CN102330546A - 安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱及液控开关管柱 - Google Patents

Abstract

本发明是安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱及液控开关管柱，适用于水平井及直井的完井工艺，下入一趟液控开关管柱启闭安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱，实现多层段的压裂完井施工，满足低渗透油藏和非常规油气资源的开发需要。本管柱是使用套管自上而下依次连接钻杆送入工具、顶部悬挂封隔器、液控开关滞留筒、可开关控制阀以及与其连接的裸眼压裂封隔器、井筒隔绝阀和底部循环阀。本液控开关管柱包括液控开关工具和连续油管，把一套液控开关工具连接在连续油管底部。可开关控制阀采用相同尺寸的内通径，可对地层采用套管加砂压裂完井，满足大排量、大规模压裂改造的需要，增加裂缝长度、裂缝数量及导流能力，有效提高产能和采收率。

Description

安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱及液控开关管柱

技术领域

本发明涉及石油工业的完井装置，特别是安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱及液控开关管柱，适用于水平井及直井的完井工艺，下入一趟液控开关管柱启闭安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱，实现多层段的压裂完井施工，满足低渗透油藏和非常规油气资源的开发需要。

背景技术

目前，利用水平井分段压裂改造技术来提高低渗透油藏以及页岩油气等非常规资源开发应用规模逐步加大。但目前常用的水平井裸眼封隔器分段完井工艺，如：申请号为200920248979.9的水平井完井压裂一体化管柱，通过投球逐级打开滑套分段压裂技术，为了让投入的球能够通过、到达最下方的压裂完井层段，最下方的球座内径必须小于上一级的球座内径，受球座尺寸分级排列的影响，其分段数量和压裂规模都受到很大限制，影响了改造效果；并且该滑套是投球滑套，球投入后使滑套打开，后期生产时无法再关闭。如后期要进行选择性生产或多次的重复压裂改造时，需关闭滑套，该一体化管柱整体将无法使用。只能重新在该管柱内下入油管压裂管柱，进行小规模的管内分段压裂，因此在完井以后的后续施工中不能满足使用需求。同时该实用新型完井压裂一体化管柱的结构相对复杂，容易出现操作故障。在低渗透油藏和非常规油气资源的开发中，针对多段压裂的直井，特别是管柱结构复杂、技术要求高的水平井还没有一种套管压裂完井方法可以解决上述难题，制约着低渗透油藏和非常规油气资源的开发。

发明内容

本发明的目的是提供安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱及液控开关管柱，解决目前套管分段压裂完井施工中，通过投球逐级打开滑套的分段压裂技术受球座内径分级排列影响，分段数量和压裂规模受到限制的问题，提高地层的改造效果，提高压裂规模和效率。

本发明技术方案可达上述目的：

安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱，是使用套管1自上而下依次连接钻杆送入工具3、顶部悬挂封隔器5、液控开关滞留筒2、可开关控制阀4以及与其连接的裸眼压裂封隔器6、井筒隔绝阀8和底部循环阀7。在管柱中至少连接一组可开关控制阀4以及与其连接的裸眼压裂封隔器6。当对多段地层进行压裂完井时，需要在管柱中配置多组可开关控制阀4以及与其连接的裸眼压裂封隔器6，在其底部一组的可开关控制阀4的下方无需再加装裸眼压裂封隔器6。

用于启闭安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱的液控开关管柱包括液控开关工具10和连续油管9，把一套液控开关工具10连接在连续油管9底部。液控开关工具10包括上接头10-1、调节环10-2、驱动筒10-5、启闭机构、中心管10-8、活塞10-9和下接头10-11，上接头10-1、中心管10-8和下接头10-11依次连接，在其外部依次连接调节环10-2、启闭机构、驱动筒10-5和活塞10-9，在活塞10-9与驱动筒10-5之间安装挡环10-6和弹簧10-7；中心管10-8的管体上设有进液孔与活塞10-9的内腔对应。

