CN111963134A - 无节流多级分层压裂管柱及多级分层压裂施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无节流多级分层压裂管柱及多级压裂施工方法，管柱包括自下而上依次通过油管连接的喇叭口、多个交替设置的无节流自助解封封隔器和无节流喷砂滑套、防砂水力锚和液压安全接头；无节流喷砂滑套中，喷砂滑套主体上开设有多个喷砂孔，无节流内滑套通过多个剪切销钉固定在喷砂滑套主体内并封闭喷砂孔，其包括外筒和轴向长度小于外筒和内筒，内筒通过连接部以存在间隙的方式套装在外筒底端内侧；各级无节流喷砂滑套的内筒内径自下而上逐级增大；该无节流多级分层压裂管柱可实现下入一趟管柱完成多级分层压裂和合层求产的目的，实现自下而上逐级压裂施工，对应压裂施工方法能够显著提高输砂效率和压裂施工的安全性。

Description

无节流多级分层压裂管柱及多级分层压裂施工方法

技术领域

本发明涉及油气田压裂作业技术领域，特别涉及一种无节流多级分层压裂管柱及多级分层压裂施工方法。

背景技术

近年来，随着国内油气田开发的不断深入，“K344封隔器+喷砂滑套”分层压裂技术已经成为提高油气田单井产量的主体技术。该技术通过K344封隔器实现压裂层段的层间隔离，通过节流底阀和节流喷砂滑套建立压裂管柱与储层的连通通道，可以实现下入一趟管柱完成多级分层压裂和合层求产的目的。

然而在大量的现场施工中，该技术的压裂管柱也存在诸多不足，制约了其进一步推广应用，例如：

1)该压裂管柱随着分层压裂级数的增加，节流喷砂滑套球座的孔径自上而下逐级减少，压裂管柱的内径也相应的逐级减小，在管柱内形成了累积节流效应，增大了压裂液的摩阻，提高了地面的井口泵压；

2)该压裂管柱需要通过节流底阀的节流和节流喷砂滑套的逐层节流来坐封K344封隔器，不仅限制了施工排量、加砂量和施工规模，同样增加了地面的井口泵压，牺牲了施工效率，不能满足大规模压裂施工的需求，同时由于节流喷砂滑套喷砂孔的节流，降低了输砂效率，增大了压裂液通过喷砂孔的流速，加剧了喷砂孔的磨损，高流速压裂液产生的反溅还会对喷砂孔和生产套管产生严重的冲蚀破坏，可能会导致压裂管柱断裂、生产套管变形等事故，给后续的井筒作业带来极大的风险；

3)该压裂管柱在下放压裂管柱过程中，K344封隔器易因井内压力的波动产生不必要的提前坐封，造成封隔器胶筒发生摩擦损坏的风险；

4)该压裂管柱在压裂施工结束后，K344封隔器扩张胶筒自动解封，但胶筒自身的结构特征决定了胶筒不可能完全回收，如遇砂堵，则会出现解封不完全、砂卡，造成起管柱困难或者无法起出管柱的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现下入一趟管柱即可完成多级分层压裂和合层求产的目的的无节流多级分层压裂管柱。

本发明的另一目的是提供一种采用上述多级压裂管柱实现的多级分层压裂方法。

为此，本发明技术方案如下：

一种无节流多级分层压裂管柱，其特征在于，包括自下而上依次通过油管连接的喇叭口、第一无节流自助解封封隔器、第一级无节流喷砂滑套、第二无节流自助解封封隔器、第二级无节流喷砂滑套、…、第N无节流自助解封封隔器、第N级无节流喷砂滑套、第N+1无节流自助解封封隔器、防砂水力锚和液压安全接头；其中，

