專利名稱：裸眼水平井多簇限流壓裂管柱及其壓裂方法
裸眼水平井多簇限流壓裂管柱及其壓裂方法技術領域
本發明屬于裸眼水平井分段壓裂技術領域，具體涉及一種裸眼水平井多簇限流壓 裂管柱及其壓裂方法。
背景技術：
裸眼水平井分段壓裂工藝是一種常用的油田增產措施，尤其適用于氣藏及裂縫性 油藏的開發。該工藝采用懸掛器將完井工具串下入水平井段，使用裸眼封隔器封隔水平段， 實現壓裂作業井段橫向選擇性分段隔離，同時應用開啟式滑套建立井筒與儲層的連通，根 據壓裂段數目進行分段壓裂，可以實現全井段完全壓裂作業。該工藝一趟管柱既可以作為 完井管柱，同時也可以作為后續儲層分段壓裂改造施工管柱，減少了施工成本，無需進行固 井及射孔作業，提聞了完井作業效率。
該工藝先應用壓力開啟滑套對水平井段第一段實施壓裂改造后，需要通過井口投 球，依次開啟滑套，從而依次逐段進行改造，改造段數受到投球數量的限制，無法對較長水 平井進行精細分段改造。發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種裸眼水平井多簇限流壓裂管柱及其壓裂方 法，本發明可以在不增加原有壓裂工藝投球次數的前提下，成倍的提高水平井分段壓裂段 數，有助于較長水平井的精細分段改造。
為了解決上述技術問題，本發明的裸眼水平井多簇限流壓裂管柱，包括套管、布置 在套管內部的油管、與油管連接且依次設置的若干個壓裂施工組以及與最后一個壓裂施工 組連接且位于套管尾部的第一壓裂施工組，所述套管與油管之間設有懸掛器和水力錨，所 述第一壓裂施工組包括依次設置的封隔器、壓力開啟式滑套、座封球座以及浮鞋且上述各 部件之間通過油管短節連接，每個所述壓裂施工組包括依次設置的封隔器、多簇滑套、封隔 器、多簇滑套、封隔器、投球開啟式滑套以及封隔器且上述各部件之間通過油管短節連接， 所述多簇滑套、投球開啟式滑套以及壓力開啟式滑套的外筒壁上軸向設有若干出液口，每 個所述出液口中均設有一暫堵片，且每個所述暫堵片均由一暫堵壓蓋壓緊在出液口中。
一種通過上述裸眼水平井多簇限流壓裂管柱實現的壓裂方法，其包括如下步驟
I)裸眼段完鉆后，經過通井、刮削、模擬管柱通井等工序，保證井眼光滑，為下入完 井管柱做好井筒準備；
2)按照施工管柱設計用鉆桿下入完井管柱；
3)用KCl水溶液頂替井筒內全部泥漿至泥漿罐，直到進出口水溶液性能一致；
4)替完泥漿后，投低密度座封球至座封球座處，用水泥車泵送球到位，鉆桿內加 壓座封封隔器和懸掛器；
5)座封完成后，鉆桿內繼續升高壓力，丟開懸掛器，上提鉆桿，鉆桿內打壓，檢驗懸 掛器的密封性，穩壓，壓降合格后，起出鉆桿；
6)下插入密封裝置，回接油管至井口，完成壓裂施工管柱，并進行回接管柱的驗 封；
7)驗封合格后，套管不泄壓，油管內加壓打開壓力開啟式滑套，安裝壓裂井口，等 待壓裂；
8)壓裂車組擺放、連接完成后，地面高壓管線試壓，合格后方可進行壓裂施工；
9)按照壓裂泵注程序進行第一壓裂施工組的壓裂施工；
10)第一壓裂施工組加砂完成后投封堵球，依次打開壓裂施工組(II)內的多簇滑 套與投球開啟式滑套，封堵球最終落在投球開啟式滑套的球座上；用管串允許的最大排量 進行壓裂，迅速在井底建立起高于各個層段破裂壓力的井底壓力，從而把所有的層段依次 壓開，經一次加砂和替置完成該組分段壓裂作業；
11)應用上述10)同樣的施工方法，完成壓裂施工組(III)或后續更多組的壓裂施 工；
