CN112901131A - 一种用于疏松砂岩在役筛管防砂水平井的分段压裂工艺管柱及作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于疏松砂岩在役充填防砂水平井的分段压裂工艺管柱及作业方法，本工艺管柱设置于在役原井筛管内，包括若干数量连续的压裂生产管段，各压裂生产管段之间设置分层封隔器，所述一级压裂生产管段包括一级压裂滑套、双层套管总成和一级生产滑套；所述二级压裂生产管段包括二级压裂滑套、双层套管总成和二级生产滑套，以此类推。在本发明中，分层封隔器通过胶筒与筛管盲管内部形成密封；通过一趟管柱下入原防砂管柱内部，并通过逐级投球实现分层封隔器的坐封和后续压力施工；通过分层封隔器和砾石的轴向阻流作用实现水平井的分段。

Description

一种用于疏松砂岩在役筛管防砂水平井的分段压裂工艺管柱 及作业方法

技术领域

本发明属于石油天然气开采技术领域，具体来说涉及一种用于疏松砂岩在役充填防砂水平井的分段压裂工艺管柱及作业方法。

背景技术

压裂是物性差的疏松砂岩储层产能释放和维持的有效技术手段之一，对于疏松砂岩储层裸眼水平井，由于无法分段压裂，压裂液无法均匀进入地层，即使防砂管之间连接管外封隔器进行分段，由于地层疏松，封隔器胶筒两侧地层极易被淘空，造成封隔失效，从而无法进行分段压裂。过筛管压裂技术可以对“在役”的低产液类低产低效井进行增产改造，但目前的过筛管压裂技术作业时间长，寿命短，寿命一般不超过两年，疏松砂岩储层裸眼水平井的分段压裂需要技术攻关。

鉴于上述问题，在疏松砂岩“在役”充填防砂水平井中，设计一种分段压裂工艺及作业方法，该工艺既可以对裸眼水平井进行分段，又可以进行后续的分段压裂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于疏松砂岩在役充填防砂水平井的分段压裂工艺管柱及作业方法。在本发明中，分层封隔器通过胶筒与筛管盲管内部形成密封；通过一趟管柱下入原防砂管柱内部，并通过逐级投球实现分层封隔器的坐封和后续压力施工；通过分层封隔器和砾石的轴向阻流作用实现层间的分段。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于疏松砂岩在役充填防砂水平井的分段压裂工艺管柱，所述工艺管柱设置于在役原井筛管内，包括若干数量连续的压裂生产管段，各压裂生产管段之间设置分层封隔器，最下端的压裂生产管段为一级压裂生产管段，其上端连接第二压裂生产管段，一级压裂生产管段与二级压裂生产管段设置一级分层封隔器；第二压裂生产管段上端连接第三压裂生产管段，第二压裂生产管段与第三压裂生产管段之间设置二级分层封隔器，依次类推；

所述一级压裂生产管段包括一级压裂滑套、双层套管总成和一级生产滑套，所述一级压裂滑套上端连接双层套管总成，所述双层套管总成上端连接一级生产滑套，所述一级生产滑套上端连接一级分层封隔器；

所述一级压裂滑套筒壁上形成有喷嘴，所述一级压裂滑套内设置有一级压裂滑套球座，所述一级压裂滑套球座通过第一剪钉与一级压裂滑套筒连接，一级压裂滑套球座向下一端设置用于复位的弹簧，所述一级压裂滑套球座在未作业条件下遮挡喷嘴；

所述双层套管总成包括压裂滑套连接套、筛管和油管；压裂滑套连接套分别与外侧的筛管、内侧的油管连接；

所述一级生产滑套包括生产滑套连接套和生产滑套本体，生产滑套本体内形成有相对称的作为生产通道的月牙型桥式通道，生产滑套本体位于桥式通道处的内壁上形成有排液孔，所述一级生产滑套球座通过第二剪钉生产滑套本体连接，所述一级生产滑套球座外侧设置有锁环，所述一级生产滑套内侧筒壁的内侧形成与锁环相配合的扩径槽；

