分支井分段压裂完井井下成套设备及方法.pdf

本发明提供了一种分支井分段压裂完井井下成套设备及方法，所述设备包括定位工具串或支井眼压裂工具串；定位工具串包括从上到下能拆装地连接的钻杆、定向短节和定位装置；定位装置包括从上到下能拆装地连接的下放系统和密封基座；下放系统包括从上到下设置的连接杆和锥形胀塞；密封基座的下部固定连接丝堵，密封基座包括从上到下设置的密封部和容置部，锥形胀塞置于容置部的内腔中；容置部、丝堵和锥形胀塞围成推动腔，推动腔推动锥形胀塞向上运动挤压密封部沿径向扩张；支井眼压裂工具串包括从上到下依次能拆装地连接的钻杆、丢手工具和支井眼分段压裂完井管柱。本发明的设备及方法能将压裂管柱串送入到位，提高压裂的安全性。

1.  一种分支井分段压裂完井井下成套设备，其特征在于，所述分支井分段压裂 完井井下成套设备包括定位工具串或支井眼压裂工具串；
所述定位工具串包括从上到下依次能拆装地连接的钻杆、定向短节和定位装置； 所述定位装置包括从上到下依次连接的下放系统和用于与套管的内壁配合的密封基 座，所述下放系统与所述密封基座能拆装地连接；
所述下放系统包括从上到下依次设置的连接杆和锥形胀塞；所述密封基座为中空 筒，所述密封基座的下部固定连接一用于封隔的丝堵；所述密封基座包括从上到下依 次设置的能沿径向扩张的密封部和容置部，所述容置部的内径大于所述密封部的内 径，所述锥形胀塞置于所述容置部的内腔中且位于所述丝堵的上方；所述容置部的内 壁、所述丝堵和所述锥形胀塞的下端面围成推动腔，通过所述推动腔的压力推动所述 锥形胀塞的向上运动挤压所述密封部沿径向扩张；
所述支井眼压裂工具串包括从上到下依次能拆装地连接的所述钻杆、丢手工具和 支井眼分段压裂完井管柱。

2.  根据权利要求1所述的分支井分段压裂完井井下成套设备，其特征在于，所 述丢手工具包括从上到下依次能拆装地连接的上丢手工具和下丢手工具；
所述上丢手工具包括从上到下依次能拆装地连接的上丢手送入工具和上丢手回 接插筒，所述上丢手回接插筒的上端具有朝上开口的插接槽，所述上丢手送入工具能 插拔地置于所述插接槽中。

3.  根据权利要求2所述的分支井分段压裂完井井下成套设备，其特征在于，所 述支井眼压裂工具串还包括从上到下依次连接的压裂油管柱和回接插管，所述回接插 管能插入所述插接槽中。

4.  根据权利要求2所述的分支井分段压裂完井井下成套设备，其特征在于，所 述下丢手工具与所述上丢手回接插筒通过液压丢手或投球丢手分离，所述上丢手送入 工具与所述上丢手回接插筒通过倒扣丢手分离。

5.  根据权利要求1所述的分支井分段压裂完井井下成套设备，其特征在于，所 述密封基座的上端面为导向斜面，所述密封基座的侧壁上设置键槽，所述键槽的侧壁 具有切口，所述键槽的侧壁在所述切口处与所述导向斜面相交；
所述分支井分段压裂完井井下成套设备还包括回收斜向器，所述回收斜向器的上 端设置开窗斜面，所述回收斜向器的下端伸入所述中空筒内并与所述密封基座能拆装 地连接；所述回收斜向器的侧壁上设置能与所述键槽相配合的定位键，所述定位键通 过所述切口滑入所述键槽内。

6.  根据权利要求5所述的分支井分段压裂完井井下成套设备，其特征在于，所 述回收斜向器的侧壁上设置能沿径向伸缩的锁定销，所述中空筒的侧壁上设置销孔， 所述锁定销沿径向伸出并与所述销孔相配合。

