專利名稱：一種連續(xù)油管分段噴砂射孔套管壓裂管柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油工業(yè)的套管加砂壓裂完井方法及工具，特別是一種連續(xù)油管分段噴砂射孔套管壓裂管柱，適于在超深直井和水平井中應(yīng)用，尤其適用于致密砂巖等非常規(guī)油氣藏水平井的分段壓裂。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外應(yīng)用連續(xù)油管噴射套管分段壓裂的方法是，在套管固井完井水平井內(nèi)，采用連續(xù)油管下入帶水力噴射工具的管柱串，從連續(xù)油管加砂噴砂射孔后，套管加砂壓裂。壓裂完一段后，在套管內(nèi)留置一段砂塞作為隔離，拖動管柱到下一段進行噴砂射孔及壓裂施工。這種方法采用套管壓裂，可以實現(xiàn)較大規(guī)模的壓裂。但是，砂塞作為分段隔離，需要較長的水平段，壓裂完成后需要用連續(xù)油管將砂塞沖洗出井筒。該工藝存在著施工周期較長，壓裂液返排不及時污染油層，填砂需要較長水平段，砂塞沖洗困難等問題。 在現(xiàn)有技術(shù)中也有采用普通油管作為壓裂管柱，如專利號是200810105642的《自破膠液體膠塞水平井分段射孔壓裂工藝及膠塞》，分段的工具采用自破膠液體膠塞，耐壓較低，且需要較長的水平段放置液體膠塞。雖然采用套管壓裂，可以實現(xiàn)較大規(guī)模的壓裂；但液體膠塞作為分段隔離，需要較長的水平段，一般需要IOOm — 150m才能保證隔離效果，導(dǎo)致一定長度水平段內(nèi)分段數(shù)量有限，且鉆長水平段投資和技術(shù)難度都大大增加。壓裂完成后需要用連續(xù)油管將液體膠塞沖洗出井筒。該工藝存在著施工周期較長，壓裂液返排不及時污染油層，填液體膠塞需要較長水平段，沖洗困難等局限性。專利號是200810105643的《封隔器封隔多層水力噴砂射孔與壓裂一體化工藝方法》以及專利號是200710129818的《水平井機械分段壓裂工具串》，是采用水力擴張式封隔器普通油管不動管柱分段，逐級投不同直徑的球打開滑套的方式實現(xiàn)分段壓裂的，由于油管內(nèi)通徑有限，同樣無法滿足大規(guī)模壓裂的需要；另一方面由于投不同直徑的球需要一定級差，最大分段數(shù)也受到套管尺寸限制，無法實現(xiàn)更多級的壓裂。專利號是200720169453的《水平井一次上提壓裂管柱》，是用普通油管拖動封隔器逐段上返壓裂，由于油管內(nèi)通徑較套管小，無法實現(xiàn)大規(guī)模壓裂；壓裂完一段后，需要等待地層壓力完全擴散后才能拖動管柱，造成了施工周期長，施工效率較低，壓裂液返排不及時污染油層。由于采用普通油管拖動水力坐封封隔器，壓裂時采用油管進行壓裂，壓裂規(guī)模較小。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種連續(xù)油管分段噴砂射孔套管壓裂管柱，用于致密砂巖等非常規(guī)油氣藏水平井的分段壓裂，解決現(xiàn)有技術(shù)用連續(xù)油管壓裂后，在套管內(nèi)留置砂塞作為隔離施工的缺陷，縮短工期，及時返排壓裂液，保護油層，提高連續(xù)油管壓裂的使用范圍和使用效果。本實用新型的技術(shù)方案是一種連續(xù)油管分段噴砂射孔套管壓裂管柱包括依次連接在連續(xù)油管上的安全接頭、扶正器、水力噴射工具和反循環(huán)閥，在反循環(huán)閥的下方還連接著機械式連續(xù)油管壓裂封隔器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下明顯的效果和進步I、由于在水平井的水平段，連續(xù)油管無法提供足夠下放重量，無法使用常規(guī)坐放式機械封隔器，而本實用新型中的機械式連續(xù)油管壓裂封隔器通過上接頭與連續(xù)油管相連接，在下入時，其封隔器的軌道銷釘在解封軌道，平衡式搖擺卡瓦處于自由狀態(tài)。下至目的位置后，利用連續(xù)油管的上提力使平衡式搖擺卡瓦換向進入坐封軌道，錨定本機械式連續(xù)油管壓裂封隔器。2、平衡式搖擺卡瓦的卡瓦塊由于是塊狀、其整體性強，相比常規(guī)獨立分瓣式的卡瓦更堅固耐用。3、為機械式連續(xù)油管壓裂封隔器設(shè)計了兩種解封釋放方法常規(guī)釋放、安全接頭釋放。