同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统及操作方法

摘要

本发明涉及石油勘探开发试油技术领域的一种同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统及操作方法，包括排液测试子系统、同心管跨隔子系统和射孔子系统，其中：排液测试子系统包括排液装置、校深短节、循环阀、测试组合工具；同心管跨隔子系统包括传压接头、支撑式封隔器、压力计托筒、间隔管、安全接头、过渡接头、卡瓦封隔器、筛管接头及同心管组件，且传压接头位于支撑式封隔器上方；射孔子系统位于两级封隔器的下方，包括：调节管、减震器、点火头、射孔枪、泄压器。采用该系统的操作方法，只需一趟管柱，可先封隔待试层上方的已射开层，再对待试层进行射孔、测试、排液、改造作业，施工安全可靠，实现了试油提速提效，节约了试油成本。

权利要求

1.一种同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统，其特征在于包括自上而下串接的排液测试子系统、同心管跨隔子系统和射孔子系统，与油井管一起组成井下试油管柱，其中：所述的排液测试子系统，包括排液装置、校深短节、循环阀、测试组合工具，所述的排液装置位于测试组合工具的上方；

所述的同心管跨隔子系统，包括传压接头、支撑式封隔器、压力计托筒、间隔管、安全接头、过渡接头、卡瓦封隔器、筛管接头及同心管组件；所述的传压接头位于支撑式封隔器的上方；所述的压力计托筒、间隔管、安全接头、过渡接头位于支撑式封隔器和卡瓦封隔器之间；所述的卡瓦封隔器位于支撑式封隔器的下方，筛管接头位于卡瓦封隔器的下方；所述的传压接头、支撑式封隔器、压力计托筒、间隔管、安全接头、过渡接头、卡瓦封隔器及筛管接头的轴向中心都设置有同心管组件；

所述的射孔子系统，包括调节管、减震器、点火头、射孔枪、泄压器；所述的射孔子系统位于卡瓦封隔器及筛管接头的下方；所述的点火头是静液柱压力式点火头或者是测试压差式点火头；所述的调节管是带内孔的油井管；

所述的传压接头至少有一个径向的传压孔，该传压孔与同心管组件、调节管、减震器的轴向内孔连通，组成环空加压通道。

说明书

同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统及操作方法

[0001] 本申请是申请号为：2014106497681、发明创造名称为：同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统及操作方法、申请日为：2014年11月17日的发明专利申请的分案申请。一、技术领域

[0002] 本发明涉及石油勘探开发试油技术领域，特别涉及一种同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统及操作方法。二、背景技术

[0003] 目前在双封隔器跨隔射孔、测试联作方面，与本发明较接近的试油技术有“跨隔下返射孔、测试和排液一体化试油管柱”、“油气井跨隔射孔-测试联作施工管柱装置”技术。

[0004] “跨隔下返射孔、测试和排液一体化试油管柱”(专利申请号ZL 200520106208.8)是将定位短节、滑套水力泵、托砂皮碗、球座、监测压力计托筒、井下测试阀、液压锁紧、支撑式封隔器、测试压力计托筒、管外监测压力计托筒、传压工具、卡瓦式封隔器、筛管接头、减震器、液压延时点火器、点火头、枪身、泄压器依次连接组成试油管柱。其中关键技术包括：一是传压工具处在两级封隔器之间，且位于卡瓦式封隔器的上方，其内传压管穿越卡瓦式封隔器与筛管接头密闭配合，目的是使两封隔器之间的液体与液压延时点火器连通，将已射开层A的压力传递到点火头上；二是利用已射开层A的压力与测试管柱内液垫压力之差作为动力，撞击点火头引爆射孔枪身。

[0005] 其不足在于：

[0006] (1)完全依靠已射开层A的压力与测试管柱内液垫压力之差作为射孔的动力，发生误射孔等严重事故的风险太大。众所周知，下钻过程中，发生中途坐封、误开井的事件时有发生。一旦发生误开井，同时测试压差又达到点火头的激发压差，该管柱很容易导致误射孔的恶性后果。