7.  根据权利要求5所述的分支井分段压裂完井井下成套设备，其特征在于，所 述键槽的切口位于所述导向斜面的下端。

8.  根据权利要求1所述的分支井分段压裂完井井下成套设备，其特征在于，所 述下放系统还包括限位件，所述限位件套装在所述连接杆的外部，所述限位件的下端 面为与所述导向斜面相配合的限位斜面。

9.  根据权利要求1所述的分支井分段压裂完井井下成套设备，其特征在于，所 述丝堵封盖在所述中空筒的下端面上。

10.  根据权利要求1所述的分支井分段压裂完井井下成套设备，其特征在于，所 述锥形胀塞的截面面积从上到下逐渐缩小。

11.  一种分支井分段压裂完井方法，其特征在于，采用如权利要求1至10任一 项所述的分支井分段压裂完井井下成套设备，所述分支井分段压裂完井方法包括如下 步骤：
S10，套管固井后，钻主井眼，完成主井眼分段压裂；
S20，定位工具串下放到预定井深，在井口打压使定位装置的密封基座与所述套 管的内壁紧密贴合，丝堵封隔所述主井眼；上提所述钻杆，所述定位装置的下放系统 与所述密封基座分离；
S30，下放陀螺仪，测量所述密封基座的导向斜面的实际方位角，计算所述实际 方位角与预定的设计方位之间的相位差，回收所述陀螺仪；
S40，在井口调整回收斜向器，所述钻杆将所述回收斜向器下放到所述密封基座， 所述回收斜向器与所述密封基座锁定；上提所述钻杆，所述回收斜向器与所述钻杆丢 手；
S50，在所述回收斜向器的开窗斜面处开窗，侧钻支井眼；下放支井眼压裂工具 串到所述支井眼内，完成支井眼分段压裂作业，起出位于所述套管内的丢手工具；
S60，所述钻杆下放套铣筒，所述套铣筒回收所述回收斜向器；所述钻杆下放磨 鞋磨铣所述丝堵，连通所述主井眼和所述支井眼。

12.  根据权利要求11所述的分支井分段压裂完井方法，其特征在于，所述S50 中，下放支井眼压裂工具串到所述支井眼内包括步骤S510，所述钻杆下放从上到下 依次能拆装地连接的上丢手工具、下丢手工具和支井眼分段压裂完井管柱，所述上丢 手工具包括从上到下依次能拆装地连接的上丢手送入工具和上丢手回接插筒；所述钻 杆下放到位后，所述下丢手工具位于所述支井眼中；
上提所述钻杆，所述上丢手送入工具与所述上丢手回接插筒丢手；压裂油管柱的 下端连接回接插管，所述回接插管插入所述上丢手回接插筒，实现所述压裂油管柱的 回接；所述压裂油管柱与所述支井眼分段压裂完井管柱对接，形成密闭通道，进行支 井眼分段压裂作业；
起出位于所述套管内的丢手工具包括步骤S520，在井口打压，所述下丢手工具 与所述上丢手回接插筒丢手，起出所述压裂油管柱、所述回接插管和所述上丢手回接 插筒。

