一种无限级套管内压裂防砂一体化管柱及使用方法

技术领域

本发明属于油田开采的管柱设备，尤其涉及一种无限级套管内压裂防砂一体化管柱及使用方法。

背景技术：

当前受到油田开发状况以及储层油气藏属性的影响，促进油气藏渗透率的提升成为业内人员面临的重要课题，而压裂技术是其中最为重要的技术手段，其能够在油藏中拓展出新的裂缝，不但能够促进油层渗透性的提升，而且还可以有效的解决油井近井地带的污染和堵塞等问题。但是在压裂施工中出砂问题给油田作业的效率带来了严重的负面影响，使得油藏许多的工艺不能高效的进行，压裂作业当中出现的吐砂问题不但对井下设备造成了严重的堵塞，而且也会降低采油设备的使用寿命，使得油田开发成本持续上升。

同时，现阶段的套管井的防砂改造主要以砾石充填为主，该工艺仅能解决套管井的出砂问题，不能实现对地层的改造。特别是针对低渗和各段差异较大的套管井，不能对储层进行针对性的改造。

目前，为了满足增产与防砂的要求，采用油管或套管压裂，压裂后探冲砂，起出管柱后下入筛管重新循环充填。这种工艺施工相对简单，但两趟管柱作业时间长，若遇井口溢流，将严重影响作业进度。而且起下管柱会导致地层出砂，影响防砂管柱的正常下入。同时，在针对层间差异较大的井，目前的压裂防砂模式也无法满足改造的需求。

2、需解决的技术问题：

1)传统的压裂防砂作业，采用“两步法”，先用油管或套管压裂，压裂后探冲砂，起出管柱后下滤砂管重新循环充填。该工艺作业时间长，成本高，而且起下管柱会导致地层出砂，影响防砂管柱的正常下入。同时，在针对层间差异较大的井，目前的压裂防砂模式也无法满足改造的需求；

2)现有的分段压裂，一般采用投球开滑套式压裂，该工艺采用不同级差的压裂球打开压裂通道。因此受井筒内径及压裂球尺寸的限制，导致压裂层数受到限制。进而无法做到无限级压裂。

3、存在问题的原因：

1)现有压裂管柱不带防砂功能，只能在压裂作业完成后，再下防砂管柱进行防砂作业，进而导致了作业时间长、效率低、成本高；

2)主流的投球式打开压裂通道的作业方式，该工艺受井筒内径及压裂球尺寸的限制，使压裂层数受限制，不能根据实际的地质条件完成无限级的分层压裂改造，进而无法释放油井的全部产能，降低了油井的产效。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种无限级套管内压裂防砂一体化工艺管柱及其使用方法，该发明可以实现一趟管柱下入完成压裂、防砂作业，改变了现有的繁杂、低效的作业方式，提高了油气井的作业效率和开采生命周期，并降低了作业成本。

为了解决现有技术问题，本发明采用如下技术方案予以实施：

一种无限级套管内压裂防砂一体化工艺管柱，所述工艺管柱下入在套管内部，所述悬挂封隔器上部通过螺纹与钻杆连接，所述管柱包括悬挂封隔器、连接机构、外层管柱和内层管柱，所述外层管柱上设置有第一压裂机构和第二压裂机构；所述外层管柱上通过螺纹至少连接2组以上的第一压裂机构；所述外层管柱的底部通过螺纹连接有第二压裂机构；所述内层管柱的下端通过螺纹连接有解封机构；其中：

所述第一压裂机构由第一双层筛管、第一生产滑套、第二双层筛管、压裂滑套和隔离封隔器构成；所述第二压裂机构由第一双层筛管、第二生产滑套、第二双层筛管、隔离封隔器和压差滑套构成；所述解封机构由脱手机构、生产滑套件开启机构、喷砂器、底部拖动封隔器机构、压裂滑套关闭机构和冲管；所述底部拖动封隔器机构由胶筒、卡瓦和定位部组成，所述底部拖动封隔器机构设置在所述压差滑套下端；其中：所述管柱实现压裂防砂采用如下步骤：

