气井带压下多级气举生产管柱用全通径油管暂闭工具、作业方法及应用与流程

本发明涉及石油天然气带压作业井下工具，具体地说是一种气井带压下多级气举生产管柱用全通径油管暂闭工具、作业方法及应用。

背景技术：

1、我国天然气产量中，老气田产量占比超过60%，是保障国内天然气供应的重要基础。随着老气田进入开发中后期，地层压力下降，产水不断增加，排水采气成为维持老气田稳产的核心技术。其中，气举+柱塞组合工艺因排液效率高、运营成本低，近年来应用规模逐年扩大，已成为低压低产井提高采收率的主导工艺。柱塞气举排水采气技术中，柱塞作为气水机械分隔界面在油管内往复运行，要求油管内部具备全通径条件，以保证柱塞能够顺利通过并实现高效排水。

2、带压作业是气井生产作业中的关键技术，可实现不压井作业，避免对地层造成伤害，减少作业废水排放，保护气层产能。带压下入油管作为生产管柱时，需在下入的第一根油管底部安装暂闭工具（也称油管堵塞器），以控制井内流体进入油管内。油管暂闭工具是带压作业中的核心密封工具，其性能直接决定带压作业的安全性和后续生产效率。

3、目前常用的油管暂闭工具主要包括陶瓷破裂盘、机械式堵塞器和可溶堵塞器三种类型，但均存在各自的技术缺陷。

4、陶瓷破裂盘是当前气井带压作业中应用最为广泛的油管内堵防喷工具。然而，陶瓷破裂盘打开后存在陶瓷片破碎不完整的问题，根部存在残留、质地坚硬，通径只有油管内径的60%-80%，无法实现管柱全通径，导致后续柱塞排水采气时运行过程中频繁卡阻，气井需要停产和修井作业，经济损失较大。机械式堵塞器打开后为实现全通径，需要下入钢丝作业将内部滑套机构打捞出井筒。钢丝投捞作业不仅增加了施工工序和作业时间，还带来额外的工具费用和作业风险，且在大斜度井、深井等复杂井况下投放和打捞成功率不高。此外，钢丝作业需要配备专用设备和人员，施工成本显著增加。可溶堵塞器采用可溶金属作为封堵芯，虽无需打捞作业，但为保证反向承压及密封性能，其内部必须设置反向承压凸台和缩径结构。这些结构占据了油管内径空间，导致工具所在位置始终存在局部缩径，无法实现管柱全通径。同时，可溶封堵芯打开后需要被打落并下行至井底，在井下复杂环境中可能发生卡阻，造成生产通道（油管）堵塞的风险。

5、综上所述，现有的油管暂闭工具均无法同时满足带压作业密封要求和解堵后管柱全通径的双重需求，已成为制约气举+柱塞组合工艺效能发挥的关键技术瓶颈。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种气井带压下多级气举生产管柱用全通径油管暂闭工具、作业方法及应用，以达到能够在完成带压作业密封功能后实现管柱全通径，既无需钢丝打捞作业，也不存在缩径和卡阻风险，从而保障后续柱塞排水采气工艺的顺利实施的目的。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种气井带压下多级气举生产管柱用全通径油管暂闭工具，包括：

3、上接头、外筒、底座、破裂盘、固定套和下接头；

4、上接头和下接头分别连接于外筒的两端；

5、底座上端通过剪钉与上接头下端临时固定；

6、固定套设置于外筒与下接头之间的环形空间内，固定套的上端与底座固连，固定套的下端内壁形成有台阶；

7、破裂盘密封地固设于底座与固定套之间；

8、下接头的上端面设有撞针，当剪钉被剪断时，底座、破裂盘和固定套共同向下运动，使破裂盘撞击撞针而破碎；

9、破裂盘破碎后，油管暂闭工具的内部通径由上接头、底座和下接头的内壁共同限定，且三者的内径相等。

10、作为对本发明的限定：底座上端套设于上接头下端的内壁中，且底座与上接头的套设覆盖高度小于剪钉外径的4倍，剪钉设置于上接头内壁与底座外壁之间，剪钉沿周向设置有多个。

11、作为对本发明的限定：所述固定套的内径大于所述上接头和所述下接头的内径。

12、作为对本发明的限定：所述破裂盘为应力破碎材料制成。

13、作为对本发明的限定：所述破裂盘的上端外缘与所述底座之间，以及所述破裂盘的下端外缘与所述底座和所述固定套形成的肩部之间均设置有l型密封圈。

14、作为对本发明的限定：所述上接头的外壁与所述外筒的内壁之间、所述底座的外壁与所述外筒的内壁之间、所述固定套的外壁与所述外筒的内壁之间，以及所述下接头的外壁与所述外筒的内壁之间均设置有o型密封圈。

15、作为对本发明的限定：所述下接头的外壁上形成有多个台阶，其中最下端的台阶侧壁上设置有外螺纹，用于与所述外筒螺纹连接；上方的台阶与所述固定套下端内壁的台阶相适配，用于对所述固定套限位。