每个无节流喷砂滑套均由无节流内滑套、喷砂滑套主体和可溶球构成；无节流内滑套包括外筒和内筒，内筒的轴向长度小于外筒的轴向长度，且内筒以存在间隙的方式套装并设置在外筒底端内侧，内筒与外筒之间通过连接部连接为一体；喷砂滑套主体为筒体结构，其上部侧壁上沿圆周方向均布开设有多个喷砂孔，其下部内壁凸起并形成有一圈第二限位台阶；可溶球的直径与内筒的内径相适应以有效封堵内筒；无节流内滑套通过沿圆周方向均部设置的多个剪切销钉套装并固定在喷砂滑套主体的内侧，并封闭喷砂滑套主体上开设的各喷砂孔；无节流内滑套顶面至喷砂孔下侧孔壁的轴向长度小于或等于无节流内滑套底面至第二限位台阶上端面的轴向长度；内筒的外径略小于限位台阶处的内径；

各级无节流喷砂滑套的无节流内滑套的外筒内径相同、内筒的壁厚相同，而内筒的内径自下而上逐级增大。

进一步地，连接部为一径向截面为扇形的柱形体，其轴向长度与内筒的轴向长度一致；连接部的径向截面面积为外筒与内筒之间所形成的环空通道的径向截面面积的1/4。

进一步地，喷砂孔为轴向长孔，且全部喷砂孔的总过流面积为油管过流面积的1.5倍。

进一步地，在无节流内滑套的外筒外壁上且位于喷砂孔两侧各设置有至少两组O形密封圈。

一种采用上述无节流多级分层压裂管柱实现的一趟管柱多级分层压裂施工方法，步骤如下：

S1、根据油气井内储层情况，组装无节流多级分层压裂管柱并下入生产套管内，使除油气井内最底层储层段外，每个储层段的位置分别与每一级无节流喷砂滑套的喷砂孔一一对应，喇叭口设置于最底层储层段的上方；

S2、打开套管阀门，向油管内正替前置液后，关闭套管阀门；其中，前置液的用量与油管的内容积一致，排量≤0.5m³/min；

S3、向油管内加压，密封油管和生产套管之间的环形空间，使无节流自助解封封隔器完成初封；继续提高油管内液体压力，使封隔器的密封胶筒达到最佳压缩效果，封隔器坐封完成；与此同时，无节流自助解封封隔器的解封机构与井内液体接触并开始溶解；

S4、向油管和生产套管之间的环形空间内打平衡压力，通过喇叭口对第一储层段，即最底层储层段进行压裂施工；

S5、第一储层段压裂施工结束后，通过井口的投球旋塞阀向压裂管柱中投入与第一级无节流喷砂滑套对应尺寸的可溶球，憋压剪断剪切销钉，第一储层段被封堵的同时，露出喷砂孔形成压裂通道，对第二层储层段进行压裂施工；

S6、应用与步骤S5相同的施工方法，自下而上依次完成剩余储层段的压裂施工；

S7、全部储层段压裂施工结束后，减小油管内液体压力，使无节流自助解封封隔器的胶筒在自身的回弹力和弹簧的自助解封力双作用下快速解封，或待解封机构溶解后得到解封，起出无节流多级分层压裂管柱。

与现有技术相比，该无节流多级分层压裂管柱可实现下入一趟管柱完成多级分层压裂和合层求产的目的，通过无节流喷砂滑套与无节流自助解封封隔器交替设置，实现自下而上逐级压裂施工，其施工过程中由于无节流内滑套和喷砂孔处不节流，使得过流量和过流速度几乎接近油管的全通径，避免出现流量受限，提高了输砂效率和压裂施工的安全性，可以满足大规模压裂施工的需要；同时与之匹配的无节流自助解封封隔器采用简单方便的液压坐封，不设置剪切销钉，不需要节流坐封，只与管柱内的压力有关，与管柱内外压差无关，避免管柱内压差过大造成动力活塞过量移动，防止胶筒被过量压缩，造成胶筒疲劳破裂，影响密封效果，并在压裂施工结束后，胶筒在自身的回弹力和弹簧的自助解封力双作用下快速解封，为管柱顺利起出提供保证管柱能够顺利起出，进而基于该无节流多级分层压裂管柱实施的多级分层压裂施工方法能够显著提高了输砂效率和压裂施工的安全性，可以满足大规模压裂施工的需要。

