CN208057103U - 一种集喷砂射孔和压裂及封隔一体化工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集喷砂射孔和压裂及封隔一体化工具，适用于套管完成井。通过投球后打压，先是打开坐封通孔完成坐封封隔，其后升压使芯套继续下行，连通喷枪通道，即可进行喷砂射孔+压裂。完成后，上提管柱，中心管上行，其上的泄压槽沟通胶筒内外使其泄压，完成解封。多级使用时，自下而上，依次从小至大选择不同通径的球座，即可实现多层喷砂射孔+压裂+封堵封隔的工艺功能。具有多级使用、分层封隔可靠、可带压作业、可直接投产作业、操作简便等优势，避免了现有喷砂射孔压裂工具常常出现的砂卡、失封、使用限制条件多等的不足及单个逐次下入等问题，缩短了施工周期，降低了作业成本。

Description

一种集喷砂射孔和压裂及封隔一体化工具

技术领域

本实用新型属于石油天然气开采技术领域，尤其是一种集喷砂射孔和压裂及封隔一体化工具，适用于套管完成井。

背景技术

喷砂射孔及压裂联作工艺，是当前一种应用广泛的油气井增产措施，其优势是可以精确地控制压裂裂缝的位置和根据需要精确地布置不同尺寸的多条裂缝，提高和改善压裂增产效果，能缩短作业周期，简化施工程序，所以应用较为广泛。但其对于一井多储层的、大排量压裂改造，大部分需要施工完一层后，需填砂或下封隔器/桥塞封堵，并压后需要放压，延长了施工周期；某些一体化管柱，虽然带有封隔功能，由于其是在全部坐封后分别打开滑套射孔与压裂，中间封隔器无法验封，存在混压问题，同时，在大排量施工条件下，封隔器容易损坏；滑套式自封隔投球逐层喷砂射孔压裂工艺，其对于层间物性差异较大的储层，存在层间干扰、压力互补等问题；即使双封拖动、底封拖动喷砂射孔后压裂，由于多层使用同一喷嘴和封隔器，仍存在喷嘴失效、封隔器失封等问题。综上所述，现有的工具及管柱，均存在一定的不足与缺陷，尚不能有效满足施工工艺的需求，所以需将喷砂射孔压裂及封隔工具高度集合，形成“多级使用、分层封隔准确可靠、可带压作业、直接投产、操作简便、少事故”等功能的喷砂射孔、压裂及封隔一体化工具。

经检索，目前相关喷砂射孔+压裂+封隔一体化工具的专利技术有：

CN：200810105643.7“封隔器封隔多层水力喷砂射孔与压裂一体化工艺方法”，其为“压井后上提管柱转层”的方式，工艺复杂。由于多层使用同一喷嘴和封隔器，存在喷嘴失效封隔器失封等问题。

CN 201310220083.0“水力喷砂射孔压裂与填砂联作工艺方法”提供了一种喷砂射孔、压裂一体化的方法及其工艺管柱，但只是将水力喷砂射孔和压裂工艺联作，其管柱结构较为复杂，需要下入单流阀、扶正器等，并作业后转层仍需填砂或逐次下入封隔器等不足，尚不能完成一次性多次带管柱上完成多层段施工。

CN201710155635.2“射孔/压裂/封隔一体化装置及其多级压裂工艺管柱”其采用爪簧球座等，工具结构较为复杂，且每一处理层，需两次投球，一定程度上增大了安全不确定性。

CN 201610668609.5“一种煤层气井喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化增产工艺方法”，其管柱结构较为复杂，需要下入“球座、喷枪、封隔器以及扶正器”等，其封隔器为扩张式封隔器，残余变形较大。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种集喷砂射孔和压裂及封隔一体化工具，以解决现有喷砂射孔压裂工具常常出现的砂卡砂埋管柱、喷嘴失效封隔器失封的不足及单个逐次下入等问题。

