一种井下触发滑套控制系统及控制方法与流程

本发明属于油气田增产改造技术领域，尤其涉及一种井下触发滑套控制系统及控制方法。

背景技术：

国内油气供应不足的矛盾越来越突出，石油可采、易采储量不断减少，勘探开发正向深层、非常规隐蔽油藏发展，地层越来越复杂，层间差异大，多数储层在完井过程中需要压裂酸化改造，压裂酸化改造成为解决层间矛盾、提高油层动用程度、挖掘层间潜力最有效的措施。随着技术发展，现有油气井通常采用分段压裂酸化工艺，但目前没有一种可靠的压裂酸化工艺技术能够兼顾高效、全通径和避免井下复杂情况等方面，导致目前分段压裂酸化施工效率不高、井下复杂情况多等问题。虽然目前已研发出远程控制智能滑套，可以极大地提高施工效率，但由于成本高昂，故障率高，难以在现场大规模应用。国内油气供应不足的矛盾越来越突出，石油可采、易采储量不断减少，勘探开发正向深层、非常规隐蔽油藏发展，地层越来越复杂，层间差异大，多数储层在完井过程中需要压裂酸化改造，压裂酸化改造成为解决层间矛盾、提高油层动用程度、挖掘层间潜力最有效的措施。随着技术发展，现有油气井通常采用分段压裂酸化工艺，对于这种工艺，如何在快速建立井筒与地层之间沟通通道的前提下提高分段压裂酸化工艺的施工效率，减少井下复杂情况和后期修井作业影响是一项重点要解决的问题。滑套作为一种可以沟通/隔离油气井与地层流体的井下工具，同时射孔作为一种可以沟通/隔离油气井与地层流体的方法，目前均广泛应用于水平井分段压裂酸化作业管柱中。对于滑套，目前油田水平井分段压裂酸化采用机械式投球滑套，打开每一级滑套都需要投入对应尺寸的压裂球，施工时从下到上逐层投球打开各层滑套，每一级滑套球座内径及压裂球内径均不相同，从下到上，滑套球座和压裂球内径逐级增大，这种滑套结构复杂，通径小，且压裂级数有限；并且当储层后期产水，滑套无法实现关闭封堵，导致油气井产能降低甚至报废。例如，中国专利文献公开的“一种投球开启自锁滑套”，公开号：CN201972661U，公开日期：2011年09月14日，该专利阐述了在水平井段作业时投球开启压裂喷砂通道，并锁定保持生产通道畅通，但仍采用投球分段，分段数受限。专利“双打开压差滑套”，公开号：CN201723198U，公开日期：2011年01月26日，该实用新型是利用压差推动上、下液缸分别向上下移动，打开通道，可以解决投球滑套不能用于水平裸眼井分段压裂、酸化工具管柱第一段的问题，但仍无法解决分段受限问题。基于此，又开发出一些新的机械式可开关滑套，这类滑套在压裂酸化施工时，可通过投球或下入连续油管带开关工具打开滑套，当储层后期产水，需要关闭滑套时，下入连续油管带开关工具关闭滑套。例如专利“一种选择性开关滑套组件中的智能型滑套”，公开号：CN202125290U，公开日期：2012年01月25日，该实用新型是利用下入专用开关工具，打开和关闭滑套。这类滑套的最大问题在于连续油管带开关工具开关滑套需要使用连续油管设备，作业费用高，且连续油管作业需要花费大量时间，该方法操作复杂，施工周期长，成本很非常高。基于此，又开发出可远程控制的电动滑套，例如专利“用于水平井分段压裂酸化改造的地面控制井下滑套”，公开号：CN104088604A，公开日期：2014年10月08日，该发明专利通过在地面发送控制指令远程控制井下滑套的打开和关闭。这类滑套虽然操作简便，节省时间，但是结构复杂，成本高，且易出现故障，并且受到设计尺寸限制，无法满足管柱全通径的要求。对于射孔，目前油气田水平井分段压裂酸化常采用射孔枪分簇射孔和水力喷射射孔两种方法。射孔枪分簇射孔通常结合桥塞一起应用，实现逐层射孔和层间封隔。例如专利“一种免钻塞的泵入式水力桥塞分段压裂方法”，公开号：CN104564003A，公开日期：2015年04月29日，该发明专利通过射孔枪分簇射孔和桥塞联作方式，实现每一层的射孔、压裂、封隔联作。但每一层都要下入联作管柱，增加了作业时间和成本；同时如果遇到套管变形的问题，则会导致射孔枪和桥塞无法下入到位，影响后续施工。对于水力喷射射孔方式，利用水力封隔原理实现射孔和压裂联作，效率较高，例如专利“一种压裂酸化用不动管柱水力喷射工艺及其管柱”，公开号：CN103075139A，公开日期：2013年05月01日，但由于压裂施工时有油管或连续油管在井筒内，施工最大排量受到限制，难以满足体积压裂的需要。综上，国外水平井分段压裂酸化改造工艺中，最新的滑套控制方法是在施工时投球依次打开各级滑套并施工，待各层施工全部完成后，反排压裂球并钻掉各投球滑套中的球座，进行生产；在生产过程中，如遇某一层位或某些层位出水，则下连续油管带滑套开关工具关闭对应层位的滑套；这种技术能够实现开关滑套，但分段级数有限；国内水平井分段压裂酸化改造工艺中，普遍应用的也是投球式滑套。但相较于国外同类产品，这类滑套不具备后期可关闭的功能。并且现有投球滑套操作则需要等待地面投球落到滑套球座所花费的时间，时效性上较差。而对于目前最新的射孔方法，就是采用射孔枪分簇射孔和水力喷射射孔，两种方法也均需要下入射孔枪或射孔管柱，不仅增加作业时间，也会遇到井下复杂情况，其中水力喷射射孔还受到施工排量限制。