附图说明

图1是本发明实施例1中所述压裂管柱的连接结构示意图；

图2是本发明实施例中所述无节流自助解封封隔器初始状态的结构示意图；

图3是本发明实施例中所述无节流自助解封封隔器坐封状态的结构示意图；

图4(a)为本发明的无节流喷砂滑套的初始状态的结构示意图；

图4(b)为图4(a)的A-A剖视图；

图5(a)为本发明的无节流喷砂滑套的投球后的结构示意图；

图5(b)为图5(a)的B-B剖视图；

图6(a)为本发明的无节流喷砂滑套的投球后的工作状态下的结构示意图；

图6(b)为图6(a)的C-C剖视图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，用语“初始状态”是指无节流自助解封封隔器和无节流喷砂滑套的非工作状态；其中，该无节流多级分层压裂管柱中采用的喇叭口、防砂水力锚、液压安全接头、油管和生产套管均采用市售产品。

实施例1

如图1所示为以5-1/2″生产套管内分N+1级压裂为例装配形成的无节流N+1级分层压裂管柱，包括自下而上依次通过2-7/8″油管连接的喇叭口A、第一无节流自助解封封隔器B、第一级无节流喷砂滑套C、第二无节流自助解封封隔器B、第二级无节流喷砂滑套D、第N无节流自助解封封隔器B、第N级无节流喷砂滑套E、第N+1无节流自助解封封隔器B、防砂水力锚F、液压安全接头G和油管挂，以及连接在油管挂上的油补距管柱；其中，

各级无节流喷砂滑套内的无节流内滑套的外筒内径和内筒的壁厚保持一致，内筒内径自下而上逐级增大，即内层球座通道过流面积逐级增大，对应地，各级无节流喷砂滑套的配套可溶球的直径也随内筒的内径变化自下而上逐级增大；而由于外筒的内径保持不变，因此外层流量互补通道的过流面积自下而上逐级减小；进而，内层球座通道与外层流量互补通道的过流面积的此消彼长，形成流量互补，使得二者总的过流面积大致保持相同，实现了压裂管柱内不产生节流的优势。

施工时，将该N+1级层压裂管柱下放至生产套管I内，且保持每一级无节流喷砂滑套的喷砂孔与油气井内的储层段位置对应，即喇叭口位于第一压裂储层层段上方，第一级无节流喷砂滑套的喷砂孔与第二压裂储层层段位置对应，第二级无节流喷砂滑套的喷砂孔与第三压裂储层层段位置对应，第N级无节流喷砂滑套的喷砂孔与第N+1压裂储层层段位置对应；整体管柱利用N+1个无节流自助解封封隔器B坐封固定在生产套管内。当某级无节流内滑套处于投球工作状态后，内球座通道关闭，外层流量互补通道也随无节流内滑套下落几乎封闭，喷沙孔成为液压主要传导通道，同时上层的液压还绕过可溶球自内筒与限位台阶之间留有的环空孔隙传导至下层需要液压的无节流自助解封封隔器内，使封隔器始终保持坐封状态。

如图2和图3所示，无节流自助解封封隔器包括第一上接头1、上中心管2、密封机构3、弹簧中心管4、弹簧自助解封机构5、下中心管6、坐封-可溶解封机构7和下接头8；

其中，第一上接头1下方固定连接上中心管2，上中心管2外壁套装有密封机构3，上中心管2下方固定连接弹簧中心管4，弹簧中心管4外壁安装有弹簧自助解封机构5，密封机构3下方抵压在弹簧中心管4和弹簧自助解封机构5共同形成的上方端面上，弹簧中心管4下方固定连接下中心管6且组成一个弹簧槽，下中心管6外壁安装有坐封-可溶解封机构7，坐封-可溶解封机构7上方与弹簧自助解封机构5下方固定连接，下中心管6下方固定连接下接头8内螺纹，坐封-可溶解封机构7下方固定连接下接头8外螺纹，下中心管6内壁开有传压孔，中间部分设置有限位台阶。

