本發(fā)明屬于油氣田增產(chǎn)改造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種井下觸發(fā)滑套控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

國內(nèi)油氣供應(yīng)不足的矛盾越來越突出，石油可采、易采儲(chǔ)量不斷減少，勘探開發(fā)正向深層、非常規(guī)隱蔽油藏發(fā)展，地層越來越復(fù)雜，層間差異大，多數(shù)儲(chǔ)層在完井過程中需要壓裂酸化改造，壓裂酸化改造成為解決層間矛盾、提高油層動(dòng)用程度、挖掘?qū)娱g潛力最有效的措施。隨著技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)有油氣井通常采用分段壓裂酸化工藝，但目前沒有一種可靠的壓裂酸化工藝技術(shù)能夠兼顧高效、全通徑和避免井下復(fù)雜情況等方面，導(dǎo)致目前分段壓裂酸化施工效率不高、井下復(fù)雜情況多等問題。雖然目前已研發(fā)出遠(yuǎn)程控制智能滑套，可以極大地提高施工效率，但由于成本高昂，故障率高，難以在現(xiàn)場(chǎng)大規(guī)模應(yīng)用。國內(nèi)油氣供應(yīng)不足的矛盾越來越突出，石油可采、易采儲(chǔ)量不斷減少，勘探開發(fā)正向深層、非常規(guī)隱蔽油藏發(fā)展，地層越來越復(fù)雜，層間差異大，多數(shù)儲(chǔ)層在完井過程中需要壓裂酸化改造，壓裂酸化改造成為解決層間矛盾、提高油層動(dòng)用程度、挖掘?qū)娱g潛力最有效的措施。隨著技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)有油氣井通常采用分段壓裂酸化工藝，對(duì)于這種工藝，如何在快速建立井筒與地層之間溝通通道的前提下提高分段壓裂酸化工藝的施工效率，減少井下復(fù)雜情況和后期修井作業(yè)影響是一項(xiàng)重點(diǎn)要解決的問題?；鬃鳛橐环N可以溝通/隔離油氣井與地層流體的井下工具，同時(shí)射孔作為一種可以溝通/隔離油氣井與地層流體的方法，目前均廣泛應(yīng)用于水平井分段壓裂酸化作業(yè)管柱中。對(duì)于滑套，目前油田水平井分段壓裂酸化采用機(jī)械式投球滑套，打開每一級(jí)滑套都需要投入對(duì)應(yīng)尺寸的壓裂球，施工時(shí)從下到上逐層投球打開各層滑套，每一級(jí)滑套球座內(nèi)徑及壓裂球內(nèi)徑均不相同，從下到上，滑套球座和壓裂球內(nèi)徑逐級(jí)增大，這種滑套結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通徑小，且壓裂級(jí)數(shù)有限；并且當(dāng)儲(chǔ)層后期產(chǎn)水，滑套無法實(shí)現(xiàn)關(guān)閉封堵，導(dǎo)致油氣井產(chǎn)能降低甚至報(bào)廢。例如，中國專利文獻(xiàn)公開的“一種投球開啟自鎖滑套”，公開號(hào)：CN201972661U，公開日期：2011年09月14日，該專利闡述了在水平井段作業(yè)時(shí)投球開啟壓裂噴砂通道，并鎖定保持生產(chǎn)通道暢通，但仍采用投球分段，分段數(shù)受限。專利“雙打開壓差滑套”，公開號(hào)：CN201723198U，公開日期：2011年01月26日，該實(shí)用新型是利用壓差推動(dòng)上、下液缸分別向上下移動(dòng)，打開通道，可以解決投球滑套不能用于水平裸眼井分段壓裂、酸化工具管柱第一段的問題，但仍無法解決分段受限問題?；诖?，又開發(fā)出一些新的機(jī)械式可開關(guān)滑套，這類滑套在壓裂酸化施工時(shí)，可通過投球或下入連續(xù)油管帶開關(guān)工具打開滑套，當(dāng)儲(chǔ)層后期產(chǎn)水，需要關(guān)閉滑套時(shí)，下入連續(xù)油管帶開關(guān)工具關(guān)閉滑套。例如專利“一種選擇性開關(guān)滑套組件中的智能型滑套”，公開號(hào)：CN202125290U，公開日期：2012年01月25日，該實(shí)用新型是利用下入專用開關(guān)工具，打開和關(guān)閉滑套。這類滑套的最大問題在于連續(xù)油管帶開關(guān)工具開關(guān)滑套需要使用連續(xù)油管設(shè)備，作業(yè)費(fèi)用高，且連續(xù)油管作業(yè)需要花費(fèi)大量時(shí)間，該方法操作復(fù)雜，施工周期長(zhǎng)，成本很非常高?；诖耍珠_發(fā)出可遠(yuǎn)程控制的電動(dòng)滑套，例如專利“用于水平井分段壓裂酸化改造的地面控制井下滑套”，公開號(hào)：CN104088604A，公開日期：2014年10月08日，該發(fā)明專利通過在地面發(fā)送控制指令遠(yuǎn)程控制井下滑套的打開和關(guān)閉。這類滑套雖然操作簡(jiǎn)便，節(jié)省時(shí)間，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，且易出現(xiàn)故障，并且受到設(shè)計(jì)尺寸限制，無法滿足管柱全通徑的要求。對(duì)于射孔，目前油氣田水平井分段壓裂酸化常采用射孔槍分簇射孔和水力噴射射孔兩種方法。射孔槍分簇射孔通常結(jié)合橋塞一起應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)逐層射孔和層間封隔。例如專利“一種免鉆塞的泵入式水力橋塞分段壓裂方法”，公開號(hào)：CN104564003A，公開日期：2015年04月29日，該發(fā)明專利通過射孔槍分簇射孔和橋塞聯(lián)作方式，實(shí)現(xiàn)每一層的射孔、壓裂、封隔聯(lián)作。但每一層都要下入聯(lián)作管柱，增加了作業(yè)時(shí)間和成本；同時(shí)如果遇到套管變形的問題，則會(huì)導(dǎo)致射孔槍和橋塞無法下入到位，影響后續(xù)施工。對(duì)于水力噴射射孔方式，利用水力封隔原理實(shí)現(xiàn)射孔和壓裂聯(lián)作，效率較高，例如專利“一種壓裂酸化用不動(dòng)管柱水力噴射工藝及其管柱”，公開號(hào)：CN103075139A，公開日期：2013年05月01日，但由于壓裂施工時(shí)有油管或連續(xù)油管在井筒內(nèi)，施工最大排量受到限制，難以滿足體積壓裂的需要。綜上，國外水平井分段壓裂酸化改造工藝中，最新的滑套控制方法是在施工時(shí)投球依次打開各級(jí)滑套并施工，待各層施工全部完成后，反排壓裂球并鉆掉各投球滑套中的球座，進(jìn)行生產(chǎn)；在生產(chǎn)過程中，如遇某一層位或某些層位出水，則下連續(xù)油管帶滑套開關(guān)工具關(guān)閉對(duì)應(yīng)層位的滑套；這種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)滑套，但分段級(jí)數(shù)有限；國內(nèi)水平井分段壓裂酸化改造工藝中，普遍應(yīng)用的也是投球式滑套。但相較于國外同類產(chǎn)品，這類滑套不具備后期可關(guān)閉的功能。并且現(xiàn)有投球滑套操作則需要等待地面投球落到滑套球座所花費(fèi)的時(shí)間，時(shí)效性上較差。而對(duì)于目前最新的射孔方法，就是采用射孔槍分簇射孔和水力噴射射孔，兩種方法也均需要下入射孔槍或射孔管柱，不僅增加作業(yè)時(shí)間，也會(huì)遇到井下復(fù)雜情況，其中水力噴射射孔還受到施工排量限制。