[0007] (2)由于无法通过从地面向环空施加安全操作压力，如果下钻时测试管柱发生漏失，则测试管柱内液垫压力必然高于预期，很容易导致已射开层A的压力与测试管柱内液垫压力之差低于预期，达不到预先设置的点火头的激发压差，且无法补救，将造成该趟管柱永远不会射孔，加之地面对井下射孔成功与否难以判断，若后续的工序再继续实施，将导致大量无效工时，浪费大量的设备、材料、人员和金钱。

[0008] (3)该管柱包含了液压锁紧和球座，一是液压锁紧内通径小，二是在水力泵排液时需投球、打开滑套，球座上有球后只允许单向流动。上述因素导致管柱不具备大型酸化、水力加砂压裂等储层改造功能。此外，该管柱排液方式仅限于水力泵排液，而水力泵排液只能适应部分井况和条件，排液选择存在一定的局限性。

[0009] “油气井跨隔射孔-测试联作施工管柱装置”(专利申请号ZL 97229886.X)管柱，是采用了两级封隔器、将射孔枪夹在两级封隔器之间的管柱结构，利用一趟管柱，先封隔目的层下方的已射开层，然后再对目的层进行射孔和测试联作，主要用于上返试油。

[0010] 其不足在于：

[0011] (1)针对两级封隔器之间的井段进行射孔、测试，一旦地层出砂，管柱容易发生埋卡，也难以实现大型酸化或水力加砂压裂等储层改造一体化作业。

[0012] (2)射孔枪位于两级封隔器之间，由于射孔瞬间压力冲击波及震颤容易造成管柱及测试仪器仪表失效，尤其是在高温高压深井作业时风险较大。

[0013] (3)只能从下往上进行上返试油，不能实现下返试油。三、发明内容

[0014] 本发明的目的在于提供一种同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统及操作方法，克服了上述现有技术之不足，采用一趟管柱，先封隔已射开层，再对已射开层下方的待试层进行射孔、测试、排液、改造作业，施工安全可靠，实现了试油提速提效，节约了试油成本。

[0015] 本发明是这样实现的：

[0016] 一种同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统，包括自上而下串接的排液测试子系统、同心管跨隔子系统和射孔子系统，与油井管一起组成井下试油管柱，其中：

[0017] 所述的排液测试子系统，包括排液装置、校深短节、循环阀、测试组合工具，所述的排液装置位于测试组合工具的上方；

[0018] 所述的同心管跨隔子系统，包括传压接头、支撑式封隔器、压力计托筒、间隔管、安全接头、过渡接头、卡瓦封隔器、筛管接头及同心管组件；所述的传压接头位于支撑式封隔器的上方；所述的压力计托筒、间隔管、安全接头、过渡接头位于支撑式封隔器和卡瓦封隔器之间；所述的卡瓦封隔器位于支撑式封隔器的下方，筛管接头位于卡瓦封隔器的下方；所述的传压接头、支撑式封隔器、压力计托筒、间隔管、安全接头、过渡接头、卡瓦封隔器及筛管接头的轴向中心都设置有同心管组件；

[0019] 所述的射孔子系统，包括调节管、减震器、点火头、射孔枪、泄压器。所述的射孔子系统位于卡瓦封隔器及筛管接头的下方；所述的点火头可以是现有公知的静液柱压力式点火头，也可以是现有公知的测试压差式点火头；所述的调节管是带内孔的油井管。

[0020] 进一步地，排液装置可以采用抽吸、水力泵、螺杆泵、气举、抽油泵等排液方式中的一种或多种组合装置，以便提高排液效率及成功率。根据排液装置类型的不同，其与校深短节在管柱的位置关系可能有所不同。例如：螺杆泵、气举、抽油泵等类型的排液装置最好位于校深短节的上方，而采用水力泵等类型的排液装置最好位于校深短节的下方，抽吸则不需要设置单独的排液装置；循环阀用于测试结束后压井时提供循环通道，它也可以与排液装置合为一体(如水力射流泵)。

[0021] 进一步地，测试组合工具可以是以压控式测试阀为主体的全通径工具组合，以便发挥管柱能实现储层改造等多功能的优势以及提高井控的安全性，也可以选择多流测试阀等类型为主体的廉价型工具组合，主要用于不打算实施储层改造、又不具有高压高产特点的油气井；测试组合工具还可以包括其它的测试压力计载体或水力锚等配套工具，使管柱实现更多的功能。