本发明具有以下显著的效果和进步：

1、在本发明的压裂完井管柱中，可开关控制阀采用相同尺寸的内通径，不使用投球法，不存在内通径必须逐级缩小的问题，可以保证各压裂完井层段均使用最大内径的可开关控制阀实施套管压裂完井。可对地层采用套管加砂压裂完井，满足大排量、大规模压裂改造的需要，增加裂缝长度、裂缝数量及导流能力，有效提高产能和采收率。

2、在水平井的水平段或直井的多个压裂完井层段，可根据需要在裸眼分段压裂完井管柱中放置多个可开关控制阀，其可开关控制阀的设计规格统一、内通径大，可使用同一套液控开关工具完成多个压裂完井用可开关控制阀的启闭，压裂分级数量不受限制，满足大排量、大规模压裂改造的需要。

3、多个压裂层段的压裂施工可连续完成，无需将液控开关管柱提出地面，操作方便，提高了压裂效率，节约压裂费用且完井工艺简单、安全可靠，大大降低了施工成本。

4、无需射孔，节省了射孔作业费用和作业时间。

5、后期生产中可以使用液控开关工具，下入到压裂完井管柱中选择性地打开或关闭任意一个压裂完井用的可开关控制阀，满足选择性生产以及重复压裂改造的要求，解决了现有技术压裂完井管柱不能被重复开启、关闭，不能选择性生产和重复压裂的难题，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明中可开关控制阀的结构示意图。

图2是本发明中液控开关工具的结构示意图。

图3是本发明中液控开关工具打开压裂完井管柱中可开关控制阀时的工作状态示意图。

图4是本发明中液控开关工具关闭压裂完井管柱中可开关控制阀时的工作状态示意图。

图5是本发明中安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱的结构示意图。

图6是本发明中液控开关管柱的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的详述：

安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱，是使用套管1自上而下依次连接钻杆送入工具3、顶部悬挂封隔器5、液控开关滞留筒2、可开关控制阀4以及与其连接的裸眼压裂封隔器6、井筒隔绝阀8和底部循环阀7。在管柱中至少连接一组可开关控制阀4以及与其连接的裸眼压裂封隔器6。当对多段地层进行压裂完井时，需要在管柱中配置多组可开关控制阀4以及与其连接的裸眼压裂封隔器6，在其底部一组的可开关控制阀4的下方无需再加装裸眼压裂封隔器6。

可开关控制阀4包括外套筒4-3和内滑套4-7，外套筒4-3上设有液流通道4-6，内滑套4-7装于外套筒4-3内，外套筒4-3两端连接上接头4-1和下接头4-9。内滑套4-7的顶部筒体的内圆设有开启用钩挂台肩4-4，其上部筒体设有定位筋，其下部筒体内圆设有关闭用钩挂台肩4-8；定位筋的外侧设有定位凸台4-10。在外套筒4-3的液流通道4-6上方筒体内圆上设有开启用定位凹槽4-2和关闭用定位凹槽4-11，开启用定位凹槽4-2和关闭用定位凹槽4-11均与内滑套4-7的定位凸台4-10配合定位。当使用液控开关工具10的启闭机构打开或关闭可开关控制阀4时，内滑套4-7的定位凸台4-10落入开启用定位凹槽4-2或关闭用定位凹槽4-11中，使打开或关闭后的内滑套4-7定位。外套筒4-3内圆中上接头4-1至液流通道4-6上部端口的距离大于或等于内滑套4-7的筒体长度，避免内滑套4-7的筒体遮挡液流通道4-6。在外套筒4-3的液流通道4-6的两侧、上接头4-1和下接头4-9的连接处均设有密封件，图中以密封件4-5表示。

液控开关工具滞留筒2是一个两端设有连接丝扣的筒状体，其内径大于液控开关管柱上的液控开关工具10的外径，其环空过流面积等于配套套管的过流面积。当上提液控开关管柱进行压裂完井作业时，液控开关工具10可以滞留在液控开关工具滞留筒2中减少节流压差，避免工具磨损。

