连续油管送塞—喷砂射孔诱导分段压裂管柱的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种连续油管送塞——喷砂射孔诱导分段压裂管柱，通过实施连续油管送塞、段内喷砂射孔诱导分段压裂一体化工艺，简化了现有的油气井桥塞封堵分段压裂工艺，降低作业的风险和成本，充分发挥可降解桥塞封堵、连续油管带压作业、喷砂射孔诱导压裂的技术优势，提高段内分段压裂的裂缝效率，具有应用范围广、施工工艺简单、成本低等诸多优点，连续油管送塞——喷砂射孔诱导分段压裂管柱(附图4)由连续油管41、连续油管连接器42、套管定位器44、滑套喷砂射孔器(可多级串联)43、导压反洗阀45、连续油管送塞工具46、可降解桥塞47组成。
【专利说明】
连续油管送塞一喷砂射孔诱导分段压裂管柱
技术领域
[0001]本发明涉及油田勘探开发工程技术领域，具体涉及一种连续油管液压送塞工具、导压反洗阀和滑套式喷砂射孔器，以及设置该装置的连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂联合作业工艺。
【背景技术】
[0002]在油气田的压裂酸化等增产措施实施中，应用桥塞进行分层段压裂成为应用较多的一种工艺，特别是随着可水解桥塞技术的应用，桥塞封隔分段压裂得到了快速的发展。桥塞封堵工艺在具体应用中，必须由一套配套的送入工艺把桥塞送达预定的位置坐封，才能切断生产井的流动通道，达到封堵的目的。目前常用的送塞工艺主要采用油气井管柱送入或电缆送入两种方法，用油气井管柱送入时，将送入工具和桥塞组装于油气井管柱上组成送塞管柱，由油气井管柱把送入工具和桥塞送至预定位置，然后由地面栗向送入管柱内注入液体，依赖液体的压力产生机械推力，使桥塞坐封，并在坐封后丢手起出管柱。用电缆送入式时，将电缆送入工具、桥塞与电缆连接，由电缆把送入工具和桥塞送至预定位置，然后通过电缆向送入工具发出起爆信号，电缆送入工具的药柱燃爆，火药柱产生的高压气体作用于送入工具的活塞上产生机械推力使桥塞坐封，并使送入工具与桥塞分离丢手。无论是管柱送入或电缆送入进行分段压裂施工。管柱送入施工周期长，需要专用作业设备起下管子，成本相对较高，特别是分段压裂施工时，无法在井筒带压的条件下施工，必须放压后才能进行送入施工；电缆送入施工作业，能够在带压条件下进行施工作业，且施工设备相对较为简单，并在近年形成了射孔一一送塞一体化作业，有效缩短了施工时间，但由于电缆射孔和送塞均采用危险爆炸品为基础，国家对危险品管控要求高，施工队伍与人员素质要求高，施工时装药等作业危险性大，只能由较高资质的专业队伍施工，技术应用受到限制。
[0003]连续油管喷砂射孔分段压裂是近年来应用较多的工艺技术，能够在分段压裂施工时全面实现带压作业，集成了电缆作业和管柱作业的优点，并形成了射流诱导分段压裂和封隔式喷砂射孔分段压裂工艺。射流诱导分段压裂，是一种将喷砂射孔和射流诱导压裂集成为一体的工艺方法，能够依靠高速射流的诱导，在压裂段形成射流低压诱导区，使地层从诱导区破裂，从而实现无封隔器的分段压裂，有效地降低井筒的施工压力和消除机械封隔分段压裂的安全风险，但由于地层本身岩性差异大，在高应力区施工时，高速射流诱导分段压裂不能有效地形成多段分体压裂，特别是多段分段压裂时，压裂的段数越多，已压开段造成的压裂液滤失量越大，严重影响射流效率和压裂液效率，增加压裂成本，多段分段压裂的现场应用受到一定的限制。而采用底部封隔器的喷砂射孔压裂工艺，能够及时的将已压裂段封隔开，有效达到分段压裂的目的，但在具体实施中，对底部封隔器的多次坐封密封和砂液中防卡性能要求高，实际操作中底部封隔器很容易出现沉砂卡阻、破损卡阻和中途失封等问题，影响到压裂施工和施工的安全。受到这些因素的影响，连续油管喷砂射孔压裂技术在国内的发展受到影响，长期处于矿场试验应用阶段。针对此，国内主要引进应用电缆多族射孔一一桥塞封堵联合分段压裂工艺技术，有效的降低施工时间，提高施工工作效率，并达到良好的分段封堵效果和段内分段压裂目的。但在实际的应用中，该工艺方法虽然解决了送塞和射孔压裂分别作业存在的周期长、成本高的问题，并完成了一次性进行多次激发射孔，在段内形成多段的射孔段，但由于同段内地层在平面上的非均质和破裂后的引力差异，对整段进行压裂施工时，各射孔段压裂液的作用效率不相等，压裂液存在着作用于主导裂缝段的问题，而影响段内整体的压裂效果，无法形理想的均衡裂缝系统。