綜上所述，目前遠(yuǎn)程控制智能滑套存在成本高昂，故障率高，難以在現(xiàn)場(chǎng)大規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種井下觸發(fā)滑套控制系統(tǒng)及控制方法，旨在解決當(dāng)前油氣井增產(chǎn)改造采用分段壓裂+射孔橋塞連作工藝由于套管變形帶來的施工進(jìn)度嚴(yán)重滯后問題，并省去下橋塞和射孔的時(shí)間和成本，極大地提高油氣井增產(chǎn)改造效率的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種井下觸發(fā)滑套控制方法，所述井下觸發(fā)滑套控制方法在地面發(fā)送電磁波的方式向井下觸發(fā)滑套發(fā)送控制指令；通過火藥燃爆的方式開啟滑套；火藥燃爆的方式推動(dòng)活塞桿，使之向上運(yùn)動(dòng)，打開井下觸發(fā)滑套。本發(fā)明能夠遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制井下觸發(fā)滑套的打開，省去了現(xiàn)有井下滑套需要投球或者下入連續(xù)油管打開的程序，節(jié)省了大量時(shí)間和成本；同時(shí)，井下觸發(fā)滑套是一種全通徑滑套，不會(huì)為后續(xù)作業(yè)和生產(chǎn)產(chǎn)生任何干擾。

