压裂生产一体化管柱系统及实施方法与流程
1.本发明涉及低渗油气藏开发技术领域，尤其涉及一种压裂生产一体化管柱系统及实施方法。
背景技术：
2.目前低渗油气藏主要通过压裂的方式进行开发。对海上低渗油气藏来说，普遍存在含水饱和度较高的特征，压裂以后往往带水生产，为了保证携液效果，一般采用小尺寸生产管柱(内径小)进行生产。但是由于海上低渗油气藏的埋深往往比较深，采用小尺寸的生产管柱将导致压裂施工摩阻偏大，影响储层改造程度，增加施工风险和难度，影响油气藏的开发效果。若为了保证压裂效果采用大尺寸的生产管柱(内径大)又降低了管柱的携液能力(出气会因流速过小而达不到连续携液的要求)，井筒内液体逐渐积累将制约气井的生产效率，井底附近区积液，产层会受到水侵、水锁、水敏性粘土矿物膨胀等影响，气相渗透率降低，从而大幅度降低气藏的采收率，使生产时间缩短，甚至停产。由于海上油气田作业成本比较高，用常规作业方法更换管柱工期长、费用高，因此用大尺寸生产管柱压裂，压裂后再更换成小尺寸的生产管柱方法也不可取，这样就产生了压裂与生产的矛盾。
3.为此，速度管柱的概念被提出，速度管柱即对井下流体起节流增速作用的小直径管柱，由地面悬挂器或井筒悬挂装置悬挂于井筒(或生产油管内部)充当完井生产管柱。当地层流体在天然能量的驱动下进入速度管时，由于过流面积比常规生产油管小，基于变径管流体力学原理，使得较小过流截面上的流体速度有所增加，提高了携液能力。
4.但是速度管柱仍然存在如下问题：当气井产能继续降低或生产过程中因各种原因需要停产再重新启动时，速度管柱的携液能力也会明显降低，气井会再次出现积液情况。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于提供一种压裂生产一体化管柱系统，既能满足压裂所需，又能满足生产所需，携液能力强，作业成本低。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.压裂生产一体化管柱系统，包括压裂管柱和生产管柱，所述压裂管柱分为垂直及斜井段压裂管柱段和水平压裂管柱段，所述垂直及斜井段压裂管柱段包括第一油管以及通过所述第一油管依次连接的第一悬挂工作筒、密封工作筒和气举工作筒；所述生产管柱包括第二油管以及通过所述第二油管依次连接的第一悬挂器、插入密封和打孔管，所述打孔管的管壁上开设有进气孔；当所述生产管柱插入所述压裂管柱后，所述第一悬挂器与所述第一悬挂工作筒组合，所述插入密封与所述密封工作筒密封配合，所述打孔管与所述气举工作筒组合。
8.可选地，还包括堵塞器，所述垂直压裂管柱段的尾端设置有堵塞器悬挂工作筒，所述堵塞器能够进入所述堵塞器悬挂工作筒内并与所述堵塞器悬挂工作筒密封配合。
9.可选地，所述垂直及斜井段压裂管柱段还包括井下安全阀和第二悬挂工作筒，所
述井下安全阀的上下两端分别通过一段所述第一油管连接所述第二悬挂工作筒和所述第一悬挂工作筒，所述生产管柱还包括第二悬挂器，所述第二悬挂器的下方连接一段所述第二油管，所述第二悬挂器能够与所述第二悬挂工作筒组合。
10.可选地，所述进气孔环绕所述打孔管周向设置多个。
11.可选地，所述密封工作筒和所述气举工作筒上下交替设置多组，所述插入密封与所述密封工作筒一一对应，所述打孔管与所述气举工作筒一一对应。
12.可选地，所述气举工作筒为滑套式气举工作筒，所述滑套式气举工作筒包括外筒、内筒和气举阀，所述气举阀设置于所述外筒上，所述外筒上开设有对应所述气举阀出口的气举孔，所述内筒位于所述外筒内并与所述外筒密封滑动连接，所述内筒上开设有通孔。
13.可选地，所述第一油管为4-1/2
″
油管，所述第二油管为2-3/8
″
油管。
14.本发明的另一目的在于提供一种压裂生产一体化管柱系统的实施方法，用于上述压裂生产一体化管柱，具体包括如下步骤：
15.s1，所述压裂管柱下入井内至设计位置，进行压裂施工；
16.s2，压裂液返排；
17.s3，将所述生产管柱下入所述压裂管柱内，使所述第一悬挂器与所述第一悬挂工作筒组合，所述插入密封插入所述密封工作筒与所述密封工作筒密封配合，所述打孔管对应所述气举工作筒；
18.s4，向油套环空内注气，进行气举排液采气生产。
