石油、天然氣井多層壓裂管柱的製作方法
2023-09-27 08:45:25
專利名稱：石油、天然氣井多層壓裂管柱的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種石油、天然氣井多層壓裂管柱，屬於石油天然氣開採技術領域。
背景技術：
近年來，為滿足油氣田多層壓裂井的分層壓裂改造的需要，國內相續開發出了針對不同儲層特徵的壓裂管柱，這些管柱的缺點是，只有一套壓裂裝置，只適合兩層分層壓裂井的改造，且多數管柱僅適合於油井的分層壓裂改造，不能適應高壓天然氣井的多層壓裂改造。隨著石油天然氣工業技術的發展，對於三層及三層以的多層系氣藏，由於兩層壓裂管柱只能實現兩層合層採氣，故需分成幾次下柱採氣，作業效率低、成本高。
另外，現有管柱的噴砂滑套的結構不太合理，一是噴砂口的通流面積較小，噴砂流量受限，容易發生砂卡；二是滑套外筒與滑套芯的滑動配合面密封結構不好，容易進砂，發生砂卡。砂卡現象極大地降低了噴砂滑套的可靠性，砂卡嚴重時，噴砂滑套將不能滑動而失效，導致轉層作業失敗。
再有，現有的雙層壓裂管柱配置的啟動球是高密度球，啟動後不能隨著壓裂返排液一起被帶出井內，仍然存留在井內，使採氣管的有效通徑變小，採氣流量受到限制。
發明內容
本實用新型的目的，是提供一種石油、天然氣井多層分層壓裂施工、合層開採的一體化管柱，採用Y241封隔器為主的分層壓裂合層開採管柱來滿足對高壓天然氣井不動管柱三層壓裂併合層開採的工藝要求，同時為後期生產測井提供全通徑管柱。
實現本實用新型目的的技術方案是 一種石油、天然氣井多層壓裂管柱，包括布置在井筒導管內的採氣(油)管及連接在採氣(油)管下端的壓裂裝置；在壓裂裝置的下端，設有座封鋼球座；所述壓裂裝置的數量與氣層的數量相適配，每相鄰兩個氣(油)層之間，對應布置一個壓裂裝置；所有壓裂裝置串聯在採氣管的下端，所述座封鋼球座設在最末一個壓裂裝置的下端。
所述壓裂裝置由上、下順序布置的噴砂滑套、水力錨、封隔器、接球座構成，各部件通過連接件固接成整體；所述封隔器的周面與井筒套管的內壁密封配合，將井筒套管的內部空間隔離；所述水力錨的錨尖頂住氣井套管的內壁，將壓裂裝置錨固在井筒套管上。
所述噴砂滑套由滑套外筒和滑套芯管組成，滑套外筒上有噴砂口，滑套外筒與滑套芯管縱向滑動配合，配合面設有剪切銷釘，將滑套外筒與滑套芯管固定；所述滑套外筒壁上具有噴砂口，該噴砂口對應滑套芯管，被滑套芯封堵；所述滑套芯管的上口具有用於承接啟動球的密封配合面。
所述各層噴砂滑套的滑套芯管的通徑不同，由上層到下層逐層遞減，各層噴砂滑套配套的啟動球的直徑，與其滑套芯管的通徑相適配。
所述啟動球是低密度材料球。
所述滑套外筒壁上的噴砂口是長形口。
所述滑套外筒壁上的噴砂口有多個，沿滑套外筒周向均勻布置。
本實用新型的有益技術效果 與目前油氣田用常規的兩層分層壓裂管柱相比，本實用新型具有多個壓裂裝置，只需一次下柱即可進行三層及三層以上的壓裂改造，並實現多層合採的目的。採用新結構噴砂滑套，減少了高壓天然氣井滑套的砂卡現象；啟動球採用低密度球，壓裂改造完成後該球可以隨著壓裂返排液一起被帶出井內，實現了採氣管內的全通，克服了常規多層壓裂啟動球滯留在油管內影響產量、影響後期生產測井等工作的弊病；通過本實用新型的使用，較常規分層壓裂管柱有效的提高了施工成功率，簡化了油氣開發作業工序，縮短了施工作業周期，減少了壓井、多次改造對儲層的傷害，降低了開發成本，提高了油氣田的整體開發水平和開發效益。