分支井分段压裂完井井下成套设备及方法
技术领域
本发明涉及石油天然气行业的钻完井技术领域，特别涉及一种用于分支井分段压 裂的完井井下成套设备及方法。
背景技术
多分支井是在一个主井筒中的不同深度上钻出几个井筒用于开采不同深度油层 的井。该技术可以增大泻油面积，提高油井产量，全面减少油藏开发成本。在低孔、 低渗、低压和非均质油气藏中，在分支井眼内进行分段压裂，可以有效提高单井产量。
常规技术中一般使用压裂油管柱将压裂管柱串直接送入到位后再进行压裂，由于 油管柱的重量较轻，刚度小，在大位移水平井中经常发生送不到位的情况，如在实际 作业中经过反复送入仍不到位，往往就在送入位置处直接压裂，影响压裂效果，不能 明显提高单井产量。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提出一种分支井分段压裂完井井下成套设备及方 法，分支井分段压裂完井井下成套设备利用定位装置在井筒中可靠地定位，以便压裂 管柱串能送入到位，提高压裂的安全性。
本发明的一种分支井分段压裂完井井下成套设备，包括定位工具串或支井眼压裂 工具串；
所述定位工具串包括从上到下依次能拆装地连接的钻杆、定向短节和定位装置； 所述定位装置包括从上到下依次连接的下放系统和用于与套管的内壁配合的密封基 座，所述下放系统与所述密封基座能拆装地连接；
所述下放系统包括从上到下依次设置的连接杆和锥形胀塞；所述密封基座为中空 筒，所述密封基座的下部固定连接一用于封隔的丝堵；所述密封基座包括从上到下依 次设置的能沿径向扩张的密封部和容置部，所述容置部的内径大于所述密封部的内 径，所述锥形胀塞置于所述容置部的内腔中且位于所述丝堵的上方；所述容置部的内 壁、所述丝堵和所述锥形胀塞的下端面围成推动腔，通过所述推动腔的压力推动所述 锥形胀塞的向上运动挤压所述密封部沿径向扩张；
所述支井眼压裂工具串包括从上到下依次能拆装地连接的所述钻杆、丢手工具和 支井眼分段压裂完井管柱。
进一步地，所述丢手工具包括从上到下依次能拆装地连接的上丢手工具和下丢手 工具；
所述上丢手工具包括从上到下依次能拆装地连接的上丢手送入工具和上丢手回 接插筒，所述上丢手回接插筒的上端具有朝上开口的插接槽，所述上丢手送入工具能 插拔地置于所述插接槽中。
更进一步地，所述支井眼压裂工具串还包括从上到下依次连接的压裂油管柱和回 接插管，所述回接插管能插入所述插接槽中。
作为一种可实施的方式，所述下丢手工具与所述上丢手回接插筒通过液压丢手或 投球丢手分离，所述上丢手送入工具与所述上丢手回接插筒通过倒扣丢手分离。
进一步地，所述密封基座的上端面为导向斜面，所述密封基座的侧壁上设置键槽， 所述键槽的侧壁具有切口，所述键槽的侧壁在所述切口处与所述导向斜面相交；
所述分支井分段压裂完井井下成套设备还包括回收斜向器，所述回收斜向器的上 端设置开窗斜面，所述回收斜向器的下端伸入所述中空筒内并与所述密封基座能拆装 地连接；所述回收斜向器的侧壁上设置能与所述键槽相配合的定位键，所述定位键通 过所述切口滑入所述键槽内。
作为一种可实施的方式，所述回收斜向器的侧壁上设置能沿径向伸缩的锁定销， 所述中空筒的侧壁上设置销孔，所述锁定销沿径向伸出并与所述销孔相配合。
更进一步地，所述键槽的切口位于所述导向斜面的下端。
更进一步地，所述下放系统还包括限位件，所述限位件套装在所述连接杆的外部， 所述限位件的下端面为与所述导向斜面相配合的限位斜面。
作为一种可实施的方式，所述丝堵封盖在所述中空筒的下端面上。
进一步地，所述锥形胀塞的截面面积从上到下逐渐缩小。
本发明还提出一种分支井分段压裂完井方法，采用上述的分支井分段压裂完井井 下成套设备，所述分支井分段压裂完井方法包括如下步骤：
S10，套管固井后，钻主井眼，完成主井眼分段压裂；
S20，定位工具串下放到预定井深，在井口打压使定位装置的密封基座与所述套 管的内壁紧密贴合，丝堵封隔所述主井眼；上提所述钻杆，所述定位装置的下放系统 与所述密封基座分离；
