CN112127837A - 一种液压动力总成和水力喷砂割缝压裂管柱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压动力总成和水力喷砂割缝压裂管柱，所述液压动力总成包括内外套设的活塞内管和液压缸筒(403)，当该活塞内管内的流体压力比液压缸筒(403)外的流体压力大5MPa以上时，该活塞内管能够相对于液压缸筒(403)以1.5mm/min‑2.0mm/min的速度向下移动，当油套压力平衡时，该活塞内管能够迅速恢复至初始位置。该液压动力总成和水力喷砂割缝压裂管柱具有压裂效率高、工具可靠性高、水力割缝不会影响水泥环的密封性、水力割缝将近井地带的径向渗流变成径向和垂向的双向渗流，显著降低渗流阻力、并且能够清理地层，消除表皮伤害、适应高温环境、便于操作、安全环保、施工风险低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采设备技术领域，具体的是一种液压动力总成，还是一种含有该液压动力总成的水力喷砂割缝压裂管柱。
背景技术
在石油开采的过程中，当遇到异常高温高压低孔低渗油藏时，井型以大斜度井、水平井为主要生产井，投产前必须进行分段压裂，套管固井一般为机械式分段压裂，这种压裂方式能为提高储层的导流能力、增加开采井的产量或注入井的注入量做出了贡献，但也同时存在着如下的不足：
无论是采用机械分层还是传统的水力喷射工艺，喷砂器相对套管的位置都是固定的，压裂后裂缝形式单一，无法产生复杂缝网，导流能力相对较弱。
发明内容
为了在井下套管上开出线形缝隙，本发明提供了一种液压动力总成和水力喷砂割缝压裂管柱，该液压动力总成和水力喷砂割缝压裂管柱具有压裂效率高、工具可靠性高、水力割缝不会影响水泥环的密封性、水力割缝将近井地带的径向渗流变成径向和垂向的双向渗流，增加近井压降漏斗，显著降低渗流阻力、并且能够清理地层，消除表皮伤害、适应高温环境、便于操作、安全环保、施工风险低等优点，可作为油田开采石油和天然气的压裂工具。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液压动力总成，包括内外套设的活塞内管和液压缸筒，该活塞内管与液压缸筒之间形成环形空腔，所述环形空腔含有上下设置的上密封空腔和下密封空腔，上密封空腔内含有复位弹簧，复位弹簧能够给该活塞内管提供回复力，上密封空腔和下密封空腔之间设有毛细阀，该毛细阀内含有过流通道，上密封空腔通过过流通道与下密封空腔连通，当该活塞内管内的流体压力比液压缸筒外的流体压力大5MPa以上时，该活塞内管能够相对于液压缸筒以1.5mm/min-2.0mm/min的速度向下移动。
所述毛细阀套设于所述活塞内管与液压缸筒之间，所述毛细阀含有内外套设的阀芯和阀座，阀芯的外工作面与阀座的内工作面匹配连接，外工作面和内工作面均为研磨密封面。
过流通道位于外工作面，或者过流通道位于内工作面，或者过流通道位于外工作面和内工作面。
外工作面和内工作面均为锥形面，过流通道位于外工作面，过流通道相对于阀芯的直径方向倾斜设置，过流通道的断面面积为5×10-3mm2-6×10-3mm2。
该活塞内管含有上下固定连接的活塞堵头和活塞连接管，阀芯与活塞连接管密封连接，阀座与液压缸筒密封连接，活塞连接管与阀座之间形成下密封空腔。
液压缸筒的内表面设有环形凸台，环形凸台的内径大于活塞连接管的外径，阀芯位于环形凸台的下方，阀芯与环形凸台之间设有扶正弹簧，扶正弹簧的上端与环形凸台抵接，扶正弹簧的下端与阀芯抵接。
复位弹簧的上端与活塞堵头抵接，复位弹簧的下端与环形凸台抵接，所述环形空腔内含有液压油，当复位弹簧使该活塞内管向上移动的过程中，阀芯能够脱离阀座。
阀座的下端位于液压缸筒的下端外，活塞连接管的下端外连接有下接头，阀座与下接头之间套设有防转接头，防转接头能够防止下接头自转。
液压缸筒的上端外连接有上接头，上接头与活塞堵头上下设置，活塞连接管的下端外连接有压环，压环套设于下接头外，活塞连接管和压环均与下接头螺纹连接。
一种水力喷砂割缝压裂管柱，包括从上向下依次连接的连续油管、液压安全接头、液压动力总成、喷枪、坐封工具和桥塞，液压动力总成为上述的液压动力总成。
本发明的有益效果是：