101、所述第二压裂机构压裂防砂过程：

打开压差滑套：关闭钻杆与套管环空，钻杆内施压打开压差滑套，此时外层管柱通过压差滑套与地层连通；

压裂作业：向钻杆内部泵入砂浆，砂浆经脱手机构、冲管内部、生产滑套开启机构内腔、喷砂器端口、压差滑套和套管炮眼进入地层；

关闭压差滑套：上提管柱至设定高度，通过压裂滑套关闭机构将压差滑套关闭；

验封压差滑套关闭：下放管柱，将底部拖动封隔器设置在压差滑套的下方，通过上提、下放操作使底部拖动封隔器坐封在外层管柱上，井口操作防喷器关闭套管环空，向钻杆内泵入完井液，完井液依次经过脱手机构内腔、冲管内腔、喷砂器喷砂口，加压至设定压力值，压力在一定时长内不降，则证明压差滑套关闭；

打开生产滑套：上提管柱至设定高度，通过生产滑套开启机构将生产滑套打开；

201、所述第一压裂机构压裂防砂过程：

打开压裂滑套：上提管柱至设定高度，通过底部拖动封隔器下端的定位部，使底部拖动封隔器卡瓦锚定在压裂滑套的内套位置，同时，所述胶筒与压裂滑套内套密封，关闭套管与钻杆环空，向钻杆环空加压至设定压力值，推动所述胶筒、卡瓦带动压裂滑套内套下移，打开次压裂滑套；

压裂作业：向钻杆内部泵入砂浆，同时向钻杆与套管环空泵入完井液；砂浆依次经过钻杆内腔、悬挂封隔器脱手机构内腔、冲管内部、生产滑套开启机构内腔、喷砂器喷砂口、压裂滑套、套管炮眼进入地层；

关闭压裂滑套：上提管柱至设定高度，通过压裂滑套关闭机构将次底层压裂滑套关闭。

验封压裂滑套：下放管柱，将底部拖动封隔器锁定在压裂滑套的下方，通过上提、下放操作使底部拖动封隔器坐封在外层管柱上，关闭套管与钻杆环空，向钻杆内泵入完井液，完井液依次经过脱手机构内腔、冲管内腔、喷砂器喷砂口，加压至设定压力值，压力在一定时长不降，则证明关闭压裂滑套；

打开生产滑套：上提管柱至设定高度，使用生产滑套开启机构将生产滑套打开。

重复操作步骤101～201，直至压裂完成井筒内所有层位并打开外层管柱中所有生产滑套操作。

为了解决现有技术问题，本发明还可以采用如下技术方案：

一种无限级套管内压裂防砂一体化工艺管柱使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

管柱自动灌浆下入：井筒内完井液依次经过插入密封、单流阀、压裂滑套关闭机构与外层管柱之间环空、底部拖动封隔器与外层管柱之间环空，经喷砂器喷砂口进入内层管柱内腔，管柱下入过程无需灌浆，确保管柱内外压力平衡顺利下放至设计深度；

封隔器坐封：保持管柱处于自由悬重状态，确保悬挂封隔器及隔离封隔器避开套管接箍位置，钻杆内正加压至设定压力值，坐封悬挂封隔器和所有隔离封隔器；

验封悬挂封隔器：向钻杆与套管环空泵入完井液，加压至设定压力值，此时脱手机构上的硫化密封环与悬挂封隔器中心管密封，悬挂封隔器胶筒与套管内壁贴合密封，保持设定压力值至设定时长，通过观察压力值有无变化验证悬挂封隔器密封性能；

内层管柱脱手：通过操作井口钻杆上提、下放一定吨位观察管柱是否移动，验正悬挂封隔器坐挂装态；保持管柱下压状态，钻杆内正加压至设定压力，稳压一定时间后放压至零，上提钻杆完成内层管柱和外层管柱脱手，若此时脱手不成功，可通过正转操作钻杆一定圈数后上提管柱完成内层管柱与外层管柱的脱手；其中：

