一种二开水平井固完井管柱装置技术领域
本实用新型涉及到钻井工程技术领域，尤其涉及一种二开水平井固完井管柱装
置。
背景技术
油气开采中的钻井主要包括钻进工程和完井工程。
钻进工程就是从开钻到钻至勘探开发目的层，钻完全井进尺的钻凿过程。开钻，是
指下入导管或各层套管后第一只钻头的开始钻进。
钻进可分为第一次开钻、第二次开钻、第三次开钻等。一口井从井深为零开始钻
进，称第一次开钻，简称一开；表层套管固井以后再开钻，称第二次开钻，简称二开；技术套
管固井完后再开钻，称第三次开钻，简称三开；如技术套管有两层、三层，则还会有四开、五
开。钻进工程主要内容是：钻进起下钻、钻井取心，以及在钻井中与固井、录井、测井、与井壁
取心、中途测试的配合工作。钻井液、管具、特殊钻井的技术服务贯穿于钻进的全过程。钻进
工程是钻井的主体工程，其工程技术水准和质量，以及各相关工种、技术服务、钻井各环节
工作的协调衔接配合，是安全钻进，缩短钻井周期，降低材料消耗，决定工程成本高低及勘
探投资效益高低的关键。
一开主要包括：钻表层，下表层套管，固井；装井口；试压；防喷设备的安装。二开主
要包括：钻进；中途测试；下入技术套管并固井。三开主要包括：安装井口，试压；钻进，钻开
油气层；完井电测；下生产套管并固井。
完井工程是从钻开油层开始，到下套管注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液，直至
投产的一项系统工程。主要工程内容是：完井电测，井壁取心、下套管、注水泥等油层套管固
井，测声幅、试压，装井口装置等。完井阶段测井、测试等作业项目多，材料消耗量大，费用发
生多，特别是多层的下套管井，会使钻井成本成倍或几倍的升高。完井也是井下复杂与事故
多发阶段，特别是固井质量的好坏直接关系到一口井的成功与失败。
目前，水平井多采用三开钻进方式。目前实施的水平井开发，水平段长度从600米
到3056米不等，其中多数井水平段在1000-1500米，随着开发进程的深入，能布置较长水平
段的有利区带变少，为了有效动用Ⅱ、Ⅲ类储层，实现降本增效的目的，主要布置400-600米
的短水平段井储层，因为水平段越长，遇到的技术难题就会越多。
采用三开钻进方式的水平井，其中二开采用7英寸套管下入水平段的起始端处固
井，三开采用6英寸钻头完成水平段钻进，完井采用下入5英寸套管固井或下入3.5英寸裸眼
封隔器组合，再对储层实施改造后投产。三开钻进方式:存在中完时间长，钻完井周期长、储
层改造周期长、因完井管柱尺寸小的因素限制，无法对储层实施大规模空间立方体深度改
造，储层改造效果受限，开发费用高，同时，因完井管柱尺寸小，在后期生产中无法对水平段
实施修井、堵水、重复压裂改造等工艺措施，不利于水平井的经济、高效开发。
公开号为CN 201714364U，公开日为2011年01月19日的中国专利文献公开了一种
水平井裸眼完井分段压裂酸化工具管柱，包括油管柱、水力锚，其特征在于：还包括循环滑
套、悬挂封隔器、投球滑套A、裸眼封隔器A、投球滑套B、裸眼封隔器B、投球滑套C、裸眼封隔
器C、投球滑套D、裸眼封隔器D、投球滑套E、裸眼封隔器E、压差滑套、坐封球座、回压阀、筛管
和引鞋，且循环滑套、水力锚、悬挂封隔器、投球滑套A、裸眼封隔器A、投球滑套B、裸眼封隔
器B、投球滑套C、裸眼封隔器C、投球滑套D、裸眼封隔器D、投球滑套E、裸眼封隔器E、压差滑
套、坐封球座、回压阀、筛管和引鞋依次连接在所述油管柱上。
该专利文献公开的水平井裸眼完井分段压裂酸化工具管柱，完井管柱结构相当复
杂，其结构上有悬挂封隔器，是将工具串悬挂在上部套管上，上部带有水力锚固定、带有液
压丢手工具，管柱下入到预定井深后，需要对工具进行丢手座挂，然后起出送入工具，下入
回接工具才能实施储层改造；在完井管柱下入过程中，悬挂封隔器受井内多种因素影响，易
