一种膨胀式分段压裂工艺管柱的制作方法

1.本实用新型涉及天然气水合物储层改造技术领域，更具体地说，涉及一种膨胀式分段压裂工艺管柱。


背景技术：

2.天然气水合物是一种由水和甲烷分子通过分子键连接形成笼型晶格，在低温和高压环境下形成的固态矿物，经过充填或者沉积作用，赋存于海底及陆地永久冻土层，具有储量巨大、分布广泛、埋藏较浅、能量密度高等优点，每单位体积的天然气水合物分解可产生168标准体积的甲烷气体以及0.8标准体积的水，被公认为最具潜力的新型高效清洁替代能源。
3.天然气水合物可以通过钻井建立井筒直达天然气水合物的储层，改变储层的温度或者压力等热力学条件，破坏水合物的结合环境，促进天然气水合物分解为水和天然气，然后采用天然气开采工艺将分解后的天然气收集、输送至地面，从而实现水合物的开采。由于天然气水合物存在相态的变化，与常规的石油天然气相比存在较大的开采难度，迄今为止，天然气水合物的开采还处于探索阶段。
4.由于天然气水合物的主要赋存于泥质含量较高的细粉砂质储层，其孔隙度小，渗透率极低，不经过储层改造难以提供经济产量，但水合物储层的结构松软，遇热极易水化分解，无法采用套管固井的完井方式，因而，石油天然气行业常用的套管井分段压裂工艺均无法适用，且水合物储层地层结构疏松、强度较弱，井壁受力后易发生挤压变形，无法为常规可重复使用的机械式封隔器提供有效支撑，而常规双封单卡分段压裂工艺管柱中k344类型的封隔器，是采用压差式膨胀密封方式，一旦压力失效，则封隔器胶桶很快回缩，失去了密封井筒的作用，无法有效实现封隔。


