CN116771318B - 一种二氧化碳压裂用分段注入工具 - Google Patents

Abstract

一种二氧化碳压裂用分段注入工具，涉及油田二氧化碳压裂技术领域。两个冷却管柱之间设有一个双头短丝，双头短丝上下两侧加工有油管公螺纹，双头短丝和冷却管柱之间通过油管螺纹连接，冷却管柱中心开有注入孔，冷却管柱在注入孔两侧开有两个冷却孔。本发明的各个冷却管柱和压裂管柱的两个冷却孔通过转接筒的两个转接孔A连通成两条冷却通道，两条冷却通道通过转接帽的两个沉孔A和横向通孔连通成一个U形冷却通道，在冷却通道内注入循环的冷却水，使冷却管柱保持在一定的低温状态，可防止二氧化碳在输送过程中提前气化，影响压裂效果，利用钢球密封球座套，在压裂结束时升压将阀座和阀管密封关闭该层压裂通道，一次投球即可实现分段压裂。

Description

一种二氧化碳压裂用分段注入工具

技术领域

本发明涉及油田二氧化碳压裂技术领域，尤其涉及一种二氧化碳压裂用分段注入工具。

背景技术

在油田二氧化碳压裂技术中，是将液态二氧化碳和支撑剂混合以一定高的压力下分段注入地层，由于地层的温度较高，液态二氧化碳在输入压裂地层的油管时，在地层温度的影响下存在提前气化的风险，现有的分层裂压喷砂器多为滑套式，通过投球憋压打滑套结构，实现喷嘴的封闭与打开，然而，因深井需要压裂层级增多，导致滑套从上到下直径逐渐减小，投球直径减小，需要分批次进行多层压裂，导致油井压裂作业量较大，使得压裂作业效率较低。

发明内容

为了解决目前二氧化碳输入地层压裂时温度升高提前气化的问题，本发明提供一种二氧化碳压裂用分段注入工具。

本发明提供的技术方案是：一种二氧化碳压裂用分段注入工具，包括冷却管柱和压裂管柱，冷却管柱上部连接井口组件，冷却管柱从井口组件串联到各个压裂地层时连接压裂管柱，最下部的压裂管柱底部连接底帽；

冷却管柱上下均加工有油管母螺纹，冷却管柱中心开有注入孔，冷却管柱在注入孔两侧开有两个冷却孔；压裂管柱上下均加工有油管母螺纹，压裂管柱中心开有注入孔，压裂管柱在注入孔的两侧分别开有冷却孔，底帽上加工有油管母螺纹；井口组件中心开有注入孔，井口组件在注入孔两侧开有两个冷却孔，井口组件下部加工有油管母螺纹；

冷却管柱、井口组件、压裂管柱和底帽之间均通过双头短丝和转接筒连接；

双头短丝上下两侧均加工有油管公螺纹，双头短丝上下两侧的油管公螺纹螺旋方向相反，双头短丝上下两侧的油管公螺纹分别螺纹密封连接冷却管柱、井口组件、压裂管柱和底帽上的油管母螺纹；

双头短丝的内孔安装有转接筒，转接筒在中心上开有转接孔B，转接筒在转接孔B两侧开有两个转接孔A，转接筒在转接孔B位置向上下各延伸一段接引管B，转接筒在转接孔A位置向上下各延伸一段接引管A；

转接筒的接引管A插入冷却管柱、井口组件和压裂管柱的冷却孔，接引管A和冷却孔之间通过密封圈间隙配合连接，转接筒的接引管B插入冷却管柱、井口组件和压裂管柱的注入孔，接引管B和注入孔之间通过密封圈间隙配合连接；

底帽内安装有转接帽，转接帽的上端面中心开有沉孔B，转接帽在沉孔B两侧开有两个沉孔A，转接帽在沉孔A下部开有横向通孔，横向通孔与两个沉孔A连通，横向通孔两侧端部塞焊密封，转接筒的接引管A插入转接帽的沉孔A，沉孔A与接引管A通过密封圈间隙配合连接，转接筒的接引管B插入转接帽的沉孔B，沉孔B与接引管B通过密封圈间隙配合连接；

