CN114810021A - 气井全生命周期连续管完井管柱及其工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气井全生命周期连续管完井管柱及其工艺方法，气井全生命周期连续管完井管柱包括：压裂液返排组件，具有压裂液返排工具短节和滑套组件，压裂液返排工具短节为管状结构，压裂液返排工具短节的管壁上设置有径向通孔，滑套组件设置在压裂液返排工具短节内，且滑套组件能够封闭径向通孔；投球封堵组件，具有滑套双瓣阀和投球滑套，滑套双瓣阀的上端与压裂液返排工具短节的下端连接，滑套双瓣阀为管状结构，投球滑套设置在滑套双瓣阀内。本发明实施例可以在不同施工阶段投入设定投球，使滑套组件和投球滑套移动至设定位置，从而实现一趟管柱不同生产阶段内完成多种生产干预措施，减少管柱起下次数、提升气井开发效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种气井全生命周期连续管完井管柱及其工艺方法。
背景技术
连续管作为速度管柱排水采气很好地解决了低压、低产、小水量气井老井的二次完井与复产、稳产问题，并逐步拓展应用到新井大尺寸连续管完井采气。现有连续管速度管柱和完井管柱分别针对的是两种生产阶段下单项工艺需求开展的连续管作业干预措施，且连续管管柱的功能设计和配套工具功能相对单一，无法适应气井一趟完井管柱从压裂后投产到后期带压起出连续管全生产周期内不同阶段的多种作业或工艺需求，现有气井生产多采用下入多趟管柱或工具方式解决气井生产周期内不同阶段的生产需求，作业次数多，单项工艺作业成本高，且因多次作业导致气井生产等停时间长，对储层的破坏不可避免，严重影响气井的正常生产。
针对大部分气井开采生产周期内，一趟管柱满足带压下入连续管完井管柱投产、初期压裂液返排、高压气井底节流生产、低压期速度管柱携液、后期井底封堵带压起管等不同阶段的生产需求，目前气井完井缺少该方面的整体方案设计以及配套工具和施工方法。
发明内容
本发明提供了一种气井全生命周期连续管完井管柱及其工艺方法，以达到一趟管柱满足不同阶段的生产需求的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种气井全生命周期连续管完井管柱，包括：压裂液返排组件，具有压裂液返排工具短节和滑套组件，压裂液返排工具短节为管状结构，压裂液返排工具短节的管壁上设置有径向通孔，滑套组件设置在压裂液返排工具短节内，且滑套组件能够封闭径向通孔；投球封堵组件，具有滑套双瓣阀和投球滑套，滑套双瓣阀的上端与压裂液返排工具短节的下端连接，滑套双瓣阀为管状结构，投球滑套设置在滑套双瓣阀内。
进一步地，滑套组件包括：上滑套，设置在压裂液返排工具短节内并位于径向通孔上方，上滑套能够封闭径向通孔，上滑套内壁设置有环状的径向内凸起，径向内凸起形成上滑套的球座；下滑套，设置在压裂液返排工具短节内并位于径向通孔处，下滑套与在压裂液返排工具短节通过第一剪切销钉连接，且下滑套的上端为缩口端，缩口端形成下滑套的球座。
进一步地，上滑套的球座内径大于下滑套的球座内径。
进一步地，滑套双瓣阀具有设置在内壁上的阀瓣，投球滑套通过第二剪切销钉设置在滑套双瓣阀内，并且阀瓣与投球滑套的外壁抵接以保持常开状态，投球滑套的下端内壁设置有台阶面，台阶面形成投球滑套的球座。
进一步地，投球滑套的球座内径小于下滑套的球座内径。
进一步地，气井全生命周期连续管完井管柱还包括节流咀，外壁呈阶梯状结构，节流咀的小径段插设在投球滑套的下端内，节流咀的大径段置于投球滑套的下部并通过第三剪切销钉连接于滑套双瓣阀内。
进一步地，节流咀具有轴向内孔，轴向内孔包括扩口段、等径段和锥孔段，扩口段的大径端位于轴向内孔的上端，扩口段的小径端与等径段的上端连接，等径段的下端与锥孔段的小径端连接，锥孔段的大径端位于轴向内孔的下端，且扩口段的大径端形成节流咀的球座。
进一步地，节流咀的球座内径小于节流咀的球座内径。
