本發(fā)明屬于油氣田增產改造技術領域，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：

國內油氣供應不足的矛盾越來越突出，石油可采、易采儲量不斷減少，勘探開發(fā)正向深層、非常規(guī)隱蔽油藏發(fā)展，地層越來越復雜，層間差異大，多數(shù)儲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、提高油層動用程度、挖掘層間潛力最有效的措施。隨著技術發(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能夠兼顧高效、全通徑和避免井下復雜情況等方面，導致目前分段壓裂酸化施工效率不高、井下復雜情況多等問題。雖然目前已研發(fā)出遠程控制智能滑套，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)場大規(guī)模應用。國內油氣供應不足的矛盾越來越突出，石油可采、易采儲量不斷減少，勘探開發(fā)正向深層、非常規(guī)隱蔽油藏發(fā)展，地層越來越復雜，層間差異大，多數(shù)儲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、提高油層動用程度、挖掘層間潛力最有效的措施。隨著技術發(fā)展，現(xiàn)有油氣井通常采用分段壓裂酸化工藝，對于這種工藝，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，減少井下復雜情況和后期修井作業(yè)影響是一項重點要解決的問題?；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，目前均廣泛應用于水平井分段壓裂酸化作業(yè)管柱中。對于滑套，目前油田水平井分段壓裂酸化采用機械式投球滑套，打開每一級滑套都需要投入對應尺寸的壓裂球，施工時從下到上逐層投球打開各層滑套，每一級滑套球座內徑及壓裂球內徑均不相同，從下到上，滑套球座和壓裂球內徑逐級增大，這種滑套結構復雜，通徑小，且壓裂級數(shù)有限；并且當儲層后期產水，滑套無法實現(xiàn)關閉封堵，導致油氣井產能降低甚至報廢。例如，中國專利文獻公開的“一種投球開啟自鎖滑套”，公開號：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)時投球開啟壓裂噴砂通道，并鎖定保持生產通道暢通，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：CN201723198U，公開日期：2011年01月26日，該實用新型是利用壓差推動上、下液缸分別向上下移動，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)出一些新的機械式可開關滑套，這類滑套在壓裂酸化施工時，可通過投球或下入連續(xù)油管帶開關工具打開滑套，當儲層后期產水，需要關閉滑套時，下入連續(xù)油管帶開關工具關閉滑套。例如專利“一種選擇性開關滑套組件中的智能型滑套”，公開號：CN202125290U，公開日期：2012年01月25日，該實用新型是利用下入專用開關工具，打開和關閉滑套。這類滑套的最大問題在于連續(xù)油管帶開關工具開關滑套需要使用連續(xù)油管設備，作業(yè)費用高，且連續(xù)油管作業(yè)需要花費大量時間，該方法操作復雜，施工周期長，成本很非常高。基于此，又開發(fā)出可遠程控制的電動滑套，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：CN104088604A，公開日期：2014年10月08日，該發(fā)明專利通過在地面發(fā)送控制指令遠程控制井下滑套的打開和關閉。這類滑套雖然操作簡便，節(jié)省時間，但是結構復雜，成本高，且易出現(xiàn)故障，并且受到設計尺寸限制，無法滿足管柱全通徑的要求。對于射孔，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合橋塞一起應用，實現(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：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)時間和成本；同時如果遇到套管變形的問題，則會導致射孔槍和橋塞無法下入到位，影響后續(xù)施工。對于水力噴射射孔方式，利用水力封隔原理實現(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管柱水力噴射工藝及其管柱”，公開號：CN103075139A，公開日期：2013年05月01日，但由于壓裂施工時有油管或連續(xù)油管在井筒內，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投球依次打開各級滑套并施工，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，進行生產；在生產過程中，如遇某一層位或某些層位出水，則下連續(xù)油管帶滑套開關工具關閉對應層位的滑套；這種技術能夠實現(xiàn)開關滑套，但分段級數(shù)有限；國內水平井分段壓裂酸化改造工藝中，普遍應用的也是投球式滑套。但相較于國外同類產品，這類滑套不具備后期可關閉的功能。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的時間，時效性上較差。而對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)時間，也會遇到井下復雜情況，其中水力噴射射孔還受到施工排量限制。

綜上所述，目前遠程控制智能滑套存在成本高昂，故障率高，難以在現(xiàn)場大規(guī)模應用。

技術實現(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，旨在解決當前油氣井增產改造采用分段壓裂+射孔橋塞連作工藝由于套管變形帶來的施工進度嚴重滯后問題，并省去下橋塞和射孔的時間和成本，極大地提高油氣井增產改造效率的問題。

本發(fā)明是這樣實現(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活塞桿，使之向上運動，打開井下觸發(fā)滑套。本發(fā)明能夠遠程實時控制井下觸發(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)省了大量時間和成本；同時，井下觸發(fā)滑套是一種全通徑滑套，不會為后續(xù)作業(yè)和生產產生任何干擾。

進一步，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成的腔體內注滿平衡液的方式，確保固井水泥漿在固井過程中不會通過噴射孔進入井下觸發(fā)滑套腔體內。

進一步，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火燃燒產生高壓氣體的方式。

進一步，所述的地面電磁波發(fā)送方式，當現(xiàn)場只有一口油氣井時，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)射方式的兩個電極，井口和金屬桿作為電極接口；當現(xiàn)場滿足雙井眼條件時，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：

信號發(fā)送系統(tǒng)，用于發(fā)送電磁波；地面信號發(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控制及激勵設備、電極等，當現(xiàn)場只有一口油氣井時，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)射方式的兩個電極，井口和金屬桿電極作為電極接口，如圖2所示；當井場有2口或更多井時，任意選擇其中兩口井的井口作為垂直偶極子天線發(fā)射方式的兩個電極接口，如圖3所示；

