专利名称：水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱的制作方法
技术领域：
本发明涉及油田修井技术领域，特别针对气井直井水力喷射射孔压裂和压裂后排 液由一趟管柱完成的一体化工艺管柱。
背景技术：
目前，对于同时存在有两个或两个以上射孔段的气井，进行分层压裂和压裂后排 液求产，一般是首先采用电缆射孔方法将全部射孔段依次射开，然后下入多个封隔器组成 的分层压裂工具进行压裂，压裂完成后，如果气井不能自行喷通则采用抽汲或连续油管进 行排液求产。上述方法存在施工工序多，施工周期长，对储层伤害较大，特别是采用抽汲排 液时存在井喷的风险。中国专利公开号CN201090188，提供了一种“不动管柱分层水力喷射射孔与压裂 一体化管柱”，适用于直井完井方式油气井多层分层压裂改造。包括上水力喷射器、滑套、滑 套座、下水力喷射器等，油管上分别安装有上水力喷射器、下水力喷射器，滑套座与上水力 喷射器连接，筛管与堵头连接，将射孔、压裂“合二为一”。不需要独立的射孔作业，不需要常 规改造所需的井下封隔元件；不需要拖动油管，不需要压井或安装井口防喷装置，只需投球 和下入多个喷射器即可实现不动管对油气井多层段进行由下至上逐层的分层改造；该工艺 是集射孔、压裂、封隔一体化的新型增产措施工艺管柱，工具简单，施工方便简捷，周期短， 对储层伤害低中国专利公开号CN101059070，提供了“一种射孔、压裂一体化的方法及其工艺管 柱”。工艺管柱包括水力喷射器、单流阀、筛管等，油管、万向接头、偏心定位器、水力喷射器、 单流阀、筛管、堵头依次连接。适用于裸眼水平井的多段分层压裂，将射孔压裂“合二为一”。 一体化射孔、压裂的方法第一步将水力喷射器正对油气井设计射孔段进行水力喷射，在 油气层形成一个(或多个)喷射孔道；第二步当孔道形成后，压裂液经油管由喷射器喷嘴 以很高的速度射入孔道，同时环空也按设计注入一定的液体以提高井眼压力，使地层产生 裂缝并开始朝深处延伸，比常规聚能射孔具有更长的穿透深度和更大的射孔孔径，同时避 免了常规射孔对储层的伤害。
发明内容
本发明的目的是提供一种水力喷射压裂工具为主的一体化工艺管柱，实现油田 气井直井水力喷射射孔分层压裂和压裂后快速排液。本发明采用的技术方案是水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱，其特征 在于包括油管、气举阀、一级水力喷射器、滑套座、二级水力喷射器、单流阀、筛管和丝堵组 成。在套管内，自上而下通过油管依次连接有2 5个气举阀，在气举阀的下部通过油管连 接有1 4个一级水力喷射器，并且在每个一级水力喷射器的下部分别连接一个滑套座；在 下部的滑套座下端通过油管连接有一个二级水力喷射器；在二级水力喷射器的下端连接有 一个单流阀，在单流阀的下端连接有筛管和丝堵；其中，气举阀之间的油管长度、下部的气举阀与上部的一级水力喷射器之间的油管长度以及滑套座与二级水力喷射器之间的油管 长度，根据施工气井的深度和产气层的深度，连接不同长度的油管，一级水力喷射器与上部 产气层的顶部相对，二级水力喷射器与下部产气层的顶部相对。所述的气举阀由偏心工作筒、气举阀杆和单流阀构成，偏心工作筒上下两端分别 连接油管，气举阀杆通过螺纹连接在偏心工作筒上；在气举阀杆的下端有一个单流阀。单流 阀的下端有导气孔与偏心工作筒的中心孔联通。所述的气举阀杆由充气压帽、外筒、波纹管、气举阀孔板、接头组成。外筒上端连接 充气压帽，外筒壁上有进气孔；外筒内固定有波纹管，波纹管的下端固定有堵塞体，在外筒 的下端连接有接头，接头有中心孔，在接头内螺纹固定有气举阀孔板；波纹管的堵塞体与气 举阀孔板的中心孔相对；气举阀杆通过接头与偏心工作筒连接。波纹管带动下端的堵塞体， 能打开或堵塞气举阀孔板中心孔，高压氮气能从外筒的进气孔进入并经过气举阀孔板和单 流阀，进入偏心工作筒的中心孔，进行气举排液。所述的一级水力喷射器由本体、定位销钉、喷嘴压帽、喷嘴、滑套构成。圆柱体形本 体有中心孔，在本体中心孔内通过定位销钉固定有一个滑套；在本体的壁上均勻分布有喷 嘴孔，在每个喷嘴孔内通过喷嘴压帽固定一个有喷嘴。