CN110145289A - 一种无级差全通径压裂滑套 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无级差全通径压裂滑套。包括上接头和外套、下接头一次连接的外筒体，以及设置在外筒体内的滑动球座、内滑套组件，其中：外筒体上部设有多个环形卡槽和多个压裂孔，外套下端部设有内台肩；滑动球座为至少为两段弹性爪连接组成，弹性爪与外筒体上部内壁滑动配合的同时与环形卡槽构成滑动插接配合；内滑套组件包括上内滑套、中内滑套、下内滑套和弹簧、上剪钉、下剪钉，滑动球座与内滑套组件配合实现滑动球座的座封、压裂孔打开和压裂球释放。本发明的优势：压裂球与球座无级差，可实现全通径，降低了压裂作业成本；不使用可溶材料、无需下专用工具开关滑套，只需投入压裂球即可打开所有滑套，工艺简单，效率高。

Description

一种无级差全通径压裂滑套

技术领域

本发明涉及一种井下压裂工具，尤其是水平井多级分段压裂用的全通径压裂装置。

背景技术

近年来，国内原油新增储量的70%属于低渗透油藏，开采方式、油井生产动态表现出特殊性。实现储量的有效动用，大幅提高单井产量是开发非常规油气资源急需解决的问题。水平井多级分段压裂技术已成为开发非常规及低渗透油气藏的一种有效技术手段。其中，全通径压裂以其能够实现管柱内较大通径，利于后期生产管理而成为该技术的发展趋势之一。

目前，实现全通径压裂的常用技术主要有四种。一是压裂完成后，下内管进行钻除作业，钻除残留的球座或桥塞。但是钻除作业增加了压裂成本，而且存在卡钻风险。二是下入专用工具与预置滑套配合进行压裂作业。下入专用工具需要定位操作，后期还需打捞出工具，工艺较复杂。三是工具的某些部件采用可溶材料制造，压裂完后可自行溶解。四是连续油管水力喷射压裂技术。这种技术由于采用了连续油管，成本较高，并且压裂深度受限。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种无需钻除作业且高效的无级差全通径压裂滑套。

本发明的技术方案包括：

一种无级差全通径压裂滑套，包括上接头和外套、下接头一次连接的外筒体，以及设置在外筒体内的滑动球座、内滑套组件，其中：所述外筒体上部内壁沿轴向间隔设有多个环形卡槽，位于环形卡槽下方的外套壁上周向设有多个压裂孔，所述外套下端部设有内台肩，外套内台肩与下接头连接后中段构成环形凹槽；所述滑动球座为多段弹性爪环沿轴向依次连接组成，每段弹性爪环的下部分别设有若干可沿径向伸缩的弹性爪，弹性爪的下端部设有卡块，每段弹性爪环的弹性爪在收缩状态时满足与外套内壁构成轴向滑动配合，每段弹性爪环的弹性爪在伸张状态时满足其下端的卡块与前述环形卡槽构成滑动插接配合；所述内滑套组件包括上内滑套、中内滑套和下内滑套，上内滑套通过上剪钉密封固定在外套的压裂孔处，上内滑套同时与外套构成轴向滑动密封配合，中内滑套上端搭接在上内滑套的下端部，中内滑套中部外壁设有外台肩，中内滑套下端通过下剪钉与下内滑套上端连接，下内滑套设在下接头与外套连接处及以下部分，下内滑套外壁设有外凸沿，下内滑套的外凸沿与弹簧配合设置于外套内台肩与下接头连接后构成环形凹槽内，下内滑套分别与外套下端部的内台肩和下接头构成轴向滑动；滑动球座与上内滑套和中内滑套分别构成阻挡配合。

进一步的，所述外套由上外套和下外套连接后组成，多个环形卡槽设置在上外套内表面并沿轴向等间距分布。或者所述外套由上外套和下外套连接后组成，多个环形卡槽中的一个设置在上接头与上外套的结合部，另外几个设置在上外套内表面，多个环形卡槽沿轴向等间距分布。