为此，本实用新型提供的技术方案是：一种集喷砂射孔和压裂及封隔一体化工具，包括中心管、芯套、锚定密封机构、喷枪机构、下接头、上接头；

中心管为一内径光滑的圆筒形空芯管，用于支撑位于中心管外侧的由胶筒和卡瓦构成的卡瓦胶筒总成，上下两端由螺纹分别连接于固定接头连接套和下接头，侧壁中部设有中心管坐封连通孔，侧壁下部外侧开有解封泄压槽；

锚定密封机构包括固定接头、浮动接头、由胶筒和卡瓦构成的卡瓦胶筒总成及密封圈组，上端的固定接头通过解封销钉与固定接头连接套连接，胶筒内衬胶囊筒，固定接头、浮动接头内腔设有密封圈组与中心管外壁配合形成密封，胶筒打压后膨胀形成密封；胶筒及胶囊筒套装在中心管上，胶筒上硫化有卡瓦，卡瓦采用90°三角牙型，便于双向锚定，解封时，设在浮动接头内腔的密封圈组跨骑在中心管解封泄压槽，完成泄压，使胶筒卡瓦总成收缩解封；

喷枪机构包括喷枪外筒、喷嘴套、喷嘴，喷枪外筒上端通过丝扣连接于上接头，底端通过丝扣与固定接头连接套连接，喷枪外筒里侧安装有喷嘴套，喷嘴套上设有丝扣用于安装喷嘴，在喷枪外筒和喷嘴套上设置有喷射喷砂孔；

芯套为一外径光滑的圆筒形结构，其下部设有芯套坐封连通孔,上部设有芯套喷嘴连通孔,侧壁上部外侧开有喷嘴打开缓冲行程槽,底端为球座，下部位于中心管里侧，上部位于喷枪外筒和喷嘴套里侧，初始状态由坐封销钉连接于上接头上，喷砂喷嘴打开销钉安装于喷嘴打开缓冲行程槽中，通过可溶球与球座的密封打压后带动其移动，使其上的芯套坐封连通孔对准中心管坐封连通孔，芯套喷嘴连通孔对准喷枪外筒和喷嘴套上的喷射喷砂孔的位置，分别完成打压膨胀坐封；防旋转定位键凸出于芯套上部外壁，与上接头内的滑键槽配合，使其只能沿键槽纵向移动，保证芯套上的芯套坐封连通孔、芯套喷嘴连通孔对正并连通。

所述芯套上的球座直径可变换，用于多级喷砂射孔压裂和封隔。

所述喷射喷砂孔和芯套喷嘴连通孔分别为多排多个沿圆周分布的开设的贯通孔。

本实用新型的有益效果是：

1.多级使用，且坐封压力一致，可用于多层段分层压裂。

2.可有效地防止砂卡管柱。采用胶筒卡瓦组合设计(一组卡瓦硫化在胶筒上)，胶筒泄压收缩即带动卡瓦收回；将胶筒与喷孔短距离间距设计，减少了沉砂空间便于循环清砂；无需使用锚定装置、扶正装置。这三种设计及综合作用，可有效地防止砂卡管柱。

3.可带压作业。由于其应用工艺是在装好井口状态下自下而上依次坐封压裂施工，所以可带压作业，

4.由于本装置逐级坐封、验封，保证了每个封隔器的密封，分层封隔可靠。

5.施工完后可直接进行合采生产。

附图说明

图1是本实用新型集喷砂射孔和压裂及封隔一体化工具结构示意图。

图2是本实用新型芯套结构示意图。

图3是本实用新型中心管结构示意图。

图4是本实用新型上接头结构示意图。

图5是本实用新型投球状态示意图。

图6是本实用新型坐封状态示意图。

图7是本实用新型喷砂射孔及压裂状态示意图。

图中：1-下接头 2-球座 3-解封泄压槽 4-中心管 5-浮动接头 6-胶囊筒 7- 芯套 8-胶筒 9-中心管坐封连通孔 10-芯套坐封连通孔 11-卡瓦 12-固定接头 13-解封销钉 14-固定接头连接套 15喷射喷砂孔 16-喷枪外筒 17-喷嘴套 18-喷嘴打开销钉 19-喷嘴打开缓冲行程槽 20-坐封销钉 21-芯套移动滑键槽 22-防旋转定位键 23-上接头 24-芯套喷嘴连通孔 25-可溶球。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

