CN212428773U - 一种泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱，它包括自下至上依次串接的可溶全金属压裂球座、电动式坐封工具、预置式多簇射孔短节、井下数据采集短节、电缆丢手短节和电缆。采用可溶全金属压裂球座，一方面可承载较高的泵送流体推力；另一方面工具材质一致性较好，可实现溶解的均一性。预置式多簇射孔短节无需现场连接控制线路，降低了现场连接电路控制系统造成短路、断路的风险和技术应用条件。可以实时获得管柱在井下的运行状态参数，从而可以在地面通过调整泵送排量，同步改变井下数据采集短节外径，使管柱获得较高的泵送推力，减小对球座冲刷，提高球座射孔联作管柱应对井下情况的能力，为保证施工成功率提供保证。

Description

一种泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱

技术领域

本实用新型属于油气田改造技术领域，具体涉及一种泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱，特别适用于套管完井的水平井球座射孔联作作业。

背景技术

致密油气藏渗透率低、渗流阻力大、连通性差，难以进行开采。水平井可以增加井筒与油层的接触面积，提高油气的产量和最终的采收率，因此，致密油气藏气田的经济有效开发，国内外主要采用水平井井型，储层改造工艺主要采用水力泵送式桥塞射孔联作+光套管压裂工艺，以实现最大限度的提升能够改造的储层体积。

水力泵送桥塞或球座的主要工艺方法是：通过采用电缆连接下入球座或桥塞和多簇射孔枪联作工具串，在水平段采用地面泵组水力泵送方式继续下入，地面控制坐封球座或桥塞后，再上提拖动工具串完成多簇射孔，然后起出井内工具串。自井口投送可溶球，封隔井筒后，进行光套管压裂施工，依次自下而上完成后续井段施工。

近些年，随着镁基、铝基等可溶金属材料逐步与常规铸铁桥塞工具的结合，国内外均出现了可溶桥塞，其除了具备桥塞的特性之外，由于采用可溶金属材料作为主要结构部件，采用可溶橡胶作为主要密封部件，能够在一定的井筒条件下（时间、温度、介质等）自主分解，达到储层改造后井筒内部建立流体通道，实现单井压后快速生产。

随着可溶桥塞在国内外致密油气藏的广泛引用，水力泵送桥塞射孔联作工艺也存在一些问题，具体如下：

桥塞射孔管柱自下而上主要由可溶桥塞、火力坐封工具、多个射孔枪、多个射孔控制短节器、磁定位器、马笼头组成，其中：

（1）马笼头作为电缆和管柱连接工具，设置了电缆弱点，通常为电缆承载力的30%左右，遇卡等情况时，可增大电缆上提力，强行从该处实现电缆和管柱的脱离，然而却降低了泵送管柱作业时管柱的泵送承载力，制约了桥塞射孔联作作业效率。

（2）磁定位器仅具有确定井下工具深度的功能，井深参数采集对于管柱在井筒内泵送的速度要求较为严格，不能实施高速泵送作业；同时电缆张力采用地面采集方式，不能准确反应井下管柱对电缆产生的拉力（即电缆张力），也制约了泵送的时效性。

（3）多簇控制短节采用由壬方式连接，工具外径与管柱不能保持一致，易在工具附近流体紊流，影响泵送速度；同时，在现场进行多簇控制短节内线路、井下控制器的电路连接，对现场环境要求较高，且线路连接质量无法保证。

（4）火力坐封工具使用的火工品属于管制类物品，保管、运输、使用都有严格要求，且火工品在坐封工具内产生的动力具有较大的误差，通常达30%以上。

（5）可溶桥塞的可溶材料主要有可溶金属和可溶橡胶，材料溶解条件和溶解性能差异较大，也制约了该管柱的应用。

因此，虽然目前水平井球座射孔联作工艺较为成熟，但球座射孔联作管柱仍采用较小泵送排量（即约2立方米/分钟，控制电缆下放速度在2000米/小时以内）进行泵送作业，不能满足高效率作业的需求。

实用新型内容

本实用新型实施方式提供了一种泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱及应用方法，其目的一是解决球座射孔联作管柱泵送时，较高泵送速度下管柱与电缆易脱离的问题；其目的二是现场配接管柱较繁琐、管柱内部线路连接较复杂、火工品使用要求高等难题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱，它包括自下至上依次串接的可溶全金属压裂球座、电动式坐封工具、预置式多簇射孔短节、井下数据采集短节、电缆丢手短节和电缆；