12)壓裂施工完成后，關井壓力擴散，隨后開始防噴排液。
本發明可以在不增加原有壓裂工藝投球次數的前提下，成倍的提高水平井分段壓 裂段數，有助于較長水平井的精細分段改造。


圖I為裸眼水平井多簇限流壓裂管柱結構簡圖2為本發明管柱中壓裂施工組II內的施工流程圖3是多簇滑套的結構剖圖4是圖3在多簇滑套處于閉合狀態下A-A向的剖視圖5是圖3在多簇滑套處于開啟狀態下A-A向的剖視圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明
參見圖I和圖3，本發明的裸眼水平井多簇限流壓裂管柱，包括套管8、布置在套管 8內部的油管9、與油管9連接且依次設置的若干個壓裂施工組II /III以及與最后一個壓裂 施工組II連接且位于套管8尾部的第一壓裂施工組I，所述套管8與油管9之間設有懸掛 器2和水力錨1，所述第一壓裂施工組I包括依次設置的封隔器3i、壓力開啟式滑套6、座封 球座7以及浮鞋且上述各部件之間通過油管短節連接，每個所述壓裂施工組II /III包括依 次設置的封隔器3e/3a、多簇滑套4c/4a、封隔器3f/3b、多簇滑套4d/4b、封隔器3g/3c、投球 開啟式滑套5b/5a以及封隔器3h/3d且上述各部件之間通過油管短節連接，所述多簇滑套 4a、4b、4c、4d、投球開啟式滑套5a、5b以及壓力開啟式滑套6的外筒壁上軸向設有若干排出 液口 109，每個所述出液口 109中均設有一暫堵片106，每個滑套上的暫堵片106所能承受 的壓力不同，且每個所述暫堵片106均由一暫堵壓蓋105壓緊在出液口 109中。
參見圖3至圖5，所述多簇滑套包括外筒101，所述外筒101上端形成有內螺紋，下 端形成有外螺紋，該外筒101外壁上部周向均布有多個出液口 109，外壁的軸向還能夠設置 若干排出液口 109(圖中未示)，多簇滑套還包括內滑套108、組合球座112、導向器110、擴張 器117、上壓蓋102、下壓蓋116以及球111，所述內滑套108通過剪釘107安裝在外筒101內壁，該內滑套108中部周向均布有多個方孔，每個所述方孔中對應安裝有一球座體115， 每個所述球座體115對合構成所述組合球座112，所述組合球座112內壁上部形成有短斜 面，下部形成有長斜面，所述組合球座112上端設有導向器110，下端設有擴張器117，所述 導向器110為一環形體且其內壁形成有一用于將球111導向組合球座112短斜面處的環形 斜面，所述導向器110上端設有上壓蓋102，所述上壓蓋102螺紋連接在內滑套108內壁上 部，該上壓蓋102 —端頂在導向器110的上端并將導向器110壓緊在組合球座112上，所述 擴張器117外壁上部形成有一環形的前端斜面，下部與下壓蓋116內壁貼合，所述前端斜 面與長斜面貼合，所述下壓蓋116螺紋連接在內滑套108內壁下部，該下壓蓋116與擴張器 117之間設有一彈簧114，所述外筒101內壁上且位于組合球座112下方形成有一與組合球 座112相匹配的環形開啟槽113。每個所述出液口 109中均設有一暫堵片106，且每個所述 暫堵片106均由一暫堵壓蓋105壓緊在出液口 109中。所述出液口 109上端且位于內滑套 108與外筒101內壁之間、剪釘107下端且位于內滑套108與外筒101內壁之間以及導向器 110與內滑套108之間均設有密封圈103。所述內滑套108上、下端均設有一緊定螺釘104， 兩個所述緊定螺釘104均穿過內滑套108分別頂在上、下壓蓋102、116的螺紋面上。
