射孔裝置以及使用其射孔的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種射孔裝置以及使用其射孔的方法。該射孔裝置包括油管貫通式相連的射孔器、固定安裝在所述射孔器下游的橋塞坐封工具以及通過第一剪釘與所述橋塞坐封工具相連的橋塞。射孔裝置還可以包括定位器。本發(fā)明的射孔裝置使用橋塞進(jìn)行封堵，塞面控制準(zhǔn)確。此外，這種射孔裝置通過液壓力實現(xiàn)射孔，提高了施工的安全性。
【專利說明】射孔裝置以及使用其射孔的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油氣井完井裝置，特別是一種射孔裝置。本發(fā)明還涉及使用這種射孔裝置射孔的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在油氣井完井過程中，采用射孔完成的油氣井中，射孔孔眼是溝通產(chǎn)層和井筒的唯一通道。針對適當(dāng)?shù)膬?，采用適當(dāng)?shù)纳淇籽b置能夠提高射孔質(zhì)量，并且對儲層的傷害降低到最小。
[0003]目前常用的油氣井連續(xù)油管分段壓裂方法主要有分層水力噴砂射孔后進(jìn)行壓裂，以及連續(xù)油管帶跨隔封隔器進(jìn)行卡封壓裂。使用水力噴砂射孔時，在一段設(shè)計層位射孔、壓裂完成之后，需要向井內(nèi)填砂形成砂塞以封堵施工層位，然后再上提管柱至第二設(shè)計層位，繼續(xù)進(jìn)行下段施工作業(yè)，如此反復(fù)，直至施工結(jié)束。該種方法存在填砂砂面控制難度大，導(dǎo)致反復(fù)填砂、沖砂作業(yè)，導(dǎo)致施工不連續(xù)，施工時間長的問題，這種施工方法對水平井尤其不適應(yīng)。
[0004]連續(xù)油管帶跨隔封隔器進(jìn)行卡封壓裂則是首先按照設(shè)計要求位置把所需壓裂層段全部進(jìn)行射孔作業(yè)，然后用連續(xù)油管帶跨隔封隔器逐層進(jìn)行壓裂施工，一段施工完畢后，上提管柱對準(zhǔn)下一層段再次坐封封隔器進(jìn)行壓裂作業(yè)，如此反復(fù)，直至施工結(jié)束。該方法需要先進(jìn)行射孔作業(yè)，施工不方便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種射孔裝置，其使用橋塞進(jìn)行封堵，塞面控制準(zhǔn)確。此外，這種射孔裝置通過液壓力實現(xiàn)射孔，提高了施工的安全性。本發(fā)明還涉及使用這種射孔裝置射孔的方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種射孔裝置，包括與油管貫通式相連的射孔器、固定安裝在射孔器下游的橋塞坐封工具以及通過第一剪釘與橋塞坐封工具相連的橋塞，其中，橋塞坐封工具包括與射孔器的下游固定連接的中心管，在中心管的下游端部設(shè)置有徑向向外凸出的環(huán)狀接合塊，由環(huán)狀接合塊引導(dǎo)而滑動式套在中心管外側(cè)的活塞筒，在活塞筒的下游部分設(shè)置有與環(huán)狀接合塊配合的徑向向里凸出的定位環(huán)并且活塞筒的下游端部與橋塞相接觸，設(shè)置在中心管和活塞筒之間的間隙內(nèi)的活塞，活塞與環(huán)狀接合塊間隔式設(shè)置并且能沿中心管滑動，活塞通過第二剪釘與活塞筒和中心管相連，在射孔時，橋塞坐封工具能在外部的液力作用下帶動活塞筒朝向下游運(yùn)動而實現(xiàn)橋塞坐封，之后射孔器能夠?qū)⒆⑷氲狡鋬?nèi)部的射孔液射出而實現(xiàn)射孔。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的射孔裝置，僅通過液壓力就能實現(xiàn)橋塞坐封，避免了使用火藥等手段坐封，大大提高了坐封施工的安全性，同時降低了施工難度。此外，本發(fā)明的射孔裝置使用了橋塞進(jìn)行封堵，避免了在射孔期間反復(fù)填砂、沖砂作業(yè)，降低了施工成本。
[0008]在一個實施例中，射孔器為在側(cè)壁上設(shè)置有噴嘴的管狀體。這種射孔器的結(jié)構(gòu)簡單，而且便于使用，降低了施工成本。
