一种压裂及分注一体化完井管柱的制作方法

本实用新型属于石油开采领域，尤其涉及注水开发领域，具体是一种压裂及分注一体化完井管柱。

背景技术：

深层低渗稀油、高凝油油藏注水开发是目前主要的补充地层能量方式，且具有注入压力高，注入排量小等特点。目前，采用的高压分层注水存在以下三方面问题：一是管柱蠕动、震动严重，当井深超过1500m以后，注入管柱会发生明显的震动，造成封隔器蠕动或震动，破坏已经建立的密封机制，甚至破坏胶筒；二是油管应力伸缩严重，主要包括注水压力和热应力，以往采用的补偿锚定工具不能完全阻止封隔器附近油管的弹性伸缩变化，进而造成封隔器随着油管伸缩而上下蠕动，导致遭到破坏；三是随着井深的增加，配注器测调变得十分困难，表现为油管受压变形导致的仪器下不进去，以及深井井斜较大导致的仪器对接成功率低。基于上述原因，目前的高压分层注水技术无法实现完井、压裂、注水的有机结合，不能下入一趟管柱实现完井、压裂、注水管柱等作业。

有鉴于此，本设计人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出一种压裂及分注一体化完井管柱，以期解决现有技术存在的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是在于提供一种压裂及分注一体化完井管柱，使完井、压裂、注水的有机结合，简化了作业工序，节约了作业成本。

为此，本实用新型提出一种压裂及分注一体化完井管柱，包括：

注液管柱，包括第一上压帽、第一下压帽、中心管以及第一滑套，所述第一下压帽的上端套接于所述第一上压帽的下端，所述中心管放置于所述第一上压帽内，其上端通过固定销钉与所述第一上压帽相连接，所述第一滑套的上段位于所述中心管与所述第一上压帽之间，其下段相邻于所述第一上压帽的内侧面，并与所述第一上压帽之间通过剪断销钉相连接，所述第一滑套的下端口内形成有一供放置封堵球的球座，其中，所述第一上压帽的侧壁上开设有第一外孔道，所述中心管的侧壁上对应所述第一外孔道设置有内孔道，当所述剪断销钉剪断时，所述第一滑套能向下滑动，以使相对应的所述第一外孔道及所述内孔道相连通；

破裂阀，包括第二上压帽、第二下压帽及第二滑套，所述第二上压帽上端与所述第一下压帽的下端相连接，其侧壁上开设有第二外孔道，所述第二下压帽的上端套接于所述第二上压帽的下端处，两者相接形成一外套管,所述第二下压帽上端的内侧面处凹设有一导引环槽；所述第二滑套其放置于所述外套管内，并对应封堵所述第二外孔道，所述第二滑套与所述第二上压帽之间通过第二剪切销钉相连接，所述第二滑套的外侧面上凸设有一活塞环，所述活塞环嵌设于所述导引环槽的上端处，所述第二上压帽的下端、所述第二下压帽的内侧面以及所述活塞环的上端之间形成有一液压腔，其内部沿轴向设有一活塞腔，所述活塞腔的上端与所述液压腔相连通，其下端通过一传压流道与所述第二下压帽的内腔相连通；

阻流环，其通过套管与所述第二下压帽的下端相连接。

如上所述的压裂及分注一体化完井管柱，其中，所述第一上压帽的外侧面上凸设形成有扶正块，所述扶正块沿所述第一上压帽的轴向延伸设置，所述第一外孔道位于所述扶正块上。

如上所述的压裂及分注一体化完井管柱，其中，所述第一上压帽沿周向设置有多个所述扶正块，各所述扶正块沿所述第一上压帽的周向均布，并分别设置有第一外孔道。

如上所述的压裂及分注一体化完井管柱，其中，所述第一下压帽的内侧面上环设形成有承托台，所述第一滑套在向下滑动时，能对应承托于所述承托台上。

如上所述的压裂及分注一体化完井管柱，其中，所述中心管的上端外侧凸设有防转块，所述第一上压帽的内壁上形成有防转槽，所述防转块对应嵌设于所述防转槽内。

如上所述的压裂及分注一体化完井管柱，其中，所述防转块及防转槽对应设置有多个，并分别沿周向均布于所述中心管的外侧面及所述第一上压帽的内壁。

如上所述的压裂及分注一体化完井管柱，其中，另设有一第一工作筒，所述第一工作筒放置于所述中心管内，所述第一工作筒的外侧面上形成有弹爪，所述弹爪的上端外侧设有凸部，其下端与所述第一工作筒相连接，所述弹爪与所述第一工作筒的侧壁之间形成有U形开口；