1、压裂层段数不受限制。通过自下而上多趟管柱可完成任意多段的压裂施工，提高施工效率，降低施工成本。
2、可在每段进行多簇的射孔割缝，对地层进行更为精细的改造
3、改变了近井筒地层的应力场，清除高应力产生的压实效应，改善了井周围的渗透性，解除堵塞，大大降低了破裂压力，在拉应力和微裂隙网络的作用下，增加压裂缝网的复杂程度，提高单级单井产能。
4、取代原来的火工品射孔工艺，相对于常规射孔而言，其解决了射孔深度不足、射孔压实带及污染的问题，同时增加了接触面积。
5、打开油气层时对套管及水泥环的冲击小，可极大地降低对水泥环的破坏作用，有利于保持固井质量，对薄层的开发具有特殊的意义。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述液压动力总成的示意图。
图2是本发明所述液压动力总成的上部示意图。
图3是本发明所述液压动力总成的下部示意图。
图4是阀芯的主视图。
图5是阀芯的剖视图。
图6是阀座的剖视图。
图7是水力喷砂割缝压裂管柱的工作状态示意图。
图8是喷枪的示意图。
1、连续油管；2、套管；3、液压安全接头；4、液压动力总成；5、喷枪；6、坐封工具；7、桥塞；8、油层；
401、上接头；402、活塞堵头；403、液压缸筒；404、复位弹簧；405、活塞连接管；406、扶正弹簧；407、阀芯；408、阀座；409、压环；410、防转接头；411、下接头；412、上密封空腔；413、下密封空腔；414、过流通道；415、毛细阀；
4031、环形凸台；
4071、外工作面；
4081、内工作面。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种液压动力总成，包括内外套设的活塞内管和液压缸筒403，该活塞内管与液压缸筒403之间形成环形空腔，所述环形空腔含有上下设置的上密封空腔412和下密封空腔413，上密封空腔412内含有复位弹簧404，复位弹簧404能够给该活塞内管提供回复力，上密封空腔412和下密封空腔413之间设有毛细阀415，该毛细阀415内含有过流通道414，上密封空腔412通过过流通道414与下密封空腔413连通，当该活塞内管内的流体压力比液压缸筒403外的流体压力大5MPa以上时，该活塞内管能够相对于液压缸筒403以1.5mm/min-2.0mm/min的速度向下移动，如图1至图3所示。
当该活塞内管内的流体压力(压强)比液压缸筒403外的流体压力大5MPa以上时，该活塞内管内的流体压力大于复位弹簧404的弹力，上密封空腔412内的压力液将通过过流通道414进入下密封空腔413内，由于过流通道414的断面面积较小，上密封空腔412缓慢压缩，下密封空腔413缓慢膨胀，从而使该活塞内管相对于液压缸筒403以1.5mm/min-2.0mm/min的速度缓慢向下移动，在此过程中，该活塞内管将由上极限位置移动至下极限位置。
在本实施例中，所述毛细阀套设于所述活塞内管与液压缸筒403之间，所述毛细阀含有内外套设的阀芯407和阀座408，阀芯407的下端插接于阀座408的上端内，阀芯407的外工作面4071与阀座408的内工作面4081匹配对应连接，外工作面4071和内工作面4081均为研磨密封面，即外工作面4071和内工作面4081均为采用超镜面加工工艺形成的光洁表面。
在本实施例中，过流通道414可以位于外工作面4071，或者过流通道414也可以位于内工作面4081，或者过流通道414还可以同时位于外工作面4071和内工作面4081。过流通道414的数量和断面面积可以根据该活塞内管相对于液压缸筒403向下移动的速度而定。
例如，所需的该活塞内管相对于液压缸筒403向下移动的速度快时，则过流通道414的数量可以为多条，过流通道414的断面面积可以大些；所需的该活塞内管相对于液压缸筒403向下移动的速度慢时，则过流通道414的数量可以为一条，过流通道414的断面面积可以小些。过流通道414的数量和断面面积具体数值可以通过有限次试验获得。
在本实施例中，阀芯407可以脱离阀座408，外工作面4071和内工作面4081均为锥形面，该锥形面的锥度相同，外工作面4071和内工作面4081之间也可以分离，过流通道414位于外工作面4071，过流通道414相对于阀芯407的直径方向倾斜设置，过流通道414的断面面积为5×10-3mm2-6×10-3mm2，例如5.77×10-3mm2，如图4、图5和图6所示。
