本發(fā)明涉及一種套管內(nèi)無級差壓裂工藝及壓裂工具串，屬油氣井井下作業(yè)領域。

背景技術(shù)：

隨著我國逐步對致密氣藏、頁巖氣藏等非常規(guī)油氣藏實施勘探、開發(fā)，壓裂增產(chǎn)工藝也逐步呈現(xiàn)大規(guī)模、多段分段壓裂的趨勢。但現(xiàn)有多段分段壓裂增產(chǎn)工藝實施過程中即下入管柱、封隔器坐封到位后，需要上提管柱去掉連接件，然后再次下入密封回接插管，分級投球后才可進行壓裂作業(yè)，致使工序繁雜；并且壓裂作業(yè)完成后，需要對壓縮式封隔器磨銑鉆除，這一過程不僅耗時長，成本高，且易污染地層。因此，有必要對其進行改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種作業(yè)周期短，操作靈活，可有效降低生產(chǎn)成本和作業(yè)風險，既能實現(xiàn)大規(guī)模改造，又能達到多段壓裂、精細壓裂目的的套管內(nèi)無級差壓裂工藝及壓裂工具串。

本發(fā)明的目的技術(shù)方案是：

一種套管內(nèi)無級差壓裂工藝，其特征在于：它包括以下步驟：

1）、入井定位：

將壓裂工具串與連續(xù)油管連接，并勻速下入到待改造段，這一過程中，通過壓裂工工具串上的剛性扶正器a、剛性扶正器b和壓縮式封隔器上的卡瓦使整個壓裂工具串處于套管居中位置，以降低壓裂工具串與套管內(nèi)壁的摩擦阻力，使壓裂工具串順利入井；并通過壓裂工具串的接箍定位器找正井底位置；

壓裂工具串下入到位后，勻速上提壓裂工具串，此時注意觀察井口表盤上的噸位指示，即接箍定位器經(jīng)過井底套管接箍時產(chǎn)生的載荷指示波動，以校準壓縮式封隔器的準確坐封深度；上提壓裂工具串過程中，控制上提力在2—3t；

2）、坐封：

壓裂工具串下入到預定深度后，上提管柱一次，上提力在2—3t,，以使反循環(huán)閥開啟、壓縮式封隔器的導向銷換向；然后再下放壓裂工具串，此時壓縮式封隔器的卡瓦上的摩擦塊與套管內(nèi)壁摩擦貼緊，從而提供坐封所需要的1t的初始摩擦力；

壓裂工具串再次下放過程中，反循環(huán)閥關閉，中心管向下移動，導向銷進入長軌道槽，卡瓦在錐體的支撐下被慢慢撐開，從而卡住套管內(nèi)壁；膠筒隨中心管向下移動過程中，受到向下的坐封力作用下，膠筒被壓縮，外圍擴張與套管內(nèi)壁形成環(huán)形密封；由此完成坐封；

坐封完成后，膠筒隔離形成油管與套管間的環(huán)空，同時反循環(huán)閥關閉隔離連續(xù)油管內(nèi)部上、下壓力，使整個井筒在壓縮式封隔器及反循環(huán)閥上、下隔離，便于進口泵入液體形成壓力；

3）、射孔：

從油管內(nèi)泵入砂漿，反循環(huán)閥前端球閥承受來自頂端的壓力，起憋壓作用；砂漿通過水力噴砂工具上噴嘴的節(jié)流作用，將其轉(zhuǎn)化為50—60mpa的高壓勢能，射穿套管和地層；

4）、壓裂：

從套管環(huán)空泵入壓裂液，此時，壓縮式壓縮式封隔器承受壓力，以避免環(huán)空壓力竄通；持續(xù)施加壓力進行壓裂，直到完全壓開地層；

5）、反洗循環(huán)

壓裂作業(yè)完成后，從套管環(huán)空注入頂替液，通過反循環(huán)閥下端的旁通閥，將砂漿從套管攜帶到油管內(nèi)，反洗出井筒，確保各工具清潔，避免解封壓縮式封隔器及上提管柱時出現(xiàn)砂卡；

6）、管柱解封

直接上提壓裂工具串，反循環(huán)閥開啟，以平衡油、套管環(huán)空的壓力差；繼續(xù)上提壓裂工具串，膠筒回彈、繼續(xù)上提，導向銷、卡在中心管、的軌道內(nèi)解封位置上，卡瓦失去支撐，實現(xiàn)解封；壓縮式壓縮式封隔器順利解封后，繼續(xù)上提至下一段需要壓裂的層位；即可進行下一壓裂作業(yè)循環(huán)；

