專利名稱：丟手管柱多層段壓裂裝置及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油、氣田油井、氣井或注水井的多層段壓裂的工藝技術(shù)，確切講是丟手管柱 多層段壓裂裝置及工藝。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)外多層段壓裂技術(shù)主要有液體膠塞壓裂、限流壓裂、投尼龍球壓裂、水力噴射壓裂 和機(jī)械工具壓裂等。液體膠塞工序較多，對(duì)儲(chǔ)層有一定的傷害；限流和投尼龍球壓裂要求層 間分選性好，施工不易控制；水力噴射砂比低，用水量大，造縫效果有待評(píng)價(jià)。對(duì)于機(jī)械工 具隔離多層段壓裂，由于小眼井直徑小，只能選小尺寸的油管，排量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，且管 線摩擦阻力大，施工壓力較高，如果采用光套管壓裂(光套管是指井筒內(nèi)沒有油管)，只能 壓裂單層或多層合壓。對(duì)于小眼井和水平井的壓裂，井下工具被砂卡的風(fēng)險(xiǎn)較大，管柱取出 比較困難。(管柱即工具串，是用油管串聯(lián)在一起的井下工具組合)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種丟手管柱多層段壓裂裝置及工藝，以便實(shí)現(xiàn)小眼井和水平井多 個(gè)油氣層段的連續(xù)壓裂作業(yè)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，丟手管柱多層段壓裂裝置，至少包括滑套座、噴砂器、級(jí)油管、 封隔器、丟手接頭、輸送油管；噴砂器與滑套座螺紋連接，座落在滑套座上；噴砂器通過中 間的油管與封隔器連接形成一層壓裂管柱；后層壓裂管柱與前層壓裂管柱的封隔器通過螺紋 連接，座落在前級(jí)封隔器上，后級(jí)封隔器連接丟手接頭，再通過丟手接頭與輸送油管連接。
所述的壓裂管柱可以是兩層以上。
所述的三層壓裂管柱包括滑套座、第一級(jí)噴砂器、第一級(jí)油管、第一級(jí)封隔器、第二級(jí) 噴砂器、第二級(jí)油管、第二級(jí)封隔器、第三級(jí)噴砂器、第三級(jí)油管、第三級(jí)封隔器、丟手接 頭、輸送油管。第一級(jí)噴砂器與最下面的滑套座螺紋連接，座落在滑套座上；第一級(jí)噴砂器 通過中間的第一級(jí)油管與第一級(jí)封隔器連接形成一層壓裂管柱；第二級(jí)噴砂器與第一級(jí)封隔 器通過螺紋連接，座落在第一級(jí)封隔器上，第二級(jí)噴砂器通過第二級(jí)油管后與第二級(jí)封隔器 連接形成第二級(jí)一層壓裂管柱；而第三級(jí)噴砂器與第二級(jí)封隔器通過螺紋連接，座落在第二 級(jí)封隔器上，第三級(jí)噴砂器通過第三級(jí)油管后與第三級(jí)封隔器連接形成第三級(jí)一層壓裂管柱
所述的四層壓裂管柱至少包括滑套座、第一級(jí)噴砂器、第一級(jí)油管、第一級(jí)封隔器、第二級(jí)噴砂器、第二級(jí)油管、第二級(jí)封隔器、第三級(jí)噴砂器、第三級(jí)油管、第三級(jí)封隔器、丟 手接頭、輸送油管。在上述述基礎(chǔ)上增加第四級(jí)噴砂器、第四級(jí)油管、第四級(jí)封隔器，第一 級(jí)噴砂器與最下面的滑套座螺紋連接，座落在滑套座上；第一級(jí)噴砂器通過中間的第一級(jí)油 管與第一級(jí)封隔器連接形成一層壓裂管柱。第二級(jí)噴砂器與第一級(jí)封隔器通過螺紋連接，座 落在第一級(jí)封隔器上，第二級(jí)噴砂器通過第二級(jí)油管后與第二級(jí)封隔器連接形成第二級(jí)一層 壓裂管柱；而第三級(jí)噴砂器與第二級(jí)封隔器通過螺紋連接，座落在第二級(jí)封隔器上，第三級(jí) 噴砂器通過第三級(jí)油管后與第三級(jí)封隔器連接形成第三級(jí)一層壓裂管柱。最后是第四噴砂器 與第三級(jí)封隔器通過螺紋連接，座落在第三級(jí)封隔器上，第四噴砂器通過第四級(jí)油管后與第 四級(jí)封隔器連接形成第四級(jí)一層壓裂管柱。
