CN112240190B - 一种裸眼分段完井分段改造装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裸眼分段完井分段改造装置及操作方法，包括从近端向远端依次排列的悬挂封隔器(1)、套管安全封隔器(2)、至少一组分段完井组件(100)、压差滑套(5)、球座(8)、内压式管柱封闭阀(6)、常开阀(10)和第一浮阀(7)。该裸眼分段完井分段改造装置采用在管柱配置内压式管柱封闭阀+浮阀实现管柱内双向、双重隔断，避免了不压井起钻杆条件下分段完井——分段改造施工中浮阀、悬挂封隔器密封不可靠等问题。

Description

一种裸眼分段完井分段改造装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，具体的是一种裸眼分段完井分段改造装置，还是一种裸眼分段完井分段改造装置的操作方法。

背景技术

直井及水平井裸眼分段完井分段改造技术采用多级分段酸化(或压裂)技术，可以最大限度地打开储层、增加泄油面积、减少储层污染、提高储层改造效果、降低开发成本，是提高低渗透储层单井产量和采收率的有效手段。

现有的裸眼分段完井-分段改造技术，为了使完井管柱顺利下入，往往需要采用钻杆送进、油管回接两趟管柱作业。

第一趟釆用钻杆送入下部的完井管柱：主要由浮阀、坐封球座、压差滑套、分段封隔器、投球式滑套、悬挂封隔器和锚定密封回接筒等工具组成。在钻杆送进过程中，重泥浆压住地层，由于浮阀处于单向隔断，地层流体不能进入管柱内。

下到井底后，替出井筒内重泥浆，钻杆内投入坐封球，泵送球到位碰压，管柱内加液压，坐封所有封隔器并悬挂在既定的设计位置，套管环空及裸眼段将由多级封隔器隔断，同时隔绝球座关闭并与浮阀形成双向隔断；继续升压，钻杆从回接筒处预置的丢手机构处丢手，实现裸眼段气层与井筒隔绝。

第二趟为回接上部完井管柱：由油管、锚定密封回插头等工具组成锚定密封回插管柱，下井到位后通过管柱回接技术插入密封，组成分段完井——分段改造——生产一体化完井管柱。

完井生产管柱采用二次油管回接工艺，钻杆送入提高了完井管柱抗拉、抗扭安全系数和具备复杂井况环境下处理突发事件的能力，投球坐封后水平井段管串丢手，环空由顶部封隔器隔绝气层，管柱内由隔绝浮阀隔断，最终实现双向隔断。

其不足之处是：1、如果采用不压井起钻杆方式，当管柱坐封、丢手后，在起钻杆、下油管柱、换装井口时，管柱内及环空分别由浮阀、顶部悬挂封隔器隔断管柱内及环空，井控风险较大；万一浮阀或顶部悬挂封隔器失效，将造成油气上窜，严重威胁油气井及人身安全；特别是深层、碳酸盐岩或高含硫油气藏，地层压力系数高，井况复杂，易漏、易喷，安全风险更高，一旦工具失效，后果不堪设想；2、若采用先压井、再起钻杆方式，则需要采用更高密度的优质无固相压井液顶替井筒重泥浆后，再进行丢手、起、下管柱作业，成本高、也不利于储层保护；尤其是当地层压力系数高达1.6g/cm³及以上时，高密度无固相压井液的成本难以承受。

发明内容

为了提供分段完井分段改造过程中的可靠性，本发明提供了一种裸眼分段完井分段改造装置及其操作方法，该裸眼分段完井分段改造装置采用在管柱配置内压式管柱封闭阀+浮阀实现管柱内双向、双重隔断，环空采用顶部悬挂封隔器+液压式套管安全封隔器，实现环空双向、双重隔断；避免了不压井起钻杆条件下分段完井——分段改造施工中浮阀、悬挂封隔器密封不可靠、井控风险高及先压井、再起钻杆方式中高密度无固相压井液成本高等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种裸眼分段完井分段改造装置，包括从近端向远端依次排列的悬挂封隔器、套管安全封隔器、至少一组分段完井组件、压差滑套、球座、内压式管柱封闭阀、常开阀和第一浮阀；分段完井组件含有裸眼封隔器和投球式滑套，所述悬挂封隔器含有密封工作筒和插接密封头。

