一种裸眼水平井压裂生产一体化管柱及其使用方法与流程

本发明属于油气开采，具体涉及一种裸眼水平井压裂生产一体化管柱及其使用方法。

背景技术：

1、随着部分油田生产进入中后期，生产含水率不断升高，生产压差和采液强度也不断提高，油井出砂问题不断加剧，筛管堵塞问题越来越严重。砾石充填防砂作为近年来应用越来越广泛的防砂完井方式，取得了良好的效果，特别是对于裸眼水平井的砾石充填防砂，可明显延长完井寿命。

2、水平井分段压裂技术可以有效增产，但缺乏长期有效的防砂手段，对于出砂油藏存在过早出砂的风险。裸眼水平井充填防砂技术是目前最常用的裸眼水平井防砂手段，其原理是携砂液将充填砾石带入筛管与井壁之间的环空，液体经过筛管过滤层后由冲管返回地面，充填砾石留在筛管与井壁环空内起到支撑井壁和防砂作用。然而，裸眼水平井充填防砂对水平井裸眼段长度和地层破裂压力有较高要求，对于长水平井或地层破裂压力低的井况施工风险高，不能满足水平井分层防砂需求，并且针对后期精细化分层开采，需要二次下入分层开采生产管柱，施工成本较高。

3、滑套封隔器分段压裂技术是采用多级封隔器进行分层，封隔器之间带有压裂滑套，通过压裂滑套的开关提供压裂通道。压裂滑套的开启多采用投球方式打开，滑套内部带有球座，最小的球座安装于最下端的滑套内，最大的球座安装于最上面的球座内，投入不同大小的低密度压裂球，然后将球泵送到相应的球座，通过油管加压打开压裂滑套，对相应层位进行压裂，一次可完成多层不动管柱压裂。然而，滑套封隔器分段压裂仅适用用于中低渗地层的压裂施工，只能实现压裂增产的作业，无法实现井筒的有效防砂，需专门下入防砂管柱，对井筒进行防砂作业。

4、由此可知，相关技术中的裸眼水平井分段压裂充填技术，裸眼水平井笼统充填防砂，无法对水平段有效分段，边底水油藏会过早见水，对于长水平段和地层破裂压力低的油井无法保证充填效果，并且存在过早出砂的风险。同时，裸眼水平井分段充填技术无法进行大排量挤压，投产初期产能有限，需单独配套分采管柱，留井内径小，后期处理困难，并且需要单独下入下部完井分采管柱，操作工艺繁杂，施工成本较高。

技术实现思路

1、为了解决上述全部或部分问题，本发明的目的在于提供一种裸眼水平井压裂生产一体化管柱及其使用方法，集压裂填充与生产开采功能于一体，可以实现有效的分段、防砂以及选择性开采生产，保证充填效果，降低出砂风险，提高完井初期产能，并且无需额外下入防砂管柱以及分采管柱，简化操作工艺，降低施工成本。

2、第一方面，本发明提供了一种裸眼水平井压裂生产一体化管柱，包括中心管柱和工具管柱，所述中心管柱包括由上到下依次连接的顶部封隔器、第一密封筒、快速接头、充填生产总成、锁定密封总成以及浮鞋总成；

3、所述充填生产总成设置有多个，且相邻两个所述充填生产总成通过裸眼封隔器连接，每个所述充填生产总成分别包括由上到下依次连接的循环滑套、第一双层筛管、生产滑套、第二双层筛管、第二密封筒、充填滑套以及定位节箍；

4、所述工具管柱包括由上到下依次连接的顶部坐封工具、测试密封杆、回接杆、回接工具、充填控制工具、充填滑套关闭工具、定位工具、充填滑套开关工具、循环滑套单关工具、循环滑套单开工具、定位密封杆以及剪切滑套；

5、所述顶部坐封工具用于控制所述顶部封隔器坐封，所述测试密封杆用于和所述第一密封筒配合，以实现所述中心管柱与所述工具管柱之间环空的密封，所述回接工具用于和所述回接杆连接，且所述回接工具能够与所述锁定密封总成配合并形成临时锁定，所述充填控制工具用于控制自身流道启闭，所述定位工具用于和所述定位节箍配合，以实现所述中心管柱的定位，所述剪切滑套用于将所述工具管柱的底端密封。