正常情況下，壓裂管柱未被砂卡時，采用常規(guī)釋放，壓裂完成后將連續(xù)油管下放，即可解封機械式連續(xù)油管壓裂封隔器。如遇壓裂管柱被砂卡等特殊情況，則通過大力上提連續(xù)油管，拉斷安全接頭進行釋放，解封機械式連續(xù)油管壓裂封隔器。4、在水平井段，即使是使用普通油管和普通封隔器也無法通過下放重力實現(xiàn)坐封，連續(xù)油管更是無法提供這種下放重力。而本實用新型的機械式連續(xù)油管壓裂封隔器結(jié)構(gòu)緊湊，其長度設(shè)計在I. 5m-l. 7m之間，可以實現(xiàn)更多級數(shù)的分段壓裂，將其連接在連續(xù)油管的下方可通過上提連續(xù)油管，獲得上提力實現(xiàn)坐封。為連續(xù)油管無法提供下放重力、無法使用普通封隔器封隔地層，提供了使用途徑。5、機械式連續(xù)油管壓裂封隔器的結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)通徑大，可滿足大排量反洗井的需要，大大降低了壓裂管柱的砂卡風(fēng)險。綜上所述在壓裂管柱中連接機械式連續(xù)油管壓裂封隔器，使用連續(xù)油管拖動機械式連續(xù)油管壓裂封隔器封隔壓裂層段，進行分段套管壓裂，其封隔器的坐封位置靈活，操作方便。機械式連續(xù)油管壓裂封隔器坐封軌道的長度短，坐封、解封轉(zhuǎn)換可靠，壓裂層段之間的距離要求小，可以在井筒內(nèi)可以方便地、稠密地實現(xiàn)多層段的壓裂作業(yè)，擴大了連續(xù)油管進行套管壓裂的使用范圍。其機械式連續(xù)油管壓裂封隔器耐壓高，可滿足較大壓裂規(guī)模需要，縮短了壓裂施工周期。本實用新型無需砂塞作為隔離段，不僅不需要反洗砂塞，降低了生產(chǎn)成本，而且對于較短的水平井段或直井段也可以實現(xiàn)多層段的壓裂作業(yè)，對于提高致密砂巖油氣田的采收率具有明顯效果。

圖I是本實用新型壓裂管柱的結(jié)構(gòu)示意圖和工作原理圖。圖2是本實用新型機械式連續(xù)油管壓裂封隔器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的詳述。參見圖I和圖2，一種連續(xù)油管分段噴砂射孔套管壓裂管柱包括依次連接在連續(xù)油管I上的安全接頭2、扶正器3、水力噴射工具4和反循環(huán)閥5，在反循環(huán)閥5的下方還連接著機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6。機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6包括中心管6-2、平衡式搖擺卡瓦和密封機構(gòu)，中心管6-2上設(shè)有相互連通的坐封軌道和解封軌道，將平衡式搖擺卡瓦和密封機構(gòu)安裝在中心管6-2上，中心管6-2兩端連接上接頭6-1和下接頭6-13。平衡式搖擺卡瓦包括擋環(huán)6-3、卡瓦座6_6和卡瓦塊6-9，擋環(huán)6-3與卡瓦座6-6連接；彈簧套6-7穿套在中心管6_2上，通過固定銷釘6-5與卡瓦座6-6連接；卡瓦塊6-9的上端外圓臺階與卡瓦座6-6的下端內(nèi)圓臺階相互扣合連接在一起，在卡瓦塊6-9與彈簧套6-7之間徑向裝設(shè)彈簧，保證平衡式搖擺卡瓦與套管壁有一定的摩擦力。擋環(huán)6-3上設(shè)有軌道銷釘6-4，軌道銷釘6-4端部的軌道塊與中心管6-2上的坐封軌道和解封軌道配合,可以在坐封軌道和解封軌道內(nèi)自由滑動，如此可帶動整個平衡式搖擺卡瓦坐封和解封。平衡式搖擺卡瓦中至少設(shè)有三個卡瓦塊6-9，卡瓦塊6-9的外側(cè)本體上設(shè)有凹槽，內(nèi)置卡瓦環(huán)6-8 ;卡瓦環(huán)6-8是開口環(huán)，使卡瓦塊6-9可以漲開。密封機構(gòu)包括膠筒上擋環(huán)6-10、膠筒6-11和膠筒下?lián)醐h(huán)6-12，膠筒上擋環(huán)6-10與中心管6_2連接，膠筒下?lián)醐h(huán)6-12與下接頭6-13連接，將膠筒6-11安裝在膠筒上擋環(huán)6_10與膠筒下?lián)醐h(huán)6-12之間；膠筒上擋環(huán)6-10的外部是錐面，可將卡瓦塊6-9頂開。機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6的長度設(shè)定在I. 5m-l. 7m之間，在其底部連接導(dǎo)引頭7，方便壓裂管柱的下入。