所述中心管的内侧面上形成有与所述弹爪相对应的限位部，所述限位部包括多个限位滑槽，各所述限位滑槽与所述凸部的形状相匹配，其位于所述内孔道的上侧，并沿所述中心管的轴向依序设置，所述弹爪的凸部能嵌设于任一所述限位滑槽中，当所述凸部位于最上侧的所述限位滑槽时，所述第一工作筒对应封堵所述内孔道。

如上所述的压裂及分注一体化完井管柱，其中，所述第一滑套在所述球座上端口处的口径小于所述第一工作筒的内径。

如上所述的压裂及分注一体化完井管柱，其中，所述传压流道沿所述第二下压帽的径向设置，其内部封堵有一破裂片。

如上所述的压裂及分注一体化完井管柱，其中，所述第二下压帽的内侧面上凸设形成有环部，所述第二滑套在向下滑动时能对应承托于所述环部上，所述传压流道沿径向贯通于所述环部上。

如上所述的压裂及分注一体化完井管柱，其中，另设有一第二工作筒，所述第二工作筒能放置于所述第二滑套内，其外侧面上形成有外螺纹，所述第二滑套的内侧面上设有内螺纹，所述第二工作筒的外螺纹能与所述第二滑套的内螺纹对应连接。

如上所述的压裂及分注一体化完井管柱，其中，所述第一上压帽的上端沿轴向凸伸形成有一第一上接头，所述第一下压帽的下端缩径形成有一第一下接头，所述第二上压帽的上端沿轴向凸伸形成有一第二上接头，所述第二下压帽的下端沿轴向延伸形成有一第二下接头，所述第一下接头与所述第二上接头对应连接，所述第二下接头与所述套管连接。

与现有技术相比，本实用新型提出的压裂及分注一体化完井管柱，通过设置注水管柱、压裂法以及阻流环，使完井、压裂及注水有机结合，采用一趟管柱作业即可实现完井、压裂、注水管柱的下入，简化了作业工序，节约了作业成本，采用机械式测调对接机构，简化测调工艺流程，降低了测试仪器的对接难度，进而提高了油田开发效果

附图说明

图1为本实用新型中注液管柱的组成结构示意图。

图2为本实用新型中注液管柱在投入封堵球坐封打压后的工作状态示意图。

图3为本实用新型中注液管柱下入第一工作筒的工作状态示意图。

图4为本实用新型中注液管柱的第一上压帽的防转槽与中心管的防转块的装配端视图。

图5为本实用新型中注液管柱的第一工作筒的剖面图。

图6为本实用新型中破裂阀的结构示意图(一)。

图7为本实用新型中破裂阀的结构示意图(二)。

图8为图6中液压腔处的局部放大示意图。

图9为图6中传压流道处的局部放大示意图。

图10为本实用新型的压裂及分注一体化完井管柱在井筒内的简化示意图(一)。

图11为本实用新型的压裂及分注一体化完井管柱在井筒内的简化示意图(二)，图中注液管柱及破裂法处于打开状态。

图12为本实用新型的压裂及分注一体化完井管柱在井筒内的简化示意图(三)，图中注液管柱及破裂法处于关闭状态。

主要元件标号说明：

1a 注液管柱 1b 破裂阀

1c 阻流环 1d 套管

1 第一上压帽 10 第一外孔道

11 扶正块 12 防转槽

13 第一上接头 2 第一下压帽

21 承托台 22 第一下接头

3 中心管 30 内孔道

31 固定销钉 32 防转块

33 限位滑槽 4 第一滑套

41 第一剪断销钉 42 球座

5 第一工作筒 51 弹爪

52 凸部 53 U形开口

54 封堵球

6 第二上压帽 61 第二外孔道

62 第二剪切销钉 63 第二上接头

7 第二下压帽 71 导引环槽

72 活塞腔 73 传压流道

74 破裂片 75 环部

76 第二下接头 8 第二滑套

81 活塞环 82 第二密封圈

9 第二工作筒 H 液压腔

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式:

图1为本实用新型中注液管柱的组成结构示意图。图2为本实用新型中注液管柱在投入封堵球坐封打压后的工作状态示意图。图3为本实用新型中注液管柱下入第一工作筒的工作状态示意图。图4为本实用新型中注液管柱的第一上压帽的防转槽与中心管的防转块的装配端视图。图5为本实用新型中注液管柱的第一工作筒的剖面图。图6为本实用新型中破裂阀的结构示意图(一)。图7为本实用新型中破裂阀的结构示意图(二)。图8为图6中液压腔处的局部放大示意图。图9为图6中传压流道处的局部放大示意图。图10为本实用新型的压裂及分注一体化完井管柱在井筒内的简化示意图(一)。图11为本实用新型的压裂及分注一体化完井管柱在井筒内的简化示意图(二)，图中注液管柱及破裂法处于打开状态。图12为本实用新型的压裂及分注一体化完井管柱在井筒内的简化示意图(三)，图中注液管柱及破裂法处于关闭状态。