進(jìn)一步，所述井下觸發(fā)滑套控制方法通過在噴射孔外端安裝彈性膜，在由噴射孔和活塞桿通過兩端的密封圈構(gòu)成的腔體內(nèi)注滿平衡液的方式，確保固井水泥漿在固井過程中不會(huì)通過噴射孔進(jìn)入井下觸發(fā)滑套腔體內(nèi)。

進(jìn)一步，所述火藥燃爆包括固體、液體、氣體、氣液混合物、固液混合物、氣固混合物、氣液固混合物通過點(diǎn)火燃燒產(chǎn)生高壓氣體的方式。

進(jìn)一步，所述的地面電磁波發(fā)送方式，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)只有一口油氣井時(shí)，選擇油氣井的套管或油管以及另一根接地金屬桿分別作為垂直偶極子天線發(fā)射方式的兩個(gè)電極，井口和金屬桿作為電極接口；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)滿足雙井眼條件時(shí)，可選擇任意兩口井的套管(主要指油層套管)或油管作為垂直偶極子天線發(fā)射方式的兩個(gè)電極，兩口井的井口作為電極接口。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述井下觸發(fā)滑套控制方法的井下觸發(fā)滑套控制系統(tǒng)，所述井下觸發(fā)滑套控制系統(tǒng)包括：

信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)，用于發(fā)送電磁波；地面信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)采用垂直偶極子天線方式，包括地面電磁波信號(hào)控制及激勵(lì)設(shè)備、電極等，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)只有一口油氣井時(shí)，選擇油氣井的套管或油管以及另一根接地金屬桿分別作為垂直偶極子天線發(fā)射方式的兩個(gè)電極，井口和金屬桿電極作為電極接口，如圖2所示；當(dāng)井場(chǎng)有2口或更多井時(shí)，任意選擇其中兩口井的井口作為垂直偶極子天線發(fā)射方式的兩個(gè)電極接口，如圖3所示；

井下信號(hào)接收系統(tǒng)，通過電磁波與信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)通信；用于接收信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)發(fā)射的電磁波信號(hào)；井下安裝的磁通門傳感器接收地面發(fā)送的電磁波信號(hào)，并把接收到的信號(hào)發(fā)送至井下控制電路板。

井下信號(hào)處理及控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)電磁波信號(hào)的處理；井下控制電路板對(duì)磁通門傳感器接收到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、濾波等處理，提取出控制信息并與自身事先設(shè)定的指令進(jìn)行對(duì)比，如果一致，則認(rèn)為接收到控制指令，繼而控制點(diǎn)火器點(diǎn)火；

驅(qū)動(dòng)源點(diǎn)火，用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火；驅(qū)動(dòng)源就是火藥，點(diǎn)火器點(diǎn)燃火藥，火藥燃爆，產(chǎn)生的高壓氣體推動(dòng)井下觸發(fā)滑套的活塞桿移動(dòng)。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于完成滑套打開動(dòng)作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是井下觸發(fā)滑套的活塞桿。

所述井下觸發(fā)滑套控制方法包括：在地面發(fā)送電磁波的方式向井下觸發(fā)滑套發(fā)送控制指令；井下觸發(fā)滑套接收到正確的控制指令后，控制點(diǎn)火器引爆火藥筒，完成滑套開啟動(dòng)作；首先通過地面電磁波信號(hào)發(fā)射設(shè)備把控制命令以載波形式加載到低頻正弦電磁波信號(hào)中進(jìn)行放大并發(fā)射出去，其中控制命令為一組3位，4位，5位，6位，7位，8位，9位，10位數(shù)或1000位以內(nèi)的更高位數(shù)的二進(jìn)制編碼；井下磁通門傳感器接收到這個(gè)帶有控制命令的電磁波載波信號(hào)，并把信號(hào)發(fā)送至井下控制電路板，井下控制電路板經(jīng)過信號(hào)放大、濾波等處理，把載波信號(hào)中的控制命令提取出來，并與井下控制電路板預(yù)設(shè)的控制指令進(jìn)行對(duì)比，如果地面發(fā)送的控制命令與井下控制電路板預(yù)設(shè)的控制指令不一致，則井下控制電路板不向點(diǎn)火器輸出點(diǎn)火指令，如果地面發(fā)送的控制命令與井下控制電路板預(yù)設(shè)的控制指令一致，則井下控制電路板向點(diǎn)火器輸出點(diǎn)火指令，點(diǎn)火器點(diǎn)火。