提前工作，容易引发安全事故，甚至导致井的报废；存在钻井速度低，钻完井周期长，开发成
本高和采收率低的缺陷；而且工具内径较小，储层改造时如发生砂堵，处理手段少，处理成
本高，严重影响改造效果，严重时导致气井报废。
实用新型内容
本实用新型为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种二开水平井固完井管柱装
置，本实用新型无需悬挂封隔器，当下入到预定井深后直接注水泥固井，待水泥浆凝固后，
直接进行储层改造，极大提高了安全性；能够有效提高钻井速度，缩短钻完井周期，降低开
发成本，提高采收率。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种二开水平井固完井管柱装置，包括套管、位于套管内的管柱、管柱从上到下由
竖直段、倾斜段和水平段构成、设置在水平段上的投球滑套、压差滑套、裸眼封隔器和浮鞋，
其特征在于：还包括浮箍和自封球座，所述裸眼封隔器至少为三个，任意两个相邻裸眼封隔
器之间设置有一个投球滑套，所述管柱从下到上依次通过丝扣连接所述浮鞋、浮箍、自封球
座、压差滑套、裸眼封隔器和投球滑套。
沿管柱从下到上依次设置的投球滑套的外径相同，内径逐渐增大。
所述自封球座包括连接在一起的单流阀和接球座，接球座位于单流阀的上方。
所述套管的尺寸为5.5英寸。
所述裸眼封隔器的尺寸为8.5英寸。
使用时，根据一口水平井水平段储层含油气情况进行综合分析，确定试油气改造
井段。
首先，对管柱的水平段进行分段，从而确定裸眼封隔器的使用个数、每个裸眼封隔
器下入应该到达的井深；投球滑套的个数，每个投球滑套应该到达的井深；水泥浆封固井
段、水泥浆密度、各顶替液密度等。
其次，对完钻井眼进行模拟通井，确保管柱能正常下入到达预定井深。
再次，下入管柱装置，下入预定井深后，循环钻井液。
最后，固井施工：按照固井施工设计注入前置液、领浆、水泥浆、隔离液、投座封球，
将水泥浆循环顶替到位；启动裸眼封隔器：根据施工压力判断座封球到达自封球座，继续注
入顶替液，压力升高到设计压力，再启动裸眼封隔器，施工结束。
本实用新型自封球座的工作原理为：接球座的内径小于座封球的外径，当座封球
从井口投入下落到达接球座后，管内实现密封。从管内注入液体，管内压力升高，当升高到
裸眼封隔器启封压力时，裸眼封隔器启动密封，继续注入液体，压力也继续升高，当达到压
差滑套开启压力时，压差滑套打开。
本实用新型压差滑套的工作原理为：当投入座封球后，座封球到达接球座，从管内
注入液体，压力升高，当达到一定压力值时，剪切销钉剪断，压差滑套打开，管柱管内和压差
滑套管外环型空间连通，即与井底最下部一段储层连通。
本实用新型投球滑套的工作原理为：当座封球从井口投入管柱内，下落到接球座
时，因座封球的外径大于接球座内径，实现密封，当压力升到一定值时，也就是管内外压力
差达到设计值时，剪切销钉剪断，座封球和接球座下行，窗口打开，实现管内外连通。
本实用新型裸眼封隔器的工作原理为：当内外压差达到设计值时，剪切销钉剪断，
液缸推动促使胶筒受纵向挤压，外径增大10％-30％，实现密封；所有裸眼封隔器尺寸均一
样，工作时当压力达到启封压力，一口井下入的所有裸眼封隔器均同时启封。
本实用新型的有益效果主要表现在以下方面：
一、本实用新型，包括浮箍和自封球座，裸眼封隔器至少为三个，任意两个相邻裸
眼封隔器之间设置有一个投球滑套，管柱从下到上依次通过丝扣连接所述浮鞋、浮箍、自封
球座、压差滑套、裸眼封隔器和投球滑套，其中，浮鞋起引导作用；浮箍在下管柱过程中，管
外的钻井液不能进入套管内，处于常密封状态，但管内灌注的钻井液液柱压力高于环型空
间液柱压力时，管内钻井液则可通过浮箍进入环型空间；自封球座，既具有单流阀作用，同
时承接座封球，协助实现裸眼封隔器密封和协助实现压差滑套开启；压差滑套，当管柱内压