將裝有機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6的壓裂管柱通過連續(xù)油管I下入井內(nèi)套管中，首先壓裂最靠近井底的壓裂井段，使用機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6封隔壓裂井段。使 用機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6封隔壓裂井段時，將機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6置于壓裂井段的下方，通過連續(xù)油管I上提坐封后，從連續(xù)油管I加砂通過水力噴射工具4噴砂射孔后，在套管加砂壓裂。在套管加砂壓裂完成后，上提連續(xù)油管1，使壓裂管柱的反循環(huán)閥5打開，將多余壓裂砂反洗出井筒；繼續(xù)上提連續(xù)油管1，使機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6解封，通過連續(xù)油管I拖動壓裂管柱至下一壓裂井段，以相同的方式完成其它壓裂井段。在壓裂過程中，如遇壓裂管柱砂卡情況，可大力上提連續(xù)油管1，使壓裂管柱從安全接頭2處斷開，從井中起出連續(xù)油管I ;再使用專用打撈工具下井打撈滯留在井內(nèi)的壓裂管柱。具體操作方法如下采用連續(xù)油管I將壓裂管柱下入水平井中，機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6在下入過程中，其平衡式搖擺卡瓦處于機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6解封軌道的自由狀態(tài)，下入中不會坐封。當下至最靠近井底的壓裂井段后，將機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6置于壓裂井段的下方，通過連續(xù)油管I上提壓裂管柱。由于其卡瓦塊6-9與套管之間有摩擦力，當上接頭6 - I帶動中心管6 - 2上行時，擋環(huán)6 - 3上的軌道銷釘6 - 4由解封軌道換至坐封軌道，壓裂管柱繼續(xù)上行，帶動平衡式搖擺卡瓦及其下方的密封機構(gòu)一起上行。當達到機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6的預(yù)坐封壓力設(shè)計值時，膠筒上擋環(huán)6 —10的錐面沿著卡瓦塊6-9的內(nèi)圓上行，將卡瓦塊6-9漲開。當連續(xù)油管I的上提力達到機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6的坐封設(shè)定值時，受卡瓦塊6-9的抵擋，膠筒上擋環(huán)6 — 10被迫下行，進而擠壓膠筒6 - 11擴張坐封，而膠筒下?lián)醐h(huán)6 - 12與下接頭6 - 13和中心管6 一 2相對固定不動，通過上提連續(xù)油管1，實現(xiàn)機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6的坐封。此時在套管中可實施噴射和壓裂施工，在噴射及壓裂過程中，隨著連續(xù)油管I與套管環(huán)空壓力的升高，機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6的密封性能不斷升高。從連續(xù)油管I加砂噴砂射孔后，套管加砂壓裂。壓裂完成后，上提壓裂管柱，反循環(huán)閥5打開，將多余壓裂砂反洗出井筒，保證壓裂管柱不會砂卡。然后下放壓裂管柱，機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6的平衡式搖擺卡瓦由坐封軌道換向至解封軌道，機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6即可解封。用連續(xù)油管I拖動壓裂管柱，上提至下一壓裂井段，把機械式連續(xù)油管壓裂封隔器6置于壓裂井段的下方，用同樣的方式壓裂施工。在壓裂過程中，若遇壓裂管柱砂卡情況，可大力上提連續(xù)油管 1，將壓裂管柱從安全接頭2處斷開，起出連續(xù)油管1，再下入打撈工具打撈壓裂管柱，施工程序簡單。
