CN113756776A - 大倾角多媒组分段压裂用管柱系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及井下压裂技术领域，公开了大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，包括封隔器、投球滑套、投球和孔口投球机构，所述封隔器包括上接头、下接头、中心管和胶筒，所述中心管的两端分别与上接头和下接头连接，所述胶筒套在中心管外侧，所述中心管上开设有进液孔，所述进液孔为通孔，所述胶筒包括内胶筒和外胶筒，所述内胶筒和外胶筒之间设有加强筋，所述中心管上螺纹连接有锚定件，所述锚定件压紧胶筒的外周。本发明能够降低传统封隔器使用在煤矿井下压裂封孔时易出现局部垮孔的问题。
Description
技术领域
本发明涉及井下压裂技术领域，具体涉及一种大倾角多媒组分段压裂用管柱系统。
背景技术
传统的井下水力压裂是对整个钻孔实施压裂，其水力作用初始范围为一个圆柱面，圆柱长度(即钻孔有效作用段)从几十米到上百米不等，由于水流的渗失量大，需要大的水流量才能保证足够的水压，因而对设备要求很高。
对此现有技术中采用分段压裂的技术来代替传统的压力方式，按照一定的顺序进行分段压裂实施，作用点较为集中，渗失水压降低，有效水压增加，较小的流量即可获得好的压裂效果，减少水流量，从而降低了对压裂水力系统的要求，设备的体积大大减小，可以更加适应大倾角多媒组赋存条件。
现有技术中分段压裂技术中使用的封隔器座封力较大，仅仅适用于套管井或者均质性较好的岩石层裸眼井，而煤层较软，较大的座封力会使钻孔出现局部垮孔等现象，从而影响封孔效果。
发明内容
本发明意在提供大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，以降低传统封隔器使用在煤矿井下压裂封孔时易出现局部垮孔的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，包括封隔器、投球滑套、投球和孔口投球机构，所述封隔器包括上接头、下接头、中心管和胶筒，所述中心管的两端分别与上接头和下接头连接，所述胶筒套在中心管外侧，其特征在于：所述中心管上开设有进液孔，所述进液孔为通孔，所述胶筒包括内胶筒和外胶筒，所述内胶筒和外胶筒之间设有加强筋，所述中心管上螺纹连接有锚定件，所述锚定件压紧胶筒的外周。
本方案的原理及优点是：本方案中胶筒包括内胶筒和外胶筒，在内胶筒和外胶筒之间布置加强筋，能够增强胶筒肩部的刚度和强度，且由于还设有锚定件，通过锚定件能够压紧胶筒，同时还能够对加强筋进行夹紧固定，从而能够使加强筋与锚定件的结合强度。
本方案中在加强筋和锚定件的配合作用下有效的增强了整个封隔器的固结作用，这样能够有效的对封孔起到支撑作用，大大降低了传统封隔器使用在煤矿井下压裂封孔时易出现局部垮孔的问题。
优选的，作为一种改进，所述锚定件设有两个，两个锚定件分别位于胶筒的两端，两个锚定件的内径小于胶筒的外径。
本方案中的锚定件设有两个，能够对胶筒的两端均起到紧固和限位的作用，使锚定件和胶筒之间的结合强度更强，使封隔器整体的强度更佳。另外，本方案中锚定件的内径小于胶筒的外径，这样的设置能够使锚定件对胶筒起到挤压的作用，与胶筒之间的连接更加的紧密。
优选的，作为一种改进，所述锚定件均与胶筒进行硫化固定。
本方案中锚定件与外胶筒之间通过硫化固定在一起，能够进一步提高加强筋与锚定件的接合强度。
优选的，作为一种改进，两个锚定件相互正对的一端均呈扩口状。
如此设置，由于锚定件的内径小于胶筒的外径，将锚定件的端部设置成扩口状，能够对锚定件套入胶筒的外侧起到导向的作用，使锚定件能够顺利的套在胶筒的外侧对胶筒进行挤压压紧。
优选的，作为一种改进，根据权利要求1所述的大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，所述投球滑套包括接头、喷管、卡簧、销钉和球座，所述接头位于喷管的一端，所述球座位于所述喷管内，所述喷管包括外管和内管，所述外管上开设有喷液孔，所述销钉和卡簧均位于球座的外壁与所述外管的侧壁之间。
