阅读说明：本技术 一种适应页岩气水平井封堵的整体式堵水管柱 (Integral water plugging pipe column suitable for plugging shale gas horizontal well ) 是由 管斌 程永红 程忱 徐兴权 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适应页岩气水平井封堵的整体式堵水管柱,其包括从上至下依次连接的油管、助座器、可钻封隔器及可溶堵塞芯子,所述助座器的最下端通过坐封推筒及可溶扶正套与可钻封隔器相连,在坐封推筒及可溶扶正套形成的筒形结构内设有丢手机构,所述丢手机构上端与助座器的中心管相连,下端与可钻封隔器相连,当可溶扶正套及可溶堵塞芯子溶解后,通过在液压丢手可实现助座器与封隔器的分离。本发明管柱耐温耐压性能高、能够利用一趟管柱实现液压坐封坐卡、堵水生产,解除时候先液压丢手,取出小直径助座器,然后钻铣相对短且易钻封隔器,恢复套管原通径,使用安全可靠,提高了施工效率。(The invention discloses an integral water plugging pipe column suitable for plugging a shale gas horizontal well, which comprises an oil pipe, a seat booster, a drillable packer and a soluble plugging core which are sequentially connected from top to bottom, wherein the lowest end of the seat booster is connected with the drillable packer through a setting push cylinder and a soluble centralizing sleeve, a releasing mechanism is arranged in a cylindrical structure formed by the setting push cylinder and the soluble centralizing sleeve, the upper end of the releasing mechanism is connected with a central pipe of the seat booster, the lower end of the releasing mechanism is connected with the drillable packer, and when the soluble centralizing sleeve and the soluble plugging core are dissolved, the separation of the seat booster and the packer can be realized through hydraulic releasing. The tubular column has high temperature resistance and pressure resistance, can realize hydraulic setting, setting and blocking and water plugging production by utilizing one-trip tubular column, firstly releases hydraulic pressure when relieving, takes out the small-diameter seat aid, then drills and mills the packer which is relatively short and easy to drill, recovers the original drift diameter of the casing, is safe and reliable to use, and improves the construction efficiency.)

一种适应页岩气水平井封堵的整体式堵水管柱

技术领域

本发明涉及页岩气开发用堵水管柱，尤其涉及一种适应页岩气水平井封堵的整体式堵水管柱。

背景技术

针对页岩气水平井上部出水，采用管柱堵水，也就是采用油管连接永久式封隔器卡封在出水段以下，利用油管作为生产通道。但是鉴于目前相对低的国际油气价，谋求更低成本、高效和风险的管柱是国内石油企业考虑主要方向。采用机械式坐封已经不能满足，目前国内外对于产气井堵水主要管柱是：1、油管连接助座器和永久式封隔器下入设计深度，液压坐封后丢手，起出管柱，然后下入带插管管柱，***永久式封隔器之中完井，插管可旋转退扣更换。2、油管连接永久式封隔器，下入后直接液压坐封坐卡，打掉球座生产。该永久式封隔器的液压活塞位于胶筒卡瓦以下，胶筒上部连接可旋转退扣插管，该插管可更换。这两种液压式永久式封隔器不适应页岩气水平井：1、页岩气井通常采用是带压作业而不是压井作业，如第一种作业方式，两趟管柱不带压起下成本较低不超过30万，如果采用带压起下，一趟成本就在200万以上，两趟就接近500万，对于这个成本，石油企业是很难满意。2、第二种一趟完成坐封坐卡完井的管柱，其液压活塞位于胶筒卡瓦以下，永久式封隔器均采用整体式卡瓦、可靠的防肩突机构，其坐封推力需要较大力，查询资料，目前市场有单级活塞也有多级活塞机构，单级活塞可能要侵占更多内径来提高活塞面积，但无论那种方式，这种结构最终钻铣至活塞时还需打捞，施工风险较大。在水平段打捞鱼顶不规则且不防转的物体相对比较困难。另外插管采用的旋转退扣脱开方式，不利于在水平段带压作业丢手。