进一步地，气井全生命周期连续管完井管柱还包括堵头，设置在节流咀的下方并能够封堵锥孔段的大径端，堵头通过第四剪切销钉连接于滑套双瓣阀内。
进一步地，压裂液返排工具短节的上端设置有用于连接连续管的连接器，滑套双瓣阀的下端连接有用于过滤的筛管。
本发明还提供了一种气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法，采用上述的气井全生命周期连续管完井管柱进行操作，气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法包括：在投产初期压裂液返排阶段时，向连续管内泵注清水或氮气，连续管内压力达到设计压力后，第四剪切销钉被剪断，堵头下行并落入到筛管底部，连续管与井内压力连通；从井口投入第一投球并泵注循环，第一投球到达下滑套上对应的球座后，连续管内开始憋压，待压力达到设计压力后，使第一剪切销钉被剪断，下滑套轴向下行，露出径向通孔并使其内外连通，此时停止泵注，压裂液在底层压力作用下由连续管内返排至地面。
进一步地，气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法还包括：在高压期井底节流生产阶段时，压裂液返排结束后，投入第二投球并泵注循环，第二投球到达上滑套上对应的球座后，连续管内开始憋压，待压力达到设计压力后，下滑套轴向下行，遮盖和密封住径向通孔，此时停止地面泵注，地层高压混合流体经过筛管的过滤进入到筛管内部，再经由节流咀的节流降压作用后继续通过连续管上返流出。
进一步地，气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法还包括：在低压期速度管柱携液生产阶段时，从井口投入第四投球并泵注循环，第四投球到达节流咀上对应的球座后，连续管内开始憋压，待压力达到设计压力后，第三剪切销钉被剪断，节流咀下行并落入到筛管的底部，此时停止地面泵注，地层混合流体经过筛管的过滤进入到筛管内部，然后通过连续管将井底积液携带至地面。
进一步地，在井底封堵带压起管阶段时，从井口投入第三投球并泵注循环，第三投球到达投球滑套上对应的球座后，连续管内开始憋压，第二剪切销钉被剪断，投球滑套下行并落入到筛管底部，此时停止地面泵注，阀瓣在复位弹簧的作用下闭合，阻止井底带压流体经由滑套双瓣阀进入所述连续管。
本发明的有益效果是，本发明实施例可以在不同施工阶段投入设定投球，使滑套组件和投球滑套移动至设定位置，从而实现一趟管柱不同生产阶段内完成多种生产干预措施，减少管柱起下次数、生产等停时间和作业成本，提升气井开发效益。
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。在附图中：
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为压裂液返排组件的结构示意图；
图3为投球封堵组件的结构示意图；
图4为本发明实施例带压投放连续管作业井口示意图；
图5为本发明实施例油管挂座挂连续管工作示意图；
图6为本发明实施例完井生产井口示意图。
图中附图标记：1、连接器；4、筛管；5、第四投球；6、第三投球；7、第一投球；8、第二投球；11、注入头；12、防喷盒；13、剪切闸板；14、防喷管；15、大通径四闸板防喷器；16、大通径主阀；17、油管头；18、小通径闸阀；19、原井油管挂；20、压裂液返排工具短节；21、上滑套；22、下滑套；23、第一剪切销钉；24、径向通孔；30、滑套双瓣阀；31、双瓣阀阀座；32、阀瓣；33、投球滑套；34、第二剪切销钉；35、节流咀；36、第三剪切销钉；37、堵头；38、第四剪切销钉；51、井口连续管；50、连续管连接器；
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。