下面以一種三層壓裂管柱為例，詳細說明本實用新型。
圖1是本實用新型的一種高壓氣井三層壓裂管結構示意圖。
圖2是噴砂滑套剖面圖。
圖中代號含義 1-採氣(油)管；2-套管；3-安全接頭；4-上部氣層；5-上噴砂滑套；6-上水力錨；7-上封隔器；8-上接球座；9-中部氣層；10-下噴砂滑套；11-下水力錨；12-下封隔器；13-下接球座；14-座封鋼球；15-座封球座；16-下部氣層；17-人工井底；18-啟動低密度球；19-滑套外筒；20-剪切銷釘；21-噴砂口；22-滑套芯管。
具體實施方式
參見圖1該高壓氣井全通徑三層壓裂管柱，具有井筒套管2和布置在井筒導管2內的採氣管1，井筒套管2的管壁上具有三道通孔，分別對應上、中、下氣層；採氣管1的下端連接有兩套串聯的壓裂裝置；在最末一個壓裂裝置的下端，設有座封鋼球14及其球座15。
上、下壓裂裝置分別由上、下順序布置的噴砂滑套5、10，水力錨6、11，封隔器7、12，接球座8、13構成，各部件通過螺紋扣連接成整體。其中，封隔器7、12的周面與氣井套管的內壁密封配合，將氣井套管2的內部空間隔離成上中下三個相對獨立的空間。水力錨6、11的錨爪錨住氣井套管2的內壁，將壓裂裝置錨固在氣井套管2上。上壓裂裝置通過安全接頭3與採氣管1連接。
參見圖2噴砂滑套5、10各由滑套外筒19、滑套芯管22、啟動球18組成，滑套外筒19上有噴砂口21。滑套外筒19與滑套芯管22縱向滑動配合，配合面設有剪切銷釘20，將滑套外筒19與滑套芯管22固定。滑套外筒19的壁上具有噴砂口21，該噴砂口21對應滑套芯管22，被滑套芯22封堵；滑套芯管22的上口具有啟動球18，該啟動球是低密度材料球，一般採用塑料球或尼龍球。這樣，由於啟動球18的質量小，啟動後就能隨著壓裂返排液一起被帶出井內，使採氣管1保持全通徑，獲得最大採氣流量。
另外，噴砂口21被設計成長形口，以擴大其通徑，噴砂口21的數量有四個，沿滑套外筒19周向均勻布置，通流總面積很大，更利於噴砂，不會發生砂卡現象，極大地提高了噴砂滑套可靠性，轉層壓裂作業一次成功率達到100％。
座封球座15的作用是在施工時，從井口投入鋼球14，落到座封球座15上，利用其重力加速度衝擊座封球座15，使各層壓裂裝置的水力錨6、11受力，其錨尖錨入井筒導管2，將封隔器7、12座封好，各層壓裂裝置即被定位固定在井筒導管2內。之後再向井筒充壓，將座封球座15打掉，連同鋼球14一起掉落到人工井底17，以增加管柱的通徑，便於下部氣層的施工和後期測試。將接球座8、13布置在封隔器7、12的下部，在壓裂中部氣層或者上部氣層時，以保證封隔器7、12反洗井閥處於關閉狀態。
本實用新型的執行過程如下 1.首先，在井內下射孔槍，一次射開三層個氣層段，泥漿壓井； 2.將本高壓氣井全通徑多層壓裂管柱下入天然氣井內，反循環替出井內泥漿； 3.通過採氣管內投φ35mm鋼球到座封球座，氣管加壓產生氣管內外壓差，全部封隔器、水力錨啟動並進入座封、錨定狀態，封隔器膠筒將各層和油套環形空間進行封隔； 4.向採氣管內加壓，將座封鋼球和座封球座一起打掉，落入人工井底17； 5.採氣管進行下部氣層的壓裂施工； 6.下部氣層壓裂後從氣管投φ38mm低密度球，待球到下噴砂滑套後加壓，剪切銷釘斷裂，打開該噴砂滑套，球和滑套芯落入下接球座封堵下部氣層； 7.採氣管注入進行中部氣層的壓裂施工； 8.中部氣層壓裂後從氣管投φ45mm低密度球，待球到上噴砂滑套後加壓，剪切銷釘斷裂，打開該噴砂滑套，球和滑套芯落入上接球座封堵中部氣層； 9.採氣管注入進行上部氣層的壓裂施工； 10.壓裂完成後開井進行排液以及後期生產(也可以根據需要排液測試完成後起管柱，再下其它生產管柱)。