101、所述第二压裂机构压裂防砂过程：

打开压差滑套：关闭钻杆与套管环空，钻杆内加压打开压差滑套，此时外层管柱通过压差滑套与地层连通；

压裂作业：向钻杆内部泵入砂浆，砂浆经脱手机构、冲管内部、生产滑套开启机构内腔、喷砂器端口、压差滑套和套管炮眼进入地层；

关闭压差滑套：上提管柱至设定高度，通过压裂滑套关闭机构将压差滑套关闭；

验封压差滑套关闭：下放管柱，将底部拖动封隔器设置在压差滑套的下方，通过上提、下放操作使底部拖动封隔器坐封在外层管柱上，井口操作防喷器关闭套管与钻杆环空，向钻杆内泵入完井液，完井液依次经过脱手机构内腔、冲管内腔、喷砂器喷砂口，加压至设定压力值，压力在一定时长内不降，则证明压差滑套关闭。

打开生产滑套：上提管柱至设定高度，通过生产滑套开启机构将生产滑套打开；其中：

201、所述第一压裂机构压裂防砂过程：

打开压裂滑套：上提管柱至设定高度，通过底部拖动封隔器下端的定位部，使底部拖动封隔器卡瓦锚定在压裂滑套的内套位置，同时，所述胶筒与压裂滑套内套密封，向钻杆加压至设定压力值，推动所述胶筒、卡瓦带动压裂滑套内套下移，打开次压裂滑套；

压裂作业：向钻杆内部泵入砂浆，同时向钻杆与套管环空泵入完井液，关闭套管环空；砂浆依次经过钻杆内腔、悬挂封隔器脱手机构内腔、冲管内部、生产滑套开启机构内腔、喷砂器喷砂口、压裂滑套、套管炮眼进入地层；

关闭压裂滑套：上提管柱至设定高度，通过压裂滑套关闭机构将次底层压裂滑套关闭。

验封压裂滑套：下放管柱，将底部拖动封隔器锁定在压裂滑套的下方，通过上提、下放操作使底部拖动封隔器坐封在外层管柱上，井口操作防喷器关闭套管环空，向钻杆内泵入完井液，完井液依次经过脱手机构内腔、冲管内腔、喷砂器喷砂口，加压至设定压力值，压力在一定时长内不降，则证明压裂滑套关闭。

打开生产滑套：上提管柱至设定高度，使用生产滑套开启机构将生产滑套打开。

重复操作步骤101～201，直至压裂完成井筒内所有层位并打开外层管柱中所有生产滑套操作。

该发明核心内容可归结如下：

有益效果

本发明通过在外层套管上设置第一压裂机构和第二压裂机构，解决了现有技术在开采油田压裂过程中繁杂、低效的作业方式，实现一次性管柱下入，完成每层段的压裂作业后，打开每层段的生产滑套，即完成压裂防砂的一体化作业。另外，通过多个第一压裂机构在外层套管的设置可以实现管柱压裂作业层数无限制的作业方式。尤其是，本发明根据实际的地质条件完成无限级的分层压裂改造，进而释放油井的全部产能。

本发明中管柱制作工艺简单，生产过程高效、精简；有效提高了油气井的作业效率和开采生命周期，并降低了生产成本，适合在本领域中广泛推广应用。

附图说明

图1是本发明一种无限级套管内压裂防砂一体化管柱第一部分结构示意图；

图2是本发明一种无限级套管内压裂防砂一体化管柱第二部分结构示意图；

图3是本发明一种无限级套管内压裂防砂一体化管柱作业状态示意图；

图4是本发明一种无限级套管内压裂防砂一体化管柱底部结构示意图。

附图标记中：1-悬挂封隔器；2-快速连接机构；3-双层筛管；4-生产滑套；5-双层筛管；6-压裂滑套；7-隔离封隔器；8-压差滑套；9-单流阀；10-插入密封；11-悬挂封隔器脱手机构；12-生产滑套开启机构；13-喷砂器；14-底部拖动封隔器；141-胶筒；142-卡瓦；143-定位部15-压裂滑套关闭机构；16-冲管；17-钻杆；18-套管

