本发明属于石油天然气开采设备领域，具体涉及一种压裂及控水生产的联合实施管柱及方法。
背景技术：
分段压裂完井技术是一种常用的油田增产方法，其能够明显提高储层的渗透率，以达到提高油井产量的目的。在分段压裂作业之后，现有技术中为了解决后期生产控水困难的问题，主要通过在管柱上设置可开关的压裂滑套，并通过将携带有开关工具的连续油管插入管柱中来选择性地开启或关闭可开关压裂滑套，以实现控水生产。但是，当油井的深度较深时，例如油井的深度超过7500米时，由于受到连续油管的长度和材料强度的限制，上述控水方法不再适用，使得深度超过7500米的油井无法实现控水生产，导致此类油井的产油量较低。
技术实现要素：
基于上述问题，本发明的目的是提供一种压裂及控水生产的联合实施管柱及方法，通过使用该联合实施管柱，在油井的深度较深时也能够实现控水生产，从而提高深度较深的油井的产油量。
本发明提供一种压裂及控水生产的联合实施管柱，其包括管柱本体、设于所述管柱本体的一端的悬挂封隔器和设于所述管柱本体的另一端的球座，以及设于所述管柱本体上且位于所述悬挂封隔器和球座之间的若干个裸眼封隔器、若干个自闭式压裂滑套和若干个可开关式流入控制装置；其中，在每两个相邻的所述裸眼封隔器之间均设有所述自闭式压裂滑套和所述可开关式流入控制装置，在所述球座和与其最接近的所述裸眼封隔器之间也设有所述自闭式压裂滑套和所述可开关式流入控制装置。
优选地，所述可开关式流入控制装置包括：控水组件，其包括与所述管柱本体相连通的第一中心管、套设于所述第一中心管上的外管和设置在所述第一中心管内的第一滑动管，所述外管的一端与所述第一中心管连接，所述外管与所述第一中心管之间形成第一环形流道，所述第一滑动管在所述第一中心管内具有第一位置和第二位置，所述第一中心管上对应第二位置处的外壁上开设有通孔；进水组件，其一端与所述外管的另一端密封连接，用于将来自油层的流体导入所述第一环形流道；其中，当所述第一滑动管处于第一位置时，所述第一滑动管敞开所述通孔并使所述第一环形流道与所述第一中心管连通，以允许来自所述油层的流体能够在依次经过所述进水组件、第一环形流道和通孔之后进入所述第一中心管内；当所述第一滑动管处于第二位置时，所述第一滑动管封堵所述通孔，使得来自所述油层的流体无法进入所述第一中心管内。
优选地，在所述第一中心管的内壁上设有沿着轴向间隔开且依次远离所述进水组件的第一定位槽、第二定位槽和限位槽，在所述第一滑动管的两端分别设有第一弹性卡爪和第二弹性卡爪，其中，当所述第一滑动管处于第一位置时，所述第一弹性卡爪卡合于所述第一定位槽内，所述第二弹性卡爪卡合于所述第二定位槽内，当所述第一滑动管处于第二位置时，所述第一弹性卡爪卡合于所述第二定位槽内，所述第二弹性卡爪卡合于限位槽内。
优选地，所述进水组件包括筛管、对接插头和与所述管柱本体相连通的第二中心管，所述筛管和对接插头沿着所述第二中心管的轴向依次套设并连接于所述第二中心管上，所述筛管和对接插头的第一端连接，所述对接插头的第二端插入所述外管内并与所述外管的内周壁密封连接，所述第二中心管露出所述对接插头的第二端并与所述第一中心管连接；所述筛管和对接插头共同与所述第二中心管之间形成第二环形流道，所述第二环形流道与所述第一环形流道连通，油层中的流体能够通过所述筛管之后依次进入所述第二环形流道和第一环形流道。
优选地，设于所述球座和与裸眼封隔器之间的所述自闭式压裂滑套为压差式开关滑动，其余的所述自闭式压裂滑套均为投球式开关滑套。
优选地，所述自闭式压裂滑套包括与所述管柱本体相连的第三中心管、设于所述第三中心管内且能够沿着所述第三中心管的轴向往复运动的第二滑动管、用于驱动所述第二滑动管的驱动组件以及设于所述第三中心管内的弹性复位构件，所述第三中心管的侧壁上设有能够连通所述第三中心管的内腔和地层的压裂孔；其中，当所述第三中心管内的压力大于预设开启压力时，所述驱动组件能够驱动所述第二滑动管从关闭所述压裂孔的位置移动到打开所述压裂孔的位置；当所述第三中心管内的压力减小到小于预设开启压力时，所述第二滑动管能够在所述弹性复位构件的作用下从打开所述压裂孔的位置推动到关闭所述压裂孔的位置。