压裂管柱上设有配注机构，配注机构包括压裂管柱管壁上的一段实心柱，实心柱内加工有旁通孔，旁通孔与注入孔连通，旁通孔外侧加工有直径变大的台阶孔A，台阶孔A与压裂管柱外部连通，台阶孔A外侧螺纹连接阀座，阀座上加工有过液孔，阀座里侧加工有圆锥头，旁通孔内间隙配合连接阀管，阀管外侧有一段直径变大的台阶套，台阶套外侧加工有圆锥环，圆锥环和圆锥头锥度相同，台阶套和台阶孔A的底面之间设有压缩弹簧；

安装在最上面的压裂管柱内安装有球座套，球座套与注入孔通过密封圈间隙配合连接；

实心柱在旁通孔下部开有解锁孔，解锁孔与旁通孔平行，解锁孔内安装有解锁销轴，解锁销轴通过密封圈间隙配合连接解锁孔，解锁销轴里侧加工有圆锥柱，圆锥柱伸入到注入孔内，球座套落在圆锥柱上，解锁孔在解锁销轴外侧加工有环槽，环槽内安装有挡环，挡环挡在解锁销轴外侧；

在台阶孔A和解锁孔之间开有一个空档，空档内安装有随动杆，随动杆上部固定连接台阶套，随动杆下部固定连接解锁销轴，阀座的圆锥头和阀管的圆锥环之间不接触。

注入孔两端开有直径变大的台阶孔B，台阶孔B通过密封圈间隙配合连接接引管B，接引管B的内孔与注入孔内孔直径相同。

井口组件的注入孔向上延伸连通注入液接管，井口组件的两个冷却孔分别向两侧延伸连通冷却液接管，井口组件下部加工有法兰盖。

冷却孔在不连接接引管A的位置向两侧延伸成为弧形孔，弧形孔包围在注入孔外围。

转接帽上开有排气孔，排气孔将沉孔B与转接帽外部连通。

本发明的有益效果为：各个冷却管柱和压裂管柱的两个冷却孔通过转接筒的两个转接孔A连通成两条冷却通道，两条冷却通道通过转接帽的两个沉孔A和横向通孔连通成一个U形冷却通道，在冷却通道内注入循环的冷却水，使冷却管柱保持在一定的低温状态，例如保持在6°C，冷却管柱内的注入压力超过4.5MPa时，冷却管柱内的二氧化碳即保持在液态，可防止二氧化碳在输送过程中提前气化，影响压裂效果；

在压裂时投入钢球，钢球密封球座套，在压裂结束时升压将钢球推入下一层压裂管柱，同时将阀座和阀管密封，关闭该层压裂通道，可实现分段压裂，压裂液只在本层压裂时注入，节省压裂液的用量，同直径的注入孔可使得在各个地层压裂时使用同一个规格的球座套和钢球，一次投球即可实现分段压裂，压裂通道不随地层深度缩小，可保持压裂液的流量，提高作业效率。

附图说明

附图1是本发明的上半部结构示意图；

附图2是本发明中下半部结构示意图；

附图3是本发明中压裂管柱的结构示意图；

附图4是附图3的A-A剖面图；

附图5是本发明中转接筒的结构示意图；

附图6是本发明中冷却管柱的结构示意图；

附图7是本发明中配注机构的结构示意图；

附图8是本发明中井口组件的结构示意图；

附图9是本发明的安装图。

图中：1-冷却管柱，2-双头短丝，3-转接筒，4-底帽，5-冷却孔，6-注入孔，7-接引管A，8-接引管B，9-旁通孔，10-台阶孔A，11-空档，12-解锁孔，13-环槽，14-实心柱，15-圆锥头，16-球座套，17-阀管，18-台阶套，19-阀座，20-过液孔，21-随动杆，22-解锁销轴，23-挡环，24-圆锥柱，25-配注机构，26-横向通孔，27-排气孔，28-沉孔A，29-沉孔B，30-台阶孔B，31-圆锥环，32-转接孔A，33-转接孔B，34-转接帽，35-弧形孔，36-压裂管柱，37-套管，38-封隔器，39-井口组件，40-冷却液接管，41-法兰盖，42-注入液接管。

具体实施方式

如图1～9所示，一种二氧化碳压裂用分段注入工具，包括冷却管柱1和压裂管柱36，冷却管柱1上部连接井口组件39，冷却管柱1从井口组件39串联到各个压裂地层时连接压裂管柱36，最下部的压裂管柱36底部连接底帽4；