在本实施例中，该活塞内管含有上下固定连接的活塞堵头402和活塞连接管405，活塞堵头402与液压缸筒403和活塞连接管405均密封连接，阀芯407与活塞连接管405密封连接，阀座408与液压缸筒403密封固定连接，活塞连接管405与阀座408活动密封连接，活塞连接管405与阀座408之间形成下密封空腔413。
在本实施例中，液压缸筒403的内表面设有环形凸台4031，环形凸台4031的内径大于活塞连接管405的外径，阀芯407位于环形凸台4031的下方，阀芯407与环形凸台4031之间设有扶正弹簧406，扶正弹簧406的上端与环形凸台4031抵接，扶正弹簧406的下端与阀芯407抵接，扶正弹簧406给阀芯407提供的回复力较小，扶正弹簧406的具体参数可以通过有限次试验获得。
在本实施例中，复位弹簧404位于上密封空腔412内，复位弹簧404的上端与活塞堵头402抵接，复位弹簧404的下端与环形凸台4031抵接，所述环形空腔内含有液压油，该活塞内管相对于液压缸筒403向下移动的过程中，阀芯407与阀座408匹配对应连接，当复位弹簧404使该活塞内管相对于液压缸筒403向上移动的过程中，阀芯407能够脱离阀座408。
当该活塞内管内的流体压力小于或等于比液压缸筒403外的流体压力时，在复位弹簧404的作用下，该活塞内管相对于液压缸筒403向上移动，阀芯407脱离阀座408，阀芯407与阀座408之间的过流面积迅速增大，下密封空腔413内的压力液将迅速的返回至上密封空腔412内，从而使该活塞内管迅速恢复至初始位置，即该活塞内管由下极限位置恢复至上极限位置，则该液压动力总成恢复至图1至图3所示的初始状态。
在本实施例中，阀座408的上端套设于液压缸筒403和活塞连接管405之间，阀座408的下端位于液压缸筒403的下端外，活塞连接管405的下端外连接有下接头411，阀座408与下接头411之间套设有防转接头410，防转接头410能够防止下接头411自转。防转接头410的内表面设有轴向凸棱，下接头411的外表面设有轴向凹槽，该轴向凸棱与轴向凹槽匹配插接。
在本实施例中，液压缸筒403的轴线、活塞连接管405的轴线、活塞堵头402的轴线、阀芯407的轴线和阀座408的轴线重合，液压缸筒403的上端外连接有上接头401，上接头401与活塞堵头402上下设置，活塞连接管405的下端外连接有压环409，压环409套设于下接头411外，活塞连接管405和压环409均与下接头411螺纹连接。
在本实施例中，上接头401、液压缸筒403、阀座408和防转接头410从上向下依次螺纹连接，活塞堵头402、活塞连接管405和下接头411从上向下依次螺纹连接。活塞堵头402与液压缸筒403和活塞连接管405之间均设有密封圈，阀芯407与活塞连接管405之间设有密封圈，阀座408和液压缸筒403之间均设有密封圈，活塞连接管405和下接头411之间均设有密封圈。
下面介绍一种水力喷砂割缝压裂管柱，所述水力喷砂割缝压裂管柱包括从上向下依次连接的连续油管1、液压安全接头3、液压动力总成4、喷枪5、坐封工具6和桥塞7，液压动力总成4为上述的液压动力总成，如图7和图8所示。连续油管1、液压安全接头3、喷枪5、坐封工具6、桥塞7和套管2均可以采用现有技术产品。
下面介绍该液压动力总成4的工作过程。
向该液压动力总成4内注入压力液，该液压动力总成内憋压，在节流压差(该活塞内管内的流体压力(压强)比液压缸筒403外的流体压力大5MPa以上)的作用下，该液压动力总成4的活塞堵头402、活塞连接管405和下接头411开始同步向下移动。此时，上密封空腔412缓慢压缩，复位弹簧404进行压缩储能，下密封空腔413缓慢膨胀，上密封空腔412内的液压油通过毛细阀415的过流通道414到达下密封空腔413内。
由于过流通道414较为细小，液体流动缓慢，使得活塞堵头402、活塞连接管405和下接头411向下移动速度非常缓慢(约1.5mm/min)，直至活塞连接管405向下移动至下极限位置。当需要活塞连接管405复位时，去掉该液压动力总成内的压力，复位弹簧404所储备的压缩能量便释放出来。复位弹簧404推动活塞堵头402、活塞连接管405和下接头411开始同步向上移动复位。由于扶正弹簧406的推力很小，不足以阀芯407和阀座408继续保持连接，即阀芯407将脱离阀座408，液压油推动阀芯407压缩扶正弹簧406。