19.可选地，当所述压裂生产一体化管柱还包括堵塞器时，所述压裂管柱的尾端还连接有堵塞器悬挂工作筒，在步骤s3前，将所述堵塞器投入所述压裂管柱内，使所述堵塞器与所述堵塞器悬挂工作筒密封配合，然后在步骤s3后将所述生产管柱下入所述压裂管柱内，打掉所述堵塞器，建立新的投产通道。
20.可选地，步骤s1中，采用分段压裂施工。
21.本发明的有益效果为：本发明提出的压裂生产一体化管柱系统及实施方法，先采用大直径的压裂管柱对产层进行压裂，有效降低压裂施工压力，且具备压后气举助排功能；再采用小直径的生产管柱进行采气，同时生产管柱上设置有与压裂管柱上的气举工作筒相对的打孔管，使生产管柱具备气举功能，进一步提高了气井的生产效率，同时，由于下入生产管柱不需起出压裂管柱、不需拆卸采油树，可有效节约作业成本。
附图说明
22.图1是本发明实施例中提出的压裂生产一体化管柱系统的结构示意图；
23.图2是本发明实施例中提出的压裂管柱与生产管柱的装配图；
24.图3是本发明实施例中提出的生产管柱的结构示意图；
25.图4是本发明实施例中提出的插入密封和打孔管与密封工作筒和滑套式气举工作筒的装配结构图。
26.图中：1、压裂管柱；11、第一油管；12、第一悬挂工作筒；13、密封工作筒；14、气举工作筒；15、第二悬挂工作筒；16、井下安全阀；17、堵塞器悬挂工作筒；2、生产管柱；21、第二油管；22、第一悬挂器；23、插入密封；24、打孔管；25、第二悬挂器。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
28.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
31.本实施例提出一种压裂生产一体化管柱系统，安装在井筒内，用于低渗透气藏开发领域，特别是海上油气田作业。由于海上油气田作业成本比较高，用常规作业方法更换管柱工期长、费用高，为此，本实施例中基于速度管柱的施工工艺在速度管柱的基础上增加气举功能，进一步提高了携液能力。
32.参考图1-4所示，本实施例提出的压裂生产一体化管柱系统包括压裂管柱1、和生产管柱2，压裂管柱1分为垂直及斜井段压裂管柱段和水平压裂管柱段，其中垂直及斜井段压裂管柱段包括第一油管11以及通过第一油管11依次连接的第一悬挂工作筒12、密封工作筒13和气举工作筒14，水平压裂管柱段用于向产层喷射压裂液；生产管柱2包括第二油管21以及通过第二油管21依次连接的第一悬挂器22、插入密封23和打孔管24，打孔管24的管壁上开设有进气孔，生产管柱2能够插入压裂管柱1内，生产管柱2插入压裂管柱1后，第一悬挂器22与第一悬挂工作筒12相对对生产管柱2进行固定，插入密封23与密封工作筒13组合隔离插入密封23外部上下的压力，打孔管24与气举工作筒14相对，打孔管24上的进气孔正对气举工作筒14的气举孔。
33.本实施例中的压裂生产一体化管柱系统结合了速度管柱与气举作业的优势，利用相对于第一油管11直径小的第二油管21初步提升了携液能力，然后利用与第二油管21连接的打孔管24对应压裂管柱1上的气举工作筒14，通过向压裂管柱1与外部套管环空注气的方式，打开气举工作筒14，气体经打孔管24上的进气孔进入生产管柱2，即可实现借助压裂管柱1上的气举工作筒14实现生产管柱2的气举功能，同时压裂管柱1上的气举工作筒14还能在压裂作业后返排时实现其原有的气举功能，进行气举助排生产、实现压裂、返排、生产一体化施工，提高气井生产效率。
34.可以理解的是，第一油管11和第二油管21的直径大小是相对而言的，在实际施工过程中，第一油管11可以选用4-1/2
″
油管，第二油管21可以选用2-3/8
″
油管；或者第一油管用5
″
或5-1/2
″
油管亦可，第二油管21选用2
″
油管或1.9
″
油管亦可，只要第二油管21能够插入第一油管11即可。。
35.垂直压裂管柱段上密封工作筒13和气举工作筒14的组合可以根据气井深度设置多个，也即密封工作筒13和气举工作筒14可以上下交替设置但需要成组出现。对应的，生产管柱2上插入密封23和打孔管24的组合也可以设置多个并与密封工作筒13和气举工作筒14的组合一一对应。