所述井下觸發(fā)滑套控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括：活塞桿；

活塞桿通過火藥腔兩端的密封圈密封火藥腔體及其內(nèi)的火藥筒；活塞桿通過噴射孔兩端的密封圈封隔井筒內(nèi)和環(huán)空流體，每個(gè)噴射孔外端均安裝上彈性膜，并向由噴射孔和活塞桿通過兩端的密封圈構(gòu)成的腔體內(nèi)注滿平衡液；保護(hù)殼通過密封圈把井下控制電路板和電池組密封在控制腔殼體上的控制腔內(nèi)；井下控制電路板控制點(diǎn)火器點(diǎn)火，點(diǎn)燃火藥筒，火藥筒燃爆，產(chǎn)生高壓氣體，推動(dòng)活塞桿向上運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)井下觸發(fā)滑套開啟。

本發(fā)明提供的井下觸發(fā)滑套控制系統(tǒng)及控制方法，通過火藥燃爆的方式推動(dòng)活塞桿，使之向上運(yùn)動(dòng)，打開井下觸發(fā)滑套；火藥燃爆泛指各種形式的可燃物(包括固體、液體、氣體、氣液混合物、固液混合物、氣固混合物等)通過點(diǎn)火燃燒產(chǎn)生高壓氣體的方式。通過在地面發(fā)送電磁波的方式向井下觸發(fā)滑套發(fā)送控制指令。通過在噴射孔外端安裝彈性膜，在由噴射孔和活塞桿通過兩端的密封圈構(gòu)成的腔體內(nèi)注滿平衡液的方式，確保固井水泥漿在固井過程中不會(huì)通過噴射孔進(jìn)入井下觸發(fā)滑套腔體內(nèi)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的井下觸發(fā)滑套控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，a：滑套關(guān)閉狀態(tài)，b：滑套開啟狀態(tài)；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的地面電磁波控制井下觸發(fā)滑套示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的施工現(xiàn)場(chǎng)具備雙井眼條件的地面電磁波控制井下觸發(fā)滑套示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的井下觸發(fā)滑套狀態(tài)示意圖。

圖中：1、上接頭；2、保護(hù)殼；3、點(diǎn)火器；4、磁通門傳感器；5、井下控制電路板；6、噴射孔；7、控制腔殼體；8、火藥筒；9、泄壓孔；10、電池組；11、密封圈；12、活塞桿；13、彈性膜；14、平衡液；15、井口；16、地面電磁波信號(hào)控制及激勵(lì)設(shè)備；17、電極；18、井眼；19、固井水泥；20、第一井下觸發(fā)滑套；21、第二井下觸發(fā)滑套；22、套管；23、第n井下觸發(fā)滑套；24、信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)；25、井下信號(hào)接收系統(tǒng)；26、井下信號(hào)處理及控制系統(tǒng)；27、驅(qū)動(dòng)源點(diǎn)火；28、執(zhí)行機(jī)構(gòu)；29、雙井場(chǎng)電極1；30、雙井場(chǎng)井眼1；31、雙井場(chǎng)電極2；32、雙井場(chǎng)井眼2。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

在現(xiàn)場(chǎng)施工中，通常隨套管或油管一次性下入多個(gè)井下觸發(fā)滑套，為保證每個(gè)井下觸發(fā)滑套的獨(dú)立控制開啟，在下井前提前為每個(gè)滑套設(shè)置不同的控制指令，每個(gè)滑套都在持續(xù)檢索地面發(fā)送的電磁波信號(hào)，只有當(dāng)接收到的電磁波信號(hào)與自身設(shè)置的控制指令相匹配時(shí)，滑套才會(huì)動(dòng)作。

