CN111911124B - 投球式聚能压裂工具 - Google Patents

Abstract

本说明书提供了一种投球式聚能压裂工具，包括：具有空腔的壳体，空腔内设置有球座；用于容纳多个球的球夹，球夹具有开口；设置在开口与球座之间的固定座，固定座具有第一通道；设置在第一通道与开口之间的滑动座，滑动座具有第二通道；滑动座具有允许球进入第二通道的第一位置以及阻止球进入第二通道的第二位置；能为滑动座施力的第一弹性件；滑动座处于第一位置时，球由开口进入第二通道，第一弹性件积蓄弹性势能；滑动座处于第二位置时，第一弹性件释放积蓄的弹性势能，球依次沿第二通道、第一通道落入球座。本说明书提供的投球式聚能压裂工具能自动向球座投球，简化了整体压裂流程，减小了压裂作业时间。

Description

投球式聚能压裂工具

技术领域

本发明涉及石油与天然气井下压裂施工技术领域，特别涉及一种投球式聚能压裂工具。

背景技术

本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

我国低渗透油气储量及页岩油气资源丰富，但由于储层的低渗透率的特点给油藏的开发带来极大的难度，目前通常采用压裂技术来提高储层的渗透率。压裂技术是在采油或采气过程中将压裂液注入至地层中，人为地使地层产生裂缝，从而改善油井井底的流动条件，使油井产量增加。采用常规水力压裂，能够取得一定的开发效果，但是仍然存在有不足。

现有技术中提出了聚能压裂方法，该方法通过向压裂管柱中注入超临界CO₂流体，达到比常规压裂方法更好的增产效果。采用该方法通常是采用多级投球的方式，每次压裂都需要人为地向压裂管柱内部投一个密封球，使得密封球坐入球座，将压裂段的空腔堵塞进行聚能，整体压裂过程比较繁琐，降低了施工效率。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

为了能够解决上述技术问题，本说明书提供了一种投球式聚能压裂工具，能够自动向球座投球，简化了整体压裂流程，减小了压裂作业时间，达到降本增效的目的。

为了达到上述目的，本说明书提供的技术方案如下所述：

一种投球式聚能压裂工具，包括：

具有空腔的壳体，所述空腔内设置有球座；

用于容纳多个球的球夹，所述球夹具有开口；

设置在所述开口与所述球座之间的固定座，所述固定座具有第一通道；

设置在所述第一通道与所述开口之间的滑动座，所述滑动座具有第二通道；

所述滑动座具有允许球进入所述第二通道的第一位置以及阻止球进入所述第二通道的第二位置；

能为所述滑动座施力的第一弹性件；

所述滑动座处于第一位置时，球由所述开口进入所述第二通道，所述第一弹性件积蓄弹性势能；所述滑动座处于第二位置时，所述第一弹性件释放积蓄的弹性势能，球依次沿所述第二通道、所述第一通道落入所述球座。

作为一种优选的实施方式，所述投球式聚能压裂工具还包括：为所述球座提供与压裂介质作用于所述球座相反方向力的第二弹性件，当压裂介质推动所述球座运动，球和压裂介质能从球座上的通孔流出，所述空腔为贯通状态，当所述第二弹性件带动所述球座运动，所述球座与另一个球配合以使所述空腔为堵塞状态。

作为一种优选的实施方式，还包括：固定在所述壳体内壁上的底座，所述第二弹性件的一端与所述底座相固定，所述第二弹性件的另一端固定有滑套，所述第二弹性件能推动所述滑套抵住所述球座。

作为一种优选的实施方式，所述球座具有与所述壳体连接的固定端和与所述滑套相接触的活动端，当所述活动端相对所述壳体运动时，所述通孔尺寸增大或者所述通孔尺寸缩小。

作为一种优选的实施方式，所述球座由多个呈扇形的弹性钢片组成。

作为一种优选的实施方式，所述固定座和所述第一弹性件固定在所述壳体的内壁上，所述开口与所述第一通道错位设置，所述滑动座在所述第一位置与所述第二位置之间移动时，所述第二通道能交替与所述第一通道和所述开口错位。