密封机构3包括胶筒31和隔环32，胶筒31上方与第一上接头1下方端面接触，隔环32与胶筒31下方接触，隔环32下方抵压在弹簧中心管4和弹簧自助解封机构5共同形成的上方端面上。

弹簧自助解封机构5包括连接套51、弹簧52和压环53，弹簧52和压环53由上到下安装在弹簧中心管4和下中心管6固接组成的弹簧槽里，连接套51安装在弹簧中心管4的外部并在上方抵压在隔环32下方端面，在下方与坐封-可溶解机构7固定连接。

坐封-可溶解封机构7包括动力活塞71、可溶柱塞74、保护套76、防转销钉79以及若干O型密封圈；

其中，动力活塞71套装在下中心管6外壁上，动力活塞71上方与连接套51固定连接，动力活塞71上方内壁通过第一O型密封圈72与下中心管6上方凸台形成密封，动力活塞71下方凸台与下中心管6下方外壁通过第四O型密封圈77形成密封，动力活塞71下方外壁安装可溶柱塞74，动力活塞71最下方与下接头8外壁密封面通过第五O型密封圈78形成密封,动力活塞71下方外壁安装有保护套76，并通过第二O型密封圈73形成密封,保护套76下方固定连接下接头8外螺纹，并通过防转销钉79进行周向固定，可溶柱塞74沿周向对称分布，共有2个，安装在动力活塞71的柱塞孔里，可溶柱塞74下方通过第三O型密封圈75与动力活塞71的柱塞孔形成密封，可溶柱塞74上方通过外螺纹与与动力活塞71的柱塞孔内螺纹固定连接，动力活塞71、下接头8与下中心管6形成动力腔力，活动塞71与下中心管6形成空气腔，动力活塞71外部活动部分两端截面积相等。

该无节流自助解封封隔器的具体工作原理为：

坐封过程：从油管内加压，压力经下中心管6上的传压孔作用在动力活塞71上，推动动力活塞71上行，同时推动压环53压缩弹簧52，并且通过与动力活塞71固定连接的连接套51推动隔环32上行压缩胶筒31，当压力达到设定压力时，密封油管F与套管G之间的环形空间，此时无节流自助解封封隔器完成初封，继续提高油管F压力，当动力活塞7上行到下中心管6上的限位台阶时，胶筒31达到最佳压缩效果，此时本发明的无节流自助解封封隔器完成坐封，与此同时，安装在动力活塞71柱塞孔里的可溶柱塞74露出与井内液体接触，开始溶解；

解封过程：油管泄压后，弹簧52靠自身的回弹力自助下行，通过压环53推动动力活塞71下行，给胶筒31留出自由空间，由于胶筒31不存在下行压力约束，胶筒31靠自身的回弹力下行，完成解封；

若油管F泄压后，油管F内存在的压力大于本发明的无节流自助解封封隔器的初封压力时，虽然无节流自助解封封隔器仍然处于坐封状态，但经过一定时间后，可溶柱塞74溶解，动力活塞7的动力腔和空气腔压力实现平衡，弹簧52靠自身的回弹力自助下行，通过压环53推动动力活塞71下行，给胶筒31留出自由空间，由于胶筒31不存在下行压力约束，胶筒31靠自身的回弹力下行，此时无节流自助解封封隔器完成解封。

