[0001] 本发明涉及油气井采油完井技术领域，尤其涉及一种压裂管柱及压裂方法。

[0002] 页岩气、致密油气等低渗透油气藏，以及低产能老油田剩余油气挖潜，通常需要进行储层改造。多段压裂工艺是储层改造成功实施的根本保证；其中，跨式封隔多段压裂工艺技术是一种应用比较普遍、可靠性较高的工艺技术。

[0003] 一些跨式封隔多段压裂管柱中，采用2个压差封隔器中间串装导压喷砂器的压裂工具组合，实现隔离其它层，对目的层实施压裂施工的工艺原理。该工艺利用导压喷砂器产生的节流压差使封隔器坐封，压裂液通过喷砂器进入地层，完成目的层压裂，压后停泵，封隔器胶筒自动回收，再通过反洗，清洗环空残留的压裂砂，上提管柱至下一个个目的层进行压裂，如此逐层上提管柱压裂，即可实现多层压裂。该压裂工艺采用连续油管拖动进行施工作业时，每压完一层后封隔器回收即可直接带压上提管柱，拖动定位到下一目的层后直接打压坐封封隔器实施压裂。中国专利申请CN104563996A公开了一种带压拖动压裂管柱及其压裂方法，中国专利申请CN104153753A公开了一种基于常规油管带压拖动的水平井体积压裂管柱及压裂方法，所公开的压裂管柱均为拖动底部封隔压裂管柱，且采用液压阀控制喷砂器的开关。

[0004] 受到成本、以及连续油管的应用普及等方面的限制，现有的压裂管柱中，大多采用油管拖动压裂。由于油管与连续油管的差异，用油管拖动进行施工时，存在以下问题：每压裂一层后，压裂泵停泵，封隔器回收，修井机上提管柱时井口的管柱不是封闭的，管内有压力需要释放，因此，需要将井内的液体外排。

[0005] 由于需要将井内的液体外排，这种施工会造成以下问题：

[0006] 1.施工中断，根据地层压力和压裂施工的规模不同需要返排大量液体，造成压裂施工不连续，等待返排的时间不定，有时候可能需要等待几天；

[0007] 2.工作量增加，每压裂一层需要用罐车将井中返排的液体拉走，压裂下一层时又需要将压裂液拉来，增加了大量的运输和储存工作；

[0008] 3.影响压裂改造效果，储层改造一般要求油气井实施压裂后需要闷井一段时间，也就是井口不泄压以保证压力在裂缝中继续扩散，保证压裂实施的效果，用油管拖动压裂这种作业方式是刚刚压裂后就放压、上提管柱，造成有些裂缝刚压开又闭合，不能充分实现储层改造设计要求的压裂效果。

[0061] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0062] 实施例一

[0063] 本发明提供了一种压裂管柱，如图1所示，该压裂管柱包括从上至下依次连接的油管91、水力锚92、第一封隔器931、压差滑套94和第二封隔器932；如图4和图6所示，压差滑套94包括：喷砂筒10、连接筒20和滑动套30，喷砂筒10的侧壁设有喷砂口11；连接筒20固接于喷砂筒10上端，连接筒20的下端设有筒体连接部203，筒体连接部203设于喷砂筒10内；滑动套30设于喷砂筒10内，滑动套30能相对于喷砂筒10沿喷砂筒10的轴向移动，滑动套30的外壁分别与喷砂筒10的内壁和连接筒20的内壁密封配合，滑动套30的外壁设有外台肩301，外台肩301位于筒体连接部203的下方，外台肩301与筒体连接部203之间设有储液腔40，喷砂筒10的侧壁设有与储液腔40连通的排液口12；滑动套30的内壁设有用于承接球的承接锥面
303，承接锥面303能在球80施加的设定推力的作用下向外撑开；连接筒20上设有上下依次分布的第一卡槽201和第二卡槽202，滑动套30设有弹簧爪306，在滑动套30移动至弹簧爪
306卡接于第二卡槽202的情况下，滑动套30关闭喷砂口11；在滑动套30移动至弹簧爪306卡接于第一卡槽201的情况下，滑动套30偏离喷砂口11。

[0064] 该压裂管柱中的压差滑套94，通过在地面向该压裂管柱内泵压，能驱动滑动套30向上运动至弹簧爪306与第一卡槽201卡接，将压差滑套94切换为打开状态；由井口投入一球80，井口加大泵的排量，能驱动滑动套30向下运动至弹簧爪306与第二卡槽202卡接，继续加大泵压，球80能落入井内，实现将压差滑套94切换为关闭状态。压差滑套94可以进行重复打开和关闭。

