CN107100606B - 一种全通径多级分段压裂滑套 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全通径多级分段压裂滑套，上内滑套装在上接头内，两者之间有销钉联接；下接头通过螺纹与上接头联接；中内滑套装在下接头中，并通过螺纹与上内滑套联接；上阀芯装在中内滑套内，并与上内滑套相接；上阀芯与中内滑套构成的环空中有上弹簧；球座装在中内滑套内；下内滑套装在下接头中，其上端与中内滑套相接；下阀芯装在下内滑套中，两者之间有销钉联接；下阀芯与中内滑套构成的环空中有下弹簧。当所有层段压裂完成后，井口逐渐泄压，在上、下弹簧恢复力作用下，上、下阀芯均向上移动，使得球座回到初始位置，压裂球可落到井底或返排到地面。不需要下入其它工具进行作业，本发明即可同时实现无限级及全通径压裂。

Description

一种全通径多级分段压裂滑套

技术领域

本发明涉及一种压裂工具领域，尤其是分段压裂用的全通径压裂工具。

背景技术

在全球进入难动用储量开发的时代背景下，国内外油气均面临着低渗透、超低渗透储层自然产能低、开发建产率低等开发难题，如何提高低渗透油藏的采收率和储量动用率逐渐成为国内外油气开发领域急需解决的问题。压裂改造技术是破解低渗透油气开发的关键技术，经过多年发展，国内外均已形成了针对不同油气藏类型的压裂改造技术系列。

目前国外体积压裂技术主要以簇式滑套和复合桥塞两类压裂技术为主，这两类压裂技术压裂完毕后井筒内存残留球座或桥塞，容易造成油气井堵塞和低液现象，无法开展二次改造等作业，需要下入工具将球座和桥塞钻除，因此延长了施工周期的同时增加了作业成本。

发明内容

为了克服现有体积压裂技术在不下入工具进行作业的情况下实现全通径压裂的问题，本发明提供一种全通径多级分段压裂滑套。该滑套具有施工压裂级数不受限制、管柱内全通径、无需钻除作业、利于后期液体返排及后续工具下入等优点，能很好地弥补现有技术的不足，为低渗透及非常规油气资源的开采提供了又一利器。

本发明所采用的技术方案是：

一种全通径多级分段压裂滑套，包括外筒体和设置在外筒体内的内滑套、球座，其中：所述外筒体由上接头1和下接头6两部分同轴向连接构成中段内外扩径的直筒体，在外筒体的上部径向分布有多个压裂孔28，在外筒体扩径段的管壁上沿轴向分别设置自上而下的上液控流道18和自下而上的下液控流道21，上液控流道18和下液控流道21分别在压裂孔28上部和下部阻断；所述内滑套由上内滑套3、中内滑套12、下内滑套17三部分构成，内滑套的三个部分均与外筒体扩径段内壁构成轴向滑动密封配合，其中上内滑套3通过销钉B19与外筒体固定后，上内滑套3下端与中内滑套12连接并形成一段上环形凹槽，上环形凹槽内设置上弹簧8，中内滑套12下部内壁设有V形槽，下内滑套17通过销钉A14独立固定在外筒体下部在中内滑套12下方，下内滑套17上部内设下环形凹槽，下环形凹槽内设置下弹簧15；在上弹簧8所处上环形凹槽段内设有与上内滑套3、中内滑套12轴向滑动密封配合的上阀芯9，上阀芯9外壁设置上活塞，上活塞位于上环形凹槽内且与上弹簧8构成支撑配合；在下弹簧15所处下环形凹槽段内设有与中内滑套12和下内滑套17轴向滑动密封配合的下阀芯16，下阀芯16外壁设置下活塞，下活塞位于下环形凹槽内且与下弹簧15构成支撑配合；所述球座13为弹性爪结构，弹性爪下端设有外凸起，且弹性爪下端的外凸起扩张时与中内滑套12内壁V形槽配合，弹性爪下端的外凸起收缩时构成与球体封闭配合，球座13上端与上阀芯9对接，球座13下端与下阀芯16间隙对接配合；在中内滑套12的上环形凹槽上、下端部分别设置径向液流孔A22、液流孔C24，在外筒体自上而下分别设置与下液控流道21贯通的液流孔B23、液流孔D25、液流孔E26、液流孔F27，且液流孔A22分别与液流孔B23、液流孔E26构成间隔贯通配合，液流孔C24分别与液流孔D25、液流孔F27构成间隔贯通配合；上液控流道18连通于外筒体外部和外筒体内部之间。