该无节流自助解封封隔器用于压裂施工过程的压裂管柱上时，在下入压裂管柱过程中，由于无节流自助解封封隔器弹簧预紧力的设置，可以平衡井内静液柱压力的影响，避免下井中途封隔器误坐封，提高管柱下入的安全性；在压裂施工时，无节流自助解封封隔器坐封只与管柱内的压力有关，与管柱内外压差无关，不需要通过压裂管柱上配套节流底阀和节流喷砂滑套产生的节流来坐封封隔器，通过与无节流喷砂滑套一起使用，可以实现大排量和大规模压裂施工改造，提高压裂施工工作效率；在压裂施工结束后，无节流自助解封封隔器胶筒在自身的回弹力和弹簧的自助解封力双作用下快速解封，若井内存在高压力大于本发明的无节流自助解封封隔器的坐封压力，导致封隔器无法解封时，可溶柱塞与井内液体接触，在一定时间内，可溶柱塞溶解，动力活塞动力腔和空气腔压力实现平衡，本发明的无节流自助解封封隔器依然可以快速解封，提高压裂管柱起出的安全性。本发明的无节流自助解封封隔器不需要节流坐封，当封隔器自身实现最大通径的过砂量时，由于通径的增大，降低了封隔器内部含砂液体的流速，减轻了封隔器内部组件的磨损，有利于延长封隔器的使用寿命。

如图4(a)和图4(b)所示，该无节流喷砂滑套包括第二上接头9、无节流内滑套13、喷砂滑套主体14和可溶球15。

无节流内滑套13包括外筒和内筒，内筒的轴向长度小于外筒的轴向长度，且内筒以存在间隙的方式居中设置在外筒底端内侧，内筒与外筒之间通过连接部连接为一体；该无节流内滑套13的结构特点在于其下部为双层过流通道结构，包括基于内筒形成的内层球座通道和基于外筒与内筒之间的环空空间而形成的外层流量互补通道，该两个通道共同形成过流通道。

可溶球15的直径与内筒的内径相适应，以实现通过向滑套内部投放可溶球15实现有效封堵住内筒；其中，内筒顶面加工为锥面，使其形成球座结构，进而与可溶球15配合形成面密封。连接部为一径向截面为扇形的柱形体，其轴向长度与内筒的轴向长度一致；连接部的径向截面面积为外筒与内筒之间所形成的环空通道的径向截面面积的1/4。

喷砂滑套主体14为筒体结构，其上部侧壁上沿圆周方向均布开设有四个喷砂孔，其下部内壁凸起并形成有一圈限位台阶；四个喷砂孔优选采用轴向长孔；全部喷砂孔的过流面积为油管过流面积的1.5倍，使喷砂孔不存在节流问题，减少压裂液对喷砂孔和生产套管的冲蚀破坏。

无节流内滑套13套装在喷砂滑套主体14内侧并通过沿圆周方向均部设置的多个剪切销钉11固定在喷砂滑套主体14的内壁上并封闭喷砂滑套主体14上开设的各喷砂孔，使喷砂孔通过无节流内滑套13实现开关；其中，剪切销钉11的数量与直径满足剪断压力的设计值，以实现喷砂孔以压力可控的方式打开；同时为了保证喷砂孔初始能够由无节流内滑套13完全封闭喷砂孔，在无节流内滑套13的外筒外壁上且位于喷砂孔两侧各设置有两组O形密封圈12；无节流内滑套13顶面至喷砂孔下侧孔壁的轴向长度等于无节流内滑套13底面至限位台阶上端面的轴向长度，使剪切销钉11剪断后，无节流内滑套13下行至限位台阶处并将全部喷砂孔露出；如图6(a)和图6(b)所示，另外，限位台阶处内径略大于内筒的外径，使无节流内滑套13下落至限位台阶处后，过流通道几乎完全封闭，但内筒与喷砂滑套主体14之间还留有环空过流通道用于过流至下方封隔器处保持封隔器始终处于坐封状态。

第二上接头9外螺纹在喷砂滑套主体14的顶端，且在螺纹连接端设有第三密封圈10；第二上接头9的顶端内壁上设有连接内螺纹，喷砂滑套主体14的底端外壁上设有连接外螺纹。