依據(jù)丟手管柱多層段壓裂裝置進(jìn)行多層段壓裂的工藝流程是
1、 將多層段壓裂管柱的工具串用油管輸送至井下(具體的位置依當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)要求而定
);
2、 從井口輸送油管投最小鋼球，落在第一級(jí)噴砂器的滑套上；
3、 從井口輸送油管內(nèi)打入液壓，小鋼球堵住流體通道，在管柱內(nèi)腔憋起高壓，使所有 封隔器密封并錨定在套管的內(nèi)壁上；
4、 升高壓力，丟手接頭的剪釘被剪斷，下面的工具串與輸送油管脫開，取出輸送油管 ，將工具串留在井下；
5、 然后從井口套管打壓，憋掉第一級(jí)噴砂器上的滑套，小鋼球和滑套坐落于滑套座l內(nèi)
6、 液體從第一級(jí)噴砂器的出砂口進(jìn)入一號(hào)層段，將一號(hào)層段壓開一條裂縫，砂子充填 裂縫；
7、 一號(hào)層段壓裂完畢；
8、 重新投入比小鋼球直徑大的中鋼球，中鋼球落在第二級(jí)噴砂器內(nèi)側(cè)的滑套上；
9、 從井口套管打壓，憋掉第二級(jí)噴砂器上的滑套，中鋼球和滑套坐落于第一級(jí)封隔器 的滑套座內(nèi)，封堵下面通道；
10、 液體從第二級(jí)噴砂器的出砂口進(jìn)入二號(hào)層段，將二號(hào)層段壓開一條裂縫，砂子充填 裂縫；
11、 如果有更多層段，重新依據(jù)步驟8-10對(duì)其它層段進(jìn)行壓裂作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)了所有層 段的連續(xù)壓裂作業(yè)。
本發(fā)明的工藝原理是用油管輸送相應(yīng)數(shù)目的封隔器(選擇自錨定封隔器，否則還需水力錨)和噴砂器等工具串，到達(dá)設(shè)計(jì)位置后，從井口油管投球，球落至第一級(jí)噴砂器的滑套 上，從井口油管打液壓，液力將封隔器密封并錨定在套管上，隔離各油氣層段。升高壓力， 油管和工具串脫開，將工具串留在井下，取出輸送油管，采用光套管泵注壓裂，投球打滑套 從下到上依次打開各層段的噴砂器進(jìn)行壓裂作業(yè)。
加砂壓裂時(shí)由于多種原因有可能會(huì)發(fā)生砂堵(即砂子滯留在裂縫口、射孔炮眼或工具的 出砂口，引起后續(xù)砂子無法繼續(xù)進(jìn)入裂縫，流體通道被堵塞，造成系統(tǒng)瞬間超壓)，導(dǎo)致壓 裂中斷，因此丟手管柱多層段壓裂的關(guān)鍵是砂堵的預(yù)防和處理技術(shù)。
本發(fā)明的特點(diǎn)是
1、 率先采用丟手式多層段壓裂管柱結(jié)構(gòu)，取得了小眼井和水平井等高難度井多層段壓 裂隔離技術(shù)的突破。
2、 丟手管柱形式屬于不動(dòng)管柱結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換壓裂層段時(shí)不用動(dòng)井口提放管柱，下一趟管 柱可連續(xù)壓裂多個(gè)層段，作業(yè)效率高。
3、 采用光套管泵注壓裂，排量大、摩阻小，施工壓力較低，提高了工具的可靠性。
4、 小眼井和水平井壓裂的井下工具起出時(shí)易卡鉆，丟手式多層段壓裂管柱施工完畢工 具不取出，避免了卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。
5、 通過射孔參數(shù)、工具參數(shù)、施工參數(shù)和液體攜砂的優(yōu)化，降低了砂堵的風(fēng)險(xiǎn)。
6、 常規(guī)壓裂管柱如果發(fā)生砂堵，油管內(nèi)會(huì)有大量沉砂，沖砂時(shí)很可能循環(huán)不通，丟手 管柱發(fā)生砂堵時(shí)，單獨(dú)下入沖砂管柱，能將井筒沉砂徹底沖出井筒，沖砂效果好。


