專利名稱：安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱及液控開關(guān)管柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油工業(yè)的完井裝置，特別是安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱及液控開關(guān)管柱，適用于水平井及直井的完井工藝，下入一趟液控開關(guān)管柱啟閉安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱，實現(xiàn)多層段的壓裂完井施工，滿足低滲透油藏和非常規(guī)油氣資源的開發(fā)需要。
背景技術(shù)：
目前，利用水平井分段壓裂改造技術(shù)來提高低滲透油藏以及頁巖油氣等非常規(guī)資源開發(fā)應(yīng)用規(guī)模逐步加大。但目前常用的水平井裸眼封隔器分段完井工藝，如申請?zhí)枮?200920248979. 9的水平井完井壓裂一體化管柱，通過投球逐級打開滑套分段壓裂技術(shù)，為了讓投入的球能夠通過、到達最下方的壓裂完井層段，最下方的球座內(nèi)徑必須小于上一級的球座內(nèi)徑，受球座尺寸分級排列的影響，其分段數(shù)量和壓裂規(guī)模都受到很大限制，影響了改造效果；并且該滑套是投球滑套，球投入后使滑套打開，后期生產(chǎn)時無法再關(guān)閉。如后期要進行選擇性生產(chǎn)或多次的重復(fù)壓裂改造時，需關(guān)閉滑套，該一體化管柱整體將無法使用。 只能重新在該管柱內(nèi)下入油管壓裂管柱，進行小規(guī)模的管內(nèi)分段壓裂，因此在完井以后的后續(xù)施工中不能滿足使用需求。同時該實用新型完井壓裂一體化管柱的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，容易出現(xiàn)操作故障。在低滲透油藏和非常規(guī)油氣資源的開發(fā)中，針對多段壓裂的直井，特別是管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求高的水平井還沒有一種套管壓裂完井方法可以解決上述難題，制約著低滲透油藏和非常規(guī)油氣資源的開發(fā)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱及液控開關(guān)管柱，解決目前套管分段壓裂完井施工中，通過投球逐級打開滑套的分段壓裂技術(shù)受球座內(nèi)徑分級排列影響，分段數(shù)量和壓裂規(guī)模受到限制的問題，提高地層的改造效果，提高壓裂規(guī)模和效率。本發(fā)明技術(shù)方案可達上述目的安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱使用套管1自上而下依次連接液控開關(guān)工具滯留筒2、可開關(guān)控制閥4以及在兩端連接的液壓套管扶正器3、碰壓坐落閥6和底部循環(huán)閥7 ；在本管柱中至少配置一組可開關(guān)控制閥4以及在兩端連接的液壓套管扶正器3。當對多段地層進行壓裂完井時，需要在管柱中配置多組可開關(guān)控制閥4以及在兩端連接的液壓套管扶正器3。用于啟閉安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱的液控開關(guān)管柱包括液控開關(guān)工具10和連續(xù)油管9，把一套液控開關(guān)工具10連接在連續(xù)油管9底部。液控開關(guān)工具10包括上接頭10-1、調(diào)節(jié)環(huán)10-2、驅(qū)動筒10-5、啟閉機構(gòu)、中心管10-8、活塞10_9和下接頭10-11， 上接頭10-1、中心管10-8和下接頭10-11依次連接，在其外部依次連接調(diào)節(jié)環(huán)10-2、啟閉機構(gòu)、驅(qū)動筒10-5和活塞10-9，在活塞10-9與驅(qū)動筒10-5之間安裝擋環(huán)10_6和彈簧10-7沖心管10-8的管體上設(shè)有進液孔與活塞10-9的內(nèi)腔對應(yīng)。