所述第二压裂生产管段包括二级压裂滑套、双层套管总成和二级生产滑套，所述第二压裂生产管段与第一压裂生产管段具有相同的结构，一级压裂滑套球座的内径小于一级生产滑套球座，一级生产滑套球座的内径小于二级压裂滑套球座，二级压裂滑套球座的内径小于二级生产滑套球座，依次类推。

在上述技术方案中，所述锁环为外径可变的开口环。

在上述技术方案中，所述一级压裂滑套球座外壁上设置有第一O型圈。

在上述技术方案中，所述一级生产滑套球座外壁上设置有第二O型圈。

一种用于疏松砂岩在役充填防砂水平井的分段压裂工艺管柱的作业方法，包括下述步骤：

步骤一、下入管柱

将本发明对应管柱下入充填防砂的水平井内，即原井筛管内，从下到上的关键工具分别为一级压裂滑套、一级生产滑套、双层管总成、二级压裂滑套、二级生产滑套。

步骤二、进行最下段的施工，投第一个球，坐封分层封隔器

投入第一个球，同时打液压，通过泵送保证球落到一级压裂滑套球座上，提高液压力，坐封二级分层封隔器和一级分层封隔器，使胶筒密封在原井筛管的盲管段；

步骤三、打开最下面一段的压裂通道，完成压裂施工

坐封完分层封隔器后，继续升高液压力值，将第一剪钉剪断，一级生产压裂球座压缩弹簧向右移动，露出喷嘴，从井口泵入前置液、携砂液进行喷砂射孔，然后增加砂液浓度，进行压裂施工；压裂结束后泄压，一级生产滑套球座在弹簧的作用下恢复原位，挡住喷嘴；

步骤四、投第二个球，打开最下面一段的生产通道

投入第二个球，同时打液压，通过泵送保证球落到一级生产滑套球座上，提高液压力，剪断第二剪钉，一级生产滑套球座向右移动，并停在生产滑套本体内的缩颈处，保证生产通道的常开，一级生产滑套球座向右移动后，生产滑套本体的排液孔与管柱内部连通，地层产出液流经筛管，进入生产滑套本体的月牙型桥式通道中，最后从生产滑套本体的排液孔中流出，进入管柱内部，并向上被采出地面；

步骤五、投第三个球，打开最上面一段的压裂通道

投入第三个球，同时打液压，通过泵送保证球落到二级生产滑套球座上，其它操作与一级压裂滑套一样，完成压裂施工；

步骤六、投第四个球，打开最上面一段的生产通道

投入第四个球，同时打液压，通过泵送保证球落到二级生产滑套球座上，其它操作与一级生产滑套一样，完成生产通道的连通，进行生产。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明可在原完井管柱内进行压裂施工，减少修井成本。

2、本发明通过分层封隔器和砾石的轴向阻流原理对裸眼水平井进行分段，防止压裂过程中，地层吸液不均。

3、本发明一趟管柱下入，通过逐级投球可实现分段压裂，保证地层可均匀被压开，实现增液。

附图说明

图1是本发明一种用于疏松砂岩在役充填防砂水平井的分段压裂工艺管柱的结构示意图，右侧为下，左侧为上。

图2是图1中A向的管柱截面结构示意图。

图3是图1中B向的管柱截面结构示意图。

附图标记：1、砾石充填井；2、原井筛管；3、二级分层封隔器；4、二级生产滑套球座；5、二级压裂滑套球座；6、盲管；7、一级分层封隔器；8、生产滑套连接套；9、第二O型圈；10、一级生产滑套球座；11、锁环；12、生产滑套本体；13、压裂滑套连接套；14、筛管；15、油管；16、压裂滑套本体；17、第一剪钉；18、喷嘴；19、第一 O型圈；20、一级压裂滑套球座；21、弹簧；22、第二剪钉。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

一种用于疏松砂岩在役充填防砂水平井的分段压裂工艺管柱，管柱主要包括分层封隔器、各级压裂滑套、各级生产滑套、双层管总成和连接套。本发明适用于疏松砂岩“在役”充填防砂水平井，即正在投产的砾石充填水平井，本发明被下入原井筛管内部，进行分段压裂。