如图1至图12所示，本实用新型提出的压裂及分注一体化完井管柱，包括注液管柱1a、破裂阀1b以及阻流环1c，其中：

所述注液管柱1a包括第一上压帽1、第一下压帽2、中心管3以及第一滑套4，所述第一下压帽2上端套接于所述第一上压帽的下端，如图所示，该第一上压帽1、第一下压帽2均为管状结构，至于两者的具体长度、直径等尺寸，在此不做具体限定，可根据实际需要而定；所述中心管3位于所述第一上压帽1内，其上端通过固定销钉31与所述第一上压帽1相连接，在具体组装时，当该中心管3由所述第一上压帽1的一端(图中为所述第一上压帽1的下端)，插入第一上压帽1后，再用所述固定销钉31将两者连接即可；所述第一滑套4的上段位于所述中心管3与所述第一上压帽1之间，其下段相邻于所述第一上压帽1的内侧面，并与所述第一上压帽1之间通过第一剪断销钉41相连接，所述第一滑套41的下端口内形成有一供放置封堵球的球座42，在实际应用时，该球座42可直接凸设于所述第一滑套41的内侧面上,其中，所述第一上压帽1的侧壁上开设有第一外孔道10，所述中心管3的侧壁上对应所述第一外孔道10设置有内孔道30，当所述第一剪断销钉41剪断时，所述第一滑套4能向下滑动，以使相对应的所述第一外孔道10及所述内孔道30相连通。也即，在所述第一滑套4下移后，使得所述第一外孔道10及内孔道30之前处于相互连通状态，可使压裂液、酸液、注入水等流体从本实用新型内进入地层；

所述破裂阀1b包括第二上压帽6、第二下压帽7以及第二滑套8，其中，所述第二上压帽6的侧壁上开设有第二外孔道61，在作业时可使压裂液、酸液、注入水等流体从本实用新型内进入地层，所述第二下压帽7的上端套接于所述第二上压帽6的下端处，两者相接形成一外套管,所述第二下压帽7上端的内侧面处凹设有一导引环槽71，所述第二滑套8放置于所述外套管内，并对应封堵所述第二外孔道61，在本实用新型下井初期，用于保护本实用新型，所述第二滑套8与所述第二上压帽6之间通过第二剪切销钉62相连接，所述第二滑套8的外侧面上凸设有一活塞环81，所述活塞环81嵌设于所述导引环槽71的上端处，所述第二上压帽6的下端、所述第二下压帽7的内侧面以及所述活塞环81的上端之间形成有一液压腔H,其中，请一并参见图8，所述第二下压帽7内部沿轴向设有一活塞腔72，所述活塞腔72的上端与所述液压腔H相连通，其下端通过一传压流道73与所述第二下压帽7的内腔相连通；

所述阻流环1c通过套管1d与所述第二下压帽7的下端相连接。

如图1所示，所述第一上压帽1的外侧面上凸设形成有扶正块11，所述扶正块11沿所述第一上压帽的轴向延伸设置，所述第一外孔道10位于所述扶正块11上。在本实用新型下入井下后，通过所述扶正块11支撑于井下侧壁，能确保本实用新型处于扶正状态，更便于后续的使用。

如图1、图2及图4所示，在优选的实施方式中，所述第一上压帽1沿周向设置有多个所述扶正块1，各所述扶正块11沿所述第一上压帽1的周向均布，并分别设置有第一外孔道10。如此，既能使所述扶正块11更好的扶正，也利于提高流体从本实用新型进入地层的流量，具体而言，在进行固井作业时，由于所述扶正块11的最大外径与井眼尺寸接近，可避免固井泥浆将第一外孔道10堵死，降低了第一外孔道10开启的难度。

为避免第一滑套4在落入井下，以便于对其回收利用，在所述第一下压帽2的内侧面上环设形成有承托台21，所述第一滑套4在向下滑动时，能对应承托于所述承托台21上。

请一并参见图4，所述中心管3的上端外侧凸设有防转块32，所述第一上压帽1的内壁上形成有防转槽12，所述防转块32对应嵌设于所述防转槽12内，以避免所示中心管3相对于所述第一上压帽1转动。