本发明提供一种可以安全可靠封堵页岩气水平井上部出水的管柱技术方案。管柱耐温耐压性能高、能够利用一趟管柱实现液压坐封坐卡、堵水生产，解除时候先液压丢手，取出小直径助座器，然后钻铣相对短且易钻封隔器，恢复套管原通径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种适应页岩气水平井封堵的整体式堵水管柱，能够利用一趟管柱实现液压坐封坐卡、堵水生产，解除时候先液压丢手，取出小直径助座器，然后钻铣相对短且易钻封隔器，恢复套管原通径，使得施工效率大大提高。

本发明所采用的技术方案为：一种适应页岩气水平井封堵的整体式堵水管柱，其包括从上至下依次连接的油管、助座器、可钻封隔器及可溶堵塞芯子，其特征在于：所述助座器通过多级液压活塞助推，每级液压活塞包括中心管以及活塞套，所述助座器的最下端通过坐封推筒及可溶扶正套与可钻封隔器相连，液压力由中心管上的传压孔进入对应的活塞腔，在设定压差作用的作用力下，推动下级活塞结构及坐封推筒，进而实现可钻封隔器坐封，在坐封推筒及可溶扶正套形成的筒形结构内设有丢手机构，所述丢手上端与助座器的中心管相连，下端与可钻封隔器相连，当可溶扶正套及可溶堵塞芯子溶解后，通过在液压丢手可实现助座器与封隔器的分离。

按上述技术方案，助座器非可溶部分外径小于可钻封隔器外径，大于油管接箍外径，便于丢手后起出，可溶扶正器外径大于可钻封隔器外径，在下井过程中充当扶正和抗冲击作用，防止封隔器下井提前坐封，正常堵水生产一段时间自行溶解。

按上述技术方案，所述丢手机构包括丢手中心管、与丢手中心管下端通过丢手销钉连接的支撑套、套设在丢手中心管外的坐封推筒、在支撑套与坐封推筒之间设置有爪式锁指，所述爪式锁指的下端连接内螺纹套，所述爪式锁指的爪手通过支撑套密封压装在内螺纹套上端的锁槽内，所述内螺纹套与可钻封隔器固连，在支撑套上设有径向泄压通道，当支撑套下行时，支撑套与爪式锁指之间形成侧面泄压通道，通过侧面泄压通道及径向泄压通道进行泄压，所述坐封推筒的下端通过可溶扶正套与可钻封隔器相连。

按上述技术方案，所述支撑套的上端内部设有倒锥形密封面，下端伸入可钻封隔器的中心管内，并可相对其滑移。

按上述技术方案，所述爪式锁指包括上段、终端、下段，上端与中心管密封配置，中段及下端形成多个周向设置的锁指，下端通过右旋螺纹与内螺纹套相连，在中段设有内径逐渐变大的内凹槽，所述内凹槽位于丢手销钉的下方，当支撑套下行落入内凹槽时，能挂住支撑套。

按上述技术方案，所述内螺纹套与支撑套之间设有环隙，其上端设有锁槽，与爪式锁指上的锁指密封连接。

按上述技术方案，所述支撑套的上端外壁设有凸缘，该凸缘与爪式锁指密封连接，所述径向泄压通道包括安设在凸缘下方的上泄压口和安设在支撑套下方的下泄压口。

按上述技术方案，所述上泄压口为支撑套铣槽，下泄压口为支撑套割缝。

按上述技术方案，所述可钻封隔器包括中心锁齿管，在中心锁齿管外依次设有上部锁齿套、上卡瓦组件、胶筒及护肩组件、下卡瓦组件，所述上部锁齿套与棘轮锁环相配合，所述内螺纹套与中心锁齿管相连，可溶堵塞芯子与中心锁齿管的下端部密封连接。

按上述技术方案，内螺纹套与中心锁齿管的锥形螺纹连接密封，上部锁齿套与内螺纹套铣槽销钉固定。

本发明所取得的有益效果为：

1、本发明管柱耐温耐压性能高、能够利用一趟管柱实现液压坐封坐卡、堵水生产，解除时候先液压丢手，取出小直径助座器，然后钻铣相对短且易钻封隔器，恢复套管原通径，使用安全可靠，大大的提供了施工效率。

