CN102704904A - 一种多级压裂滑套装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级压裂滑套装置及其使用方法，其特征在于：它包括上管柱接头、套体、下管柱接头、开关套和变径球座；上管柱接头的下部连接套体的上部，套体的下部连接下管柱接头的上部；套体为圆筒形，其靠近上部位置的周向间隔设置有若干侧孔；套体靠近下部位置的内侧设置有一圈台阶；开关套也呈圆筒形，设置在套体的内部、上管柱接头的下方，与套体通过若干销钉连接固定；开关套下部的内径大于其上部的内径，变径球座设置在开关套的内下部，变径球座的上部周向通过若干销钉与开关套连接固定，变径球座的下部设置有若干条割缝，各割缝内均充满有密封介质；下管柱接头的顶部呈锥形，变径球座的底部设置有一圈向内侧凸起的台阶，且下管柱接头顶部的外径小于变径球座底部的外径。

Description

一种多级压裂滑套装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种压裂管柱的配套装置及其使用方法，特别是关于一种开采页岩气储层/致密砂岩储层的压裂管柱上用的多级压裂滑套装置及其使用方法。

背景技术

传统封隔器+滑套压裂技术采用投一次封堵球，打开一个滑套，完成一级水力压裂。滑套的功能不仅需要打开形成压裂液注入地层的流通通道，而且还要与封堵球配合改变压裂液流动方向，并与其卡位的封隔器承压共同实现对地层的压裂作业。由于封堵球受压裂管柱内径限制，因此，一趟压裂管柱往往能够打开的压裂滑套数量非常有限。随着开发油气资源的渗透率越来越低，需要压裂改造的级数越来越多，因此，传统的压裂滑套已越来越不能满足现代压裂技术的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种多级压裂滑套装置及其使用方法，其封堵球可正常开启滑套并能顺利通过，不影响下一级滑套的开启，能够实现投一次封堵球开启多级压裂滑套的目的。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多级压裂滑套装置，其特征在于：它包括上管柱接头、套体、下管柱接头、开关套和变径球座；所述上管柱接头的下部连接所述套体的上部，所述套体的下部连接所述下管柱接头的上部；所述套体为圆筒形，其靠近上部位置的周向间隔设置有若干侧孔；所述套体靠近下部位置的内侧设置有一圈台阶；所述开关套也呈圆筒形，设置在所述套体的内部、所述上管柱接头的下方，与所述套体通过若干销钉连接固定；所述开关套下部的内径大于其上部的内径，所述变径球座设置在所述开关套的内下部，所述变径球座的上部周向通过若干销钉与所述开关套连接固定，所述变径球座的下部设置有若干条割缝，各所述割缝内均充满有密封介质；所述下管柱接头的顶部呈锥形，所述变径球座的底部设置有一圈向内侧凸起的台阶，且所述下管柱接头顶部的外径小于所述变径球座底部的外径。