本發(fā)明具有以下顯著的效果和進步1、在本發(fā)明的壓裂完井管柱中，可開關(guān)控制閥采用相同尺寸的內(nèi)通徑，不使用投球法，不存在內(nèi)通徑必須逐級縮小的問題，可以保證各壓裂完井層段均使用最大內(nèi)徑的可開關(guān)控制閥實施套管壓裂完井?？蓪Φ貙硬捎锰坠芗由皦毫淹昃瑵M足大排量、大規(guī)模壓裂改造的需要，增加裂縫長度、裂縫數(shù)量及導(dǎo)流能力，有效提高產(chǎn)能和采收率。2、在水平井的水平段或直井的多個壓裂完井層段，可根據(jù)需要在固井分段壓裂完井管柱中放置多個可開關(guān)控制閥，其可開關(guān)控制閥的設(shè)計規(guī)格統(tǒng)一、內(nèi)通徑大，可使用同一套液控開關(guān)工具完成多個壓裂完井用可開關(guān)控制閥的啟閉，壓裂分級數(shù)量不受限制，滿足大排量、大規(guī)模壓裂改造的需要。3、多個壓裂層段的壓裂施工可連續(xù)完成，無需將液控開關(guān)管柱提出地面，操作方便，提高了壓裂效率，節(jié)約壓裂費用且完井工藝簡單、安全可靠，大大降低了施工成本。4、無需射孔，節(jié)省了射孔作業(yè)費用和作業(yè)時間。5、后期生產(chǎn)中可以使用液控開關(guān)工具，下入到壓裂完井管柱中選擇性地打開或關(guān)閉任意一個壓裂完井用的可開關(guān)控制閥，滿足選擇性生產(chǎn)以及重復(fù)壓裂改造的要求，解決了現(xiàn)有技術(shù)壓裂完井管柱不能被重復(fù)開啟、關(guān)閉，不能選擇性生產(chǎn)和重復(fù)壓裂的難題，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

圖1是本發(fā)明中可開關(guān)控制閥的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中液控開關(guān)工具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中液控開關(guān)工具打開壓裂完井管柱中可開關(guān)控制閥時的工作狀態(tài)示意圖。圖4是本發(fā)明中液控開關(guān)工具關(guān)閉壓裂完井管柱中可開關(guān)控制閥時的工作狀態(tài)示意圖。圖5是本發(fā)明中安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明中液控開關(guān)管柱的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳述安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱使用套管1自上而下依次連接液控開關(guān)工具滯留筒2、可開關(guān)控制閥4以及在兩端連接的液壓套管扶正器3、碰壓坐落閥6和底部循環(huán)閥7 ；在本管柱中至少配置一組可開關(guān)控制閥4以及在兩端連接的液壓套管扶正器3。當對多段地層進行壓裂完井時，需要在管柱中配置多組可開關(guān)控制閥4以及在兩端連接的液壓套管扶正器3?？砷_關(guān)控制閥4包括外套筒4-3和內(nèi)滑套4-7，外套筒4_3上設(shè)有液流通道4_6， 內(nèi)滑套4-7裝于外套筒4-3內(nèi)，外套筒4-3兩端連接上接頭4-1和下接頭4-9。內(nèi)滑套4_7 的頂部筒體的內(nèi)圓設(shè)有開啟用鉤掛臺肩4-4，其上部筒體設(shè)有定位筋，其下部筒體內(nèi)圓設(shè)有關(guān)閉用鉤掛臺肩4-8 ；定位筋的外側(cè)設(shè)有定位凸臺4-10。在外套筒4-3的液流通道4-6上方筒體內(nèi)圓上設(shè)有開啟用定位凹槽4-2和關(guān)閉用定位凹槽4-11，開啟用定位凹槽4-2和關(guān)閉用定位凹槽4-11均與內(nèi)滑套4-7的定位凸臺4-10配合定位。當使用液控開關(guān)工具10的啟閉機構(gòu)打開或關(guān)閉可開關(guān)控制閥4時，內(nèi)滑套4-7的定位凸臺4-10落入開啟用定位凹槽 4-2或關(guān)閉用定位凹槽4-11中，使打開或關(guān)閉后的內(nèi)滑套4-7定位。