CN103375159B - 一种多过流孔滑套及水平井多段压裂滑套管柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多过流孔滑套及水平井多段压裂滑套管柱，属于油气田开采设备领域。所述多过流孔滑套包括外套以及安装在外套内的与其同轴线的内滑套；所述内滑套为圆柱体，在其上开有至少两个过流孔，所有过流孔的轴线均与内滑套的轴线平行，并且从内滑套的一端贯穿到另一端。所述水平井多段压裂滑套管柱包括至少一级所述多过流孔滑套。本发明适用于水平井多段压裂作业，通过增加滑套段数，增加了压裂滑套段数，增强了压裂效果，同时保证了流体通过滑套时摩阻在可接受合理范围内，提高了压裂施工技术经济水平。利用本发明无需改造现有井口和下入管柱，对提高压裂效果有重要意义，具有广阔的应用前景。

Description

一种多过流孔滑套及水平井多段压裂滑套管柱

技术领域

本发明属于油气田开采设备领域，具体涉及一种多过流孔滑套及水平井多段压裂滑套管柱。

背景技术

随着油气田勘探开发的深入，低渗、特低渗致密油气田大量被发现和开发，水平井多段压裂成为最关键的开采技术之一，且水平段长度和压裂段数呈现大幅度增长态势。多段滑套压裂是水平井压裂的主打工艺，但是如何增加滑套段数、提高一次作业效率，是水平井压裂技术的瓶颈。

目前，多段投球滑套都是逐级投一个封堵球，打开一级滑套，压裂一级，再次投一个稍大级别的封堵球，打开上一级滑套，压裂上一级，如此逐级打开各级滑套，实现水平井多段压裂。由于受井下滑套过流摩阻的限制，滑套内径不能很小。地面泵的注排量为2.5-3m³，通过摩阻模型计算，当滑套内径小于30mm时，单一滑套的摩阻迅速加大，加之上层滑套摩阻与井眼沿程摩阻，累计摩阻较大，实际施工是不能接受的。因此，受过流摩阻限制，滑套级数不能继续增加。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种多过流孔滑套及水平井多段压裂滑套管柱，增加滑套段数，增加单次压裂段数，提高压裂效果，提高投入产出比。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多过流孔滑套，包括外套2以及安装在外套2内的与其同轴线的内滑套；

所述内滑套为圆柱体，在其上开有至少两个过流孔，所有过流孔的轴线均与内滑套的轴线平行，并且从内滑套的一端贯穿到另一端。

所述内滑套上的过流孔的个数为2-4个；在同一个内滑套上的所有过流孔的直径是相同的，在横截面上同一个内滑套上的所有过流孔相对于内滑套的圆心在周向上均匀分布。

具有2个过流孔的为双孔内滑套，具有3个过流孔的为三孔内滑套，具有4个过流孔的为四孔内滑套。

所述内滑套上的每个过流孔配有一个封堵球；所述封堵球的直径大于与其配对的过流孔的内径；

所述内滑套的一端设有用于承接所述封堵球的密封配合面，该密封配合面与封堵球相适配。

所述内滑套上的过流孔的个数越多，其过流孔的直径就越小，对应的封堵球的直径也越小。

所述内滑套的外表面与所述外套2的内表面在轴向上滑动配合，在两者的配合处设有剪切销钉9，所述剪切销钉9将内滑套固定在外套2的内部；

在所述内滑套的外表面上设有密封槽8，在所述密封槽8内安装有O型圈以实现内滑套与外套2之间的孔隙密封；

所述外套2上设有一组喷砂孔10，所述喷砂孔10在所述外套2的圆周上均布，并与所述内滑套对应；在所述内滑套滑动前，所述喷砂孔10被内滑套封堵住；

所述外套2的一端为全通径，另一端设有内凸台阶，所述内滑套滑动下移最后卡在此内凸台阶处；

在所述外套2的壁上设计有螺钉孔7，所述剪切销钉9穿过所述螺钉孔7将所述内滑套固定住。

一种水平井多段压裂滑套管柱，包括至少一级所述多过流孔滑套；当多于一级时，各级多过流孔滑套串联设置，在相邻两级多过流孔滑套之间还通过接箍依次连接有封隔器402和油管403；