S30，下放陀螺仪，测量所述密封基座的导向斜面的实际方位角，计算所述实际 方位角与预定的设计方位之间的相位差，回收所述陀螺仪；
S40，在井口调整回收斜向器，所述钻杆将所述回收斜向器下放到所述密封基座， 所述回收斜向器与所述密封基座锁定；上提所述钻杆，所述回收斜向器与所述钻杆丢 手；
S50，在所述回收斜向器的开窗斜面处开窗，侧钻支井眼；下放支井眼压裂工具 串到所述支井眼内，完成支井眼分段压裂作业，起出位于所述套管内的丢手工具；
S60，所述钻杆下放套铣筒，所述套铣筒回收所述回收斜向器；所述钻杆下放磨 鞋磨铣所述丝堵，连通所述主井眼和所述支井眼。
进一步地，所述S50中，下放支井眼压裂工具串到所述支井眼内包括步骤S510， 所述钻杆下放从上到下依次能拆装地连接的上丢手工具、下丢手工具和支井眼分段压 裂完井管柱，所述上丢手工具包括从上到下依次能拆装地连接的上丢手送入工具和上 丢手回接插筒；所述钻杆下放到位后，所述下丢手工具位于所述支井眼中；
上提所述钻杆，所述上丢手送入工具与所述上丢手回接插筒丢手；压裂油管柱的 下端连接回接插管，所述回接插管插入所述上丢手回接插筒，实现所述压裂油管柱的 回接；所述压裂油管柱与所述支井眼分段压裂完井管柱对接，形成密闭通道，进行支 井眼分段压裂作业；
起出位于所述套管内的丢手工具包括步骤S520，在井口打压，所述下丢手工具 与所述上丢手回接插筒丢手，起出所述压裂油管柱、所述回接插管和所述上丢手回接 插筒。
本发明相比于现有技术的有益效果在于：在分支井分段压裂完井井下成套设备及 方法中，定位装置为回收斜向器的下放位置、支井眼的开窗位置和支井眼的定向钻进 提供可靠的定位基准。分支井分段压裂完井井下成套设备采用钻杆可以保证将定位装 置下放到预定井深，有利于保证侧钻支井眼的位置准确。采用钻杆下入支井眼分段压 裂完井管柱，相比于常规技术的下入方式，本发明能保证管柱下放到位，提高了压裂 作业的安全性，提高单井产量。
附图说明
图1为套管固井后钻出的主井眼的结构示意图；
图2为在主井眼中下放主井眼分段压裂完井管柱的结构示意图；
图3为在套管中使用钻杆下放定位工具串的结构示意图；
图4为上提钻杆使下放系统与密封基座丢手分离的结构示意图；
图5为钻杆下放陀螺仪到密封基座上的结构示意图；
图6为回收斜向器与密封基座的爆炸示意图；
图7为钻杆下放回收斜向器到密封基座上的结构示意图；
图8为钻杆与回收斜向器丢手分离的结构示意图；
图9为在回收斜向器的开窗斜面处侧钻出的支井眼的结构示意图；
图10为钻杆下放支井眼压裂工具串到支井眼中的结构示意图；
图11为上丢手送入工具与上丢手回接插筒丢手分离的结构示意图；
图12为压裂油管柱下端的回接插管与上丢手回接插筒连接的结构示意图；
图13为上丢手回接插筒与下丢手工具丢手分离的结构示意图；
图14为钻杆下放套铣筒到套管中的结构示意图；
图15为回收斜向器被套铣筒回收后分支井的结构示意图；
图16为钻杆下放磨鞋到套管中的结构示意图；
图17为丝堵磨铣后主井眼和支井眼连通的结构示意图。
附图标记：
1-套管；2-主井眼；3-主井眼分段压裂完井管柱；
4-密封基座；41-密封部；42-容置部；43-导向斜面；44-键槽；45-销孔；
5-下放系统；51-连接杆；52-锥形胀塞；53-限位斜面；
6-钻杆；7-定向短节；8-丝堵；9-陀螺仪；
10-回收斜向器；101-开窗斜面；102-定位键；
11-支井眼；12-支井眼分段压裂完井管柱；13-下丢手工具；
14-上丢手工具；141-上丢手送入工具；142-上丢手回接插筒；
15-回接插管；16-压裂油管柱；17-套铣筒；18-磨鞋。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