较佳地，所述防转块32及防转槽12对应设置有多个，并分别沿周向均布于所述中心管3的外侧面及所述第一上压帽1的内壁。

请参见图3及图5，另设有一第一工作筒5，所述第一工作筒5放置于所述中心管3内，所述第一工作筒5的外侧面上形成有弹爪51，所述弹爪51的上端外侧设有凸部52，其下端与所述第一工作筒5相连接，所述弹爪51与所述第一工作筒5的侧壁之间形成有U形开口53；

所述中心管3的内侧面上形成有与所述弹爪51相对应的限位部，所述限位部包括多个限位滑槽33，各所述限位滑槽33与所述凸部52的形状相匹配，其位于所述内孔道30的上侧，并沿所述中心管3的轴向依序设置，所述弹爪51的凸部52能嵌设于任一所述限位滑槽33中，当所述凸部52位于最上侧的所述限位滑槽33时，所述第一工作筒5对应封堵所述内孔道30(请一并参见图3)。

其中，当所述第一工作筒5在所述中心管3内由上至下移动时，所述弹爪51的凸部52能沿依次在各所述限位滑槽33间移动，所述U形开口53与所述内孔道30的连通面积则由小渐大。在本实用新形中，利用所述弹爪51周侧与第一工作筒5之间的U形开口53，能与所述内孔道30及所述第一外孔道10对应连通，使得液流能通过所述第一工作筒5的内腔经所述内孔道30、第一外孔道10注入地层。这样，通过所述第一工作筒5在所述中心管3中上下移动，能控制液流的流量，其中，当弹爪51的凸部52位于最上侧限位滑槽53时，该U形开口53与内孔道30的连通闭合；所述限位部内的各限位滑槽33可形成多档调节，当所述第一工作筒5下行一档时，代表注入流量逐级提高，最后一档(最下侧限位滑槽33)代表最大注入流量，也即，当弹爪51的凸部52位于最下侧限位滑槽53时，该U形开口53与内孔道30的连通面积最大。

由此，通过设置第一工作筒5，能调节从本实用新型注入地层的流量，另外，当第一工作筒5的弹爪51在进入或移出限位滑槽33时，所述凸部52在限位滑槽33槽壁的顶抵下会向所述第一工作筒5内变形，使得U形开口53的开口面积发生变化，还具有临时调节流量的功能。

在实际制作时，可先行在所述第一工作筒5上开设U形开口53，继而直接形成该弹爪51，或者，先行在所述第一工作筒5上设置一开口，再将所述弹爪51安装于该开口处，从而使其周侧与所述第一工作筒5之间形成该U形开口。另外，对于所述弹爪51及限位部的数量，可根据实际需要而定，在此不做具体限定；而所述限位部的相邻限位滑槽之间，可进一步优化处理，形成光滑过度连接，更利于凸部52的移动；所述限位滑槽53及凸部52的形状，优选为半圆形。

进一步地，所述第一滑套4在所述球座42上端口处的口径小于所述第一工作筒9的内径，使得所述第一滑套4能相对于所述第一工作筒9形成一台阶，当所述第一工作筒9下移至所述球座42时，会对所述第一工作筒9进行限位，防止其从本实用新型中脱落。

在优选实施方式中，还可在所述球座42的上端口处的内表面形成有与所述封堵球54的外表面相密贴的光滑曲面。在实际工作时，所述球座42采用与封堵球的外表面同曲率光滑曲面设计，与现有线性面相比，本实用新型使封堵球落入球座以后，不会因点状受力而破裂，提高了封堵球使用的安全性。

如图9所示，所述传压流道73沿所述第二下压帽7的径向设置，其内部封堵有一破裂片74。在实际工作时，注入本实用新型中的流体会进入所述传压流道73内憋压，并对所述破裂片74施加压力，当压力值超过所述破裂片74的破裂压力时，破裂片74破裂，流体能快速由传压流道73进入活塞腔72，并在所述液压腔H内对所述第二滑套8的活塞环81施加压力，进而剪断第二剪切销钉62并推动所述第二滑套8下行，以打开所述第二上压帽6的内腔与所述第二外孔道61之间的流通空间P，使流体由本实用新型经所述第二外孔道61进入地层。

较佳地，所述第二下压帽7的内侧面上凸设形成有环部75，所述第二滑套8在向下滑动时能对应承托于所述环部75上，可避免所述第二滑套8落入井下，实现可回收的目的，便于重复利用；请参见图6，优选所述传压流道73沿径向贯通于所述环部75上，当所述第二滑套8向下滑动时，不会封堵所述传压流道73，使流体能持续从所述传压流道73进入所述活塞腔72，并通过推动所述活塞环81使所述第二滑套8下移，确保所述第二外孔道61完全打开。