作为一种优选的实施方式，所述聚能压裂工具还包括设置在所述固定座与所述球夹之间的密封件，所述密封件形成有用于容纳所述第一弹性件和部分所述滑动座的密封腔，所述密封件设置有供所述滑动座穿设的密封孔。

作为一种优选的实施方式，所述球夹具有纵长延伸的容纳腔，所述容纳腔在其纵长延伸方向上具有相对的第一端和第二端，所述第一端设置有用于封闭所述容纳腔的翻盖，所述翻盖上设置具有弹性势能的第三弹性件，所述第三弹性件能推动球朝向所述开口运动。

作为一种优选的实施方式，所述开口设置在所述第二端，所述开口和所述第二通道的尺寸与球的直径相匹配。

有益效果：

本说明书实施方式提供的投球式聚能压裂工具的壳体内部设置有球夹和球座，球夹的开口与球座之间设置具有第一通道的固定座，第一通道与开口之间设置具有第二通道的滑动座，滑动座具有允许球进入第二通道的第一位置以及阻止球进入第二通道的第二位置。滑动座能被压裂介质和第一弹性件驱动在第一位置与第二位置之间运动，以使滑动座的第二通道承接由开口掉落的球，并将球运送至第一通道，使其能够沿着第一通道落入球座。

因此，本说明书实施方式提供的投球式聚能压裂工具可以在一个压裂周期中，通过滑动座和第一弹性件的配合实现球在固定座与球夹之间的输送，实现球的自动坐入。相较于现有技术中多级投球的压裂方式而言，简化了整体压裂流程，并减小压裂作业时间，从而达到降本增效的目的。

参照后文的说明和附图，详细公开了本说明书的特定实施方式，指明了本说明书的原理可以被采用的方式。应该理解，本说明书的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动力的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书实施例提供的投球式聚能压裂工具的结构示意图；

图2为本说明书实施例提供的投球式聚能压裂工具聚能时的结构示意图；

图3为本说明书实施例提供的投球式聚能压裂工具聚能结束时的结构示意图。

附图标记说明：

1、投球部分；11、球夹；111、翻盖；112、第三弹性件；12、滑动座；121、第二通道；13、第一弹性件；14、固定座；141、第一通道；3、壳体；4、球；2、聚能部分；21、空腔；22、球座；23、滑套；24、底座；25、第二弹性件。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本说明书所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

近年来，跟随着页岩气开发的推进，水力压裂越来越多的呈现出所固有的弊端，而随着发展起来的新型压裂技术，如液氮压裂、超临界CO₂压裂等，由于特有的优越性，在油田开发中越来越受到青睐。超临界CO₂是指当CO₂的温度高于31.1℃时，对应的超临界压力高于7.39MPa时的超临界态。超临界CO₂由于具有接近于液体的密度、接近于气体的黏度，极强的扩散性，在压裂施工中效果显著。

超临界CO₂聚能压裂，能够利用超临界CO₂特殊的性质，结合聚能效应，在压裂过程中能产生明显的技术优势：(1)CO₂来源广泛且容易获得，不易燃易爆，容易控制与运输；(2)超临界CO₂的粘度低，接近于气体，表面张力很低，接近于零，摩阻系数低，容易流动；(3)超临界CO₂流体不会导致储层中黏土膨胀，从根本上避免了水锁效应、岩石润湿性反转等危害的发生，有效保护储层不受损害；(4)用超临界CO₂进行压裂，返排迅速而彻底，是一种低伤害的清洁压裂液，还能缩短生产周期；(5)相对于常规压裂液，超临界CO₂压裂流体扩散能力强，渗透能力强，很容易渗入储层中的孔隙和微裂缝，有利于产生大量的微裂缝网络。

本说明书实施例提供的投球式聚能压裂工具，可以通过高压超临界CO₂瞬间释放，作用于储层，使储层形成更多而复杂的裂缝网。高压瞬时压裂减小了超临界CO₂滤失，作业成功率更高，也适合于高渗透和漏失严重的储层压裂改造。压裂完成后，CO₂易返排，而且对储层的伤害很小。

下面将结合图1至图3对本说明书实施例的投球式聚能压裂工具进行解释和说明。需要说明的是，为了便于说明，在本发明的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件。而为了简洁，在不同的实施例中，省略对相同部件的详细说明，且相同部件的说明可互相参照和引用。