力高于管外压力设定值时，压差滑套打开，储层改造时，压裂液就能够通过此通道进入地
层；投球滑套，用于对储层分段打开管柱形成窗口，储层改造时，压裂液通过此窗口进入地
层；裸眼封隔器，用于封隔套管外部上下环型空间，将水平分段隔开，实现储层压裂改造本
段时，压力不能传递到其它段内，上下其它水平段不受影响；套管，用于将钻出的裸眼井眼
封隔，形成油气流动通道；作为一个完整的技术方案，较公开号为CN 201714364U，公开日为
2011年01月19日的中国专利文献而言，整个管柱装置中由于没有悬挂封隔器、水力锚、液压
丢手工具和回接工具，当管柱下入到预定井深后直接注水泥固井，待水泥浆凝固后，直接进
行储层改造，极大的提高了安全性；管柱装置总费用下降了40％，压裂施工排量可达10立方
米/分钟，实现了对储层的深度改造，大幅缩短了储层改造施工时间；改造效果提升20％以
上；大幅减少了改造储层施工压裂液量，节约储层改造施工费用10％以上；有效的提高了钻
井速度，缩短了钻完井周期，降低了开发成本，提高了采收率。
二、本实用新型，沿管柱从下到上依次设置的投球滑套的外径相同，内径逐渐增
大，当座封球从井口投入管柱内，下落到接球座时，因座封球的外径大于接球座内径，实现
密封，当压力升到一定值时，也就是管内外压力差达到设计值时，剪切销钉剪断，座封球和
接球座下行，窗口打开，实现管内外连通；通过沿管柱从下到上依次增大投球滑套的内径，
既能够实现良好的密封，也能够保障管内外连通顺畅性。
三、本实用新型，自封球座包括连接在一起的单流阀和接球座，接球座位于单流阀
的上方，当座封球从井口投入下落到达接球座后，管内能够实现良好的密封；从管内注入液
体，管内压力升高，当升高到裸眼封隔器启封压力时，裸眼封隔器启动密封，继续注入液体，
压力也继续升高，当达到压差滑套开启压力时，压差滑套打开，采用这种特定结构的自封球
座，既具有单流阀作用，同时能够承接座封球，能够有效协助实现裸眼封隔器密封和协助实
现压差滑套开启。
四、本实用新型，套管的尺寸为5.5英寸，增大了内径，便于实现储层的深度改造，
当储层改造时，若发生砂堵，能够有效处理，降低了处理难度和成本。
五、本实用新型，裸眼封隔器的尺寸为8.5英寸，当内外压差达到设计值时，剪切销
钉剪断，外径增大10％-30％，能够实现良好的密封，密封稳定性强；所有裸眼封隔器尺寸均
一样，工作时当压力达到启封压力，一口井下入的所有裸眼封隔器均同时启封，步调一致。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的具体说明，其
中：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型自封球座的结构示意图；
图中标记：1、套管，2、管柱，3、竖直段，4、倾斜段，5、水平段，6、投球滑套，7、压差滑
套，8、裸眼封隔器，9、浮鞋，10、浮箍，11、自封球座，12、单流阀，13、接球座。
具体实施方式
实施例1
一种二开水平井固完井管柱装置，包括套管1、位于套管1内的管柱2、管柱2从上到
下由竖直段3、倾斜段4和水平段5构成、设置在水平段5上的投球滑套6、压差滑套7、裸眼封
隔器8和浮鞋9，还包括浮箍10和自封球座11，所述裸眼封隔器8为三个，任意两个相邻裸眼
封隔器8之间设置有一个投球滑套6，所述管柱2从下到上依次通过丝扣连接所述浮鞋9、浮
箍10、自封球座11、压差滑套7、裸眼封隔器8和投球滑套6。
本实施例为最基本的实施方式，包括浮箍和自封球座，现有技术的自封球座即可，
裸眼封隔器至少为三个，任意两个相邻裸眼封隔器之间设置有一个投球滑套，管柱从下到
上依次通过丝扣连接所述浮鞋、浮箍、自封球座、压差滑套、裸眼封隔器和投球滑套，其中，
浮鞋起引导作用；浮箍在下管柱过程中，管外的钻井液不能进入套管内，处于常密封状态，