外套筒4-3內(nèi)圓中上接頭4-1至液流通道4-6上部端口的距離大于或等于內(nèi)滑套4-7的筒體長度，避免內(nèi)滑套 4-7的筒體遮擋液流通道4-6。在外套筒4-3的液流通道4-6的兩側(cè)、上接頭4_1和下接頭 4-9的連接處均設(shè)有密封件，圖中以密封件4-5表示。液控開關(guān)工具滯留筒2是一個兩端設(shè)有連接絲扣的筒狀體，其內(nèi)徑大于液控開關(guān)管柱上的液控開關(guān)工具10的外徑，其環(huán)空過流面積等于配套套管的過流面積。當上提液控開關(guān)管柱進行壓裂完井作業(yè)時，液控開關(guān)工具10可以滯留在液控開關(guān)工具滯留筒2中減少節(jié)流壓差，避免工具磨損。用于啟閉安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱的液控開關(guān)管柱包括液控開關(guān)工具10和連續(xù)油管9，把一套液控開關(guān)工具10連接在連續(xù)油管9底部。液控開關(guān)工具10包括上接頭10-1、調(diào)節(jié)環(huán)10-2、驅(qū)動筒10-5、啟閉機構(gòu)、中心管10-8、活塞10_9和下接頭10-11， 上接頭10-1、中心管10-8和下接頭10-11依次連接，在其外部依次連接調(diào)節(jié)環(huán)10-2、啟閉機構(gòu)、驅(qū)動筒10-5和活塞10-9，在活塞10-9與驅(qū)動筒10-5之間安裝擋環(huán)10_6和彈簧 10-7 ；中心管10-8的管體上設(shè)有進液孔與活塞10-9的內(nèi)腔對應(yīng)。啟閉機構(gòu)包括啟閉操作塊10-3和驅(qū)動塊10-4，啟閉操作塊10-3與驅(qū)動塊10-4鉸鏈配接；啟閉操作塊10_3的一端為解鎖坡，其外側(cè)設(shè)有鉤掛卡槽，鉤掛卡槽一邊是直角邊，另一邊是斜邊，該鉤掛卡槽與可開關(guān)控制閥中內(nèi)滑套4-7的開啟用鉤掛臺肩4-4配合或者與關(guān)閉用鉤掛臺肩4-8配合，驅(qū)動塊10-4的外側(cè)為弧形；啟閉操作塊10-3的非解鎖坡端與驅(qū)動塊10-4的一端鉸鏈配接， 啟閉操作塊10-3的解鎖坡端與驅(qū)動塊10-4的另一端分別與上接頭10-1的上部和驅(qū)動筒 10-5的上端鉸鏈配接；該啟閉機構(gòu)至少設(shè)有三套，軸向設(shè)置在上接頭10-1與驅(qū)動筒10-5 之間。在下接頭10-11和活塞10-9的密封連接處設(shè)有密封圈，在圖2中以密封圈10-10表示。打開或關(guān)閉可開關(guān)控制閥4時的液控開關(guān)工具10的工作狀態(tài)示意圖由圖3和圖4表示。圖3和圖4中B表示裝有可開關(guān)控制閥4的壓裂完井管柱；A表示液控開關(guān)管柱。使用連續(xù)油管在其底部連接一套液控開關(guān)工具，是在一套液控開關(guān)管柱中連接兩個液控開關(guān)工具10，一個用于打開可開關(guān)控制閥4，另一個用于關(guān)閉可開關(guān)控制閥4。兩個液控開關(guān)工具10在管柱上的連接方向相反或者相對，使兩個液控開關(guān)工具10的啟閉操作塊10-3的安裝方向相反或者相對。以水平井中施工為例的具體施工方法首先根據(jù)地層需要配置可開關(guān)控制閥4的數(shù)量并將連接好的固井分段壓裂完井管柱下入井內(nèi)，具體工藝如下1、本工藝管柱在確定分段壓裂級數(shù)和壓裂完井用可開關(guān)滑套4安裝位置后進行完井管柱的配接，將配接好的完井管柱下入井內(nèi)泵入固井水泥8固井，投入長翼固井膠塞5 泵入頂替液，長翼固井膠塞5到達井底并與碰壓坐落閥6碰壓后繼續(xù)穩(wěn)壓，使液壓套管扶正器3開始工作，保證水平段套管居中，提高固井質(zhì)量和分段效果。2、固井完井后，安裝可密封連續(xù)油管9的井口裝置，參見圖6配接液控開關(guān)管柱。