如图1-7所示，本实用新型的集喷砂射孔和压裂及封隔一体化工具，包括中心管4、芯套7、锚定密封机构、喷枪机构、下接头1、上接头23；

中心管4为一内径光滑的圆筒形空芯管，用于支撑位于中心管4外侧的由胶筒8和卡瓦 11构成的卡瓦胶筒总成，上下两端由螺纹分别连接于固定接头连接套14和下接头1，侧壁中部设有中心管坐封连通孔9，侧壁下部外侧开有解封泄压槽3；

锚定密封机构包括固定接头12、浮动接头5、由胶筒8和卡瓦11构成的卡瓦胶筒总成及密封圈组，上端的固定接头12通过解封销钉13与固定接头连接套14连接，胶筒8 内衬胶囊筒6，固定接头12、浮动接头5内腔设有密封圈组与中心管4外壁配合形成密封，胶筒打压后膨胀形成密封；胶筒8及胶囊筒6套装在中心管4上，胶筒8上硫化有卡瓦11，卡瓦采用90°三角牙型，便于双向锚定，解封时，设在浮动接头5内腔的密封圈组跨骑在中心管解封泄压槽3，完成泄压，使胶筒卡瓦总成收缩解封；

喷枪机构包括喷枪外筒16、喷嘴套17、喷嘴，喷枪外筒16上端通过丝扣连接于上接头23，底端通过丝扣与固定接头连接套14连接，喷枪外筒16里侧安装有喷嘴套17，喷嘴套17上设有丝扣用于安装喷嘴，在喷枪外筒16和喷嘴套17上设置有喷射喷砂孔15；

芯套7为一外径光滑的圆筒形结构，其下部设有芯套坐封连通孔10,上部设有芯套喷嘴连通孔24,侧壁上部外侧开有喷嘴打开缓冲行程槽19,底端为球座2，下部位于中心管4里侧，上部位于喷枪外筒16和喷嘴套17里侧，初始状态由坐封销钉20连接于上接头23上，喷砂喷嘴打开销钉18安装于喷嘴打开缓冲行程槽19中，通过可溶球25与球座2的密封打压后带动其移动，使其上的芯套坐封连通孔10对准中心管坐封连通孔9，芯套喷嘴连通孔24 对准喷枪外筒16和喷嘴套17上的喷射喷砂孔15的位置，分别完成打压膨胀坐封；防旋转定位键22凸出于芯套7上部外壁，与上接头23内的滑键槽21配合，使其只能沿键槽21纵向移动，保证芯套7上的芯套坐封连通孔10、芯套喷嘴连通孔24对正并连通。

所述芯套7上的球座2直径可变换，用于多级喷砂射孔压裂和封隔。

所述喷射喷砂孔15和芯套喷嘴连通孔24分别为多排多个沿圆周分布的开设的贯通孔。

本实用新型是这样实现的：依据不同尺寸的球座，投入相应的球，尔后向油管打压，液力推动芯套将坐封销钉剪断并下移，首先将芯套坐封基孔与设在中心管上坐封通孔沟通，液力作用于胶囊胶筒及卡瓦上，胶筒受压使其径向胀大形成密封,达到封隔目的，同时，硫化在胶筒上的卡瓦卡住套管内壁，形成锚定与密封。其后升压剪断喷枪销钉，芯套继续下行，将芯套喷砂基孔与设在中心管上喷砂通孔沟通(同时将芯套坐封基孔中心管坐封通孔封堵)，连通了喷枪通道，即可进行喷砂射孔+压裂。完成喷砂射孔压裂后上提管柱，由于此时胶筒及卡瓦仍处于锚定状态，使得上接头及其丝扣连接其上的喷枪体、固定接头和中心管等组件与其相对运动，一定上提力作用下剪断解封销钉，此时中心管随之上行，其上的泄压槽跨在浮动接头的密封环上，沟通了胶筒内外使其泄压，胶筒及卡瓦收缩完成解封。多级使用时，自下而上，依次从小至大选择不同通径的球座，即可实现多层喷砂射孔+压裂+封堵封隔的工艺功能。