用于启闭安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱的液控开关管柱包括液控开关工具10和连续油管9，把一套液控开关工具10连接在连续油管9底部。液控开关工具10包括上接头10-1、调节环10-2、驱动筒10-5、启闭机构、中心管10-8、活塞10-9和下接头10-11，上接头10-1、中心管10-8和下接头10-11依次连接，在其外部依次连接调节环10-2、启闭机构、驱动筒10-5和活塞10-9，在活塞10-9与驱动筒10-5之间安装挡环10-6和弹簧10-7；中心管10-8的管体上设有进液孔与活塞10-9的内腔对应。启闭机构包括启闭操作块10-3和驱动块10-4，启闭操作块10-3与驱动块10-4铰链配接；启闭操作块10-3的一端为解锁坡，其外侧设有钩挂卡槽，该钩挂卡槽与可开关控制阀中内滑套4-7的开启用钩挂台肩4-4配合或者与关闭用钩挂台肩4-8配合，驱动块10-4的外侧为弧形；启闭操作块10-3的非解锁坡端与驱动块10-4的一端铰链配接，启闭操作块10-3的解锁坡端与驱动块10-4的另一端分别与上接头10-1的上部和驱动筒10-5的上端铰链配接；该启闭机构至少设有三套，轴向设置在上接头10-1与驱动筒10-5之间。在下接头10-11和活塞10-9的密封连接处设有密封圈，在图2中以密封圈10-10表示。打开或关闭可开关控制阀4时的液控开关工具10的工作状态示意图由图3和图4表示。图3和图4中B表示装有可开关控制阀4的压裂完井管柱；A表示液控开关管柱。

使用连续油管在其底部连接一套液控开关工具，是在一套液控开关管柱中连接两个液控开关工具10，一个用于打开可开关控制阀4，另一个用于关闭可开关控制阀4。两个液控开关工具10在管柱上的连接方向相反或者相对，使两个液控开关工具10的启闭操作块10-3的安装方向相反或者相对。

以水平井中施工为例的具体施工方法

首先根据地层需要配置可开关控制阀4的数量并将连接好的裸眼分段压裂完井管柱下入井内，具体工艺如下：

1、本工艺管柱在确定分段压裂级数和压裂完井用可开关滑套4安装位置后进行完井管柱的配接，将配接好的完井管柱下入井内正循环顶替，投球关闭井筒隔绝阀8，打压完成多个裸眼压裂封隔器6坐封，继续打压完成顶部悬挂封隔器5坐封丢手，全井试压合格后起出钻杆送入工具3。

2、安装可密封连续油管9的井口装置，参见图6中配接液控开关管柱管柱。

当需要分段压裂完井时，各井段的套管压裂施工过程如下：

A：为液控开关管柱打液压，液压从连续油管9进入液控开关工具10的中心管10-8内，从管体上的进液孔进入活塞10-9内，推动活塞10-9压缩弹簧10-7，同时活塞10-9推动驱动筒10-5，从而驱动驱动块10-4，使启闭操作块10-3伸出，卡住可开关控制阀4的内滑套4-7上的开启用钩挂台肩4-4。通过液控开关工具10打开裸眼分段压裂完井管柱中目的层段的可开关控制阀4；

B：为液控开关管柱卸压，使液控开关工具10的启闭操作块10-3与可开关控制阀4的开启用钩挂台肩4-4脱离；

C：上提液控开关管柱，使两个液控开关工具10都进入液控开关工具滞留筒2中，从井口压裂完井管柱中进行压裂，完成该段的套管压裂施工；

D：下放液控开关管柱，为液控开关管柱打液压，液压从连续油管9进入中心管10-8内，从管体上的进液孔进入活塞10-9内，推动活塞10-9压缩弹簧10-7，同时活塞10-9推动驱动筒10-5，从而驱动驱动块10-4使启闭操作块10-3伸出时卡住可开关控制阀4的内滑套4-7上的关闭用钩挂台肩4-8。封堵液流通道4-6，通过液控开关工具10关闭裸眼分段压裂完井管柱中目的层段的可开关控制阀4；

E ：为液控开关管柱卸压，使液控开关工具10的启闭操作块10-3与可开关控制阀4的关闭用钩挂台肩4-8脱离；

F：上提或下放液控开关管柱至新的目的层段重复上述工序继续施工；或者把液控开关管柱提至地面，正常进行后续施工。

Claims (10)

