压裂管柱的制作方法

本发明涉及储层改造技术领域，特别是涉及一种压裂管柱。

背景技术：

近年来，水平井多段压裂技术在国内得到广泛应用。通过对地层进行射孔及压裂产生具有一定流通性的裂缝，使地层中的致密油、致密气逸出，产能较高。

在现有技术中，通常在压裂管柱内充入压裂剂以对裂缝进行压裂，使裂缝被压裂剂填充而无法闭合。使用这种压裂管柱，压裂剂很难进入到裂缝中，很容易在环空中流动从而损失掉。这样压裂剂仅能进入到较浅的裂缝内，而较深的裂缝内无法被压裂剂填充，从而使得深处的裂缝会在没有填充的情况下很快闭合，导致深处的裂缝周围的致密油和致密气无法被采集出，严重影响了地层产能。

因此，需要一种能提高地层产能的压裂管柱。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种压裂管柱，使用这种压裂管柱能够提高地层产能。

本发明提出了一种压裂管柱，包括：中心管，与中心管相连的压裂器，在压裂器上构造有与中心管相连通的压裂通道，以及与中心管相连的上游封隔器和下游封隔器，上游封隔器设置在压裂器的上游侧，下游封隔器设置在压裂器的下游侧，其中，在上游封隔器和下游封隔器坐封后能在压裂器的外部环空处形成密封空间。

将本发明的压裂管柱下入到地层中，以通过压裂器对需要进行压裂的裂缝喷射压裂剂，使裂缝被压裂剂填充并支撑住。在压裂过程中，在压裂器上游的上游封隔器和在压裂器下游的下游封隔器均坐封，从而能在压裂器周围形成密封空间，使压裂剂能保持在这一空间内。这样经中心管通入压裂剂，并且压裂剂能通过压裂通道不断被喷出。在此过程中，密封空间内的压力增大，从而会导致压裂 剂被封闭空间内较大的压力压入到裂缝中，使深处的裂缝也能被压裂剂填充。这样，即可使井内与裂缝之间相连通，对裂缝周围的致密气和致密油，甚至是对深处的裂缝周围的致密气和致密油进行采集，以提高此处的地层产能。

在一个实施例中，压裂器滑动式套接在中心管的周向侧壁上，通过上提压裂管柱能使压裂器相对于中心管滑动以使压裂通道与中心管相阻隔，通过下放压裂管柱能使压裂器相对于中心管滑动以使压裂通道与中心管相连通。这样，在下入压裂管柱后，可通过上提和下放的动作使中心管滑动到需要的位置而实现对中心管和压裂通道的连通状态的控制。这种结构使得作业人员能通过简单的动作，而对压裂过程进行更加自由和精确的掌控。

在一个实施例中，下游封隔器为机械式卡瓦封隔器，通过上提下放压裂管柱能使下游封隔器坐封。使用这种封隔器作为下游封隔器能在压裂管柱下入到预期的压裂位置后，仅通过上提和下放管柱这种简单的操作，即可实现下游封隔器的坐封，操作方便，效率高。坐封后的下游封隔器能对压裂管柱和油层套管(井壁)之间的环空进行封隔，使压裂时的压裂剂无法流到下游封隔器的下游处。另外，这种下游封隔器能在坐封后能对压裂管柱整体进行固定，使其位置大体位置不发生变化，从而能保证压裂过程的顺利进行。

在一个实施例中，上游封隔器为压缩式封隔器，在下游封隔器坐封后继续下放压裂管柱可使上游封隔器坐封。在下游封隔器坐封后，可以使下游封隔器所在井内的位置固定。这时进一步下压压裂管柱，能对上游封隔器的两端施加压力，使其压缩并坐封。使用这种结构的上游封隔器操作方便，效率较高。坐封后的上游封隔器能对压裂管柱和油层套管(井壁)之间的环空进行封隔，使压裂时的压裂剂无法流到上游封隔器的上游处。

