专利名称：防砂卡喷砂器及其使用方法
技术领域：
本发明涉及油田井下工具技术领域，特别涉及一种防砂卡多层分层压裂管柱 及防砂-卡方法。
背景技术：
油田开发中为提高油气井产量，常需要压裂工艺进行改造。对于多层系油气 井常用分层压裂来改造，以提高单井产量。而分层压裂改造工艺需要通过分层压 裂管柱来实施。目前，油田所使用的分层压裂管柱根据工艺要求和管柱上所使用配套工具的 不同而不同，管柱上所使用的配套工具主要有封隔器、水力锚、喷砂器等。其中可脱开，也是目前使用得最多的，但卡管柱的风险很大， 一旦发生分层压裂施工管柱被砂卡则必须对施工并进行大修；脱节式就是可以脱开，在施工管柱发生砂 卡时，可以对分层压裂管柱进行分段起出，但脱节式管柱一但发生砂卡，都需要 分段打捞，所以对施工时降低了效率并增加了成本。国内目前采取的脱节式分层压裂管柱，较典型的是专利号200420092490.4和 200710099784.8所介绍的《可脱节三层压裂管柱》和《喷砂器可控脱节的多层分 层压裂管柱装置及可控脱节的方法》，管柱基本是由水力锚、上封隔器、l级可 退脱节喷砂器、中封隔器、2级可退脱节喷砂器、卡瓦封隔器等工具组成。在分 压过程中通过投钢球打压使滑套下行，使脱节喷砂器自动脱开成两段，在分压施 工完成后，上段随封隔器提出，下段需下专用工具边冲洗边打捞。所不同的是前一种管柱在压裂施工过程中就自动脱节，无论管柱是否砂卡都 需要分段打捞，是完全被动的；后一种管柱可根据起管柱情况判断是否砂卡而采 取可控方式控制脱节，相比要具有主动性。但两种方式在砂卡后都必须脱开管柱， 增加起管柱次数，降低了效率并增加了成本。总之，现有技术的缺陷在于 一般的分层压裂管柱因为没有脱节结构，全井管柱则无法正常起出，需要用倒扣、钻、磨、铣等大修方法才能起出，这样就会 造成修井作业时间长，施工成本高的结果；如果用可脱节分层压裂管往，虽然可 以采取分段沖砂打捞的方法依次起出井下管柱，但是，造成了工作量的增加和施 工时间延长的问题。发明内容针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种防砂卡喷砂器及其使用 方法，以解决现有分层压裂管柱分层作业后，由于砂卡导致起管柱时提升负荷过 大甚至完全卡死无法起出的情况，它利用连接在封隔器之间的防砂卡喷砂器完成 加砂压裂，挡砂和脱砂解卡的功能，起到一趟管柱完成多层压裂并能顺利起出管 柱的目的。为实现上述目的，本发明釆用的技术方案包括一种防砂卡喷砂器，包括从上至下依序连接的喷砂管、下中心管和下接头， 其特征在于所述的下中心管外壁从上至下设置有一个上皮碗盖、 一个活塞环和一个下皮 碗盖，所述的上皮碗盖采用销钉固定在下中心管外壁上，所述的下皮碗盖固定连 接在下中心管上，所述的活塞环套设在所述的下中心管上，并安装在所述的上皮碗盖和下皮石宛盖之间；所述的活塞环与防砂卡喷砂器内的液压管路相通，能够在 液压作用下沿下中心管的管壁向上移动。所述的上皮碗盖的外缘向下延伸形成挡部，所迷的下皮碗盖的外缘向上延伸 形成定位槽，在所述的挡部和定位槽中收折有一个由弹性材质制成的皮碗，所述 的皮碗的自由形状是上口大、下口小的喇叭状，且所述的皮碗的下口嵌设在所述 的定位槽中，所述的皮碗的上口弹性收折在所述的上皮碗盖的挡部内。较佳的技术方案中所述的皮碗呈碗状。较佳的技术方案中在所述的喷砂管内用剪钉固定有一个滑套芯子，在所述 的喷砂管外用剪钉固定有一个外滑套。较佳的技术方案中所述的下中心管螺接在所述的喷砂管下端，所述的下接 头螺设在所述的下中心管的下端。