冷却管柱1上下均加工有油管母螺纹，冷却管柱1中心开有注入孔6，冷却管柱1在注入孔6两侧开有两个冷却孔5；压裂管柱36上下均加工有油管母螺纹，压裂管柱36中心开有注入孔6，压裂管柱36在注入孔6的两侧分别开有冷却孔5，底帽4上加工有油管母螺纹；井口组件39中心开有注入孔6，井口组件39在注入孔6两侧开有两个冷却孔5，井口组件39下部加工有油管母螺纹；

冷却管柱1、井口组件39、压裂管柱36和底帽4之间均通过双头短丝2和转接筒3连接；

双头短丝2上下两侧均加工有油管公螺纹，双头短丝2上下两侧的油管公螺纹螺旋方向相反，双头短丝2上下两侧的油管公螺纹分别螺纹密封连接冷却管柱1、井口组件39、压裂管柱36和底帽4上的油管母螺纹；

双头短丝2的内孔安装有转接筒3，转接筒3在中心上开有转接孔B33，转接筒3在转接孔B33两侧开有两个转接孔A32，转接筒3在转接孔B33位置向上下各延伸一段接引管B8，转接筒3在转接孔A32位置向上下各延伸一段接引管A7；

转接筒3的接引管A7插入冷却管柱1、井口组件39和压裂管柱36的冷却孔5，接引管A7和冷却孔5之间通过密封圈间隙配合连接，转接筒3的接引管B8插入冷却管柱1、井口组件39和压裂管柱36的注入孔6，接引管B8和注入孔6之间通过密封圈间隙配合连接；

底帽4内安装有转接帽34，转接帽34的上端面中心开有沉孔B29，转接帽34在沉孔B29两侧开有两个沉孔A28，转接帽34在沉孔A28下部开有横向通孔26，横向通孔26与两个沉孔A28连通，横向通孔26两侧端部塞焊密封，转接筒3的接引管A7插入转接帽34的沉孔A28，沉孔A28与接引管A7通过密封圈间隙配合连接，转接筒3的接引管B8插入转接帽34的沉孔B29，沉孔B29与接引管B8通过密封圈间隙配合连接；

压裂管柱36上设有配注机构25，配注机构25包括压裂管柱36管壁上的一段实心柱14，实心柱14内加工有旁通孔9，旁通孔9与注入孔6连通，旁通孔9外侧加工有直径变大的台阶孔A10，台阶孔A10与压裂管柱36外部连通，台阶孔A10外侧螺纹连接阀座19，阀座19上加工有过液孔20，阀座19里侧加工有圆锥头15，旁通孔9内间隙配合连接阀管17，阀管17外侧有一段直径变大的台阶套18，台阶套18外侧加工有圆锥环31，圆锥环31和圆锥头15锥度相同，台阶套18和台阶孔A10的底面之间设有压缩弹簧；

安装在最上面的压裂管柱36内安装有球座套16，球座套16与注入孔6通过密封圈间隙配合连接；

实心柱14在旁通孔9下部开有解锁孔12，解锁孔12与旁通孔9平行，解锁孔12内安装有解锁销轴22，解锁销轴22通过密封圈间隙配合连接解锁孔12，解锁销轴22里侧加工有圆锥柱24，圆锥柱24伸入到注入孔6内，球座套16落在圆锥柱24上，解锁孔12在解锁销轴22外侧加工有环槽13，环槽13内安装有挡环23，挡环23挡在解锁销轴22外侧；

在台阶孔A10和解锁孔12之间开有一个空档11，空档11内安装有随动杆21，随动杆21上部固定连接台阶套18，随动杆21下部固定连接解锁销轴22，阀座19的圆锥头15和阀管17的圆锥环31之间不接触。

注入孔6两端开有直径变大的台阶孔B30，台阶孔B30通过密封圈间隙配合连接接引管B8，接引管B8的内孔与注入孔6内孔直径相同。

井口组件39的注入孔6向上延伸连通注入液接管42，井口组件39的两个冷却孔5分别向两侧延伸连通冷却液接管40，井口组件39下部加工有法兰盖41，法兰盖41与压裂井口的套管37顶部的法兰通过螺栓和密封圈连接。

在实际使用时，冷却管柱1上部通过双头短丝2和转接筒3连接井口组件39，井口组件39与套管37密封连接，两个冷却液接管40连接冷媒循环管道，注入液接管42连接压裂液注入管道，冷却管柱1从井口组件39串联到各压裂地层时连接压裂管柱36，各个冷却管柱1和压裂管柱36的两个冷却孔5通过转接筒3的两个转接孔A32连通成两条冷却通道，两条冷却通道通过转接帽34的两个沉孔A28和横向通孔26连通成一个U形冷却通道，在冷却通道内注入循环的冷却水，使冷却管柱1和压裂管柱36保持在一定的低温状态，例如保持在6°C，冷却管柱1内的注入压力超过4.5MPa时，冷却管柱1内的二氧化碳即保持在液态，可防止二氧化碳在输送过程中提前气化，影响压裂效果。