每级多过流孔滑套均位于两个相邻油气层之间，形成相对独立的压裂段，以实现分段压裂。

当所述水平井多段压裂滑套管柱只包括一级多过流孔滑套时，该多过流孔滑套的上端通过接箍1连接单孔多段压裂滑套管柱，下端通过接箍连接全开式滑套管柱；

当所述水平井多段压裂滑套管柱包括两级或两级以上的多过流孔滑套时，首端的多过流孔滑套的上端通过接箍连接单孔多段压裂滑套管柱，尾端的多过流孔滑套的下端通过接箍连接全开式滑套管柱。

各级多过流孔滑套的外套2的尺寸是相同的，各级多过流孔滑套的内滑套的外径尺寸是相同的，但是各级多过流孔滑套的内滑套上的过流孔的数量与过流孔的内径是不相同的；

每级多过流孔滑套的内滑套上的过流孔的直径小于其上一级多过流孔滑套的内滑套上的过流孔的直径，而大于其下一级多过流孔滑套的内滑套上的过流孔的直径；对应地，每级多过流孔滑套的内滑套所配的封堵球的外径小于上一级多过流孔滑套的内滑套的过流孔的内径，而大于本级多过流孔滑套的内滑套的过流孔的内径，以便于封堵球从上一级多过流孔滑套的过流孔通过，而封堵在本级多过流孔滑套的过流孔上；所述上一级是指首端或者靠近首端的，所述下一级是指尾端或靠近尾端的。

每级多过流孔滑套的内滑套配有一组封堵球，封堵球的个数与该级内滑套的过流孔的个数相等；内滑套上的过流孔的个数越多，其过流孔的直径就越小，对应的封堵球的直径也越小。在确定了本级滑套上过流孔数目后，在滑套强度允许的情况下，尽量让过流孔直径变大，由于滑套外径是相同的，过流孔数目越多，过流孔内径就越小。

所述水平井多段压裂滑套管柱可以是包括一级多过流孔滑套，该多过流孔滑套内有双孔内滑套。

所述水平井多段压裂滑套管柱也可以是包括两级多过流孔滑套，其中一级过流孔滑套带有双孔内滑套，另一级过流孔滑套带有四孔内滑套或者带有三孔内滑套。

所述水平井多段压裂滑套管柱还可以是包括三级多过流孔滑套，其中第一级过流孔滑套带有双孔内滑套，中间一级过流孔滑套带有三孔内滑套，最后一级过流孔滑套带有四孔内滑套。在多孔滑套段就三级，这三级就是比目前现有的压裂滑套管柱多出来的三级，在实际使用中管柱上面连接为现有的单过流孔滑套管柱，下面连接这三级，组成新的压裂管柱。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明在内滑套上设计有2-4个过流孔，保证了流体通过滑套时的摩阻在可接受的合理范围内；在进行压裂作业时每次需要投与孔数相同的球数，封堵球个数与孔数相同，以便堵住本级内滑套上所有的过流孔；

(2)本发明解决了压裂滑套因受井径尺寸和流通摩阻限制而滑套段数受限的问题，克服了滑套内径通常不能小于30mm的瓶颈，因为每个孔小于30mm，但是由于孔数变多，多孔的过流面积就较大，摩阻值就能接受；

(3)本发明通过结构改进增加了压裂滑套段数，从而增加了水平井压裂段数，减少了一次性投入，提高了压裂改造效果及投入产出比，提高了压裂施工技术经济水平；

(4)本发明结构简单，易于现场操作，无需改造现有井口和下入管柱，对提高压裂效果有重要意义，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1-1是本发明多过流孔滑套串联使用的一个实施例的结构示意图，此时是坐封后的状态。

图1-2是本发明多过流孔滑套串联使用的一个实施例的结构示意图，此时是坐封前的状态。

其中，1为接箍，2为外套，3为大封堵球，4为双孔内滑套，5为小封堵球，6为四孔内滑套，7为螺钉孔，8为密封槽，9为剪切销钉。

图2-1是本发明多过流孔滑套中的双孔内滑套4的立体示意图，此时是坐封后的状态。

图2-2是本发明多过流孔滑套中的四孔内滑套6的立体示意图，此时是坐封后的状态。

图3-1是本发明多过流孔滑套中封堵球坐封前的双孔内滑套4的立体示意图。

图3-2是本发明多过流孔滑套中封堵球坐封前的四孔内滑套6的立体示意图。

图4本发明水平井多段压裂滑套管柱的结构示意图。其中，401为多过流孔滑套，402为封隔器，403为油管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