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明做出如下说明：

如图1～图4所示，本发明提供一种无限级套管内压裂防砂一体化工艺管柱，所述工艺管柱下入在套管内部，所述悬挂封隔器上部通过螺纹与钻杆连接，所述管柱包括悬挂封隔器、连接机构、外层管柱和内层管柱，所述外层管柱上设置有第一压裂机构和第二压裂机构；所述外层管柱上通过螺纹至少连接2组以上的第一压裂机构；所述外层管柱的底部通过螺纹连接有第二压裂机构；所述内层管柱的下端通过螺纹连接有解封机构；其中：所述第一压裂机构由第一双层筛管3、第一生产滑套401、第二双层筛管5、压裂滑套6和隔离封隔器7构成；所述第二压裂机构由第一双层筛管3、第二生产滑套402、第二双层筛管5、隔离封隔器7和压差滑套8构成；所述解封机构由脱手机构11、生产滑套件开启机构12、喷砂器13、底部拖动封隔器14、压裂滑套关闭机构15和冲管16；所述底部拖动封隔器14由胶筒141、卡瓦142和定位部143组成，所述底部拖动封隔器设置在所述压差滑套下端；其中：所述管柱实现压裂防砂采用如下步骤：101、所述第二压裂机构压裂防砂过程：

打开压差滑套8：关闭钻杆17与套管18环空，钻杆内加压打开压差滑套8，此时外层管柱通过压差滑套8与地层连通；

压裂作业：向钻杆内部泵入砂浆，砂浆脱手机构11、冲管16内部、生产滑套开启机构12内腔、喷砂器13端口、压差滑套8和套管炮眼进入地层；

关闭压差滑套8：上提管柱至设定高度，通过压裂滑套关闭机构15将压差滑套8关闭；

验封压差滑套8关闭：下放管柱，将底部拖动封隔器14设置在压差滑套8的下方，通过上提、下放操作使底部拖动封隔器14坐封在外层管柱上，关闭套管与钻杆环空，向钻杆内泵入完井液，完井液依次经过脱手机构11内腔、冲管16内腔、喷砂器13喷砂口，加压至设定压力值，压力在一定时长内不降，则证明压差滑套关闭8；

打开第二生产滑套402：上提管柱至设定高度，通过生产滑套开启机构12将第二生产滑套402打开；

201、所述第一压裂机构压裂防砂过程：

打开压裂滑套6：上提管柱至设定高度，通过底部拖动封隔器14下端的定位部，使底部拖动封隔器14卡瓦142锚定在压裂滑套6的内套位置，同时，所述胶筒141与压裂滑套6内套密封，关闭套管与钻杆环空，向钻杆内泵入完井液至设定压力值，推动所述胶筒141、卡瓦142带动压裂滑套6内套下移，打开次压裂滑套6；

压裂作业：向钻杆内部泵入砂浆，同时向钻杆与套管环空泵入完井液；砂浆依次经过钻杆内腔、悬挂封隔器脱手机构11内腔、冲管16内部、生产滑套开启机构12内腔、喷砂器13喷砂口、压裂滑套6、套管炮眼进入地层；

关闭压裂滑套6：上提管柱至设定高度，通过压裂滑套关闭机构15将次底层压裂滑套6关闭；

验封压裂滑套6：下放管柱，将底部拖动封隔器14锁定在压裂滑套6的下方，通过上提、下放操作使底部拖动封隔器14坐封在外层管柱上，井口操作防喷器关闭套管环空，向钻杆内泵入完井液，完井液依次经过脱手机构11内腔、冲管16内腔、喷砂器13喷砂口，加压至设定压力值，压力在一定时长内不降，则证明压裂滑套关闭6；

打开第一生产滑套401：上提管柱至设定高度，使用生产滑套开启机构12将第一生产滑套401打开。

重复操作步骤101～102，直至压裂完成井筒内所有层位并打开外层管柱中所有生产滑套操作。

尽管上面对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。