[0022] 进一步地，同心管跨隔子系统的压力计托筒最好位于在间隔管的上方，压力计托筒所悬挂的压力计至少包含一只外传压的压力计，用于监测两级封隔器之间的压力及温度变化，也可以再悬挂一只或多只内传压式的压力计(用于录取待试层的压力及温度变化)。

[0023] 进一步地，所述的同心管组件包括一组或多组同心管，每组同心管可以是一个同心管单根，也可以是由多个同心管单根通过同心管接箍及密封圈连接而成；每组同心管至少有一端通过螺纹或焊接等方式固定到同心管跨隔子系统的某个部件上，每个同心管单根为一根中空管状体。

[0024] 进一步地，所述传压接头的径向传压孔与各同心管组件、调节管、减震器的轴向内孔连通，形成环空加压通道。来自支撑式封隔器上方环空的压力，从传压接头的传压孔进入，再通过上述的环空加压通道，最终传递到点火头上，进而引爆射孔枪。

[0025] 进一步地，所述的同心管组件与筛管接头、卡瓦封隔器、过渡接头、安全接头、间隔管、压力计托筒、支撑式封隔器、传压接头的内孔之间的环形空间连通，上述环形空间与筛管接头的径向流道、部分部件的孔型生产通道一起，形成测试组合工具下方的生产通道，该生产通道与上述的环空加压通道隔离。筛管接头外部的流体，流经测试组合工具下方的生产通道，进入测试组合工具及其上方管柱，到达地面。

[0026] 同心管跨隔子系统的作用包括：

[0027] 一是封闭巳射开层。其包含的支撑式封隔器、压力计托筒、间隔管、安全接头、过渡接头、卡瓦封隔器组成跨隔模块，使已射开层与待试层隔离，也使已射开层的流体通道与测试组合工具下方的生产通道、环空加压通道形成隔离，已射开层的流体及压力完全隔离在试油管柱外面。

[0028] 二是形成了环空加压通道，使来自支撑式封隔器上方环空的压力，传递到点火头上。

[0029] 三是形成了测试组合工具下方的生产通道，使待试层的流体得以到达测试组合工具及上方。

[0030] 本发明还采用如下技术方案：

[0031] 所述的同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统的操作方法，其特征在于按下述步骤进行：

[0032] 第一步封隔已射开层：将上述同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统与油井管连接组成试油管柱后下入井内，管柱下到位后，先校深、调整管柱深度，再旋转管柱、下放管柱施加管柱压重到封隔器上，坐封两级封隔器；试油管柱将已射开层隔离，同时将井筒环空封隔为支撑封隔器上部环空、两封隔器之间的环空、卡瓦封隔器下部环空三部分；

[0033] 第二步射孔：通过从地面向环空施加安全压力的方式，将点火头引爆，进而引爆射孔弹，完成射孔；

[0034] 第三步测试：按照施工设计中制定的测试工作制度，根据试油管柱所携带的测试组合工具的类型、特点和操作要求进行开关井操作，实施井下开关井、取样；

[0035] 第四步排液求产：测试结束后，当测试开井期间所获取的地层产液液量较少、难以确定地层的真实液性和产能时，经过评价后认为确实需要进一步排液时，则按照排液设计制定的工作制度进行排液及求产施工；如认为不需排液求产，可跳过此步骤，进入下一步；

[0036] 第五步储层改造：排液求产结束后，通过评价前期测试、排液及求产结果，若认为需要进一步进行储层改造时，则按照储层改造设计要求进行改造(含改造后的排液)施工；如认为不需要储层改造，则跳过此步骤，进入下一步；

[0037] 第六步起管柱：对待试层的试油结束后，进行压井、解封、起管柱(视实际情况，也可先解封、起管柱、见液面再洗井，起剩余管柱)。

[0038] 本发明具有如下优点：

[0039] (1)采用一趟管柱便可经济、方便、高效、可靠的完成跨隔已射开层，并对已射开层下方的待试层进行射孔、测试、排液、储层改造一体化作业，减少了打桥塞(或水泥塞)封层及钻塞次数，也减少了起下管柱及压井次数，缩短了修井作业机占用时间，节约了试油成本，达到试油提速提效的目的。