緊急情況下，需要將壓裂工具串起出井筒時，向連續(xù)油管內(nèi)投入不銹鋼球到至液壓安全接頭處，向油管內(nèi)施加壓力，壓力達到一定值時，液壓丟手接頭上的丟手銷釘被剪斷，彈性爪與下接頭成功分離，上提連續(xù)油管，可將液壓安全接頭彈性爪及以上工具起出井筒，實現(xiàn)丟手。

所述的壓裂工具串由依次連接的外卡瓦連接器、液壓安全接頭、剛性扶正器a、水力噴砂工具、剛性扶正器b、反循環(huán)閥、壓縮式封隔器、接箍定位器構(gòu)成；

所述的外卡瓦連接器2由上接頭、連接器卡瓦、隔環(huán)和連接器下接頭構(gòu)成，上接頭和連接器下接頭之間相互螺紋連接，上接頭和連接器下接頭之間并通過緊定螺釘固定，連接器下接頭的端頭通過隔環(huán)安裝有連接器卡瓦，連接器卡瓦一側(cè)的上接頭上設置有固緊螺釘。

所述的液壓安全接頭由安全接頭中心管、彈性爪和下連接頭構(gòu)成；安全接頭中心管的一端套裝有下連接頭，安全接頭中心管的另一端通過剪切銷釘安裝有彈性爪，彈性爪的一端延伸至安全接頭中心管和下連接頭之間，延伸至安全接頭中心管和下連接頭之間的彈性爪端頭設置有卡頭，下連接頭的內(nèi)壁上設置有與卡頭對應的卡凹，下連接頭與彈性爪之間通過卡頭與卡凹的配合活動卡接。

所述的剛性扶正器a和剛性扶正器b分別由扶正器本體構(gòu)成，扶正器本體為筒狀體，扶正器本體的圓周上設置有截面呈梯形的扶正凸起。

所述的水力噴砂工具由噴砂工具本體構(gòu)成，噴砂工具本體為筒狀體，噴砂工具本體上螺紋安裝有噴嘴，噴嘴與噴砂工具本體之間設置有墊片和密封圈；

所述的反循環(huán)閥由閥芯、閥體、鎖帽和密封總成構(gòu)成，閥體的一端設置有閥芯，閥芯的一端通過鎖帽延伸至閥體內(nèi)，延伸至閥體內(nèi)的閥芯端頭通過緊定螺釘裝有密封總成。

所述的壓縮式封隔器由中心管、膠筒、錐體、卡瓦、彈簧、卡瓦套、擋環(huán)、固定套、導向銷、封隔器鎖帽、封隔器下接頭構(gòu)成；中心管上設置有固定套，固定套一側(cè)螺紋安裝有擋環(huán)，擋環(huán)一側(cè)的中心管上通過卡瓦套和彈簧安裝有卡瓦，卡瓦一側(cè)的中心管上裝有錐體和膠筒；固定套的另一側(cè)螺紋安裝有封隔器下接頭，固定套對應的中心管圓周上設置有換向槽，換向槽內(nèi)設置有導向銷；換向槽通過導向銷與固定套和擋環(huán)連接，換向槽一端的中心管端頭螺紋安裝有封隔器鎖帽。

所述的接箍定位器由定位器本體、壓板、片彈簧和摩擦塊構(gòu)成，定位器本體上通過壓板裝有摩擦塊，摩擦塊與定位器本體之間設置有片彈簧，片彈簧與摩擦塊接觸連接，所述的壓板和片彈簧分別通過緊定螺釘與定位器本體連接固定。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.卡瓦連接器的卡瓦通過鍥進作用咬合連接油管，保證工具與連續(xù)油管安全性；

2.接箍定位器精確定位，利于管柱找準井下位置；

3.上提-下放一次可實現(xiàn)壓縮式封隔器坐封，再上提-下放一次可解封壓縮式封隔器；

4.坐封壓縮式封隔器時，反循環(huán)閥處于關閉狀態(tài)；解封壓縮式封隔器時，反循環(huán)閥處于開啟狀態(tài)；

5.水力噴射穩(wěn)定，可選擇性的射孔壓裂作業(yè)；

6.緊急情況下液壓丟手，無需旋轉(zhuǎn)或過提操作，保證安全丟手；

7.降低了施工能耗，更小的環(huán)空體積，更小的液體泵入量，并可循環(huán)使用；

8.可多次反復使用，無級差限制，壓裂層間隔無限制，無需鉆除，施工時間更短；

9.管柱配置靈活多變。各工具采用同規(guī)格的螺紋連接，方便增加或刪減部分功能；

10.快速、安全、經(jīng)濟、高效。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的壓裂工具串的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明壓裂工具串的外卡瓦連接器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明壓裂工具串的剛性扶正器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明壓裂工具串的壓縮式封隔器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為壓縮式封隔器的換向槽的展開示意圖；