在一个实施例中，上游封隔器与压裂器相邻，在上游封隔器与压裂器之间构造有可消除的缓冲空隙，在所述缓冲空隙消除后，所述上游封隔器与压裂器相挤压以使所述上游封隔器坐封。压裂器和/或上游封隔器能与中心管相对滑动，并且能在下放管柱时相向运动，从而能实现消除缓冲空隙的效果。并且，这种缓冲空隙的消除需要一定压力，仅能在下游封隔器已经固定后才能实现。如此，即可在将压裂管柱下入到井中预定位置的过程中，防止上游封隔器坐封；在下游封隔器坐封后需要上游封隔器坐封时，才使上游封隔器端部受压而坐封。

在一个实施例中，压裂管柱还包括与中心管相连的射孔器，在射孔器上构造有与中心管相连通的射孔通道，射孔通道延伸至压裂管柱之外。当需要对地层进行射孔以产生裂缝时，可对中心管内充入射孔剂，使射孔剂能通过射孔器上的射孔通道射出，实现射孔。这一结构设置能使压裂管柱同时还具备射孔功能，从而方便了作业人员的使用，提高了作业效率，减少了作业成本，并极大地降低了管柱风险。

在一个实施例中，射孔器滑动式套接在中心管的周向侧壁上，通过上提压裂管柱能使射孔器相对于中心管滑动以使射孔通道与中心管相连通，通过下放压裂管柱能使射孔器相对于中心管滑动以使射孔通道与中心管相阻隔。这种设置使得作业人员能通过简单的上提动作使射孔通道与中心管连通，此时经中心管通入射孔剂即可实现射孔功能。另外，这种设置使得射孔器和压裂器的开关状态为相反的，从而能有效控制压裂管柱此时实现的功能，使作业人员能更好地操作压裂管柱，保证了作业的精准度。

在一个实施例中，压裂管柱还包括与下部封隔器相连的平衡阀，通过控制平衡阀的打开或关闭，能使得下游封隔器上游与下游环空之间的连通与阻隔。通过控制平衡阀的打开和关闭，能使得下游封隔器的上下游两侧的环空连通或阻隔开，并由此能对下游封隔器的上下游两侧的环空内压力进行调节，以使下游封隔器能有效坐封和解封。

在一个实施例中，平衡阀与中心管滑动式相连，通过中心管与平衡阀之间的相对滑动能使平衡阀打开或关闭，并能由此控制中心管与环空之间的连通与阻隔。通过打开的平衡阀连通中心管与环空，能对环空内进行洗井，并将杂质回收到中心管内。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)将本发明的压裂管柱下入到地层中，以通过压裂器对需要进行压裂的裂缝喷射压裂剂，使裂缝被压裂剂填充住。(2)可对深处的裂缝周围的致密气和致密油进行采集，以提高此处的地层产能。(3)结构简单，安全性能高。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了本发明的压裂管柱在下入过程中的结构示意图。

图2显示了压裂管柱在射孔过程中的结构示意图。

图3显示了压裂管柱在压裂过程中的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示的那样，本申请的压裂管柱100包括中心管6。中心管6的一端与下放用的管路1相连通，以使压裂管柱100能顺利下入到预期的深度。下入压裂管柱100后能在压裂管柱100和油层套管2之间形成环空。另外在压裂管柱100工作时需要用到的流体也可通过管路1输送到中心管6内。

本申请的压裂管柱100还包括压裂器7，压裂器7密封式套接在中心管的周向侧壁上，并与中心管相连通。如图1所示的那样，在本申请的压裂器7的上游侧设置有上游封隔器5，在压裂器7的下游侧设置有下游封隔器9。

在压裂器内设置有压裂通道，压裂通道与中心管和外界的环空相连通。需要压裂时，可通过下放用的管路1向中心管内充入压裂剂。压裂剂会通过压裂通道进入到环空中。此时，上游封隔器5和下游封隔器9已经坐封，以封隔环空而在压裂器7之外的环空处形成密封空间，使压裂剂无法流到密封空间之外。压裂剂不断进入到密封空间中会增大密封空间中的压力，从而会使压裂剂更容易被压入到裂缝中。这样不仅油层套管2附近的裂缝能被压裂剂有效填充并形成支撑，距离油层套管2更深处的地层深处的裂缝也能被压裂剂有效填充而不易闭合。这样能使得裂缝与密封空间相连通，使得致密油和致密气，尤其是深处的致密油和致密气，能通过裂缝逸出而被采集到。压裂剂可为带有支撑剂的胍胶，支撑剂为球形陶粒。