如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种气井全生命周期连续管完井管柱，包括：压裂液返排组件、投球封堵组件、连接器1和筛管4。连接器1连接在压裂液返排组件，压裂液返排组件具有压裂液返排工具短节20和滑套组件，压裂液返排工具短节20为管状结构，压裂液返排工具短节20的管壁上设置有径向通孔24，滑套组件设置在压裂液返排工具短节20内，且滑套组件能够封闭径向通孔24。投球封堵组件具有滑套双瓣阀30和投球滑套33，滑套双瓣阀30的上端与压裂液返排工具短节20的下端连接，滑套双瓣阀30为管状结构，投球滑套33设置在滑套双瓣阀30内。筛管4连接在投球封堵组件下方。
本发明实施例可以在不同施工阶段投入设定投球，使滑套组件和投球滑套33移动至设定位置，从而实现一趟管柱不同生产阶段内完成多种生产干预措施，减少管柱起下次数、生产等停时间和作业成本，提升气井开发效益。
其中，连接器1采用连续管技术行业公知的外连接器结构，套合在连续管外表面并紧固，形成与连续管的连接。
滑套组件包括上滑套21和下滑套22。上滑套21设置在压裂液返排工具短节20内并位于径向通孔24上方，上滑套21能够封闭径向通孔24，上滑套21内壁设置有环状的径向内凸起，径向内凸起形成上滑套21的球座。下滑套22设置在压裂液返排工具短节20内并位于径向通孔24处，下滑套22与在压裂液返排工具短节20通过第一剪切销钉23连接，且下滑套22的上端为缩口端，缩口端形成下滑套22的球座。
本实施例中下滑套22通过第一剪切销钉23遮盖并密封在径向通孔24处，当投入第一投球7时，第一剪切销钉23能够在一定压力下被剪断，从而使下滑套22下移，并将径向通孔24露出，使径向通孔24与上部连接器1所连接的连续管连通。
当需要封闭径向通孔24时，投入第二投球8使上滑套21下移并能够封闭上述径向通孔24。需要说明的是，第一投球7和第二投球8均为可溶投球，溶解时间为2至3天。
本发明实施例中上滑套21的球座内径大于下滑套22的球座内径，第二投球8的直径也大于第一投球7的直径，以便于将设定投球投入至设定位置。
如图3所示，滑套双瓣阀30具有设置在内壁上的阀瓣32，投球滑套33通过第二剪切销钉34设置在滑套双瓣阀30内，并且阀瓣32与投球滑套33的外壁抵接以保持常开状态，投球滑套33的下端内壁设置有台阶面，台阶面形成投球滑套33的球座。
本发明实施例中，投球滑套33设置在滑套双瓣阀30的双瓣阀阀座31的内通孔内部。
当向投球滑套33内投入第三投球6时，第三投球6座封于投球滑套33的球座上，使第二剪切销钉34能够被剪断，从而投球滑套33下移至筛管4内设定位置，阀瓣32可以实现关闭。
需要说明的是，投球滑套33的球座内径小于下滑套22的球座内径。且第三投球6的直径小于第一投球7的直径。第三投球6为可溶投球，溶解时间为2至3天。
如图3所示，本发明实施例中的气井全生命周期连续管完井管柱还包括节流咀35，外壁呈阶梯状结构，节流咀35的小径段插设在投球滑套33的下端内，节流咀35的大径段置于投球滑套33的下部并通过第三剪切销钉36连接于滑套双瓣阀30内。
进一步地，节流咀35具有轴向内孔，轴向内孔包括扩口段、等径段和锥孔段，扩口段的大径端位于轴向内孔的上端，扩口段的小径端与等径段的上端连接，等径段的下端与锥孔段的小径端连接，锥孔段的大径端位于轴向内孔的下端，且扩口段的大径端形成节流咀35的球座。
当向管柱内投入第四投球5时，第四投球5座封于扩口段的大径端，并在一定压力下剪断第三剪切销钉36，使节流咀35进入到筛管4的设定位置。
其中，节流咀35的球座内径小于节流咀35的球座内径，第四投球5的直径也小于第三投球6的直径，且第四投球5为可溶投球，溶解时间为2至3天。
本发明实施例中的气井全生命周期连续管完井管柱还包括堵头37，设置在节流咀35的下方并能够封堵锥孔段的大径端，堵头37通过第四剪切销钉38连接于滑套双瓣阀30内。
