丟手管柱多層段壓裂裝置及工藝的製作方法
2023-10-06 21:03:04 2
專利名稱：丟手管柱多層段壓裂裝置及工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及油、氣田油井、氣井或注水井的多層段壓裂的工藝技術，確切講是丟手管柱 多層段壓裂裝置及工藝。
背景技術：
國內外多層段壓裂技術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 和機械工具壓裂等。液體膠塞工序較多，對儲層有一定的傷害；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，造縫效果有待評價。對於機械工 具隔離多層段壓裂，由於小眼井直徑小，只能選小尺寸的油管，排量達不到設計要求，且管 線摩擦阻力大，施工壓力較高，如果採用光套管壓裂(光套管是指井筒內沒有油管)，只能 壓裂單層或多層合壓。對於小眼井和水平井的壓裂，井下工具被砂卡的風險較大，管柱取出 比較困難。(管柱即工具串，是用油管串聯在一起的井下工具組合)
發明內容
本發明的目的是提供一種丟手管柱多層段壓裂裝置及工藝，以便實現小眼井和水平井多 個油氣層段的連續壓裂作業。
本發明的技術方案是，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；後層壓裂管柱與前層壓裂管柱的封隔器通過螺紋 連接，座落在前級封隔器上，後級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、第一級噴砂器、第一級油管、第一級封隔器、第二級 噴砂器、第二級油管、第二級封隔器、第三級噴砂器、第三級油管、第三級封隔器、丟手接 頭、輸送油管。第一級噴砂器與最下面的滑套座螺紋連接，座落在滑套座上；第一級噴砂器 通過中間的第一級油管與第一級封隔器連接形成一層壓裂管柱；第二級噴砂器與第一級封隔 器通過螺紋連接，座落在第一級封隔器上，第二級噴砂器通過第二級油管後與第二級封隔器 連接形成第二級一層壓裂管柱；而第三級噴砂器與第二級封隔器通過螺紋連接，座落在第二 級封隔器上，第三級噴砂器通過第三級油管後與第三級封隔器連接形成第三級一層壓裂管柱
所述的四層壓裂管柱至少包括滑套座、第一級噴砂器、第一級油管、第一級封隔器、第二級噴砂器、第二級油管、第二級封隔器、第三級噴砂器、第三級油管、第三級封隔器、丟 手接頭、輸送油管。在上述述基礎上增加第四級噴砂器、第四級油管、第四級封隔器，第一 級噴砂器與最下面的滑套座螺紋連接，座落在滑套座上；第一級噴砂器通過中間的第一級油 管與第一級封隔器連接形成一層壓裂管柱。第二級噴砂器與第一級封隔器通過螺紋連接，座 落在第一級封隔器上，第二級噴砂器通過第二級油管後與第二級封隔器連接形成第二級一層 壓裂管柱；而第三級噴砂器與第二級封隔器通過螺紋連接，座落在第二級封隔器上，第三級 噴砂器通過第三級油管後與第三級封隔器連接形成第三級一層壓裂管柱。最後是第四噴砂器 與第三級封隔器通過螺紋連接，座落在第三級封隔器上，第四噴砂器通過第四級油管後與第 四級封隔器連接形成第四級一層壓裂管柱。
依據丟手管柱多層段壓裂裝置進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(具體的位置依當時的設計要求而定
);
2、 從井口輸送油管投最小鋼球，落在第一級噴砂器的滑套上；
3、 從井口輸送油管內打入液壓，小鋼球堵住流體通道，在管柱內腔憋起高壓，使所有 封隔器密封並錨定在套管的內壁上；
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、 然後從井口套管打壓，憋掉第一級噴砂器上的滑套，小鋼球和滑套坐落於滑套座l內