根据本发明的压裂及控水生产的联合实施管柱，首先根据渗透率沿水平井的分布规律，通过球座和裸眼封隔器将油井分隔成多个出油段，各个出油段均形成相对独立的流动空间。在各个出油段中分别设置自闭式压裂滑套来进行分段压裂，分段压裂能够提高储层的渗透率，达到提高油井产量的效果。另外，在上述各个出油段中设置可开关式流入控制装置，以实现对水平井的分段控水，从而均衡水平井的压力剖面，使得非均质储集层均匀出油，从而达到延缓底水锥进，提高油气井产油量和采收率。本发明的联合实施管柱通过将可开关式流入控制装置应用到通过分段压裂而分隔出的各个出油段中，避免了使用连续油管不断开启或关闭压裂滑套的方式来实现控水生产，控水生产不再受油井深度的限制，即使是深度大于7500m的油井，也能够控水生产，大幅度地提高了油井的产油量。进一步地，通过自闭式压裂滑套和可开关式流入控制装置的设置，既能够有效防止流入控制装置对压裂作业的影响，又能够有效防止压裂滑套对控水生产的影响。此外，本发明的压裂及控水生产的联合实施管柱的结构简单，使用安全可靠，便于广泛地推广应用。
本发明还提供一种压裂及控水生产的联合实施方法，其包括以下步骤：
步骤1、通过钻杆将与其相连的上述联合实施管柱下入油井中，并在执行替浆作业后座封所述悬挂封隔器和每个所述裸眼封隔器，再利用回插管柱替换所述钻杆；
步骤2、向所述回插管柱内注入压裂液并投入憋压球，以执行分段压裂作业，按照由靠近所述球座到远离所述球座的顺序，依次打开所述自闭式压裂滑套，并保证在前一个所述自闭式压裂滑套被关闭之后，后一个所述自闭式压裂滑套再被开启；
步骤3、迫使所述憋压球跟随压裂液一起反排到地面，再通过各个所述可开关式流入控制装置实现控水生产。
根据本发明的压裂及控水生产的联合实施方法，其通过采用本发明的联合实施管柱来进行压裂及控水生产，能够在油井的深度较深时也可以实现控水生产，从而提高深度较深的油井的产油量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例的联合实施管柱的结构示意图；
图2为本发明实施例的联合实施管柱的可开关式流入控制装置的结构示意图；
图3为图2中的a部的放大示意图。
附图标记说明：1、管柱本体；2、悬挂封隔器；3、球座；4、裸眼封隔器；5、自闭式压裂滑套；6、可开关式流入控制装置；61、控水组件；62、进水组件；611、第一中心管；612、外管；613、第一滑动管；614、通孔；615、第一定位槽；616、第二定位槽；617、限位槽；618、第一弹性卡爪；619、第二弹性卡爪；621、第二中心管；622、筛管；623、对接插头。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
为了使本发明的目的、技术方案和效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。
图1为本发明实施例的联合实施管柱的结构示意图，如图1所示，该联合实施管柱包括管柱本体1、悬挂封隔器2、球座3、若干个裸眼封隔器4、若干个自闭式压裂滑套5和若干个可开关式流入控制装置6。悬挂封隔器2设于管柱本体1的一端，而球座3设于管柱本体1的另一端。若干个裸眼封隔器4、若干个自闭式压裂滑套5和若干个可开关式流入控制装置6均设于管柱本体1上且位于悬挂封隔器2和球座3之间的。其中，在每两个相邻的裸眼封隔器4之间均设有自闭式压裂滑套5和可开关式流入控制装置6，在球座3和与其最接近的裸眼封隔器4之间也设有自闭式压裂滑套5和可开关式流入控制装置6。