2、丢手机构的爪式锁指采用爪式的锥形右螺旋与内螺纹套互相嵌合连接，在支撑套支撑下维持不丢手状态，螺纹连接式互相嵌合面大，深度浅，丢手可靠，连接强度较高。

3、采用割缝式泄压通道，有效防止生产气携带砂粒进入丢手机构，提高丢手可靠性。

附图说明

图1为本发明的整体式堵水管柱结构图。

图2为本发明助座器和可钻封隔器一体式结构图(分隔两块)。

图3为本发明丢手机构泄压通道示意图。

图4为本发明中支撑套铣槽结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-4所示，本实施例提供了一种适应页岩气水平井封堵的整体式堵水管柱，其包括从上至下依次连接的油管、工作筒1、助座器2、丢手机构3、可钻封隔器4及可溶堵塞芯子28。

所述助座器为多级活塞机构，每级活塞机构包括中心管6和活塞套5，依次内外连接，多级活塞下端依次连接坐封推筒8和可溶扶正套14。本实施例提供的助座器为四级活塞机构，液压力由中心管上的传压孔进入对应的活塞腔，在设定压差作用的作用力下，推动下级活塞结构及坐封推筒，进而实现可钻封隔器坐封。在生产时其助座器完成助座功能后，充当生产通道。坐封推筒8为可调节可钻封隔器4和助座器2之间连接间隙。助座器非可溶部分外径小于可钻封隔器，大于2⁷/₈UP TBG油管接箍，可溶扶正器外径大于可钻封隔器，其可溶扶正套在坐封后一段时间内可溶解，起出安全性好。

所述丢手机构包括丢手中心管7、与丢手中心管7下端通过丢手销钉10连接的支撑套12、套设在丢手中心管外的坐封推筒8、在支撑套12与坐封推筒8之间设置有爪式锁指11，丢手中心管7连接四级活塞中心管下端，爪式锁指11采用爪式锥形右螺旋与内螺纹套13互相嵌合连接，所述爪式锁指11的爪手通过支撑套12密封压装在内螺纹套上端的锁槽内，在支撑套12支撑下维持不丢手状态。所述内螺纹套13与可钻封隔器的上部锁齿套15固连，在支撑套12上设有径向泄压通道，当支撑套下行时，支撑套12与爪式锁指之间形成侧面泄压通道，通过侧面泄压通道及径向泄压通道进行泄压。所述坐封推筒8的下端通过可溶扶正套14与可钻封隔器相连。如图3所示泄压通道，爪式锁指11采用爪式的锥形右螺旋与内螺纹套13互相嵌合连接，在支撑套12支撑下维持不丢手状态。后期投入钢球9，液压推行支撑套12下行，支撑套密封圈离开密封面进入大直径的内凹型空间30，失去密封，压力通过支撑套铣槽29，从支撑套割缝31泄压。支撑套最后被爪式锁指11内台阶挂住，丢手分离时候可携带取出。

本实施例中，所述支撑套12的上端内部设有倒锥形密封面，下端伸入可钻封隔器的中心锁齿管23内，并可相对其滑移。

本实施例中，所述爪式锁指11包括上段、终端、下段，上端与中心管7密封配置，中段及下端形成多个周向设置的锁指，下端通过右旋螺纹与内螺纹套相连，在中段设有内径逐渐变大的内凹槽30，所述内凹槽位于丢手销钉10的下方，当支撑套12下行落入内凹槽时，能挂住支撑套12。

所述内螺纹套13与支撑套12之间设有环隙，其上端设有锁槽，与爪式锁指上的锁指密封连接。

所述支撑套12的上端外壁设有凸缘，该凸缘与爪式锁指密封连接，所述径向泄压通道包括安设在凸缘下方的上泄压口和安设在支撑套下方的下泄压口。具体的，所述上泄压口为支撑套铣槽29，下泄压口为支撑套割缝31。支撑套割缝31采用≤0.5mm的割缝，一方面是泄压通道，另一方面是为了防止砂粒进入丢手机构。