6、 液體從第一級噴砂器的出砂口進入一號層段，將一號層段壓開一條裂縫，砂子充填 裂縫；
7、 一號層段壓裂完畢；
8、 重新投入比小鋼球直徑大的中鋼球，中鋼球落在第二級噴砂器內側的滑套上；
9、 從井口套管打壓，憋掉第二級噴砂器上的滑套，中鋼球和滑套坐落於第一級封隔器 的滑套座內，封堵下面通道；
10、 液體從第二級噴砂器的出砂口進入二號層段，將二號層段壓開一條裂縫，砂子充填 裂縫；
11、 如果有更多層段，重新依據步驟8-10對其它層段進行壓裂作業，從而實現了所有層 段的連續壓裂作業。
本發明的工藝原理是用油管輸送相應數目的封隔器(選擇自錨定封隔器，否則還需水力錨)和噴砂器等工具串，到達設計位置後，從井口油管投球，球落至第一級噴砂器的滑套 上，從井口油管打液壓，液力將封隔器密封並錨定在套管上，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，採用光套管泵注壓裂，投球打滑套 從下到上依次打開各層段的噴砂器進行壓裂作業。
加砂壓裂時由於多種原因有可能會發生砂堵(即砂子滯留在裂縫口、射孔炮眼或工具的 出砂口，引起後續砂子無法繼續進入裂縫，流體通道被堵塞，造成系統瞬間超壓)，導致壓 裂中斷，因此丟手管柱多層段壓裂的關鍵是砂堵的預防和處理技術。
本發明的特點是
1、 率先採用丟手式多層段壓裂管柱結構，取得了小眼井和水平井等高難度井多層段壓 裂隔離技術的突破。
2、 丟手管柱形式屬於不動管柱結構，轉換壓裂層段時不用動井口提放管柱，下一趟管 柱可連續壓裂多個層段，作業效率高。
3、 採用光套管泵注壓裂，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易卡鑽，丟手式多層段壓裂管柱施工完畢工 具不取出，避免了卡鑽的風險。
5、 通過射孔參數、工具參數、施工參數和液體攜砂的優化，降低了砂堵的風險。
6、 常規壓裂管柱如果發生砂堵，油管內會有大量沉砂，衝砂時很可能循環不通，丟手 管柱發生砂堵時，單獨下入衝砂管柱，能將井筒沉砂徹底衝出井筒，衝砂效果好。
下面結合實施例附圖對本發明做進一步說明。 圖l是實施例結構示意圖。
圖中1、滑套座；2、第一級噴砂器；3、第一級油管；4、第一級封隔器；5、第二級 噴砂器；6、第二級油管；7、第二級封隔器；8、第三級噴砂器；9、第三級油管；10、第三 級封隔器；11、丟手接頭；12、輸送油管；13、小鋼球；14、中鋼球；15、大鋼球。
具體實施例方式
實施例l給出壓裂管柱為三層進行分層段壓裂的實施例。
如圖1所示，包括滑套座l、第一級噴砂器2、第一級油管3、第一級封隔器4、第二級噴 砂器5、第二級油管6、第二級封隔器7、第三級噴砂器8、第三級油管9、第三級封隔器IO、 丟手接頭ll、輸送油管12。第一級噴砂器2與最下面的滑套座1螺紋連接，座落在滑套座l上 ;第一級噴砂器2通過中間的第一級油管3與第一級封隔器4連接形成一層壓裂管柱。第二級噴砂器5與第一級封隔器4通過螺紋連接，座落在第一級封隔器4上，第二級噴砂器5通過第二 級油管6後與第二級封隔器7連接形成第二級一層壓裂管柱；而第三級噴砂器8與第二級封隔 器7通過螺紋連接，座落在第二級封隔器7上，第三級噴砂器8通過第三級油管9後與第三級封 隔器10連接形成第三級一層壓裂管柱。
三層分層壓裂管柱為空芯體，在每個層段壓裂前，每個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，剪斷剪釘，滑套被打開，管柱內腔的液體即可從噴砂器的出砂 口經套管的射孔炮眼進入油氣層段，三個噴砂器與三個油氣層段的射孔炮眼相對應。滑套從 下到上內徑由小到大，與相應的鋼球相配。