所述内压式管柱封闭阀含有外层管体，所述外层管体含有依次连接的补偿接头、导压接头、中间接头、球阀外筒和下接头。

补偿接头内套设有内衬管，补偿接头与内衬管之间形成环形空腔，该环形空腔内含有上下设置的弹簧和环形的补偿活塞。

导压接头的上端位于该环形空腔内，导压接头的上端与补偿活塞之间形成补偿空间，导压接头和中间接头内套设有空心轴，空心轴能够沿导压接头的轴线方向移动。

导压接头的侧壁内设有轴向导压通道和排液环槽，轴向导压通道的上端与补偿空间连通，轴向导压通道的下端与排液环槽连通，空心轴的侧壁内设有径向排液孔，当空心轴沿导压接头的轴线方向移动时，径向排液孔能够与排液环槽连通。

空心轴上端的内径小于内衬管的内径，空心轴的上端内侧设有环形的座封面，空心轴通过剪切销钉与导压接头连接。

空心轴的下端位于中间接头的下端外，空心轴的下端外依次连接有连接爪、连接短节、上座筒和下座筒，连接爪、连接短节、上座筒和下座筒均套设于球阀外筒内。

下座筒的下端与下接头的上端连接固定，上座筒与下座筒之间设有球阀总成，当空心轴沿导压接头的轴线方向移动时，连接爪和连接短节将随空心轴同时沿导压接头的轴线方向移动。

上座筒与球阀外筒之间设有长条形的操作臂，上座筒的侧壁内设有轴向安装槽，操作臂位于该轴向安装槽内，操作臂的上端与连接短节的下端卡接，操作臂的内侧设有操作凸起，操作臂能够随连接短节沿导压接头的轴线方向移动。

该球阀总成含有上球座、下球座和阀球，阀球内设有内流道，操作凸起与阀球插接，当操作臂沿导压接头的轴线方向移动时，操作臂能够驱动阀球转动，并使该球阀总成处于关闭状态。

一种上述的裸眼分段完井分段改造装置的操作方法，包括以下步骤：

步骤1、在密度为ρ1的重泥浆中，采用钻杆分别带1、2、3只螺旋扶正器进行模拟通井3次；

步骤2、在密度为ρ1的重泥浆中，采用钻杆送下部完井管柱入井；

步骤3、下钻完毕后，坐采油树，用密度为ρ2的无固相压井液顶替出井筒内重泥浆，ρ2≤ρ1，再将柴油替入到水平段内；

步骤4、间隔10分钟--30分钟投入两种小球，泵送小球分别入座常开阀、内压式管柱封闭阀；管柱内加压P1，稳压2分钟-5分钟，关常开阀；管柱内升压至P2(P1<P2)，稳压2分钟-5分钟，关内压式管柱封闭阀；

步骤5、管柱内加压升至P3(P2<P3)，稳压5分钟-15分钟，坐封悬挂封隔器及套管安全封隔器；

步骤6、环空加压验封，确认悬挂封隔器密封合格；

步骤7、等裸眼封隔器的自膨胀胶筒可靠密封后，拆卸采油树，丢手、起出送进钻杆；

步骤8、采用油管送上部完井管柱，底带插接密封头，插入密封工作筒并与下部完井管柱形成密封；

步骤9、管柱内加压至P4(P3<P4)，开压差滑套，进行第一段改造；

步骤10、投球加压P0，打开投球式压裂滑套，转层，进行第二段改造；

步骤11、重复上一步骤，转层，进行第三段改造；

步骤12、完成全部层段改造后，放喷排液求产。

本发明的有益效果是：该裸眼分段完井分段改造装置采用在管柱配置内压式管柱封闭阀+浮阀实现管柱内双向、双重隔断，环空采用顶部悬挂封隔器+液压式套管安全封隔器，实现环空双向、双重隔断；避免了不压井起钻杆条件下分段完井——分段改造施工中浮阀、悬挂封隔器密封不可靠、井控风险高及先压井、再起钻杆方式中高密度无固相压井液成本高等问题。

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是在实施例1中本发明所述裸眼分段完井分段改造装置的示意图。

图2是内压式管柱封闭阀的上部示意图。

图3是图2的上部放大示意图。

图4是图2的下部放大示意图。

图5是内压式管柱封闭阀的下部示意图。

图6是图5的上部放大示意图。

图7是图5的下部放大示意图。

图8是本发明所述裸眼分段完井分段改造装置的操作方法的示意图。

1、悬挂封隔器；2、套管安全封隔器；3、裸眼封隔器；4、投球式滑套；5、压差滑套；6、内压式管柱封闭阀；7、第一浮阀；8、球座；

11、密封工作筒；12、插接密封头；

60、补偿接头；61、外补偿孔；62、内衬管；63、弹簧；64、补偿活塞；65、导压接头；66、密封圈；67、剪切销钉；68、空心轴；69、中间接头；610、球阀外筒；610、球阀外筒；611、连接爪；612、连接短节；613、上座筒；614、座筒弹簧；615、上球座；616、操作臂；617、阀球；618、下座筒；619、下接头；620、操作凸起；621、下球座；