其中，预置式多簇射孔短节的数量与射孔目的层的数量相同。

进一步地，所述预置式多簇射孔短节由多簇射孔枪和射孔控制器组成，所述射孔控制器位于所述多簇射孔枪的上方，且多簇射孔枪和射孔控制器成套使用。

优选地，泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱还包括地面控制器，所述地面控制器通过电缆与电动式坐封工具、预置式多簇射孔短节、井下数据采集短节和电缆丢手短节分别电连接。

进一步地，所述电缆贯穿电缆丢手短节并自电缆丢手短节的下端引出，引出部分的电子线路与井下数据采集短节内的电子线路插接，而引出部分的电缆本体与井下数据采集短节的本体之间通过由壬连接，所述电缆的贯穿部分固定于电缆丢手短节的内腔。

优选地，所述井下数据采集短节采集井下多项参数并传输至地面控制器，多项参数包括温度、压力、井深和电缆张力。

进一步地，所述电动式坐封工具的下端与可溶全金属压裂球座通过螺纹连接或通过剪切销钉连接。

本实用新型还保护了一种泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱的应用方法，包括以下步骤：

步骤一，利用电缆下放泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱至水平井内，直至作业管柱到达预定位置；

步骤二，地面控制器通过电缆传输信号，启动电动式坐封工具，电动式坐封工具带动可溶全金属压裂球座坐封；

步骤三，上提作业管柱至第一射孔目的层，地面控制器通过电缆传输信号，启动预置式多簇射孔短节对第一射孔目的层进行多簇射孔作业；

步骤四，再次上提作业管柱至第二射孔目的层，重复步骤三，直至完成所有射孔目的层的射孔作业，结束后起出作业管柱，进行光套管压裂施工。

进一步地，步骤一所述利用电缆下放泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱至水平井内，直至作业管柱到达预定位置，具体包括：

作业管柱进入井筒后，在直井段依靠自重下放，到达造斜段后，自井斜30°位置开始，地面泵组泵送液体至井筒内，在液流的推力下推送作业管柱继续下入，直至到达预定位置。

进一步地，所述井下数据采集短节采集泵送过程中的井下参数，并传输至地面控制器，地面控制器根据接收的数据校核电缆的承载力，并调整液体的泵送排量，使液体在最大泵送推力下推动作业管柱以最大速度到达预定位置。

优选地，若作业过程中发生卡钻，地面控制器通过电缆传输信号，启动电缆丢手短节，进行丢手作业，在电缆丢手短节处定点脱离电缆与作业管柱，后续打捞遗留于井筒内的管柱。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本实用新型保护的作业管柱，采用可溶全金属压裂球座，未采使用常规或可溶橡胶材料，一方面可以提高球座射孔联作管柱的承载力，使其可承载较高的泵送流体推力；另一方面可溶全金属压裂球座的工具材质一致性较好，既能满足储层改造需求，也能实现溶解的均一性。

（2）相比火力坐封工具，电动坐封工具消减了常规火力坐封使用火工品产生的风险；同时，本实用新型采用的预置式多簇射孔短节无需现场连接控制线路，降低了现场连接电路控制系统造成短路、断路的风险；电动式坐封工具坐封时，不需额外提供电缆预留额外坐封专用线路，降低电缆使用要求。

（3）本实用新型的作业管柱可以实时获得管柱在井下的运行状态参数，从而可以在地面通过调整泵送排量，进而改变井下数据采集短节最大外径，增大工具节流面积，通过同步增大泵送排量和增大工具外径的作业使管柱获得较高的泵送推力，减小对球座冲刷，提高球座射孔联作管柱应对井下情况的能力，为保证施工成功率提供保证。

为让本实用新型的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱的结构示意图。

图2是泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱的实施流程图。

附图标记说明：

1.可溶全金属压裂球座；2.电动式坐封工具；3.预置式多簇射孔短节；4.井下数据采集短节；5.电缆丢手短节；6.电缆；

301.多簇射孔枪；302.射孔控制器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

需说明的是，在本实用新型中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱的上、下、左、右。

现参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

第一实施方式：

本实用新型的第一实施方式涉及一种泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱，参照图1，它包括自下至上依次串接的可溶全金属压裂球座1、电动式坐封工具2、预置式多簇射孔短节3、井下数据采集短节4、电缆丢手短节5和电缆6；

其中，预置式多簇射孔短节3的数量与射孔目的层的数量相同。

作业管柱的工作原理及工作过程如下：

利用电缆6下放泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱至水平井内，作业管柱进入井筒后，在直井段依靠自重下放，到达造斜段后，自井斜30°位置开始，地面泵组泵送液体至井筒内，在液流的推力下推送作业管柱继续下入，直至到达预定位置，地面控制器通过电缆6传输信号，启动电动式坐封工具2，电动式坐封工具2带动可溶全金属压裂球座1坐封，上提作业管柱至第一射孔目的层，地面控制器通过电缆6传输信号，启动预置式多簇射孔短节3对第一射孔目的层进行多簇射孔作业，再次上提作业管柱至第二射孔目的层，重复上述步骤，直至完成所有射孔目的层的射孔作业，结束后起出作业管柱，进行光套管压裂施工。