該多簇滑套通過投入球111并提高工具內部液體壓力來進行操作。當多簇滑套 處于初始關閉狀態時，將球111由工具上段投入，其沿著導向器110的環形斜面落在組合 球座112的短斜面上，從而使得該多簇滑套內部上下段隔開。隨著液體持續進入該多簇滑 套上部，球111受到的推力逐漸增大。當推力超出剪釘107的斷裂極限時，均布的剪釘107 全部被剪斷，內滑套108及安裝在其上的各部件在球111的推動下整體移向外筒101的下 部。隨著內滑套108的相對移動，內滑套108上部的一對密封圈103移過外筒101上的出 液口 109，暫堵片106與多簇滑套內上部液體連通。當組合球座112運動到外筒101的開 啟槽113位置時，組合球座112在擴張器117的推動下徑向擴張進入到開啟槽113內，組合 球座112組成的內孔孔徑變大，如圖5所示。隨著組合球座112的擴張，原本受孔徑限制的 球111被釋放，并隨著液體流向外筒101的下部，最終進入下端工具。當準備實施壓裂操作 時，多簇滑套內部液體的壓力逐漸升高，當升高到暫堵片106的承壓極限時，而且由于每個 滑套上的暫堵片所能承受的壓力不同(如第二封隔段內壓力開啟式滑套5b上暫堵片的破 裂壓力為21Mpa，第三封隔段內多簇滑套4d上暫堵片的破裂壓力為22Mpa，第四封隔段內多 簇滑套4c上暫堵片的破裂壓力為20Mpa)，外筒101上的各暫堵片106根據承壓能力大小依 次破裂，多簇滑套內部和外部實現連通，多簇滑套完全開啟。
壓裂過程中，先應用壓力開啟式滑套對水平井段第一段實施措施改造，然后通過 井口投球，操控滑套組，依次逐段進行改造，最后放噴排液，將球回收后即可投產。其中多簇 滑套是一種新型滑套工具，采用封堵球憋壓開啟，具有開啟后能使封堵球順利通過的特點。 多簇滑套的應用，使每次投球可以打開連續的2-4簇多簇滑套，并采用限流壓裂方法同時 完成滑套所在2-4段的壓裂改造。因此，在壓裂施工組內，一次投球可打開連續的若干個多 簇滑套與一個投球開啟式滑套。各滑套上均預制有一定數量與直徑的出液口，通過大排量 施工，依靠壓裂液通過各出液口時產生的摩阻，大幅度提升井底壓力，從而使壓裂液自動轉 向，可以相繼壓開破裂壓力相近的各個目的層。
本發明采用封隔器封隔套管，第一壓裂施工組I內，封隔器3i與套管尾部構成第 一封隔段，該封隔段內設有壓力開啟式滑套6 ;在壓裂施工組II內，封隔器3g與封隔器3h之間構成第二封隔段并設有投球開啟式滑套5b，封隔器3f與封隔器3g之間構成第三封隔 段并設有多簇滑套4d，封隔器3e與封隔器3f之間構成第四封隔段并設有多簇滑套4c;在 壓裂施工組III內，封隔器3c與封隔器3d之間構成第五封隔段并設有投球開啟式滑套5a，封 隔器3b與封隔器3c之間構成第六封隔段并設有多簇滑套4b，封隔器3a與封隔器3b之間 構成第七封隔段并設有多簇滑套4a。
本發明以6 "裸眼水平井施工為例，如圖I所示，將水平段分為3組，第一壓裂施工 組I的第一封隔段由壓力開啟式滑套6控制；壓裂施工組II內的第二、三、四封隔段，分別 由投球開啟式滑套5b、多簇滑套4d與多簇滑套4c控制；壓裂施工組III內的第五、六、七封 隔段，分別由投球滑套5a、多簇滑套4b與多簇滑套4a控制。具體實施步驟如下
I)裸眼段完鉆后，經過通井、刮削、模擬管柱通井等工序，保證井眼光滑，為下入完 井管柱做好井筒準備；