技术实现要素：

5.本实用新型针对现有技术的上述缺陷，提供一种膨胀式分段压裂工艺管柱。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种膨胀式分段压裂工艺管柱，该管柱包括用于与钻具连接的管接头、与该管接头连接的伸缩组件、与该伸缩组件连接的第一胶囊膨胀封隔器、与该第一胶囊膨胀封隔器连接的喷射器、与该喷射器连接的第二胶囊膨胀封隔器、与该第二胶囊膨胀封隔器连接的接球筒，该管接头、伸缩组件、第一胶囊膨胀封隔器、喷射器、第二胶囊膨胀封隔器及接球筒按先后顺序依次连接并连通，该伸缩组件包括外套筒及内套筒，该内套筒可活动设置于外套筒内，该外套筒上设有可与第一胶囊膨胀封隔器和第二胶囊膨胀封隔器连通的导压通道，该外套筒内侧壁上设有与该导压通道连通的进液口，该内套筒侧壁上设有与内套筒内部连通的出液口，该内套筒和外套筒之间垫设有第一密封件和第二密封件，该第一密封件和第二密封件分别固设于该外套筒内侧壁并分别位于该进液口两侧，该内套筒第一端与该管接头连接并连通，该内套筒第二端设有用于挡止密封球的密封球座。
7.在本实用新型所述的一种膨胀式分段压裂工艺管柱中，该管接头为安全接头，该接球筒第一端与第二胶囊膨胀封隔器连接并连通，该接球筒第二端封闭。
8.在本实用新型所述的一种膨胀式分段压裂工艺管柱中，该导压通道为两个，该导压通道设置于该外套筒的侧壁上。
9.在本实用新型所述的一种膨胀式分段压裂工艺管柱中，该内套筒上设有凸出于该内套筒外壁面的限位件，该外套筒内壁面上设有用于限制该限位件滑动范围的限位槽。
10.在本实用新型所述的一种膨胀式分段压裂工艺管柱中，该外套筒内侧壁上还固设有第三密封件，该第一密封件、第二密封件和第三密封件按顺序依次设置于该外套筒内侧壁上；
11.该限位件在滑动至限位槽第一端端部时，该出液口位于该第一密封件和第二密封件之间；该限位件在滑动至限位槽第二端端部时，该出液口位于该第二密封件和第三密封件之间。
12.在本实用新型所述的一种膨胀式分段压裂工艺管柱中，该第一密封件包括至少一个第一密封圈，该第二密封件包括至少一个第二密封圈，该第三密封件包括至少一个第三密封圈。
13.在本实用新型所述的一种膨胀式分段压裂工艺管柱中，该密封球座包括与该内套筒第二端固定套接的顶部接头、与该顶部接头固定套接的球座中腔、固设于该球座中腔第二端的锁紧环、可滑动套设于该球座中腔内侧壁上的密封滑环、弹性抵接于该密封滑环和锁紧环之间的弹性支撑爪。
14.在本实用新型所述的一种膨胀式分段压裂工艺管柱中，该密封滑环中部设有圆锥孔，该顶部接头内壁面凸出于该球座中腔内壁面形成挡止该密封滑环的挡止部。
15.在本实用新型所述的一种膨胀式分段压裂工艺管柱中，该密封滑环和该弹性支撑爪之间夹设有固定挡环，该球座中腔侧壁上设有可供该弹性支撑爪穿过的通孔。
16.实施本实用新型的膨胀式分段压裂工艺管柱，具有以下有益效果：使用本实用新型的膨胀式分段压裂工艺管柱时,连接该管柱和钻具，将该管柱下入井筒，调节管柱深度，使得该喷射器对准目标层。通过钻具向该管柱内泵注清洗液，对管柱及井筒进行清洗。从钻具向该管柱内投入密封球。拖动钻具带动内套筒上的出液口移动至第一密封件和第二密封件之间，内套筒与导压通道通过出液口和进液口连通，通过钻具向该管柱内泵注液体，使得密封球与密封球座接触形成密封，液体通过导压通道进入第一胶囊膨胀封隔器和第二胶囊膨胀封隔器内使得第一胶囊膨胀封隔器和第二胶囊膨胀封隔器膨胀并固定于井筒内。通过使用该管柱，可通过调整伸缩组件的方式控制第一胶囊膨胀封隔器和第二胶囊膨胀封隔器的膨胀和回缩，实现对管柱整体的有效封隔。推动钻具带动内套筒上的出液口移动至第一密封件和第二密封件外，通过钻具继续向该管柱内泵注液体，液体推动密封球抵推密封球座并使得密封球座张开，密封球脱离密封球座，密封球进入接球筒，该喷射器与内套管连通并喷射液体进行压裂施工。压裂施工完成后，可停止泵注液体，调整伸缩组件的位置使得进液口与出液口位置相对，第一胶囊膨胀封隔器和第二胶囊膨胀封隔器内的液体回流至内套筒内，第一胶囊膨胀封隔器和第二胶囊膨胀封隔器回缩并松开封隔。此时即可调整管柱的位置，然后重复上述步骤，继续进行压裂施工。
附图说明
17.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
18.图1是本实用新型膨胀式分段压裂工艺管柱的结构示意图；
19.图2是本实用新型膨胀式分段压裂工艺管柱的第一剖面结构示意图；
20.图3是本实用新型膨胀式分段压裂工艺管柱的第二剖面结构示意图；
21.图4是本实用新型膨胀式分段压裂工艺管柱中伸缩组件的结构示意图；
22.图5是本实用新型膨胀式分段压裂工艺管柱中密封球座的剖面结构示意图；
23.图6是本实用新型膨胀式分段压裂工艺管柱中密封球座的剖面分解结构示意图。
具体实施方式
24.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
25.如图1
