CN103806888B - 井下无限级数控压裂滑套 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下无限级数控压裂滑套，是为实现油气井直井不限级数的数控分层压裂改造而设计的，由数控压裂滑套、数控堵塞器和解堵塞组成。数控压裂滑套由上接头、连接套、本体和下接头连接而成，设有层位ID卡的内滑套设在连接套内；数控堵塞器由压盖、主体套和底堵连接而成，内部设有彼此配合动作的压杆、变径活塞、密封板、导管和控制板等，控制板上的杠杆机构连接底堵上的凡尔；解堵塞主要由端盖、V型密封和芯轴组成。本发明可满足油气田多级压裂改造和选择性开采的要求，实现井下管串全通径，可直接进行排液，可用连续油管或电缆带开关工具打开压裂滑套，能减少使用压裂传导管线，降低劳动强度及施工风险。

Description

井下无限级数控压裂滑套

技术领域

本发明涉及一种井下无限级数控压裂滑套，属于油田油、气井压裂技术领域。

背景技术

目前，进行单井多层改造是实现单井产量的有效途径之一，国内油田套管井多段压裂改造的方式主要有两大类：一是利用电缆射孔、机械封隔器进行层段间封隔，通过一次打开压裂滑套，完成多级压裂改造；二是通过水力喷射压裂工具进行水力喷射射孔，利用水力射流效应实现层间封隔，喷射压裂完成多级改造。以上两种工艺分段时，主要采用投不同尺寸的密封球来完成各级滑套喷砂器的开启和已改造段的隔离。由于受井口、井筒、施工管柱及工具设计尺寸等的条件的限制，仅能完成有限级数的分层压裂改造。当地层吐砂时，球容易掩埋低产层，影响单井压裂改造效果，且球在球座上不利于后期修井作业，若修井钻磨会二次伤害地层，影响单井产量，增加施工风险和钻磨作业成本，而且，上述工艺不具备后期控制和选择性开采的功能。

目前，国外不限级数的压裂滑套需要采用导压管线进行压力传导，形成球座，下钻工作量大，管线连接处有漏失风险，压裂完成后需进行钻磨才能实现管柱全通径，施工风险大，费用高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下无限级数控压裂滑套，其能实现油气井直井不限级数的数控分层压裂改造，满足油气田多级压裂改造和选择性开采的工艺要求。

本发明的具体技术方案如下：

井下无限级数控压裂滑套由数控压裂滑套、数控堵塞器和解堵塞组成：

数控压裂滑套的连接套两端分别连接上接头和本体。本体两端设有V型密封，中部筒壁上均匀设有径向的压裂端口，下端连接设有内壁台阶的下接头。连接套通过剪切销钉连接内滑套，内滑套顶端设有层位ID卡，下端设有开关槽，中部筒壁上均匀设有径向的通槽。

数控堵塞器的主体套设有顶部缩径孔柱，主体套筒体内中部设有带活塞密封圈的活塞孔，活塞孔上、下方为上、下腔室，主体套下部筒壁上均匀设有径向的锁块通槽。主体套缩径孔柱上套装V型密封环，并穿进压盖内。压盖中心孔内设有密封圈，顶端连接捞帽的压杆贯穿压盖中心孔及主体套缩径柱孔内，并通过剪钉与压盖固定。变径活塞位于主体套内，由自上而下的中径活塞、小径活塞、大径活塞和带扩径活塞密封圈的扩径活塞组成，其底面设有中心锥孔。锁块由拉簧固定在主体套的锁块通槽内。主体套内壁底端连接底堵，底堵上端面支撑控制板。控制板中心孔内连接导管，导管顶端连接带导管密封圈、且由主体套内壁台阶限位的密封板，密封板顶面设有对应变径活塞底面中心锥孔的中心锥台。在密封板与控制板之间设有控制单元。控制板偏心孔内设有拉杆，拉杆顶端由销与连接板连接，拉杆上套装密封垫、压圈和复位弹簧，拉杆底端连接杠杆，杠杆另一端设有定位销且通过杠杆销连接支架。底堵外壁连接层位识别器，底堵设有两个底面偏心孔和一个对应捞帽的底面盲孔，偏心孔内分别设有总开关和环座，环座上设有弹簧和凡尔。

解堵塞主要由端盖、V型密封和芯轴组成。芯轴底面设有对应数控堵塞器捞帽的解堵盲孔，周面依次套装有芯轴V型密封和端盖。

本发明井下无限级数控压裂滑套的有益效果如下：

本发明不论井眼尺寸大小，均可实现不限级数的、数字控制的分层压裂改造，可满足油气田多层数压裂改造的需要。压裂完成后，可实现井下管串全通径，无需钻磨，降低作业成本；可直接进行排液，降低液体滞留储层的时间，减少对地层的二次污染。当某级数控压裂滑套打开失败时，可用连续油管或电缆带开关工具打开压裂滑套，保证后续施工的进行。后期也可采用开关工具任意重复开关某级压裂滑套，进行选择性开采。能减少使用国外技术中的压裂传导管线，降低劳动强度及施工风险，且压裂第一层时无需射孔。