[0009]在一個實施例中，在射孔器和橋塞坐封工具之間還固定設(shè)置有用于使射孔器定位的定位器。在一個具體的實施例中，定位器包括管狀的主體，在主體的周向側(cè)壁上的構(gòu)造有凹槽，通過彈性件和安裝在凹槽邊緣的壓塊以能彈性凸出主體的外表面和縮回的方式設(shè)置在凹槽內(nèi)的定位塊。在將射孔裝置下入到套管內(nèi)部的過程中，這種定位器的定位塊能夠與套管接箍相結(jié)合，從而方便地控制射孔裝置在井下所處的位置。在一個優(yōu)選的實施例中，在定位塊的外表面上設(shè)置有徑向向外凸出的凸起，凸起與定位塊的上游端部形成臺階并且與定位塊的下游端部斜面連接。斜面連接能夠方便將射孔器下入到井內(nèi)，而臺階則使得定位塊能與套管接箍相結(jié)合，從而方便了射孔器的定位。
[0010]在一個實施例中，橋塞坐封工具還包括與中心管固定連接的調(diào)節(jié)環(huán)，活塞筒滑動式處于調(diào)節(jié)環(huán)和中心管之間。通過設(shè)置調(diào)節(jié)環(huán)，可防止活塞筒在活動過程中發(fā)生偏離，從而保證了橋塞坐封的穩(wěn)定進(jìn)行。在一個優(yōu)選的實施例中，活塞筒的上游部分構(gòu)造成外徑減小的并且處于調(diào)節(jié)環(huán)和中心管之間的臺階部分。這種結(jié)構(gòu)使得橋塞坐封工具的整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，方便了使用。
[0011]在一個實施例中，中心管、活塞筒和活塞圍成密封的空腔。由于空腔內(nèi)的壓力遠(yuǎn)小于液壓力，因此活塞能夠順暢地沿著中心管朝向下游滑動，即擠壓空腔，從而帶動活塞筒朝向下游運(yùn)動以使橋塞坐封。在一個優(yōu)選的實施例中，空腔的軸向長度小于臺階部分的軸向長度。這意味著活塞筒朝向下游運(yùn)動的行程小于臺階部分的長度，使得活塞在運(yùn)動過程中活塞不會從調(diào)節(jié)環(huán)中脫出，保證了活塞筒運(yùn)動的穩(wěn)定性。
[0012]在一個實施例中，橋塞坐封工具的數(shù)量為多個，并且上游的橋塞坐封工具的活塞筒頂靠下游橋塞坐封工具的活塞，最下游的橋塞坐封工具的活塞筒頂靠橋塞。通過設(shè)置多個橋塞坐封工具,橋塞坐封裝置可實現(xiàn)比單個橋塞坐封工具更大的坐封力，從而有助于橋塞坐封。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了使用根據(jù)上文所述的射孔裝置進(jìn)行射孔的方法，包括以下步驟:
[0014]步驟一:將所述射孔裝置下入套管內(nèi)到預(yù)定位置；
[0015]步驟二:向油套環(huán)空內(nèi)注入液體并坐封橋塞，剪斷所述第一剪釘并將射孔器上提至射孔位置；
[0016]步驟三:向所述油管內(nèi)注入射孔液，進(jìn)行射孔；
[0017]步驟四:射孔結(jié)束后，將射孔裝置提出井口 ；
[0018]步驟六:重復(fù)步驟一到四，完成全井的射孔。
[0019]在一個實施例中，在步驟一中，通過將定位器的定位塊與套管接箍相接合而實現(xiàn)射孔裝置的定位。
[0020]在本申請中，用語“上游”是指朝向地面的方向，用語“下游”是指與上游相反的方向。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明的射孔裝置使用液力實現(xiàn)橋塞坐封、丟手以及射孔，不再雷管、火藥等火工品，大大提高了施工的安全性，降低了施工組織難度及施工成本。使用射孔液射孔還能夠夠避免普通射孔對地層造成的污染。此外，本發(fā)明的射孔裝置使用了橋塞進(jìn)行封堵，避免了在射孔期間反復(fù)填砂、沖砂作業(yè)，降低了施工成本。在射孔裝置上設(shè)置定位器能夠準(zhǔn)確控制射孔裝置的井下位置，以對所希望的地層進(jìn)行射孔。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中:
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的射孔裝置的整體示意圖；
[0024]圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的射孔裝置的整體示意圖；
[0025]圖3是根據(jù)本發(fā)明的射孔器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是根據(jù)本發(fā)明的定位器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5是根據(jù)本發(fā)明的橋塞坐封工具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6是圖5中的A部分的放大視圖。
