专利名称：一种连续油管分段喷砂射孔套管压裂管柱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油工业的套管加砂压裂完井方法及工具，特别是一种连续油管分段喷砂射孔套管压裂管柱，适于在超深直井和水平井中应用，尤其适用于致密砂岩等非常规油气藏水平井的分段压裂。
背景技术：
国内外应用连续油管喷射套管分段压裂的方法是，在套管固井完井水平井内，采用连续油管下入带水力喷射工具的管柱串，从连续油管加砂喷砂射孔后，套管加砂压裂。压裂完一段后，在套管内留置一段砂塞作为隔离，拖动管柱到下一段进行喷砂射孔及压裂施工。这种方法采用套管压裂，可以实现较大规模的压裂。但是，砂塞作为分段隔离，需要较长的水平段，压裂完成后需要用连续油管将砂塞冲洗出井筒。该工艺存在着施工周期较长，压裂液返排不及时污染油层，填砂需要较长水平段，砂塞冲洗困难等问题。 在现有技术中也有采用普通油管作为压裂管柱，如专利号是200810105642的《自破胶液体胶塞水平井分段射孔压裂工艺及胶塞》，分段的工具采用自破胶液体胶塞，耐压较低，且需要较长的水平段放置液体胶塞。虽然采用套管压裂，可以实现较大规模的压裂；但液体胶塞作为分段隔离，需要较长的水平段，一般需要IOOm — 150m才能保证隔离效果，导致一定长度水平段内分段数量有限，且钻长水平段投资和技术难度都大大增加。压裂完成后需要用连续油管将液体胶塞冲洗出井筒。该工艺存在着施工周期较长，压裂液返排不及时污染油层，填液体胶塞需要较长水平段，冲洗困难等局限性。专利号是200810105643的《封隔器封隔多层水力喷砂射孔与压裂一体化工艺方法》以及专利号是200710129818的《水平井机械分段压裂工具串》，是采用水力扩张式封隔器普通油管不动管柱分段，逐级投不同直径的球打开滑套的方式实现分段压裂的，由于油管内通径有限，同样无法满足大规模压裂的需要；另一方面由于投不同直径的球需要一定级差，最大分段数也受到套管尺寸限制，无法实现更多级的压裂。专利号是200720169453的《水平井一次上提压裂管柱》，是用普通油管拖动封隔器逐段上返压裂，由于油管内通径较套管小，无法实现大规模压裂；压裂完一段后，需要等待地层压力完全扩散后才能拖动管柱，造成了施工周期长，施工效率较低，压裂液返排不及时污染油层。由于采用普通油管拖动水力坐封封隔器，压裂时采用油管进行压裂，压裂规模较小。
发明内容本实用新型的目的是提供一种连续油管分段喷砂射孔套管压裂管柱，用于致密砂岩等非常规油气藏水平井的分段压裂，解决现有技术用连续油管压裂后，在套管内留置砂塞作为隔离施工的缺陷，缩短工期，及时返排压裂液，保护油层，提高连续油管压裂的使用范围和使用效果。本实用新型的技术方案是一种连续油管分段喷砂射孔套管压裂管柱包括依次连接在连续油管上的安全接头、扶正器、水力喷射工具和反循环阀，在反循环阀的下方还连接着机械式连续油管压裂封隔器。与现有技术相比，本实用新型具有以下明显的效果和进步I、由于在水平井的水平段，连续油管无法提供足够下放重量，无法使用常规坐放式机械封隔器，而本实用新型中的机械式连续油管压裂封隔器通过上接头与连续油管相连接，在下入时，其封隔器的轨道销钉在解封轨道，平衡式摇摆卡瓦处于自由状态。下至目的位置后，利用连续油管的上提力使平衡式摇摆卡瓦换向进入坐封轨道，锚定本机械式连续油管压裂封隔器。2、平衡式摇摆卡瓦的卡瓦块由于是块状、其整体性强，相比常规独立分瓣式的卡瓦更坚固耐用。3、为机械式连续油管压裂封隔器设计了两种解封释放方法常规释放、安全接头释放。正常情况下，压裂管柱未被砂卡时，采用常规释放，压裂完成后将连续油管下放，即可解封机械式连续油管压裂封隔器。如遇压裂管柱被砂卡等特殊情况，则通过大力上提连续油管，拉断安全接头进行释放，解封机械式连续油管压裂封隔器。4、在水平井段，即使是使用普通油管和普通封隔器也无法通过下放重力实现坐封，连续油管更是无法提供这种下放重力。而本实用新型的机械式连续油管压裂封隔器结构紧凑，其长度设计在I. 5m-l. 7m之间，可以实现更多级数的分段压裂，将其连接在连续油管的下方可通过上提连续油管，获得上提力实现坐封。为连续油管无法提供下放重力、无法使用普通封隔器封隔地层，提供了使用途径。5、机械式连续油管压裂封隔器的结构简单，内通径大，可满足大排量反洗井的需要，大大降低了压裂管柱的砂卡风险。