在滑套的两端与本体之间有密封圈； 滑套在本体的内壁上，喷嘴被滑套从内部封堵起来，喷嘴不能与外部联通。所述的二级水力喷射器与一级水力喷射器结构类似，不同之处在于它没有滑套和 定位销钉。二级水力喷射器的数量为1个，下入位置与喷射压裂的最下部产气层相对。所述的滑套座为圆柱体形，在滑套座内有阶梯形中心孔，上部中心孔的直径比滑 套在外径大2 5mm。滑套能落入滑套座上部中心孔内。气举阀的及数根据最上面压裂层位的深度确定，最上面压裂层位在3400m以上时 下入两级气举阀；最上面压裂层位在3400 3800m的井需要下入三级气举阀，最上面压裂 层位在3400 4200m的井需要下入四级气举阀，使一级水力喷射器对准上部压裂层、二级 水力喷射器对准最下部压裂层。水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱的工作过程首先，进行通井、洗井； 然后，下入水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱，使一级水力喷射器对准上部产气 层、二级水力喷射器对准最下部喷射压裂产气层。最下部喷射压裂产气层加砂压裂通过油管泵注射孔液，注入压力为40 60MPa ； 二级水力喷射器首先进行下部产气层的喷砂射孔；对下部产气层射孔完成后，通过油管和 套管内分别同时泵注压裂液进行下部产气层的加砂压裂；泵注过程中要求套管内的压力低 于油管内的压力，套管内的压力在20 30MPa之间，油管内的压力在40 60MPa之间；加 砂压裂完成后，通过油管和套管同时泵注顶替液，下部产气层压裂施工结束。上部产气层加砂压裂最下部喷射压裂产气层加砂压裂完成后，开始进行上部产 气层的射孔压裂施工。首先从井口向油管内投入钢球，钢球在自重的作用下落入一级水力 喷射器内的滑套上部；通过油管泵注射孔液，压力为20 30MPa时，滑套剪断定位销钉后， 滑套与钢球一起落入滑套座内，钢球和滑套封堵射孔液，使射孔液不能向下流通。压力降幅 为5 SMPa时，表示滑套已经下落到滑套座内；然后通过油管泵注射孔液并加压，压力为 40 60MPa，一级水力喷射器对上部产气层进行喷砂射孔作业；上部产气层射孔完成后，通 过油管和套管内分别同时泵注压裂液进行上部产气层的加砂压裂；泵注过程中要求套管内的压力低于油管内的压力，套管内的压力在20 30MPa之间，油管内的压力在40 60MPa 之间；加砂压裂完成后，通过油管和套管同时泵注顶替液，上部产气层射孔、压裂施工结束。依次类推，重复上部产气层加砂压裂过程，该工艺管柱能实现多层的射孔压裂施 工。全部目标层位压裂完成后，井口倒换流程，从套管内注入氮气(制氮车供气或液氮泵车 供气均可)，各级气举阀从上到下开启，氮气通过各级气举阀进入油管内，氮气携带油管内 的液体向上流动，从油管内排出，进行气举排液作业。与常规采用电缆射孔、多封隔器管柱压裂后进行抽汲排液或连续油管气举排液的 工艺相比，实现了射孔、压裂、排液一趟管柱完成，缩短了压裂液在地层中的滞留时间，减少 了对地层的二次污染，降低了人员劳动强度，缩减了油气井起下钻、排液过程中的不安全因
ο本发明的有益效果本发明水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱，第一、能实现不动管柱，完成射孔、分层压裂及气举排液三联作。第二、射孔、压裂、气举排液一趟管柱完成，施工过程中不需要拖动管柱，大幅缩短 了施工周期，减少了压裂液对地层的伤害，有利于降低因拖动管柱或抽汲而造成井喷事故 的风险。第三、采用水力喷射，实现射孔和压裂，避免了射孔弹对地层孔眼的压实效应。第四、压裂完成后，套管泵注氮气，利用气举阀进行气举排液作业，实现压裂液的 快速返排。第五、调整各级气举阀之间的距离和增加气举阀级数来满足不同井深和排液位置 的需要，气举阀技级数最多可达5级，最大排液深度可达4500m。第六、进行连续气举或间歇气举作业，节约了氮气资源，降低了施工成本。