进一步的每段弹性爪环下部的弹性爪之间设有喇叭形开口。

进一步的，所述环形卡槽为2个以上，且为结构相同的梯形或弧形。

上述技术方案还包括：

一种无级差全通径压裂滑套，包括多级前述的无级差全通径压裂滑套串联结构，即第1级压裂滑套与其它的第2级至N级压裂滑套依次串联组成，其中N为正整数，第1级压裂滑套至第N级压裂滑套的环形卡槽数目按照每增加一级增加一个环形卡槽逐渐递增。

更进一步的，第1级压裂滑套与其它的第2级至N级压裂滑套依次通过封隔器串联组成。

本发明的有益效果是：①压裂球与球座无级差，压裂施工完后，无需钻除作业即可实现全通径，降低了压裂作业成本，有利于后期生产管理；②不使用可溶材料、无需下专用工具开关滑套，只需投入多个相同尺寸的压裂球即可打开所有滑套，工艺简单，效率高。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明所述的一种无级差全通径压裂滑套的结构示意图；

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中滑动球座结构示意图；

图6是无级差全通径压裂滑套打开、压裂球坐封时的结构示意图；

图7是无级差全通径压裂滑套实现全通径时的结构示意图；

图8是本发明所述的另一种N级无级差全通径压裂滑套串联时的结构示意图；

图1-8中,1.上接头，2.滑动球座，3.6.弹性爪，5.上外套，7.上内滑套，8.上剪钉，9.中内滑套，10.下外套，11.下内滑套，12.弹簧，13.下接头，14.梯形槽（即权利要求和方明内容中的一种环形卡槽），4.15.16.17.19.密封圈，18.下剪钉，20.压裂孔，21.喇叭形开口，22.压裂球，23.井壁，24.第N级无级差全通径压裂滑套，26.第2级无级差全通径压裂滑套，28.第1级无级差全通径压裂滑套，25.27.29.封隔器，30.压差打开滑套，901外台肩，1001.内台肩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1，参照图1，一种无级差全通径压裂滑套包括：上接头1、滑动球座2、上外套5、上内滑套7、上剪钉8、中内滑套9、下外套10、下内滑套11、弹簧12、下接头13、下剪钉18以及密封圈4、15、16、17、19组成。

上外套5的上端通过螺纹与上接头1联接，并设有密封圈4，其下端通过螺纹与下外套10联接，并设有密封圈15，其内表面有3个梯形槽（或者弧形槽）14；上接头1内表面有1个梯形槽14；下外套10的下端通过螺纹与下接头13联接，并设有密封圈19。滑动球座2的中部和下部分别有若干可沿径向移动的弹性爪3、6，初始状态下，弹性爪3处于沿径向收缩状态，弹性爪6位于梯形槽14中。上内滑套7通过上剪钉8固定在下外套10内部，其上端与上外套5接触，下端套于中内滑套9的上端；上内滑套7与下外套10之间的滑动密封面上设有密封圈16、17；下内滑套11设置于下接头13内部，其上端套于中内滑套9的下端，并通过下剪钉18固定；弹簧12设于下内滑套11与下接头13构成的环形空间中。

