可降解封隔器、多级分层压裂管柱及其压裂施工方法技术

本发明专利技术公开了一种可降解封隔器包括自上而下依次连接的上接头、上中心管和下中心管；在上中心管外侧自上而下依次套装有可降解锚定机构和可降解胶筒机构；在下中心管外侧自上而下依次套装有可降解上活塞、可降解下活塞和可降解卡瓦机构；通过可降解胶筒机构、可降解锚定机构和可降解卡瓦机构，使该封隔器形成双向稳定坐封，实现多层级压裂作业；该可降解封隔器与现有惯常使用的投球式滑套交替连接构成的一体式压裂管柱用于多层段分层压裂酸化、临时卡封、挤注作业或分层试油等，可实现多个封隔器一次性全部下入进行分层压裂；压裂完成后，通过注入降解液，使各封隔器内可降解部件及滑套内投球和球座全部降解，有效避免砂卡砂埋管柱的现象产生。

【技术实现步骤摘要】
可降解封隔器、多级分层压裂管柱及其压裂施工方法
本专利技术涉及石油天然气开采中用于多级压裂时分层封层的封隔器工具
，特别涉及一种可降解封隔器、多级分层压裂管柱及其压裂施工方法。
技术介绍
在油田的勘探开发过程中，由于油气井经常需要进行分层试油、分层段压裂等施工作业，在分层试油、分层段压裂施工作业中均要采用如封隔器桥塞类的井下工具，特别是在水平井施工作业中，往往需要进行多级封隔器多层段分别压裂，但在实际使用过程中，由于压裂加砂、高压施工产生套变等原因，使得封隔器易发生遇卡和无法提出等事故。造成后续需要进行打捞、钻磨等手段处理措施，不仅提高施工费用，而且使施工工期延长。为解决此类问题，技术人员提出了使用可降解材料制成的桥塞、封隔器，待施工完后，使其自行降解解除，避免了砂卡等施工风险。其中，已公开专利CN104612624A提供了一种可降解桥塞、定时滑套、分段压裂管柱及地层分段压裂方法；已公开专利CN105672941A提供了一种可降解免钻桥塞压裂工艺；这两件专利公开的可降解封隔器或桥塞均具有桥塞功能，虽然也是通过降解解除，但需要单个逐次下入，尚不能进行一次性下管柱，完成多层段施工。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种解决现有封隔器常常出现的砂卡砂埋管柱的不足及可降解封隔器单个逐次下入等问题的可降解封隔器。本专利技术的另一目的是提供一种适用于大斜度井、水平井压裂中封隔地层或井筒环空中并能够实现多级压裂时分层封层的多级分层压裂管柱及其压裂施工方法。为此，本专利技术技术方案如下：一种可降解封隔器，包括中心管和自上而下依次套装在所述中心管外侧的锚定机构、胶筒机构、上活塞、下活塞和卡瓦机构；其中，所述锚定机构、所述胶筒机构分别与所述中心管之间以存在缝隙的形式套装在所述中心管外侧，使所述锚定机构、所述胶筒机构分别与所述中心管之间形成第一环空空间，所述上活塞侧壁上开设有与所述第一环空空间连通的第一通孔；所述下活塞上侧内壁向内凹陷形成有环形台阶，使所述下活塞内壁与所述中心管外壁之间形成有第二环空空间，且所述第二环空空间与所述第二通孔形成连通；所述下活塞下侧外壁向内凹陷形成有环形台阶，在所述凹陷部外壁上自上而下加工有多排单向斜齿；在所述上活塞和所述下活塞的外侧套装有外套，所述外套固定在所述上活塞下侧外壁上；在所述外套底端外侧套装并固定有一止退环，所述止退环底端内壁向内侧延伸形成有环形台阶，所述外套靠近底端内壁向外凸起形成有环形凸台，使所述止退环内侧的环形台阶和所述外套内侧的环形凸台之间形成有一个内设有单面螺纹步进机构的环形凹槽，所述单面螺纹步进机构与所述下活塞外壁上的多排斜齿相互配合且能够进行单向运动，使所述下活塞相对于所述单面螺纹步进机构下行运动至任意位置并锁定。其中，所述中心管一般采用强度较高、不溶解的高强合金钢制造，便于承受大负荷和同管柱的连接，特殊情况下，也可采用可降解材料制作；如当压裂施工压力小于40MPa的特殊工况下可以采用可降解材料制作而成。所述锚定机构各部件、除胶筒外的胶筒机构各部件、上活塞、下活塞、外套、单面螺纹步进机构、卡瓦机构各部件、止退环均为采用可降解材料制成可降解部件；所述胶筒采用可降解橡胶制成。进一步地，所述可降解材料为MgAl12Ga3Zn2合金或含有0.03～0.08wt.％Nb和0.3～0.5wt.％Cu的MgAl12Ga3Zn2合金。