图1是本发明水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱结构示意图。图2是一级气举阀3和二级气举阀4的结构剖面示意图。图3是气举阀杆12的结构剖面示意图。图4是一级水力喷射器5的结构剖面示意图。图5是滑套座6的结构剖面示意图。图中，1.油管，2.套管，3. —级气举阀，4. 二级气举阀，5. —级水力喷射器，6. — 级滑套座，7. 二级水力喷射器，8.单流阀，9.筛管，10.丝堵，11、偏心工作筒，12.气举阀杆， 13.单流阀，14.充气压帽，15.外筒，16.波纹管，17.进液孔，18.气举阀孔板，19.接头， 20.本体，21定位销钉，22.喷嘴压帽，23.喷嘴，24.滑套。
具体实施例方式实施例1 以一口需要进行两层压裂的水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管 柱为例，对本发明作进一步详细说明。参阅图1。水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱，包括油管1、一级气举阀 3、二级气举阀4、气举阀、一级水力喷射器5、滑套座6、二级水力喷射器7、单流阀8、筛管9 和丝堵10组成。在套管2内，自上而下通过油管1依次连接有2个气举阀，即一级气举阀
63和二级气举阀4。在二级气举阀4的下部通过油管连接有一个一级水力喷射器5，一级水 力喷射器5的下部连接一个滑套座6 ；在滑套座6下端通过油管1连接有一个二级水力喷射 器7 ；在二级水力喷射器7的下端连接有一个单流阀8，在单流阀8的下端连接有筛管9和 丝堵10。一级气举阀3与二级气举阀4气举阀之间的油管1长度、下部的二级气举阀4与 上部的一级水力喷射器5之间的油管1长度以及滑套座6与二级水力喷射器7之间的油管 1长度，根据施工气井的深度和产气层的深度，连接不同长度的油管1，一级水力喷射器5与 上部产气层的顶部相对，二级水力喷射器7与下部产气层的顶部相对。参阅图2。一级气举阀3和二级气举阀4分别是由偏心工作筒11、气举阀杆12和 单流阀13构成，偏心工作筒11上下两端分别连接油管1，气举阀杆12通过螺纹连接在偏心 工作筒11上；在气举阀杆12的下端有一个单流阀13。单流阀13的下端有导气孔与偏心 工作筒11的中心孔联通。参阅图3。气举阀杆12由充气压帽14、外筒15、波纹管16、气举阀孔板18、接头 19组成。外筒15上端连接充气压帽14，外筒15壁上有进气孔17 ；外筒15内固定有波纹管 16，波纹管16的下端固定有堵塞体，在外筒15的下端连接有接头19，接头19有中心孔，在 接头19内螺纹固定有气举阀孔板18 ；波纹管16的堵塞体与气举阀孔板18的中心孔相对； 气举阀杆12通过接头19与偏心工作筒11连接。波纹管16带动下端的堵塞体，能打开或 堵塞气举阀孔板18中心孔，高压氮气能从外筒15的进气孔17进入并经过气举阀孔板18 和单流阀13，进入偏心工作筒11的中心孔，进行气举排液。参阅图4。一级水力喷射器5由本体20、定位销钉21、喷嘴压帽22、喷嘴23、滑套 24构成。圆柱体形本体20有中心孔，在本体20中心孔内通过定位销钉21固定有一个滑 套24 ；在本体20的壁上均勻分布有六个喷嘴孔，喷嘴呈对称分布。在每个喷嘴孔内通过喷 嘴压帽22固定一个有喷嘴23，喷嘴孔径是6毫米。在滑套24的两端与本体20之间有密封 圈；滑套24在本体20的内壁上，喷嘴23被滑套24从内部封堵起来，喷嘴23不能与外部联
ο参阅图5。滑套座6为圆柱体形，在滑套座6内有阶梯形中心孔，上部中心孔的直 径比滑套24在外径大3mm。滑套24能落入滑套座6上部中心孔内。参阅图1。水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱工作过程首先，进行通井、洗井，通井、正洗井洗井排量为500L/min。下入水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱，使一级水力喷射器5对准上部 产气层、二级水力喷射器7对准部喷射压裂产气层。其次，进行最下部喷射压裂产气层加砂压裂通过油管1泵注射孔液，注入压力为 50MPa ；二级水力喷射器7首先进行下部产气层的喷砂射孔；对下部产气层射孔完成后，通 过油管1和套管2内分别同时泵注压裂液进行下部产气层的加砂压裂；泵注过程中要求套 管2内的压力低于油管1内的压力，套管2内的压力25MPa，油管1内的压力48MPa之间； 加砂压裂完成后，通过油管1和套管2同时泵注顶替液，下部产气层压裂施工结束。然后，进行上部产气层加砂压裂下部喷射压裂产气层加砂压裂完成后，开始进行 上部产气层的射孔压裂施工。首先从井口向油管1内投入钢球，钢球在自重的作用下落入 一级水力喷射器5内的滑套24上部座封；通过油管1泵注射孔液，压力为26MPa时，滑套24 剪断定位销钉21后，滑套24与钢球一起落入滑套座6内，钢球和滑套24封堵射孔液，使射