上述方案还包括：

全通径多级分段压裂滑套由多个全通径多级分段压裂滑套依次串联组成，且上级全通径多级分段压裂滑套的下液控流道21与下级全通径多级分段压裂滑套的上液控流道18通过管线串接。

上述方案进一步包括：

上接头1和下接头6的外端部分别设有连接螺纹，并且螺纹连接端至外筒体扩径段设有倒角过渡段。

在内滑套与外筒体和上、下阀芯之间的滑行密封面上分别设有密封圈。

上液控流道18和下液控流道21的外端口均为螺纹对接口或者是快速插接口。

本发明的有益效果是：①所有层段压裂完成后，无需钻除作业，整个管柱即为全通径，利于后期生产管理；②无液控管线、内封隔器及专门的开滑套工具，只需投入多个同一尺寸的压裂球即可打开所有滑套，工艺简单，效率高；③压裂球和可复位球座不存在级差，多级滑套串联可实现无限级。

附图说明

图1是本发明所述的压裂滑套结构示意图；

图2是图1 中A-A处的剖视图；

图3是图1中B-B处的剖视图；

图4是图1中C-C处的剖视图；

图5是图1中Ⅰ处的局部放大图；

图6是本压裂滑套打开时的结构示意图；

图7是图6中Ⅱ处的局部放大图；

图8是两级本压裂滑套串联结构示意图；

图1-8中,1.上接头，2.4.5.7.10.11.20分别是O型密封圈A.B.C.D.E.F.G，3.上内滑套，6.下接头，8.上弹簧，9.上阀芯，10.活塞，12.中内滑套，13.球座，14.19分别是销钉A.B，15.下弹簧，16.下阀芯，17.下内滑套，18.上液控流道，21.下液控流道，22-27分别是液流孔A.B.C.D.E.F，28.压裂孔，29.上液控管线，30. 下液控管线，31.第一级全通径多级分段压裂滑套，32.第二级全通径多级分段压裂滑套。

具体实施方式

实施例1：

图1和图6为单一结构的全通径多级分段压裂滑套结构示意图，由上接头1、上内滑套3、下接头6、上弹簧8、上阀芯9、中内滑套12、球座13、下弹簧15、下阀芯16、下内滑套17及销钉A14、B19组成。其中：上接头1和下接头6两部分同轴向螺纹连接构成中段内外扩径的外筒体，在外筒体的上部径向分布有多个压裂孔28（参照图2），在上接头1和下接头6扩径段的管壁上沿轴向分别设置自上而下的上液控流道18和自下而上的下液控流道21。上液控流道18和下液控流道21分别在压裂孔28上部和下部阻断。由上内滑套3、中内滑套12、下内滑套17三部分构成内滑套，内滑套的三个部分均与外筒体扩径段内壁构成轴向滑动密封配合。其中上内滑套3通过销钉B19与外筒体固定（参照附图3）后，上内滑套3下端与中内滑套12螺纹连接并形成一段上环形凹槽。上环形凹槽内设置上弹簧8，中内滑套12下部内壁设有V形槽，下内滑套17通过销钉A14独立固定（参照附图4）在外筒体下部在中内滑套12下方，下内滑套17上部内设下环形凹槽，下环形凹槽内设置下弹簧15。在上弹簧8所处上环形凹槽段内设有与上内滑套3、中内滑套12轴向滑动密封配合的上阀芯9，上阀芯9外壁设置上活塞，上活塞位于上环形凹槽内且与上弹簧8构成支撑配合。在下弹簧15所处下环形凹槽段内设有与中内滑套12和下内滑套17轴向滑动密封配合的下阀芯16，下阀芯16外壁设置下活塞，下活塞位于下环形凹槽内且与下弹簧15构成支撑配合，且下弹簧15有一定的预压缩量。所述球座13为弹性爪结构，弹性爪下端设有外凸起，且弹性爪下端的外凸起扩张时与中内滑套12内壁V形槽配合，弹性爪下端的外凸起收缩时构成与球体封闭配合，球座13上端与上阀芯9对接，球座13下端与下阀芯16间隙对接配合。参照附图5和7，在中内滑套12的上环形凹槽上、下端部分别设置径向液流孔A22、液流孔C24，在外筒体的下接头6部分自上而下分别设置与下液控流道21贯通的液流孔B23、液流孔D25、液流孔E26、液流孔F27，且液流孔A22分别与液流孔B23、液流孔E26构成间隔贯通配合，液流孔C24分别与液流孔D25、液流孔F27构成间隔贯通配合。上液控流道18连通于外筒体外部和外筒体内部之间。