【发明内容】
[0004]为了解决【背景技术】存在的问题，本发明公开了一种连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂管柱，通过实施连续油管送塞、段内喷砂射孔诱导分段压裂一体化工艺，简化了现有的油气井桥塞封堵分段压裂工艺，降低作业的风险和成本，充分发挥可降解桥塞封堵、连续油管带压作业、喷砂射孔诱导压裂的技术优势，提高段内分段压裂的裂缝效率，具有应用范围广、施工工艺简单、成本低等诸多优点，连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂管柱(附图4)由连续油管41、连续油管连接器42、套管定位器44、滑套喷砂射孔器(可多级串联)43、导压反洗阀45、连续油管送塞工具46、可降解桥塞47组成。
[0005]连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂管柱所述连续油管送塞工具(附图1)，由上接头1、心轴2、外筒3、活塞4、液缸5、心轴6、外筒7、活塞8、液缸9、心轴10、外筒11、活塞12、液缸13、心轴14、外筒15、活塞16、液缸17、心轴18、外筒19等部件组成；
[0006]所述上接头I设置在工具最顶端与心轴2螺纹连接，心轴2下部螺纹连接活塞4、心轴6螺纹连接于活塞4与活塞8之间；心轴10螺纹连接于活塞8与活塞12之间，心轴14螺纹连接于活塞12与活塞16之间；心轴18连接于活塞16下端。活塞4外部设置有外筒3，外筒3下端螺纹连接液缸5，与活塞4共同构成一级液压装置，液缸5下端与外筒7螺纹连接，与活塞8构成二级液压装置，外筒7下端与液缸9螺纹连接，下端与外筒11螺纹连接，与活塞12构成三级液压装置，液缸13上端与外筒11连接，下端与外筒15连接，与活塞16构成四级液压装置，液缸17上端与外筒15连接，下端与外筒19螺纹连接；
[0007]所述连续油管送塞工具的特征是一种液压工具，其特点为液缸内部的动力液从心轴内腔流入，外部流体从外筒流入，各级液缸上部受到心轴内压作用，液缸下部受到外筒的外压作用，从而保证了在座封前外筒上下压力平衡使桥塞坐封机构不能座封；
[0008]所述连续油管送塞工具的特征是液缸设计为独立受压结构，内外部压力不相同，座封动力液通过连续油管和心轴向液缸供液，但管内压力高于管外压力时，压力差形成的液缸工作压力的使液缸上下出现不平衡，能够依靠管内外的压差产生推动力于外筒，使桥塞的得到座封力和丢手力；
[0009]所述连续油管送塞工具的特征是外筒的运动受到上部机械限位，只有在液缸产生的机械推力大于15KN时，连续油管送塞工具才能启动工作，从而有效在避免送入中途异常启动；
[0010]所述连续油管送塞工具的特征是液缸的工作与运行速度受到一定的限制，从而使桥塞能够有足够的时间扩展座封；
[0011]所述连续油管送塞工具的工作机理:作业前将连续油管送塞工具与桥塞、接箍定位器、连续油管连接好，连续油管下至设计位置。下入过程中由于液缸上下压力平衡，连续油管送塞工具液压装置不工作，能够保持连续油管送塞工具不受液动的影响，在下入过程中出现瞬时压力激动时，由于外筒上部具有限位设计，不会造成桥塞下至设计位置前出现误操作；当桥塞送达设计位置后，在连续油管内注入动力液，动力液通过连续油管进入各级液缸内上腔，液压力推动液缸向下运行，继而带动与之联接的外筒下行，外筒的作用力推动桥塞实现坐封，当液缸产生的液压力推力大于桥塞丢手力时，桥塞上的丢手装置与电缆液压送塞工具断开，实现井下丢手。