圖6為本發(fā)明壓裂工具串的接箍定位器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明壓裂工具串的入井定位示意圖；

圖8為本發(fā)明壓裂工具串的坐封示意圖；

圖9為本發(fā)明壓裂工具串的反循環(huán)閥的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明壓裂工具串的液壓安全接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明壓裂工具串的液壓水力噴砂工具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本發(fā)明壓裂工具串的射孔示意圖；

圖13為本發(fā)明壓裂工具串的壓裂示意圖；

圖14為本發(fā)明壓裂工具串的反洗循環(huán)示意圖；

圖15為本發(fā)明壓裂工具串的解封示意圖；

圖16為本發(fā)明壓裂工具串的丟手示意圖。

圖中：1、連續(xù)油管，2、外卡瓦連接器，3、液壓安全接頭，4、剛性扶正器a，5、水力噴砂工具，6、剛性扶正器b，7、反循環(huán)閥，8、壓縮式封隔器，9、接箍定位器，10、上接頭，11、連接器卡瓦，12、隔環(huán)，13、連接器下接頭，14、緊定螺釘，15、固緊螺釘，16、扶正器本體，17、扶正凸起，18、中心管，19、膠筒，20、卡瓦，21、彈簧，22、卡瓦套，23、擋環(huán)，24、固定套，25、導向銷，26、封隔器鎖帽，27、封隔器下接頭，28、錐體，29、換向槽，30、定位器本體，31、壓板，32、片彈簧，33、摩擦塊，34、閥芯，35、閥體，36、鎖帽，37、密封總成，38、安全接頭中心管，39、彈性爪，40、下連接頭，41、剪切銷釘，42、卡頭，43、噴砂工具本體，44、噴嘴。

具體實施方式

將壓裂工具串通過外卡瓦連接器2與連續(xù)油管1連接，并勻速下入到油氣井的待改造段，壓裂工具串由依次螺紋連接的外卡瓦連接器2、液壓安全接頭3、剛性扶正器a4、水力噴砂工具5、剛性扶正器b6、反循環(huán)閥7、壓縮式封隔器8和接箍定位器9構(gòu)成；壓裂工具串下入過程中，通過壓裂工具串上的剛性扶正器a4、剛性扶正器b6和壓縮式封隔器8上的卡瓦使整個壓裂工具串處于套管居中位置，以降低壓裂工具串與套管內(nèi)壁的摩擦阻力，使壓裂工具串順利入井；并通過壓裂工具串上的接箍定位器9找正井底位置。

壓裂工具串的外卡瓦連接器2由上接頭10、連接器卡瓦11、隔環(huán)12和連接器下接頭13構(gòu)成，上接頭10和連接器下接頭13之間相互螺紋連接，上接頭10和連接器下接頭13之間并通過緊定螺釘14固定，連接器下接頭13的端頭通過隔環(huán)12安裝有連接器卡瓦11，連接器卡瓦11一側(cè)的上接頭10上設置有固緊螺釘15；隔環(huán)12的兩端平面分別與連接器卡瓦11和連接器下接頭13端面貼合；連接器下接頭13內(nèi)孔壁上設有2個o型密封圈內(nèi)孔，工作時與連續(xù)油管1外圓形成有效密封。

壓裂工具串的剛性扶正器a4、剛性扶正器b6分別由扶正器本體16構(gòu)成，扶正器本體16為筒狀體，扶正器本體16的圓周上設置有截面呈梯形的扶正凸起17。剛性扶正器a4和剛性扶正器b6是一種導向、扶正、居中定位裝置，使作業(yè)管柱（壓裂工具串）整體穩(wěn)定。它隨管柱一起下入井內(nèi)，處于水力噴砂工具5的上、下兩端；入井時與壓縮式壓縮式封隔器8的搖臂式卡瓦上的摩擦塊部分共同作用，使整個壓裂工具串處于居中位置，以減少作業(yè)壓裂工具串與套管內(nèi)壁的摩擦阻力，使壓裂工具串順利入井。在噴砂射孔及壓裂改造時，剛性扶正器a4和剛性扶正器b6可使液體均勻作用，套管及地層均勻噴射及壓裂，同時保護作業(yè)管柱不偏心；在提高噴砂射孔及壓裂效果的同時，延長壓裂工具串的使用壽命。