上述自闭式压裂滑套5是指无需通过连续油管等工具就能自动关闭压裂孔的压裂滑套，现有技术中主要通过管柱本体1内的压力变化来实现压裂滑套的自动关闭，自闭式压裂滑套5的具体结构将在下文中予以阐述。流入控制装置(inflowcontroldevices,简称为icd)能够产生附加压降，其根据流体通过时的摩擦阻力来产生额外附加压力。流体的流量与附加压力降成正比，通过流入控制装置的流体的流量越大，则产生的附加压降越大，因此可以自动调节流量，使得水平井的各个出油段的流量趋于平衡。在本发明中，将流入控制装置改进为可开关式的。当压裂作业时，关闭可开关式流入控制装置6，可以避免压裂液从可开关式流入控制装置6进入地层；当进行控水生产时，关闭自闭式压裂滑套5，可以避免地层中的水从压裂滑套中进入管柱本体1内，避免其影响控水效果。
根据本发明的压裂及控水生产的联合实施管柱，首先根据渗透率沿水平井的分布规律，通过球座3和裸眼封隔器4将油井分隔成多个出油段，各个出油段均形成相对独立的流动空间。在各个出油段中分别设置自闭式压裂滑套5来进行分段压裂，分段压裂能够提高储层的渗透率，达到提高油井产量的效果。另外，在上述各个出油段中设置可开关式流入控制装置6，以实现对水平井的分段控水，从而均衡水平井的压力剖面，使得非均质储集层均匀出油，从而达到延缓底水锥进，提高油气井产油量和采收率。本发明的联合实施管柱通过将可开关式流入控制装置6应用到通过分段压裂而分隔出的各个出油段中，避免了使用连续油管不断开启或关闭压裂滑套的方式来实现控水生产，控水生产不再受油井深度的限制，即使是深度大于7500m的油井，也能够控水生产，大幅度地提高了油井的产油量。进一步地，通过自闭式压裂滑套5和可开关式流入控制装置6的设置，既能够有效防止流入控制装置对压裂作业的影响，又能够有效防止压裂滑套对控水生产的影响。
优选地，在上述由球座3和裸眼封隔器4所分隔出的多个出油段中，每个出油段内可以将一个自闭式压裂滑套5与多个可开关式流入控制装置6配合使用，这样能够进一步增强后期采油生产过程的控水效果。
图2为本发明实施例的联合实施管柱的可开关式流入控制装置的结构示意图，图3为图2中的a部的放大示意图。如图2和图3所示，该可开关式流入控制装置6包括控水组件61和进水组件62。控水组件61包括与管柱本体1相连的第一中心管611、套设于第一中心管611上的外管612和设置在第一中心管611内的第一滑动管613，外管612的一端与第一中心管611连接，外管612与第一中心管611之间形成第一环形流道，第一滑动管613在第一中心管611内具有第一位置和第二位置，第一中心管611上对应第二位置处的外壁上开设有通孔614。进水组件62的一端与外管612密封连接，用于将来自油层的流体导入第一环形流道。在本实施例中，外套与第一中心管611之间螺纹连接。其中，当第一滑动管613处于第一位置时，第一滑动管613敞开通孔614并使第一环形流道与第一中心管611连通，以允许来自油层的流体能够在依次经过进水组件62、第一环形流道和通孔614之后进入第一中心管611内；当第一滑动管613处于第二位置时，第一滑动管613封堵通孔614，使得来自油层的流体无法进入第一中心管611内。在将分段压裂技术与流入控制装置结合起来的过程中，发明人发现，由于流入控制装置也将管柱本体1与地层相连通，因此压裂液会从流入控制装置中进入地层，导致压裂效果受到影响。因此，发明人经过多次试验和测试，对现有技术中的流入控制装置进行改造，最终将现有技术中的流入控制装置改为了具有上述结构的可开关式流入控制装置6，其能够有效避免了压裂液从流入控制装置中进入地层，进一步保证压裂效果，有利于采油量的提高，同时，可开关式流入控制装置6这样的结构设计使得其打开和关闭的操作都非常简单便利，提高了施工人员的操作效率。