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

井下信號處理及控制系統(tǒng)，用于實現(xiàn)電磁波信號的處理；井下控制電路板對磁通門傳感器接收到的信號進行調理、濾波等處理，提取出控制信息并與自身事先設定的指令進行對比，如果一致，則認為接收到控制指令，繼而控制點火器點火；

驅動源點火，用于實現(xiàn)點火；驅動源就是火藥，點火器點燃火藥，火藥燃爆，產生的高壓氣體推動井下觸發(fā)滑套的活塞桿移動。

執(zhí)行機構，用于完成滑套打開動作。執(zhí)行機構就是井下觸發(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，控制點火器引爆火藥筒，完成滑套開啟動作；首先通過地面電磁波信號發(fā)射設備把控制命令以載波形式加載到低頻正弦電磁波信號中進行放大并發(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位以內的更高位數(shù)的二進制編碼；井下磁通門傳感器接收到這個帶有控制命令的電磁波載波信號，并把信號發(fā)送至井下控制電路板，井下控制電路板經過信號放大、濾波等處理，把載波信號中的控制命令提取出來，并與井下控制電路板預設的控制指令進行對比，如果地面發(fā)送的控制命令與井下控制電路板預設的控制指令不一致，則井下控制電路板不向點火器輸出點火指令，如果地面發(fā)送的控制命令與井下控制電路板預設的控制指令一致，則井下控制電路板向點火器輸出點火指令，點火器點火。

所述井下觸發(fā)滑套控制系統(tǒng)進一步包括：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的火藥筒；活塞桿通過噴射孔兩端的密封圈封隔井筒內和環(huán)空流體，每個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成的腔體內注滿平衡液；保護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；井下控制電路板控制點火器點火，點燃火藥筒，火藥筒燃爆，產生高壓氣體，推動活塞桿向上運動，實現(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活塞桿，使之向上運動，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)通過點火燃燒產生高壓氣體的方式。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成的腔體內注滿平衡液的方式，確保固井水泥漿在固井過程中不會通過噴射孔進入井下觸發(fā)滑套腔體內。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的井下觸發(fā)滑套控制系統(tǒng)結構示意圖，a：滑套關閉狀態(tài)，b：滑套開啟狀態(tài)；

圖2是本發(fā)明實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)明實施例提供的施工現(xiàn)場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、保護殼；3、點火器；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、地面電磁波信號控制及激勵設備；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、信號發(fā)送系統(tǒng)；25、井下信號接收系統(tǒng)；26、井下信號處理及控制系統(tǒng)；27、驅動源點火；28、執(zhí)行機構；29、雙井場電極1；30、雙井場井眼1；31、雙井場電極2；32、雙井場井眼2。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實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)場施工中，通常隨套管或油管一次性下入多個井下觸發(fā)滑套，為保證每個井下觸發(fā)滑套的獨立控制開啟，在下井前提前為每個滑套設置不同的控制指令，每個滑套都在持續(xù)檢索地面發(fā)送的電磁波信號，只有當接收到的電磁波信號與自身設置的控制指令相匹配時，滑套才會動作。

所述的地面電磁波發(fā)送方式，當現(xiàn)場只有一口油氣井時，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)射方式的兩個電極，井口15和電極17作為電極接口，如圖2所示；當現(xiàn)場滿足雙井眼條件時，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)射方式的兩個電極，兩口井的井口(雙井場電極1 29和雙井場電極2 31)作為電極接口，如圖3所示。

下面結合附圖對本發(fā)明的應用原理作詳細的描述。

如圖4所示，本發(fā)明實施例提供的井下觸發(fā)滑套控制系統(tǒng)包括：信號發(fā)送系統(tǒng)24、井下信號接收系統(tǒng)25、井下信號處理及控制系統(tǒng)26、驅動源點火27、執(zhí)行機構28。

信號發(fā)送系統(tǒng)24，用于發(fā)送電磁波。

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

井下信號處理及控制系統(tǒng)26，用于實現(xiàn)電磁波信號的處理。

驅動源點火27，用于實現(xiàn)點火。

執(zhí)行機構28，用于完成滑套打開動作。

首先通過地面電磁波信號發(fā)射設備把控制命令以載波形式加載到低頻正弦電磁波信號中進行放大并發(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位以內的更高位數(shù)的二進制編碼；井下磁通門傳感器接收到這個帶有控制命令的電磁波載波信號，并把信號發(fā)送至井下控制電路板，井下控制電路板經過信號放大、濾波等處理，把載波信號中的控制命令提取出來，并與井下控制電路板預設的控制指令進行對比，如果地面發(fā)送的控制命令與井下控制電路板預設的控制指令不一致，則井下控制電路板不向點火器輸出點火指令，如果地面發(fā)送的控制命令與井下控制電路板預設的控制指令一致，則井下控制電路板向點火器輸出點火指令，點火器點火。

下面結合附圖對本發(fā)明的應用原理作進一步的描述。

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和環(huán)空流體，每個噴射孔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成的腔體內注滿平衡液。保護殼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。當操作人員需要開啟井下觸發(fā)滑套時，在地面向井下發(fā)送控制信號，井下觸發(fā)滑套接收到控制信號后，井下控制電路板5控制點火器3點火，點燃火藥筒8，火藥筒8燃爆，產生高壓氣體，推動活塞桿12向上運動，實現(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活塞桿，使之向上運動，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)通過點火燃燒產生高壓氣體的方式。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成的腔體內注滿平衡液的方式，確保固井水泥漿在固井過程中不會通過噴射孔進入井下觸發(fā)滑套腔體內。

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