如图1所示，压裂管柱100还包括射孔器4，射孔器4密封式套接在中心管的周向侧壁上，并与中心管6相连通。射孔器4可如图1所示的那样设置在上游封隔器5的上游侧。应理解地是，射孔器4也可设置在上游封隔器5和下游封隔器9之间，或根据需要设置在其他位置。这种设置使得压裂管柱100既能压裂，也能射孔，从而方便了作业人员的工作，减少了作业成本，提高了作业效率。在射孔器4上构造有连通中心管6与环空的射孔通道。在需要射孔的时候，可通过 管路1向中心管内通入射孔剂，射孔剂经射孔通道射出到油层套管上，并进一步射到地层中，以产生裂缝。射孔剂可为带有石英砂的未交联胍胶。

可令中心管6与压裂器7可滑动式键连接，以使中心管6可相对于压裂器7滑动。在压裂器7上设置有压裂通道71，并且在中心管6上设置有相应的孔。在下放压裂管柱的过程中，压裂器可相对于中心管向上游滑动，以使压裂通道71与相应的孔连通，从而中心管6与压裂器7相连通，使压裂剂能顺利射出。在上提压裂管柱的过程中，压裂器可相对于中心管向下游滑动，以使压裂通道71与中心管上相应的孔错开，从而使中心管6与压裂器7不能连通，使中心管内的流体无法通过压裂器7射出到压裂管柱100之外。这极大地方便了操作，并提高了压裂作业的效率。

还可令中心管6与射孔器4可滑动式键连接，以使中心管6可相对于射孔器4滑动。在射孔器4上设置有射孔通道41，并且在中心管6上设置有相应的孔。在下放压裂管柱的过程中，射孔器相对于中心管向下游滑动，以使射孔通道41与中心管上相应的孔错开，从而中心管6与射孔器4不能连通，中心管内的流体无法通过射孔器4射出。在上提压裂管柱的过程中，射孔器相对于中心管向上游滑动，以使射孔通道41与中心管上相应的孔连通，从而中心管6能与射孔器4相连通，在中心管内的射孔剂能通过射孔器4射出，以在地层中产生裂缝。

还可如图1所示的那样，设置与下游封隔器9相连的平衡阀8。平衡阀的结构为本领域的技术人员所熟知的内容，在此不加赘述。在下游封隔器9坐封后，平衡阀8能连通下游封隔器9上、下游两侧的环空，以使下游封隔器9的上下游压力相等，从而使下游封隔器9能方便地解封。另外，平衡阀8还能阻隔下游封隔器9的上、下游两侧的环空，以使上、下游两侧分别保持其压力，从而使得下游封隔器9能有效保持坐封，防止其提前解封。

平衡阀8可与中心管相连，并连通中心管内与中心管外的环空。由于射孔剂和压裂剂中通常有固态杂质，因此需要设置平衡阀以将砂粒回收至中心管内，这样能防止固态杂质滞留在环空中，从而一方面防止了固态杂质对压裂管柱100产生磨损，另一方面还防止了固态杂质将压裂管柱100卡在井中不能提出，进而保证了井内的安全和稳定性。

优选地，平衡阀8与中心管6滑动式键连接，并且平衡阀8、和压裂器7均相对固定。在上提压裂管柱时，中心管相对于平衡阀向上游滑动，平衡阀8关闭， 中心管外环空中的流体无法通过平衡阀8进入到中心管内，封隔器两侧的压差也能稳定保持。在下放压裂管柱时，中心管相对于平衡阀向下游滑动，平衡阀8开启，中心管内外连通，环空中的砂粒能进入到中心管内以实现洗井，并且封隔器两侧的压差消除，封隔器成功解封。这种设置进一步方便了作业人员的使用。