2)按圖I所示連接并下入管柱浮鞋+加長接頭+座封球座7+31//油管+壓差 滑套6+31//油管+裸眼封隔器3i+3V2"油管+裸眼封隔器3h+372"油管+裸眼封隔器 3h+3V2"油管+投球滑套5b+3V2"油管+裸眼封隔器3g+372"油管+多簇滑套4d+372" 油管+裸眼封隔器3f+372"油管+多簇滑套4c+3V2"油管+裸眼封隔器3e+3V2"油管+ 裸眼封隔器3d+372"油管+投球滑套5a+3V2"油管+裸眼封隔器3c+3V2"油管+多簇 滑套4b+372"油管+裸眼封隔器3b+372"油管+多簇滑套4a+372"油管+裸眼封隔器 3a+3V2"油管+7"懸掛器2+轉換接頭+31//鉆桿至井口 ；
3)連接正注管線，地面管線試壓到30MPa，管柱壓重10t，用2%KC1水溶液頂替井筒 內全部泥漿至泥漿罐，直到進出口水溶液性能一致；
4)替完泥漿后，投低密度座封球至座封球座7處，以O. 5 O. 6m3/min排量泵送 球到位，鉆桿內加壓座封裸眼封隔器3a-3i和懸掛器2 ；
5)鉆桿內繼續升高壓力，丟開懸掛器2，上提鉆桿10m，鉆桿內打壓15MPa，檢驗懸 掛器I的密封性，穩壓5min，壓降不超過O. 5MPa為合格，起出鉆桿；
6)按照圖I所示下入回接管柱插入密封與水力錨1+27/8"油管+31//油管+油 補距+油管掛，并安裝采氣樹，在井口四個方向加繃繩固定；
7)連接地面管線，管線試壓45MPa，IOmin壓力下降不超過O. 5MPa為合格，環空試 壓20MPa，穩壓15min，壓降不超過O. 5MPa為插入管密封合格；
8)套管8與油管9間的環空不泄壓，油管9打壓直至壓力開啟式滑套6打開，關井 等待壓裂施工；
9)壓裂車組擺放、連接完成后，地面高壓管線、平衡管線試壓，合格后方可進行壓 裂施工；
10)按照壓裂泵注程序進行第一壓裂施工組I的壓裂施工；
11)如圖2所示，按照壓裂泵注程序，對壓裂施工組II內的第二、三、四封隔段進行 壓裂施工。其中多簇滑套4c、多簇滑套4d與投球開啟式滑套5b上的出液口數量與直徑按 照地層破裂壓裂預制。在第一壓裂施工組I加砂完成后，根據設計需要投入相應尺寸的封 堵球，通過憋壓順次開啟多簇滑套4c、多簇滑套4d與投球開啟式滑套5b，最終封堵球落在 投球開啟式滑套5b的球座上(圖2中步驟II-1);然后用管串允許的最大排量進行壓裂，迅 速在井底建立起高于各個層段破裂壓力的井底壓力，從而首先壓開破裂壓力(20Mpa)最低的多簇滑套4c層段(圖2中步驟II _2)，然后是破裂壓力為21Mpa的多簇滑套4d層段(圖2 中步驟II-3)與破裂壓力為22Mpa投球滑套5b層段(圖2中步驟II -4);最后對壓裂施工 組II內所有壓開層段進行統一加砂(圖2中步驟II -5)。
12)利用相同原理完成壓裂施工組III內第五、六、七封隔段內的壓裂作業。
13)所有壓裂施工完成后，關井壓力擴散，隨后開始防噴排液。
綜上所述，本發明的內容并不局限在上述的實施例中，本領域的技術人員可以在 本發明的技術指導思想之內提出其他的實施例，但這種實施例都包括在本發明的范圍之 內。
權利要求