图2所示为下外套10的上部有6个压裂孔20。

图3所示为上内滑套7通过6个上剪钉8固定在下外套10内部。

图4所示为下内滑套11上端与中内滑套9的下端通过6个下剪钉18固定。

图5所示为滑动球座2中部和下不的各弹性爪3之间设有喇叭形开口21。

图1所示无级差全通径压裂滑的工作原理为：井口投放一个压裂球22，压裂球22到达滑动球座2中部的弹性爪3处被卡住，起压；当压力达到一定值时，压裂球22带动滑动球座2向下运动；滑动球座2运动过程中，滑动球座2下部的弹性爪6会从第1个梯形槽14（从下往上数）中移出并沿径向收缩成为一个球座，同时滑动球座2上部的弹性爪3进入第4个梯形槽14中，压裂球22释放并落到收缩后的弹性爪6上；再次起压，压裂球22继续带动滑动球座2向下运动，直至滑动球座2下部的弹性爪6与上内滑套7接触；当压力达到设定值时，上剪钉8被剪断，进而推动上内滑套7一起向下移动，直到滑动球座2下部的弹性爪6碰触到中内滑套9；当压力达到设定值时，下剪钉18被剪断，带动中内滑套9一起向下移动；当中内滑套9外表面的台肩901接触到下内滑套11时，推动其一同向下移动，弹簧12被压缩；直到上内滑套7下端与下外套10下端的台肩1001接触时，压裂球22、滑动球座2、上内滑套7、中内滑套9及下内滑套11停止向下移动；此时，滑套打开，继续打压，压裂球22坐封，可压裂该滑套对应的地层。

压裂完成后，井口泄压，下内滑套11在弹簧12的回复力作用下向上运动，同时推动中内滑套9一起向上运动，进而将推动滑动球座2向上移动一定距离，使得滑动球座2下部的弹性爪6脱离上内滑套7，并由收缩状态变为自由状态，压裂球22被释放，可落到井底或者返排到井口，压裂滑套内实现较大通径。

图6所示为压裂滑套打开、压裂球22坐封时的结构示意图，上剪钉8和下剪钉18均被剪断，弹簧12被压缩，下外套10上的压裂孔20露出，滑动球座2下部的弹性爪6沿径向收缩成为一个球座，压裂球22坐落在此球座上。

图7所示为无级差全通径压裂滑实现全通径时的状态，滑动球座2下部的弹性爪6脱离上内滑套7，并由收缩状态变为自由状态，压裂球22被释放。

实施例2，在上述实施例的基础上，多级无级差全通径压裂滑套串联，即第1级压裂滑套与其它的第2级至N级压裂滑套依次串联组成，其中N为正整数，第1级压裂滑套至第N级压裂滑套的环形卡槽数目按照每增加一级增加一个环形卡槽逐渐递增。为了提高每级压裂效果，第1级压裂滑套与其它的第2级至N级压裂滑套依次通过封隔器串联组成。

N级无级差全通径压裂滑串联使用时图8所示，由井口至井底的连接顺序为：第N级无级差全通径压裂滑24……封隔器25、第2级无级差全通径压裂滑26、封隔器27、第1级无级差全通径压裂滑28、封隔器29、压差打开滑套30。从第1级无级差全通径压裂滑套28到第N级无级差全通径压裂滑套24，梯形槽14的总数按N+3规律递增，滑动球座2下部的弹性爪6位于第N个梯形槽14中。例如，图1所示为第1级无级差全通径压裂滑，共有4个梯形槽14，其滑动球座2下部的弹性爪6位于第1个梯形槽14。

N级无级差全通径压裂滑套串联时的工作原理为：首先，井口打压，至压差打开滑套30打开，压裂此滑套对应地层；然后，从井口投入一个压裂球22，在液力作用下，压裂球22依次通过第N级无级差全通径压裂滑套24至第2级无级差全通径压裂滑套26，并使得第N级无级差全通径压裂滑套24至第2级无级差全通径压裂滑套26的弹性爪6均向下移动一个梯形槽14；压裂球22最终到达第1级无级差全通径压裂滑套28，根据上述无级差全通径压裂滑的工作原理，第1级无级差全通径压裂滑28打开，此时可压裂该滑套对应地层；再从井口投入第2个同尺寸的压裂球22，在液力作用下，此压裂球22依次通过第N级无级差全通径压裂滑套24至第3级无级差全通径压裂滑，并使得第N级无级差全通径压裂滑套24至第3级无级差全通径压裂滑套的弹性爪6均向下移动一个梯形槽14；压裂球22最终到达第2级无级差全通径压裂滑26并打开该级滑套，可压裂该滑套对应地层；以此类推，投入第N个同尺寸的压裂球22，打开第N级无级差全通径压裂滑24，并压裂该级滑套对应地层。压裂施工完成后，井口泄压，N级压裂滑套的下内滑套11在弹簧12的回复力作用下向上运动，同时推动中内滑套9一起向上运动，进而将推动滑动球座2向上移动一定距离，使得滑动球座2下部的弹性爪6脱离上内滑套7，并由收缩状态变为自由状态，N个压裂球22被释放，可落到井底或者返排到井口，管柱内实现较大通径。

