间接接触。所述坐封推杆的另一端(例如，上端)与电机转子的所述一端(例如，下端)直接或间接接触。所述坐封推杆还具有沿所述轴向方向设置的能够供卡瓦连接件穿过的长槽。此外，坐封推杆的所述一端的截面积还可大于其所述另一端的截面积，从而既便于更好地向胶筒施加压力，也能够便于在坐封推杆的外圆周上套装卡瓦。

所述卡瓦套装在所述坐封推杆的外圆周以及电机转子的外锥面的一部分上，且能够在电机转子朝向胶筒移动时发生径向膨胀，其完全膨胀后能够坐挂在外层套管上。进一步地，所述卡瓦与压缩杆所述外锥面接触的地方可以设置内锥面作为使所述卡瓦发生径向膨胀的配合。

所述卡瓦连接件穿过所述长槽固定在所述工作部上，以达到使坐封推杆的轴向移动不会对卡瓦的轴向位置造成改变的目的。

进一步地，所述坐封推杆和所述压缩杆可以设置为一个整体。

然而，本发明不限于此，若本发明的另一个示例性实施例包括卡瓦和卡瓦连接件，而不包括坐封推杆，则压缩杆的所述一端(例如，下端)可沿所述轴向设置有供卡瓦连接件穿过的长槽，以避免卡瓦连接件对压缩杆轴向运动的干扰和限制。

实施例3

如图1和图2所示，在本示例性实施例中，胶筒12、坐封推杆11以及电机转子4依次套装在支撑轴座13的所述工作部上。卡瓦6设置在坐封推杆11的外圆周上，并通过卡瓦连接件14穿过坐封推杆11与所述工作部固定连接，其连接方式可以是螺纹、旋扣等可拆卸方式。坐封推杆11的上端的端面与电机转子4的下端的端面接触，坐封推杆11的下端的端面与胶筒12的上端的端面接触。卡瓦6的上端与电机转子4下端的外表面的外径朝向胶筒12逐渐缩小的锥面(以下简称为外锥面)的一部分接触。所述卡瓦6的上端还设有内径朝向胶筒12逐渐缩小的内锥面来与所述外锥面配合实现卡瓦6的径向膨胀。电机定子5的下端与支撑轴座13所述连杆部连接，使得电机定子与支撑轴座固定为一个整体。电机转子4上端与电机定子5通过电机定子5外圆周的螺纹连接，电机转子4能够在电机定子5的螺纹上进行上下移动。此外，电机定子5与电机转子4还配置有电连接。

所述电源2、电路板8和信号传感器1除感应部分外均被封装在壳体3内，所述壳体3的下端与电机定子5的上端连接。所述壳体3的上端设置密封盖7，以方便密封同时便于安装信号传感器的感应部。

所述电路板8与电机定子5通过电接头10进行电连接，所述信号传感器1、电源2、电路板8和电接头10之间通过电线9进行电连接。

当本示例性实施例的重复压裂用坐封桥塞开始坐封动作时，电路板8传递坐封信号使电机转子4朝下移动，电子转子4推动坐封推杆11朝下移动。坐封推杆11朝下运动配合支撑轴座13的限位部一起挤压胶筒12，胶筒12产生径向膨胀扩张，同时电机转子4的外锥面使得卡瓦6开始径向膨胀。当电机转子4朝下移动到位时，胶筒12的径向膨胀扩张到位，其径向厚度填满所述工作部与外层套管之间的环空间隙，卡瓦6的径向膨胀扩张也到位，其坐挂在外层套管上，桥塞实现完全坐封，处于坐封状态，如图2所示。

当本示例性实施例的重复压裂用坐封桥塞开始解封动作时，电路板8传递解封信号是电机转子4朝上移动，胶筒12受到的挤压力逐渐减小，胶筒12逐渐恢复原形，卡瓦6逐渐失去外锥面的约束，卡瓦6逐渐恢复原形，从外层套管上松开。当电机转子朝下移动到位时，胶筒12恢复原形，卡瓦6恢复原形，桥塞实现完全解封，处于未坐封状态，如图1所示。

实施例4

在本发明的另一个示例性实施例中，本发明的油气田井重复压裂施工方法包括以下步骤：

S1：根据分段压裂技术首次压裂的分段情况，将所述坐封桥塞下入到井中需要坐封的位置。

S2：控制坐封桥塞坐封。控制方法可以是在入井之前在桥塞内部预先设置倒计时触发坐封信号，例如，从桥塞下井开始计时，计时结束后电路板触发坐封信号，在这段计时时间内，桥塞通过流体泵送入井，流体泵通过计时时间和需要泵送的长度来确定排量。再如，从桥塞解封时刻开始计时，计时结束后电路板触发坐封信号，在这段计时时间内，桥塞通过流体泵从第N段送入第N+1段井，N为自然数。

S3：进行压裂施工。

S4：投入暂堵球或暂堵剂封堵压裂段。

S5：控制坐封桥塞解封。控制方法可以是在入井之前在桥塞内部预先设置一段解封压力信号，如，按照这段预设的解封压力信号调节井筒压力，桥塞感应到井筒压力与解封压力信号一致，则桥塞触发解封信号。