所述上管柱接头、套体、下管柱接头之间均通过螺纹连接，且所述套体的上部和下部设置的是内螺纹，所述上管柱接头的下部和所述下管柱接头的上部设置的是外螺纹。

所述变径球座的上部为“C”环结构，下部设置有多条割缝，所述变径球座的最小内径与其开启的封堵球的外径相匹配。

所述上管柱接头与所述套体的连接处、所述套体与所述下管柱接头的连接处、所述开关套与所述套体的连接处，以及所述变径球座与所述开关套的连接处均设置有密封圈。

上述一种多级压裂滑套装置的使用方法，其包括以下步骤：1）压裂管柱分成多段，相邻压裂管柱之间均设置有一压裂滑套装置；将上部管柱接头的上部连接相邻压裂管柱中，位于上方的压裂管柱的下部；将下部管柱接头的下部连接相邻压裂管柱中，位于下方的压裂管柱的上部；2）投封堵球并将其泵送至变径球座的台阶处；提升泵压至一定高度时，变径球座在受到封堵球的轴向推力作用下，将开关套与套体之间连接的销钉剪断，变径球座和开关套向下轴向滑移，使套体靠近上部位置周向设置的侧孔逐渐开启；当开关套下移至下部接触到套体内部的台阶时，变径球座和开关套停止向下轴向移动；3）提高泵压，变径球座在封堵球承受的轴向推力作用下剪断与开关套连接的销钉后，迅速向下轴向移动；当变径球座的台阶接触到下管柱接头顶部的锥形面时，变径球座下部迅速张开，使其内径迅速扩大，封堵球在轴向推力作用下脱离变径球座，并穿过下管柱接头，实现了压裂滑套的开启，并顺利通过滑套；4）封堵球进入下一个变径球座的台阶处；返回步骤2），重复上述过程，实现多级压裂滑套的开启。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的上管柱接头连接套体上部，套体下部连接下管柱接头，套体内设置开关套体，开关套体内设置变径球座，变径球座底部的外径大于下管柱接头顶部的锥形面，因此，变径球座在锥形面的接触下易于开启，且变径球座不落井底，不会给后期施工作业造成影响。2、本发明的开关套体通过销钉与套体连接，变径球座通过销钉与开关套体连接，变径球座的底部设置有一圈向内侧凸起的台阶，当封堵球泵送至变径球座的台阶处，并提升泵压至一定高度时，变径球座在封堵球的轴向推力作用下，将开关套与套体之间连接的销钉剪断，变径球座及开关套向下轴向滑移，使套体靠近上部位置周向设置的侧孔逐渐开启；当开关套下移至下部接触到套体内部的台阶时，变径球座和开关套停止向下轴向移动；提高泵压至新高度时，变径球座在封堵球承受的轴向推力作用下剪断与开关套连接的销钉后，迅速向下轴向移动；当变径球座下部接触到下管柱接头顶部的锥形面时，变径球座下部迅速张开，使其内径迅速扩大，封堵球在轴向推力作用下脱离变径球座，并穿过下管柱接头，实现了压裂滑套的开启，并顺利通过了滑套，因此，本发明不仅能正常开启滑套，而且还能保证封堵球顺利通过，不影响下一级滑套的开启。3、本发明设置在相邻两段压裂管柱之间，上部管柱接头的上部连接相邻压裂管柱中，位于上方的压裂管柱的下部；下部管柱接头的下部连接相邻压裂管柱中，位于下方的压裂管柱的上部，因此，可实现多级串联并正常开启，理论上串联级数不受限制。4、本发明通过打开滑套建立了压裂液流通通道，使管内压裂液能够泵入地层，因此减少了射孔工艺。5、本发明多个压裂单元串联，最后一组压裂单元采用常规压裂滑套，即组成一次投球实现多级压裂的压裂管柱总成，采用多次投入不同井径封堵球，即可轻松实现直井、水平井的多级多裂缝压裂。本发明结构简单，可靠性高，成本低，可广泛用于压裂过程中。

附图说明

图1是本发明主视半剖结构示意图

图2是本发明变径球座结构示意图

图3是本发明变径球座下部张开结构示意图

图4是本发明投封堵球开启示意图

图5是本发明封堵球通过示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明主要包括上管柱接头1、套体2、下管柱接头3、开关套4和变径球座5。

本发明上管柱接头1的下部通过螺纹连接套体2的上部，套体2的下部通过螺纹连接下管柱接头3的上部。套体2的上部和下部设置的是内螺纹，上管柱接头1的下部和下管柱接头3的上部设置的是外螺纹。套体2为圆筒形，其靠近上部位置的周向间隔设置有若干侧孔21；套体2靠近下部位置的内侧设置有一圈台阶22。开关套4也呈圆筒形，设置在套体2的内部、上管柱接头1的下方，与套体2通过若干销钉一6连接固定，开关套4的外部周向设置有一密封圈7，开关套4通过密封圈7与套体2实现密封连接，当开关套4上的销钉一6剪断，开关套4向下运动时，能够卡在套体2内下部的台阶22处；开关套4下部的内径大于其上部的内径，变径球座5设置在开关套4的内下部，变径球座5的上部周向通过若干销钉二8与开关套4连接固定，变径球座5的下部设置有若干条割缝51，割缝51内充满密封介质。下管柱接头3的顶部呈锥形，变径球座5的底部设置有一圈向内侧凸起的台阶52，且下管柱接头3顶部的外径小于变径球座5底部的外径，因此，变径球座5落下后能够通过台阶52卡在下管柱接头3顶部的锥形面处。

如图2、图3所示，本发明变径球座5的上部为“C”环结构，下部有多条割缝51，割缝51的数量及长度需要根据封堵球的大小进行优化设计。该结构的最大优点是当变径球座5在开关套4内时，能够对封堵球进行封堵，当变径球座5脱离开关套4后能够轻松张开，使封堵球顺利通过变径球座5。

上述实施例中，为增加密封性，上管柱接头1与套体2的连接处，以及套体2与下管柱接头3的连接处均增加设置有密封圈；变径球座5与开关套4的连接处也增加设置有密封圈。

上述实施例中，为了减少变径球座5脱离开关套2过程中的反锁力，变径球座5外表面与开关套2内侧可采用一定角度接触。

上述实施例中，为了依次实现开关套4与套体2脱离、变径球座5与开关套4脱离，销钉一6和销钉二8的个数、尺寸等可根据实际情况进行优化设计。

上述实施例中，为了保证变径球座5下部扩张满足封堵球9的通过要求，下管柱接头3顶部的锥度、套体2内台阶22与下管柱接头3顶部的距离、变径球座5下部的割缝51的深度可根据实际情况进行优化。