下游封隔器9可为机械式卡瓦封隔器，这种封隔器能通过上提压裂管柱和下放压裂管柱的动作进行坐封。具体来说，机械式卡瓦封隔器上的卡瓦会通过上提和下放动作卡在油层套管的内管壁上，固定住压裂管柱，实现定位。接着下放会在机械式卡瓦封隔器上的胶筒两端产生压力使其压缩，压缩后的胶筒朝向油层套管膨胀并封堵环空，以实现坐封。机械式卡瓦封隔器的结构为本领域的技术人员所熟知的内容，在此不加赘述。使用这种下游封隔器9能方便而有效地实现坐封。优选地，机械式卡瓦封隔器可采用Y211型封隔器，使用这种封隔器能避免砂卡现象，并且使压裂管柱容易冲洗清理。

上游封隔器5可为压缩式封隔器。当下游封隔器9定位并坐封后，进一步下放压裂管柱100会在压缩式封隔器的胶筒的上下游两端施加压力，使压缩使封隔器的胶筒因两端受压而压缩膨胀，以实现坐封。这种上游封隔器5能方便而有效地实现坐封，从而进一步方便了作业人员的使用，提高了作业效率，降低了作业成本。压缩式封隔器可为扩张皮碗式封隔器，使用这种封隔器能避免砂卡现象，并且使压裂管柱容易冲洗清理，其结构为本领域的技术人员所熟知的。

可令上游封隔器5在一端与射孔器4相连，而另一端与压裂器7相邻，并相隔有一定的缓冲间隙(如图1所示)。在下入压裂管柱的过程中，压裂器与中心管之间的压力不大，使得压裂器虽然会相对于中心管向上游滑动，但不会将缓冲空隙完全消除。而在压裂过程中，由于下游封隔器已经坐封，因此会在压裂器和中心管之间产生较大的压力，使压裂器进一步相对向上游滑动，从而使压裂器与上游封隔器相接触。这时，再进一步下放压裂管柱即可在上游封隔器的胶筒两端产生较大的压力，使上游封隔器坐封。

通过上述结构可使压裂管柱100实现仅通过上提下放的动作轻松实现射孔作业和压裂作业。并且可仅通过上提和下放的动作实现上游封隔器和下游封隔器的坐封和解封，十分方便。使压裂管柱100不会出现管柱丢在井内的问题。另外，这种设置使得压裂管柱100的压裂和射孔可交替进行，自由度大，从而仅进行一 次井内工作即可对多出地层进行射孔或压裂，尤其适用于分段压裂后具有全通径井眼的水平井，极大地提高了工作效率，并且能有效减少管柱风险。

压裂管柱100还包括设置在中心管6与管路1之间的连接处的锚定工具3。锚定工具3可在压裂剂或射孔剂从其内部通过时，伸出锚爪31与油层套管2相接触，或者可通过管内静压力而伸出锚爪31与油层套管2相接触，以将压裂管柱100固定在地层的这一深度处。这样的结构能保证作业精度，提高压裂管柱100的稳定性。锚定工具3的结构为本领域的技术人员所熟知的，在此不加赘述。

压裂管柱100还包括设置于中心管的下游端的定位器10。定位器10可为接箍定位器。从而可在射孔或压裂之前，用定位器10对压裂管柱100进行定位，使射孔和压裂工作更为精准，并能对上游封隔器和下游封隔器起到扶正居中的作用，从而保护了压裂管柱100。

如图1所示，中心管6未连接管路1的下游端为封闭的。可将中心管6延伸至穿过定位器10，并在其下游的端部处设置丝堵。这样，中心管内的流体就不会朝向非预期的方向流动了。例如可以使压裂剂或射孔剂保持在中心管内，并通过压裂器或射孔器射出。同时，这种设置还提高了喷射的压力，使裂缝更容易产生，也更容易被压裂剂填充。