该无节流喷砂滑套的工作原理如下：

如图4(a)和图4(b)所示，该无节流喷砂滑套的无节流内滑套为双层过流通道结构，包括内层球座通道和外层流量互补通道；内层球座通道为圆锥形的投球孔；多个无节流喷砂滑套组装形成多级分层压裂管柱后，内层球座通道的内径自上而下随着分层压裂级数的增加而逐级减小，而与此同时，外层流量互补通道的过流面积自上而下随着分层压裂级数的增加逐级增大，也就是说，当内层球座通道过流面积减小时，外层流量互补通道过流面积就会增大，通过两通道过流面积的此消彼长，形成流量互补，使得总的过流面积大致相同；

如图5(a)和图5(b)所示，当需要使用相应级数的无节流喷砂滑套时，投入与其相匹配的可溶球，将内层球座通道堵塞，此时，从地面泵入的高压液体只能外层流量互补通道流入到下层空间，由于投球后总的过流面积通道变小，向下流动的液体受到无节流内滑套较大的阻力，由于力的作用是相互的，向下流动的液体也对无节流内滑套形成了相应的冲击力；

如图6(a)和图6(b)所示，当该冲击力达到剪切销钉的剪切力值后剪切销钉被剪断，无节流内滑套下行，露出喷砂孔，通过喷砂孔进行相应层段的压裂；此时，外层流量互补通道几乎关闭，实现对下部层段的封堵，仅留有小的环空孔隙传导液压至下层需要液压的无节流自助解封封隔器内，保持封隔器维持坐封状态，即保证压裂管柱的正常工作。

在本实施例中，本发明的多级分层压裂管柱在5-1/2″生产套管内最多能实现一趟管柱分七级层压裂施工，该七级层压裂管柱的各级无节流喷砂滑套中，将无节流内滑套13最大过流直径(外筒内径)，第二过流直径(内筒外径)和最小过流直径(内筒内径)，分别以D_max、D_next、D_min表示，其中，外筒内径D_max为80mm，D_min与可溶球15的直径相匹配，D_next＝D_min+10。上述三种尺寸处于压裂管柱中的第一级无节流喷砂滑套时，称之为D_1-max、D_1-next、_D1-min；处于第二级无节流喷砂滑套时，称之为D_2-max、D_2-next、_D2-min；同理，处于第六级无节流喷砂滑套时，称之为D_6-max、D_6-next、_D6-min。

具体的，该七级层压裂管柱中，各级无节流喷砂滑套的可溶球15的直径自下而上为28.5mm、31.5mm、34.5mm、37.5mm、40.5mm、43.5mm；相应内筒的内径为26mm、29mm、32mm、35mm、38mm、41mm；相应内筒的外径为36mm、39mm、42mm、45mm、48mm、51mm；

基于此，依次计算出每级无节流喷砂滑套的过流面积为：

第一级无节流喷砂滑套总的过流面积为：

S₁＝3.14*{3*(D_1-max ²-D_1-next ²)/4+D_1-min ²)}/4≈3536mm²；

第二级无节流喷砂滑套总的过流面积为：

S₂＝3.14*{3*(D_2-max ²-D_2-next ²)/4+D_2-min ²)}/4≈3533mm²；

……

第六级无节流喷砂滑套总的过流面积为：

S₆＝3.14*{3*(D_6-max ²-D_6-next ²)/4+D_6-min ²)}/4≈3556mm²。

其中，压裂管柱采用的2-7/8″油管内通径为62mm，进而计算出其过流面积为3017mm²。基于上述计算结果可以确定：每一级无节流喷砂滑套的理论过流面积都要大于压裂管柱的过流面积，进而可以推知：该无节流喷砂滑套在压裂管柱中使用时不产生节流，使得过流量和过流速度几乎接近2-7/8″油管的全通径，避免出现流量受限，显著提高了输砂效率和压裂施工的安全性，可以满足大规模压裂施工的需要。