将压裂管柱36安装在各个压裂地层，压裂管柱36和套管37之间安装两个封隔器38，两个封隔器38安装在配注机构25两侧，从上到下分段进行压裂，首先向注入孔6内投入钢球，钢球落在最上层压裂管柱36的球座套16上密封，向注入孔6内注入携带支撑剂的液态二氧化碳，注入液从阀管17和阀座19之间的空隙进入地层进行压裂，压裂结束后，向注入孔6内打高压，高压驱使球座套16下降，球座套16下降推动解锁销轴22的圆锥柱24向外移动，解锁销轴22将挡环23剪断，解锁销轴22、随动杆21、阀管17失去束缚，在压缩弹簧的作用下，阀管17的圆锥环31和阀座19的圆锥头15之间密封，将该层注入通道关闭，球座套16和钢球下降到下一个压裂管柱36的解锁销轴22上，对下一个压裂地层进行压裂，逐级分段进行压裂。

注入孔6两端开有直径变大的台阶孔B30，台阶孔B30通过密封圈间隙配合连接接引管B8，接引管B8的内孔与注入孔6内孔直径相同，利用钢球密封球座套16，在压裂结束时升压将阀座19和阀管17密封关闭该层压裂通道，可实现分段压裂，压裂液只在本层压裂时注入，节省压裂液的用量，同直径的注入孔6可使得在各个地层压裂时使用同一个规格的球座套16和钢球，压裂通道不随地层深度缩小，可保持压裂液的流量，提高作业效率

冷却孔5在不连接接引管A7的位置向两侧延伸成为弧形孔35，弧形孔35包围在注入孔6外围，提高冷却效果。

转接帽34上开有排气孔27，排气孔27将沉孔B29与转接帽34外部连通。

Claims (3)

1.一种二氧化碳压裂用分段注入工具，包括冷却管柱(1)和压裂管柱(36)，其特征在于：冷却管柱(1)上部连接井口组件(39)，冷却管柱(1)从井口组件(39)串联到各个压裂地层时连接压裂管柱(36)，最下部的压裂管柱(36)底部连接底帽(4)；

冷却管柱(1)上下均加工有油管母螺纹，冷却管柱(1)中心开有注入孔(6)，冷却管柱(1)在注入孔(6)两侧开有两个冷却孔(5)；压裂管柱(36)上下均加工有油管母螺纹，压裂管柱(36)中心开有注入孔(6)，压裂管柱(36)在注入孔(6)的两侧分别开有冷却孔(5)，底帽(4)上加工有油管母螺纹；井口组件(39)中心开有注入孔(6)，井口组件(39)在注入孔(6)两侧开有两个冷却孔(5)，井口组件(39)下部加工有油管母螺纹；

冷却管柱(1)、井口组件(39)、压裂管柱(36)和底帽(4)之间均通过双头短丝(2)和转接筒(3)连接；

双头短丝(2)上下两侧均加工有油管公螺纹，双头短丝(2)上下两侧的油管公螺纹螺旋方向相反，双头短丝(2)上下两侧的油管公螺纹分别螺纹密封连接冷却管柱(1)、井口组件(39)、压裂管柱(36)和底帽(4)上的油管母螺纹；

双头短丝(2)的内孔安装有转接筒(3)，转接筒(3)在中心上开有转接孔B(33)，转接筒(3)在转接孔B(33)两侧开有两个转接孔A(32)，转接筒(3)在转接孔B(33)位置向上下各延伸一段接引管B(8)，转接筒(3)在转接孔A(32)位置向上下各延伸一段接引管A(7)；

转接筒(3)的接引管A(7)插入冷却管柱(1)、井口组件(39)和压裂管柱(36)的冷却孔(5)，接引管A(7)和冷却孔(5)之间通过密封圈间隙配合连接，转接筒(3)的接引管B(8)插入冷却管柱(1)、井口组件(39)和压裂管柱(36)的注入孔(6)，接引管B(8)和注入孔(6)之间通过密封圈间隙配合连接；