此时大量的液体通过阀芯407和阀座408之间的空隙返回至上密封空腔412内，复位弹簧404复位，以此达到快速复位的目的。例如，活塞连接管405从下极限位置回到上极限位置的时间为0.5S至5S(如3S)，活塞连接管405从下极限位置回到上极限位置的速度可以为(约1.5m/min)。
下面以5段压裂施工为例，介绍该水力喷砂割缝压裂管柱的工作过程。
步骤1、井筒试压准备和实探人工井底；
步骤2、安装井口，防喷管和防喷器试压合格；
步骤3、连续油管过球试验(球的直径22mm)；
步骤4、连续油管连接器的拔拉(20吨)、密封试验(60MPa)；
步骤5、连续油管带114mm通井规通井，探人工井底，校深；
步骤6、连续油管水力喷砂割缝与桥塞联坐，具体的：
步骤6.1、下入该水力喷砂割缝压裂管柱，连续油管1下入到位，循环洗井，投入小球(12.7mm)打压，坐封桥塞7、下探验封；
步骤6.2、上提到射孔位置，投入大球(16mm)打开滑套(5MPa)开启喷枪5。球落座时排量不大于0.1方/分钟；
步骤6.3、提高排量至0.6方/分钟，压力稳定后，泵送砂浆(5％)割缝到设计长度和簇数；
步骤6.4、起出连续油管连接压裂井口及管线，投球(50mm)进行压裂(第5层不投球)。
步骤6.5、压裂完成后，重复上述步骤6.1至步骤6.4直至完成全部井段的割缝和压裂作业。
该液压动力总成4的下接头411与喷枪5的入口端连接固定，喷枪5大致呈筒形结构，喷枪5的侧壁上设有喷嘴。采用水力喷射割缝压裂工艺技术进行应用时，当工具串到达坐封位置时，投入小球(12.7mm)打压，坐封桥塞7，并丢手(仍然保持油套联通)，上提至射孔位置后，投入大球(16mm)打开滑套(5MPa)开启喷枪5。此时，由于高速砂浆通过喷枪5的喷嘴直接撞击在套管2内壁上，其结果就将套管2和外部水泥环直接穿透，从而射穿地层(即油层8)。
而在此过程中，由于液压动力总成4的构造，该液压动力总成4内憋压，活塞堵头402、活塞连接管405、下接头411和喷枪5同步以极缓慢的速度下移，从而形成轴向割缝，极大的提高地层的导流能力和有效的降低压裂施工压力，形成更为复杂的缝网结构。在这一簇喷砂射孔割缝完成后，停泵上提管柱到下一簇，此时液压动力总成已经恢复到初始位置，同理进行下一簇的水力喷射割缝作业，待到本段多簇割缝完成后，上提工具串至防喷管内，地面更换压裂井口进行空套管压裂。
为了便于理解和描述，本发明中采用了绝对位置关系进行了表述，其中的方位词“上”表示图1中的上侧方向，“下”表示图1中的下侧方向。本发明采用了阅读者或使用者的观察视角进行描述，但上述方位词不能理解或解释为是对本发明保护范围的限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种液压动力总成，其特征在于，所述液压动力总成包括内外套设的活塞内管和液压缸筒(403)，该活塞内管与液压缸筒(403)之间形成环形空腔，所述环形空腔含有上下设置的上密封空腔(412)和下密封空腔(413)，上密封空腔(412)内含有复位弹簧(404)，复位弹簧(404)能够给该活塞内管提供回复力，上密封空腔(412)和下密封空腔(413)之间设有毛细阀(415)，该毛细阀(415)内含有过流通道(414)，上密封空腔(412)通过过流通道(414)与下密封空腔(413)连通，当该活塞内管内的流体压力比液压缸筒(403)外的流体压力大5MPa以上时，该活塞内管能够相对于液压缸筒(403)以1.5mm/min-2.0mm/min的速度向下移动。
2.根据权利要求1所述的液压动力总成，其特征在于，所述毛细阀套设于所述活塞内管与液压缸筒(403)之间，所述毛细阀含有内外套设的阀芯(407)和阀座(408)，阀芯(407)的外工作面(4071)与阀座(408)的内工作面(4081)匹配连接，外工作面(4071)和内工作面(4081)均为研磨密封面。