请参阅图1和图2所示，套管1固井后，钻主井眼2，下放主井眼分段压裂完井 管柱3，采用常规工艺进行主井眼分段压裂作业，主井眼分段压裂作业完成后，主井 眼分段压裂完井管柱3留在井底。
本发明的一种分支井分段压裂完井井下成套设备包括定位工具串或支井眼压裂 工具串。如图3所示，定位工具串包括从上到下依次能拆装地连接的钻杆6、定向短 节7和定位装置。采用钻杆6可以保证将定位装置下放到预定井深，有利于保证侧钻 支井眼的位置准确。定位装置包括从上到下依次连接的下放系统5和密封基座4，下 放系统5与密封基座4能拆装地连接。密封基座4为中空筒，密封基座4用于与套管 1的内壁配合，密封基座4的下部固定连接一用于封隔的丝堵8。
请参阅图4所示，下放系统5包括从上到下依次设置的连接杆51和锥形胀塞52。 密封基座4包括从上到下依次设置的能沿径向扩张的密封部41和容置部42，容置部 42的内径大于密封部41的内径。锥形胀塞52置于容置部42的内腔中且位于丝堵8 的上方，容置部42的内壁、丝堵8和锥形胀塞52的下端面围成推动腔，使推动腔的 压力升高，推动锥形胀塞52向上运动，锥形胀塞52挤压密封部41沿径向扩张，从 而密封基座4与套管1密封配合。
更进一步地，如图4所示，下放系统5还包括限位件，限位件套装在连接杆51 的外部，限位件的下端面为与导向斜面43相配合的限位斜面53。下放系统5的连接 杆51插入密封基座4的容置部42中，限位斜面53与导向斜面43相互配合，使整个 定位装置呈规则的圆柱状，从而抗冲击能力更强。
作为一种可实施的方式，丝堵8封盖在中空筒的下端面上；丝堵8还可以设置在 中空筒的内部。
进一步地，锥形胀塞52的截面面积从上到下逐渐缩小。
进一步地，请参阅图6和图7所示，密封基座4(即中空筒)的上端面为导向斜 面43，密封基座4的侧壁上设置键槽44，键槽44的侧壁具有切口，键槽44的侧壁 在切口处与导向斜面43相交。分支井分段压裂完井井下成套设备还包括回收斜向器 10，回收斜向器10的上端设置开窗斜面101，回收斜向器10的下端伸入中空筒内并 与密封基座4能拆装地连接；回收斜向器10的侧壁上设置能与键槽44相配合的定位 键102，定位键102通过切口滑入键槽44内。
作为一种可实施的方式，回收斜向器10的侧壁上设置能沿径向伸缩的锁定销， 中空筒的侧壁上设置销孔45，锁定销沿径向伸出并与销孔45相配合，使回收斜向器 10与密封基座4能有效地锁止，避免脱离。进一步地，键槽44的切口位于导向斜面 43的下端。
请参阅图10所示，分支井分段压裂完井井下成套设备的支井眼压裂工具串包括 从上到下依次能拆装地连接的钻杆6、丢手工具和支井眼分段压裂完井管柱12。进一 步地，丢手工具包括从上到下依次能拆装地连接的上丢手工具14和下丢手工具13。 请参阅图11所示，上丢手工具14包括从上到下依次能拆装地连接的上丢手送入工具 141和上丢手回接插筒142，上丢手回接插筒142的上端具有朝上开口的插接槽，上 丢手送入工具141能插拔地置于插接槽中。
进一步地，请参阅图12所示，支井眼压裂工具串还包括从上到下依次连接的压 裂油管柱16和回接插管15，回接插管15能插入插接槽中。上丢手送入工具141拔 出插接槽后，回接插管15插入插接槽，进行支井眼分段压裂作业。
作为一种可实施的方式，下丢手工具13与上丢手回接插筒142通过液压丢手或 投球丢手分离，上丢手送入工具141与上丢手回接插筒142通过倒扣丢手分离。在套 管1所在的主井筒内采用倒扣丢手更为安全，整个管柱串上采用不同的丢手方式，也 能提高作业的安全性。
本发明的一种分支井分段压裂完井方法，采用上述的分支井分段压裂完井井下成 套设备，包括如下步骤：
S10，如图1和图2所示，套管1固井后，钻主井眼2，主井眼分段压裂作业完 成后，主井眼分段压裂完井管柱3留在井底；