所述的地面電磁波發(fā)送方式，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)只有一口油氣井時(shí)，選擇油氣井的套管22以及另一根接地電極17分別作為垂直偶極子天線發(fā)射方式的兩個(gè)電極，井口15和電極17作為電極接口，如圖2所示；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)滿足雙井眼條件時(shí)，可選擇任意兩口井的套管或油管作為垂直偶極子天線發(fā)射方式的兩個(gè)電極，兩口井的井口(雙井場(chǎng)電極1 29和雙井場(chǎng)電極2 31)作為電極接口，如圖3所示。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的井下觸發(fā)滑套控制系統(tǒng)包括：信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)24、井下信號(hào)接收系統(tǒng)25、井下信號(hào)處理及控制系統(tǒng)26、驅(qū)動(dòng)源點(diǎn)火27、執(zhí)行機(jī)構(gòu)28。

信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)24，用于發(fā)送電磁波。

井下信號(hào)接收系統(tǒng)25，通過電磁波與信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)24通信；用于接收信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)24發(fā)射的電磁波信號(hào)。

井下信號(hào)處理及控制系統(tǒng)26，用于實(shí)現(xiàn)電磁波信號(hào)的處理。

驅(qū)動(dòng)源點(diǎn)火27，用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)28，用于完成滑套打開動(dòng)作。

首先通過地面電磁波信號(hào)發(fā)射設(shè)備把控制命令以載波形式加載到低頻正弦電磁波信號(hào)中進(jìn)行放大并發(fā)射出去，其中控制命令為一組3位，4位，5位，6位，7位，8位，9位，10位數(shù)或1000位以內(nèi)的更高位數(shù)的二進(jìn)制編碼；井下磁通門傳感器接收到這個(gè)帶有控制命令的電磁波載波信號(hào)，并把信號(hào)發(fā)送至井下控制電路板，井下控制電路板經(jīng)過信號(hào)放大、濾波等處理，把載波信號(hào)中的控制命令提取出來，并與井下控制電路板預(yù)設(shè)的控制指令進(jìn)行對(duì)比，如果地面發(fā)送的控制命令與井下控制電路板預(yù)設(shè)的控制指令不一致，則井下控制電路板不向點(diǎn)火器輸出點(diǎn)火指令，如果地面發(fā)送的控制命令與井下控制電路板預(yù)設(shè)的控制指令一致，則井下控制電路板向點(diǎn)火器輸出點(diǎn)火指令，點(diǎn)火器點(diǎn)火。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的描述。

如圖1所示，井下觸發(fā)滑套在井下的初始狀態(tài)是處于關(guān)閉狀態(tài)，活塞桿12通過噴射孔6兩端的密封圈封隔井筒內(nèi)和環(huán)空流體，每個(gè)噴射孔6外端均安裝上彈性膜13，并向由噴射孔6和活塞桿12通過兩端的密封圈構(gòu)成的腔體內(nèi)注滿平衡液。保護(hù)殼2通過密封圈把井下控制電路板5和電池組10密封在控制腔殼體上的控制腔內(nèi)。當(dāng)操作人員需要開啟井下觸發(fā)滑套時(shí)，在地面向井下發(fā)送控制信號(hào)，井下觸發(fā)滑套接收到控制信號(hào)后，井下控制電路板5控制點(diǎn)火器3點(diǎn)火，點(diǎn)燃火藥筒8，火藥筒8燃爆，產(chǎn)生高壓氣體，推動(dòng)活塞桿12向上運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)井下觸發(fā)滑套開啟。

本發(fā)明通過火藥燃爆的方式開啟滑套的方法；通過火藥燃爆的方式推動(dòng)活塞桿，使之向上運(yùn)動(dòng)，打開井下觸發(fā)滑套；這里的火藥燃爆泛指各種形式的可燃物(包括固體、液體、氣體、氣液混合物、固液混合物、氣固混合物等)通過點(diǎn)火燃燒產(chǎn)生高壓氣體的方式。通過在地面發(fā)送電磁波的方式向井下觸發(fā)滑套發(fā)送控制指令。通過在噴射孔外端安裝彈性膜，在由噴射孔和活塞桿通過兩端的密封圈構(gòu)成的腔體內(nèi)注滿平衡液的方式，確保固井水泥漿在固井過程中不會(huì)通過噴射孔進(jìn)入井下觸發(fā)滑套腔體內(nèi)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。