所述分层封隔器为筛管内压缩式封隔器，可坐封在筛管的盲管段内，对筛管内部进行分层或分段。各级压裂滑套结构一样，但内通径从上到下依次递减，一级为最下层段，二级在一级的上一层段，依此类推。

一级压裂滑套包括压裂滑套本体16、第一剪钉17、喷嘴18、第一O型圈19、一级压裂滑套球座20、弹簧21。压裂滑套本体16左侧具有双螺纹结构，外层螺纹为套管螺纹，与筛管14连接，内层螺纹为油管螺纹，与油管15连接，压裂滑套本体16内有一级压裂滑套球座20，一级压裂滑套球座20外侧有第一O型圈19，一级压裂滑套球座20 与压裂滑套本体16通过第一剪钉17联接固定，压裂滑套本体16内部有弹簧21，其具有预紧力，可使一级压裂滑套球座20复位，压裂滑套本体16上装有喷嘴18，通过一级压裂滑套球座20将喷嘴18挡住，只有投球剪断第一剪钉17后，一级压裂滑套球座20才会压缩弹簧21并向右移动，使喷嘴18露出，此时可以进行喷砂压裂，喷砂过程中首先将原井筛管射开，然后压裂液和支撑剂进入原筛管与地层环空，起到补充充填的作用，随着压裂施工的进行，地层也将出现裂缝，压裂液进入地层，支撑剂在裂缝中支撑，防止裂缝闭合，由于砾石在井身方向上具有较大的轴向阻流作用，因此仅在施工层段，地层被压开，流入其它层段的压裂液由于充填砾石的轴向阻流作用，无法压开地层或使裂缝延伸。压裂施工完成后，压力逐渐降低，一级压裂滑套球座20在弹簧21的弹力作用下复位，重新将喷嘴18挡住，防止压裂滑套本体16外部的砂砾进入其内部。

双层管总成包括连压裂滑套接套13、筛管14、油管15。压裂滑套连接套13具有内外两层螺纹机构，外层螺纹与筛管14连接，内层螺纹与油管15连接，油管15和筛管14 又通过双层螺纹与压裂滑套本体16的左侧螺纹连接。

各级生产滑套根据层段，从下至上依次为一级生产滑套、二级生产滑套等，数字依此类推。各级生产滑套在结构上相同，仅内通径从下至上依次增加，且同级的生产滑套内通径要大于同级压裂滑套的内通径。以便在同级段施工时，可以实现先向压裂滑套投球，然后再向级段的生产滑套投球。一级生产滑套包括生产滑套连接套8、第二O型圈9、一级生产滑套球座10、锁环11和生产滑套本体12。生产滑套连接套8左侧为套管螺纹，与第一分层封隔器7连接，右侧为内外双螺纹结构，外螺纹与筛管14连接，内螺纹与油管15连接，生产滑套本体12具有月牙型桥式通道结构，并呈上下对称结构，桥式通道作为生产通道，在月牙型通道的两侧设计有两个螺纹孔，通过第二剪钉22使生产滑套本体12与一级生产滑套球座10配合和固定，一级生产滑套球座10外侧凹槽内装有第二O 型圈11，起到密封作用。生产滑套本体12的月牙型通道内侧有数个小孔，孔数根据生产液的排量设计，小孔的加工可以从生产滑套本体12的外侧打入，径向穿过月牙型通道，然后将生产滑套本体12的外侧小孔封堵，封堵方式较多，不再赘述，剩下的月牙型通道内测的小孔被一级生产滑套球座10挡住，当投一级生产滑套对应的钢球或可溶球，并打液压时，第二剪钉22被剪断，一级生产滑套球座10向右移动，露出生产滑套本体12的月牙型通道内测的小孔，这些小孔可以连通一级生产滑套内部和地层，成为生产通道。一级生产滑套球座10内侧有扩径槽，用于与锁环11配合锁定。生产滑套本体12内部有缩颈，从而实现一级生产滑套球座10的定位，防止其移动位移过大。一级生产滑套球座 10外侧有凹槽，除了装配第二O型圈9，还装有锁环11，锁环11为普通钢环，但被切开，属于开口环，外径可以变化，当一级生产滑套球座10移动到位，锁环11可落入生产滑套本体12内部的扩径槽内，此时锁环外径自行扩张，起到锁定作用，防止一级生产滑套10退回原位，保证生产通道处于常开状态。