底帽(4)内安装有转接帽(34)，转接帽(34)的上端面中心开有沉孔B(29)，转接帽(34)在沉孔B(29)两侧开有两个沉孔A(28)，转接帽(34)在沉孔A(28)下部开有横向通孔(26)，横向通孔(26)与两个沉孔A(28)连通，横向通孔(26)两侧端部塞焊密封，转接筒(3)的接引管A(7)插入转接帽(34)的沉孔A(28)，沉孔A(28)与接引管A(7)通过密封圈间隙配合连接，转接筒(3)的接引管B(8)插入转接帽(34)的沉孔B(29)，沉孔B(29)与接引管B(8)通过密封圈间隙配合连接；

压裂管柱(36)上设有配注机构(25)，配注机构(25)包括压裂管柱(36)管壁上的一段实心柱(14)，实心柱(14)内加工有旁通孔(9)，旁通孔(9)与注入孔(6)连通，旁通孔(9)外侧加工有直径变大的台阶孔A(10)，台阶孔A(10)与压裂管柱(36)外部连通，台阶孔A(10)外侧螺纹连接阀座(19)，阀座(19)上加工有过液孔(20)，阀座(19)里侧加工有圆锥头(15)，旁通孔(9)内间隙配合连接阀管(17)，阀管(17)外侧有一段直径变大的台阶套(18)，台阶套(18)外侧加工有圆锥环(31)，圆锥环(31)和圆锥头(15)锥度相同，台阶套(18)和台阶孔A(10)的底面之间设有压缩弹簧；

安装在最上面的压裂管柱(36)内安装有球座套(16)，球座套(16)与注入孔(6)通过密封圈间隙配合连接；

实心柱(14)在旁通孔(9)下部开有解锁孔(12)，解锁孔(12)与旁通孔(9)平行，解锁孔(12)内安装有解锁销轴(22)，解锁销轴(22)通过密封圈间隙配合连接解锁孔(12)，解锁销轴(22)里侧加工有圆锥柱(24)，圆锥柱(24)伸入到注入孔(6)内，球座套(16)落在圆锥柱(24)上，解锁孔(12)在解锁销轴(22)外侧加工有环槽(13)，环槽(13)内安装有挡环(23)，挡环(23)挡在解锁销轴(22)外侧；

在台阶孔A(10)和解锁孔(12)之间开有一个空档(11)，空档(11)内安装有随动杆(21)，随动杆(21)上部固定连接台阶套(18)，随动杆(21)下部固定连接解锁销轴(22)，阀座(19)的圆锥头(15)和阀管(17)的圆锥环(31)之间不接触；

井口组件(39)的注入孔(6)向上延伸连通注入液接管(42)，井口组件(39)的两个冷却孔(5)分别向两侧延伸连通冷却液接管(40)，井口组件(39)下部加工有法兰盖(41);

冷却孔(5)在不连接接引管A(7)的位置向两侧延伸成为弧形孔(35)，弧形孔(35)包围在注入孔(6)外围;

将压裂管柱（36）安装在各个压裂地层，压裂管柱（36）和套管（37）之间安装两个封隔器（38），两个封隔器（38）安装在配注机构（25）两侧，从上到下分段进行压裂，首先向注入孔（6）内投入钢球，钢球落在最上层压裂管柱（36）的球座套（16）上密封，向注入孔（6）内注入携带支撑剂的液态二氧化碳，注入液从阀管（17）和阀座（19）之间的空隙进入地层进行压裂，压裂结束后，向注入孔（6）内打高压，高压驱使球座套（16）下降，球座套（16）下降推动解锁销轴（22）的圆锥柱（24）向外移动，解锁销轴（22）将挡环（23）剪断，解锁销轴（22）、随动杆（21）、阀管（17）失去束缚，在压缩弹簧的作用下，阀管（17）的圆锥环（31）和阀座（19）的圆锥头（15）之间密封，将该层注入通道关闭，球座套（16）和钢球下降到下一个压裂管柱（36）的解锁销轴（22）上，对下一个压裂地层进行压裂，逐级分段进行压裂。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳压裂用分段注入工具，其特征在于：注入孔(6)两端开有直径变大的台阶孔B(30)，台阶孔B(30)通过密封圈间隙配合连接接引管B(8)，接引管B(8)的内孔与注入孔(6)内孔直径相同。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳压裂用分段注入工具，其特征在于：转接帽(34)上开有排气孔(27)，排气孔(27)将沉孔B(29)与转接帽(34)外部连通。