较佳的技术方案中所述的弹性材质是橡胶。较佳的技术方案中所述的下皮碗盖外设置有防止压裂动作对皮碗造成损害的过流通道。较佳的技术方案中所述的上封隔器、中封隔器和下级封隔器均采用卡瓦式 封隔器或无支撑式封隔器。为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括一种防砂卡喷砂器的使用方法，是配合一根分层压裂管柱使用，所述的分层 压裂管柱包括从上至下依序连接的水力锚、至少两个分隔器和坐封球座，每两个 相邻的分隔器之间连接有一个所述的防砂卡喷砂器，其特征在于，所述的使用方 法包括以下步骤(1 )在所述的封隔器坐封过程中，先利用液压推动活塞环沿下中心管的管壁 向上移动，以剪断固定着上皮碗盖的销钉，并使上皮碗盖上移，然后使得皮碗的 上口脱离上皮石宛盖的挡部的束缚，由于弹力而打开，以建立分层压裂施工的液流 通道，并防止压裂砂在封隔器上堆积；(2) 然后使用所述的防砂卡喷砂器进行各层压裂工作；(3) 压裂工作完成后，需要提起管柱时，直接上提管柱即可。 较佳的技术方案中步骤(3)中，如果砂子在皮碗上堆积较少时，皮碗可克服摩擦力和重力，随同管柱一同起出；当砂子在皮碗上堆积较多时，在砂子重力 和摩擦力的作用下，皮碗的下口将脱离下皮碗盖的定位槽，使得砂子松动从下接 头漏出，砂卡松动后，即可解除因砂埋死造成的封隔器无法解封，然后可直接起 出管柱。与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是在皮碗打开后，压裂或地层 砂直接皮碗上堆积，避免在封隔器上堆积造成砂卡。当上提管柱，如果砂子在皮 碗上堆积较少时，可克服摩擦力直接起出；当砂子在皮碗上堆积较多时，在砂子 重力和摩擦力等作用下皮碗脱离防砂工具的中心管和下皮碗盖，砂子松动从下接 头漏出，砂卡松动后可解除因砂埋死造成的封隔器无法解封，然后可直接起出管 柱。整个压裂施工过程与常规分层压裂施工工艺一致，不增加施工难度，同时起 管柱时无需多次解卡，直接上提管柱就可实现自动解卡，防砂卡喷砂器可根据分 层需要可配多级。
图1为本发明的防砂卡多层分层压裂管柱结构示意图；图2是本发明的防砂卡喷砂器结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的形状、构造以及特点能够更好地被理解，以下将通过较佳实 施例并结合附图对本发明进行详细说明。为了使本发明的结构更加清晰，所述的 附图有可能在绘制过程中改变了实际的比例关系，这不应当被理解为对本专利申 请的限定。如图1所示，是防砂卡多层分层压裂管柱的一个较佳实施例，所述的管柱包括从上至下依序连接的水力锚101、上级封隔器102、上防砂卡喷砂器103、中级 封隔器104、下防砂卡喷砂器105、下级封隔器106和坐封球座107。水力锚101用于克服管柱在压力作用下产生的向上的顶力，保持管柱稳定； 上、中、下三级封隔器102、 104、 106用于密封套管与油管间的环形空间，以实 现分层压裂施工，封隔器102、 104、 106可用卡瓦式封隔器或无支撑式封隔器； 上、下防砂卡喷砂器103、 105用于分别建立分层压裂施工的液流通道和防止压裂 砂在封隔器上堆积；坐封球座107用于封隔器液压坐封，并建立下层压裂的液流 通道。如图2所示，所述的上、下防砂卡喷砂器103、 105,它包括有喷砂管1、 滑套芯子4、外滑套5，下中心管6、上皮碗盖8、活塞环9、皮碗10、下皮碗盖 ll和下接头12,所述的滑套芯子4设置在喷砂管1内，用剪钉3固定，所述的外 滑套5套设在喷砂管1外，用剪钉2固定。