综上所述，目前远程控制智能滑套存在成本高昂，故障率高，难以在现场大规模应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种井下触发滑套控制系统及控制方法，旨在解决当前油气井增产改造采用分段压裂+射孔桥塞连作工艺由于套管变形带来的施工进度严重滞后问题，并省去下桥塞和射孔的时间和成本，极大地提高油气井增产改造效率的问题。

本发明是这样实现的，一种井下触发滑套控制方法，所述井下触发滑套控制方法在地面发送电磁波的方式向井下触发滑套发送控制指令；通过火药燃爆的方式开启滑套；火药燃爆的方式推动活塞杆，使之向上运动，打开井下触发滑套。本发明能够远程实时控制井下触发滑套的打开，省去了现有井下滑套需要投球或者下入连续油管打开的程序，节省了大量时间和成本；同时，井下触发滑套是一种全通径滑套，不会为后续作业和生产产生任何干扰。

进一步，所述井下触发滑套控制方法通过在喷射孔外端安装弹性膜，在由喷射孔和活塞杆通过两端的密封圈构成的腔体内注满平衡液的方式，确保固井水泥浆在固井过程中不会通过喷射孔进入井下触发滑套腔体内。

进一步，所述火药燃爆包括固体、液体、气体、气液混合物、固液混合物、气固混合物、气液固混合物通过点火燃烧产生高压气体的方式。

进一步，所述的地面电磁波发送方式，当现场只有一口油气井时，选择油气井的套管或油管以及另一根接地金属杆分别作为垂直偶极子天线发射方式的两个电极，井口和金属杆作为电极接口；当现场满足双井眼条件时，可选择任意两口井的套管(主要指油层套管)或油管作为垂直偶极子天线发射方式的两个电极，两口井的井口作为电极接口。