壓裂管柱進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(具體的位置依當時的設計要求而定
);
2、 從井口輸送油管投最小鋼球，落在第一級噴砂器的滑套上；
3、 從井口輸送油管內打入液壓，小鋼球堵住流體通道，在管柱內腔憋起高壓，使所有 封隔器密封並錨定在套管的內壁上；
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、 然後從井口套管打壓，憋掉第一級噴砂器上的滑套，小鋼球和滑套坐落於滑套座內
6、 液體從第一級噴砂器的出砂口進入一號層段，將一號層段壓開一條裂縫，砂子充填 裂縫；
7、 一號層段壓裂完畢；
8、 重新投入比小鋼球直徑大的中鋼球，中鋼球落在第二級噴砂器內側的滑套上；
9、 從套管打壓，憋掉第二級噴砂器上的滑套，中鋼球和滑套坐落於第一級封隔器的滑 套座內，封堵下面通道；
10、 液體從第二級噴砂器的出砂口進入二號層段，將二號層段壓開一條裂縫，砂子充填 裂縫；
11、 如果有更多層段，重新依據步驟8-10對其它層段進行壓裂作業，從而實現了所有層 段的連續壓裂作業。
實施例2給出壓裂管柱為四層的實施例。
與實施例l一樣，至少包括滑套座l、第一級噴砂器2、第一級油管3、第一級封隔器4、第二級噴砂器5、第二級油管6、第二級封隔器7、第三級噴砂器8、第三級油管9、第三級封 隔器IO、丟手接頭ll、輸送油管12。在上述述基礎上增加第四噴砂器、第四油管、第四封隔 器，第一級噴砂器2與最下面的滑套座1螺紋連接，座落在滑套座l上；第一級噴砂器2通過中 間的第一級油管3與第一級封隔器4連接形成一層壓裂管柱。第二級噴砂器5與第一級封隔器 4通過螺紋連接，座落在第一級封隔器4上，第二級噴砂器5通過第二級油管6後與第二級封隔 器7連接形成第二級一層壓裂管柱；而第三級噴砂器8與第二級封隔器7通過螺紋連接，座落 在第二級封隔器7上，第三級噴砂器8通過第三級油管9後與第三級封隔器10連接形成第三級 一層壓裂管柱。最後是第四級噴砂器與第三級封隔器通過螺紋連接，座落在第三級封隔器上 ，第四級噴砂器通過第四級油管後與第四級封隔器連接形成第四級一層壓裂管柱。
壓裂管柱為四層進行分層段壓裂的工藝同樣適合實施例l中描述的工藝過程，在這不作 過多說明。
砂堵的預防措施
1、 優化工具參數，包括加大出砂口尺寸，削減內通道臺階等；
2、 優化射孔參數，例如採取大孔徑射孔，高密度射孔等；
3、 優化施工參數，比如低砂比、大排量、前置液加砂打磨縫口等；
4、 嚴把液體質量，確保液體的攜砂性能。 砂堵的處理程序
1、 如果發生砂堵，先打開井口放噴，能噴通井筒則繼續壓裂；
2、 如果不能噴通井筒，則下衝砂管柱，進行反循環衝砂，將井筒沉砂全部衝出地面；
3、 下放管柱與丟手接頭對掛，上提解封，再反循環衝砂，如果能衝通井筒，再投球坐 封，繼續壓裂；
4、 如果仍不能衝通井筒，則取出管柱，重新下壓裂管柱繼續壓裂。
權利要求
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；後層壓裂管柱與前層壓裂管柱的封隔器通過螺紋連接，座落在前級封隔器上，後級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.根據權利要求l所述的丟手管柱多層段壓裂裝置，其特徵是所述 的壓裂管柱可以是兩層以上。