3.根据权利要求2所述的液压动力总成，其特征在于，过流通道(414)位于外工作面(4071)，或者过流通道(414)位于内工作面(4081)，或者过流通道(414)位于外工作面(4071)和内工作面(4081)。
4.根据权利要求2所述的液压动力总成，其特征在于，外工作面(4071)和内工作面(4081)均为锥形面，过流通道(414)位于外工作面(4071)，过流通道(414)相对于阀芯(407)的直径方向倾斜设置，过流通道(414)的断面面积为5×10-3mm2-6×10-3mm2。
5.根据权利要求2所述的液压动力总成，其特征在于，该活塞内管含有上下固定连接的活塞堵头(402)和活塞连接管(405)，阀芯(407)与活塞连接管(405)密封连接，阀座(408)与液压缸筒(403)密封连接，活塞连接管(405)与阀座(408)之间形成下密封空腔(413)。
6.根据权利要求5所述的液压动力总成，其特征在于，液压缸筒(403)的内表面设有环形凸台(4031)，环形凸台(4031)的内径大于活塞连接管(405)的外径，阀芯(407)位于环形凸台(4031)的下方，阀芯(407)与环形凸台(4031)之间设有扶正弹簧(406)，扶正弹簧(406)的上端与环形凸台(4031)抵接，扶正弹簧(406)的下端与阀芯(407)抵接。
7.根据权利要求6所述的液压动力总成，其特征在于，复位弹簧(404)的上端与活塞堵头(402)抵接，复位弹簧(404)的下端与环形凸台(4031)抵接，所述环形空腔内含有液压油，当复位弹簧(404)使该活塞内管向上移动的过程中，阀芯(407)能够脱离阀座(408)。
8.根据权利要求5所述的液压动力总成，其特征在于，阀座(408)的下端位于液压缸筒(403)的下端外，活塞连接管(405)的下端外连接有下接头(411)，阀座(408)与下接头(411)之间套设有防转接头(410)，防转接头(410)能够防止下接头(411)自转。
9.根据权利要求8所述的液压动力总成，其特征在于，液压缸筒(403)的上端外连接有上接头(401)，上接头(401)与活塞堵头(402)上下设置，活塞连接管(405)的下端外连接有压环(409)，压环(409)套设于下接头(411)外，活塞连接管(405)和压环(409)均与下接头(411)螺纹连接。
10.一种水力喷砂割缝压裂管柱，其特征在于，所述水力喷砂割缝压裂管柱包括从上向下依次连接的连续油管(1)、液压安全接头(3)、液压动力总成(4)、喷枪(5)、坐封工具(6)和桥塞(7)，液压动力总成(4)为权利要求1所述的液压动力总成。
Priority Applications (1)
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| CN202011101143.3A CN112127837A (zh) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | 一种液压动力总成和水力喷砂割缝压裂管柱 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022229887A1 (en) * | 2021-04-30 | 2022-11-03 | BROOKS, Ella | Selective overbalanced perforation and injection |
-
2020
- 2020-10-15 CN CN202011101143.3A patent/CN112127837A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022229887A1 (en) * | 2021-04-30 | 2022-11-03 | BROOKS, Ella | Selective overbalanced perforation and injection |
| US11859483B2 (en) | 2021-04-30 | 2024-01-02 | Matthew Brooks | Selective overbalanced perforation and injection |
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