由上可見，本管柱滿足一次不動管柱分層壓裂改造三個氣層，實現了合層開井排液、合層採氣，有效的降低了施工作業成本，提高來了油氣田開發效益。
以上是三層氣藏壓裂管柱結構，具有兩套壓裂裝置，當氣層數量更多時，則相應增加壓裂裝置數量，使之滿足如下關係壓裂裝置數量＝氣藏層數-1。這樣，無論氣藏有多少層，都能實現一次下柱、分層壓裂及合層採氣的目的。
本壓裂管柱主要適用於高壓氣井，也適用於油井使用。
權利要求1.一種石油、天然氣井多層壓裂管柱，包括布置在井筒套管內的採氣/油管及連接在採氣/油管下端的壓裂裝置；在壓裂裝置的下端，設有座封鋼球座；其特徵在於所述壓裂裝置的數量與氣層的數量相適配，每相鄰兩個氣或油層之間，對應布置一個壓裂裝置；所有壓裂裝置串聯在採氣管的下端，所述座封鋼球座設在最末一個壓裂裝置的下端。
2.根據權利要求1所述的石油、天然氣井多層壓裂管柱，其特徵在於所述壓裂裝置由上、下順序布置的噴砂滑套、水力錨、封隔器、接球座構成，各部件通過連接件固接成整體；所述封隔器的周面與井筒套管的內壁密封配合，將井筒套管的內部空間隔離；所述水力錨的錨尖頂住氣井套管的內壁，將壓裂裝置錨固在井筒套管上。
3.根據權利要求2所述的石油、天然氣井多層壓裂管柱，其特徵在於所述噴砂滑套由滑套外筒和滑套芯管組成，滑套外筒上有噴砂口，滑套外筒與滑套芯管縱向滑動配合，配合面設有剪切銷釘，將滑套外筒與滑套芯管固定；所述滑套外筒壁上具有噴砂口，該噴砂口對應滑套芯管，被滑套芯封堵；所述滑套芯管的上口具有用於承接啟動球的密封配合面。
4.根據權利要求3所述的石油、天然氣井多層壓裂管柱，其特徵在於所述各層噴砂滑套的滑套芯管的通徑不同，由上層到下層逐層遞減，各層噴砂滑套配套的啟動球的直徑，與其滑套芯管的通徑相適配。
5.根據權利要求3所述的石油、天然氣井多層壓裂管柱，其特徵在於所述啟動球是低密度材料球。
6.根據權利要求3所述的石油、天然氣井多層壓裂管柱，其特徵在於所述滑套外筒上的噴砂口有多個，沿滑套外筒周向均勻布置。
7.根據權利要求3所述的石油、天然氣井多層壓裂管柱，其特徵在於所述滑套外筒上的噴砂口是長形口。
專利摘要本實用新型涉及一種石油、天然氣井多層壓裂管柱，特徵是具有多個壓裂裝置，數量與氣層的數量相適配，每相鄰兩個氣(油)層之間，對應布置一個壓裂裝置，壓裂裝置串聯在採氣管的下端，座封鋼球座設在最末一個壓裂裝置的下端；所述壓裂裝置由上、下順序布置的噴砂滑套、水力錨、封隔器、接球座構成，各部件固接成整體；封隔器的周面與氣井套管的內壁密封配合，將氣井套管的內部空間隔離；水力錨的錨尖頂住氣井套管的內壁，將壓裂裝置錨固在氣井套管上。本壓裂管柱由於具有多個壓裂裝置，只需一次下柱即可進行三層及三層以上的壓裂改造，並實現多層合採。它主要適用於高壓氣井，也適用於油井使用。
文檔編號E21B43/25GK201144682SQ20082006192
公開日2008年11月5日 申請日期2008年1月16日 優先權日2008年1月16日
發明者山 任, 李思洲, 剛 李, 林永茂, 王興文, 剛 龍, 勇 孫, 黃曉章 申請人:中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司工程技術研究院