[0065] 该压裂管柱下到待压裂目的层，压裂液通过压差滑套94上的喷砂口11向外喷射，实施完一层的压裂施工后，可以将压差滑套94关闭，阻止环空中的液体进入到该压裂管柱中，这样可以减少或者省去返排液体的操作。上提管柱至下一个待压裂目的层后，重新打开压差滑套94，可以继续实施压裂施工。

[0066] 该压裂管柱可实现压后压裂液不返排、井内压力不泄压连续拖动施工作业，减少了施工中断的情况和工作量，并且，井口不泄压，可以保证压力在裂缝中继续扩散，减少了压后裂缝闭合的情况，从而达到既提高压裂施工效率，又保证压裂效果的目的。

[0067] 水力锚92起到锚定管柱作用。压裂工具串由油管91连接；该压裂管柱中的油管91可以采用常规油管，也可以采用连续油管，均可实现带压拖动。

[0068] 如图1所示，第二封隔器932的下端连接有导锥96，导锥96的端部包括一个锥面体，装在该压裂管柱的最下端，起导向作用。

[0069] 如图1所示，油管91与水力锚92之间连接有安全接头95，安全接头95是为避免该压裂管柱出现砂卡等意外事故而设计的应急处理工具。

[0070] 如图2和图3所示，第一封隔器931和第二封隔器932用来将压裂层段与其它层段封隔开，实现对目的层位实施压裂；在本发明的一实施方式中，第一封隔器931和第二封隔器932可以采用上提解封扩张式封隔器，该压裂管柱为油管带压拖动跨式封隔压裂管柱。

[0071] 实施例二

[0072] 本发明提供了一种压差滑套94，如图4和图6所示，图4中压差滑套的上端71位于图4的上端，压差滑套94包括：喷砂筒10、连接筒20和滑动套30，喷砂筒10的侧壁设有喷砂口
11；连接筒20固接于喷砂筒10上端，连接筒20的下端设有筒体连接部203，筒体连接部203设于喷砂筒10内；滑动套30设于喷砂筒10内，滑动套30能相对于喷砂筒10沿喷砂筒10的轴向移动，滑动套30的外壁分别与喷砂筒10的内壁和连接筒20的内壁密封配合，滑动套30的外壁设有外台肩301，外台肩301位于筒体连接部203的下方，外台肩301与筒体连接部203之间设有储液腔40，喷砂筒10的侧壁设有与储液腔40连通的排液口12；滑动套30的内壁设有用于承接球的承接锥面303，承接锥面303能在球80施加的设定推力的作用下向外撑开；连接筒20上设有上下依次分布的第一卡槽201和第二卡槽202，滑动套30设有弹簧爪306，在滑动套30移动至弹簧爪306卡接于第二卡槽202的情况下，滑动套30关闭喷砂口11；在滑动套30移动至弹簧爪306卡接于第一卡槽201的情况下，滑动套30偏离喷砂口11。

[0073] 本发明提供的压差滑套中，滑动套30外壁上的外台肩301与位于喷砂筒10内的筒体连接部203之间，形成储液腔40，且外台肩301位于筒体连接部203的下方，储液腔40与压差滑套94的内部空间相隔开，这样，在压差滑套94的内部空间内，滑动套30受到的朝上的液体压力会大于朝下的液体压力。储液腔40通过排液口12与压差滑套94外的环空连通，位于储液腔40内的滑动套30受到的液体压力的大小由环空内的压力控制，可以保持稳定。

[0074] 压差滑套94在弹簧爪306与第二卡槽202卡接时，处于关闭状态，通过在地面向井下管柱内泵压，使压差滑套94的内部空间的压力增大，从而使滑动套30所受到的朝上的液体压力与朝下的液体压力的差值逐渐增大，该液体压力的差值能克服弹簧爪306与第二卡槽202的阻力，驱动滑动套30向上运动，运动至弹簧爪与第一卡槽201卡接，压差滑套94切换为图5所示的打开状态。

[0075] 由井口投入一球，球80与承接锥面303配合，阻挡液体向下流动，井口加大泵的排量，球80受到的向下的推力增大，能推动滑动套30克服弹簧爪306与第一卡槽201的阻力，向下运动，并运动至弹簧爪与第二卡槽202卡接，压差滑套94切换为图6所示的关闭状态。继续加大泵压，球80将承接锥面303向外撑开，如图7所示，球80落入井内。

[0076] 因此，压差滑套94，通过控制其内部空间的压力大小，以及借助投球，可以实现打开和关闭，重复操作，即可实现压差滑套94的重复打开和关闭，解决了现有技术中所存在的技术问题。