本发明的另一目的在于提供一种所述井下触发滑套控制方法的井下触发滑套控制系统，所述井下触发滑套控制系统包括：

信号发送系统，用于发送电磁波；地面信号发送系统采用垂直偶极子天线方式，包括地面电磁波信号控制及激励设备、电极等，当现场只有一口油气井时，选择油气井的套管或油管以及另一根接地金属杆分别作为垂直偶极子天线发射方式的两个电极，井口和金属杆电极作为电极接口，如图2所示；当井场有2口或更多井时，任意选择其中两口井的井口作为垂直偶极子天线发射方式的两个电极接口，如图3所示；

井下信号接收系统，通过电磁波与信号发送系统通信；用于接收信号发送系统发射的电磁波信号；井下安装的磁通门传感器接收地面发送的电磁波信号，并把接收到的信号发送至井下控制电路板。

井下信号处理及控制系统，用于实现电磁波信号的处理；井下控制电路板对磁通门传感器接收到的信号进行调理、滤波等处理，提取出控制信息并与自身事先设定的指令进行对比，如果一致，则认为接收到控制指令，继而控制点火器点火；

驱动源点火，用于实现点火；驱动源就是火药，点火器点燃火药，火药燃爆，产生的高压气体推动井下触发滑套的活塞杆移动。

执行机构，用于完成滑套打开动作。执行机构就是井下触发滑套的活塞杆。

所述井下触发滑套控制方法包括：在地面发送电磁波的方式向井下触发滑套发送控制指令；井下触发滑套接收到正确的控制指令后，控制点火器引爆火药筒，完成滑套开启动作；首先通过地面电磁波信号发射设备把控制命令以载波形式加载到低频正弦电磁波信号中进行放大并发射出去，其中控制命令为一组3位，4位，5位，6位，7位，8位，9位，10位数或1000位以内的更高位数的二进制编码；井下磁通门传感器接收到这个带有控制命令的电磁波载波信号，并把信号发送至井下控制电路板，井下控制电路板经过信号放大、滤波等处理，把载波信号中的控制命令提取出来，并与井下控制电路板预设的控制指令进行对比，如果地面发送的控制命令与井下控制电路板预设的控制指令不一致，则井下控制电路板不向点火器输出点火指令，如果地面发送的控制命令与井下控制电路板预设的控制指令一致，则井下控制电路板向点火器输出点火指令，点火器点火。

所述井下触发滑套控制系统进一步包括：活塞杆；

活塞杆通过火药腔两端的密封圈密封火药腔体及其内的火药筒；活塞杆通过喷射孔两端的密封圈封隔井筒内和环空流体，每个喷射孔外端均安装上弹性膜，并向由喷射孔和活塞杆通过两端的密封圈构成的腔体内注满平衡液；保护壳通过密封圈把井下控制电路板和电池组密封在控制腔壳体上的控制腔内；井下控制电路板控制点火器点火，点燃火药筒，火药筒燃爆，产生高压气体，推动活塞杆向上运动，实现井下触发滑套开启。

本发明提供的井下触发滑套控制系统及控制方法，通过火药燃爆的方式推动活塞杆，使之向上运动，打开井下触发滑套；火药燃爆泛指各种形式的可燃物(包括固体、液体、气体、气液混合物、固液混合物、气固混合物等)通过点火燃烧产生高压气体的方式。通过在地面发送电磁波的方式向井下触发滑套发送控制指令。通过在喷射孔外端安装弹性膜，在由喷射孔和活塞杆通过两端的密封圈构成的腔体内注满平衡液的方式，确保固井水泥浆在固井过程中不会通过喷射孔进入井下触发滑套腔体内。