6、可选地，所述锁定密封总成包括锁定筒和第三密封筒，所述第三密封筒连接于所述锁定筒的底部，所述锁定筒与最下层的所述定位节箍连接，且所述锁定筒能够与所述回接工具配合并实现临时锁定。

7、可选地，所述浮鞋总成包括防液锁密封筒和浮鞋，所述防液锁密封筒连接于所述第三密封筒的底部，所述浮鞋连接于所述防液锁密封筒的底部。

8、第二方面，本发明提供了一种裸眼水平井压裂生产一体化管柱的使用方法，包括如下步骤：

9、s1，连接中心管柱以及工具管柱，将中心管柱下入井筒内，并将工具管柱下放至中心管柱内；

10、s2，工具管柱下放过程中，通过外部打压设备向工具管柱打压，利用液体冲洗裸眼水平井段残留泥沙；

11、s3，控制顶部封隔器坐封；

12、s4，顶部封隔器验封；

13、s5，控制多个裸眼封隔器分别坐封，以使多个裸眼封隔器将井筒由下至上分隔为多层区域；

14、s6，底层裸眼封隔器验封；

15、s7，次底层充填滑套关闭验证；

16、s8，对井筒底层区域进行压裂充填作业；

17、s9，反循环洗井，对井筒内残余砂浆进行清理；

18、s10，底层充填滑套关闭验证；

19、s11，上提工具管柱至油井的相应层位，并重复步骤s6-s10，直至油井的每层区域分别完成压裂充填、反循环洗井以及充填滑套关闭验证；

20、s12，通过工具管柱控制井内相应层位的生产滑套和循环滑套开启，实现油井的选择性生产开采。

21、可选地，在s1中：

22、连接中心管柱包括：将顶部封隔器与第一密封筒连接，且由下到上依次连接浮鞋至锁定筒，根据油井深度，选取相应数量的充填生产总成，将相邻两个充填生产总成分别通过裸眼封隔器连接，将锁定筒与最下层的定位节箍连接，并将快速接头与最上层的循环滑套连接；

23、保证每个充填生产总成内的循环滑套、生产滑套以及充填滑套分别处于关闭状态，对每根第一双层筛管和第二双层筛管分别灌液，确保内外压力平衡，对每个充填生产总成分别进行试压，确保连接密封性；

24、连接工具管柱包括：由下到上依次连接剪切滑套至回接工具，并下入中心管柱内，直至回接工具与锁定筒形成临时锁定，然后将测试密封杆与回接杆连接，并将测试密封杆与钻杆连接，利用钻杆携带测试密封杆以及回接杆下入中心管柱内，直至回接杆与回接工具完成连接，然后上提工具管柱，使回接工具与锁定筒解锁；

25、当回接工具解锁后，对工具管柱进行试压，然后通过外部打压设备使钻杆加压至设定压力，使剪切滑套内的剪钉剪断，以实现工具管柱与中心管柱的连通，随后，将第一密封筒与快速接头连接，并下放工具管柱。

26、可选地，在s2中：

27、工具管柱下放过程中，通过外部打压设备向钻杆打压，使液体从顶部坐封工具依次流至剪切滑套，再流经浮鞋，并通过中心管柱与井筒之间的环空返出，以冲洗裸眼水平井段残留泥沙。

28、可选地，在s3中：

29、投放设定尺寸的钢球，通过外部打压设备对钻杆进行打压，直至钢球剪切充填控制工具内的球座，以使充填控制工具内的通道开启，继续加压至设定压力，直至顶部封隔器完成坐封，随后，继续加压至设定压力，使顶部坐封工具与顶部封隔器脱手，以解除中心管柱与工具管柱之间的锁定。

30、可选地，在s4中：

31、上提工具管柱，直至测试密封杆位于第一密封筒内，测试密封杆和第一密封筒将工具管柱和中心管柱之间的环空密封，通过外部打压设备对工具管柱和中心管柱之间的环空打压至设定压力，观察环空内是否有液体返出，判断顶部封隔器是否密封。