若在作业过程中发生卡钻，电缆9承载力不能应对处理情况时，启动电缆丢手短节5，实施丢手作业，在电缆丢手短节5处定点脱离管柱与电缆9，后续采用油管或连续油管等方式处理井下遗留管柱。

在本实施方式中，优选预置式多簇射孔短节3的数量与射孔目的层的数量相同，同时还有一种方案，即预置式多簇射孔短节3的数量比射孔目的层的数量多1个，多出的预置式多簇射孔短节3用于控制电动式坐封工具2工作，不需额外提供一条专线，使用单芯电缆也可完成作业。

随着可溶金属材料的发展，出现了可溶弹性金属，它能够替代可溶橡胶实现井筒封隔，进而出现了可溶全金属压裂球座，工具材质一致性较好，既能满足储层改造需求，也能实现溶解的均一性，因此，本实施方式采用的由可溶全金属制成的压裂球座，简化了溶解条件，为后续在较短时恢复井筒全通径提供必要的条件。

本实施方式采取的是电动式坐封工具2，相比火力坐封工具，电动坐封工具消减了常规火力坐封使用火工品产生的风险；预置式多簇射孔短节3用于电动坐封工具坐封时，不需额外提供电缆预留额外坐封专用线路，降低电缆使用要求。

同时，本实施方式采用的预置式多簇射孔短节无需现场连接控制线路，降低了现场连接电路控制系统造成短路、断路的风险。

第二实施方式：

与第一实施方式不同的是，在本实施方式中，预置式多簇射孔短节3由多簇射孔枪301和射孔控制器302组成，射孔控制器302位于多簇射孔枪301的上方，且多簇射孔枪301和射孔控制器302成套使用，电子元器件预置在射孔控制器302内部，并密封，射孔控制器302外部预留线路接口，且该短节可重复使用。

需要说明的是，预置式多簇射孔短节3是现有技术，可以根据油田的具体特征选取合适型号的产品，并不局限于某个型号，由于属于现有技术，结构和原理均是本领域常规技术，在此不作详细的说明。

泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱，还包括地面控制器，地面控制器通过电缆与电动式坐封工具、预置式多簇射孔短节、井下数据采集短节和电缆丢手短节分别电连接。

具体地，井下数据采集短节4采集井下多项参数并传输至地面控制器，多项参数包括温度、压力、井深和电缆张力，地面控制器根据接收的数据校核电缆6的承载力，并调整液体的泵送排量，进而改变井下数据采集短节4最大外径，增大工具节流面积，一方面使工具节流更多的过流液体，被动获得更大的推力，另一方面使液体在最大泵送推力下推动作业管柱以最大速度到达预定位置。

与预置式多簇射孔短节3类似地，本实施方式中的地面控制器是现有结构，可以市购获得，其具体的结构不作为本实用新型的保护点，在此不作详细的说明。

值得一提地是，电缆6贯穿电缆丢手短节5并自电缆丢手短节5的下端引出，引出部分的电子线路与井下数据采集短节4内的电子线路插接，而引出部分的电缆本体与井下数据采集短节4的本体之间通过由壬连接，电缆6的贯穿部分固定于电缆丢手短节5的内腔。

结合预置式多簇射孔短节3，可以看出，所有的线路连接均是预置连接完成的，无需现场连接，进而降低了现场连接电路控制系统造成短路、断路的风险，提高了送球座和多簇射孔的串联作业管柱在现场连接控制线路对环境的适应性和可靠性。

为了实现坐封后的丢手，电动式坐封工具2的下端与可溶全金属压裂球座1通过螺纹连接或通过剪切销钉连接，也可以是其他形式的连接，并不局限于此。

第三实施方式：

本实施方式公开了一种泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱的应用方法，适用于泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱，参照图2，包括以下步骤：

步骤一，利用电缆6下放泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱至水平井内，直至作业管柱到达预定位置；