下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。 圖l是實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、滑套座；2、第一級(jí)噴砂器；3、第一級(jí)油管；4、第一級(jí)封隔器；5、第二級(jí) 噴砂器；6、第二級(jí)油管；7、第二級(jí)封隔器；8、第三級(jí)噴砂器；9、第三級(jí)油管；10、第三 級(jí)封隔器；11、丟手接頭；12、輸送油管；13、小鋼球；14、中鋼球；15、大鋼球。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l給出壓裂管柱為三層進(jìn)行分層段壓裂的實(shí)施例。
如圖1所示，包括滑套座l、第一級(jí)噴砂器2、第一級(jí)油管3、第一級(jí)封隔器4、第二級(jí)噴 砂器5、第二級(jí)油管6、第二級(jí)封隔器7、第三級(jí)噴砂器8、第三級(jí)油管9、第三級(jí)封隔器IO、 丟手接頭ll、輸送油管12。第一級(jí)噴砂器2與最下面的滑套座1螺紋連接，座落在滑套座l上 ;第一級(jí)噴砂器2通過中間的第一級(jí)油管3與第一級(jí)封隔器4連接形成一層壓裂管柱。第二級(jí)噴砂器5與第一級(jí)封隔器4通過螺紋連接，座落在第一級(jí)封隔器4上，第二級(jí)噴砂器5通過第二 級(jí)油管6后與第二級(jí)封隔器7連接形成第二級(jí)一層壓裂管柱；而第三級(jí)噴砂器8與第二級(jí)封隔 器7通過螺紋連接，座落在第二級(jí)封隔器7上，第三級(jí)噴砂器8通過第三級(jí)油管9后與第三級(jí)封 隔器10連接形成第三級(jí)一層壓裂管柱。
三層分層壓裂管柱為空芯體，在每個(gè)層段壓裂前，每個(gè)噴砂器的出砂口均被滑套封堵， 滑套用剪釘固定在噴砂器內(nèi)，剪斷剪釘，滑套被打開，管柱內(nèi)腔的液體即可從噴砂器的出砂 口經(jīng)套管的射孔炮眼進(jìn)入油氣層段，三個(gè)噴砂器與三個(gè)油氣層段的射孔炮眼相對(duì)應(yīng)?；讖?下到上內(nèi)徑由小到大，與相應(yīng)的鋼球相配。
壓裂管柱進(jìn)行多層段壓裂的工藝流程是
1、 將多層段壓裂管柱的工具串用油管輸送至井下(具體的位置依當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)要求而定
);
2、 從井口輸送油管投最小鋼球，落在第一級(jí)噴砂器的滑套上；
3、 從井口輸送油管內(nèi)打入液壓，小鋼球堵住流體通道，在管柱內(nèi)腔憋起高壓，使所有 封隔器密封并錨定在套管的內(nèi)壁上；
4、 升高壓力，丟手接頭的剪釘被剪斷，下面的工具串與輸送油管脫開，取出輸送油管 ，將工具串留在井下；
5、 然后從井口套管打壓，憋掉第一級(jí)噴砂器上的滑套，小鋼球和滑套坐落于滑套座內(nèi)
6、 液體從第一級(jí)噴砂器的出砂口進(jìn)入一號(hào)層段，將一號(hào)層段壓開一條裂縫，砂子充填 裂縫；
7、 一號(hào)層段壓裂完畢；
8、 重新投入比小鋼球直徑大的中鋼球，中鋼球落在第二級(jí)噴砂器內(nèi)側(cè)的滑套上；
9、 從套管打壓，憋掉第二級(jí)噴砂器上的滑套，中鋼球和滑套坐落于第一級(jí)封隔器的滑 套座內(nèi)，封堵下面通道；
10、 液體從第二級(jí)噴砂器的出砂口進(jìn)入二號(hào)層段，將二號(hào)層段壓開一條裂縫，砂子充填 裂縫；
11、 如果有更多層段，重新依據(jù)步驟8-10對(duì)其它層段進(jìn)行壓裂作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)了所有層 段的連續(xù)壓裂作業(yè)。
實(shí)施例2給出壓裂管柱為四層的實(shí)施例。