權(quán)利要求1.一種連續(xù)油管分段噴砂射孔套管壓裂管柱，包括依次連接在連續(xù)油管(I)上的安全接頭(2)、扶正器(3)、水力噴射工具(4)和反循環(huán)閥(5)，其特征是在反循環(huán)閥(5)的下方還連接著機械式連續(xù)油管壓裂封隔器(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種連續(xù)油管分段噴砂射孔套管壓裂管柱，其特征是，所述機械式連續(xù)油管壓裂封隔器(6)包括中心管￠-2)、平衡式搖擺卡瓦和密封機構(gòu)，中心管(6-2)上設(shè)有相互連通的坐封軌道和解封軌道，將平衡式搖擺卡瓦和密封機構(gòu)安裝在中心管(6-2)上，中心管(6-2)兩端連接上接 頭(6-1)和下接頭￠-13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種連續(xù)油管分段噴砂射孔套管壓裂管柱，其特征是，所述平衡式搖擺卡瓦包括擋環(huán)(6-3)、卡瓦座(6-6)和卡瓦塊(6-9)，擋環(huán)(6-3)與卡瓦座(6_6)連接；彈簧套￠-7)穿套在中心管￠-2)上，通過固定銷釘￠-5)與卡瓦座(6-6)連接；卡瓦塊(6-9)的上端外圓臺階與卡瓦座(6-6)的下端內(nèi)圓臺階相互扣合連接在一起,在卡瓦塊(6-9)與彈簧套(6-7)之間徑向裝設(shè)彈簧。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種連續(xù)油管分段噴砂射孔套管壓裂管柱，其特征是，所述擋環(huán)(6-3)上設(shè)有軌道銷釘￠-4)，軌道銷釘(6-4)端部的軌道塊與中心管(6-2)上的坐封軌道和解封軌道配合，可以在坐封軌道和解封軌道內(nèi)自由滑動。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種連續(xù)油管分段噴砂射孔套管壓裂管柱，其特征是，所述平衡式搖擺卡瓦中至少設(shè)有三個卡瓦塊(6-9)，卡瓦塊(6-9)的外側(cè)本體上設(shè)有凹槽，內(nèi)置卡瓦環(huán)(6-8);卡瓦環(huán)(6-8)是開口環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種連續(xù)油管分段噴砂射孔套管壓裂管柱，其特征是，所述密封機構(gòu)包括膠筒上擋環(huán)(6-10)、膠筒(6-11)和膠筒下?lián)醐h(huán)(6-12)，膠筒上擋環(huán)(6-10)與中心管(6-2)連接，膠筒下?lián)醐h(huán)￠-12)與下接頭￠-13)連接，將膠筒￠-11)安裝在膠筒上擋環(huán)￠-10)與膠筒下?lián)醐h(huán)￠-12)之間；膠筒上擋環(huán)￠-10)的外部是錐面；機械式連續(xù)油管壓裂封隔器(6)的長度設(shè)定在I. 5m-l. 7m之間，在其底部連接導(dǎo)引頭(7)。
專利摘要本實用新型公開的是一種連續(xù)油管分段噴砂射孔套管壓裂管柱，適于在石油工業(yè)的直井和水平井中應(yīng)用，尤其適用于致密砂巖等非常規(guī)油氣藏水平井的分段壓裂。本實用新型的壓裂管柱包括依次連接在連續(xù)油管上的安全接頭、扶正器、水力噴射工具和反循環(huán)閥，在反循環(huán)閥的下方還連接著機械式連續(xù)油管壓裂封隔器。其封隔器結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)通徑大，可滿足大排量反洗井的需要，大大降低了壓裂管柱的砂卡風(fēng)險。使用本實用新型中的封隔器封隔壓裂層段，進行分段套管壓裂，其封隔器的坐封位置靈活，操作方便。本實用新型無需砂塞作為隔離段，不僅不需要反洗砂塞，降低了生產(chǎn)成本，而且對于較短的水平井段或直井段也可以實現(xiàn)多層段的壓裂作業(yè)。
文檔編號E21B43/114GK202628046SQ201220261830
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者張全勝, 張峰, 王增林, 郝金克, 李玉寶, 呂瑋, 呂芳蕾, 孫騫, 曹雪梅, 張建 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司采油工藝研究院