优选地，在第一中心管611的内壁上设有沿着轴向间隔开且依次远离进水组件62的第一定位槽615、第二定位槽616和限位槽617，在第一滑动管613的两端分别设有第一弹性卡爪618和第二弹性卡爪619，其中，当第一滑动管613处于第一位置时，第一弹性卡爪618卡合于第一定位槽615内，第二弹性卡爪619卡合于第二定位槽616内，当第一滑动管613处于第二位置时，第一弹性卡爪618卡合于第二定位槽616内，第二弹性卡爪619卡合于限位槽617内。第一弹性卡爪618和第二弹性卡爪619能够使得第一滑动管613既能够稳定地卡合在第一位置或第二位置，又能够使得第一滑动管613变换位置的过程不会过于困难。
进水组件62包括筛管622、对接插头623和与管柱本体1相连通的第二中心管621，筛管622和对接插头623沿着第二中心管621的轴向依次套设并连接于第二中心管621上，筛管622和对接插头623的第一端连接，对接插头623的第二端插入外管612内并与外管612的内周壁密封连接，第二中心管621露出对接插头623的第二端并与第一中心管611连接；筛管622和对接插头623共同与第二中心管621之间形成第二环形流道，第二环形流道与第一环形流道连通，筛管622上具有筛孔，使得油层中的流体能够通过筛管622进入第二环形流道，再通过第二环形流道进入和第一环形流道。
在本实施例中，当进行压裂作业时，开关滑套的第一弹性卡爪618和第二弹性卡爪619分别位于第二定位槽616和限位槽617处，此时可开关式流入控制装置6处于关闭状态。当需要开始进行控水生产时，向管柱本体1中下入打开工具，并进行打压，使得第一滑动管613向下移动，第一滑动管613两端的第一弹性卡爪618和第二弹性卡爪619分别位于第一定位槽615和第二定位槽616内，此时可开关式流入控制装置6处于打开状态。
上述自闭式压裂滑套5包括与管柱本体1相连的第三中心管、设于第三中心管内且能够沿着第三中心管的轴向往复运动的套管、用于驱动套管的驱动组件以及设于第三中心管内的弹性复位构件，第三中心管的侧壁上设有能够连通第三中心管的内腔和地层的压裂孔。其中，当第三中心管内的压力大于预设开启压力时，驱动组件能够驱动套管从关闭压裂孔的位置移动到打开压裂孔的位置；当第三中心管内的压力减小到小于预设开启压力时，套管能够在弹性复位构件的作用下从打开压裂孔的位置推动到关闭压裂孔的位置。当然，自闭式压裂滑套5也可以设置为其他的结构形式，本领域技术人员可以根据实际的需要来进行选择。
在本实施例中，设于球座3和与裸眼封隔器4之间的自闭式压裂滑套5为压差式开关滑动，其余的自闭式压裂滑套5均为投球式开关滑套。压差式开关滑套是一种定压滑套，依靠管柱内部产生的压力差的作用打开，而投球式开关滑套需要通过投入压裂球，依靠整个管柱内部的液柱及井口增压产生的作用力打开。对于裸眼分段压裂的水平井，球座3和与裸眼封隔器4之间使用压差式开关滑套而非统一使用投球式开关滑套，能够避免压裂球无法泵送到管柱本体1的末端的情况。
本发明还提供一种压裂及控水生产的联合实施方法，其包括以下步骤：
步骤1、通过钻杆将与其相连的上述联合实施管柱下入油井中，并在执行替浆作业后座封悬挂封隔器2和每个裸眼封隔器4，再利用回插管柱替换钻杆；
步骤2、向回插管柱内注入压裂液并投入憋压球，以执行分段压裂作业，按照由靠近球座3到远离球座3的顺序，依次打开自闭式压裂滑套5，并保证在前一个自闭式压裂滑套5被关闭之后，后一个自闭式压裂滑套5再被开启；
步骤3、迫使憋压球跟随压裂液一起反排到地面，再通过各个可开关式流入控制装置6实现控水生产。
另外，在上述步骤1中，在替浆作业的过程中，需要利用完井液将油井井筒内泥浆顶替至悬挂封隔器以上200m左右的位置。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“连通”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。