如果生产层位被分为两段，则本发明内通径有如下关系，从小到大依次为：一级压裂滑套球座20、一级生产滑套球座10、二级压裂滑套球座5、二级生产滑套球座4。各球座对应的钢球或可溶球也有上述关系，由于钢球或可溶球为标准件，可直接采购，不在本发明之内。

实施例2

现以两段施工为例，疏松砂岩在役充填防砂水平井的分段压裂工艺管柱对应的作业方法如下：

(1)下入管柱。

将本发明对应管柱下入充填防砂的水平井内，即原井筛管2内，按照图1所示，从下到上(图1中，右面为下，左边为上)的关键工具分别为一级压裂滑套、一级生产滑套、双层管总成、二级压裂滑套、二级生产滑套。

(2)进行最下段的施工，投第一个球，坐封分层封隔器。

投入第一个球，同时打液压，通过泵送保证球落到一级压裂滑套球座20上，提高液压力，坐封二级分层封隔器3和一级分层封隔器7，使胶筒密封在原井筛管2的盲管段。

(3)打开最下面一段的压裂通道，完成压裂施工。

坐封完分层封隔器后，继续升高液压力值，将第一剪钉17剪断，一级生产压裂球座20压缩弹簧21，向右移动，露出喷嘴。从井口泵入前置液、携砂液进行喷砂射孔，然后增加砂液浓度，进行压裂施工；压裂过程中，由于砾石的轴向轴向阻流作用，压裂液只能在施工层段将地层压开，而在其它层段，由于砾石轴向阻流作用，压裂液的压力损耗较大，不足于压开地层或使地层裂缝延伸，从而实现分段压裂。由于压裂过程结束后泄压，一级生产滑套球座20在弹簧21的作用下恢复原位，挡住喷嘴，防止压裂后的砂子从喷嘴涌入压裂滑套本体16内部。

(4)投第二个球，打开最下面一段的生产通道。

投入第二个球，同时打液压，通过泵送保证球落到一级生产滑套球座10上，提高液压力，剪断第二剪钉22，一级生产滑套球座10向右移动，并停在生产滑套本体12内的缩颈处，此时锁环11落入生产滑套本体12内部的扩径处，实现锁定作用，防止一级生产滑套球座10向左移动回复原位，保证生产通道的常开。一级生产滑套球座10向右移动后，生产滑套本体12的小孔与管柱内部连通，地层产出液流经筛管14，进入生产滑套本体12的月牙型孔中，最后从生产滑套本体12的小孔中流出，进入管柱内部，并向上被采出地面。

(5)投第三个球，打开最上面一段的压裂通道。

投入第三个球，同时打液压，通过泵送保证球落到二级生产滑套球座5上，其它操作与一级压裂滑套一样，完成压裂施工。

(6)投第四个球，打开最上面一段的生产通道。

投入第四个球，同时打液压，通过泵送保证球落到二级生产滑套球座4上，其它操作与一级生产滑套一样，完成生产通道的连通，进行生产。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于疏松砂岩在役充填防砂水平井的分段压裂工艺管柱，其特征在于：所述工艺管柱设置于在役原井筛管内，包括若干数量连续的压裂生产管段，各压裂生产管段之间设置分层封隔器，最下端的压裂生产管段为一级压裂生产管段，其上端连接第二压裂生产管段，一级压裂生产管段与二级压裂生产管段设置一级分层封隔器；第二压裂生产管段上端连接第三压裂生产管段，第二压裂生产管段与第三压裂生产管段之间设置二级分层封隔器，依次类推；

所述一级压裂生产管段包括一级压裂滑套、双层套管总成和一级生产滑套，所述一级压裂滑套上端连接双层套管总成，所述双层套管总成上端连接一级生产滑套，所述一级生产滑套上端连接一级分层封隔器；