图2所示上接头有若干个压裂孔28。

图3所示上接头与上内滑套之间有若干销钉B19。

图4所示下阀芯与下内滑套之间有若干销钉A14。

图6所示本压裂滑套打开时的结构示意图，此时滑套内外联通，销钉A14、B19已剪断，上弹簧8和下弹簧15处于压缩状态，球座13闭合为一个完整的球座，液流孔A22与液流孔E26连通，液流孔C24与液流孔F27连通。

实施例2：

为了提高滑套的密封性，在上内滑套3与上接头1、下接头6的滑行密封面上分别设有O型密封圈A2、B4、C5；中内滑套12与下接头6之间设有O型密封圈F11；上阀芯9与上内滑套3、中内滑套之间滑行密封面上分别设有O型密封圈G20、D7、E10。

工作原理：当全通径多级分段压裂滑套压裂时，压力通过下液控流道21作用于上阀芯9，上阀芯9在压差作用下向下移动，同时上弹簧8压缩，上阀芯9带动球座13向下移动，球座13下端的弹性爪会沿径向收缩为一个闭合的球座。投压裂球，压裂球到达球座13时被阻断，球与闭合球座形成密封并起压，当压力达到一定值时，上内滑套3与上接头1间的销钉19剪断，压裂球带动球座13、上内滑套3、中内滑套12、下内滑套17、上阀芯9、下阀芯16、上弹簧8及下弹簧15一起下移至下内滑套17的下端与下接头6接触为止，滑套打开，此时液流孔A22与液流孔E26连通，液流孔C24与液流孔F27连通。当压力达到一定值时，下阀芯16与下内滑套17中的销钉14被剪断，压裂球带推动球座13及下阀芯16一起下移至下阀芯16的下端与下内滑套17接触为止，同时下弹簧15被压缩，此时可压裂当前层段。

实施例3：

参照附图8，第一级全通径多级分段压裂滑套31的下端接通过接箍连接第二级全通径多级分段压裂滑套32的上端，且通过上液控管线29连通于上液控流道18和下液控流道21，下液控管线30的另一端与下一级全通径多级分段压裂滑套的内部联通。

其工作原理为：当压差滑套打开进行压裂时，压力通过下液控管线30、下液控流道21及液流孔22、23、24、25作用于上阀芯9，上阀芯9在压差作用下向下移动，同时上弹簧8压缩；上阀芯9带动球座13向下移动，球座13下端的弹性爪会沿径向收缩为一个闭合的球座。投压裂球，压裂球到达球座13时被阻断，球与闭合球座形成密封并起压，当压力达到一定值时，上内滑套3与上接头1间的销钉19剪断，压裂球带动球座13、上内滑套3、中内滑套12、下内滑套17、上阀芯9、下阀芯16、上弹簧8及下弹簧15一起下移至下内滑套17的下端与下接头6接触为止，滑套打开，此时液流孔22与液流孔26连通，液流孔24与液流孔27连通见图7。当压力达到一定值时，下阀芯16与下内滑套17中的销钉14被剪断，压裂球带推动球座13及下阀芯16一起下移至下阀芯16的下端与下内滑套17接触为止，同时下弹簧15被压缩，此时该压裂滑套各零部件的位置及状态如图6所示，继续加压可压裂第一层段。压裂过程中，压力通过上液控流道18及上液控管线29传递给第二级滑套32的上阀芯，重复以上过程可压裂第二层段。依次类推，可压裂第三层段、第四层段……，当所有层段压裂完成后，井口逐渐泄压，在上弹簧8恢复力作用下，上阀芯9向上移动；同时在下弹簧15恢复力作用下，下阀芯16也向上移动，使得球座回到初始位置，压裂球可释放到井底或返排到地面，整个管柱可实现全通径。