32、可选地，在s5中：

33、上提工具管柱，直至充填控制工具的反循环孔密封在底层充填滑套的密封筒内，通过外部打压设备向中心管柱与工具管柱之间的环空打压至设定压力，使所有裸眼封隔器分别完成坐封。

34、可选地，在s6中：

35、上提工具管柱，使定位工具和次底层定位节箍配合定位，并标记次底层充填定位位置，继续上提工具管柱，使充填滑套开关工具位于次底层充填滑套的上方，同时，循环滑套单开工具位于底层循环滑套的上方；

36、下放工具管柱至次底层充填定位位置，充填滑套开关工具控制次底层充填滑套开启，循环滑套单开工具控制底层循环滑套开启，通过外部打压设备向钻杆打压，液体从钻杆依次流至次底层充填滑套，再通过次底层充填滑套的充填通道进入中心管柱与井筒之间环空，观察环空内是否有液体返出，判断底层裸眼封隔器是否密封。

37、可选地，在s7中：

38、上提工具管柱，使充填滑套关闭工具位于次底层充填滑套的上方，然后下放工具管柱至次底层充填定位位置，使充填滑套关闭工具将次底层充填滑套关闭，通过外部打压设备向钻杆打压至设定压力，液体从钻杆依次流至充填控制工具的充填口，再进入底层充填滑套和充填控制工具之间的环空，观察环空内是否有液体返出，判断次底层充填滑套是否关闭。

39、可选地，在s8中：

40、下放工具管柱，直至定位工具和底层定位节箍配合定位，标记底层充填定位位置，此时，充填滑套开关工具将底层充填滑套开启，通过外部打压设备将砂浆泵入钻杆，砂浆通过钻杆依次流至充填控制工具的充填口，再进入底层充填滑套，并通过底层充填滑套的充填通道进入中心管柱与井筒之间的环空，随着充填作业的不断进行，砂浆逐渐向上充填，直至砂浆将井筒的底层区域完全填满。

41、可选地，在s9中：

42、上提工具管柱，通过外部打压设备向中心管柱和工具管柱之间的环空泵入洗井液，洗井液通过充填控制工具的反循环孔进入其内部的夹壁通道，再通过充填控制工具的双通体夹层进入反洗球阀内，并通过充填控制工具的排液通道进入中心管柱与工具管柱之间的环空，然后通过充填控制工具的充填口进入其内腔，再向上流动并经钻杆返出井口，初步反洗充填控制工具和底层充填滑套之间环空内的多余砂浆；

43、继续上提工具管柱，直至充填控制工具的反循环孔密封于次底层循环滑套的密封筒内，此时，充填滑套关闭工具将底层充填滑套关闭，且循环滑套单关工具将底层循环滑套关闭，通过外部打压设备向中心管柱和工具管柱之间的环空泵入大量洗井液，大排量洗井液通过充填控制工具的充填口进入其内腔，再向上流动并经钻杆返出井口，将井内残余砂浆彻底清理干净。

44、可选地，在s10中：

45、下放工具管柱至底层充填定位位置，通过外部打压设备向钻杆加压至设定压力，观察环空内是否有液体返出，判断底层充填滑套是否关闭。

46、可选地，在s11中：

47、根据充填生产总成的数量，上提工具管柱，使定位工具和倒数第三层定位节箍配合定位，并标记倒数第三层充填定位位置，重复s6-s10，直至井筒的倒数第二层区域完成压裂充填、反循环洗井以及充填滑套关闭验证，如此重复，直至油井的顶层区域完成压裂充填、反循环洗井以及充填滑套关闭验证后，即可执行s12。

48、由上述技术方案可知，本发明提供的裸眼水平井压裂生产一体化管柱及其使用方法，具有以下优点：

49、该装置集压裂填充与生产开采功能于一体，可以实现井筒的有效分段、防砂以及选择性开采生产，保证充填效果，降低出砂风险，提高完井初期产能。同时，此设计无需额外下入防砂管柱以及分采管柱，降低施工成本，不仅如此，仅通过外部打压和提放工具管柱的简单操作，即可实现封隔器的坐封以及充填滑套等部件启闭的控制，简化操作工艺，提高工作时效。

50、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。