[0029]在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實際的比例繪制。

【具體實施方式】
[0030]下面將接合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0031]圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的射孔裝置100。在該實施例中，射孔裝置100包括與油管101貫通式相連的射孔器102、橋塞坐封工具200以及由橋塞坐封工具200驅(qū)動的橋塞50。圖2示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的射孔裝置100’。在該實施例中，射孔裝置100除了包括射孔器102、橋塞坐封工具200和橋塞50之外，還包括定位器104。此外，射孔裝置100還包括手短節(jié)105等器件，這些器件是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，這里不再贅述。油管101、丟手短節(jié)105 (如果有)、射孔器102、定位器104 (如圖2所示)、橋塞坐封工具200依照從上游到下游的順序依次裝配，并且通過螺紋連接。在橋塞坐封工具200的下游設(shè)置有橋塞50并且通過第一剪釘103 (如圖5所示)將兩者相連。
[0032]如圖3所示，射孔器102大體上為管狀，在其側(cè)壁上設(shè)置有用于噴射射孔液的噴嘴301。形成噴嘴301的材料堅固耐磨，以避免在射孔過程中被快速磨損。通常，可在射孔器102的周向上均勻設(shè)置多個噴嘴以實現(xiàn)在地層中同時形成多個孔。
[0033]圖4示意性地顯示了定位器104的結(jié)構(gòu)。定位器104包括有管狀的主體401，在主體401的周向側(cè)壁上構(gòu)造有凹槽402和安裝在凹槽402內(nèi)的定位塊403。如圖4所示，定位塊403構(gòu)造為中間部分向外凸出，這樣在定位塊403通過彈性件404 (例如彈簧)安裝在凹槽402中并且通過在凹槽402的周圍設(shè)置的壓塊405、406定位后，定位塊403內(nèi)能夠在壓力作用下凸出定位器104的表面與套管接箍(未示出)相結(jié)合而實現(xiàn)定位，還能夠縮回到凹槽402內(nèi)而不阻礙射孔裝置100的運(yùn)動。
[0034]為了使得定位器104能夠?qū)崿F(xiàn)在井下精確定位并便于運(yùn)動，在定位塊403的外表面上設(shè)置有徑向向外凸出的凸起407，并且凸起407與定位塊403的上游端部形成臺階408而與定位塊403的下游端部通過斜面409連接。這樣，在將定位器104下入井內(nèi)期間，斜面409不會與套管(未示出)發(fā)生鉤掛，而是通過彈性件404的作用下以“擠入”的方式經(jīng)過套管，因而方便了射孔裝置100的下入。在射孔裝置100需要定位射孔時，將射孔裝置100上提，這時定位塊403上的凸起407會在彈性件404的徑向向外凸出而與套管接箍相接合而實現(xiàn)射孔裝置100的定位。應(yīng)注意地是，凸起407的凸出高度不會與套管接箍形成非常牢固的連接，而是在一定的拉力下能夠該連接拉開以便于將射孔裝置100從套管中取出。
[0035]圖5示意性地顯示了串聯(lián)設(shè)置的兩個橋塞坐封工具20和40。這兩個橋塞坐封工具的結(jié)構(gòu)大體相同，下面僅以上游的橋塞坐封工具20為例進(jìn)行描述。
[0036]橋塞坐封工具20包括固定設(shè)置的中心管21，套接在中心管21外的活塞筒22。在中心管21的下游端部設(shè)置有徑向向外凸出的環(huán)狀接合塊23，活塞筒22則在環(huán)狀接合塊23的引導(dǎo)下而能滑動地設(shè)置。為了避免活塞筒22滑離中心管21，在活塞筒22的下游部分設(shè)置有與環(huán)狀接合塊23配合的徑向向里凸出的定位環(huán)24。在裝配狀態(tài)中，定位環(huán)24處于環(huán)狀接合塊23的下游，使得活塞筒22僅能沿中心管21朝向下游運(yùn)動。