如此设置，本方案投球滑套的压裂滑道通道开始处于关闭的状态，投球经过孔口投球设备后卡入球座，压裂液打压到10-12MPa(可根据需要调节压力大小)，当压裂液没有达到额定压力时，低密度球没有到达管中的球座，压裂液会从内管里面流走；当压裂液达到额定压力，内管里面的低密度球达到球座，内管里面被封堵，压裂液从内管和外管之间的通道(就是压裂滑道通道)流动，当压裂液达到额定压力，内管里面的投球到达球座，内管里面被封堵，压裂液从内管和外管之间的通道流动，因压力较大，会将卡簧顶开滑移，卡簧类似于一个销子，最开始喷液孔是关着的，滑移后喷液孔就被打开了，这样就正常进行压裂。
本方案中销钉和卡簧共同配合控制压差，不会出现提前打开通道及打不开通道的情况。
优选的，作为一种改进，所述投球为低密度球，且所述投球的比重为1:8，所述投球的工作压力为45-70MPa。
目前在石油开采行业的分段压裂较为普遍使用的是钢球，而钢球不适合煤矿井下上向孔分段压裂，因此在充分调研的基础上我院设计了适合煤矿井下分段压裂用的低密度球。
优选的，作为一种改进，所述孔口投球机构包括相互垂直连通的横管和竖管，所述横管的一端为进水口，横管的另一端为出水口，所述横管上间隔连通有两个球阀，所述横管上连通有投球器，所述投球器位于两个球阀之间，所述竖管的端部连通有水嘴眼，且所述竖管上也连通有球阀。
本方案中高压水从进水口进入到横管内，横管上的两个球阀均打开，而竖管上的球阀关闭，实现正常的压裂。当需要分段投球时，打开竖管上的球阀，关闭横管上的两个球阀，然后通过投球器投入相应的投球，再将横管上的两个球阀打开，而竖管上的球阀关闭，升压后再将投球送入到相应的管段。
本方案中通过控制横管和竖管上的球阀的通断，能够实现孔口不停泵投球，且能够在每段压裂完成后防止压裂液倒流等问题。
优选的，作为一种改进，所述横管上还设有针型阀，所述针型阀位于横管上的两个球阀之间。
本方案中针型阀的设置能够精确调整流量大小。
优选的，作为一种改进，所述横管上安装有两个压力表，其中一个压力表位于两个针型阀之间，另一个压力表位于出水口与球阀之间。
如此设置能够监测孔口的压力大小，便于观察整个管柱的工况。
附图说明
图1为本发明大倾角多媒组分段压裂用管柱系统实施例中封隔器的半剖视图。
图2为本发明大倾角多媒组分段压裂用管柱系统实施例中封隔器的局部剖视图。
图3为本发明大倾角多媒组分段压裂用管柱系统实施例中投球滑套的半剖视图。
图4为本发明大倾角多媒组分段压裂用管柱系统实施例中孔口投球机构的连接示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：上接头1、密封圈2、胶筒3、外胶筒301、内胶筒302、进液孔4、中心管5、下接头6、环形活塞7、加强筋8、锚定件9、导液孔10、接头11、喷管12、销钉13、球座14、卡簧15、球阀16、压力表17、投球器18、针型阀19、进水口20、出水口21、横管22、竖管23、水嘴眼24。
实施例一
实施例基本如附图1所示：大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，包括封隔器、投球滑套、投球和孔口投球机构，封隔器包括上接头1、下接头6、中心管5和胶筒3，封隔器的上接头1与压裂管连接，中心管5的两端分别与上接头1和下接头6连接，本实施例中中心管5的两端分别与上接头1和下接头6一体成型，胶筒3套在中心管5外侧。
本实施例中的中心管5上开设有进液孔4，进液孔4为通孔。结合图2所示，胶筒3包括内胶筒302和外胶筒301，本实施例中胶筒3上开设有内腔，从而形成内胶筒302和外胶筒301结构，本实施例中内胶筒302和外胶筒301之间的内腔内布置有加强筋8，本实施例中的加强筋8为钢带。