还可在中心管上根据需要而设置扶正工具。扶正工具可使压裂管柱100处于预期的位置，使压裂管柱100居中而不会贴靠井壁，从而使得压裂器7和射孔器4均能以预期的方式进行作业。这里应理解地是，在将下游封隔器设置为机械式卡瓦封隔器的同时设置锚定工具，可在压裂作业时同时实现压裂管柱上下两端的固定，从而能起到一定的扶正作用。

压裂管柱的工作过程如下：

压裂管柱的下入状态如图1所示。在下入压裂管柱100的过程中，下放压裂管柱100。由于井内流体的压力作用导致中心管6处于图1所示的形态中。此时，压裂通道与中心管6连通，射孔通道与中心管6不相连通，平衡阀8关闭。锚定工具3的锚爪31由于锚定工具3内部没有高压流体通过而处于收缩状态。上游封隔器5和下游封隔器9均处于解封状态。应注意的是，此时由于没有向中心管内通入高压的压裂剂，此时不会有压裂剂射出。还应注意地是，此时流体的阻力不足，从而在压裂器和上游封隔器之间有一定的缓冲空隙。

通过定位器10可确定压裂管柱下放的位置。当压裂管柱100下入到预定的位置时，上提管柱。若此时不需要射孔，即可直接下放管柱以进行压裂。

若此时需要射孔，即保持上提状态。此时压裂管柱呈如图2所示的射孔状态。由于上提的动作，此时的压裂器在井内流体阻力的作用下相对中心管向下游滑动至压裂通道与中心管不相连通，而射孔器相对中心管向上游滑动至射孔通道与中心管相连通，平衡阀8打开。此时向中心管6内高压通入射孔剂，射孔剂会优先通过锚定工具3，使锚爪31外伸至油层套管2，以固定压裂管柱。而后，射孔剂进入到中心管6内，并经由打开的射孔器4喷射出，以在预期的地层位置处产生裂缝。由于此时平衡阀是打开的，因此在此时通过环空泵注液体，可进行洗井作业，以将环空中的砂粒通过打开的平衡阀回收至中心管内。此时的缓冲空隙在上游封隔器和压裂器之间相对远离的动作下增大。

射孔结束后，中心管内没有高压流体，锚定工具3的锚爪31能顺利收回。为了对新产生的裂缝进行压裂作业，可下放压裂管柱100并使压裂器7大致与裂缝相对，此时上游封隔器5坐封，进一步下放压裂管柱可消除缓冲空隙而使下游封隔器9能如上文所述的那样坐封，以在压裂器7周围形成密封空间。

如图3所示，此时可对产生的裂缝进行压裂作业。此时的压裂通道与中心管6相连通，射孔通道与中心管不相连通，平衡阀8关闭。向中心管6内通入压裂剂，锚定工具3的锚爪会在高压通入压裂剂的作用下伸出，对压裂管柱进一步固定。进入到中心管6中的压裂剂可通过压裂器7上的压裂通道71喷射到密封空间内和裂缝内。由于压力的作用压裂剂还会进一步进入到深处的裂缝内对其填充。

压裂结束后再次上提压裂管柱，即可如图2所示的那样再次将平衡阀打开，从而使得上游封隔器5和下游封隔器9能顺利解封，锚定工具的锚爪收回，环空中的砂粒能顺利通过平衡阀回收至中心管中，以再次洗井。

通过上述步骤可较为自由地对水平井内的地层进行射孔及压裂。这对于水平井的开采。尤其是对于产能较低的老井来说，其距离油层套管较近的致密油和致密气已被均匀采集。使用本发明的压裂油管能再次打开裂缝，并使裂缝更深，从而能使较深处的致密油和致密气均能被采集到，从而极大地提高了地层产能，有效实现了降本增效的目的。另外，这种压裂管柱简化了低效井重复改造的作业流程，整个过程中的各工序易于判断，提高了射孔、压裂等过程中的安全性和可靠 性。这种压裂管柱还可应用于多种完井井况，结构简单，制造、使用方便，能够大大提高高压裂施工在斜井、水平井中的安全性和可靠性。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。