S20，如图3和图4所示，将定位工具串下放到预定井深，在井口打压使定位装 置的密封基座4与套管1的内壁紧密贴合，丝堵8封隔主井眼2；上提钻杆6，定位 装置的下放系统5与密封基座4分离；密封基座4为回收斜向器10的下放位置、支 井眼11的开窗位置和支井眼11的定向钻进提供定位基准；
S30，请参阅图5所示，下放陀螺仪9，本实施例中陀螺仪9下放至定向短节7 内，测量密封基座4的导向斜面43的实际方位角，计算实际方位角与预定的设计方 位之间的相位差，回收陀螺仪9；
S40，请参阅图7和图8所示，在井口根据测得的相位差调整回收斜向器10，调 整回收斜向器10的方法为本领域的常规技术，在此不再赘述；钻杆6将回收斜向器 10下放到密封基座4，回收斜向器10与密封基座4锁定；上提钻杆6，回收斜向器 10与钻杆6丢手；
S50，请参阅图9所示，在回收斜向器10的开窗斜面101处开窗，侧钻支井眼 11；如图10所示，下放支井眼压裂工具串到支井眼11内，完成支井眼分段压裂作业， 请参阅图13所示，起出位于套管1内的丢手工具；
S60，请参阅图14和图15所示，钻杆6下放与回收斜向器10配套的套铣筒17， 套铣筒17回收回收斜向器10；请参阅图16所示，钻杆6下放磨鞋18磨铣丝堵8， 请参阅图17所示，磨铣完成后，主井眼2和支井眼11连通形成整体结构。
进一步地，S50中，下放支井眼压裂工具串到支井眼11内包括步骤S510，钻杆 6下放从上到下依次能拆装地连接的上丢手工具14、下丢手工具13和支井眼分段压 裂完井管柱12。请参阅图11所示，上丢手工具14包括从上到下依次能拆装地连接 的上丢手送入工具141和上丢手回接插筒142；钻杆6下放到位后，下丢手工具13 位于支井眼11中；上提钻杆6，上丢手送入工具141与上丢手回接插筒142丢手。 本实施例中，上丢手送入工具141与上丢手回接插筒142通过倒扣丢手分离，反转钻 杆6即可实现丢手。采用钻杆6下入支井眼分段压裂完井管柱12，相比于采用压裂 油管下入方式，本发明能保证管柱下放到位，提高了压裂作业的安全性。
请参阅图12所示，压裂油管柱16的下端连接回接插管15，回接插管15插入上 丢手回接插筒142，实现压裂油管柱16的回接；压裂油管柱16与支井眼分段压裂完 井管柱12对接，形成密闭通道，进行支井眼分段压裂作业。起出位于套管1内的丢 手工具包括步骤S520，请参阅图13所示，在井口打压，下丢手工具13与上丢手回 接插筒142丢手，起出压裂油管柱16、回接插管15和上丢手回接插筒142。
与常规压裂不同，在本发明的分支井分段压裂完井方法中，下入压裂油管柱16 前，需要通过侧开窗口将支井眼分段压裂完井管柱12下入到支井眼11中，下入到位 后打压压裂完成，还需要通过丢手工具将支井眼分段压裂完井管柱12与压裂油管柱 16分开，使支井眼分段压裂完井管柱12完全留在分支井眼11中，压裂油管柱16起 出。将留在套管1内的回收斜向器10回收，套管1内无压裂管柱串或压裂油管串， 以便下一步沟通主支井眼的需要，从而完成分支井分段压裂工艺。因此，需要保证压 裂管柱串必须完全下入到支井眼11中，如果支井眼分段压裂完井管柱12下入不到位， 会造成主井眼2和支井眼11沟通工序受阻，导致分支井施工失败。
在本发明中，采用重量较大的钻杆6顺利地将支井眼分段压裂完井管柱12送入 到位，提高压裂的安全性，保证压裂效果，提高单井产量。同时，由于钻杆6无法承 受压裂时的高压，下入后在钻杆6通过上丢手送入工具141与上丢手回接插筒142 丢手，下入压裂油管串与下部的支井眼分段压裂完井管柱12对接，形成密闭通道， 完成压裂作业。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的 详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明 的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。