综上所述在压裂管柱中连接机械式连续油管压裂封隔器，使用连续油管拖动机械式连续油管压裂封隔器封隔压裂层段，进行分段套管压裂，其封隔器的坐封位置灵活，操作方便。机械式连续油管压裂封隔器坐封轨道的长度短，坐封、解封转换可靠，压裂层段之间的距离要求小，可以在井筒内可以方便地、稠密地实现多层段的压裂作业，扩大了连续油管进行套管压裂的使用范围。其机械式连续油管压裂封隔器耐压高，可满足较大压裂规模需要，缩短了压裂施工周期。本实用新型无需砂塞作为隔离段，不仅不需要反洗砂塞，降低了生产成本，而且对于较短的水平井段或直井段也可以实现多层段的压裂作业，对于提高致密砂岩油气田的采收率具有明显效果。
图I是本实用新型压裂管柱的结构示意图和工作原理图。图2是本实用新型机械式连续油管压裂封隔器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的详述。参见图I和图2，一种连续油管分段喷砂射孔套管压裂管柱包括依次连接在连续油管I上的安全接头2、扶正器3、水力喷射工具4和反循环阀5，在反循环阀5的下方还连接着机械式连续油管压裂封隔器6。机械式连续油管压裂封隔器6包括中心管6-2、平衡式摇摆卡瓦和密封机构，中心管6-2上设有相互连通的坐封轨道和解封轨道，将平衡式摇摆卡瓦和密封机构安装在中心管6-2上，中心管6-2两端连接上接头6-1和下接头6-13。平衡式摇摆卡瓦包括挡环6-3、卡瓦座6_6和卡瓦块6-9，挡环6-3与卡瓦座6-6连接；弹簧套6-7穿套在中心管6_2上，通过固定销钉6-5与卡瓦座6-6连接；卡瓦块6-9的上端外圆台阶与卡瓦座6-6的下端内圆台阶相互扣合连接在一起，在卡瓦块6-9与弹簧套6-7之间径向装设弹簧，保证平衡式摇摆卡瓦与套管壁有一定的摩擦力。挡环6-3上设有轨道销钉6-4，轨道销钉6-4端部的轨道块与中心管6-2上的坐封轨道和解封轨道配合,可以在坐封轨道和解封轨道内自由滑动，如此可带动整个平衡式摇摆卡瓦坐封和解封。平衡式摇摆卡瓦中至少设有三个卡瓦块6-9，卡瓦块6-9的外侧本体上设有凹槽，内置卡瓦环6-8 ;卡瓦环6-8是开口环，使卡瓦块6-9可以涨开。密封机构包括胶筒上挡环6-10、胶筒6-11和胶筒下挡环6-12，胶筒上挡环6-10与中心管6_2连接，胶筒下挡环6-12与下接头6-13连接，将胶筒6-11安装在胶筒上挡环6_10与胶筒下挡环6-12之间；胶筒上挡环6-10的外部是锥面，可将卡瓦块6-9顶开。机械式连续油管压裂封隔器6的长度设定在I. 5m-l. 7m之间，在其底部连接导引头7，方便压裂管柱的下入。将装有机械式连续油管压裂封隔器6的压裂管柱通过连续油管I下入井内套管中，首先压裂最靠近井底的压裂井段，使用机械式连续油管压裂封隔器6封隔压裂井段。使 用机械式连续油管压裂封隔器6封隔压裂井段时，将机械式连续油管压裂封隔器6置于压裂井段的下方，通过连续油管I上提坐封后，从连续油管I加砂通过水力喷射工具4喷砂射孔后，在套管加砂压裂。在套管加砂压裂完成后，上提连续油管1，使压裂管柱的反循环阀5打开，将多余压裂砂反洗出井筒；继续上提连续油管1，使机械式连续油管压裂封隔器6解封，通过连续油管I拖动压裂管柱至下一压裂井段，以相同的方式完成其它压裂井段。在压裂过程中，如遇压裂管柱砂卡情况，可大力上提连续油管1，使压裂管柱从安全接头2处断开，从井中起出连续油管I ;再使用专用打捞工具下井打捞滞留在井内的压裂管柱。具体操作方法如下采用连续油管I将压裂管柱下入水平井中，机械式连续油管压裂封隔器6在下入过程中，其平衡式摇摆卡瓦处于机械式连续油管压裂封隔器6解封轨道的自由状态，下入中不会坐封。当下至最靠近井底的压裂井段后，将机械式连续油管压裂封隔器6置于压裂井段的下方，通过连续油管I上提压裂管柱。由于其卡瓦块6-9与套管之间有摩擦力，当上接头6 - I带动中心管6 - 2上行时，挡环6 - 3上的轨道销钉6 - 4由解封轨道换至坐封轨道，压裂管柱继续上行，带动平衡式摇摆卡瓦及其下方的密封机构一起上行。当达到机械式连续油管压裂封隔器6的预坐封压力设计值时，胶筒上挡环6 —10的锥面沿着卡瓦块6-9的内圆上行，将卡瓦块6-9涨开。