如压裂施工压力较大，可以根据情况在可降解材料制成的可降解部件外表面再涂覆有一层Al2O3耐蚀强化层。进一步地，所述可降解橡胶为外表面包覆有磷酸二氢钾薄膜的聚氨酯橡胶。进一步地，位于所述卡瓦外侧侧壁上的卡瓦牙为90°三角牙型；所述卡瓦牙上覆有一层强化层，所述强化层为采用含有10～15％ZrO2和3.5～5％TiO2增强体的Al2O3粉末经火焰喷涂制作而成而成。一种采用上述可降解封隔器组装而成的水平井分层压裂管柱，包括自下而上依次连接的I级滑套、I级可降解封隔器、II级滑套、II级可降解封隔器、……、N级滑套、N级可降解封隔器，其中，N的个数与水平井内的待压裂层的个数一致；上述各部件之间通过钻杆或油管连接，使每级滑套和封隔器均能够对应下入至指定压裂层；所述滑套采用球座式滑套，且自下而上的各滑套内球座的内径依次增大。进一步地，每级滑配有与球座尺寸相适应的金属球；所述球座和所述金属球采用可降解材料制成；所述可降解材料为MgAl12Ga3Zn2合金或添加0.03～0.08wt.％的Nb和0.3～0.5wt.％的Cu的MgAl12Ga3Zn2合金。一种利用上述水平井分层压裂管柱实现的压裂施工方法，包括如下步骤：S1、将组装好的多级分层压裂管柱送入水平井内各压裂层处，其中，各级滑套位于各压裂层处，各级可降解封隔器分别位于压裂层上方和下方对应套管处；S2、投入与Ⅰ级滑套配套的金属球至Ⅰ级滑套处，地面打压至封隔器坐封压力值，使各级封隔器全部坐封，再提升压力使Ⅰ级滑套打开，进行Ⅰ层压裂施工；当Ⅰ层压裂施工完毕，地面压裂设备泄压；投入与Ⅱ级滑套配套的第二金属球至Ⅱ级滑套处，重复上述步骤，当Ⅱ层压裂施工完毕，地面压裂设备泄压；以此类推至全部五层压裂层全部施工完毕；S3、向压裂管柱和套管内注入溶解液，使封隔器各可降解部件完全浸在溶解液中，直至封隔器可降解部件以及各级滑套内的球座和可溶解球全部降解；S4、循环洗井，将降解后的絮状流体洗出，最后起出管柱，施工完毕。与传统封隔器相比，该可降解封隔器保持传统封隔器坐封强度的同时具有可降解功能，与现有惯常使用的投球式滑套交替连接组成一体式压裂管柱，可多级使用，且坐封压力一致、管柱通径一致，用于多层段分层压裂酸化、临时卡封、挤注作业或分层试油等，实现多个封隔器一次性全部下入，进行分层压裂；压裂完成后，通过注入降解液，使该可降解封隔器的可降解部件及滑套内的投球和球座全部降解，仅剩封隔器、滑套主体和连接油管等，便于上提取出，避免砂卡砂埋管柱的现象产生。附图说明图1为本专利技术的可降解封隔器的局部剖面结构示意图；图2为本专利技术的可降解封隔器的锚定机构的局部剖面结构示意图；图3为本专利技术的可降解封隔器的锚定机构的锚爪的立体结构示意图；图4为本专利技术的可降解封隔器的水平井分层压裂施工管柱连接关系示意图；图5为本专利技术的可降解封隔器的水平井分层压裂施工管柱中滑套的局部剖面结构示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的说明，但下述实施例绝非对本专利技术有任何限制。如图1所示，该可降解封隔器包括自上而下依次连接的上接头1、上中心管2和下中心管11；在所述上中心管2外侧自上而下依次套装有锚定机构3和胶筒机构4；在所述下中心管11外侧自上而下依次套装有上活塞5、下活塞6和卡瓦机构。通过所述胶筒机构4、所述锚定机构3和所述卡瓦机构，使该封隔器形成双向稳定坐封，实现多层级压裂作业。所述上接头1套装在所述上中心管2内侧且螺纹连接，所述下中心管11套装在所述上中心管2外侧且螺纹连接；所述上接头1内壁上开设有用于上方管柱螺纹连接的连接内螺纹，所述下中心管11的底端外壁上开设有用于与下方管柱连接的连接外螺纹，形成下接头12；所述下中心管11上部侧壁上开设有第二通孔17。