当管内压力达到设定压力值时，第四剪切销钉38能被剪断，并使堵头37落入筛管4内设定位置。需要说明的是，筛管4壳体采用了石油行业公知的割缝筛管结构，割缝筛管轴向内孔长度大于投球滑套33、节流咀35和堵头37三者轴线长度之和。
本发明实施例的具体工作方法如下，请参照图1至图6所示：
按照由上至下顺序依次连接注入头11、防喷盒12、剪切闸板13、防喷管14和大通径四闸板防喷器15，将连续管伸出大通径四闸板防喷器15下法兰面，本发明实施例通过连接器1与连续管连接，并将该实施例收纳在防喷管14内，按照附图4所示安装好作业井口。
打开大通径主阀16，将连续管下至设计深度后停止下入，依次使用大通径四闸板防喷器15的半封和悬挂闸板临时密封和悬挂连续管。
使用剪切闸板13剪断连续管，连续管变成两段，移除大通径四闸板防喷器15以上作业井口，将井口连续管51截取到合适的长度，并将井口连续管51自由端通过连续管连接器50与原井油管挂19连接。
将注入头11夹持的连续管通过连续管技术行业公知的“GS打捞矛”与打捞颈等送入工具串，与原井油管挂19临时高强度连接，并恢复连接好原作业井口。
打开大通径四闸板防喷器15的半封和悬挂闸板，利用注入头11将原井油管挂19送入到油管头17内并座封，如附图5所示，并上紧油管头17的顶丝；
滚筒上的连续管内打压，将送入工具串与原井油管挂19丢手分离，拆除油管头17以上作业井口，将大通径主阀16替换成小通径闸阀18，并安装采气树，如附图6，投放完井管柱操作结束。
本发明实施例还提供了一种气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法，采用上述的气井全生命周期连续管完井管柱进行操作，气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法包括：
投产初期压裂液返排：使用泵车或制氮车组向连续管内泵注清水或氮气，连续管内压力达到设计压力后，第四剪切销钉38被剪断，堵头37下行并落入到筛管4底部对应堵头37的位置，连续管与井内压力连通。从井口投入第一投球7并泵注循环，第一投球7到达下滑套22上对应的球座后连续管内开始憋压，压力达到设计压力后，第一剪切销钉23被剪断，下滑套22轴向下行，露出径向通孔24使其内外连通，并具有较大过流面积，适应气井压裂液后压裂液返排需要，此时停止地面泵注，压裂液在底层压力作用下携带压裂液由连续管内返排至地面。
高压期井底节流生产：压裂液返排结束后，投入第二投球8并泵注循环，第二投球8到达上滑套21上对应的球座后连续管内开始憋压，压力达到设计压力后，下滑套22轴向下行，遮盖和密封住径向通孔24，径向通孔24不再具备连通工具内外压力作用，此时停止地面泵注，地层高压混合流体经过筛管4的过滤进入到筛管4内部，经由节流咀35节流降压后继续通过连续管上返流出。
低压期速度管柱携液生产：气井进入低压生产期，井底开始积液，此时从井口投入第四投球5并泵注循环，第四投球5到达节流咀35上对应的球座后连续管内开始憋压，第三剪切销钉36被剪断，节流咀35下行并落入到筛管4底部对应节流咀35的位置，此时停止地面泵注，地层混合流体经过筛管4的过滤进入到筛管4内部，不再受节流咀35节流限制，充分利用地层能量，通过连续管将井底积液携带至地面。
其中，需要说明的是，第三剪切销钉36较第四剪切销钉38的剪断压差高5～10MPa。
井底封堵带压起管：连续管作为速度管柱生产携液效果不佳井底再次积液时，或因其他修井措施需带压起出连续管时，从井口投入第三投球6并泵注循环，第三投球6到达投球滑套33上对应的球座后连续管内开始憋压，第二剪切销钉34被剪断，投球滑套33下行并落入到筛管4底部对应投球滑套33的位置，此时停止地面泵注，阀瓣32在复位弹簧的作用下闭合，阻止井底带压流体经由滑套双瓣阀30进入连续管，以便作业人员安全打开井口开展连续管回接等起出连续管操作。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