1.一種裸眼水平井多簇限流壓裂管柱，包括套管(8)、布置在套管(8)內部的油管(9)、與油管(9)連接且依次設置的若干個壓裂施工組(II / III)以及與最后一個壓裂施工組(II)連接且位于套管(8)尾部的第一壓裂施工組(I )，所述套管(8)與油管(9)之間設有懸掛器(2)和水力錨(1)，其特征在于所述第一壓裂施工組(I )包括依次設置的封隔器(3i)、壓力開啟式滑套(6)、座封球座(7)以及浮鞋且上述各部件之間通過油管短節連接，每個所述壓裂施工組(II /III)包括依次設置的封隔器(3e/3a)、多簇滑套(4c/4a)、封隔器(3f/3b)、多簇滑套(4d/4b)、封隔器(3g/3c)、投球開啟式滑套(5b/5a)以及封隔器(3h/3d)且上述各部件之間通過油管短節連接，所述多簇滑套(4a、4b、4c、4d)、投球開啟式滑套(5a、5b)以及壓力開啟式滑套(6)的外筒壁上軸向設有若干出液口(109)，每個所述出液口(109)中均設有一暫堵片(106)，且每個所述暫堵片(106)均由一暫堵壓蓋(105)壓緊在出液口( 109)中。
2.一種通過上述裸眼水平井多簇限流壓裂管柱實現的壓裂方法，包括以下步驟 1)裸眼段完鉆后，經過通井、刮削、模擬管柱通井等工序，保證井眼光滑，為下入完井管柱做好井筒準備； 2)用鉆桿下入完井管柱； 3)用KCl水溶液頂替井筒內全部泥漿至泥漿罐，直到進出口水溶液性能一致； 4)替完泥漿后，投低密度座封球至座封球座(7)處，用水泥車泵送球到位，鉆桿內加壓座封封隔器(3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3h、3i)和懸掛器(2)； 5)座封完成后，鉆桿內繼續升高壓力，丟開懸掛器(2)，上提鉆桿，鉆桿內打壓，檢驗懸掛器(2)的密封性，穩壓，壓降合格后，起出鉆桿； 6)下插入密封裝置，回接油管(9)至井口，完成壓裂施工管柱，并進行回接管柱的驗封； 7)驗封合格后，套管(8)不泄壓，油管(9)內加壓打開壓力開啟式滑套(6)，安裝壓裂井口，等待壓裂； 8)壓裂車組擺放、連接完成后，地面高壓管線試壓，合格后方可進行壓裂施工； 9)按照壓裂泵注程序進行第一壓裂施工組(I)的壓裂施工； 10)第一壓裂施工組(I)加砂完成后投封堵球，依次打開壓裂施工組(II)內的多簇滑套(4c、4d)與投球開啟式滑套(5b)，封堵球最終落在投球開啟式滑套(5b)的球座上；用管串允許的最大排量進行壓裂，迅速在井底建立起高于各個層段破裂壓力的井底壓力，從而把所有的層段依次壓開，經一次加砂和替置完成該組分段壓裂作業； 11)應用上述10)同樣的施工方法，完成壓裂施工組(III)或后續更多組的壓裂施工； 12)壓裂施工完成后，關井壓力擴散，隨后開始防噴排液。
全文摘要
本發明公開了一種裸眼水平井多簇限流壓裂管柱及其壓裂方法，其采用的設備主要是水力錨、懸掛器、裸眼封隔器、多簇滑套、投球開啟式滑套、壓力開啟式滑套、座封球座等，通過封隔器封隔井筒，封隔段內安裝多簇滑套、投球開啟式滑套以及壓力開啟式滑套，先應用壓力開啟式滑套對水平井段第一封隔段實施措施改造，然后通過井口投球，操控滑套組，依次逐段進行改造，最后放噴排液，將球回收后即可投產。該技術可以在不增加原有壓裂工藝投球次數的前提下，成倍的提高水平井分段壓裂段數，有助于較長水平井的精細分段改造。
文檔編號E21B43/267GK102979495SQ201210587438
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者馮強, 何志勇, 賈紅戰, 牛增前, 李軍, 李青一 申請人:中國石油集團渤海鉆探工程有限公司