壓裂工具串的壓縮式封隔器8由中心管18、膠筒19、錐體28、卡瓦20、彈簧21、卡瓦套22、擋環(huán)23、固定套24、導向銷25、封隔器鎖帽26、封隔器下接頭27構(gòu)成；中心管18上設置有固定套24，固定套24一側(cè)螺紋安裝有擋環(huán)23，擋環(huán)23一側(cè)的中心管18上通過卡瓦套22和彈簧21安裝有卡瓦20，卡瓦20一側(cè)的中心管18上裝有錐體28和膠筒19；固定套24的另一側(cè)螺紋安裝有封隔器下接頭27，固定套24對應的中心管19圓周上設置有換向槽29，換向槽29內(nèi)設置有導向銷25；換向槽29通過導向銷25與固定套24和擋環(huán)23連接，換向槽29一端的中心管18端頭螺紋安裝有封隔器鎖帽26。壓縮式壓縮式封隔器8工作時無需旋轉(zhuǎn)管柱（壓裂工具串），只通過下放坐封、上提解封，對油、套管環(huán)空封隔的一種工具。通過上提-下放操作一次，壓縮式封隔器由下井狀態(tài)轉(zhuǎn)換為坐封狀態(tài)，再次上提下放一次，壓縮式封隔器由坐封狀態(tài)進入下井狀態(tài)；解封時，直接上提即可?？ㄍ?0是搖臂式結(jié)構(gòu)，后端由彈簧21支撐向外凸起形成摩擦塊效果，入井時起扶正的作用；作業(yè)時卡瓦錨入套管內(nèi)壁，固定管柱（壓裂工具串）。

壓裂工具串的接箍定位器9由定位器本體30、壓板31、片彈簧32和摩擦塊33構(gòu)成，定位器本體30上通過壓板31裝有摩擦塊33，摩擦塊33與定位器本體30之間設置有片彈簧32，片彈簧32與摩擦塊33接觸連接，壓板31和片彈簧32分別通過緊定螺釘14與定位器本體30連接固定。接箍定位器9是精確定位套管接箍位置的工具；用于找正管柱位置，并具有扶正管柱的作用。自然狀態(tài)下，摩擦塊33由彈簧片32撐開，處于張開狀態(tài)；入井時摩擦塊33經(jīng)過套管段時處于收縮狀態(tài)；經(jīng)過套管與接箍的接縫位置時，摩擦塊33彈開到接箍的接縫處。此時，下放或上提管柱，摩擦塊33從接箍接縫中進入到套管段會產(chǎn)生阻力，此時地面會有噸位指示，通過噸位指示能夠準確判斷管柱所處位置，從而保證壓縮式封隔器8能夠順利坐封在正確位置上，噴砂射孔及壓裂作業(yè)在合適的層位。壓裂工具串下入到位后，勻速上提壓裂工具串，此時注意觀察井口表盤上的噸位指示，即接箍定位器9經(jīng)過井底套管接箍時產(chǎn)生的載荷指示波動，以校準壓縮式封隔器的準確坐封深度；上提壓裂工具串過程中，控制上提力在2—3t（參見附圖1—7）。

壓裂工具串下入到預定深度后，上提管柱一次，上提力在2—3t,，以使反循環(huán)閥開啟、壓縮式封隔器8的導向銷25換向；然后再下放壓裂工具串，此時壓縮式封隔器8的卡瓦20上的摩擦塊與套管內(nèi)壁摩擦貼緊，從而提供坐封所需要的1t的初始摩擦力；

壓裂工具串再次下放過程中，反循環(huán)閥7關閉，中心管18向下移動，導向銷25進入換向槽29的長軌道槽，卡瓦20在錐體28的支撐下被慢慢撐開，從而卡住套管內(nèi)壁；膠筒19隨中心管18向下移動過程中，受到向下的坐封力作用，膠筒19被壓縮，外圍擴張與套管內(nèi)壁形成環(huán)形密封；由此完成坐封。壓裂工具串的反循環(huán)閥7由閥芯34、閥體35、鎖帽36和密封總成37構(gòu)成，閥體35的一端設置有閥芯34，閥芯34的一端通過鎖帽36延伸至閥體35內(nèi)，延伸至閥體35內(nèi)的閥芯34端頭通過緊定螺釘14裝有密封總成37。坐封完成后，膠筒19隔離形成油管與套管間的環(huán)空，同時反循環(huán)閥7關閉隔離連續(xù)油管內(nèi)部上、下壓力，使整個井筒被壓縮式封隔器8及反循環(huán)閥7上、下隔離，以便于進口泵入液體形成壓力。