步骤二，地面控制器通过电缆6传输信号，启动电动式坐封工具2，电动式坐封工具2带动可溶全金属压裂球座1坐封；

步骤三，上提作业管柱至第一射孔目的层，地面控制器通过电缆6传输信号，启动预置式多簇射孔短节3对第一射孔目的层进行多簇射孔作业；

步骤四，再次上提作业管柱至第二射孔目的层，重复步骤三，直至完成所有射孔目的层的射孔作业，结束后起出作业管柱，进行光套管压裂施工。

具体地，作业管柱进入井筒后，在直井段依靠自重下放，到达造斜段后，自井斜30°位置开始，管柱自重不足以克服管柱与井筒之间摩擦力，此时，需要通过地面泵组泵送液体至井筒内，利用液体在作业管柱端面产生的推力推送作业管柱继续下入，直至到达预定位置；泵送过程中，根据井下数据采集短节4采集的井下参数，地面控制器及时调整泵送排量，进而改变井下数据采集短节4最大外径，增大工具节流面积，一方面使工具节流更多的过流液体，被动获得更大的推力，另一方面使液体在最大泵送推力下推动作业管柱以最大速度到达预定位置，以期获得最大的泵送推力，即泵组排量，使球座射孔联作管柱尽快进入预定位置，提高施工效率，减少泵速介质用量。

井下数据采集短节4采集泵送过程中的井下参数，并传输至地面控制器，地面控制器根据接收的数据校核电缆6的承载力，并调整液体的泵送排量，进而改变井下数据采集短节4的最大外径，增大工具节流面积，一方面使工具节流更多的过流液体，被动获得更大的推力，另一方面使液体在最大泵送推力下推动作业管柱以最大速度到达预定位置。

正是由于地面控制器可以调整泵送排量，而可溶全金属压裂球座1具有高的承载力，可以承载较高的泵送流体推力，因而，本实施方式提供的作业管柱可以泵送球座，解决了球座射孔联作管柱泵送时，较高泵送速度下管柱与电缆易脱离，现场配接管柱较繁琐，管柱内部线路连接较复杂，火工品使用要求高等难题。

需要特别说明的是，上述所提的高速泵送并无具体的数值，而是相对电缆6的承载力和管柱在井下运移时实际承载的泵送推力，确保在电缆6的最大承载力内，使液体在最大泵送推力下推动作业管柱以最大速度到达预定位置。

但需要特别指出的是，本实施方式即适用于常规泵送球座（常规泵送电缆下放速度＜2000米/小时），也适用于高速泵送球座，高速泵送指泵送时，电缆下放速度＞2000米/小时。

若作业过程中发生卡钻，地面控制器通过电缆6传输信号，启动电缆丢手短节5，进行丢手作业（最大丢手力为电缆6的最大拉断力），在电缆丢手短节5处定点脱离电缆6与作业管柱，后续打捞遗留于井筒内的管柱。

综上所述，本实用新型提供的泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱，管柱结构紧凑，功能较为齐全，能够实时获得管柱在井下的运行状态参数，从而可以在地面通过调整泵送排量，增大管柱最大外径，使管柱获得较高的泵送推力，减小对球座冲刷，降低泵送球座和多簇射孔串联作业的作业风险。提高了送球座和多簇射孔的串联作业管柱在现场连接控制线路对环境的适应性和可靠性，通过降低电缆芯数，降低技术应用条件。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (6)

1.一种泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱，其特征在于：它包括自下至上依次串接的可溶全金属压裂球座（1）、电动式坐封工具（2）、预置式多簇射孔短节（3）、井下数据采集短节（4）、电缆丢手短节（5）和电缆（6）；

其中，预置式多簇射孔短节（3）的数量与射孔目的层的数量相同。

2.如权利要求1所述的泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱，其特征在于：所述预置式多簇射孔短节（3）由多簇射孔枪（301）和射孔控制器（302）组成，所述射孔控制器（302）位于所述多簇射孔枪（301）的上方，且多簇射孔枪（301）和射孔控制器（302）成套使用。

3.如权利要求1或2所述的泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱，其特征在于：还包括地面控制器，所述地面控制器通过电缆（6）与电动式坐封工具（2）、预置式多簇射孔短节（3）、井下数据采集短节（4）和电缆丢手短节（5）分别电连接。

4.如权利要求1所述的泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱，其特征在于：所述电缆（6）贯穿电缆丢手短节（5）并自电缆丢手短节（5）的下端引出，引出部分的电子线路与井下数据采集短节（4）内的电子线路插接，而引出部分的电缆本体与井下数据采集短节（4）的本体之间通过由壬连接，所述电缆（6）的贯穿部分固定于电缆丢手短节（5）的内腔。

5.如权利要求3所述的泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱，其特征在于：所述井下数据采集短节（4）采集井下多项参数并传输至地面控制器，多项参数包括温度、压力、井深和电缆张力。

6.如权利要求1所述的泵送球座和多簇射孔的串联作业管柱，其特征在于：所述电动式坐封工具（2）的下端与可溶全金属压裂球座（1）通过螺纹连接或通过剪切销钉连接。

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