與實(shí)施例l一樣，至少包括滑套座l、第一級(jí)噴砂器2、第一級(jí)油管3、第一級(jí)封隔器4、第二級(jí)噴砂器5、第二級(jí)油管6、第二級(jí)封隔器7、第三級(jí)噴砂器8、第三級(jí)油管9、第三級(jí)封 隔器IO、丟手接頭ll、輸送油管12。在上述述基礎(chǔ)上增加第四噴砂器、第四油管、第四封隔 器，第一級(jí)噴砂器2與最下面的滑套座1螺紋連接，座落在滑套座l上；第一級(jí)噴砂器2通過中 間的第一級(jí)油管3與第一級(jí)封隔器4連接形成一層壓裂管柱。第二級(jí)噴砂器5與第一級(jí)封隔器 4通過螺紋連接，座落在第一級(jí)封隔器4上，第二級(jí)噴砂器5通過第二級(jí)油管6后與第二級(jí)封隔 器7連接形成第二級(jí)一層壓裂管柱；而第三級(jí)噴砂器8與第二級(jí)封隔器7通過螺紋連接，座落 在第二級(jí)封隔器7上，第三級(jí)噴砂器8通過第三級(jí)油管9后與第三級(jí)封隔器10連接形成第三級(jí) 一層壓裂管柱。最后是第四級(jí)噴砂器與第三級(jí)封隔器通過螺紋連接，座落在第三級(jí)封隔器上 ，第四級(jí)噴砂器通過第四級(jí)油管后與第四級(jí)封隔器連接形成第四級(jí)一層壓裂管柱。
壓裂管柱為四層進(jìn)行分層段壓裂的工藝同樣適合實(shí)施例l中描述的工藝過程，在這不作 過多說明。
砂堵的預(yù)防措施
1、 優(yōu)化工具參數(shù)，包括加大出砂口尺寸，削減內(nèi)通道臺(tái)階等；
2、 優(yōu)化射孔參數(shù)，例如采取大孔徑射孔，高密度射孔等；
3、 優(yōu)化施工參數(shù)，比如低砂比、大排量、前置液加砂打磨縫口等；
4、 嚴(yán)把液體質(zhì)量，確保液體的攜砂性能。 砂堵的處理程序
1、 如果發(fā)生砂堵，先打開井口放噴，能噴通井筒則繼續(xù)壓裂；
2、 如果不能噴通井筒，則下沖砂管柱，進(jìn)行反循環(huán)沖砂，將井筒沉砂全部沖出地面；
3、 下放管柱與丟手接頭對(duì)掛，上提解封，再反循環(huán)沖砂，如果能沖通井筒，再投球坐 封，繼續(xù)壓裂；
4、 如果仍不能沖通井筒，則取出管柱，重新下壓裂管柱繼續(xù)壓裂。
權(quán)利要求
1.丟手管柱多層段壓裂裝置，至少包括滑套座(1)、噴砂器、級(jí)油管、封隔器、丟手接頭(11)、輸送油管(12)；噴砂器與滑套座(1)螺紋連接，座落在滑套座(1)上；噴砂器通過中間的油管與封隔器連接形成一層壓裂管柱；后層壓裂管柱與前層壓裂管柱的封隔器通過螺紋連接，座落在前級(jí)封隔器上，后級(jí)封隔器連接丟手接頭(11)，再通過丟手接頭(11)與輸送油管(12)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的丟手管柱多層段壓裂裝置，其特征是所述 的壓裂管柱可以是兩層以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的丟手管柱多層段壓裂裝置，其特征是所述 的三層壓裂管柱包括滑套座(1)、第一級(jí)噴砂器(2)、第一級(jí)油管(3)、第一級(jí)封隔器 (4)、第二級(jí)噴砂器(5)、第二級(jí)油管(6)、第二級(jí)封隔器(7)、第三級(jí)噴砂器(8) 、第三級(jí)油管(9)、第三級(jí)封隔器(10)、丟手接頭(11)、輸送油管(12)。第一級(jí)噴 砂器(2)與最下面的滑套座(1)螺紋連接，座落在滑套座(1)上；第一級(jí)噴砂器(2)通 過中間的第一級(jí)油管(3)與第一級(jí)封隔器(4)連接形成一層壓裂管柱；第二級(jí)噴砂器(5 )與第一級(jí)封隔器(4)通過螺紋連接，座落在第一級(jí)封隔器(4)上，第二級(jí)噴砂器(5) 通過第二級(jí)油管(6)后與第二級(jí)封隔器(7)連接形成第二級(jí)一層壓裂管柱；而第三級(jí)噴砂 器(8)與第二級(jí)封隔器(7)通過螺紋連接，座落在第二級(jí)封隔器(7)上，第三級(jí)噴砂器 (8)通過第三級(jí)油管(9)后與第三級(jí)封隔器(10)連接形成第三級(jí)一層壓裂管柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的丟手管柱多層段壓裂裝置，其特征是所述 的四層壓裂管柱至少包括滑套座(1)、第一級(jí)噴砂器(2)、第一級(jí)油管(3)、第一級(jí)封 隔器(4)、第二級(jí)噴砂器(5)、第二級(jí)油管(6)、第二級(jí)封隔器(7)、第三級(jí)噴砂器( 8)、第三級(jí)油管(9)、第三級(jí)封隔器(10)、丟手接頭(11)、輸送油管(12)。