該反循環(huán)閥7上端設置有憋壓球39與球座的單向閥，入井時處于開啟狀態(tài)，正、反向皆可連通，以使內(nèi)、外壓力平衡，利于管柱入井；噴砂射孔時，管柱下放坐封壓縮式封隔器8時，反循環(huán)閥7處于關閉狀態(tài)，油管內(nèi)的壓力在此處被堵住憋壓；噴砂射孔及壓裂完成后，不動管柱即可實現(xiàn)從套管到油管的反向循環(huán)，清洗井筒，以保護壓縮式封隔器8，使壓縮式封隔器8易于解封。解封壓縮式封隔器8時需要上提管柱，此時反循環(huán)閥7轉(zhuǎn)換為開啟狀態(tài)，正反向皆可連通。

壓裂工具串的液壓安全接頭3由安全接頭中心管38、彈性爪39和下連接頭40構(gòu)成；安全接頭中心管38的一端套裝有下連接40，安全接頭中心管38的另一端通過剪切銷釘41安裝有彈性爪39，彈性爪39的一端延伸至安全接頭中心管38和下連接頭40之間，延伸至安全接頭中心管38和下連接頭40之間的彈性爪39端頭設置有卡頭42，下連接頭40的內(nèi)壁上設置有與卡頭42對應的卡凹，下連接頭40與彈性爪39之間通過卡頭42與卡凹的配合活動卡接。液壓安全接頭3是完井施工時的安全裝置；在施工異常時，可通過投球打壓實現(xiàn)工具上、下部分脫離，從而確保工具上部分及油管可以從井下取出；無需旋轉(zhuǎn)或通過提管柱即可實現(xiàn)丟手；正常作業(yè)時能有效傳遞扭矩。

由于液壓安全接頭3的下連接頭40與彈性爪39嵌入式配合；且彈性爪39上設置有密封圈，由此與下連接頭40內(nèi)孔形成密封；工作時憋壓球位于安全接頭中心管38前端內(nèi)孔，其球面與中心管前端內(nèi)孔斜面相切，從而形成密封憋壓。

壓裂工具串的水力噴砂工具5由噴砂工具本體43構(gòu)成，噴砂工具本體43為筒狀體，噴砂工具本體43上螺紋安裝有噴嘴44，噴嘴44與噴砂工具本體43之間設置有墊片和密封圈；工作時，水力噴砂工具5將液壓力轉(zhuǎn)化為動能，以射穿套管溝通地層。水力噴砂工具5的噴嘴44數(shù)量和噴嘴直徑根據(jù)實際情況可調(diào)整；工作時通過地面液壓泵加壓注入液體，液體在噴嘴44的節(jié)流作用下，產(chǎn)生高速、高壓流體將套管、地層射穿，達到施工目的（參見附圖8—11）。

坐封完成后，從油管內(nèi)泵入砂漿，反循環(huán)閥7前端球閥承受來自頂端的壓力，開始憋壓；砂漿通過水力噴砂工具5的噴嘴44的節(jié)流作用，將其轉(zhuǎn)化為50—60mpa的高壓勢能，從而射穿套管和地層（參見附圖12）。

射穿套管和地層后，從套管環(huán)空泵入壓裂液，此時，壓縮式壓縮式封隔器8承受壓力，以避免環(huán)空壓力竄通；持續(xù)施加壓力進行壓裂，直到完全壓開地層（參見附圖13）。

壓裂作業(yè)完成后，從套管環(huán)空注入頂替液，通過反循環(huán)閥7下端的旁通閥，將砂漿從套管攜帶到油管內(nèi)，經(jīng)反洗帶出井筒，確保各工具清潔，避免解封壓縮式封隔器8及上提管柱時出現(xiàn)砂卡（參見附圖14）。

反洗成后，直接上提壓裂工具串，反循環(huán)閥7，以平衡油、套管環(huán)空的壓力差；繼續(xù)上提壓裂工具串，壓縮式封隔器8的膠筒19回彈；繼續(xù)上提，壓縮式封隔器8的導向銷25卡在換向槽29的解封位置上，卡瓦20失去支撐，實現(xiàn)解封；壓縮式封隔器8順利解封后，繼續(xù)上提至下一段需要壓裂的層位；即可進行下一層段的壓裂作業(yè)循環(huán)（參見附圖15）。

緊急情況下，需要將壓裂工具串起出井筒時，向連續(xù)油管1內(nèi)投入不銹鋼球到至液壓安全接頭處，向油管內(nèi)施加壓力，壓力達到一定值時，液壓安全接頭3上的剪切銷釘41被剪斷，彈性爪39與下連接頭40成功分離，上提連續(xù)油管1，可將液壓安全接頭3的彈性爪39及以上工具起出井筒，實現(xiàn)丟手（參見附圖16）。