Claims (5)

1.一种全通径多级分段压裂滑套，包括外筒体和设置在外筒体内的内滑套、球座，其特征是：所述外筒体由上接头（1）和下接头（6）两部分同轴向连接构成中段内外扩径的直筒体，在外筒体的上部径向分布有多个压裂孔（28），在外筒体扩径段的管壁上沿轴向分别设置自上而下的上液控流道（18）和自下而上的下液控流道（21），上液控流道（18）和下液控流道（21）分别在压裂孔（28）上部和下部阻断；所述内滑套由上内滑套（3）、中内滑套（12）、下内滑套（17）三部分构成，内滑套的三个部分均与外筒体扩径段内壁构成轴向滑动密封配合，其中上内滑套（3）通过销钉B（19）与外筒体固定后，上内滑套（3）下端与中内滑套（12）连接并形成一段上环形凹槽，上环形凹槽内设置上弹簧（8），中内滑套（12）下部内壁设有V形槽，下内滑套（17）通过销钉A（14）独立固定在外筒体下部在中内滑套（12）下方，下内滑套（17）上部内设下环形凹槽，下环形凹槽内设置下弹簧（15）；在上弹簧（8）所处上环形凹槽段内设有与上内滑套（3）、中内滑套（12）轴向滑动密封配合的上阀芯（9），上阀芯（9）外壁设置上活塞，上活塞位于上环形凹槽内且与上弹簧（8）构成支撑配合；在下弹簧（15）所处下环形凹槽段内设有与中内滑套（12）和下内滑套（17）轴向滑动密封配合的下阀芯（16），下阀芯（16）外壁设置下活塞，下活塞位于下环形凹槽内且与下弹簧（15）构成支撑配合；所述球座（13）为弹性爪结构，弹性爪下端设有外凸起，且弹性爪下端的外凸起扩张时与中内滑套（12）内壁V形槽配合，弹性爪下端的外凸起收缩时构成与球体封闭配合，球座（13）上端与上阀芯（9）对接，球座（13）下端与下阀芯（16）间隙对接配合；在中内滑套（12）的上环形凹槽上、下端部分别设置径向液流孔A（22）、液流孔C（24），在外筒体自上而下分别设置与下液控流道（21）贯通的液流孔B（23）、液流孔D（25）、液流孔E（26）、液流孔F（27），且液流孔A（22）分别与液流孔B（23）、液流孔E（26）构成间隔贯通配合，液流孔C（24）分别与液流孔D（25）、液流孔F（27）构成间隔贯通配合；上液控流道（18）连通于外筒体外部和外筒体内部之间。

2.根据权利要求1所述的全通径多级分段压裂滑套，其特征是：由多个全通径多级分段压裂滑套依次串联组成，且上级全通径多级分段压裂滑套的下液控流道（21）与下级全通径多级分段压裂滑套的上液控流道（18）通过管线串接。

3.根据权利要求1或2所述的全通径多级分段压裂滑套，其特征是：上接头（1）和下接头（6）的外端部分别设有连接螺纹，并且螺纹连接端至外筒体扩径段设有倒角过渡段。

4.根据权利要求1或2所述的全通径多级分段压裂滑套，其特征是：在内滑套与外筒体和上、下阀芯之间的滑行密封面上分别设有密封圈。

5.根据权利要求1或2所述的全通径多级分段压裂滑套，其特征是：上液控流道（18）和下液控流道（21）的外端口均为螺纹对接口或者是快速插接口。

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