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3所示，在本实用新型的膨胀式分段压裂工艺管柱第一实施例中，该管柱100包括用于与钻具1连接的管接头2、与该管接头2连接的伸缩组件3、与该伸缩组件3连接的第一胶囊膨胀封隔器4、与该第一胶囊膨胀封隔器4连接的喷射器5、与该喷射器5连接的第二胶囊膨胀封隔器6、与该第二胶囊膨胀封隔器6连接的接球筒7，该管接头2、伸缩组件3、第一胶囊膨胀封隔器4、喷射器5、第二胶囊膨胀封隔器6及接球筒7按先后顺序依次连接并连通，该伸缩组件3包括外套筒9及内套筒8，该内套筒8可活动设置于外套筒9内，该外套筒9上设有可与第一胶囊膨胀封隔器4和第二胶囊膨胀封隔器6连通的导压通道10，该外套筒9内侧壁上设有与该导压通道10连通的进液口11，该内套筒8侧壁上设有与内套筒8内部连通的出液口12，该内套筒8和外套筒9之间垫设有第一密封件13和第二密封件14，该第一密封件13和第二密封件14分别固设于该外套筒9内侧壁并分别位于该进液口11两侧，该内套筒8第一端与该管接头2连接并连通，该内套筒8第二端设有用于挡止密封球16的密封球座15。
26.使用本实用新型的膨胀式分段压裂工艺管柱100时,连接该管柱100和钻具1，将该管柱100下入井筒，调节管柱100深度，使得该喷射器5对准目标层。通过钻具1向该管柱100内泵注清洗液，对管柱100及井筒进行清洗。从钻具1向该管柱100内投入密封球16。拖动钻具1带动内套筒8上的出液口12移动至第一密封件13和第二密封件14之间，内套筒8与导压通道10通过出液口12和进液口11连通，通过钻具1向该管柱100内泵注液体，使得密封球16与密封球座15接触形成密封，液体通过导压通道10进入第一胶囊膨胀封隔器4和第二胶囊膨胀封隔器6内使得第一胶囊膨胀封隔器4和第二胶囊膨胀封隔器6膨胀并固定于井筒内。通过使用该管柱100，可通过调整伸缩组件3的方式控制第一胶囊膨胀封隔器4和第二胶囊膨胀封隔器6的膨胀和回缩，实现对管柱100整体的有效封隔。推动钻具1带动内套筒8上的出液口12移动至第一密封件13和第二密封件14外，通过钻具1继续向该管柱100内泵注液体，液体推动密封球16抵推密封球座15并使得密封球座15张开，密封球16脱离密封球座15，密封球16进入接球筒7，该喷射器5与内套管连通并喷射液体进行压裂施工。压裂施工完成后，可停止泵注液体，调整伸缩组件3的位置使得进液口11与出液口12位置相对，第一胶囊膨胀封隔器4和第二胶囊膨胀封隔器6内的液体回流至内套筒8内，第一胶囊膨胀封隔器4和第二胶囊膨胀封隔器6回缩并松开封隔。此时即可调整管柱100的位置，然后重复上述步骤，继续进行压裂施工。
27.优选的，为便于将钻具1和管柱100紧急脱开，该管接头2为安全接头，当井下工具串出现卡钻等意外事故时，管柱100无法起出，通过投球打压，安全接头可实现钻具1和管柱100的分离。可以理解的，该接球筒7第一端与第二胶囊膨胀封隔器6连接并连通，该接球筒7第二端封闭。
28.在本实施方式中，该导压通道10为两个，该导压通道10设置于该外套筒9的侧壁上。
29.如图4所示，该内套筒8上设有凸出于该内套筒8外壁面的限位件17，该外套筒9内壁面上设有用于限制该限位件17滑动范围的限位槽18。在拖动钻具1带动内套筒8在外套筒9内滑动时，位于内套筒8上的限位件17仅可在限位槽18内活动。
30.进一步的，该外套筒9内侧壁上还固设有第三密封件19，该第一密封件13、第二密封件14和第三密封件19按顺序依次设置于该外套筒9内侧壁上。
31.具体的，该限位件17在滑动至限位槽18第一端端部时，该出液口12位于该第一密封件13和第二密封件14之间；该限位件17在滑动至限位槽18第二端端部时，该出液口12位于该第二密封件14和第三密封件19之间。
32.优选的，该第一密封件13包括至少一个第一密封圈，该第二密封件14包括至少一个第二密封圈，该第三密封件19包括至少一个第三密封圈。
33.在本实施方式中，优选的，该第一密封件13为两个第一密封圈，该第二密封件14为两个第二密封圈，该第三密封件19为两个第三密封圈。
34.优选的，该外套筒9内侧壁上设有可供第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈固定嵌入容置的环形凹槽，该第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈分别固定于环形凹槽内。
35.如图5、6所示，该密封球座15包括与该内套筒8第二端固定套接的顶部接头20、与该顶部接头20固定套接的球座中腔21、固设于该球座中腔21第二端的锁紧环22、可滑动套设于该球座中腔21内侧壁上的密封滑环23、弹性抵接于该密封滑环23和锁紧环22之间的弹性支撑爪24。
36.进一步的，该密封滑环23中部设有圆锥孔25，该顶部接头20内壁面凸出于该球座中腔21内壁面形成挡止该密封滑环23的挡止部26。该密封滑环23和该弹性支撑爪24之间夹设有固定挡环27，该球座中腔21侧壁上设有可供该弹性支撑爪24穿过的通孔28。
37.在将出液口12滑动至第二密封件14和第三密封件19之间时，出液口12不再与导压通道10导通，继续往内套筒8内注压，液压推动密封圈抵推密封滑环23，密封滑环23通过固定挡换抵推弹性支撑爪24，弹性支撑爪24扩张，密封球座15张开，密封球16从密封球座15内掉落并进入接球筒7内。
38.此外，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“层叠”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实用新型中的具体含义。
39.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。