36.打孔管24与第二油管21一体成型,且直径可以一致，打孔管24上的进气孔环绕打孔管24周向设置，降低了安装生产管柱2时，对打孔管24自身角度的安装要求，能够使进气孔尽可能与气举工作筒14的气举孔对应，确保气举气以最短路径进入生产管柱2内。
37.可选地，本实施例中的气举工作筒14可以选用滑套式气举工作筒。滑套式气举工作筒包括外筒、内筒和气举阀，其中气举阀设置于外筒一侧，外筒上开设有对应气举阀出口的气举孔，内筒位于外筒内并与外筒密封滑动连接，内筒上开设有通孔。压裂作业时，通孔与气举孔错开，气举孔被关闭，可以确保气举工作筒14中的气举阀不受大规模压裂作业的影响，压裂产生的高压与气举阀不接触，从而保证了气举阀的安全；压裂作业结束后需要进行气举作业时，使内筒向上滑动，通孔与气举孔对应，气举孔打开，油套环空加压，气体通过气举阀进入气举工作筒也就是压裂管柱1中。具体实施时，内筒相对于外筒的移动可以通过钢丝作业实现。
38.参考图1和图2所示，本实施例中水平压裂管柱段可以采用分段压裂的方式对产层进行压裂，分段压裂的工艺属于本领域技术人员熟知的技术，在这里不再作进一步的说明，具体可以采用包括但不限于光套管固井、固井滑套、裸眼封隔器加滑套、套管固井射孔结合封隔器加滑套等方式。需要注意的是，水平压裂管柱段与垂直及斜井段压裂管柱段的尺寸要相匹配，以进行投球作业，实现分段压裂。
39.本实施例中的压裂生产一体化管柱系统还包括堵塞器，堵塞器能够隔离井筒，实现不压井起下生产管柱2的作业，有效避免储层伤害。对应的，垂直及斜井段压裂管柱段的尾端设置有堵塞器悬挂工作筒17，堵塞器能够进入堵塞器悬挂工作筒17内对垂直及斜井段压裂管段进行密封，在下入生产管柱2后通过打通堵塞器建立新的投产通道。堵塞器的堵头可以采用化学或机械方法去除，例如堵塞器的堵头选用可溶解材料制成，具体可以是可溶合金体，则可以采用化学药剂将其溶解，打通堵塞器，或是设计为剪切式结构，通过井口加压剪断剪切销钉，使堵头掉落。
40.垂直及斜井段压裂管柱段还包括井下安全阀16，井下安全阀16能够在非正常情况下，紧急关闭，防止井喷、保证油气田设施生产安全的井下工具。井下安全阀16的上下两端分别通过第一油管11连接第二悬挂工作筒15和第一悬挂工作筒12。对应的，生产管柱2还包括第二悬挂器25，第二悬挂器25的下方连接一段第二油管21，第二悬挂器25能够与第二悬挂工作筒15组合，与第二悬挂器25连接的第二油管21的下端不可深于井下安全阀16，也即整个生产管柱2由井下安全阀16分隔为互不连接的两段，以确保井下安全阀16的井筒完整性屏障功能。
41.本实施例还提出一种上述压裂生产一体化管柱系统的实施方法，具体包括如下步
骤：
42.s1:将压裂管柱1下入井内至设计位置，进行压裂施工，对于不同特点的油气层，可以采用与之适应的水平压裂施工管段，通常采用分段压裂，利用投球憋压的方法逐级进行，直至完成所有需要改造层位的压裂施工。
43.s2:压裂液返排：返排过程中若依靠自然放喷达不到快速返排目的，可向油套环空内注气，使气举工作筒14打开，进行气举助排生产。
44.s3:通过钢丝作业或连续油管作业在堵塞器悬挂工作筒17内投入堵塞器，确认形成可靠密封后将生产管柱2下入垂直及斜井段压裂管柱1段内，其中第一悬挂器22与第一悬挂工作筒12组合，插入密封23插入密封工作筒13与密封工作筒13密封配合，打孔管24对应气举工作筒14，第二悬挂器25与第二悬挂工作筒15组合，与第二悬挂器25连接的第二油管21的下端不深于井下安全阀16，此时确保气举工作筒14处于打开状态。
45.s4:将生产管柱2下入到压裂管柱1的预设位置后，打通堵塞器，生产管柱2与下方的水平压裂管柱1段连通形成新的投产通道。堵塞器的打通方式具体可以根据堵塞器的结构来选择，包括但不局限于化学溶解或剪断剪切销钉的方式。
46.s5:气举排液采气生产：向油套环空内注气，气体能够通过气举工作筒14进入生产管柱2和压裂管柱1之间的环空中并通过打孔管24上的进气孔进入生产管柱2内，实现气举功能。
47.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
技术特征：
