電液雙控儲(chǔ)能式壓裂完井開關(guān)及開關(guān)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分段壓裂完井工藝，具體地說是電液雙控儲(chǔ)能式壓裂完井開關(guān)及開關(guān)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分段壓裂完井工藝是提高油田開發(fā)效果的重要手段，不僅實(shí)現(xiàn)了油井的穩(wěn)產(chǎn)，還能有效緩解層間矛盾，提高最終采收率。特別是在分段壓裂完井的過程中，準(zhǔn)確、及時(shí)封閉流向下層的液流通道，是分段壓裂完井工藝中關(guān)鍵的一步。
[0003]近幾年，裸眼投球滑套分段壓裂、管內(nèi)栗送橋塞分段壓裂等技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，也取得了較好的應(yīng)用效果。但隨著應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大、應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，現(xiàn)有技術(shù)暴露出一些不適應(yīng)性。對(duì)于投球打開滑套的壓裂方式，由于受施工管柱和工具設(shè)計(jì)尺寸的限制，僅能完成有限級(jí)數(shù)的分層壓裂改造，同時(shí)，低密度球及小通徑球座的存在，對(duì)井筒管流造成影響，增加流動(dòng)阻力，導(dǎo)致油井產(chǎn)量降低。對(duì)于管內(nèi)栗送橋塞分段壓裂方式，需要通過電纜作業(yè)逐級(jí)下入橋塞射孔、壓裂及壓裂后鉆除橋塞，施工周期較長(zhǎng)，動(dòng)用設(shè)備多，費(fèi)用高，后期鉆塞作業(yè)還可能對(duì)油層產(chǎn)生二次污染。目前采用的分層壓裂技術(shù)，一般不具備后期控制開采和選擇性開采的功能。近些年，國(guó)內(nèi)外許多科研院所和研究機(jī)構(gòu)都在致力于開發(fā)新的壓裂完井工藝，以滿足現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供電液雙控儲(chǔ)能式壓裂完井開關(guān)及開關(guān)控制方法，解決了常規(guī)的投球滑套分段壓裂，由于球座的存在，分層級(jí)數(shù)受限，并對(duì)油井產(chǎn)量造成影響，且不具備后期控制開采和選擇性開采等問題。
[0005]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案，電液雙控儲(chǔ)能式壓裂完井開關(guān)，包括自上而下依次連接的上接頭、中心管、傳壓外筒、滑套外筒、外護(hù)套、下接頭，所述中心管上設(shè)置儲(chǔ)能裝置，所述滑套外筒內(nèi)部設(shè)置滑套系統(tǒng)，所述滑套外筒和外護(hù)套內(nèi)部設(shè)置液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，所述中心管、傳壓外筒、滑套外筒均開設(shè)相連通的傳壓孔，所述儲(chǔ)能裝置、滑套系統(tǒng)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)通過傳壓孔相連通。
[0006]所述滑套外筒下半部分與外護(hù)套之間還設(shè)置控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括控制裝置、高溫電池組及電磁換向閥，控制裝置由無線接收裝置、控制器組成，控制裝置、高溫電池組安裝在滑套外筒與外護(hù)套圍成的前空腔內(nèi)，電磁換向閥安裝在滑套外筒與外護(hù)套圍成的后空腔內(nèi)，電磁換向閥的兩個(gè)出口分別與滑套外筒上半部分開設(shè)的兩個(gè)傳壓孔連接，一個(gè)進(jìn)口與滑套外筒下半部分開設(shè)的傳壓孔連接，控制裝置與電磁換向閥通過信號(hào)管線連接，信號(hào)管線布置在滑套外筒與外護(hù)套圍成的側(cè)方環(huán)形槽內(nèi)。