16、作为对本发明的限定：所述撞针为设置在所述下接头上端面的凸台，所述撞针的数量为多个且沿周向分布。

17、本发明还公开了一种气井带压下多级气举生产管柱用全通径油管暂闭工具的作业方法，采用上述的油管暂闭工具实现，包括以下步骤：

18、将所述油管暂闭工具随多级气举生产管柱下入井内，安装于气举阀上部，用于隔绝井筒与油管内部；

19、当需要打开油管暂闭工具时，从井口打压，使油管内压力升高至剪钉的剪切压力，所述剪钉被剪断；

20、所述底座、所述破裂盘和所述固定套在压力作用下共同向下运动，使所述破裂盘与所述下接头上端面的撞针发生撞击，所述破裂盘因应力破碎，使所述油管暂闭工具的内部通径恢复至与油管内径一致的全通径状态。

21、本发明还公开了上述的气井带压下多级气举生产管柱用全通径油管暂闭工具在气井带压作业和气举柱塞组合排水采气工艺中的应用，所述油管暂闭工具在完成带压密封功能后，通过井口憋压使破裂盘破碎，实现管柱全通径，为后续柱塞在油管内的往复运行提供无障碍通道。

22、由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的有益效果在于：

23、（1）本发明通过底座、上接头和下接头内径相等的结构设计，并在破裂盘破碎后由三者内壁共同限定工具内部通径，使工具解堵后的最小内径与油管内径一致，实现了真正意义上的全通径。相较于现有陶瓷破裂盘打开后通径仅为油管内径60%-80%的技术缺陷，本发明彻底消除了管柱内部的缩径和凸台结构，为后续柱塞在油管内的往复运行提供了无障碍通道，从根本上避免了柱塞卡阻导致的停产和修井作业，显著降低了气井维护成本；

24、（2）本发明中，底座上端套设于上接头下端内壁中，且二者的套设覆盖高度小于剪钉外径的4倍，该限定同时兼顾了防止摩擦接触的最小化需求与结构强度的最低保障要求。基于此结构设计，剪钉被剪断后，断裂所形成的不规则面在底座下行初始阶段即脱离套设配合区域，与滑动接触面在空间上分离，不参与后续任何滑动摩擦接触。消除了断裂面摩擦对底座下行动能的消耗，确保驱动力能够高效、无损地转化为撞击动能，使破裂盘在设定压力下获得足够的撞击速度，显著提高了撞击破碎的可靠性和一致性。同时，由于断裂面的不规则性不再影响下行运动，工具对剪钉材料性能一致性的依赖程度降低，剪钉剪切压力的控制更加精确和稳定，进一步增强了工具的现场作业可靠性；

25、（3）本发明采用剪钉剪切压力控制开启，破裂盘仅作为临时承压屏障，无需精确控制破裂盘的破碎压力阈值，而是通过剪钉的剪切力释放与撞针撞击产生应力破碎实现开启。剪钉的剪切压力可通过剪钉数量、规格及材料的精确选配实现精准控制，其中剪钉数量根据目标剪切压力计算确定，剪钉规格和材料根据承压及剪切强度要求选择，从而在设计中即可实现开启压力的精确设定。相较于现有破裂盘直接依靠纯压力破碎时因制造工艺复杂导致的破碎压力误差范围大、易引发井控安全风险和井下复杂风险的技术缺陷，本发明通过剪钉参数的系统化设计，使开启压力误差控制在±2mpa以内，显著提升了开启压力的精确性和稳定性，有效保障了带压作业全过程的井控安全。

26、（4）本发明在破裂盘的上端外缘与底座之间、以及破裂盘的下端外缘与底座和固定套形成的肩部之间均设置有l型密封圈。l型密封圈的截面呈“l”形，可同时对破裂盘实现轴向密封和径向密封，在破裂盘承受来自工具上方和下方的双向压力时均能保持可靠密封，有效避免了高压气体或液体从破裂盘边缘泄漏的风险，显著提高了工具在带压作业过程中的密封可靠性和承压能力。同时，l型密封圈包围于破裂盘的上端外缘和下端外缘，在工具运输及下井过程中，对破裂盘起到弹性缓冲和径向支撑作用，能够有效吸收和分散外部振动与冲击载荷，避免破裂盘因运输颠簸、起吊碰撞或下井过程中的意外冲击而产生微裂纹或局部破损，从而防止破裂盘在未达到设定开启条件时发生提前破碎或承压能力下降。l型密封圈兼具双向密封与运输保护的双重功能，在保证作业密封性能的同时，显著降低了破裂盘在非作业环节受损的风险，从源头保障了工具入井后的完好性和密封可靠性，确保工具在预定工况下能够正常完成密封功能并可靠开启。

27、（5）本发明通过井口憋压即可实现工具开启，破裂盘破碎后形成的碎屑随井内流体排出或落入井底口袋，无需下入钢丝进行打捞作业，也无需等待可溶材料溶解，更无需钻除作业。相较于机械式堵塞器需下入钢丝打捞内部滑套机构、可溶堵塞器需等待溶解且存在卡阻风险、陶瓷破裂盘破碎不完整需修井处理等现有技术缺陷，本发明实现了下入、憋压开启、全通径的一体化作业流程，单井次作业可节省钢丝打捞作业费用及配套设备费用，大幅缩短了作业周期，降低了作业成本和井下风险。

28、综上所述，本发明通过等内径结构设计、剪钉位置及安装方式优化以及l型密封圈的双向密封与运输保护，实现了带压作业暂闭密封与解堵后管柱全通径的统一，且无需后续干预作业，适用于气井带压作业和气举+柱塞组合排水采气工艺，为老气田低压低产井的高效稳产提供了可靠的井下工具支撑。