具体的，将图1至图3中所示意的向上的方向定义为“上”，将图1至图3中所示意的向下的方向定义为“下”。值得注意的是，本说明书中的对各方向定义，只是为了说明本发明技术方案的方便，并不限定本说明书实施例的投球式聚能压裂工具在包括但不限定于使用、测试、运输和制造等等其他可能导致装置方位发生颠倒或者位置发生变换的场景中的方向。

本说明书实施例提供的投球式聚能压裂工具可以连接压裂管柱，通过向压裂管柱内注入高压液态的CO₂，由地面的高压泵组持续泵入。投球式聚能压裂工具以及连接的压裂管柱内部共同构成聚能腔，可使得超临界CO₂完成高于储层破裂压力的憋压，形成聚能压裂的效果。所述高压液态的CO₂的具体压力根据井下压力确定，一般要高于对应储层的地层破裂压力。其中，地层破裂压力是指在井筒中，当地层压力达到某一值时会使地层破裂，这个压力称为地层破裂压力。一般在钻井前后均要进行地质参数的测试，如地震测试，测井等方法，地层破裂压力就是在这一过程中测试得到的。

如图1所示，本说明书提供的投球式聚能压裂工具包括：具有空腔21的壳体3，所述空腔21内设置有球座22；用于容纳多个球4的球夹11，所述球夹11具有开口；设置在所述开口与所述球座22之间的固定座14，所述固定座14具有第一通道141；设置在所述第一通道141与所述开口之间的滑动座12，所述滑动座12具有第二通道121；所述滑动座12具有允许球4进入所述第二通道121的第一位置以及阻止球4进入所述第二通道121的第二位置；能为所述滑动座12施力的第一弹性件13；所述滑动座12处于第一位置时，球4由所述开口进入所述第二通道121，所述第一弹性件13积蓄弹性势能；所述滑动座12处于第二位置时，所述第一弹性件13释放积蓄的弹性势能，球4依次沿所述第二通道121、所述第一通道141落入所述球座22。

本说明书实施方式提供的投球式聚能压裂工具的壳体3内部设置有球夹11和球座22，球夹11的开口与球座22之间设置具有第一通道141的固定座14，第一通道141与开口之间设置具有第二通道121的滑动座12，滑动座12具有允许球4进入第二通道121的第一位置以及阻止球4进入第二通道121的第二位置。滑动座12能被压裂介质和第一弹性件13驱动在第一位置与第二位置之间运动，以使滑动座12的第二通道121承接由开口掉落的球4，并将球4运送至第一通道141，使其能够沿着第一通道141落入球座22。

因此，本说明书实施方式提供的投球式聚能压裂工具可以在一个压裂周期中，通过滑动座12和第一弹性件13的配合实现球4在固定座14与球夹11之间的输送，实现球4的自动坐入。相较于现有技术中多级投球的压裂方式而言，简化了整体压裂流程，并减小压裂作业时间，从而达到降本增效的目的。

如图1所示，投球式聚能压裂工具具有壳体3，所述壳体3内部为空腔21。壳体3具有相对的上端和下端。所述相对的上端和下端一般指的是在重力方向上的上端、下端，但并不限定该投球式聚能压裂工具在其他变换场景中的方位，例如在水平压裂作业中，可以将投球式聚能压裂工具水平放置，本说明书是以竖直井内的压裂作业作为应用场景进行说明的，

所述壳体3内设置有球夹11和球座22。所述球夹11用于容纳多个球，设置在球座22的上方。具体的，所述球夹11具有纵长延伸的容纳腔，所述容纳腔在其纵长延伸方向上具有相对的第一端和第二端。容纳腔的内径略大于球4的直径，以保证球4能够进入球夹11的容纳腔。关于所述容纳腔的长度根据球4的个数进行设定，本申请不作特别限定。在一个具体的实施例中，当需要4～5次压裂作业时，需要保证容纳腔中5个球4，则容纳腔的长度大于球4直径的5倍。

进一步的，所述球夹11可以为圆柱形结构，并连接于壳体3的内壁。球夹11可以在壳体3的空腔21中横向放置，或者纵向放置，只要使得内部的球4能够从壳体3的开口流出即可。优选的，球夹11在所述壳体3内纵向放置，为了便于球4流出，球夹11的开口可以位于第二端处。