本实施例中的可溶扶正套14，其外径大于封隔器。在下井过程中充当扶正和抗冲击作用，防止封隔器下井提前坐封，正常堵水生产一段时间自行溶解。

可钻封隔器采用高强度球墨铸铁和铝合金加工而成。所述可钻封隔器包括中心锁齿管23，在中心锁齿管23外依次设有上部锁齿套15、上卡瓦组件(包括上卡瓦17与上锥体18)、胶筒及护肩组件(中胶筒22及其两侧的端胶筒21、可变形软金属护肩20、分瓣式护肩19)、下卡瓦组件(包括下卡瓦和下锥体24)，所述上部锁齿套15与棘轮锁环16相配合，内螺纹套13与中心锁齿管23锥形螺纹连接密封。卡瓦与锥体结合采用六均分的斜面，卡瓦根部与上部锁齿套15和下接头26相互嵌合，在可钻封隔器上部锁齿套内置棘轮锁环锁紧，同时下锥体24也内置防转锁紧，使封隔器具有较好的防转可钻性能。其中，上部锁齿套15与内螺纹套铣槽销钉固定。可溶堵塞芯子与中心锁齿管的下端部密封连接，通过坐封剪钉27固定，并连接下接头26,将防转锁环25装入下锥体24。内螺纹套13与中心锁齿管23锥形螺纹连接密封。上部锁齿套15与内螺纹套铣槽销钉固定。可溶堵塞芯子28打掉后一段时间内自行溶解。

施工时，通过可溶堵塞芯子28密封管柱，带压作业下入设计深度，油管液压坐封坐卡可钻封隔器4，分隔出水层和产气层，继续提高压力打掉可溶堵塞芯子28，经过一段时间生产，可溶堵塞芯子自行溶解，同时助座器上可溶扶正套也自行溶解。产气经可钻封隔器4、助座器2、油管产出。后期需要解除时，投入Ф50.8mm钢球9，落入丢手机构3，2个工作筒最小内径58mm，助座器内径60mm，丢手机构最小内径50mm。液压丢手，助座器外径96mm，稍大于2⁷/₈UP TBG油管接箍93mm，起出安全性好。

具体为：管柱下至设计深度，在可溶堵塞芯子28密封情况下，液压力由四级中心管传压孔进入四级活塞腔，在压差作用的强大作用力下，推动坐封推筒8、可溶扶正套14、上部锁齿套15、棘轮锁环16、卡瓦17、上锥体18、分瓣式护肩19等，压缩胶筒，护肩系统进行扩张保护，棘轮锁环16和防转锁环25的单向运动锁止，达到设计压力后，继续提高压力打掉可溶堵塞芯子28，即可完成坐封坐卡。可溶堵塞芯子28一段时间后自行溶解，可钻封隔器与助座器内通道为生产通道。坐封推筒8紧连的可溶扶正套14在随后一段时间内也自行溶解。

需要解除管柱卡封状态时，投入Ф50.8mm钢球9，落入丢手机构最小内径50mm密封斜面，液压至压力突降，液压推行支撑套12下行，支撑套密封圈离开密封面进入大直径的内凹型空间30，失去密封，压力通过侧面泄压通道(支撑套与内凹型空间30之间的环隙)及支撑套铣槽29，从支撑套割缝31泄压。见图3丢手机构泄压通道和支撑套铣槽。此时爪式锁指11与内螺纹套13由于失去支撑，从中脱离，支撑套由于被爪式锁指11内台阶挂住，可携带取出。由于可溶扶正套已溶解，此时助座器最大外径仅96mm，稍微大于2⁷/₈UP TBG油管接箍外径93mm，起出安全性较好。

钻铣时候，由于防转锁环25紧固这下卡瓦，在钻铣时候保持结构防转，当钻铣至防转锁环25处时，剩余以及松动脱开，可采用可退式捞矛或者强磁打捞，或者采用推至人工井底，由于下接头设置两尖角，可锚定人工井底，防止转动，便于继续钻铣。