但管内灌注的钻井液液柱压力高于环型空间液柱压力时，管内钻井液则可通过浮箍进入环
型空间；自封球座，既具有单流阀作用，同时承接座封球，协助实现裸眼封隔器密封和协助
实现压差滑套开启；压差滑套，当管柱内压力高于管外压力设定值时，压差滑套打开，储层
改造时，压裂液就能够通过此通道进入地层；投球滑套，用于对储层分段打开管柱形成窗
口，储层改造时，压裂液通过此窗口进入地层；裸眼封隔器，用于封隔套管外部上下环型空
间，将水平分段隔开，实现储层压裂改造本段时，压力不能传递到其它段内，上下其它水平
段不受影响；套管，用于将钻出的裸眼井眼封隔，形成油气流动通道；作为一个完整的技术
方案，较公开号为CN 201714364U，公开日为2011年01月19日的中国专利文献而言，整个管
柱装置中由于没有悬挂封隔器、水力锚、液压丢手工具和回接工具，当管柱下入到预定井深
后直接注水泥固井，待水泥浆凝固后，直接进行储层改造，极大的提高了安全性；管柱装置
总费用下降了40％，压裂施工排量可达10立方米/分钟，实现了对储层的深度改造，大幅缩
短了储层改造施工时间；改造效果提升20％以上；大幅减少了改造储层施工压裂液量，节约
储层改造施工费用10％以上；有效的提高了钻井速度，缩短了钻完井周期，降低了开发成
本，提高了采收率。
实施例2
一种二开水平井固完井管柱装置，包括套管1、位于套管1内的管柱2、管柱2从上到
下由竖直段3、倾斜段4和水平段5构成、设置在水平段5上的投球滑套6、压差滑套7、裸眼封
隔器8和浮鞋9，还包括浮箍10和自封球座11，所述裸眼封隔器8为四个，任意两个相邻裸眼
封隔器8之间设置有一个投球滑套6，所述管柱2从下到上依次通过丝扣连接所述浮鞋9、浮
箍10、自封球座11、压差滑套7、裸眼封隔器8和投球滑套6。
沿管柱2从下到上依次设置的投球滑套6的外径相同，内径逐渐增大。
本实施例为一较佳实施方式，沿管柱从下到上依次设置的投球滑套的外径相同，
内径逐渐增大，当座封球从井口投入管柱内，下落到接球座时，因座封球的外径大于接球座
内径，实现密封，当压力升到一定值时，也就是管内外压力差达到设计值时，剪切销钉剪断，
座封球和接球座下行，窗口打开，实现管内外连通；通过沿管柱从下到上依次增大投球滑套
的内径，既能够实现良好的密封，也能够保障管内外连通顺畅性。
实施例3
一种二开水平井固完井管柱装置，包括套管1、位于套管1内的管柱2、管柱2从上到
下由竖直段3、倾斜段4和水平段5构成、设置在水平段5上的投球滑套6、压差滑套7、裸眼封
隔器8和浮鞋9，还包括浮箍10和自封球座11，所述裸眼封隔器8为四个，任意两个相邻裸眼
封隔器8之间设置有一个投球滑套6，所述管柱2从下到上依次通过丝扣连接所述浮鞋9、浮
箍10、自封球座11、压差滑套7、裸眼封隔器8和投球滑套6。
沿管柱2从下到上依次设置的投球滑套6的外径相同，内径逐渐增大。
所述自封球座11包括连接在一起的单流阀12和接球座13，接球座13位于单流阀12
的上方。
本实施例为又一较佳实施方式，自封球座包括连接在一起的单流阀和接球座，接
球座位于单流阀的上方，当座封球从井口投入下落到达接球座后，管内能够实现良好的密
封；从管内注入液体，管内压力升高，当升高到裸眼封隔器启封压力时，裸眼封隔器启动密
封，继续注入液体，压力也继续升高，当达到压差滑套开启压力时，压差滑套打开，采用这种
特定结构的自封球座，既具有单流阀作用，同时能够承接座封球，能够有效协助实现裸眼封
隔器密封和协助实现压差滑套开启。
实施例4
一种二开水平井固完井管柱装置，包括套管1、位于套管1内的管柱2、管柱2从上到
下由竖直段3、倾斜段4和水平段5构成、设置在水平段5上的投球滑套6、压差滑套7、裸眼封
隔器8和浮鞋9，还包括浮箍10和自封球座11，所述裸眼封隔器8为四个，任意两个相邻裸眼
封隔器8之间设置有一个投球滑套6，所述管柱2从下到上依次通过丝扣连接所述浮鞋9、浮