7孔液不向下流通。压力降幅为6MPa时，表示滑套24已经下落到滑套座6内；然后通过油管 1泵注射孔液并加压，压力为48MPa，一级水力喷射器5对上部产气层进行喷砂射孔作业；上 部产气层射孔完成后，通过油管1和套管2内分别同时泵注压裂液进行上部产气层的加砂 压裂；泵注过程中要求套管2内的压力低于油管1内的压力，套管2内的压力27MPa之间， 油管1内的压力49MPa ；加砂压裂完成后，通过油管1和套管2同时泵注顶替液，上部产气 层射孔、压裂施工结束。 最后，重复上部产气层加砂压裂过程，完成全部目标层位压裂完成后，井口倒换流 程，从套管2内注入氮气，氮气的压力在IOMPa以后，各级气举阀从上到下开启，氮气通过各 级气举阀进入油管1内，氮气携带油管1内的液体向上流动，从油管1内排出压裂液，10小 时完成气举排液作业。随着套管2内压力逐步下降，各级气举阀从上到下会逐级关闭，保证 整个管柱只有一处气举阀进气，以保证最佳排液效率。
权利要求
一种水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱，包括油管(1)、气举阀、一级水力喷射器(5)、滑套座(6)、二级水力喷射器(7)、单流阀(8)、筛管(9)和丝堵(10)组成；其特征在于在套管(2)内，自上而下通过油管(1)依次连接有2～5个气举阀，在气举阀的下部通过油管连接有1～4个一级水力喷射器(5)，并且在每个一级水力喷射器(5)的下部分别连接一个滑套座(6)；在下部的滑套座(6)下端通过油管(1)连接有一个二级水力喷射器(7)；在二级水力喷射器(7)的下端连接有一个单流阀(8)，在单流阀(8)的下端连接有筛管(9)和丝堵(10)；其中，气举阀之间的油管(1)长度、下部的气举阀(4)与上部的一级水力喷射器(5)之间的油管(1)长度以及滑套座(6)与二级水力喷射器(7)之间的油管(1)长度，根据施工气井的深度和产气层的深度，连接不同长度的油管(1)，一级水力喷射器(5)与上部产气层的顶部相对，二级水力喷射器(7)与下部产气层的顶部相对。
2.根据权利要求1所述的水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱，其特征是所 述的气举阀由偏心工作筒(11)、气举阀杆(12)和单流阀(13)构成，偏心工作筒(11)上下 两端分别连接油管(1)，气举阀杆(12)通过螺纹连接在偏心工作筒(11)上；在气举阀杆 (12)的下端有一个单流阀(13)，单流阀(13)的下端有导气孔与偏心工作筒(11)的中心孔 联通。
3.根据权利要求1所述的水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱，其特征是所 述的气举阀杆(12)由充气压帽(14)、外筒(15)、波纹管(16)、气举阀孔板(18)、接头(19) 组成，外筒(15)上端连接充气压帽(14)，外筒(15)壁上有进气孔(17)；外筒(15)内固定 有波纹管(16)，波纹管(16)的下端固定有堵塞体，在外筒(15)的下端连接有接头(19)，接 头(19)有中心孔，在接头(19)内螺纹固定有气举阀孔板(18)；波纹管(16)的堵塞体与气 举阀孔板(18)的中心孔相对；气举阀杆(12)通过接头(19)与偏心工作筒(11)连接。