所述壳体3的开口与所述球座22之间设置有固定座14，所述固定座14具有第一通道141。所述固定座14用于供球4沿第一通道141落入球座22。所述固定座14固定在壳体3的内壁，为了使得球4能够经第一通道141落入球座22，固定座14设置在球座22的上方。

所述固定座14与所述球夹11之间设置有滑动座12，所述滑动座12具有第二通道121，所述第二通道121位于第一通道141与所述开口之间，并与所述第一通道141和所述开口相连通。滑动座12具有允许球4进入第二通道121的第一位置以及阻止球4进入第二通道121的第二位置。当滑动座12在第一位置与第二位置之间移动时，滑动座12的第二通道121能够承接由开口流出的球4，并将球4运输至固定座14的第一通道141。

所述第一弹性件13为所述滑动座12施力。具体的，当压裂介质推动滑动座12时，第一弹性件13能够蓄积弹性势能，此时滑动座12处于第一位置承接球4。当压裂介质的强度减小时，第一弹性件13能够释放蓄积的弹性势能，带动滑动座12运动至第二位置，将球4输送至固定座14的第一通道141中。从而，所述滑动座12能被压裂介质和第一弹性件13驱动，在固定座14和球夹11之间运动。

在一个具体的实施例中，如图2和图3所示，所述固定座14固定在所述壳体3的内壁上，所述球夹11的开口与所述第一通道141错位设置，所述滑动座12在所述第一位置与所述第二位置之间移动时，所述第二通道121能交替与所述第一通道141和所述开口错位。

球夹11的开口与固定座14的第一通道141错位设置，使得球夹11中的球4无法直接进入第一通道141中。而滑动座12在移动过程中，第二通道121能交替与第一通道141和开口错位。

具体的，当滑动座12被压裂介质推动时，滑动座12的第二通道121朝向开口运动，从而第二通道121能够起到承接球4的作用。由于第二通道121运动至开口处，第二通道121与第一通道141也为错位状态，球4在进入第二通道121后卡在第一通道141与第二通道121之间，从而第二通道121起到暂时存储球4的作用，防止球在聚能过程中掉落。而在聚能结束后，第一弹性件13带动滑动座12移动时，滑动座12的第二通道121朝向第一通道141运动。当第二通道121与第一通道141同心时，第二通道121与开口错位，从而防止其他球进入第二通道121，第二通道121内存储的球4则沿着第一通道141进入，并依靠重力掉落至下方的球座22上。

第一弹性件13可以设置在滑动座12与壳体3的侧壁之间。第一弹性件13的一端固定在壳体3的侧壁上，另一端固定在滑动座12上。所述滑动座12夹设在所述固定座14与球夹11之间。

在一个具体的实施例中，所述聚能压裂工具还包括设置在所述固定座14与所述球夹11之间的密封件(图中未示出)，所述密封件形成有用于容纳所述第一弹性件13和部分所述滑动座12的密封腔，所述密封件设置有供所述滑动座12穿设的密封孔。

在本实施例中，为了使得第一弹性件13带动滑动座12移动，并防止压裂介质进入以影响第一弹性件13的工作，可以在球夹11与固定座14之间设置有密封件。该密封件具有中空腔室用于容纳第一弹性件13以及部分滑动座12，该滑动座12相当于活塞，其大部分暴露于压裂介质中，小部分与第一弹性件13相连，并密封于密封件中。

该密封件的中空腔室内具有一定的空气介质，并需要保证滑动座12能够被压裂介质推动，使得滑动座12的第二通道121能够移动至以承接由球夹11开口流出的球。

在初始状态下，即在聚能前，第一弹性件13可以处于自然伸长的状态，滑动座12的第二通道121与球夹11的下端开口错位，在聚能时，滑动座12受到聚能压力的作用，压缩第一弹性件13朝向壳体3的内壁方向移动，待聚能压力达到设计的聚能极值时，滑动座12移动至设定位置。当滑动座12处于设定位置时，滑动座12的第二通道121与球夹11的开口同心，球夹11中的球4从开口掉落并移动至第二通道121中储存。待聚能完毕，压力释放后，受第一弹性件13的弹力的推动，第二通道121中的球4向外移动至第二通道121与固定座14的第一通道141同心，球4受重力作用向下运动球座22上实现密封，可再次对压裂管柱中压裂液聚能。