箍10、自封球座11、压差滑套7、裸眼封隔器8和投球滑套6。
沿管柱2从下到上依次设置的投球滑套6的外径相同，内径逐渐增大。
所述自封球座11包括连接在一起的单流阀12和接球座13，接球座13位于单流阀12
的上方。
所述套管1的尺寸为5.5英寸。
本实施例为又一较佳实施方式，套管的尺寸为5.5英寸，增大了内径，便于实现储
层的深度改造，当储层改造时，若发生砂堵，能够有效处理，降低了处理难度和成本。
实施例5
一种二开水平井固完井管柱装置，包括套管1、位于套管1内的管柱2、管柱2从上到
下由竖直段3、倾斜段4和水平段5构成、设置在水平段5上的投球滑套6、压差滑套7、裸眼封
隔器8和浮鞋9，还包括浮箍10和自封球座11，所述裸眼封隔器8为五个，任意两个相邻裸眼
封隔器8之间设置有一个投球滑套6，所述管柱2从下到上依次通过丝扣连接所述浮鞋9、浮
箍10、自封球座11、压差滑套7、裸眼封隔器8和投球滑套6。
沿管柱2从下到上依次设置的投球滑套6的外径相同，内径逐渐增大。
所述自封球座11包括连接在一起的单流阀12和接球座13，接球座13位于单流阀12
的上方。
所述套管1的尺寸为5.5英寸。
所述裸眼封隔器8的尺寸为8.5英寸。
本实施例为最佳实施方式，包括浮箍和自封球座，现有技术的自封球座即可，裸眼
封隔器至少为三个，任意两个相邻裸眼封隔器之间设置有一个投球滑套，管柱从下到上依
次通过丝扣连接所述浮鞋、浮箍、自封球座、压差滑套、裸眼封隔器和投球滑套，其中，浮鞋
起引导作用；浮箍在下管柱过程中，管外的钻井液不能进入套管内，处于常密封状态，但管
内灌注的钻井液液柱压力高于环型空间液柱压力时，管内钻井液则可通过浮箍进入环型空
间；自封球座，既具有单流阀作用，同时承接座封球，协助实现裸眼封隔器密封和协助实现
压差滑套开启；压差滑套，当管柱内压力高于管外压力设定值时，压差滑套打开，储层改造
时，压裂液就能够通过此通道进入地层；投球滑套，用于对储层分段打开管柱形成窗口，储
层改造时，压裂液通过此窗口进入地层；裸眼封隔器，用于封隔套管外部上下环型空间，将
水平分段隔开，实现储层压裂改造本段时，压力不能传递到其它段内，上下其它水平段不受
影响；套管，用于将钻出的裸眼井眼封隔，形成油气流动通道；作为一个完整的技术方案，较
公开号为CN 201714364U，公开日为2011年01月19日的中国专利文献而言，整个管柱装置中
由于没有悬挂封隔器、水力锚、液压丢手工具和回接工具，当管柱下入到预定井深后直接注
水泥固井，待水泥浆凝固后，直接进行储层改造，极大的提高了安全性；管柱装置总费用下
降了40％，压裂施工排量可达10立方米/分钟，实现了对储层的深度改造，大幅缩短了储层
改造施工时间；改造效果提升20％以上；大幅减少了改造储层施工压裂液量，节约储层改造
施工费用10％以上；有效的提高了钻井速度，缩短了钻完井周期，降低了开发成本，提高了
采收率。裸眼封隔器的尺寸为8.5英寸，当内外压差达到设计值时，剪切销钉剪断，外径增大
10％-30％，能够实现良好的密封，密封稳定性强；所有裸眼封隔器尺寸均一样，工作时当压
力达到启封压力，一口井下入的所有裸眼封隔器均同时启封，步调一致。
使用时，根据一口水平井水平段储层含油气情况进行综合分析，确定试油气改造
井段。
首先，对管柱的水平段进行分段，从而确定裸眼封隔器的使用个数、每个裸眼封隔
器下入应该到达的井深；投球滑套的个数，每个投球滑套应该到达的井深；水泥浆封固井
段、水泥浆密度、各顶替液密度等。
其次，对完钻井眼进行模拟通井，确保管柱能正常下入到达预定井深。
再次，下入管柱装置，下入预定井深后，循环钻井液。
最后，固井施工：按照固井施工设计注入前置液、领浆、水泥浆、隔离液、投座封球，
将水泥浆循环顶替到位；启动裸眼封隔器：根据施工压力判断座封球到达自封球座，继续注
入顶替液，压力升高到设计压力，再启动裸眼封隔器，施工结束。