实施例2

一种采用实施例1的无节流多级分层压裂管柱实现的一趟管柱多级分层压裂施工方法，步骤如下：

S1、根据油气井内储层情况，组装无节流多级分层压裂管柱并下入生产套管内，使除油气井内最底层储层段外，每个储层段的位置分别与每一级无节流喷砂滑套的喷砂孔一一对应，喇叭口设置于最底层储层段的上方；

S2、打开套管阀门，向油管内正替前置液后，关闭套管阀门；其中，前置液的用量与油管的内容积一致，排量≤0.5m³/min；

S3、向油管内加压，压力经所述无节流自助解封封隔器B中的下中心管6上的传压孔作用在动力活塞71上，推动动力活塞71上行，同时推动压环53压缩弹簧52，并且通过与动力活塞71固定连接的连接套51推动隔环32上行压缩胶筒31，使无节流自助解封封隔器完成初封，密封油管和生产套管之间的环形空间；

继续提高油管内液体压力，当动力活塞7上行到下中心管6上的限位台阶时，胶筒31达到最佳压缩效果，此时所述无节流自助解封封隔器B完成坐封，与此同时，安装在动力活塞71柱塞孔里的可溶柱塞74露出与井内液体接触并开始溶解；

在该过程中，无节流自助解封封隔器弹簧预紧力的设置，可以平衡井内静液柱压力的影响，避免下井中途封隔器误坐封，提高管柱下入的安全性；同时在压裂施工时，无节流自助解封封隔器的坐封只与管柱内的压力有关，与管柱内外压差无关，不需要通过压裂管柱上配套节流底阀和节流喷砂滑套产生的节流来坐封封隔器，通过与无节流喷砂滑套一起使用，可以实现大排量和大规模压裂施工改造，提高压裂施工工作效率；

S4、向油管和生产套管之间的环形空间内打平衡压力，通过喇叭口对第一储层段，即最底层储层段进行压裂施工；

S5、第一储层段压裂施工结束后，通过井口泵送可溶球15落至无节流内滑套13双层过流通道的内层球座通道的圆锥形投球孔上，将内层球座通道堵塞，此时从地面泵入的高压液体只能外层流量互补通道流入到下层空间，由于投球后总的过流面积通道变小，向下流动的液体受到无节流内滑套13较大的阻力，力的作用是相互的，向下流动的液体也对无节流内滑套13形成了相应的冲击力，当该冲击力达到剪切销钉11的剪切力值后剪切销钉11被剪断，无节流内滑套13下行，露出喷砂孔，通过喷砂孔对第二储层段进行压裂施工，同时外层流量互补通道关闭，实现对第一储层段封堵；与此同时，外层流量互补通道与喷砂滑套主体14形成液压传导通道，将上层的液压绕过可溶球15传导至下层需要液压的无节流自助解封封隔器B内，保证了压裂管柱的正常工作；

S6、应用与步骤S5相同的施工方法，自下而上依次完成剩余第三储层段和第四储层段的压裂施工；

S7、全部层段压裂施工结束后，所述无节流自助解封封隔器B的弹簧52靠自身的回弹力自助下行，通过压环53推动动力活塞71下行，给胶筒31留出自由空间，由于胶筒31不存在下行压力约束，胶筒31靠自身的回弹力下行，所述无节流自助解封封隔器B完成解封；若油管H内存在的压力大于所述无节流自助解封封隔器B的初封压力时，此时所述无节流自助解封封隔器B仍然处于坐封状态，在一定时间内，可溶柱塞74溶解，动力活塞7的动力腔和空气腔压力实现平衡，弹簧52靠自身的回弹力自助下行，通过压环53推动动力活塞71下行，给胶筒31留出自由空间，由于胶筒31不存在下行压力约束，胶筒31靠自身的回弹力下行，所述无节流自助解封封隔器B完成解封。