其中，所述上接头1、所述上中心管2和所述下中心管11采用强度较高、不溶解的高强合金钢制造，具体地，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可降解封隔器，其特征在于，包括中心管和自上而下依次套装在所述中心管外侧的锚定机构(3)、胶筒机构(4)、上活塞(5)、下活塞(6)和卡瓦机构；其中，所述锚定机构(3)、所述胶筒机构(4)分别与所述中心管之间以存在缝隙的形式套装在所述中心管外侧，使所述锚定机构(3)、所述胶筒机构(4)分别与所述中心管之间形成第一环空空间，所述上活塞(5)侧壁上开设有与所述第一环空空间连通的第一通孔(501)；所述下活塞(6)上侧内壁向内凹陷形成有环形台阶，使所述下活塞(6)内壁与所述中心管外壁之间形成有第二环空空间，且所述第二环空空间与所述第二通孔(17)形成连通；所述下活塞(6)下侧外壁向内凹陷形成有环形台阶，在所述凹陷部外壁上自上而下加工有多排单向斜齿；在所述上活塞(5)和所述下活塞(6)的外侧套装有外套(7)，所述外套(7)固定在所述上活塞(5)下侧外壁上；在所述外套(7)底端外侧套装并固定有一止退环(13)，所述止退环(13)底端内壁向内侧延伸形成有环形台阶，所述外套(7)靠近底端内壁向外凸起形成有环形凸台，使所述止退环(13)内侧的环形台阶和所述外套(7)内侧的环形凸台之间形成有一个内设有单面螺纹步进机构(8)的环形凹槽，所述单面螺纹步进机构(8)与所述下活塞(6)外壁上的多排斜齿相互配合且能够进行单向运动，使所述下活塞(6)相对于所述单面螺纹步进机构(8)下行运动至任意位置并锁定；所述中心管采用合金钢或可降解材料制成；所述锚定机构(3)各部件、除胶筒外的胶筒机构各部件、上活塞(5)、下活塞(6)、外套(7)、单面螺纹步进机构(8)、卡瓦机构各部件、止退环(13)均采用可降解材料制成；所述胶筒采用可降解橡胶制成。...

【技术特征摘要】
1.一种可降解封隔器，其特征在于，包括中心管和自上而下依次套装在所述中心管外侧的锚定机构(3)、胶筒机构(4)、上活塞(5)、下活塞(6)和卡瓦机构；其中，所述锚定机构(3)、所述胶筒机构(4)分别与所述中心管之间以存在缝隙的形式套装在所述中心管外侧，使所述锚定机构(3)、所述胶筒机构(4)分别与所述中心管之间形成第一环空空间，所述上活塞(5)侧壁上开设有与所述第一环空空间连通的第一通孔(501)；所述下活塞(6)上侧内壁向内凹陷形成有环形台阶，使所述下活塞(6)内壁与所述中心管外壁之间形成有第二环空空间，且所述第二环空空间与所述第二通孔(17)形成连通；所述下活塞(6)下侧外壁向内凹陷形成有环形台阶，在所述凹陷部外壁上自上而下加工有多排单向斜齿；在所述上活塞(5)和所述下活塞(6)的外侧套装有外套(7)，所述外套(7)固定在所述上活塞(5)下侧外壁上；在所述外套(7)底端外侧套装并固定有一止退环(13)，所述止退环(13)底端内壁向内侧延伸形成有环形台阶，所述外套(7)靠近底端内壁向外凸起形成有环形凸台，使所述止退环(13)内侧的环形台阶和所述外套(7)内侧的环形凸台之间形成有一个内设有单面螺纹步进机构(8)的环形凹槽，所述单面螺纹步进机构(8)与所述下活塞(6)外壁上的多排斜齿相互配合且能够进行单向运动，使所述下活塞(6)相对于所述单面螺纹步进机构(8)下行运动至任意位置并锁定；所述中心管采用合金钢或可降解材料制成；所述锚定机构(3)各部件、除胶筒外的胶筒机构各部件、上活塞(5)、下活塞(6)、外套(7)、单面螺纹步进机构(8)、卡瓦机构各部件、止退环(13)均采用可降解材料制成；所述胶筒采用可降解橡胶制成。2.根据权利要求1所述的可降解封隔器，其特征在于，所述卡瓦机构包括自上而下依次套装在所述中心管外侧的锥体(9)、卡瓦(10)、卡瓦支撑套(15)和支撑环(16)；所述锥体(9)其上部套装在所述下活塞(6)底端外壁上并通过紧固螺钉(14)固定在所述下活塞(6)上、下部向内收缩形成与所述卡瓦(10)的上端面相互配合锥面；卡瓦支撑套(15)顶端抵在所述卡瓦(10)的底面上；所述支撑环(16)套装在所述卡瓦支撑套(15)外侧、底端内壁向内侧延伸形成以环形台阶，所述支撑环(16)通过加工在所述环形台阶内壁上的连接内螺纹连接固定在所述下中心管(11)上。3.根据权利要求1或2所述的可降...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐克彬，任勇强，张毅，孙海林，白田增，朱传宝，徐昊洋，杜鑫芳，杨小涛，提云，王中泽，张洪霖，曾浩，张连朋，
申请(专利权)人：中国石油集团渤海钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12