附图说明

图1为数控压裂滑套结构示意图。

图2为数控堵塞器结构示意图。

图3为解堵塞结构示意图。

图4为井下无限级数控压裂滑套未打开状态下示意图。

图5为井下无限级数控压裂滑套打开状态下示意图。

图6为井下无限级数控压裂滑套解堵状态下示意图。

具体实施方式

参照图1至6对本发明的实施例进一步说明：

实施例：

井下无限级数控压裂滑套包括数控压裂滑套、数控堵塞器和解堵塞三部分。

数控压裂滑套由上接头1、层位ID卡2、剪切销钉3、连接套4、内滑套5、V型密封7、本体9和下接头11组成。连接套4两端分别螺纹连接上接头1和本体9。本体9两端设有V型密封7，中部筒壁上均匀设有四个径向的压裂端口8，下端螺纹连接设有内壁台阶的下接头11。连接套4通过剪切销钉3连接内滑套5，内滑套5顶端设有层位ID卡2，下端设有开关槽10，中部筒壁上均匀设有四个径向通槽6。（本实施例压裂端口8长50mm、宽30mm，开关槽10长25mm、内径￠78mm，通槽6长45mm、宽25mm）

数控堵塞器由捞帽1′、压杆2′、剪钉3′、密封圈4′、压盖5′、V型密封环6′、主体套7′、活塞密封圈8′、拉簧9′、锁块10′、变径活塞11′、导管12、导管密封圈13、扩径密封圈14、密封板15、控制单元16、销17、连接板18、拉杆19、控制板20、密封垫21、压圈22、复位弹簧23、杠杆24、层位识别器25、总开关26、底堵27、支架28、定位销29、杠杆销30、凡尔31、弹簧32和环座33组成：

主体套7′设有顶部缩径孔柱，主体套7′筒体内中部设有带活塞密封圈8′的活塞孔，活塞孔上、下方为上、下腔室，主体套7′下部筒壁上均匀设有四个径向的、长方形的锁块通槽。主体套7′缩径孔柱上套装V型密封环6′，并穿进压盖5′内。压盖5′中心孔内设有密封圈4′，顶端连接捞帽1′的压杆2′贯穿压盖5′中心孔及主体套7′缩径柱孔内，并通过剪钉3′与压盖5′固定。变径活塞11′位于主体套7′内，由自上而下的中径活塞、小径活塞、大径活塞和带扩径活塞密封圈14的扩径活塞组成，其底面设有中心锥孔。锁块10′由拉簧9′固定在主体套7′的锁块通槽内。主体套7′内壁底端螺纹连接底堵27，底堵27上端面支撑控制板20。控制板20中心孔内连接导管12，导管12顶端连接带导管密封圈13、且由主体套7′内壁台阶限位的密封板15，密封板15顶面设有对应变径活塞11′底面中心锥孔的中心锥台。在密封板15与控制板20之间设有控制单元16。控制板20偏心孔内设有拉杆19，拉杆19顶端由销17与连接板18连接，拉杆19上套装密封垫21、压圈22和复位弹簧23，拉杆19底端连接杠杆24，杠杆24另一端设有定位销29且通过杠杆销30连接支架28。底堵27外壁连接层位识别器25，底堵27设有两个底面偏心孔和一个对应捞帽1′的底面盲孔，偏心孔内分别设有总开关26和环座33，环座33上设有弹簧32和凡尔31。（本实施例主体套7′锁块通槽长40mm、宽20mm；变径活塞11′自上而下分别为￠30mm中径活塞、￠28mm小径活塞、￠36mm大径活塞和￠56mm扩径活塞；密封板15内径￠15mm、外径￠58mm；控制板20内径￠15mm、外径￠58mm）

解堵塞主要由端盖34、V型密封35和芯轴36组成。芯轴36底面设有对应数控堵塞器捞帽1′的解堵盲孔，周面依次套装有芯轴V型密封35和端盖34。

本发明各部件的功能说明如下：

V型密封环6′用于防止液体从数控堵塞器与数控压裂滑套间的环空间隙中泄露，起封堵已施工层段的作用。当变径活塞11′的大径活塞面顶出锁块10′时，小径活塞正好位于主体套7′的活塞孔处，此时上、下腔室连通，使变径活塞11′得以下移，回收锁块10′。导管12用于传导油管液体，给变径活塞11′提供向上的推力。由电磁铁和数码电路组成的控制单元16用于产生强磁，在得到层位识别器25发出的目的层信息时，数码电路启动，将电能转换为动能，启动设备工作。层位识别器25与数控压裂滑套的层位ID卡进行无接触、短距离地无线通信，一旦识别出为目的层，则启动控制单元16，拉动连接板18和拉杆19，压缩复位弹簧23，使杠杆24产生转动，向下顶出凡尔31，压缩弹簧32，使油管液体经凡尔31和底堵27与控制板20间的腔体流入导管12，向上推动变径活塞11′，将锁块10′顶入内滑套5的开关槽10内，锁住数控压裂滑套。