[0037]在中心管21和活塞筒22之間的間隙的上游部分內(nèi)設(shè)置有活塞25，活塞25通過第二剪釘26同時與活塞筒22和中心管21相連。為了使得活塞25連同活塞筒22 —起相對于中心管21朝向下游運(yùn)動，將第二剪釘26制作為其與中心管21相連的部分的直徑小于其與活塞筒22相連的部分的直徑，通過控制液壓力可實現(xiàn)實現(xiàn)僅剪斷第二剪釘26中心管21相連的部分而保證第二剪釘26與活塞筒22相連的部分為完好而實現(xiàn)這種目的。另外，在初始狀態(tài)中還將活塞25設(shè)置為與環(huán)狀接合塊23間隔一定距離，使得活塞25具有運(yùn)動空間。在一個具體的實施例中，在活塞25與活塞筒22的接觸面上設(shè)置有第一密封件，在活塞25與中心管21相接觸的面上設(shè)置有第二密封件、在環(huán)狀接合塊23與活塞筒22相接觸的面上設(shè)置有第三密封件，由此中心管21、活塞筒22和活塞25圍成密封的空腔30。空腔30的存在，能避免活塞25的滑動路徑被污染或被損壞，從而保證活塞25能平穩(wěn)滑動。
[0038]為了進(jìn)一步保證活塞25和活塞筒22能平穩(wěn)滑動，橋塞坐封工具20還包括與中心管21固定連接的調(diào)節(jié)環(huán)31，例如通過螺紋連接。活塞筒22的上游部分滑動式處于調(diào)節(jié)環(huán)31和中心管21之間。如圖5所示，在中心管21的上游固定設(shè)置上接頭32，調(diào)節(jié)環(huán)31構(gòu)造成圓筒狀并且其上游部分與上接頭32螺紋連接在一起而下游部分為懸空狀態(tài)，活塞筒22的上游部分處于調(diào)節(jié)環(huán)31懸空的下游部分和中心管21之間。在活塞筒22的運(yùn)動過程中，活塞筒22會受到調(diào)節(jié)環(huán)31和中心管21的約束，而僅能在軸向方向中運(yùn)動，從而能保證橋塞坐封的穩(wěn)定進(jìn)行。
[0039]在一個具體的實施例中，在活塞筒22的上游部分設(shè)置有外徑縮小的臺階部分33，其延伸到活塞筒22的上游端部并且處于調(diào)節(jié)環(huán)31和中心管21之間，如圖6所示。另外，空腔30的軸向長度小于臺階部分33的軸向長度，這樣即使活塞25滑動到終點(diǎn)位置，臺階部分33 (B卩，活塞筒22)仍受到調(diào)節(jié)環(huán)31的約束，從而能保證活塞25和活塞筒22的穩(wěn)定運(yùn)動。還應(yīng)注意地是，活塞筒22與調(diào)節(jié)環(huán)31的接合部分存在有間隙35，如圖6所示。液體可通過該間隙35給活塞25施加朝向下游的作用力，從而驅(qū)動活塞25和活塞筒22朝向下游運(yùn)動。
[0040]下游的橋塞坐封工具40與上游的橋塞坐封工具20的結(jié)構(gòu)大體相同，為了簡單起見，這里僅描述兩者的區(qū)別。如圖5所示，橋塞坐封工具40的活塞45與上游橋塞坐封工具20的活塞筒22的下游端部相接觸，以對其施加朝向下游的作用力。與橋塞坐封工具40的相匹配的中心管21’的下游端部的內(nèi)側(cè)固定連接有下接頭43，下接頭43又通過第一剪釘103與橋塞50固定連接。橋塞坐封工具40的活塞筒42的下游部分還與橋塞50相接觸，以使得當(dāng)活塞筒42在液壓力或上游橋塞坐封工具20的活塞筒22的作用下時會朝向下游運(yùn)動而實現(xiàn)橋塞50的坐封。
[0041]下面根據(jù)圖1到6來描述根據(jù)本發(fā)明的射孔裝置100進(jìn)行射孔的方法。該方法包括以下步驟:首先將射孔裝置100下入套管內(nèi)到預(yù)定位置。優(yōu)選地，這通過將定位器104的定位塊403與套管接箍相接合而實現(xiàn)射孔裝置100的定位。接著，向油套環(huán)空內(nèi)(即，油管101與處于油管101外側(cè)的套管之間的空間)注入液體。在液壓力作用下，橋塞坐封工具20的活塞筒22和橋塞坐封工具40的活塞筒42會朝向下游運(yùn)動而實現(xiàn)橋塞50的坐封，剪斷第一剪釘103并將射孔器102上提至射孔位置。然后，向油管101內(nèi)注入射孔液。射孔液通過射孔器102上的噴嘴301快速射出，打穿套管并在地層中構(gòu)造出孔，即進(jìn)行射孔。在一個實施例中，射孔液為含有石英砂的水，例如石英砂的重量含量在5%-10%之間。在一層地層射孔結(jié)束之后，向上提拉射孔裝置100并將射孔裝置100提出井口。在給射孔裝置100再次裝配上橋塞后，再次下入井內(nèi)，以繼續(xù)進(jìn)行射孔，如此繼續(xù)直到完成射孔施工。