所述一级压裂滑套筒壁上形成有喷嘴，所述一级压裂滑套内设置有一级压裂滑套球座，所述一级压裂滑套球座通过第一剪钉与一级压裂滑套筒连接，一级压裂滑套球座向下一端设置用于复位的弹簧，所述一级压裂滑套球座在未作业条件下遮挡喷嘴；

所述双层套管总成包括压裂滑套连接套、筛管和油管；压裂滑套连接套分别与外侧的筛管、内侧的油管连接；

所述一级生产滑套包括生产滑套连接套和生产滑套本体，生产滑套本体内形成有相对称的作为生产通道的月牙型桥式通道，生产滑套本体位于桥式通道处的内壁上形成有排液孔，所述一级生产滑套球座通过第二剪钉生产滑套本体连接，所述一级生产滑套球座外侧设置有锁环，所述一级生产滑套内侧筒壁的内侧形成与锁环相配合的扩径槽；

所述第二压裂生产管段包括二级压裂滑套、双层套管总成和二级生产滑套，所述第二压裂生产管段与第一压裂生产管段具有相同的结构，一级压裂滑套球座的内径小于一级生产滑套球座，一级生产滑套球座的内径小于二级压裂滑套球座，二级压裂滑套球座的内径小于二级生产滑套球座，依次类推。

2.根据权利要求1所述的一种用于疏松砂岩在役充填防砂水平井的分段压裂工艺管柱，其特征在于：所述锁环为外径可变的开口环。

3.根据权利要求1所述的一种用于疏松砂岩在役充填防砂水平井的分段压裂工艺管柱，其特征在于：所述一级压裂滑套球座外壁上设置有第一O型圈。

4.根据权利要求1所述的一种用于疏松砂岩在役充填防砂水平井的分段压裂工艺管柱，其特征在于：所述一级生产滑套球座外壁上设置有第二O型圈。

5.一种用于疏松砂岩在役充填防砂水平井的分段压裂工艺管柱的作业方法，包括下述步骤：

步骤一、下入管柱

将本发明对应管柱下入充填防砂的水平井内，即原井筛管内，从下到上的关键工具分别为一级压裂滑套、一级生产滑套、双层管总成、二级压裂滑套、二级生产滑套。

步骤二、进行最下段的施工，投第一个球，坐封分层封隔器

投入第一个球，同时打液压，通过泵送保证球落到一级压裂滑套球座上，提高液压力，坐封二级分层封隔器和一级分层封隔器，使胶筒密封在原井筛管的盲管段；

步骤三、打开最下面一段的压裂通道，完成压裂施工

坐封完分层封隔器后，继续升高液压力值，将第一剪钉剪断，一级生产压裂球座压缩弹簧向右移动，露出喷嘴，从井口泵入前置液、携砂液进行喷砂射孔，然后增加砂液浓度，进行压裂施工；压裂结束后泄压，一级生产滑套球座在弹簧的作用下恢复原位，挡住喷嘴；

步骤四、投第二个球，打开最下面一段的生产通道

投入第二个球，同时打液压，通过泵送保证球落到一级生产滑套球座上，提高液压力，剪断第二剪钉，一级生产滑套球座向右移动，并停在生产滑套本体内的缩颈处，保证生产通道的常开，一级生产滑套球座向右移动后，生产滑套本体的排液孔与管柱内部连通，地层产出液流经筛管，进入生产滑套本体的月牙型桥式通道中，最后从生产滑套本体的排液孔中流出，进入管柱内部，并向上被采出地面；

步骤五、投第三个球，打开最上面一段的压裂通道

投入第三个球，同时打液压，通过泵送保证球落到二级生产滑套球座上，其它操作与一级压裂滑套一样，完成压裂施工；

步骤六、投第四个球，打开最上面一段的生产通道

投入第四个球，同时打液压，通过泵送保证球落到二级生产滑套球座上，其它操作与一级生产滑套一样，完成生产通道的连通，进行生产。

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