本井下无限级数控压裂滑套的工作过程如下：

如附图4所示，将数控压裂滑套A连接在完井管柱所对应的压裂层位，打开总开关26，从井口投入数控堵塞器B。当数控堵塞器B经过数控压裂滑套A的层位ID卡2附近时，其层位识别器25与层位ID卡2进行短距离无线通信，读取层位信息。若识别出为目的层，则控制单元16启动工作，若识别出为非目的层，则继续下行。

如附图5所示，控制单元16启动工作，电磁铁产生强磁，拉动数控堵塞器B的拉杆19，利用杠杆原理推开凡尔31，使油管液体进入堵塞器的导管12，推动变径活塞11′上移，锁块10′被大径活塞顶入数控压裂滑套A的开关槽10，锁住数控压裂滑套A。井口加压，数控堵塞器B通过锁块10′带动数控压裂滑套A的内滑套5下移至下接头11的内壁台阶处，此时，内滑套5的通槽6与压裂端口8对齐，沟通油套管并封堵下层，从而实现分层压裂。依次投入数控堵塞器B，可打开各层别的数控压裂滑套A，压裂各层段。

如图6所示，压裂完成后，井口投入解堵塞C至最上面一级的数控堵塞器B，使其解堵盲孔对接捞帽1′。井口加压，剪断数控堵塞器B的剪钉3′，压杆2′推动变径活塞11′下移，锁块10′遇小径活塞复位，使数控堵塞器B脱离数控压裂滑套A解锁。数控堵塞器B继续向下一级移动，在其底面盲孔对接下一级捞帽1′时，井口加压，实现下一级数控堵塞器B解锁，重复上述动作，依次解锁所有数控堵塞器B，实现井下管串全通径，完成油气田套管完井方式下不限级数的、数字控制的逐级压裂改造，最后进行合层排液，求产。如果后期要进行选择性开采，可采用专用开关工具打开或关闭数控压裂滑套A。

Claims (2)

1.一种井下无限级数控压裂滑套，其特征在于：

井下无限级数控压裂滑套包括数控压裂滑套、数控堵塞器和解堵塞三部分：

数控压裂滑套的连接套(4)两端分别连接上接头(1)和本体(9)；本体(9)两端设有V型密封(7)，中部筒壁上均匀设有径向的压裂端口(8)，下端连接设有内壁台阶的下接头(11)；连接套(4)通过剪切销钉(3)连接内滑套(5)，内滑套(5)顶端设有层位ID卡(2)，下端设有开关槽(10)，中部筒壁上均匀设有径向的通槽(6)；

数控堵塞器的主体套(7′)设有顶部缩径孔柱，主体套(7′)筒体内中部设有带活塞密封圈(8′)的活塞孔，活塞孔上、下方为上、下腔室，主体套(7′)下部筒壁上均匀设有径向的锁块通槽；主体套(7′)缩径孔柱上套装V型密封环(6′)，并穿进压盖(5′)内；压盖(5′)中心孔内设有密封圈(4′)，顶端连接捞帽(1′)的压杆(2′)贯穿压盖(5′)中心孔及主体套(7′)缩径柱孔内，并通过剪钉(3′)与压盖(5′)固定；变径活塞(11′)位于主体套(7′)内，由自上而下的中径活塞、小径活塞、大径活塞和带扩径活塞密封圈(14)的扩径活塞组成，其底面设有中心锥孔；锁块(10′)由拉簧(9′)固定在主体套(7′)的锁块通槽内；主体套(7′)内壁底端连接底堵(27)，底堵(27)上端面支撑控制板(20)；控制板(20)中心孔内连接导管(12)，导管(12)顶端连接带导管密封圈(13)、且由主体套(7′)内壁台阶限位的密封板(15)，密封板(15)顶面设有对应变径活塞(11′)底面中心锥孔的中心锥台；在密封板(15)与控制板(20)之间设有控制单元(16)；控制板(20)偏心孔内设有拉杆(19)，拉杆(19)顶端由销(17)与连接板(18)连接，拉杆(19)上套装密封垫(21)、压圈(22)和复位弹簧(23)，拉杆(19)底端连接杠杆(24)，杠杆(24)另一端设有定位销(29)且通过杠杆销(30)连接支架(28)；底堵(27)外壁连接层位识别器(25)，底堵(27)底面设有偏心孔和对应捞帽(1′)的底面盲孔，偏心孔内设有总开关(26)和环座(33)，环座(33)上设有弹簧(32)和凡尔(31)；

解堵塞的芯轴(36)底面设有对应数控堵塞器捞帽(1′)的解堵盲孔，周面依次套装有芯轴V型密封(35)和端盖(34)。

2.如权利要求1所述的井下无限级数控压裂滑套，其特征在于：

数控压裂滑套的压裂端口(8)长50mm、宽30mm，开关槽(10)长25mm、内径φ78mm，通槽(6)长45mm、宽25mm；

数控堵塞器的主体套(7′)锁块通槽长40mm、宽20mm；变径活塞(11′)自上而下分别为φ30mm中径活塞、φ28mm小径活塞、φ36mm大径活塞和φ56mm扩径活塞；密封板(15)内径φ15mm、外径φ58mm；控制板(20)内径φ15mm、外径φ58mm。