中心管5上螺纹连接有锚定件9，锚定件9用于压紧胶筒3的外周，本实施例中锚定件9设有两个，两个锚定件9分别位于胶筒3的两端，两个锚定件9的内径小于胶筒3的外径，两个锚定件9相互正对的一端均呈扩口状，从而使锚定件9的端部横截面为楔形，从而使得锚定件9为锥套结构，这样能够使锚定件9与胶筒3之间依靠机械楔入作用来提高胶筒3肩部的固结作用。
如图1所示，本实施例中在中心管5的左部和右部均固定有环形活塞7，两个锚定件9分别与两个环形活塞7螺纹连接，这样当两个锚定件9的丝扣与环形活塞7配合拧紧后能够对外胶筒301起到挤压的作用，从而对加强筋8起到夹紧的作用。本实施例中锚定件9与环形活塞7之间设有密封圈2，密封圈2能够加强锚定件9与环形活塞7之间的密封性。最后使胶筒3、中心管5和锚定件9作为一个整体进行硫化，从而使胶筒3和锚定件9整体硫化固定在一起，进一步提高加强筋8、胶筒3和锚定件9之间的结合强度，具体的：本实施例中在锚定件9上开设有导液孔10，导液孔10为通孔，当锚定件9和环形活塞7之间丝扣连接上后，加强筋8部分就被夹紧在内胶筒302和外胶筒301之间，接着经过导液孔10挤入环氧树脂进一步挤压加强筋8层，增加对胶筒3的夹持力，并使环氧树脂充满加强筋8与锚定件9之间的空隙，进一步提高了锚定件9和胶筒3之间的结合强度。
本实施中的胶筒3设计得较长，改进设计后的封隔器有效封长度为800mm，这样使得扩张比较大，适用于各种裸眼井，本实施例中在压裂时，配合现有的压裂管使用，压裂液经过压裂管由上接头1进入封隔器的中心管5内，此时具有一定压力的压裂液经中心管5上的进液孔4进入到胶筒3的内腔，使胶筒3胀大向外凸起，从而起到封孔的作用。中心管5的压裂液卸压后，胶筒3即向内收回解封。
本实施例中的封隔器具有较好的刚度和强度，能够有效降低传统封隔器使用在煤矿井下压裂封孔时容易出现局部垮孔的问题。
本实施例中的投球为低密度球，且投球的比重为1:8，投球的工作压力为45-70MPa。投球设有多个，多个投球的直径依次递增。
如图3所示，孔口投球机构包括相互垂直连通的横管22和竖管23，竖管23位于横管22的左部，横管22的左端为进水口20，横管22的右端为出水口21，横管22上间隔连通有两个球阀16，横管22上连通有投球器18，投球器18位于两个球阀16之间，竖管23的端部连通有水嘴眼24，且竖管23上也连通有球阀16。
本实施例中横管22上还设有针型阀19，针型阀19位于横管22上的两个球阀16之间，且位于投球器18的右侧。
横管22上还安装有两个压力表17，其中一个压力表17位于两个针型阀19之间，另一个压力表17位于出水口21与球阀16之间，具体的其中一个压力表17位于投球器18的左侧，另一个压力表17靠近于横管22上位于右部的球阀16。实际使用时，使横管22上进水口20与型号为DN25快速接头11连通，高压水由进水口20进入到横管22内，将横管22上的两个球阀16全开，竖管23上的球阀16关闭，从而实现正常的压裂。
当需要进行分段投球时，打开竖管23上的球阀16，并关闭横管22上的两个球阀16，然后由投球器18投入相应的低密度球。最后再将横管22的上的两个球阀16打开，并使竖管23上的球阀16关闭，升压后将低密度球送入到相应的管段。
实施例二
如图4所示，本实施例中的投球滑套包括接头11、喷管12、卡簧15、销钉13和球座14，接头11位于喷管12的一端，球座14位于喷管12内，喷管12包括外管和内管，外管上开设有喷液孔(图中未示出)，销钉13和卡簧15均位于球座14的外壁与外管的侧壁之间。
本方案投球滑套的压裂滑道通道开始处于关闭的状态，低密度球经过孔口投球设备后卡入球座14，压裂液打压到10-12MPa(可根据需要调节压力大小)，当压裂液没有达到额定压力时，低密度球没有到达管中的球座14，压裂液会从内管里面流走；当压裂液达到额定压力，内管里面的低密度球达到球座14，内管里面被封堵，压裂液从内管和外管之间的通道(即压裂滑道通道)流动，当压裂液达到额定压力，内管里面的低密度球到达球座14，内管里面被封堵，压裂液从内管和外管之间的通道流动，因压力较大，会将卡簧15顶开滑移，卡簧15类似于一个销子，最开始喷液孔是关着的，滑移后喷液孔就被打开了，这样就正常进行压裂。