3.根據權利要求l所述的丟手管柱多層段壓裂裝置，其特徵是所述 的三層壓裂管柱包括滑套座(1)、第一級噴砂器(2)、第一級油管(3)、第一級封隔器 (4)、第二級噴砂器(5)、第二級油管(6)、第二級封隔器(7)、第三級噴砂器(8) 、第三級油管(9)、第三級封隔器(10)、丟手接頭(11)、輸送油管(12)。第一級噴 砂器(2)與最下面的滑套座(1)螺紋連接，座落在滑套座(1)上；第一級噴砂器(2)通 過中間的第一級油管(3)與第一級封隔器(4)連接形成一層壓裂管柱；第二級噴砂器(5 )與第一級封隔器(4)通過螺紋連接，座落在第一級封隔器(4)上，第二級噴砂器(5) 通過第二級油管(6)後與第二級封隔器(7)連接形成第二級一層壓裂管柱；而第三級噴砂 器(8)與第二級封隔器(7)通過螺紋連接，座落在第二級封隔器(7)上，第三級噴砂器 (8)通過第三級油管(9)後與第三級封隔器(10)連接形成第三級一層壓裂管柱。
4.根據權利要求l所述的丟手管柱多層段壓裂裝置，其特徵是所述 的四層壓裂管柱至少包括滑套座(1)、第一級噴砂器(2)、第一級油管(3)、第一級封 隔器(4)、第二級噴砂器(5)、第二級油管(6)、第二級封隔器(7)、第三級噴砂器( 8)、第三級油管(9)、第三級封隔器(10)、丟手接頭(11)、輸送油管(12)。在上述 述基礎上增加第四級噴砂器、第四級油管、第四級封隔器，第一級噴砂器(2)與最下面的 滑套座(1)螺紋連接，座落在滑套座(1)上；第一級噴砂器(2)通過中間的第一級油管 (3)與第一級封隔器(4)連接形成一層壓裂管柱。第二級噴砂器(5)與第一級封隔器(4)通過螺紋連接，座落在第一級封隔器(4)上，第二級噴砂器(5)通過第二級油管(6) 後與第二級封隔器(7)連接形成第二級一層壓裂管柱；而第三級噴砂器(8)與第二級封隔 器(7)通過螺紋連接，座落在第二級封隔器(7)上，第三級噴砂器(8)通過第三級油管 (9)後與第三級封隔器(10)連接形成第三級一層壓裂管柱。最後是第四噴砂器與第三級 封隔器通過螺紋連接，座落在第三級封隔器上，第四噴砂器通過第四級油管後與第四級封隔 器連接形成第四級一層壓裂管柱。
5 依據丟手管柱多層段壓裂裝置進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(具體的位置依當時的設計要求而定);2) 從井口輸送油管投最小鋼球，落在第一級噴砂器的滑套上；3) 從井口輸送油管內打入液壓，小鋼球堵住流體通道，在管柱內腔憋起高壓，使所有 封隔器密封並錨定在套管的內壁上；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) 然後從井口套管打壓，憋掉第一級噴砂器上的滑套，小鋼球和滑套坐落於滑套座( 1)內；6) 液體從第一級噴砂器的出砂口進入一號層段，將一號層段壓開一條裂縫，砂子充填 裂縫；7) —號層段壓裂完畢；8) 重新投入比小鋼球直徑大的中鋼球，中鋼球落在第二級噴砂器內側的滑套上；9) 從井口套管打壓，憋掉第二級噴砂器上的滑套，中鋼球和滑套坐落於第一級封隔器 的滑套座內，封堵下面通道；10) 液體從第二級噴砂器的出砂口進入二號層段，將二號層段壓開一條裂縫，砂子充 填裂縫；11) 如果有更多層段，重新依據步驟8)-10)對其它層段進行壓裂作業，從而實現了所 有層段的連續壓裂作業。
全文摘要
本發明涉及油、氣田油井、氣井或注水井的多層段壓裂的工藝技術，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；後層壓裂管柱與前層壓裂管柱的封隔器通過螺紋連接，座落在前級封隔器上，後級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步驟完成，實現了小眼井和水平井多個油氣層段的連續壓裂作業。
文檔編號E21B43/26GK101638982SQ20091030587
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月20日 優先權日2009年8月20日
發明者任雁鵬, 張承武, 鄭維師, 陳建剛 申請人:中國石油集團川慶鑽探工程有限公司工程技術研究院