4.根据权利要求1所述的水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱，其特征是所 述的一级水力喷射器(5)由本体(20)、定位销钉(21)、喷嘴压帽(22)、喷嘴(23)、滑套(24) 构成；圆柱体形本体(20)有中心孔，在本体(20)中心孔内通过定位销钉21固定有一个滑 套(24)；在本体(20)的壁上均勻分布有喷嘴孔，在每个喷嘴孔内通过喷嘴压帽(22)固定 一个有喷嘴(23)，在滑套(24)的两端与本体(20)之间有密封圈；滑套(24)在本体(20)的 内壁上，喷嘴(23)被滑套(24)从内部封堵起来。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱，其特 征是所述的滑套座(6)为圆柱体形，在滑套座(6)内有阶梯形中心孔，上部中心孔的直径 比滑套(24)在外径大2 5mm。
6.根据权利要求5所述的水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱，其特征是水 力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱的工作过程首先，进行通井、洗井；然后，下入 水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱，使一级水力喷射器(5)对准上部产气层、二 级水力喷射器(7)对准最下部喷射压裂产气层；其次，进行最下部喷射压裂产气层加砂压裂通过油管(1)泵注射孔液，注入压力为 40 60MPa ；二级水力喷射器(7)首先进行下部产气层的喷砂射孔；对下部产气层射孔完 成后，通过油管(1)和套管(2)内分别同时泵注压裂液进行下部产气层的加砂压裂；泵注过 程中要求套管(2)内的压力低于油管(1)内的压力，套管2内的压力在20 30MPa之间， 油管(1)内的压力在40 60MPa之间；加砂压裂完成后，通过油管(1)和套管(2)同时泵注顶替液，下部产气层压裂施工结束；然后，进行上部产气层加砂压裂最下部喷射压裂产气层加砂压裂完成后，开始进行上 部产气层的射孔压裂施工；首先从井口向油管(1)内投入钢球，钢球在自重的作用下落入 一级水力喷射器(5)内的滑套(24)上部；通过油管(1)泵注射孔液，压力为20 30MPa 时，滑套(24)剪断定位销钉(21)后，滑套(24)与钢球一起落入滑套座(6)内，钢球和滑 套(24)封堵射孔液，使射孔液不能向下流通，压力降幅为5 SMPa时，表示滑套(24)已经 下落到滑套座(6)内；然后通过油管(1)泵注射孔液并加压，压力为40 60MPa，一级水力 喷射器(5)对上部产气层进行喷砂射孔作业；上部产气层射孔完成后，通过油管(1)和套 管(2)内分别同时泵注压裂液进行上部产气层的加砂压裂；泵注过程中要求套管(2)内的 压力低于油管(1)内的压力，套管(2)内的压力在20 30MPa之间，油管(1)内的压力在 40 60MPa之间；加砂压裂完成后，通过油管(1)和套管(2)同时泵注顶替液，上部产气层 射孔、压裂施工结束；最后，重复上部产气层加砂压裂过程，完成全部目标层位压裂完成后，井口倒换流程， 从套管(2)内注入氮气，氮气的压力在10 23MPa，各级气举阀从上到下开启，氮气通过各 级气举阀进入油管(1)内，氮气携带油管(1)内的液体向上流动，从油管(1)内排出，完成 气举排液作业。
全文摘要
水力喷射射孔压裂气举排液一体化工艺管柱，应用于油田气井直井水力喷射射孔压裂和压裂后排液，由一趟管柱完成。在套管内自上而下通过油管依次连接有2～5个气举阀，在气举阀的下部通过油管连接有1～4个一级水力喷射器，并且在每个一级水力喷射器的下部分别连接一个滑套座；在下部的滑套座下端通过油管连接有一个二级水力喷射器；在二级水力喷射器的下端连接有一个单流阀，在单流阀的下端连接有筛管和丝堵；一级水力喷射器与上部产气层的顶部相对，二级水力喷射器与下部产气层的顶部相对。效果是能实现不动管柱，完成射孔、分层压裂及气举排液三联作。
文档编号E21B43/26GK101979823SQ20101050934
公开日2011年2月23日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者付钢旦, 任国富, 张文星, 李宪文, 桂捷, 王在强, 胡相君, 赵广民 申请人:中国石油天然气股份有限公司