将连续管作为完井管柱和生产通道，充分利用了连续管适应快速带压起下的特点，避免压井伤害储层，作业效率高，且相对常规带压修井设备投放完井管柱费用低，可降低整体作业成本。
将气井完井、生产过程中不同阶段的工艺需求进行统筹考虑，集中到一趟完井管柱上进行实现，可避免以往不同生产阶段单项工艺措施需要多次起下管柱或工具的弊端和作业风险，减少因多次起下管柱或工具带来的储层伤害、生产等停和作业成本等。
对以往不同工艺措施实施所需的配套工具的功能和结构进行合理布局和集成设计，形成多功能集成工具组合，可根据需要通过投球或泵注憋压的方式激活相应功能，使得气井全生命周期内一趟管柱可完成不同的工艺措施成为现实，推动形成了一种全新、长效、低成本的气井新井连续管完井新技术。
采用“多级剪切销钉+投球憋压”简单高效的控制方式，克服了连续管自身无法旋转、管内不易下入其他管柱激活井下工具的不足，实现了不同工艺措施所需的多功能集成工具组合匹配功能的可靠、快速激活和切换，工艺措施切换操作更简便。
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之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (14)
1.一种气井全生命周期连续管完井管柱，其特征在于，包括：
压裂液返排组件，具有压裂液返排工具短节(20)和滑套组件，压裂液返排工具短节(20)为管状结构，压裂液返排工具短节(20)的管壁上设置有径向通孔(24)，所述滑套组件设置在压裂液返排工具短节(20)内，且所述滑套组件能够封闭径向通孔(24)；
投球封堵组件，具有滑套双瓣阀(30)和投球滑套(33)，滑套双瓣阀(30)的上端与压裂液返排工具短节(20)的下端连接，滑套双瓣阀(30)为管状结构，投球滑套(33)设置在滑套双瓣阀(30)内。
2.根据权利要求1所述的气井全生命周期连续管完井管柱，其特征在于，所述滑套组件包括：
上滑套(21)，设置在压裂液返排工具短节(20)内并位于径向通孔(24)上方，上滑套(21)能够封闭径向通孔(24)，上滑套(21)内壁设置有环状的径向内凸起，所述径向内凸起形成上滑套(21)的球座；
下滑套(22)，设置在压裂液返排工具短节(20)内并位于径向通孔(24)处，下滑套(22)与在压裂液返排工具短节(20)通过第一剪切销钉(23)连接，且下滑套(22)的上端为缩口端，所述缩口端形成下滑套(22)的球座。
3.根据权利要求2所述的气井全生命周期连续管完井管柱，其特征在于，上滑套(21)的球座内径大于下滑套(22)的球座内径。
4.根据权利要求3所述的气井全生命周期连续管完井管柱，其特征在于，滑套双瓣阀(30)具有设置在内壁上的阀瓣(32)，投球滑套(33)通过第二剪切销钉(34)设置在滑套双瓣阀(30)内，并且阀瓣(32)与投球滑套(33)的外壁抵接以保持常开状态，投球滑套(33)的下端内壁设置有台阶面，所述台阶面形成投球滑套(33)的球座。
5.根据权利要求4所述的气井全生命周期连续管完井管柱，其特征在于，投球滑套(33)的球座内径小于下滑套(22)的球座内径。
6.根据权利要求5所述的气井全生命周期连续管完井管柱，其特征在于，所述气井全生命周期连续管完井管柱还包括节流咀(35)，外壁呈阶梯状结构，节流咀(35)的小径段插设在投球滑套(33)的下端内，节流咀(35)的大径段置于投球滑套(33)的下部并通过第三剪切销钉(36)连接于滑套双瓣阀(30)内。
7.根据权利要求6所述的气井全生命周期连续管完井管柱，其特征在于，节流咀(35)具有轴向内孔，所述轴向内孔包括扩口段、等径段和锥孔段，所述扩口段的大径端位于所述轴向内孔的上端，所述扩口段的小径端与所述等径段的上端连接，所述等径段的下端与所述锥孔段的小径端连接，所述锥孔段的大径端位于所述轴向内孔的下端，且所述扩口段的大径端形成节流咀(35)的球座。
