一种多级分段压裂工具及压裂方法与流程

本发明涉及油气井压裂领域，尤其涉及一种多级分段压裂工具及压裂方法。

背景技术：

1、在完井压裂作业技术领域中，常需要对直径井、定向井或者水平井井筒的不同层段进行分段压裂作业。在分段压裂的过程中，分段压裂工具通常采用投球的方式实现压裂开启。由于各级压裂管柱配套开启的球体直径不同、球体的直径范围有限，使得压裂管柱的压裂级数受限。另一种实现多级压裂的工具为底封拖动式压裂工具，其动用连续油管在需要压裂的位置坐封、喷砂射孔、压裂，然后解封上提到上一段，重复操作实现多级压裂，但其需动用连续油管，且坐封胶筒在多次重复坐封后更换频率高，影响施工效率及可靠性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、实现无限级压裂，且操作方便的多级分段压裂工具及压裂方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种多级分段压裂工具，包括压裂管柱和球座组件，所述球座组件包括至少两个与憋压球密封配合的球座体、连接于相邻球座体之间的球座剪钉，以及设于各球座体外的限位部件，其中，各所述限位部件的匹配参数不相同，各所述球座体通过所述限位部件与对应的所述压裂管柱限位配合；沿球座组件入井方向，所述球座剪钉的强度逐渐增大，各所述球座体与憋压球密封配合的承压内径逐渐减小。

4、作为上述技术方案的进一步改进：

5、所述限位部件为螺旋限位部件，所述螺旋限位部件包括螺旋凹槽和螺旋凸台，所述螺旋凹槽和所述螺旋凸台分设于所述球座体和所述压裂管柱上，所述螺旋凹槽与所述螺旋凸台的匹配参数包括螺宽、螺距、螺旋长度、螺旋段数及旋向。

6、所述螺旋限位部件还包括设于所述螺旋凹槽与所述螺旋凸台之间的啮合齿，所述螺旋凹槽和所述螺旋凸台通过啮合齿相互啮合卡紧。

7、所述螺旋限位部件至少为两组，两组所述螺旋限位部件沿所述球座体的轴线间隔布置；当所述螺旋限位部件为两组以上时，至少一组所述螺旋限位部件设有啮合齿。

8、所述螺旋凹槽的螺旋圈数大于与所述螺旋凹槽相匹配的螺旋凸台的螺旋圈数。

9、所述压裂管柱包括带压裂孔的外套、装于压裂孔位置的内滑套，以及设于外套与内滑套之间的管柱剪钉，所述内滑套与对应的所述球座体限位配合，所述管柱剪钉在所述内滑套与对应的球座体限位配合时剪断、以开启所述压裂孔。

10、多级分段压裂工具还包括在压裂孔开启后限制内滑套轴向位置的轴向限位组件，所述轴向限位组件包括卡簧、卡簧槽和限位台肩，所述卡簧设于所述内滑套上，所述卡簧槽和所述限位台肩均设于所述外套上；所述内滑套在下移至所述限位台肩时，所述卡簧和所述卡簧槽限位配合。

11、所述内滑套包括依次连接的开启套、弹性爪和引导套，其中，所述开启套通过所述管柱剪钉安装于所述外套的压裂孔位置；所述卡簧设于所述弹性爪的底端；所述引导套的底端在内滑套下移时与所述限位台肩限位配合。

12、一种上述所述的多级分段压裂工具的压裂方法，包括如下步骤：

13、1)将压裂管柱部署于井筒中；

14、2)向球座组件内投入与承压内径最小的球座体密封配合的憋压球，泵送球座组件入井；

15、3)当所有球座体与对应的压裂管柱限位配合、且随球座组件入井的憋压球解封对应的压裂管柱、完成第一段压裂后，沿球座组件入井方向的反向，依次投入与对应的压裂管柱密封配合的的憋压球，完成多级压裂。

16、作为上述技术方案的进一步改进：

17、若压裂级数多于球座组件的球座体数量，在步骤3)后，对位于压裂完成段的上部压裂管柱重复步骤2)和步骤3)，直至完成目标级数的压裂。

18、与现有技术相比，本发明的优点在于：

19、本发明将球座组件设置为两个以上，球座体之间通过球座剪钉连接，各球座体通过匹配参数不相同的限位部件与对应的压裂管柱限位配合，其结构简单紧凑，可在原有压裂工具的空间内使用，通用性高、成本低。且沿球座组件入井方向，球座剪钉的强度逐渐增大，各球座体的与憋压球密封配合的承压内径逐渐减小，其使得最先投入的憋压球进入最头端的球座体内，最尾部的球座体通过球座剪钉的剪断最先挂卡在对应的压裂管柱上，其使得各球座体可依次安装在对应的压裂管柱上，保证了后续各压裂管柱的顺利解封、实现了多级压裂。