本方案中销钉13和卡簧15共同配合控制压差，如进入20MPa的压裂液，销钉13和卡簧15配合保证投球滑套与孔口之间的压力大于1.5MPa，这样就使封隔器发挥封堵的作用。销钉13和卡簧15的配合是在设定的最低压力下开始起作用，比如10MPa以下的时候，投球滑套不发挥作用，就不会提前打开压裂滑套通道，当达到10MPa，因压力较大，会将卡簧15和销钉13顶开并产生滑移，从而使得压裂滑套通道被打开，从而压裂液能够进入压裂滑套通道并进行正常压裂，封隔器也发挥封堵的作用，封堵的钻孔能可以达到压裂泵给定的压力，从而实现正常的压裂操作。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (9)
1.大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，包括封隔器、投球滑套、投球和孔口投球机构，所述封隔器包括上接头、下接头、中心管和胶筒，所述中心管的两端分别与上接头和下接头连接，所述胶筒套在中心管外侧，其特征在于：所述中心管上开设有进液孔，所述进液孔为通孔，所述胶筒包括内胶筒和外胶筒，所述内胶筒和外胶筒之间设有加强筋，所述中心管上螺纹连接有锚定件，所述锚定件压紧胶筒的外周。
2.根据权利要求1所述的大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，其特征在于：所述锚定件设有两个，两个锚定件分别位于胶筒的两端，两个锚定件的内径小于胶筒的外径。
3.根据权利要求2所述的大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，其特征在于：所述锚定件均与胶筒进行硫化固定。
4.根据权利要求2所述的大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，其特征在于：两个锚定件相互正对的一端均呈扩口状。
5.根据权利要求1所述的大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，其特征在于：所述投球滑套包括接头、喷管、卡簧、销钉和球座，所述接头位于喷管的一端，所述球座位于所述喷管内，所述喷管包括外管和内管，所述外管上开设有喷液孔，所述销钉和卡簧均位于球座的外壁与所述外管的侧壁之间。
6.根据权利要求1所述的大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，其特征在于：所述投球为低密度球，且所述投球的比重为1:8，所述投球的工作压力为45-70MPa。
7.根据权利要求1所述的大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，其特征在于：所述孔口投球机构包括相互垂直连通的横管和竖管，所述横管的一端为进水口，横管的另一端为出水口，所述横管上间隔连通有两个球阀，所述横管上连通有投球器，所述投球器位于两个球阀之间，所述竖管的端部连通有水嘴眼，且所述竖管上也连通有球阀。
8.根据权利要求7所述的大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，其特征在于：所述横管上还设有针型阀，所述针型阀位于横管上的两个球阀之间。
9.根据权利要求8所述的大倾角多媒组分段压裂用管柱系统，其特征在于：所述横管上安装有两个压力表，其中一个压力表位于两个针型阀之间，另一个压力表位于出水口与球阀之间。
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