1.压裂生产一体化管柱系统，其特征在于，包括：压裂管柱(1)，所述压裂管柱(1)分为垂直及斜井段压裂管柱段和水平压裂管柱段，所述垂直及斜井段压裂管柱段包括第一油管(11)以及通过所述第一油管(11)依次连接的第一悬挂工作筒(12)、密封工作筒(13)和气举工作筒(14)；生产管柱(2)，所述生产管柱(2)包括第二油管(21)以及通过所述第二油管(21)依次连接的第一悬挂器(22)、插入密封(23)和打孔管(24)，所述打孔管(24)的管壁上开设有进气孔；所述生产管柱(2)能够插入所述压裂管柱(1)内，所述第一悬挂器(22)与所述第一悬挂工作筒(12)相对，所述插入密封(23)与所述密封工作筒(13)密封配合，所述打孔管(24)与所述气举工作筒(14)相对。2.根据权利要求1所述的压裂生产一体化管柱系统，其特征在于，还包括堵塞器，所述垂直压裂管柱段的尾端设置有堵塞器悬挂工作筒(17)，所述堵塞器能够进入所述堵塞器悬挂工作筒(17)内并与所述堵塞器悬挂工作筒(17)密封配合。3.根据权利要求1所述的压裂生产一体化管柱系统，其特征在于，所述垂直及斜井段压裂管柱段还包括井下安全阀(16)和第二悬挂工作筒(15)，所述井下安全阀(16)的上下两端分别通过一段所述第一油管(11)连接所述第二悬挂工作筒(15)和所述第一悬挂工作筒(12)，所述生产管柱(2)还包括第二悬挂器(25)，所述第二悬挂器(25)的下方连接一段所述第二油管(21)，所述第二悬挂器(25)能够与所述第二悬挂工作筒(15)组合。4.根据权利要求1所述的压裂生产一体化管柱系统，其特征在于，所述进气孔环绕所述打孔管(24)周向设置多个。5.根据权利要求1所述的压裂生产一体化管柱系统，其特征在于，所述密封工作筒(13)和所述气举工作筒(14)上下交替设置多组，所述插入密封(23)与所述密封工作筒(13)一一对应，所述打孔管(24)与所述气举工作筒(14)一一对应。6.根据权利要求1所述的压裂生产一体化管柱系统，其特征在于，所述气举工作筒(14)为滑套式气举工作筒，所述滑套式气举工作筒包括外筒、内筒和气举阀，所述气举阀设置于所述外筒上，所述外筒上开设有对应所述气举阀出口的气举孔，所述内筒位于所述外筒内并与所述外筒密封滑动连接，所述内筒上开设有通孔。7.根据权利要求1所述的压裂生产一体化管柱系统，其特征在于，所述第一油管(11)为4-1/2
″
油管，所述第二油管(21)为2-3/8
″
油管。8.压裂生产一体化管柱系统的实施方法，其特征在于，用于实施权利要求1-7中任一所述压裂生产一体化管柱系统，具体包括如下步骤：s1，所述压裂管柱(1)下入井内至设计位置，进行压裂施工；s2，压裂液返排；s3，将所述生产管柱(2)下入所述压裂管柱(1)内，使所述第一悬挂器(22)与所述第一悬挂工作筒(12)组合，所述插入密封(23)插入所述密封工作筒(13)与所述密封工作筒(13)密封配合，所述打孔管(24)对应所述气举工作筒(14)；s4，向油套环空内注气，进行气举排液采气生产。9.根据权利要求8所述的压裂生产一体化管柱系统的实施方法，其特征在于，所述压裂生产一体化管柱还包括堵塞器，所述压裂管柱(1)的还连接有堵塞器悬挂工作筒(17)，在步
骤s3前，将所述堵塞器投入所述压裂管柱(1)内，使所述堵塞器与所述堵塞器悬挂工作筒(17)密封配合，然后在步骤s3后将所述生产管柱(2)下入所述压裂管柱(1)内，打掉所述堵塞器，建立新的投产通道。10.根据权利要求8所述的压裂生产一体化管柱系统的实施方法，其特征在于，步骤s1中，采用分段压裂施工。
技术总结
本发明涉及低渗油气藏开发技术领域，尤其涉及一种压裂生产一体化管柱系统，包括压裂管柱和生产管柱，压裂管柱分为垂直及斜井段压裂管柱段和水平压裂管柱段，垂直及斜井压裂管柱段包括第一油管以及通过第一油管依次连接的第一悬挂工作筒、密封工作筒和气举工作筒；生产管柱包括第二油管以及通过第二油管依次连接的第一悬挂器、插入密封和打孔管，打孔管的管壁上开设有进气孔，生产管柱能够插入压裂管柱，使第一悬挂器与第一悬挂工作筒相对，插入密封与密封工作筒密封配合，打孔管与气举工作筒组合；还涉及一种上述压裂生产一体化管柱系统的实施方法，借助上述压裂生产一体化管柱系统进行采气，使生产管柱具备气举功能，能够进一步提高气井生产效率。一步提高气井生产效率。一步提高气井生产效率。