[0012]连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂管柱所述导压反洗阀(附图2)，是针对送塞作业和压裂后反洗连续油管配套的反洗井工具，具有将上部流体导入到下部送塞工具和从送塞进工具上部反洗井的双流道作用；
[0013]所述导压反洗阀，主要由21上接头、22阀弹簧、23滤网、24钢球、25阀体、26导压短节、27下接头组成；
[0014]所述导压反洗阀的特征是流体向下流动时，直接通过旁通导压通道进入下部，不与导压反洗阀外部连通，当流体从导压反洗阀外侧孔流入管内时，能够直接与管内通道导通，从而形成了正向和反向两条独立的流道；
[0015]所述导压反洗阀的工作机理:在连续油管喷砂诱导分段压裂一一送塞联合作业时，反洗导压反洗阀连接于滑套喷砂射孔器与连续油管送塞工具之间，管柱下井时，井筒内的流体能够从导压反洗阀的侧孔进入，从单流阀下部顶开钢球进入管柱内，使管柱内外压力得到平衡，当桥塞送达设计位置时，地面栗从连续油管注入液体，注入的液体通过连续油管、滑套喷射器内腔进入导压反洗阀，从导压反洗阀的导压通道进入下部的连续油管送塞工具的心轴，为连续油管送塞工具提供动力液。压裂施工结束后，从套管注入的洗井液，从导压反洗阀的外侧孔进入阀内，从阀下部通过单流阀流入管柱内腔，将管柱内的残余压裂携砂液洗出，防止连续油管或工具砂堵。
[0016]连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂管柱所述滑套喷砂射孔器(附图3)是一种通过球或编码器等特定控制方式开启的喷砂射孔器，能够通过喷砂出液口的节流作用而产生高压射流的工具，是对套管进行喷砂射孔和压裂时进行高压射流诱导的核心工具，能够一次完成多段的喷砂射孔和射流诱导分段压裂；
[0017]所述滑套喷砂射孔器主要包括有接头体31、剪切环32、剪销33、密封胶圈34、特制喷砂嘴35、滑套36构成；
[0018]所述滑套喷砂射孔器的特征是能够通过滑套的控制开启结构，在进行送塞作业时保持滑套关闭，进行喷砂射孔和射流诱导压裂时打开滑套，并能够多级滑套同时下井，采取多级控制方式，在井下更换各级喷砂射孔器的开启，保障喷嘴磨损后及时更换；
[0019]所述滑套喷砂射孔器的特征是所采用的喷嘴采取低磨损流线型设计，并采用陶瓷或硬质合金高抗磨材料，能够有效的延长喷嘴的使用寿命；
[0020]所述滑套喷砂射孔器的特征是采用内装式剪切套结构，能够简化工具结构，提高密封性能；
[0021]所述滑套喷砂射孔器的工作机理:滑套喷砂射孔器在下井时处于关闭状态，并根据喷砂射孔诱导压裂段数和过砂量确定下入的级数，进行其它作业时，滑套喷砂射孔器能够提供内通道导流作用，需要进行喷砂射孔诱导压裂时，管内投入控制器打开最低端滑套喷砂射孔器，并同时封闭下部通道，高速射流从喷嘴喷出，将套管冲刺出12-14mm的孔洞，为压裂提供与地层连通的通道，压裂施工时，喷嘴的高速射流能够在孔眼附近形成射流低压区，从而诱导地层从孔眼处破裂，达到定位压裂的目的，当喷嘴出现磨损而影响高速射流效率时，可投入第二级控制器打开第二级喷砂射孔器，同时封闭第一级通道，连续进行喷砂射孔诱导压裂施工，重复以上的控制，能够一次完成多段的压裂。
【附图说明】
[0022]附图1连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂管柱所述连续油管送塞工具
[0023]图中1-上接头、2-心轴、3-外筒、4-活塞、5-液缸、6_心轴、7_外筒、8_活塞、9_液缸、10-心轴、11-外筒、12-活塞、13-液缸、14-心轴、15-外筒、16-活塞、17-液缸、18-心轴、19-外筒等部件组成；