[0007]所述液壓傳動(dòng)系統(tǒng)包括油腔、下活塞，油腔是由滑套外筒底部、外護(hù)套和下接頭圍成的空腔，外護(hù)套上下分別與滑套外筒和下接頭通過螺紋連接，滑套外筒的上部厚臂內(nèi)沿軸向開有兩個(gè)傳壓孔，下部厚臂內(nèi)沿軸向開有一個(gè)傳壓孔，滑套外筒上部外壁上沿徑向開有出液口，下接頭內(nèi)壁上沿徑向開有進(jìn)液口。
[0008]所述儲(chǔ)能裝置包括充氮裝置、氮?dú)馇?、壓縮彈簧、壓縮螺母、上活塞，充氮裝置由自上而下依次連接的充氮接頭、球座、密封球、推桿及充氮彈簧組成，安裝在中心管厚壁內(nèi)的預(yù)制孔內(nèi)，傳壓外筒的上部與中心管的上部通過螺紋連接，形成的空腔為氮?dú)馇?，?nèi)部設(shè)置有壓縮彈簧、上活塞，壓縮彈簧頂端套有壓縮螺母，彈簧底部設(shè)置上活塞，壓縮螺母用于預(yù)緊壓縮彈簧，氮?dú)鈮毫皬椈深A(yù)緊力都作用在上活塞上，儲(chǔ)能裝置是用于給滑套系統(tǒng)提供關(guān)閉動(dòng)力。
[0009]所述滑套系統(tǒng)包括滑套、上油腔、下油腔、防轉(zhuǎn)銷釘，所述上、下油腔是由滑套及滑套外筒圍成的兩個(gè)空腔，兩個(gè)空腔分別與滑套外筒上部厚臂內(nèi)沿軸向開設(shè)的兩個(gè)傳壓孔相連通，上油腔還與氮?dú)馇幌噙B通，滑套內(nèi)壁上沿徑向開有進(jìn)液口。
[0010]為了達(dá)成上述另一目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案，該完井開關(guān)的控制方式采用電控，通過投入信號(hào)球發(fā)送無線信號(hào)指令來控制完井開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)方式采用電、液聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，控制方法的實(shí)現(xiàn)過程為:
初始狀態(tài):電磁換向閥處于關(guān)閉狀態(tài)，進(jìn)液口關(guān)閉，兩個(gè)出液口連通，滑套兩端油腔通過壓力管線和滑套外筒上面的兩個(gè)傳壓孔，以及電磁換向閥處于連通狀態(tài)，兩端壓力平衡，滑套不動(dòng)作，完井開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)；
電液雙控儲(chǔ)能式壓裂完井開關(guān)打開過程:完井開關(guān)內(nèi)的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接到打開指令后，控制電磁換向閥，閥芯動(dòng)作，傳動(dòng)系統(tǒng)油腔與滑套下油腔連通，當(dāng)管內(nèi)壓力達(dá)到剪釘剪斷壓力時(shí)，剪釘被剪斷，管內(nèi)壓力推動(dòng)下活塞向上移動(dòng)，油腔內(nèi)的壓力油進(jìn)入滑套下油腔推動(dòng)滑套上移，滑套上油腔內(nèi)的壓力油通過傳壓外筒上的傳壓孔進(jìn)入到氮?dú)馇幌旅媲皇?，推?dòng)上活塞上移，壓縮彈簧和氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)壓力存儲(chǔ)，完成儲(chǔ)能過程，完井開關(guān)出液口打開，進(jìn)行壓裂施工；
電液雙控儲(chǔ)能式壓裂完井開關(guān)關(guān)閉過程:壓裂施工結(jié)束后管內(nèi)壓力降低，氮?dú)馇粌?nèi)壓力大于管內(nèi)壓力，推動(dòng)上活塞下移，壓力油進(jìn)入到滑套上油腔，推動(dòng)滑套下移，滑套下油腔內(nèi)的壓力油回流到傳動(dòng)系統(tǒng)油腔，完井開關(guān)出液口封閉，之后控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接到關(guān)閉指令，控制電磁換向閥復(fù)位，關(guān)閉進(jìn)液口，完井開關(guān)恢復(fù)到初始關(guān)閉狀態(tài)，開關(guān)狀態(tài)不受管內(nèi)壓力影響；