图1给出的是本发明多过流孔滑套串联使用的一个实施例，其使用了两级滑套，即两个外套2和对应的两个多过流孔滑套，两个多过流孔滑套分别装有双孔内滑套4(如图3-1所示)和四孔内滑套6(如图3-2所示)；与所述双孔内滑套4相配的是大封堵球3，与所述四孔内滑套6相配的是小封堵球5；所述小封堵球5的直径小于大封堵球3的直径；图1只是一个实施例，实际使用时，要根据需要可以将具有双孔内滑套、三孔内滑套、四孔内滑套的滑套配合使用，也可以单独使用(例如，如果某口井设计压裂需要10段，但是目前成熟的单过流孔压裂滑套，由于受滑套内孔减小摩阻增大的原因，最大为9段，这时就可以单加一个带有双孔内滑套或带有三孔内滑套或带有四孔内滑套的滑套)或者将带有双孔内滑套和带有三孔内滑套的滑套组合使用，一般优先选用孔数少的滑套，在孔数少的滑套不够的情况下再选用孔数多的滑套(例如，前面举的10段的例子中，目前单孔的只有9段，优选双孔内滑套，而不是三孔内滑套或四孔内滑套；假如需要11段，就需要增加2段，一般优选一个双孔内滑套+三孔内滑套，而不选三孔内滑套+四孔内滑套)。根据实际使用情况与井径尺寸变更，对于大尺寸井(即井眼的直径大)，在图1所示实施例的双孔内滑套和四孔内滑套之间可以添加一级三孔内滑套，同时还要增加一个封隔器和一段设计所需长度的油管。

各级的外套2的尺寸是相同的，根据压裂设计的要求确定压裂段数，各段滑套的不同由内滑套来区分，各级的内滑套的外径尺寸是相同的，各级内滑套的过流孔数和孔的内径是不同的，图3-1为双孔内滑套4，图3-2为四孔内滑套6，双孔内滑套4上有两个过流孔，四孔内滑套6上有4个过流孔，双孔内滑套4的过流孔的直径大于四孔内滑套6的过流孔的直径。在一个内滑套上，在过流孔与过流孔间隔部分强度足够的情况下，过流孔要尽量大，且同一内滑套上的过流孔直径相同。

在压裂之前，所有内滑套的封堵球都放置在井口投球器内；内滑套与外套2之间通过剪切销钉9连接，剪切销钉9安装在外套2上的螺钉孔7内，此时内滑套堵住外套2上的喷砂孔10；内滑套外表面上设计有4个密封槽8(如图2和图3所示，上下各两个密封槽)，密封槽8内安装有O型圈以实现内滑套与外套2之间的孔隙密封。各段压裂作业之前(此时内滑套的状态如图3所示，上面没有封堵球)，启动井口投球器投球，然后开泵泵送封堵球，当封堵球全部坐封在内滑套的密封端时(此时内滑套的状态如图2所示，密封端上坐封有封堵球。)，流体无法流出，压力开始升高，直到剪断剪切销钉9，内滑套由图1-2所示的位置滑动到图1-1所示的位置，此时喷砂孔10打开，然后开始压裂作业。

图1只是为了说明该多过流孔滑套的结构，在实际使用时，压裂两端之间可能间隔70-80m，每两段之间还要用封隔器进行封隔，因为实际使用中滑套长度也就1米左右，而两个封隔器之间距离可以是几米、十几米或者更长，因此滑套与封隔器之间需要用油管相连。具体来说，使用所述多过流孔滑套的水平井多段压裂滑套管柱如图4所示(图4中包括三级多过流孔滑套，也可以多于三级或少于三级)，在图1的两级多过流孔滑套401的中间通过接箍1添加封隔器402，并根据两段之间距离连接需要长度的油管403，如果多于两级，则相邻两级之间都要通过接箍添加封隔器以及油管403，每个外套2位于两个相邻油气层之间，形成相对独立的压裂段，以实现分段压裂。若只需要一个多过流孔滑套，则该滑套上端通过接箍连接目前发展比较成熟的单孔多段压裂滑套管柱，下端通过接箍连接不含内滑套的全开式滑套管柱，综合组成压裂滑套管柱，若两个或两个以上的多过流孔滑套，则首端的滑套上端通过接箍连接单孔多段压裂滑套管柱，尾端的滑套的下端通过接箍连接全开式滑套管柱，综合组成压裂滑套管柱。