[0040] (2)通过从地面向环空施加安全压力的方式，将点火头引爆，进而引爆射孔弹，完成射孔。即使下钻过程中发生误开井，也不会造成误射孔，也不会发生因测试组合工具上方的管柱漏失、压差不够造成射孔失败，大大提高了射孔的安全性、可靠性。

[0041] (3)排液装置可以是抽吸、水力泵、螺杆泵、气举、抽油泵等排液方式中的一种或多种装置组合，扩大了排液适应范围，提高了排液效率及成功率。

[0042] (4)可实现与大型酸化或水力加砂压裂等储层改造工序联作以及下返试油，克服了现有的“油气井跨隔射孔-测试联作施工管柱装置”只能针对两封隔器之间的井段进行射孔、试油易发生埋卡的不足。

[0043] (5)射孔枪位于卡瓦封隔器的下方，有助于减少射孔瞬间压力冲击波及震颤造成管柱及测试仪器仪表失效的风险。四、附图说明

[0044] 图1是本发明中同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统典型的施工管柱结构图；

[0045] 图2是本发明实施例中同心管跨隔总成101a的组装图；

[0046] 图3是同心管跨隔总成101a的剖视图A-A；

[0047] 图4是同心间隔管单元101b的剖视图D-D；

[0048] 图5是同心间隔管单元101b的剖视图C-C；

[0049] 图6是本发明实施例中单组同心间隔管单元101b组装图的B-B旋转剖视图；

[0050] 图7是同心管跨隔总成101c剖视图E-E；

[0051] 图8是同心管跨隔总成101c剖面图G-G；

[0052] 图9是本发明实施例中同心管跨隔总成101c组装图的F-F旋转剖视图。五、具体实施方式

[0053] 为令本发明的目的、技术手段及技术效果有更完整及清楚的揭露，以下进行详细说明，并请一并参阅附图及部件标号。

[0054] 参阅图1，同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统，包括自上而下串接的排液测试子系统100、同心管跨隔子系统101和射孔子系统102，与油井管1一起组成井下试油管柱，其中：

[0055] 排液测试子系统100，包括自上而下通过螺纹连接的排液装置2、校深短节3、循环阀4、测试组合工具5；

[0056] 同心管跨隔子系统101，包括传压接头6、支撑式封隔器7、压力计托筒9、间隔管10、安全接头11、过渡接头12、卡瓦封隔器13、筛管接头14及同心管组件8；其中各部件按照下面的方式连接：

[0057] 参阅图2，同心管组件8与传压接头6、支撑式封隔器7、压力计托筒9组装成同心管跨隔总成101a；参阅图6，同心管组件8与间隔管外筒35组装成单组同心间隔管单元101b，根据跨距的长度可选配一个或多个单组同心间隔管单元101b；参阅图9，同心管组件8与安全接头11、过渡接头12、卡瓦封隔器13、筛管接头14组装成同心管跨隔总成101c。上述同心管跨隔总成101a、一个或多个单组同心间隔管单元101b(其中最下面一个单组同心间隔管单元101b需卸去其下端的公母接头40、扶正套41、卡环42及密封圈39)、同心管跨隔总成101c自上而下依次由螺纹连接(每组同心管跨隔总成或同心间隔管单元内的同心管单根下端及其密封圈插入到下方最近的同心管密封区106)组成同心管跨隔子系统101；

[0058] 射孔子系统102，包括自上而下通过螺纹连接的调节管15、减震器16、点火头17、射孔枪18、泄压器19。

[0059] 请再参阅图2、图3，传压接头6上设置有径向传压孔104及孔型生产通道1031，传压孔104中装有带孔的过滤塞20；一个同心管单根23组成了一组同心管组件8，该组同心管上端装有密封圈22，通过螺纹连接在传压接头6下端的轴向内螺纹孔里；传压接头6下端外螺纹与支撑式封隔器7的上端连接，支撑式封隔器7、压力计托筒9及公母接头25依次通过螺纹连接，在同心管单根23和公母接头25之间有扶正套26、卡环27，上述组件与密封圈21、24、28一起组成了同心管跨隔总成101a；