[0024]附图2导压反洗阀
[0025]图中21-上接头、22-阀弹簧、23-滤网、24-钢球、25-阀体、26-导压短节、27-下接头
[0026]附图3滑套喷砂射孔器
[0027]图中31-接头体、32-剪切环、33-剪销、34-密封胶圈、35-特制喷砂嘴、36-滑套
[0028]附图4连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂管柱
[0029]图中41-连续油管、42-连续油管连接器、43-滑套喷砂射孔器、44-套管定位器、45-导压反洗阀、46-连续油管送塞工具、47-可降解桥塞
【具体实施方式】
[0030]所述连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂联合作业工艺，在具体实施中，根据储层自身的液体滤失特性，确定储层压裂后液体的滤失量，并根据液体滤失量确定采用桥塞进行分段段数和桥塞分段段内喷砂射孔诱导分段压裂段数，根据两个分段段数确定桥塞用量和滑套喷砂射孔器级数。
[0031]所述连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂联合作业工艺，依据确定的工艺方案和管柱结构组装下井；首先采取喷砂射孔诱导分段压裂工艺，进行喷砂射孔诱导分段压裂施工至设计段数，然后起出管柱，下入连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂联合作业工艺管柱，下至设计位置后，从连续油管按照3、7、10、15、20的压力等级注入动力液，至桥塞完全坐封并丢手；上提管柱至塞面3m以上，关闭所有出口，对桥塞进行试压30-40MPa，稳压30分钟压力不降。从地面投入滑套喷砂射孔器控制器，打开滑套喷砂射孔器，开栗进行喷砂射孔作业，地面确定射孔完成后，提高排量至设计排量从连续油管和油套环空注入压裂液进行压裂施工，一段完成后，上提管柱至第二段，开栗按设计排量从连续油管和油套环空注入压裂液进行压裂施工，段内全部段压裂完成后，起出连续油管；组装连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂联合作业工艺管柱，下第二级桥塞，重复以上的步骤，完成全井的压裂施工。
[0032]基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果:
[0033]由于本发明可以实现送塞作业与喷砂射孔诱导压裂一次完成，有效地提高作业效率；多段喷射压裂完成后，及时封堵已压裂段，降低液体滤失量，有效地减少压裂液的使用量，提高压裂液效率，降低总体的成本，完善储层改造的针对性，增强裂缝的导流能力，最大限度地提高产量，特别是针对页岩油气井的压裂，能够有效地形成体积压裂裂缝，大幅度提高产量。
【主权项】
1.连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂管柱由连续油管41、连续油管连接器42、套管定位器44、滑套喷砂射孔器(可多级串联)43、导压反洗阀45、连续油管送塞工具46、可降解桥塞47组成； 所述连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂管柱管柱在具体实施中，根据储层自身的液体滤失特性，确定储层压裂后液体的滤失量，并根据液体滤失量确定采用桥塞进行分段段数和桥塞分段段内喷砂射孔诱导分段压裂段数，根据两个分段段数确定桥塞用量和滑套喷砂射孔器级数； 所述连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂管柱，依据确定的工艺方案和管柱结构组装下井；首先采取喷砂射孔诱导分段压裂工艺，进行喷砂射孔诱导分段压裂施工至设计段数，然后起出管柱，下入连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂联合作业工艺管柱，下至设计位置后，从连续油管按照3、7、10、15、20的压力等级注入动力液，至桥塞完全坐封并丢手；上提管柱至塞面3m以上，关闭所有出口，对桥塞进行试压30-40MPa，稳压30分钟压力不降。