8.根据权利要求7所述的气井全生命周期连续管完井管柱，其特征在于，节流咀(35)的球座内径小于节流咀(35)的球座内径。
9.根据权利要求7所述的气井全生命周期连续管完井管柱，其特征在于，所述气井全生命周期连续管完井管柱还包括堵头(37)，设置在节流咀(35)的下方并能够封堵所述锥孔段的大径端，堵头(37)通过第四剪切销钉(38)连接于滑套双瓣阀(30)内。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的气井全生命周期连续管完井管柱，其特征在于，压裂液返排工具短节(20)的上端设置有用于连接连续管的连接器(1)，滑套双瓣阀(30)的下端连接有用于过滤的筛管(4)。
11.一种气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法，采用权利要求10所述的气井全生命周期连续管完井管柱进行操作，其特征在于，所述气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法包括：
在投产初期压裂液返排阶段时，向连续管内泵注清水或氮气，所述连续管内压力达到设计压力后，第四剪切销钉(38)被剪断，堵头(37)下行并落入到筛管(4)底部，所述连续管与井内压力连通；
从井口投入第一投球(7)并泵注循环，第一投球(7)到达下滑套(22)上对应的球座后，所述连续管内开始憋压，使第一剪切销钉(23)被剪断，下滑套(22)轴向下行，露出径向通孔(24)并使其内外连通，此时停止泵注，压裂液在底层压力作用下由所述连续管内返排至地面。
12.根据权利要求11所述的气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法，其特征在于，所述气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法还包括：
在高压期井底节流生产阶段时，所述压裂液返排阶段结束后，投入第二投球(8)并泵注循环，第二投球(8)到达上滑套(21)上对应的球座后，所述连续管内开始憋压，下滑套(22)轴向下行，遮盖和密封住径向通孔(24)，此时停止地面泵注，地层高压混合流体经过筛管(4)的过滤进入到筛管(4)内部，再经由节流咀(35)的节流降压作用后继续通过所述连续管上返流出。
13.根据权利要求12所述的气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法，其特征在于，所述气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法还包括：
在低压期速度管柱携液生产阶段时，从井口投入第四投球(5)并泵注循环，第四投球(5)到达节流咀(35)上对应的球座后，所述连续管内开始憋压，使第三剪切销钉(36)被剪断，节流咀(35)下行并落入到筛管(4)的底部，此时停止地面泵注，地层混合流体经过筛管(4)的过滤进入到筛管(4)内部，然后通过所述连续管将井底积液携带至地面。
14.根据权利要求13所述的气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法，其特征在于，所述气井全生命周期连续管完井管柱的工艺方法还包括：
在井底封堵带压起管阶段时，从井口投入第三投球(6)并泵注循环，第三投球(6)到达投球滑套(33)上对应的球座后，所述连续管内开始憋压，第二剪切销钉(34)被剪断，投球滑套(33)下行并落入到筛管(4)底部，此时停止地面泵注，阀瓣(32)在复位弹簧的作用下闭合，阻止井底带压流体经由滑套双瓣阀(30)进入所述连续管。
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