當需要分段壓裂完井時，各井段的套管壓裂施工過程如下[0030]A 為液控開關(guān)管柱打液壓，液壓從連續(xù)油管9進入液控開關(guān)工具10的中心管 10-8內(nèi)，從管體上的進液孔進入活塞10-9內(nèi)，推動活塞10-9壓縮彈簧10-7，同時活塞10_9 推動驅(qū)動筒10-5，從而驅(qū)動驅(qū)動塊10-4，使啟閉操作塊10-3伸出，卡住可開關(guān)控制閥4的內(nèi)滑套4-7上的開啟用鉤掛臺肩4-4，通過液控開關(guān)工具10打開固井分段壓裂完井管柱中目的層段的可開關(guān)控制閥4;B 為液控開關(guān)管柱卸壓，使液控開關(guān)工具10的啟閉操作塊10-3與可開關(guān)控制閥 4的開啟用鉤掛臺肩4-4脫離；C 上提液控開關(guān)管柱，使兩個液控開關(guān)工具10都進入液控開關(guān)工具滯留筒2中， 從井口壓裂完井管柱中進行壓裂，完成該段的套管壓裂施工；D 下放液控開關(guān)管柱，為液控開關(guān)管柱打液壓，液壓從連續(xù)油管9進入中心管 10-8內(nèi)，從管體上的進液孔進入活塞10-9內(nèi)，推動活塞10-9壓縮彈簧10-7，同時活塞10_9 推動驅(qū)動筒10-5，從而驅(qū)動驅(qū)動塊10-4使啟閉操作塊10-3伸出時卡住可開關(guān)控制閥4的內(nèi)滑套4-7上的關(guān)閉用鉤掛臺肩4-8，封堵液流通道4-6，通過液控開關(guān)工具10關(guān)閉固井分段壓裂完井管柱中目的層段的可開關(guān)控制閥4 ；E 為液控開關(guān)管柱卸壓，使液控開關(guān)工具10的啟閉操作塊10-3與可開關(guān)控制閥 4的關(guān)閉用鉤掛臺肩4-8脫離；F 上提或下放液控開關(guān)管柱至新的目的層段重復(fù)上述工序繼續(xù)施工；或者把液控開關(guān)管柱提至地面，正常進行后續(xù)施工。
權(quán)利要求1.安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱，其特征是，使用套管(1)自上而下依次連接液控開關(guān)工具滯留筒O)、可開關(guān)控制閥以及在兩端連接的液壓套管扶正器(3)、碰壓坐落閥(6)和底部循環(huán)閥(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱，其特征是，所述可開關(guān)控制閥(4)包括外套筒(4- 和內(nèi)滑套G-7)，外套筒(4- 上設(shè)有液流通道G-6)，內(nèi)滑套(4-7)裝于外套筒G-3)內(nèi)，外套筒(4- 兩端連接上接頭(4-1)和下接頭0-9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱，其特征是，所述內(nèi)滑套(4-7)頂部筒體的內(nèi)圓設(shè)有開啟用鉤掛臺肩G-4)，其上部筒體設(shè)有定位筋，其下部筒體內(nèi)圓設(shè)有關(guān)閉用鉤掛臺肩G-8)，定位筋的外側(cè)設(shè)有定位凸臺G-10)；在外套筒(4-3)的液流通道G-6)上方的筒體內(nèi)圓設(shè)有開啟用定位凹槽(4-2)和關(guān)閉用定位凹槽G-11)，開啟用定位凹槽G-2)和關(guān)閉用定位凹槽G-11)均與內(nèi)滑套G-7)的定位凸臺G-10)配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱，其特征是，所述外套筒G-3)內(nèi)圓中上接頭至液流通道(4-6)上部端口的距離大于或等于內(nèi)滑套(4-7) 的筒體長度；在外套筒(4- 的液流通道(4-6)的兩側(cè)、上接頭(4-1)和下接頭(4-9)的連接處均設(shè)有密封件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱，其特征是，所述液控開關(guān)工具滯留筒( 是一個兩端設(shè)有連接絲扣的筒狀體，其內(nèi)徑大于液控開關(guān)管柱上的液控開關(guān)工具(10)的外徑，其環(huán)空過流面積等于配套套管的過流面積。