641、补偿空间；651、轴向导压通道；653、径向排液孔；655、排液环槽；681、座封面；

99、投球；100、分段完井组件。

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。

一种裸眼分段完井分段改造装置，包括从近端向远端依次排列的悬挂封隔器1、套管安全封隔器2、至少一组分段完井组件100、压差滑套5、球座8、内压式管柱封闭阀6、常开阀10和第一浮阀7；分段完井组件100含有依次连接的裸眼封隔器3和投球式滑套4，所述悬挂封隔器1含有插接式的密封工作筒11和插接密封头12，如图1所示。

在本实施例中，所述内压式管柱封闭阀6含有外层管体，所述外层管体含有依次连接的补偿接头60、导压接头65、中间接头69、球阀外筒610和下接头619。补偿接头60、导压接头65、中间接头69、球阀外筒610和下接头619均为筒形结构，补偿接头60、导压接头65、中间接头69、球阀外筒610和下接头619之间采用螺纹连接，如图2至图4所示。

在本实施例中，补偿接头60内套设有内衬管62，补偿接头60与内衬管62之间形成环形空腔，该环形空腔内含有上下设置的弹簧63和环形的补偿活塞64。补偿接头60的侧壁上设有外补偿孔61，外补偿孔61位于该环形空腔的上端，外补偿孔61能够连通该环形空腔和补偿接头60的外部。

在本实施例中，导压接头65的上端位于该环形空腔内，导压接头65的上端位于补偿接头60与内衬管62之间，导压接头65与补偿接头60和内衬管62密封连接，导压接头65的上端与补偿活塞64之间形成补偿空间641，导压接头65和中间接头69内套设有空心轴68，空心轴68与导压接头65之间设有密封圈66，空心轴68能够沿导压接头65的轴线方向上下移动。

在本实施例中，导压接头65的侧壁内设有轴向导压通道651和排液环槽655，轴向导压通道651的上端与补偿空间641连通，轴向导压通道651的下端与排液环槽655连通，空心轴68的侧壁内设有径向排液孔653，当空心轴68沿导压接头65的轴线方向移动时，径向排液孔653能够与排液环槽655连通，空心轴68内的压力液能够依次通过径向排液孔653、排液环槽655和轴向导压通道651后进入补偿空间641并推动补偿活塞64向上移动。

在本实施例中，空心轴68上端的内径小于内衬管62的内径，空心轴68的上端内侧设有环形的座封面681，空心轴68通过剪切销钉67与导压接头65连接。空心轴68的下端位于中间接头69的下端外，空心轴68的下端外依次连接有连接爪611、连接短节612、上座筒613和下座筒618，连接爪611、连接短节612、上座筒613和下座筒618均套设于球阀外筒610内，如图5至图7所示。

在本实施例中，下座筒618的下端与下接头619的上端通过螺纹连接固定，上座筒613与下座筒618连接固定，当空心轴68沿导压接头65的轴线方向移动时，连接爪611和连接短节612将随空心轴68同时沿导压接头65的轴线方向移动。连接爪611、连接短节612、上座筒613和下座筒618均为筒形结构。

其中，连接爪611的上部为分瓣式结构，即连接爪611的上部含有多个条形连接片，多个所述条形连接片沿连接爪611的周向均匀分布，所述条形连接片的断面呈弧形。当所述条形连接片在位于空心轴68和中间接头69时，所述条形连接片受径向向外的应力，当连接爪611随空心轴68向下移动并脱离中间接头69时，连接爪611将张开(即上部直径变大)，连接爪611的上端将会与中间接头69的下端卡接，连接爪611将无法再向上移动。

在本实施例中，上座筒613与球阀外筒610之间设有长条形的操作臂616，操作臂616的长度方向为图5中上下方向，上座筒613的侧壁内设有轴向安装槽，操作臂616位于该轴向安装槽内，该轴向安装槽为长条形通孔，操作臂616的上端与连接短节612的下端卡接，操作臂616的内侧设有操作凸起620，当连接爪611和连接短节612随空心轴68沿导压接头65的轴线方向移动时，操作臂616也将随连接短节612沿导压接头65的轴线方向移动，如图5所示。