所述的下中心管6螺接在所述的喷砂 管1下端，所述的下接头12螺设在所述的下中心管6的下端。其中所述的上皮 碗盖8用销钉7连接在下中心管6外，所述的下皮碗盖11设置在上皮碗盖8的下 方，并通过螺紋连接在下中心管6上， 一个活塞环9套设在所述的下中心管6上， 并安装在所述的上皮碗盖8和下皮碗盖11之间，所述的活塞环9与防砂卡喷砂器 内的液压管路相通，能够在液压作用下沿下中心管6的管壁向上移动。所述的上 皮碗盖8的外缘向下延伸形成挡部，所述的下皮碗盖11的外缘向上延伸形成定位 槽，所述的皮碗IO是采用弹性材质(如橡胶)制成，其自由形状是上口大、下口 小的喇叭状(最好呈碗状)，所述的皮碗IO的下口嵌设在所述的定位槽中，所述 的皮碗10的上口弹性收折在所述的上皮碗盖8的挡部内。以下介绍上述防砂卡喷砂器的使用方法，其是配合一根分层压裂管柱使用，所述的分层压裂管柱包括从上至下依序连接的水力锚、至少两个分隔器和坐封球 座，每两个相邻的分隔器之间连接有一个所述的防砂卡喷砂器，所述的使用方法包括以下步骤(1) 在所述的封隔器坐封过程中，先利用液压推动活塞环9沿下中心管6 的管壁向上移动，以剪断固定着上皮碗盖8的销钉7，并使上皮碗盖8上移，然 后使得皮碗10的上口脱离上皮碗盖8的挡部的束縛，由于弹力而打开，并贴在套 管壁上，以建立分层压裂施工的液流通道，并防止压裂砂在封隔器上堆积；(2) 然后进行压裂工作，是通过分别投不同大小的球，低压打开控制压力的 滑套芯子4，提高压力以打开外滑套5进行压裂；(3) 压裂工作完成后，需要提起管柱时，直接上提管柱即可。此时，如果砂 子在皮碗IO上堆积较少时，皮碗IO可克服摩擦力和重力，随同管柱一同起出； 当砂子在皮碗IO上堆积较多时，在砂子重力和摩擦力的作用下，皮碗10的下口 将脱离下皮碗盖11的定位槽，使得砂子松动从下接头12漏出，砂卡松动后，即 可解除因砂埋死造成的封隔器无法解封，然后可直接起出管柱。与现有技术相比较，本发明优点在于在皮碗10打开后，压裂或地层砂直接 皮碗10上堆积，避免在封隔器上堆积造成砂卡。当上提管柱，如果砂子在皮碗 IO上堆积较少时，可克服摩擦力直接起出；当砂子在皮碗IO上堆积较多时，在 砂子重力和摩擦力等作用下皮碗IO脱离防砂工具的中心管和下皮碗盖11，砂子 松动从下接头12漏出，砂卡松动后可解除因砂埋死造成的封隔器无法解封，然后 可直接起出管柱。整个压裂施工过程与常规分层压裂施工工艺一致，不增加施工 难度，同时起管柱时无需多次解卡，直接上提管柱就可实现自动解卡，防砂卡喷 砂器可根据分层需要可配多级。需要补充说明的是在压裂过程中，由于下皮碗盖ll外设计有过流通道(图中未示)，压裂时不 会对皮碗10造成损害；以上实施例中，仅以三层措施层为例(使用两级防砂卡喷砂器)说明防砂卡 多层分层压裂管柱的结构和使用方法，但实际上，可根据压裂施工层数需要连接 使用一级、两级、三级甚至更多级的防^砂、卡喷妙、器；本发明的实施方式中，所述的上封隔器、中封隔器和下级封隔器106采用卡 瓦式封隔器或无支撑式封隔器均可。