6.用于啟閉權(quán)利要求1所述的安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱的液控開關(guān)管柱， 其特征是包括液控開關(guān)工具(10)和連續(xù)油管(9)，把一套液控開關(guān)工具連接在連續(xù)油管 (9)底部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液控開關(guān)管柱，其特征是，所述液控開關(guān)工具(10)包括上接頭(10-1)、調(diào)節(jié)環(huán)(10-2)、驅(qū)動筒(10-5)、啟閉機構(gòu)、中心管(10-8)、活塞(10-9)和下接頭 (10-11)，上接頭(10-1)、中心管(10-8)和下接頭(10-11)依次連接，在其外部依次連接調(diào)節(jié)環(huán)(10-2)、啟閉機構(gòu)、驅(qū)動筒(10-5)和活塞(10-9)，在活塞(10-9)與驅(qū)動筒(10-5)之間安裝擋環(huán)(10-6)和彈簧(10-7)；中心管(10-8)的管體上設(shè)有進液孔與活塞(10-9)的內(nèi)腔對應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液控開關(guān)管柱，其特征是，所述啟閉機構(gòu)包括啟閉操作塊 (10-3)和驅(qū)動塊(10-4)，啟閉操作塊(10-3)與驅(qū)動塊(10-4)鉸鏈配接；啟閉操作塊 (10-3)的一端為解鎖坡，其外側(cè)設(shè)有鉤掛卡槽，該鉤掛卡槽與可開關(guān)控制閥中內(nèi)滑套 (4-7)的開啟用鉤掛臺肩(4-4)配合或者與關(guān)閉用鉤掛臺肩(4-8)配合，驅(qū)動塊(10-4)的外側(cè)為弧形；啟閉操作塊(10- 的非解鎖坡端與驅(qū)動塊(10-4)的一端鉸鏈配接，啟閉操作塊(10- 的解鎖坡端與驅(qū)動塊(10-4)的另一端分別與上接頭(10-1)的上部和驅(qū)動筒 (10-5)的上端鉸鏈配接；該啟閉機構(gòu)至少設(shè)有三套，軸向設(shè)置在上接頭(10-1)與驅(qū)動筒 (10-5)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液控開關(guān)管柱，其特征是，所述啟閉操作塊(10-3)的鉤掛卡槽一邊是直角邊，另一邊是斜邊。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液控開關(guān)管柱，其特征是，所述使用連續(xù)油管在其底部連接一套液控開關(guān)工具，是在一個液控開關(guān)管柱中連接兩個液控開關(guān)工具(10)，兩個液控開關(guān)工具(10)在管柱上的連接方向相反或者相對。
專利摘要本發(fā)明是安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱及液控開關(guān)管柱，適用于水平井及直井的完井工藝，下入一趟液控開關(guān)管柱啟閉安置可控閥的固井分段壓裂完井管柱，實現(xiàn)多層段的壓裂完井施工，滿足低滲透油藏和非常規(guī)油氣資源的開發(fā)需要。本管柱使用套管自上而下依次連接液控開關(guān)工具滯留筒、可開關(guān)控制閥以及在兩端連接的液壓套管扶正器、碰壓坐落閥和底部循環(huán)閥；在本管柱中至少配置一組可開關(guān)控制閥以及在兩端連接的液壓套管扶正器。本液控開關(guān)管柱包括液控開關(guān)工具和連續(xù)油管，把一套液控開關(guān)工具連接在連續(xù)油管底部?？砷_關(guān)控制閥采用相同尺寸的內(nèi)通徑，可對地層采用套管加砂壓裂完井，滿足大排量、大規(guī)模壓裂改造的需要。
文檔編號E21B43/26GK202300357SQ20112036736
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者任家敏, 呂瑋, 呂芳蕾, 張建, 李海濤, 田浩然 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