在本实施例中，上座筒613和下座筒618之间设有球阀总成，该球阀总成含有上球座615、下球座621和阀球617，阀球617内设有内流道，操作凸起620与阀球617插接配合，上球座615与上座筒613之间设有环形的座筒弹簧614，当操作臂616沿导压接头65的轴线方向移动时，操作臂616能够驱动阀球617以图7中阀球617的圆心为轴转动，并使该球阀总成处于关闭状态。图7中所示的该球阀总成处于开启状态，阀球617的内流道在图7中顺时针转动90度后该球阀总成将处于关闭状态。

使用时，将组装好的该裸眼分段完井分段改造装置下入井内，下入的先后次序依次为第一浮阀7、常开阀10、内压式管柱封闭阀6、球座8、压差滑套5、至少一组分段完井组件100、套管安全封隔器2和悬挂封隔器1，第一浮阀7远离井口，悬挂封隔器1靠近井口，即如图1所示。具体的工作过程可以参考图8。

下面介绍上述的裸眼分段完井分段改造装置的操作方法，包括以下步骤：

步骤1、在密度ρ1的重泥浆中，采用钻杆分别带1、2、3只螺旋扶正器进行模拟通井3次；

步骤2、在密度ρ1的重泥浆中，采用钻杆送下部完井管柱入井；

步骤3、下钻完毕后，坐采油树，用密度ρ2(ρ2≤ρ1)无固相压井液顶替出井筒内重泥浆，再将柴油替入到水平段内；

步骤4、间隔10分钟--30分钟投入两种小球，泵送小球分别入座常开阀10、内压式管柱封闭阀6；管柱内加压P1，稳压2分钟-5分钟，关常开阀10；管柱内升压至P2(P1<P2)，稳压2分钟-5分钟，关内压式管柱封闭阀6，使所述的阀球617到达关闭位置；

步骤5、管柱内加压升至P3(P2<P3)，稳压5分钟-15分钟，坐封悬挂封隔器1及套管安全封隔器2；

步骤6、环空加压验封，确认悬挂封隔器1密封合格；

步骤7、等裸眼封隔器3的自膨胀胶筒可靠密封后，拆卸采油树，丢手、起出送进钻杆；

步骤8、采用油管送上部完井管柱，底带插接密封头12，插入密封工作筒11并与下部完井管柱形成密封；

步骤9、管柱内加压至P4(P3<P4)，开压差滑套，进行第一段改造；

步骤10、投球加压P0，打开投球式压裂滑套，转层，进行第二段改造；

步骤11、重复上一步骤，转层，进行第三段改造；

步骤12、完成全部层段改造后，放喷排液求产。

在上述的裸眼分段完井分段改造装置的操作方法中，ρ1为1.1g/cm3-1.9g/cm3；ρ2为1.1g/cm3-1.6g/cm3；P1为5MPa-8MPa；P2为8MPa-12MPa；P3为15MPa-20MPa；P4为25MPa-35MPa；P0为10MPa-20MPa。当不投球(或球不入座)时，P4的高压不会形成冲突，不会导致投球式压裂滑套误操作。

下面介绍内压式管柱封闭阀6的工作过程。

首先，内压式管柱封闭阀6的初始状态图2和图5所示。即内压式管柱封闭阀6下部的所述球阀总成处于开启状态。当完成替液、需要关闭该内压式管柱封闭阀6时，从地面投入合适尺寸的投球99。当投球99落在空心轴68上端的座封面681时，投球99将空心轴68上端密封，然后向内衬管62内加压，压力转换成对中空心轴68向下的推力并剪断剪切销钉67；在推力作用下，空心轴68下行，直至径向排液孔653与排液环槽655连通，空心轴68内的压力液能够依次通过径向排液孔653、排液环槽655和轴向导压通道651后进入补偿空间641并推动补偿活塞64向上移动；空心轴68下行的同时也将推动连接爪611、连接短节612和操作臂616向下移动，操作臂616通过操作凸起620推动阀球617旋转，从而使阀球617转动至关闭状态；空心轴68下行至本次行程的终点时，连接爪611的上部张开，连接爪611的上端卡在中间接头69下端的台阶处，可以使阀球617处于锁定关闭状态。

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 (2)

1.一种裸眼分段完井分段改造装置，其特征在于，所述裸眼分段完井分段改造装置包括从近端向远端依次排列的悬挂封隔器（1）、套管安全封隔器（2）、至少一组分段完井组件（100）、压差滑套（5）、球座（8）、内压式管柱封闭阀（6）、常开阀（10）和第一浮阀（7）；