Claims (10)

1.一种无级差全通径压裂滑套，包括上接头和外套、下接头一次连接的外筒体，以及设置在外筒体内的滑动球座、内滑套组件，其特征是：所述外筒体上部内壁沿轴向间隔设有多个环形卡槽，位于环形卡槽下方的外套壁上周向设有多个压裂孔，所述外套下端部设有内台肩，外套内台肩与下接头连接后中段构成环形凹槽；所述滑动球座为多段弹性爪环沿轴向依次连接组成，每段弹性爪环的下部分别设有若干可沿径向伸缩的弹性爪，弹性爪的下端部设有卡块，每段弹性爪环的弹性爪在收缩状态时满足与外套内壁构成轴向滑动配合，每段弹性爪环的弹性爪在伸张状态时满足其下端的卡块与前述环形卡槽构成滑动插接配合；所述内滑套组件包括上内滑套、中内滑套和下内滑套，上内滑套通过上剪钉密封固定在外套的压裂孔处，上内滑套同时与外套构成轴向滑动密封配合，中内滑套上端搭接在上内滑套的下端部，中内滑套中部外壁设有外台肩，中内滑套下端通过下剪钉与下内滑套上端连接，下内滑套设在下接头与外套连接处及以下部分，下内滑套外壁设有外凸沿，下内滑套的外凸沿与弹簧配合设置于外套内台肩与下接头连接后构成环形凹槽内，下内滑套分别与外套下端部的内台肩和下接头构成轴向滑动；滑动球座与上内滑套和中内滑套分别构成阻挡配合。

2.根据权利要求1所述的无级差全通径压裂滑套，其特征是：所述外套由上外套和下外套连接后组成，多个环形卡槽设置在上外套内表面并沿轴向等间距分布。

3.根据权利要求1所述的无级差全通径压裂滑套，其特征是：所述外套由上外套和下外套连接后组成，多个环形卡槽中的一个设置在上接头与上外套的结合部，另外几个设置在上外套内表面，多个环形卡槽沿轴向等间距分布。

4.根据权利要求1或2、3所述的无级差全通径压裂滑套，其特征是：每段弹性爪环下部的弹性爪之间设有喇叭形开口。

5.根据权利要求4所述的无级差全通径压裂滑套，其特征是：所述环形卡槽为2个以上，且为结构相同的梯形或弧形。

6.一种无级差全通径压裂滑套，其特征是：包括多级权利要求1所述的无级差全通径压裂滑套串联结构，即第1级压裂滑套与其它的第2级至N级压裂滑套依次串联组成，其中N为正整数，第1级压裂滑套至第N级压裂滑套的环形卡槽数目按照每增加一级增加一个环形卡槽逐渐递增。

7.根据权利要求6所述的无级差全通径压裂滑套，其特征是：所述外套由上外套和下外套连接后组成，多个环形卡槽设置在上外套内表面并沿轴向等间距分布。

8.根据权利要求6所述的无级差全通径压裂滑套，其特征是：所述外套由上外套和下外套连接后组成，多个环形卡槽中的一个设置在上接头与上外套的结合部，另外几个设置在上外套内表面，多个环形卡槽沿轴向等间距分布。

9.根据权利要求6或7、8所述的无级差全通径压裂滑套，其特征是：第1级压裂滑套与其它的第2级至N级压裂滑套依次通过封隔器串联组成。

10.根据权利要求9所述的无级差全通径压裂滑套，其特征是：每段弹性爪环下部的弹性爪之间设有喇叭形开口，所述环形卡槽均为梯形或弧形。