本实用新型一体化工具坐封及锚定并验封后，继续打压剪断喷嘴打开销钉18，芯套 7继续下行，将芯套7上的芯套喷嘴连通孔24与设在喷枪外筒16、喷嘴套17上的喷射喷砂孔15沟通同时将芯套坐封连通孔10与中心管坐封连通孔9封堵，连通了喷枪通道，即可进行喷砂射孔+压裂。

坐封机构包括可溶球25、球座2、坐封销钉20、中心管坐封连通孔9、芯套坐封连通孔10、胶囊筒6，通过打压剪断坐封销钉20并移动芯套7，使芯套坐封连通孔10与中心管坐封连通孔9连通，向胶囊筒6内注入液体，液力作用于胶囊筒6及卡瓦胶筒总成上，胶筒8受压使其径向胀大完成坐封并形成密封，同时，卡瓦胶筒总成上的一组卡瓦 11卡在套管上，完成锚定；

解封机构包括中心管4上解封泄压槽3、解封销钉13，解封时，通过上体管柱，由于此时胶筒及卡瓦仍处于锚定状态，使得上接头23及其丝扣连接其上的喷枪外筒16、固定接头连接套14和中心管4等组件与其相对运动，一定上提力作用下剪断解封销钉13，此时中心管14随之上行，其上的泄压槽3跨在浮动接头5的密封环上，沟通了胶筒内外使其泄压，胶囊筒6及卡瓦胶筒总成收缩完成解封和解除锚定。

喷砂射孔压裂及封隔一体化工具为液压操作，坐封及开启喷枪通道时管柱要求密封承压，需要与球座、滑套等配合使用。以三层目的层使用为例，分层喷砂射孔压裂及封隔.

1.将本多级喷砂射孔压裂及封隔一体化工具接在设计好的管柱上，管柱结构自下而上依次为：油管鞋+油管+第一级一体化工具(芯套球座直径为49mm)+油管若干+第二级一体化工具(芯套球座直径为53mm)+油管若干+第三级一体化工具(芯套球座直径为47mm) +油管至井口

2.将工具串下到设计位置，通过校深并调整管柱，分别使第一级、第二级、第三级一体化工具的喷枪对准第一层、第二层、第三层的射孔、压裂井段位置，并使所有的胶筒中心处于两两射孔夹层段。

3.循环并灌满井筒。

4.油管内投入可溶球，待其到位后(直径49mm芯套球座处)打压，使坐封销钉剪断，将第一级一体化工具坐封通孔打开并完成坐封封隔，放压打开油管闸门，环空打压验封。

5.验封合格后油管内继续打压，使喷枪销钉剪断，将第一级一体化工具，连通喷枪通道

6.依据设计参数，向油管内注入相应含砂射孔液和携砂液、顶替液等，进行第一层(最下端的层位)喷砂射孔和压裂。

7.油管内投入可溶球，待其到位后(直径为53mm芯套球座处)打压，使坐封销钉剪断，将第二级一体化工具坐封通孔打开并完成坐封封隔，放压打开油管闸门，环空打压验封。

8.验封合格后油管内继续打压，使喷枪销钉剪断，将第二级一体化工具，连通喷枪通道

9.依据设计参数，向油管内注入相应含砂射孔液和携砂液、顶替液等，进行第二层(最下端的层位)喷砂射孔和压裂。

10.同样的做法，向油管内投入可溶球，待其到位后(直径为57mm芯套球座处)进行打压、坐封、再打压、喷砂射孔、压裂等工序，完成第三层施工。

11.进行采油采气生产。可溶球在一定时间溶掉，构成畅通管柱；每个层位对应的喷枪孔，作业完处于开启状态，其分别沟通第一、第二、第三层位，所以利用本实用新型提供的管柱，可直接转为合采管柱。