本发明压裂滑套装置的使用方法包括以下步骤：

1）压裂管柱分成多段，相邻压裂管柱之间均设置有一套本发明压裂滑套装置，最后一组压裂单元采用常规压裂滑套；具体连接为：将本发明上部管柱接头1的上部连接相邻压裂管柱中，位于上方的压裂管柱的下部；将本发明下部管柱接头2的下部连接相邻压裂管柱中，位于下方的压裂管柱的上部。

2）如图4所示，投封堵球9并将其泵送至变径球座5的台阶52处；提升泵压至一定高度时，变径球座5在受到封堵球9的轴向推力作用下，通过销钉二8带动开关套4将销钉一6剪断，变径球座5及开关套4向下轴向滑移，使套体2靠近上部位置周向设置的侧孔21逐渐开启。当开关套4下移至下部接触到套体2内部的台阶22时，变径球座5和开关套4停止向下轴向移动。

3）如图5所示，提高泵压至新高度时（高于第一次泵压），变径球座5在封堵球9承受的轴向推力作用下剪断与开关套4连接的销钉二8后，迅速向下轴向移动。当变径球座5的台阶52接触到下管柱接头3顶部的锥形面时，变径球座5下部迅速张开，使其内径迅速扩大，封堵球9在轴向推力作用下脱离变径球座5，并穿过下管柱接头3，实现了压裂滑套的开启，并顺利通过了滑套。

4）封堵球9进入下一套本发明压裂滑套装置的变径球座5的台阶52处；返回步骤2），重复上述过程，实现多级压裂滑套的开启。

上述实施例中，变径球座5的最小内径需与其开启的封堵球9的外径相匹配；本发明还设置有封堵器，封堵器外径的选择与最终的常规压裂滑套球座相匹配。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种多级压裂滑套装置，其特征在于：它包括上管柱接头、套体、下管柱接头、开关套和变径球座；

所述上管柱接头的下部连接所述套体的上部，所述套体的下部连接所述下管柱接头的上部；所述套体为圆筒形，其靠近上部位置的周向间隔设置有若干侧孔；所述套体靠近下部位置的内侧设置有一圈台阶；所述开关套也呈圆筒形，设置在所述套体的内部、所述上管柱接头的下方，与所述套体通过若干销钉连接固定；所述开关套下部的内径大于其上部的内径，所述变径球座设置在所述开关套的内下部，所述变径球座的上部周向通过若干销钉与所述开关套连接固定，所述变径球座的下部设置有若干条割缝，各所述割缝内均充满有密封介质；所述下管柱接头的顶部呈锥形，所述变径球座的底部设置有一圈向内侧凸起的台阶，且所述下管柱接头顶部的外径小于所述变径球座底部的外径。

2.如权利要求1所述的一种多级压裂滑套装置，其特征在于：所述上管柱接头、套体、下管柱接头之间均通过螺纹连接，且所述套体的上部和下部设置的是内螺纹，所述上管柱接头的下部和所述下管柱接头的上部设置的是外螺纹。

3.如权利要求1所述的一种多级压裂滑套装置，其特征在于：所述变径球座的上部为“C”环结构，下部设置有多条割缝，所述变径球座的最小内径与其开启的封堵球的外径相匹配。

4.如权利要求2所述的一种多级压裂滑套装置，其特征在于：所述变径球座的上部为“C”环结构，下部设置有多条割缝，所述变径球座的最小内径与其开启的封堵球的外径相匹配。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种多级压裂滑套装置，其特征在于：所述上管柱接头与所述套体的连接处、所述套体与所述下管柱接头的连接处、所述开关套与所述套体的连接处，以及所述变径球座与所述开关套的连接处均设置有密封圈。

6.一种如权利要求1～5任一项所述多级压裂滑套装置的使用方法，其包括以下步骤：

1）压裂管柱分成多段，相邻压裂管柱之间均设置有一压裂滑套装置；将上部管柱接头的上部连接相邻压裂管柱中，位于上方的压裂管柱的下部；将下部管柱接头的下部连接相邻压裂管柱中，位于下方的压裂管柱的上部；

2）投封堵球并将其泵送至变径球座的台阶处；提升泵压至一定高度时，变径球座在受到封堵球的轴向推力作用下，将开关套与套体之间连接的销钉剪断，变径球座和开关套向下轴向滑移，使套体靠近上部位置周向设置的侧孔逐渐开启；当开关套下移至下部接触到套体内部的台阶时，变径球座和开关套停止向下轴向移动；

3）提高泵压，变径球座在封堵球承受的轴向推力作用下剪断与开关套连接的销钉后，迅速向下轴向移动；当变径球座的台阶接触到下管柱接头顶部的锥形面时，变径球座下部迅速张开，使其内径迅速扩大，封堵球在轴向推力作用下脱离变径球座，并穿过下管柱接头，实现了压裂滑套的开启，并顺利通过滑套；

4）封堵球进入下一个变径球座的台阶处；返回步骤2），重复上述过程，实现多级压裂滑套的开启。

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