应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

申请人声明，以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种无节流多级分层压裂管柱，其特征在于，包括自下而上依次通过油管连接的喇叭口、第一无节流自助解封封隔器、第一级无节流喷砂滑套、第二无节流自助解封封隔器、第二级无节流喷砂滑套、…、第N无节流自助解封封隔器、第N级无节流喷砂滑套、第N+1无节流自助解封封隔器、防砂水力锚和液压安全接头；其中，

每个无节流喷砂滑套均由无节流内滑套(13)、喷砂滑套主体(14)和可溶球(15)构成；无节流内滑套(13)包括外筒和内筒，内筒的轴向长度小于外筒的轴向长度，且内筒以存在间隙的方式套装并设置在外筒底端内侧，内筒与外筒之间通过连接部连接为一体；喷砂滑套主体(14)为筒体结构，其上部侧壁上沿圆周方向均布开设有多个喷砂孔，其下部内壁凸起并形成有一圈第二限位台阶；可溶球(15)的直径与内筒的内径相适应以有效封堵内筒；无节流内滑套(13)通过沿圆周方向均部设置的多个剪切销钉(11)套装并固定在喷砂滑套主体(14)的内侧，并封闭喷砂滑套主体(14)上开设的各喷砂孔；无节流内滑套(13)顶面至喷砂孔下侧孔壁的轴向长度小于或等于无节流内滑套(13)底面至第二限位台阶上端面的轴向长度；内筒的外径略小于限位台阶处的内径；

各级无节流喷砂滑套的无节流内滑套的外筒内径相同、内筒的壁厚相同，而内筒的内径自下而上逐级增大。

2.根据权利要求1所述的无节流多级分层压裂管柱，其特征在于，连接部为一径向截面为扇形的柱形体，其轴向长度与内筒的轴向长度一致；连接部的径向截面面积为外筒与内筒之间所形成的环空通道的径向截面面积的1/4。

3.根据权利要求1所述的无节流多级分层压裂管柱，其特征在于，喷砂孔为轴向长孔，且全部喷砂孔的总过流面积为油管过流面积的1.5倍。

4.根据权利要求1所述的无节流多级分层压裂管柱，其特征在于，在无节流内滑套(13)的外筒外壁上且位于喷砂孔两侧各设置有至少两组O形密封圈。

5.一种采用如权利要求1～4任一项所述的无节流多级分层压裂管柱实现的多级分层压裂施工方法，其特征在于，步骤如下：

S1、根据油气井内储层情况，组装无节流多级分层压裂管柱并下入生产套管内，使除油气井内最底层储层段外，每个储层段的位置分别与每一级无节流喷砂滑套的喷砂孔一一对应，喇叭口设置于最底层储层段的上方；

S2、打开套管阀门，向油管内正替前置液后，关闭套管阀门；其中，前置液的用量与油管的内容积一致，排量≤0.5m³/min；

S3、向油管内加压，密封油管和生产套管之间的环形空间，使无节流自助解封封隔器完成初封；继续提高油管内液体压力，使封隔器的密封胶筒达到最佳压缩效果，封隔器坐封完成；与此同时，无节流自助解封封隔器的解封机构与井内液体接触并开始溶解；

S4、向油管和生产套管之间的环形空间内打平衡压力，通过喇叭口对第一储层段，即最底层储层段进行压裂施工；

S5、第一储层段压裂施工结束后，通过井口的投球旋塞阀向压裂管柱中投入与第一级无节流喷砂滑套对应尺寸的可溶球，憋压剪断剪切销钉，第一储层段被封堵的同时，露出喷砂孔形成压裂通道，对第二层储层段进行压裂施工；

S6、应用与步骤S5相同的施工方法，自下而上依次完成剩余储层段的压裂施工；

S7、全部储层段压裂施工结束后，减小油管内液体压力，使无节流自助解封封隔器的胶筒在自身的回弹力和弹簧的自助解封力双作用下快速解封，或待解封机构溶解后得到解封，起出无节流多级分层压裂管柱。

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