1.安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱，其特征是，使用套管（1）自上而下依次连接钻杆送入工具（3）、顶部悬挂封隔器（5）、液控开关滞留筒（2）、可开关控制阀（4）以及与其连接的裸眼压裂封隔器（6）、井筒隔绝阀（8）和底部循环阀（7）。

2.根据权利要求1所述的安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱，其特征是，所述可开关控制阀（4）包括外套筒（4-3）和内滑套（4-7），外套筒（4-3）上设有液流通道（4-6），内滑套（4-7）装于外套筒（4-3）内，外套筒（4-3）两端连接上接头（4-1）和下接头（4-9）。

3.根据权利要求2所述的安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱，其特征是，所述内滑套（4-7）顶部筒体的内圆设有开启用钩挂台肩（4-4），其上部筒体设有定位筋，其下部筒体内圆设有关闭用钩挂台肩（4-8），定位筋的外侧设有定位凸台（4-10）；在外套筒（4-3）的液流通道（4-6）上方的筒体内圆设有开启用定位凹槽（4-2）和关闭用定位凹槽（4-11），开启用定位凹槽（4-2）和关闭用定位凹槽（4-11）均与内滑套（4-7）的定位凸台（4-10）配合。

4.根据权利要求3所述的安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱，其特征是，所述外套筒（4-3）内圆中上接头（4-1）至液流通道（4-6）上部端口的距离大于或等于内滑套（4-7）的筒体长度；在外套筒（4-3）的液流通道（4-6）的两侧、上接头（4-1）和下接头（4-9）的连接处均设有密封件。

5.根据权利要求1所述的安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱，其特征是，所述液控开关工具滞留筒（2）是一个两端设有连接丝扣的筒状体，其内径大于液控开关管柱上的液控开关工具（10）的外径 ， 其环空过流面积等于配套套管的过流面积。

6.用于启闭权利要求1所述的安置可控阀的裸眼分段压裂完井管柱的液控开关管柱，其特征是包括液控开关工具（10）和连续油管（9），把一套液控开关工具连接在连续油管（9）底部。

7.根据权利要求6所述的液控开关管柱，其特征是，所述液控开关工具（10）包括上接头（10-1）、调节环（10-2）、驱动筒（10-5）、启闭机构、中心管（10-8）、活塞（10-9）和下接头（10-11），上接头（10-1）、中心管（10-8）和下接头（10-11）依次连接，在其外部依次连接调节环（10-2）、启闭机构、驱动筒（10-5）和活塞（10-9），在活塞（10-9）与驱动筒（10-5）之间安装挡环（10-6）和弹簧（10-7）；中心管（10-8）的管体上设有进液孔与活塞（10-9）的内腔对应。

8.根据权利要求7所述的液控开关管柱，其特征是，所述启闭机构包括启闭操作块（10-3）和驱动块（10-4），启闭操作块（10-3）与驱动块（10-4）铰链配接；启闭操作块（10-3）的一端为解锁坡，其外侧设有钩挂卡槽，该钩挂卡槽与可开关控制阀（4）中内滑套（4-7）的开启用钩挂台肩（4-4）配合或者与关闭用钩挂台肩（4-8）配合，驱动块（10-4）的外侧为弧形；启闭操作块（10-3）的非解锁坡端与驱动块（10-4）的一端铰链配接，启闭操作块（10-3）的解锁坡端与驱动块（10-4）的另一端分别与上接头（10-1）的上部和驱动筒（10-5）的上端铰链配接；该启闭机构至少设有三套，轴向设置在上接头（10-1）与驱动筒（10-5）之间。

9.根据权利要求8所述的液控开关管柱，其特征是，所述启闭操作块（10-3）的钩挂卡槽一边是直角边，另一边是斜边。

10.根据权利要求6所述的液控开关管柱，其特征是，所述使用连续油管在其底部连接一套液控开关工具，是在一个液控开关管柱中连接两个液控开关工具（10），两个液控开关工具（10）在管柱上的连接方向相反或者相对。

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