12.解封。井筒放压后或压井后，上提管柱，分别剪断其解封销钉，带动中心管上行，其上的泄压槽沟通胶筒内外使其泄压，完成解封，提出井内管柱。

综上所述，本实用新型的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本实用新型的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本实用新型的范围之内。

Claims (3)

1.一种集喷砂射孔和压裂及封隔一体化工具，其特征在于，包括中心管(4)、芯套(7)、锚定密封机构、喷枪机构、下接头(1)、上接头(23)；

中心管(4)为一内径光滑的圆筒形空芯管，用于支撑位于中心管(4)外侧的由胶筒(8)和卡瓦(11)构成的卡瓦胶筒总成，上下两端由螺纹分别连接于固定接头连接套(14)和下接头(1)，侧壁中部设有中心管坐封连通孔(9)，侧壁下部外侧开有解封泄压槽(3)；

锚定密封机构包括固定接头(12)、浮动接头(5)、由胶筒(8)和卡瓦(11)构成的卡瓦胶筒总成及密封圈组，上端的固定接头(12)通过解封销钉(13)与固定接头连接套(14)连接，胶筒(8)内衬胶囊筒(6)，固定接头(12)、浮动接头(5)内腔设有密封圈组与中心管(4)外壁配合形成密封，胶筒打压后膨胀形成密封；胶筒(8)及胶囊筒(6)套装在中心管(4)上，胶筒(8)上硫化有卡瓦(11)，卡瓦采用90°三角牙型，便于双向锚定，解封时，设在浮动接头(5)内腔的密封圈组跨骑在中心管解封泄压槽(3)，完成泄压，使胶筒卡瓦总成收缩解封；

喷枪机构包括喷枪外筒(16)、喷嘴套(17)、喷嘴，喷枪外筒(16)上端通过丝扣连接于上接头(23)，底端通过丝扣与固定接头连接套(14)连接，喷枪外筒(16)里侧安装有喷嘴套(17)，喷嘴套(17)上设有丝扣用于安装喷嘴，在喷枪外筒(16)和喷嘴套(17)上设置有喷射喷砂孔(15)；

芯套(7)为一外径光滑的圆筒形结构，其下部设有芯套坐封连通孔(10),上部设有芯套喷嘴连通孔(24),侧壁上部外侧开有喷嘴打开缓冲行程槽(19),底端为球座(2)，下部位于中心管(4)里侧，上部位于喷枪外筒(16)和喷嘴套(17)里侧，初始状态由坐封销钉(20)连接于上接头(23)上，喷砂喷嘴打开销钉(18)安装于喷嘴打开缓冲行程槽(19)中，通过可溶球(25)与球座(2)的密封打压后带动其移动，使其上的芯套坐封连通孔(10)对准中心管坐封连通孔(9)，芯套喷嘴连通孔(24)对准喷枪外筒(16)和喷嘴套(17)上的喷射喷砂孔(15)的位置，分别完成打压膨胀坐封；防旋转定位键(22)凸出于芯套(7)上部外壁，与上接头(23)内的滑键槽(21)配合，使其只能沿键槽(21)纵向移动，保证芯套(7)上的芯套坐封连通孔(10)、芯套喷嘴连通孔(24)对正并连通。

2.根据权利要求1所述集喷砂射孔和压裂及封隔一体化工具，其特征在于，所述芯套(7)上的球座(2)直径可变换，用于多级喷砂射孔压裂和封隔。

3.根据权利要求1所述集喷砂射孔和压裂及封隔一体化工具，其特征在于，所述喷射喷砂孔(15)和芯套喷嘴连通孔(24)分别为多排多个沿圆周分布的开设的贯通孔。