附图说明

图1是本发明实施例提供的井下触发滑套控制系统结构示意图，a：滑套关闭状态，b：滑套开启状态；

图2是本发明实施例提供的地面电磁波控制井下触发滑套示意图；

图3是本发明实施例提供的施工现场具备双井眼条件的地面电磁波控制井下触发滑套示意图；

图4是本发明实施例提供的井下触发滑套状态示意图。

图中：1、上接头；2、保护壳；3、点火器；4、磁通门传感器；5、井下控制电路板；6、喷射孔；7、控制腔壳体；8、火药筒；9、泄压孔；10、电池组；11、密封圈；12、活塞杆；13、弹性膜；14、平衡液；15、井口；16、地面电磁波信号控制及激励设备；17、电极；18、井眼；19、固井水泥；20、第一井下触发滑套；21、第二井下触发滑套；22、套管；23、第n井下触发滑套；24、信号发送系统；25、井下信号接收系统；26、井下信号处理及控制系统；27、驱动源点火；28、执行机构；29、双井场电极1；30、双井场井眼1；31、双井场电极2；32、双井场井眼2。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在现场施工中，通常随套管或油管一次性下入多个井下触发滑套，为保证每个井下触发滑套的独立控制开启，在下井前提前为每个滑套设置不同的控制指令，每个滑套都在持续检索地面发送的电磁波信号，只有当接收到的电磁波信号与自身设置的控制指令相匹配时，滑套才会动作。

所述的地面电磁波发送方式，当现场只有一口油气井时，选择油气井的套管22以及另一根接地电极17分别作为垂直偶极子天线发射方式的两个电极，井口15和电极17作为电极接口，如图2所示；当现场满足双井眼条件时，可选择任意两口井的套管或油管作为垂直偶极子天线发射方式的两个电极，两口井的井口(双井场电极1 29和双井场电极2 31)作为电极接口，如图3所示。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图4所示，本发明实施例提供的井下触发滑套控制系统包括：信号发送系统24、井下信号接收系统25、井下信号处理及控制系统26、驱动源点火27、执行机构28。

信号发送系统24，用于发送电磁波。

井下信号接收系统25，通过电磁波与信号发送系统24通信；用于接收信号发送系统24发射的电磁波信号。

井下信号处理及控制系统26，用于实现电磁波信号的处理。

驱动源点火27，用于实现点火。

执行机构28，用于完成滑套打开动作。

首先通过地面电磁波信号发射设备把控制命令以载波形式加载到低频正弦电磁波信号中进行放大并发射出去，其中控制命令为一组3位，4位，5位，6位，7位，8位，9位，10位数或1000位以内的更高位数的二进制编码；井下磁通门传感器接收到这个带有控制命令的电磁波载波信号，并把信号发送至井下控制电路板，井下控制电路板经过信号放大、滤波等处理，把载波信号中的控制命令提取出来，并与井下控制电路板预设的控制指令进行对比，如果地面发送的控制命令与井下控制电路板预设的控制指令不一致，则井下控制电路板不向点火器输出点火指令，如果地面发送的控制命令与井下控制电路板预设的控制指令一致，则井下控制电路板向点火器输出点火指令，点火器点火。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

如图1所示，井下触发滑套在井下的初始状态是处于关闭状态，活塞杆12通过喷射孔6两端的密封圈封隔井筒内和环空流体，每个喷射孔6外端均安装上弹性膜13，并向由喷射孔6和活塞杆12通过两端的密封圈构成的腔体内注满平衡液。保护壳2通过密封圈把井下控制电路板5和电池组10密封在控制腔壳体上的控制腔内。当操作人员需要开启井下触发滑套时，在地面向井下发送控制信号，井下触发滑套接收到控制信号后，井下控制电路板5控制点火器3点火，点燃火药筒8，火药筒8燃爆，产生高压气体，推动活塞杆12向上运动，实现井下触发滑套开启。

本发明通过火药燃爆的方式开启滑套的方法；通过火药燃爆的方式推动活塞杆，使之向上运动，打开井下触发滑套；这里的火药燃爆泛指各种形式的可燃物(包括固体、液体、气体、气液混合物、固液混合物、气固混合物等)通过点火燃烧产生高压气体的方式。通过在地面发送电磁波的方式向井下触发滑套发送控制指令。通过在喷射孔外端安装弹性膜，在由喷射孔和活塞杆通过两端的密封圈构成的腔体内注满平衡液的方式，确保固井水泥浆在固井过程中不会通过喷射孔进入井下触发滑套腔体内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。