如图7所示，在优选的实施方式中，另设有一第二工作筒9，所述第二工作筒9能放置于所述第二滑套8内，其外侧面上形成有外螺纹，所述第二滑套8的内侧面上设有内螺纹，所述第二工作筒9的外螺纹能与所述第二滑套4的内螺纹对应连接，并与所述第二滑套8相连接。在作业中，可根据工作需要，采用钢丝连接接注水常用同心测调仪器，在同心测调仪器上安装第二工作筒9，将所述第二工作筒9下入第二滑套8内，可在电机的带动下旋转控制同心测调仪器转动，带动第二工作筒9旋转，使第二工作筒9与所述第二滑套8相螺接，并通过控制旋转圈数，改变所述第二工作筒9在所述第二滑套8内的旋进距离，改变所述第二工作筒9在所述第二滑套8中的位置，能调节上述流通空间P的面积，使得流体由所述环套3中流入所述第二外孔道61中的流量发生变化，进而达到调节流量的目的，安全可靠。

如图2、图6所示，为便于连接，所述第一上压帽1的上端沿轴向凸伸形成有一第一上接头13，所述第一下压帽2的下端缩径形成有一第一下接头22，所述第二上压帽6的上端沿轴向凸伸形成有一第二上接头63，所述第二下压帽7的下端沿轴向延伸形成有一第二下接头76，所述第一下接头22与所述第二上接头63对应连接，所述第二下接头76与所述套管1d连接。

另外，为了提高所述第二滑套8与所述第二上压帽6、第二下压帽7之间的密封性，还可在所述第二滑套8的外侧面上沿轴向间隔嵌设有多个第二密封圈82。

本实用新型提出的压裂及分注一体化完井管柱，与套管等其它井下工具连接后，一并下井至井筒中的适当位置，其具体工作过程如下：

首先，通过阻流环完成常规固井作业，由于该阻流环及其工作原理均为公知技术，在此不再赘述；

其次，向本实用新型中注液(压裂、酸化或瞬时高排量泵注)打压，液体会进入所述传压流道73内憋压，并对所述破裂片74施加压力，当压力值超过所述破裂片74的破裂压力时，破裂片74破裂，流体能快速由传压流道73进入活塞腔72，并在所述液压腔H内对所述第二滑套8的活塞环81施加压力，剪断第二剪切销钉62并推动所述第二滑套8下行，打开所述第二上压帽6的内腔与所述第二外孔道61之间的流通空间，使流体由本实用新型经所述第二外孔道61进入地层，从而实现对第一层级的压裂、酸化以及瞬时高排量泵注的目的(请一并参见图6、图7及图11)，其中，在作业过程中，可根据工作需要下入所述第二工作筒9，使之与所述第二滑套8相连接，并通过在所述第二滑套8内旋进所述第二工作筒9，改变所述第二工作筒9在所述第二滑套8中的位置，即可调节上述流通空间的面积，以调节进入所述第二外孔道61中的液体流量，安全可靠；

之后，向井下投入封堵球54，待该封堵球54经套管并坐封于所述第一滑套4的球座42，从地面向本实用新型的内腔中注液打压，当封堵球54及所述球座42处承受的液压力大于所述第一剪断销钉41剪切力时，所述第一剪断销钉41剪断，所述第一滑套4在液压力的作用下向下移动，从而使得所述内孔道30与第一外孔道10相互连通，形成注液通道(请一并参见图1至图3及图12)；随后，根据工作需要，从地面注液并通过所述内孔道30及第一外孔道10进入地层，从而实现对第二层级的压裂、酸化以及瞬时高排量泵注的目的。

其中，根据现场实际实施需要，还可以通过磨铣作业和酸蚀作业对所述球座42及封堵球54进行磨铣和溶解，从而将本实用新型的内腔恢复为贯通状态，后续可之间对本实用新型下侧井底进行作业。

其中，还可通过钢丝将所述第一工作筒5下入本实用新型的中心管3内，并通过所述弹爪51的凸部52与所述限位滑槽33对接，随后，根据工作需要，通过控制所述第一工作筒5在所述中心管3内上下移动，从而根据实际情况，实时调节液流从所述中心管3通过所述内孔道30、第一外孔道10进入地层的流量，方便实用，提高了分注管柱的有效期和有效性，提高油田开发效果。

需要指出的是，在实际应用时，对于所述注液管柱1a的数量可根据实际需要而定，以便于对更多的地层进行作业，比如在图中设置了两个所述注液管柱1a；对于所述注液管柱1a、破裂阀1b以及阻流环1c之间，在工作时既可直接相连，也可通过套管相连接，以便于根据作业位置调整。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。