S6：重复S1～S5直至完成全部层段的压裂施工；

S7：通过打捞工具打捞桥塞。

进一步地，S6还可以为重复S1～S5直至只差最后一个层段的压裂施工，在最后一个层段中，可以仅包括S1和S2，即在最后一个层段的压裂施工后可以将处于坐封状态的桥塞留在井底，相应的，S7将不存在。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (9)

1.一种重复压裂用坐封桥塞，其特征在于，包括支撑轴座、胶筒、电机定子、电机转子和控制组件，其中，

所述支撑轴座包括沿其轴向彼此顺序连接的具有第一外径的限位部、具有第二外径的工作部、以及从所述工作部延伸出的连杆部，所述第二外径小于所述第一外径；

所述胶筒套装在所述工作部的外圆周上，且所述胶筒的一端与限位部接触且被限位部限制移动，所述胶筒具有受外力而产生径向膨胀以及外力消失而恢复原先形状的能力；

所述电机定子的一端与所述连杆部连接，所述电机定子的外圆周上设置有外螺纹；

所述电机转子的一端套装在所述工作部的外圆周上，另一端通过所述外螺纹套装在电机定子外圆周上，并能够通过所述外螺纹实现电机转子的轴向移动；

所述控制组件包括电源、信号传感器和电路板，所述电源能够为电路板、电机定子和电机转子提供电力，所述电路板与电子定子和电机转子电连接，且能够控制电机转子的轴向移动，所述信号传感器能够接收来自外界的信号并将其传递给电路板，所述电路板具有内置的可编程计时逻辑电路，所述电路板能够接收来自信号传感器的信号，并通过考虑所述信号和/或可编程计时逻辑电路的计时结果或阶段来选择是否转动电机转子使其轴向朝向胶筒移动实现坐封状态或是轴向远离胶筒移动实现解封状态，控制方法是在入井之前在桥塞内部预先设置倒计时触发坐封信号，从桥塞下井开始计时，计时结束后电路板触发坐封信号，在这段计时时间内，桥塞通过流体泵送入井，流体泵通过计时时间和需要泵送的长度来确定排量；或者从桥塞解封时刻开始计时，计时结束后电路板触发坐封信号，在这段计时时间内，桥塞通过流体泵从第N段送入第N+1段井，N为自然数。

2.根据权利要求1所述的重复压裂用坐封桥塞，其特征在于，还包括卡瓦和卡瓦连接件，且电机转子的所述一端的外表面呈外径朝向胶筒逐渐缩小的锥面，所述卡瓦套装在所述工作部外圆周以及电机转子的所述锥面的一部分上，所述卡瓦连接件能够将卡瓦连接至所述工作部并能够在电机转子朝向胶筒运动的情况下使卡瓦与所述锥面配合的一端实现径向扩张且卡瓦不沿所述轴向发生移动。

3.根据权利要求2所述的重复压裂用坐封桥塞，其特征在于，还包括具有沿所述轴向设置的长槽的坐封推杆，所述坐封推杆能够设置在电机转子的所述一端与胶筒的另一端之间，并且位于卡瓦与所述工作部之间。

4.根据权利要求1所述的重复压裂用坐封桥塞，其特征在于，所述控制组件还包括能够容纳所述电源、电路板和信号传感器除感应部外的部分的壳体，所述壳体的一端与所述电机定子的另一端连接。

5.根据权利要求1所述的重复压裂用坐封桥塞，其特征在于，所述信号传感器为压力传感器。

6.一种油气田井的重复压裂施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将如权利要求1至5中任意一项所述的坐封桥塞下入到井中需要坐封的位置；

S2：控制坐封桥塞坐封，控制方法是在入井之前在桥塞内部预先设置倒计时触发坐封信号，从桥塞下井开始计时，计时结束后电路板触发坐封信号，在这段计时时间内，桥塞通过流体泵送入井，流体泵通过计时时间和需要泵送的长度来确定排量；或者从桥塞解封时刻开始计时，计时结束后电路板触发坐封信号，在这段计时时间内，桥塞通过流体泵从第N段送入第N+1段井，N为自然数；

S3：进行压裂施工；

S4：投入暂堵球或暂堵剂封堵压裂段；

S5：控制坐封桥塞解封；

S6：重复S1～S5直至完成全部层段的压裂施工。

7.一种油气田井的重复压裂施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将如权利要求1至5中任意一项所述的坐封桥塞下入到井中需要坐封的位置；

S2：控制坐封桥塞坐封，控制方法是在入井之前在桥塞内部预先设置倒计时触发坐封信号，从桥塞下井开始计时，计时结束后电路板触发坐封信号，在这段计时时间内，桥塞通过流体泵送入井，流体泵通过计时时间和需要泵送的长度来确定排量；或者从桥塞解封时刻开始计时，计时结束后电路板触发坐封信号，在这段计时时间内，桥塞通过流体泵从第N段送入第N+1段井，N为自然数；

S3：进行压裂施工；

S4：投入暂堵球或暂堵剂封堵压裂段；

S5：控制坐封桥塞解封；

S6：重复S1～S5直至还差一个层段完成全部层段的压裂施工；

S7：重复S1～S3完成最后一个层段的压裂施工。

8.根据权利要求6或7所述的油气田井的重复压裂施工方法，其特征在于，S1通过坐封桥塞内部的电路板的定时来实现。

9.根据权利要求6或7所述的油气田井的重复压裂施工方法，其特征在于，S5通过坐封桥塞的信号传感器来启动。

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