分段完井组件（100）含有裸眼封隔器（3）和投球式滑套（4），所述悬挂封隔器（1）含有密封工作筒（11）和插接密封头（12）；

所述内压式管柱封闭阀（6）含有外层管体，所述外层管体含有依次连接的补偿接头（60）、导压接头（65）、中间接头（69）、球阀外筒（610）和下接头（619）；

补偿接头（60）内套设有内衬管（62），补偿接头（60）与内衬管（62）之间形成环形空腔，该环形空腔内含有上下设置的弹簧（63）和环形的补偿活塞（64）；

补偿接头（60）的侧壁上设有外补偿孔（61），外补偿孔（61）位于该环形空腔的上端，外补偿孔（61）能够连通该环形空腔和补偿接头（60）的外部；

导压接头（65）的上端位于该环形空腔内，导压接头（65）与补偿接头（60）和内衬管（62）密封连接，导压接头（65）的上端与补偿活塞（64）之间形成补偿空间（641），导压接头（65）和中间接头（69）内套设有空心轴（68），空心轴（68）能够沿导压接头（65）的轴线方向移动；

导压接头（65）的侧壁内设有轴向导压通道（651）和排液环槽（655），轴向导压通道（651）的上端与补偿空间（641）连通，轴向导压通道（651）的下端与排液环槽（655）连通，空心轴（68）的侧壁内设有径向排液孔（653），当空心轴（68）沿导压接头（65）的轴线方向移动时，径向排液孔（653）能够与排液环槽（655）连通；

当径向排液孔（653）与排液环槽（655）连通时，空心轴（68）内的压力液能够依次通过径向排液孔（653）、排液环槽（655）和轴向导压通道（651）后进入补偿空间（641）并推动补偿活塞（64）向上移动；

空心轴（68）上端的内径小于内衬管（62）的内径，空心轴（68）的上端内侧设有环形的座封面（681），空心轴（68）通过剪切销钉（67）与导压接头（65）连接；

空心轴（68）的下端位于中间接头（69）的下端外，空心轴（68）的下端外依次连接有连接爪（611）、连接短节（612）、上座筒（613）和下座筒（618），连接爪（611）、连接短节（612）、上座筒（613）和下座筒（618）均套设于球阀外筒（610）内；

下座筒（618）的下端与下接头（619）的上端连接固定，上座筒（613）与下座筒（618）之间设有球阀总成，当空心轴（68）沿导压接头（65）的轴线方向移动时，连接爪（611）和连接短节（612）将随空心轴（68）同时沿导压接头（65）的轴线方向移动；

上座筒（613）与球阀外筒（610）之间设有长条形的操作臂（616），上座筒（613）的侧壁内设有轴向安装槽，操作臂（616）位于该轴向安装槽内，操作臂（616）的上端与连接短节（612）的下端卡接，操作臂（616）的内侧设有操作凸起（620），操作臂（616）能够随连接短节（612）沿导压接头（65）的轴线方向移动；

该球阀总成含有上球座（615）、下球座（621）和阀球（617），阀球（617）内设有内流道，操作凸起（620）与阀球（617）插接，当操作臂（616）沿导压接头（65）的轴线方向移动时，操作臂（616）能够驱动阀球（617）转动，并使该球阀总成处于关闭状态。

2.一种权利要求1所述的裸眼分段完井分段改造装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在密度为ρ1的重泥浆中，采用钻杆分别带1、2、3只螺旋扶正器进行模拟通井3次；

步骤2、在密度为ρ1的重泥浆中，采用钻杆送下部完井管柱入井；

步骤3、下钻完毕后，坐采油树，用密度为ρ2的无固相压井液顶替出井筒内重泥浆，ρ2≤ρ1，再将柴油替入到水平段内；

步骤4、间隔10分钟--30分钟投入两种小球，泵送小球分别入座常开阀（10）、内压式管柱封闭阀（6）；管柱内加压P1，稳压2分钟-5分钟，关常开阀（10）；管柱内升压至P2，P1<P2，稳压2分钟-5分钟，关内压式管柱封闭阀（6），使所述的阀球（617）到达关闭位置；

步骤5、管柱内加压升至P3，P2<P3，稳压5分钟-15分钟，坐封悬挂封隔器（1）及套管安全封隔器（2）；

步骤6、环空加压验封，确认悬挂封隔器（1）密封合格；

步骤7、等裸眼封隔器（3）的自膨胀胶筒可靠密封后，拆卸采油树，丢手、起出送进钻杆；

步骤8、采用油管送上部完井管柱，底带插接密封头（12），插入密封工作筒（11）并与下部完井管柱形成密封；

步骤9、管柱内加压至P4，P3<P4，开压差滑套，进行第一段改造；

步骤10、投球加压P0，打开投球式压裂滑套，转层，进行第二段改造；

步骤11、重复上一步骤，转层，进行第三段改造；

步骤12、完成全部层段改造后，放喷排液求产。

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