[0077] 具体地，如图4所示，筒体连接部203位于喷砂筒10内，筒体连接部203与喷砂筒10之间密封配合，筒体连接部203的内壁的直径小于喷砂筒10的内壁的直径。通过设置外台肩301，使滑动套30在外台肩301处形成朝上的台肩面302。筒体连接部203的下端面、台肩面
302、喷砂筒10的内壁和滑动套30的外壁围成储液腔40。

[0078] 对于滑动套30，台肩面302位于储液腔40内，台肩面302受到的液体压力不受压差滑套94的内部空间的压力的影响；外台肩301使滑动套30的外径具有变化，使得在压差滑套94的内部空间内，滑动套30的朝上的面与朝下的面存在面积差，从而产生液体压力的差值，以实现通过控制压差滑套94的内部空间的压力大小，来对滑动套30施加推力。

[0079] 通过排液口12，来使储液腔40内的压力与环空中的压力保持一致；优选地，喷砂筒10上圆周均布有2个排液口12。压裂液通过喷砂口11向外排出，优选地，喷砂筒10上圆周均布有4个喷砂口11。

[0080] 通过滑动套30的外壁遮挡喷砂口11，来关闭喷砂口11，如图4所示，第一卡槽201与第二卡槽202沿从上往下依次分布，当弹簧爪与第二卡槽202卡接时，滑动套30的外壁遮挡喷砂口11，实现压差滑套94的关闭。但是，第一卡槽201与第二卡槽202的上下位置关系不限于一种，通过配置喷砂口11与滑动套30之间的合适的相对位置关系，也可以对应地调整第一卡槽201与第二卡槽202的位置关系。

[0081] 在本发明的一实施方式中，滑动套30包括上下依次分布的球座31和内滑套32，弹簧爪和承接锥面303均设于球座31，外台肩设于内滑套32。如图4所示，球座31与内滑套32之间可以采用螺纹连接。球座31与内滑套32为分体结构，便于制造以及采用不同的材料，以满足各自的性能要求。球座31可以采用弹簧钢制作，承接锥面303在受到球的推力时，可以向外撑开，以供球通过；球通过之后，在自身弹性作用下，球座31向内收缩，承接锥面303恢复，可以继续在下一次投球时，对球进行承接。弹簧爪具有凸起部，当弹簧爪与连接筒20的内壁接触时，其能够沿连接筒20的内壁滑动，当凸起部运动至第一卡槽201或者第二卡槽202时，弹簧爪向外自然膨胀释放，凸起部对应地卡入第一卡槽201或者第二卡槽202中。

[0082] 为了使承接锥面303能更顺利地向外撑开，球座31上设有多个沿球座31的轴向延伸的割缝311，割缝311延伸至承接锥面303，割缝311连通了球座31的内外空间，如图8-图10所示，割缝311将球座31分割成多个分块，便于向外撑开。优选地，割缝311平行于球座31的轴向，多个割缝311绕球座31的轴线均匀分布。具体地，球座31可以采用线切割设备加工，割缝311宽度优选的范围为0.1mm～0.2mm。

[0083] 由于割缝311的存在，液体可以通过割缝311向下流动，但是，割缝311的流通面积较小，通过井口加大泵的排量，产生大排量液体，可以对滑动套30产生向下的推力。

[0084] 进一步地，球座31的内壁设有柱面304和从上往下逐渐扩大的锥面305，承接锥面303、柱面304和锥面305从上往下依次连接，以便于承接锥面303受力时向外撑开。如图9所示，割缝311覆盖承接锥面303、柱面和锥面。

[0085] 在本发明的一实施方式中，滑动套30的外壁设有与喷砂筒10的内壁配合的第一密封圈61和第二密封圈62；在滑动套30移动至弹簧爪卡接于第二卡槽202的情况下，第一密封圈61位于喷砂口11的上方，第二密封圈62位于喷砂口11的下方，以提高滑动套30与喷砂筒10之间配合的密封性，更好地关闭喷砂口11，减少泄漏。

[0086] 在滑动套30向上移动时，储液腔40被压缩，储液腔40中的液体通过排液口12排入环空中。在本发明的一实施方式中，滑动套30的外壁设有与连接筒20的内壁配合的第三密封圈63，以提高滑动套30与连接筒20之间的密封性，减少储液腔40与压差滑套94的内部空间之间发生泄漏，有利于通过控制压差滑套94的内部空间的压力来对滑动套30产生推力。

[0087] 如图4所示，连接筒20包括中间筒21和螺接于中间筒21的上端的上接头22，第一卡槽201设于上接头22，通过上接头22，便于与压裂管柱的其它部件连接。具体地，上接头22与中间筒21筒螺纹连接，并配有第四密封圈64进行径向密封。中间筒21与喷砂筒10之间配有第六密封圈66进行径向密封。上接头22的内壁加工第一卡槽201，上接头22的下端面与中间筒21的内肩处形成了第二卡槽202。