[0060] 请再参阅图4、图5、图6，双公接头31有轴向分布的孔型生产通道1031及同心管密封区106；同心管单根34、同心管接箍36、同心管单根38与密封圈37组成了一组同心管组件8，该组同心管组件上端还有密封圈33，通过螺纹连接在双公接头31下端的轴向内螺纹孔里；双公接头31、间隔管外筒35及公母接头40依次通过螺纹连接，在同心管单根38和公母接头40之间有扶正套41、卡环42，上述组件与密封圈30、32、39、43一起组成了一个单组同心间隔管单元101b；

[0061] 请再参阅图7、图8、图9，变扣接头46内有焊接的扶正套44，过渡接头12有轴向分布的孔型生产通道1031及同心管密封区106；同心管单根50组成了一组同心管组件8，该组同心管上端还有密封圈49，通过螺纹连接在过渡接头12的下端轴向内螺纹孔里；筛管接头14外面有径向流道107；变扣接头46、安全接头11、过渡接头12、卡瓦封隔器13、筛管接头14依次通过螺纹连接(变扣接头46上方的同心管单根47下端及其密封圈43穿过扶正套44，插入到过渡接头12的同心管密封区106里)，上述组件与密封圈45、48、51、52一起组成了同心管跨隔总成101c；

[0062] 请再参阅图1～9，管柱连接完成后，所述传压接头6的传压孔104与各同心管组件8的内孔连通，来自支撑式封隔器7上方环空的压力，从传压接头6的传压孔104进入，再通过每个同心管组件8、调节管17、减震器16的轴向内孔，形成环空加压通道105。当管柱坐封后，通过从地面向环空施加安全压力，环空的静液柱压力与安全压力相加，通过环空加压通道作用到点火头17上，进而引爆射孔枪。筛管接头14外部的流体，通过筛管接头14管壁上的径向流道107，从下方依次穿过同心管组件8与卡瓦封隔器13、过渡接头12、安全接头11、间隔管10、压力计托筒9、支撑式封隔器7、传压接头6之间的环形空间或孔型生产通道1031，进入到测试组合工具5，形成测试组合工具5下方的生产通道103。

[0063] 本发明还提供了同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统的操作方法，按下述步骤进行：

[0064] 第一步封隔已射开层：将上述同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统与油井管连接组成试油管柱后下入井内，管柱下到位后，先校深、调整管柱深度，再旋转管柱、下放管柱施加管柱压重到封隔器上，坐封两级封隔器；试油管柱将已射开层隔离，同时将井筒环空封隔为支撑封隔器上部环空、两封隔器之间的环空、卡瓦封隔器下部环空三部分；

[0065] 第二步射孔：通过从地面向环空施加安全压力的方式，将点火头引爆，进而引爆射孔弹，完成射孔；

[0066] 第三步测试：按照施工设计中制定的测试工作制度，根据试油管柱所携带的测试组合工具的类型、特点和操作要求进行开关井操作，实施井下开关井、取样；

[0067] 第四步排液求产：测试结束后，当测试开井期间所获取的地层产液液量较少、难以确定地层的真实液性和产能时，经过评价后认为确实需要进一步排液时，则按照排液设计制定的工作制度进行排液及求产施工；如认为不需排液求产，可跳过此步骤，进入下一步；

[0068] 第五步储层改造：排液求产结束后，通过评价前期测试、排液及求产结果，若认为需要进一步进行储层改造时，则按照储层改造设计要求进行改造(含改造后的排液)施工；如认为不需要储层改造，则跳过此步骤，进入下一步；

[0069] 第六步起管柱：对待试层的试油结束后，进行压井、解封、起管柱(视实际情况，也可先解封、起管柱、见液面再洗井，起剩余管柱)。

[0070] 在上述操作方法中，射孔时向环空施加的安全压力最好3～10MPa。

[0071] 采用同心管跨隔下返射孔、测试、排液、改造系统的操作方法，利用一趟管柱，可先封隔待试层上方的已射开层，再对待试层进行射孔、测试、排液、改造作业，施工安全可靠，实现了试油提速提效，节约了试油成本。

[0072] 以上所举仅为本发明示意性的部分实施例，并非用以限制本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应包括在本专利保护范围之内。