20、本发明的多级分段压裂工具的压裂方法同样具有上述优点，且操作方便、压裂效率高，有效解决了单极泵送球座施工繁琐、需动用大型地面设备的问题。进一步地，若压裂级数多于球座组件的球座体数量，对位于压裂完成段的上部压裂管柱可重复投入球座组件进行分段压裂，此时，每次泵送安装的球座组件互不影响，即本发明采用逐段泵送球座组件和投球压裂相互循环的方式，使得相同内径的球座体可无限循环，有效的解决了投球开启压裂管柱级数受限的问题，实现了无限级压裂。

技术特征：

1.一种多级分段压裂工具，包括压裂管柱和球座组件，其特征在于，所述球座组件包括至少两个与憋压球密封配合的球座体、连接于相邻球座体之间的球座剪钉，以及设于各球座体外的限位部件，其中，各所述限位部件的匹配参数不相同，各所述球座体通过所述限位部件与对应的所述压裂管柱限位配合；沿球座组件入井方向，所述球座剪钉的强度逐渐增大，各所述球座体与憋压球密封配合的承压内径逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的多级分段压裂工具，其特征在于，所述限位部件为螺旋限位部件，所述螺旋限位部件包括螺旋凹槽和螺旋凸台，所述螺旋凹槽和所述螺旋凸台分设于所述球座体和所述压裂管柱上，所述螺旋凹槽与所述螺旋凸台的匹配参数包括螺宽、螺距、螺旋长度、螺旋段数及旋向。

3.根据权利要求2所述的多级分段压裂工具，其特征在于，所述螺旋限位部件还包括设于所述螺旋凹槽与所述螺旋凸台之间的啮合齿，所述螺旋凹槽和所述螺旋凸台通过啮合齿相互啮合卡紧。

4.根据权利要求2所述的多级分段压裂工具，其特征在于，所述螺旋限位部件至少为两组，两组所述螺旋限位部件沿所述球座体的轴线间隔布置；当所述螺旋限位部件为两组以上时，至少一组所述螺旋限位部件设有啮合齿。

5.根据权利要求2所述的多级分段压裂工具，其特征在于，所述螺旋凹槽的螺旋圈数大于与所述螺旋凹槽相匹配的螺旋凸台的螺旋圈数。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的多级分段压裂工具，其特征在于，所述压裂管柱包括带压裂孔的外套、装于压裂孔位置的内滑套，以及设于外套与内滑套之间的管柱剪钉，所述内滑套与对应的所述球座体限位配合，所述管柱剪钉在所述内滑套与对应的球座体限位配合时剪断、以开启所述压裂孔。

7.根据权利要求6所述的多级分段压裂工具，其特征在于，还包括在压裂孔开启后限制内滑套轴向位置的轴向限位组件，所述轴向限位组件包括卡簧、卡簧槽和限位台肩，所述卡簧设于所述内滑套上，所述卡簧槽和所述限位台肩均设于所述外套上；所述内滑套在下移至所述限位台肩时，所述卡簧和所述卡簧槽限位配合。

8.根据权利要求6所述的多级分段压裂工具，其特征在于，所述内滑套包括依次连接的开启套、弹性爪和引导套，其中，所述开启套通过所述管柱剪钉安装于所述外套的压裂孔位置；所述卡簧设于所述弹性爪的底端；所述引导套的底端在内滑套下移时与所述限位台肩限位配合。

9.一种如权利要求1至8所述的多级分段压裂工具的压裂方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的多级分段压裂的压裂方法，其特征在于，若压裂级数多于球座组件的球座体数量，在步骤3)后，对位于压裂完成段的上部压裂管柱重复步骤2)和步骤3)，直至完成目标级数的压裂。

技术总结
本发明提供一种多级分段压裂工具及压裂方法。压裂工具包括压裂管柱和球座组件，球座组件包括至少两个球座体、球座剪钉和限位部件，各球座体通过限位部件与对应的压裂管柱限位配合；沿球座组件入井方向，球座剪钉的强度逐渐增大，各球座体的承压内径逐渐减小。压裂方法包括：将压裂管柱部署于井筒中；向球座组件内投入与承压内径最小的球座体密封配合的憋压球，泵送球座组件入井；当所有球座体与对应的压裂管柱限位配合、随球座组件入井的憋压球解封对应的压裂管柱、完成第一段压裂后，沿球座组件入井方向的反向，依次投入与对应的压裂管柱密封配合的的憋压球，完成多级压裂。本发明具有结构简单、实现无限级压裂，且操作方便等优点。

技术研发人员：阮臣良,刘奔,廖洪千,魏辽,陈武君,朱玉杰,秦金立
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29