[0088] 如图4所示，压差滑套包括螺接于喷砂筒10的下端的下接头50，下接头50与喷砂筒10之间可以采用螺纹连接；为了提高密封性，配有第五密封圈65进行径向密封。进一步地，在滑动套30移动至弹簧爪306卡接于第二卡槽202的情况下，滑动套30的下端与下接头抵接，对滑动套30起到限位作用，以便于在继续加大泵压时，阻止滑动套30继续向下运动，从而使球撑开球座31落入井内。

[0089] 在本发明的一实施方式中，如图5所示，对滑动套30的各结构的长度尺寸进行合理配置，使得：在滑动套30移动至弹簧爪卡接于第一卡槽201的情况下，外台肩301与筒体连接部203抵接。这样，可以对滑动套30向上运动的运动范围起到限定作用，有利于弹簧爪306稳定地卡接于第一卡槽201，同时，弹簧爪306与第一卡槽201相配合，阻止滑动套30向下移动，使压差滑套94更加可靠地保持打开状态。

[0090] 本发明提供的压差滑套，可以代替常规压差滑套，实现多次的打开关闭动作。实现了静压打开滑套，投球关闭滑套，与常规压差滑套相比，本发明提供的压差滑套无需下入专有工具对滑套进行打开关闭，满足滑套的多次开关功能，具有结构简单，简化了安装与施工操作，作业方便的优点，工艺简单、操作安全可靠，大大提高作业效率和降低操作成本。

[0091] 实施例三

[0092] 本发明提供了一种压裂方法，采用上述的压裂管柱，如图11所示，该压裂方法包括：

[0093] 步骤S10，将压裂管柱下到待压裂目的层；

[0094] 步骤S20，水力锚92锚定，打压第一封隔器931和第二封隔器932；

[0095] 步骤S30，继续打压将压差滑套94打开；

[0096] 步骤S40，对待压裂目的层实施压裂施工；

[0097] 步骤S50，投球或投标将压差滑套94关闭；

[0098] 步骤S60，管内泄压或上提管柱，以实现第一封隔器931和第二封隔器932解封；水力锚92解锚；

[0099] 步骤S70，上提管柱至下一个待压裂目的层；

[0100] 步骤S80，重复步骤S20、步骤S30、步骤S40、步骤S50和步骤S60，完成下一个待压裂目的层的压裂操作。

[0101] 该压裂方法中，通过步骤S20，进行锚定，以及将待压裂目的层与其它层隔开。步骤S40完成后，通过步骤S50关闭压差滑套94，将管内与管外压力隔开，以实现管内无外泄压力及液体。

[0102] 由于管内无内压，管外的压力由井口防喷器控制，故可实现带压拖动压裂管柱。当压裂完一层拖动管柱到下一目的层时，不需要返排泄压，因此可实现连续压裂施工作业。避免现有油管拖动压裂施工中存在的施工中断、运输和储存返排液、压开的裂缝重新闭合等弊端，解决了现有技术中压裂完一层后需要将井内的液体外排，造成施工中断，增加了工作量，影响压裂效果的技术问题。

[0103] 该压裂方法中，步骤S70和步骤S80可以进行重复实施，实现三层或者三层以上的压裂施工。步骤S10中，将压裂管柱下到待压裂目的层前，将工具串按工艺管柱设计连接，压差滑套入井前置在关闭状态。

[0104] 下面以3层段的油井为例对该压裂方法作说明，该3层段的油井包括从下往上依次分布的第一待压裂目的层971、第二待压裂目的层972和第三待压裂目的层973。如图2、图3和图11所示，该压裂方法包括：

[0105] 步骤S10，将压裂管柱下到第一待压裂目的层971；

[0106] 步骤S20，水力锚92锚定，打压第一封隔器931和第二封隔器932；

[0107] 步骤S30，继续打压将压差滑套94打开；

[0108] 步骤S40，对第一待压裂目的层971实施压裂施工；

[0109] 步骤S50，投球或投标将压差滑套94关闭；

[0110] 步骤S60，管内泄压或上提管柱，以实现第一封隔器931和第二封隔器932解封；水力锚92解锚；

[0111] 步骤S70，上提管柱至第二待压裂目的层972；

[0112] 步骤S80，完成第二待压裂目的层972的压裂施工；

[0113] 重复步骤S70、步骤S80，完成第三待压裂目的层973的压裂施工。

[0114] 3层段都压裂完成后，将压差滑套关闭，将该压裂管柱提出井口，完成整口井的压裂操作。

[0115] 以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。