以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员 理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化 或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种防砂卡喷砂器，包括从上至下依序连接的喷砂管、下中心管和下接头，其特征在于所述的下中心管外壁从上至下设置有一个上皮碗盖、一个活塞环和一个下皮碗盖，所述的上皮碗盖采用销钉固定在下中心管外壁上，所述的下皮碗盖固定连接在下中心管上，所述的活塞环套设在所述的下中心管上，并安装在所述的上皮碗盖和下皮碗盖之间；所述的活塞环与防砂卡喷砂器内的液压管路相通，能够在液压作用下沿下中心管的管壁向上移动；所述的上皮碗盖的外缘向下延伸形成挡部，所述的下皮碗盖的外缘向上延伸形成定位槽，在所述的挡部和定位槽中收折有一个由弹性材质制成的皮碗，所述的皮碗的自由形状是上口大、下口小的喇叭状，且所述的皮碗的下口嵌设在所述的定位槽中，所述的皮碗的上口弹性收折在所述的上皮碗盖的挡部内。
2、 根据权利要求1所述的防砂卡喷砂器，其特征在于所述的皮碗呈碗状。
3、 根据权利要求1所述的防砂卡喷砂器，其特征在于在所述的喷砂管内 用剪钉固定有一个滑套芯子，在所述的喷砂管外用剪钉固定有一个外滑套。
4、 根据权利要求1所述的防砂卡喷砂器，其特征在于所述的下中心管螺 接在所述的喷砂管下端，所述的下接头螺设在所述的下中心管的下端。
5、 根据权利要求1所述的防砂卡喷砂器，其特征在于所述的弹性材质是 橡胶。
6、 根据权利要求1所述的防砂卡喷砂器，其特征在于所述的下皮碗盖外 设置有防止压裂动作对皮碗造成损害的过流通道。
7、 根据权利要求1所述的防砂卡喷砂器，其特征在于所述的上封隔器、 中封隔器和下级封隔器均采用卡瓦式封隔器或无支撑式封隔器。
8、 一种如权利要求1所述的防砂卡喷砂器的使用方法，是配合一根分层压 裂管柱使用，所述的分层压裂管柱包括从上至下依序连接的水力锚、至少两个 分隔器和坐封球座，每两个相邻的分隔器之间连接有一个所述的防砂卡喷砂器， 其特征在于，所述的使用方法包括以下步骤(1)在所述的封隔器坐封过程中，先利用液压推动活塞环沿下中心管的管 壁向上移动，以剪断固定着上皮碗盖的销钉，并使上皮碗盖上移，然后使得皮 碗的上口脱离上皮碗盖的挡部的束縛，由于弹力而打开，以建立分层压裂施工的液流通道，并防止压裂砂在封隔器上堆积；(2) 然后使用所述的防砂卡喷砂器进行各层压裂工作；(3) 压裂工作完成后，需要提起管柱时，直接上提管柱即可。 9、根据权利要求8所述的防砂卡喷砂器的使用方法，其特征在于步骤(3)中，如果砂子在皮碗上堆积较少时，皮碗可克服摩擦力和重力，随同管柱一同 起出；当砂子在皮碗上堆积较多时，在砂子重力和摩擦力的作用下，皮碗的下 口将脱离下皮碗盖的定位槽，使得砂子松动从下接头漏出，砂卡松动后，即可 解除因砂埋死造成的封隔器无法解封，然后可直接起出管柱。
全文摘要
本发明是一种防砂卡喷砂器，包括喷砂管、下中心管和下接头，所述的下中心管外壁从上至下设置有一个上皮碗盖、一个活塞环和一个下皮碗盖，所述的上皮碗盖采用销钉固定在下中心管外壁上，所述的活塞环与防砂卡喷砂器内的液压管路相通，能够在液压作用下沿下中心管的管壁向上移动；所述的上皮碗盖的外缘向下延伸形成挡部，所述的下皮碗盖的外缘向上延伸形成定位槽，在所述的挡部和定位槽中收折有一个由弹性材质制成的皮碗，所述的皮碗的自由形状是上口大、下口小的喇叭状。当砂子在皮碗上堆积较多时，在砂子重力和摩擦力等作用下，皮碗脱离定位槽，砂卡消除，管柱可直接起出管柱。
文档编号E21B43/26GK101328799SQ20081013285
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月11日 优先权日2008年7月11日
发明者波 刘, 军 张, 进 张, 湛精华 申请人:武汉亿斯达工具有限公司