重復(fù)上訴操作可實(shí)現(xiàn)完井開關(guān)多次開關(guān)操作。
[0011]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
該電液雙控儲(chǔ)能式壓裂完井開關(guān)，采用全通徑設(shè)計(jì)，分層級(jí)數(shù)不受限制。開關(guān)狀態(tài)采用電控方式，可重復(fù)開關(guān)，滿足后期選擇性開采等要求。驅(qū)動(dòng)方式采用電、液聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，電磁換向閥采用電力驅(qū)動(dòng)，用于開關(guān)滑套上下油腔進(jìn)液通道，閥芯采用壓力平衡式設(shè)計(jì)，閥芯動(dòng)作只需要克服摩擦力，操作動(dòng)力較小，可以選擇較小尺寸的電磁閥，滿足在狹小空間的安裝要求，滑套開關(guān)操作采用液壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力較大，有利于滑套上下移動(dòng)，保證滑套開關(guān)動(dòng)作的可靠性。
【附圖說明】
[0012]圖1是電液雙控儲(chǔ)能式壓裂完井開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的I處局部放大圖； 圖3是壓裂完井開關(guān)截面A-A的剖面圖；
圖4是壓裂完井開關(guān)截面B-B的剖面圖；
圖5是壓裂完井開關(guān)截面C-C的剖面圖；
圖6是壓裂完井開關(guān)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是電磁換向閥關(guān)閉狀態(tài)原理圖；
圖8是電磁換向閥開啟狀態(tài)原理圖。
[0013]圖中，上接頭1、充氮裝置2、壓縮螺母3、彈簧4、中心管5、活塞6、傳壓外筒7、傳壓孔8、滑套9、上油腔10、下油腔11、傳壓孔12、傳壓孔13、出液口 14、防轉(zhuǎn)銷釘15、滑套外筒16、高溫電池組17、控制裝置18、進(jìn)液口 19、電磁換向閥20、信號(hào)管線21、傳壓孔22、油腔23、下活塞24、進(jìn)液口 25、剪釘26、下活塞固定環(huán)27、外護(hù)套28、下接頭29、空腔30、環(huán)形槽31、空腔32。
【具體實(shí)施方式】
[0014]有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明及技術(shù)內(nèi)容，配合【附圖說明】如下，然而附圖僅提供參考與說明之用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。
[0015]根據(jù)圖1-8所示，電液雙控儲(chǔ)能式壓裂完井開關(guān)，主要由上接頭1、中心管5、傳壓外筒7、滑套外筒16、外護(hù)套28、下接頭29及內(nèi)部設(shè)置的儲(chǔ)能裝置、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及滑套系統(tǒng)組成。
[0016]儲(chǔ)能裝置包括充氮裝置2、氮?dú)馇?、彈?、壓縮螺母3、上活塞6。充氮裝置2由充氮接頭2-1、球座2-2、密封球2-3、推桿2-4及彈簧2_5組成，安裝在中心管5厚壁內(nèi)的預(yù)制孔內(nèi)，傳壓外筒7的上部與中心管5的上部通過螺紋連接，形成的空腔為氮?dú)馇唬瑑?nèi)部設(shè)置有壓縮螺母3、彈簧4、上活塞6，壓縮螺母3用于預(yù)緊彈簧4，氮?dú)鈮毫皬椈深A(yù)緊力都作用在上活塞6上。儲(chǔ)能裝置是用于給滑套9提供關(guān)閉動(dòng)力。
[0017]液壓傳動(dòng)系統(tǒng)包括油腔及壓力油23、壓力管線及傳壓孔12、13、22、傳壓孔8、下活塞24，油腔是由滑套外筒16、外護(hù)套28