[0042]雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個實施例中所提到的各項技術(shù)特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種射孔裝置，包括與油管貫通式相連的射孔器、固定安裝在所述射孔器下游的橋塞坐封工具以及通過第一剪釘與所述橋塞坐封工具相連的橋塞， 其中，所述橋塞坐封工具包括與所述射孔器的下游固定連接的中心管，在所述中心管的下游端部設(shè)置有徑向向外凸出的環(huán)狀接合塊，由所述環(huán)狀接合塊引導(dǎo)而滑動式套在所述中心管外側(cè)的活塞筒，在所述活塞筒的下游部分設(shè)置有與所述環(huán)狀接合塊配合的徑向向里凸出的定位環(huán)并且所述活塞筒的下游端部與所述橋塞相接觸，設(shè)置在所述中心管和所述活塞筒之間的間隙內(nèi)的活塞，所述活塞與所述環(huán)狀接合塊間隔式設(shè)置并且能沿所述中心管滑動，所述活塞通過第二剪釘與所述活塞筒和所述中心管相連， 在射孔前，所述橋塞坐封工具能在外部的液力作用下帶動所述活塞筒朝向下游運(yùn)動而實現(xiàn)所述橋塞坐封，之后所述射孔器能夠?qū)⒆⑷氲狡鋬?nèi)部的射孔液射出而實現(xiàn)射孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔裝置，其特征在于，在所述射孔器和所述橋塞坐封工具之間還固定設(shè)置有用于使所述射孔器定位的定位器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射孔裝置，其特征在于，所述定位器包括管狀的主體，在主體的周向側(cè)壁上的構(gòu)造有凹槽，通過彈性件和安裝在所述凹槽邊緣的壓塊以能彈性凸出所述主體的外表面和縮回的方式設(shè)置在所述凹槽內(nèi)的定位塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的射孔裝置，其特征在于，在所述定位塊的外表面上設(shè)置有徑向向外凸出的凸起，所述凸起與所述定位塊的上游端部形成臺階并且與所述定位塊的下游端部斜面連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的射孔裝置，其特征在于，所述射孔器為在側(cè)壁上設(shè)置有噴嘴的管狀體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的射孔裝置，其特征在于，所述橋塞坐封工具還包括與所述中心管固定連接的調(diào)節(jié)環(huán)，所述活塞筒滑動式處于所述調(diào)節(jié)環(huán)和所述中心管之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的橋塞坐封工具，其特征在于，所述中心管、活塞筒和活塞圍成密封的空腔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的射孔裝置，其特征在于，所述活塞筒側(cè)壁的上游部分構(gòu)造成外徑減小的并且處于所述調(diào)節(jié)環(huán)和所述中心管之間的臺階部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的橋塞坐封工具，其特征在于，所述空腔的軸向長度小于所述臺階部分的軸向長度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項所述的射孔裝置，其特征在于，所述橋塞坐封工具的數(shù)量為多個，并且上游的橋塞坐封工具的活塞筒頂靠下游橋塞坐封工具的活塞，最下游的橋塞坐封工具的活塞筒頂靠所述橋塞。
11.一種使用權(quán)利要求1到10中任一項所述的射孔裝置進(jìn)行射孔的方法，包括以下步驟: 步驟一:將所述射孔裝置下入套管內(nèi)到預(yù)定位置； 步驟二:向油套環(huán)空內(nèi)注入液體并坐封橋塞，剪斷所述第一剪釘并將所述射孔器上提至射孔位置； 步驟三:向所述油管內(nèi)注入射孔液，進(jìn)行射孔； 步驟四:射孔結(jié)束后，將射孔裝置提出井口 ； 步驟五:重復(fù)步驟一到四，完成全井的射孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的射孔裝置，其特征在于，在所述步驟一中，通過將所述定位器的定位塊與套管接箍相接合而實現(xiàn)所述射孔裝置的定位。
【文檔編號】E21B43/11GK104141476SQ201310475708
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】李洪春, 賈長貴, 曾義金, 蔣廷學(xué), 滕春鳴, 連經(jīng)社, 張旭東, 李奎為, 曲海, 衛(wèi)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石油工程技術(shù)研究院