本发明可适用于水平井多段压裂作业，其改变了传统设计思路和方案，在单过流孔内滑套过流摩阻较大情况下，在内滑套上设计2-4个过流孔，减小压裂液过流时的摩阻。通过本发明的改进增加了滑套级数，从而增加了水平井压裂段数，提高了压裂改造效果、提高了水平井压裂改造的技术经济水平。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (8)

1.一种多过流孔滑套，其特征在于：所述多过流孔滑套包括外套(2)以及安装在外套(2)内的与其同轴线的内滑套；

所述内滑套为圆柱体，在其上开有至少两个过流孔，所有过流孔的轴线均与内滑套的轴线平行，并且从内滑套的一端贯穿到另一端，以及

所述内滑套的外表面与所述外套(2)的内表面在轴向上滑动配合，在两者的配合处设有剪切销钉(9)，所述剪切销钉(9)将内滑套固定在外套(2)的内部；

在所述内滑套的外表面上设有密封槽(8)，在所述密封槽(8)内安装有O型圈；

所述外套(2)上设有一组喷砂孔(10)，所述喷砂孔(10)在所述外套(2)的圆周上均布，并与所述内滑套对应；在所述内滑套滑动前，所述喷砂孔(10)被内滑套封堵住；

所述外套(2)的一端为全通径，另一端设有内凸台阶，所述内滑套滑动下移最后卡在此内凸台阶处；

在所述外套(2)的壁上设计有螺钉孔(7)，所述剪切销钉(9)穿过所述螺钉孔(7)将所述内滑套固定住。

2.根据权利要求1所述的多过流孔滑套，其特征在于：所述内滑套上的过流孔的个数为2-4个；在同一个内滑套上的所有过流孔的直径是相同的，在横截面上同一个内滑套上的所有过流孔相对于内滑套的圆心在周向上均匀分布。

3.根据权利要求2所述的多过流孔滑套，其特征在于：具有2个过流孔的为双孔内滑套，具有3个过流孔的为三孔内滑套，具有4个过流孔的为四孔内滑套。

4.根据权利要求2或3所述的多过流孔滑套，其特征在于：所述内滑套上的每个过流孔配有一个封堵球；所述封堵球的直径大于与其配对的过流孔的内径；

所述内滑套的一端设有用于承接所述封堵球的密封配合面，该密封配合面与封堵球相适配。

5.根据权利要求4所述的多过流孔滑套，其特征在于：所述内滑套上的过流孔的个数越多，其过流孔的直径就越小，对应的封堵球的直径也越小。

6.一种装有权利要求1所述多过流孔滑套的水平井多段压裂滑套管柱，其特征在于：所述水平井多段压裂滑套管柱包括至少一级所述多过流孔滑套；当多于一级时，各级多过流孔滑套串联设置，在相邻两级多过流孔滑套之间还通过接箍依次连接有封隔器(402)和油管(403)；

每级所述多过流孔滑套均位于两个相邻油气层之间。

7.根据权利要求6所述的水平井多段压裂滑套管柱，其特征在于：当所述水平井多段压裂滑套管柱只包括一级多过流孔滑套时，该多过流孔滑套的上端通过接箍连接单孔多段压裂滑套管柱，下端通过接箍连接全开式滑套管柱；

当所述水平井多段压裂滑套管柱包括两级或两级以上的多过流孔滑套时，首端的多过流孔滑套的上端通过接箍连接单孔多段压裂滑套管柱，尾端的多过流孔滑套的下端通过接箍连接全开式滑套管柱。

8.根据权利要求7所述的水平井多段压裂滑套管柱，其特征在于：各级多过流孔滑套的外套(2)的尺寸是相同的，各级多过流孔滑套的内滑套的外径尺寸是相同的，但是各级多过流孔滑套的内滑套上的过流孔的数量与过流孔的内径是不相同的；

每级多过流孔滑套的内滑套上的过流孔的直径小于其上一级多过流孔滑套的内滑套上的过流孔的直径，而大于其下一级多过流孔滑套的内滑套上的过流孔的直径；对应地，每级多过流孔滑套的内滑套所配的封堵球的外径小于上一级多过流孔滑套的内滑套的过流孔的内径，而大于本级多过流孔滑套的内滑套的过流孔的内径。