当连续油管I的上提力达到机械式连续油管压裂封隔器6的坐封设定值时，受卡瓦块6-9的抵挡，胶筒上挡环6 — 10被迫下行，进而挤压胶筒6 - 11扩张坐封，而胶筒下挡环6 - 12与下接头6 - 13和中心管6 一 2相对固定不动，通过上提连续油管1，实现机械式连续油管压裂封隔器6的坐封。此时在套管中可实施喷射和压裂施工，在喷射及压裂过程中，随着连续油管I与套管环空压力的升高，机械式连续油管压裂封隔器6的密封性能不断升高。从连续油管I加砂喷砂射孔后，套管加砂压裂。压裂完成后，上提压裂管柱，反循环阀5打开，将多余压裂砂反洗出井筒，保证压裂管柱不会砂卡。然后下放压裂管柱，机械式连续油管压裂封隔器6的平衡式摇摆卡瓦由坐封轨道换向至解封轨道，机械式连续油管压裂封隔器6即可解封。用连续油管I拖动压裂管柱，上提至下一压裂井段，把机械式连续油管压裂封隔器6置于压裂井段的下方，用同样的方式压裂施工。在压裂过程中，若遇压裂管柱砂卡情况，可大力上提连续油管 1，将压裂管柱从安全接头2处断开，起出连续油管1，再下入打捞工具打捞压裂管柱，施工程序简单。
权利要求1.一种连续油管分段喷砂射孔套管压裂管柱，包括依次连接在连续油管(I)上的安全接头(2)、扶正器(3)、水力喷射工具(4)和反循环阀(5)，其特征是在反循环阀(5)的下方还连接着机械式连续油管压裂封隔器(6)。
2.根据权利要求I所述的一种连续油管分段喷砂射孔套管压裂管柱，其特征是，所述机械式连续油管压裂封隔器(6)包括中心管￠-2)、平衡式摇摆卡瓦和密封机构，中心管(6-2)上设有相互连通的坐封轨道和解封轨道，将平衡式摇摆卡瓦和密封机构安装在中心管(6-2)上，中心管(6-2)两端连接上接 头(6-1)和下接头￠-13)。
3.根据权利要求2所述的一种连续油管分段喷砂射孔套管压裂管柱，其特征是，所述平衡式摇摆卡瓦包括挡环(6-3)、卡瓦座(6-6)和卡瓦块(6-9)，挡环(6-3)与卡瓦座(6_6)连接；弹簧套￠-7)穿套在中心管￠-2)上，通过固定销钉￠-5)与卡瓦座(6-6)连接；卡瓦块(6-9)的上端外圆台阶与卡瓦座(6-6)的下端内圆台阶相互扣合连接在一起,在卡瓦块(6-9)与弹簧套(6-7)之间径向装设弹簧。
4.根据权利要求3所述的一种连续油管分段喷砂射孔套管压裂管柱，其特征是，所述挡环(6-3)上设有轨道销钉￠-4)，轨道销钉(6-4)端部的轨道块与中心管(6-2)上的坐封轨道和解封轨道配合，可以在坐封轨道和解封轨道内自由滑动。
5.根据权利要求3所述的一种连续油管分段喷砂射孔套管压裂管柱，其特征是，所述平衡式摇摆卡瓦中至少设有三个卡瓦块(6-9)，卡瓦块(6-9)的外侧本体上设有凹槽，内置卡瓦环(6-8);卡瓦环(6-8)是开口环。
6.根据权利要求2所述的一种连续油管分段喷砂射孔套管压裂管柱，其特征是，所述密封机构包括胶筒上挡环(6-10)、胶筒(6-11)和胶筒下挡环(6-12)，胶筒上挡环(6-10)与中心管(6-2)连接，胶筒下挡环￠-12)与下接头￠-13)连接，将胶筒￠-11)安装在胶筒上挡环￠-10)与胶筒下挡环￠-12)之间；胶筒上挡环￠-10)的外部是锥面；机械式连续油管压裂封隔器(6)的长度设定在I. 5m-l. 7m之间，在其底部连接导引头(7)。
专利摘要本实用新型公开的是一种连续油管分段喷砂射孔套管压裂管柱，适于在石油工业的直井和水平井中应用，尤其适用于致密砂岩等非常规油气藏水平井的分段压裂。本实用新型的压裂管柱包括依次连接在连续油管上的安全接头、扶正器、水力喷射工具和反循环阀，在反循环阀的下方还连接着机械式连续油管压裂封隔器。其封隔器结构简单，内通径大，可满足大排量反洗井的需要，大大降低了压裂管柱的砂卡风险。使用本实用新型中的封隔器封隔压裂层段，进行分段套管压裂，其封隔器的坐封位置灵活，操作方便。本实用新型无需砂塞作为隔离段，不仅不需要反洗砂塞，降低了生产成本，而且对于较短的水平井段或直井段也可以实现多层段的压裂作业。
文档编号E21B43/114GK202628046SQ201220261830
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月5日 优先权日2012年6月5日
发明者张全胜, 张峰, 王增林, 郝金克, 李玉宝, 吕玮, 吕芳蕾, 孙骞, 曹雪梅, 张建 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司采油工艺研究院