在上述 述基礎(chǔ)上增加第四級(jí)噴砂器、第四級(jí)油管、第四級(jí)封隔器，第一級(jí)噴砂器(2)與最下面的 滑套座(1)螺紋連接，座落在滑套座(1)上；第一級(jí)噴砂器(2)通過中間的第一級(jí)油管 (3)與第一級(jí)封隔器(4)連接形成一層壓裂管柱。第二級(jí)噴砂器(5)與第一級(jí)封隔器(4)通過螺紋連接，座落在第一級(jí)封隔器(4)上，第二級(jí)噴砂器(5)通過第二級(jí)油管(6) 后與第二級(jí)封隔器(7)連接形成第二級(jí)一層壓裂管柱；而第三級(jí)噴砂器(8)與第二級(jí)封隔 器(7)通過螺紋連接，座落在第二級(jí)封隔器(7)上，第三級(jí)噴砂器(8)通過第三級(jí)油管 (9)后與第三級(jí)封隔器(10)連接形成第三級(jí)一層壓裂管柱。最后是第四噴砂器與第三級(jí) 封隔器通過螺紋連接，座落在第三級(jí)封隔器上，第四噴砂器通過第四級(jí)油管后與第四級(jí)封隔 器連接形成第四級(jí)一層壓裂管柱。
5 依據(jù)丟手管柱多層段壓裂裝置進(jìn)行多層段壓裂的工藝流程是1) 將多層段壓裂管柱的工具串用油管輸送至井下(具體的位置依當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)要求而定);2) 從井口輸送油管投最小鋼球，落在第一級(jí)噴砂器的滑套上；3) 從井口輸送油管內(nèi)打入液壓，小鋼球堵住流體通道，在管柱內(nèi)腔憋起高壓，使所有 封隔器密封并錨定在套管的內(nèi)壁上；4) 升高壓力，丟手接頭的剪釘被剪斷，下面的工具串與輸送油管脫開，取出輸送油管 ，將工具串留在井下；5) 然后從井口套管打壓，憋掉第一級(jí)噴砂器上的滑套，小鋼球和滑套坐落于滑套座( 1)內(nèi)；6) 液體從第一級(jí)噴砂器的出砂口進(jìn)入一號(hào)層段，將一號(hào)層段壓開一條裂縫，砂子充填 裂縫；7) —號(hào)層段壓裂完畢；8) 重新投入比小鋼球直徑大的中鋼球，中鋼球落在第二級(jí)噴砂器內(nèi)側(cè)的滑套上；9) 從井口套管打壓，憋掉第二級(jí)噴砂器上的滑套，中鋼球和滑套坐落于第一級(jí)封隔器 的滑套座內(nèi)，封堵下面通道；10) 液體從第二級(jí)噴砂器的出砂口進(jìn)入二號(hào)層段，將二號(hào)層段壓開一條裂縫，砂子充 填裂縫；11) 如果有更多層段，重新依據(jù)步驟8)-10)對(duì)其它層段進(jìn)行壓裂作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)了所 有層段的連續(xù)壓裂作業(yè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及油、氣田油井、氣井或注水井的多層段壓裂的工藝技術(shù)，確切講是丟手管柱多層段壓裂裝置及工藝，它至少包括滑套座、噴砂器、級(jí)油管、封隔器、丟手接頭、輸送油管；噴砂器與滑套座螺紋連接，座落在滑套座上；噴砂器通過中間的油管與封隔器連接形成一層壓裂管柱；后層壓裂管柱與前層壓裂管柱的封隔器通過螺紋連接，座落在前級(jí)封隔器上，后級(jí)封隔器連接丟手接頭，再通過丟手接頭與輸送油管連接；它的工藝流程是分十一個(gè)步驟完成，實(shí)現(xiàn)了小眼井和水平井多個(gè)油氣層段的連續(xù)壓裂作業(yè)。
文檔編號(hào)E21B43/26GK101638982SQ20091030587
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者任雁鵬, 張承武, 鄭維師, 陳建剛 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院