从地面投入滑套喷砂射孔器控制器，打开滑套喷砂射孔器，开栗进行喷砂射孔作业，地面确定射孔完成后，提高排量至设计排量从连续油管和油套环空注入压裂液进行压裂施工，一段完成后，上提管柱至第二段，开栗按设计排量从连续油管和油套环空注入压裂液进行压裂施工，段内全部段压裂完成后，起出连续油管；组装连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂联合作业工艺管柱，下第二级桥塞，重复以上的步骤，完成全井的压裂施工。2.连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂管柱所述连续油管送塞工具，由上接头1、心轴2、外筒3、活塞4、液缸5、心轴6、外筒7、活塞8、液缸9、心轴10、外筒11、活塞12、液缸13、心轴14、外筒15、活塞16、液缸17、心轴18、外筒19等部件组成； 所述上接头I设置在工具最顶端与心轴2螺纹连接，心轴2下部螺纹连接活塞4、心轴6螺纹连接于活塞4与活塞8之间；心轴10螺纹连接于活塞8与活塞12之间，心轴14螺纹连接于活塞12与活塞16之间；心轴18连接于活塞16下端。活塞4外部设置有外筒3，外筒3下端螺纹连接液缸5，与活塞4共同构成一级液压装置，液缸5下端与外筒7螺纹连接，与活塞8构成二级液压装置，外筒7下端与液缸9螺纹连接，下端与外筒11螺纹连接，与活塞12构成三级液压装置，液缸13上端与外筒11连接，下端与外筒15连接，与活塞16构成四级液压装置，液缸17上端与外筒15连接，下端与外筒19螺纹连接。3.连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂管柱所述导压反洗阀，是针对送塞作业和压裂后反洗连续油管配套的反洗井工具，具有将上部流体导入到下部送塞工具和从送塞进工具上部反洗井的双流道作用； 所述导压反洗阀，主要由21上接头、22阀弹簧、23滤网、24钢球、25阀体、26导压短节、27下接头组成； 所述导压反洗阀的特征是流体向下流动时，直接通过旁通导压通道进入下部，不与导压反洗阀外部连通，当流体从导压反洗阀外侧孔流入管内时，能够直接与管内通道导通，从而形成了正向和反向两条独立的流道。4.连续油管送塞一一喷砂射孔诱导分段压裂管柱所述滑套喷砂射孔器。是一种通过球或编码器等特定控制方式开启的喷砂射孔器，能够通过喷砂出液口的节流作用而产生高压射流的工具，是对套管进行喷砂射孔和压裂时进行高压射流诱导的核心工具，能够一次完成多段的喷砂射孔和射流诱导分段压裂； 所述滑套喷砂射孔器主要包括有接头体31、剪切环32、剪销33、密封胶圈34、特制喷砂嘴35、滑套36构成； 所述滑套喷砂射孔器的特征是能够通过滑套的控制开启结构，在进行送塞作业时保持滑套关闭，进行喷砂射孔和射流诱导压裂时打开滑套，并能够多级滑套同时下井，采取多级控制方式，在井下更换各级喷砂射孔器的开启，保障喷嘴磨损后及时更换； 所述滑套喷砂射孔器的特征是所采用的喷嘴采取低磨损流线型设计，并采用陶瓷或硬质合金高抗磨材料，能够有效的延长喷嘴的使用寿命； 所述滑套喷砂射孔器的特征是采用内装式剪切套结构，能够简化工具结构，提高密封性能。
【文档编号】E21B43/11GK105888640SQ201410852064
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月23日
【发明人】赵华, 凌毅立, 陈爱民, 钱杰, 陈琳
【申请人】陈爱民