在本实施例中，所述第一通道141朝向所述球座22倾斜延伸，用于为球4提供导向功能。所述开口和所述第二通道121的尺寸与球4的直径相匹配。即，所述开口和所述第二通道121的直径略大于球4的直径，保证球4能够进入第二通道121，但是开口和第二通道121的直径不能过大，防止球4在聚能过程中，从第二通道121直接掉落。

在本说明书中，如图1所示，所述投球式聚能压裂工具包括两部分，一部分为聚能部分2，包括球座22，用于将整个空腔21进行堵塞；另一部分为投球部分1，用于随着压裂周期自动向球座22进行投球。

在本说明书的实施方式中，所述投球式聚能压裂工具还包括：为所述球座22提供与压裂介质作用于所述球座22相反方向力的第二弹性件25，当压裂介质推动所述球座22运动，球4和压裂介质能从球座22上的通孔(未示出)流出，所述空腔21为贯通状态，当所述第二弹性件25带动所述球座22运动，所述球座22与另一个球4配合以使所述空腔21为堵塞状态。

具体的，所述球座22上设置有用于坐入球4的通孔。为了便于投球部分1投出的球4能够准确坐入至通孔上，该球座22整体为爪型结构，通孔位于该爪型结构的中心。当球座22上方注入压裂介质时，球座22受到压裂介质以及球4施加的向下的压力，为了抵抗该压力，聚能部分2还设置有第二弹性件25，该第二弹性件25可以为球座22提供拉力或者推力。在聚能时，球座22受到聚能压力的推力向下运动，使得通孔的直径逐渐增大，但此时，通孔的直径仍然小于球4的直径，使得球4与球座22依然能够堵塞空腔21。待聚能压力达到设计的聚能极值时，球座22移动至设定位置。当球座22处于设定位置时，通孔的直径大于球4的直径，此时空腔21为贯通状态，球4和其上方的压裂介质均能够通过通孔流出。待聚能完毕，压力释放后，受第二弹性件25的带动，球座22开始上升，通孔的直径变小，直至将球座22复位至初始位置。而此时，投球部分1也完成投球动作，将有另一个球4坐入至球座22上，进行下次的压裂液聚能。

在本说明书的实施方式中，该聚能部分2还包括：固定在所述壳体3内壁上的底座24，所述第二弹性件25的一端与所述底座24相固定，所述第二弹性件25的另一端固定有滑套23，所述第二弹性件25能推动所述滑套23抵住所述球座22。

在本实施例中，第二弹性件25设置在球座22的下方。第二弹性件25与球座22之间设置有滑套23，第二弹性件25的一端连接在底座24上，另一端连接在滑套23上。所述滑套23具体可以是厚壁钢管，所述厚壁钢管的上端可以设计成台阶状，用于抵住球座22。所述底座24连接于壳体3的内壁上，底座24可以为钢管结构，具有与壳体3内壁相连的连接端，所述第二弹性件25固定于连接端上，滑套23可以套设于底座24的外部，底座24的上端能够对滑套23进行限位。

进一步的，所述球座22具有与所述壳体3连接的固定端和与所述滑套23相接触的活动端，当所述活动端相对所述壳体3运动时，所述通孔尺寸增大或者所述通孔尺寸缩小。如图2和图3所示，所述球座22的活动端在被下压的过程中，由于球座22的活动端始终与滑套23相接触，随着滑套23下移，球座22的通孔逐渐扩大直至球座22上的球4能从通孔中掉落。当滑套23上移时，球座22的活动端随着滑套23的上移而复位，球座22的通孔逐渐缩小直至球座22复位。

在一个具体的实施例中，所述球座22由多个呈扇形的弹性钢片组成。具体的，所述球座22可以是用扇形叶片状弹性钢片制成，部分重叠安装组成爪型结构的球座22。其中，叶片具有相对的大端和小端，其大端与壳体3内壁相连，即为所述固定端，小端与滑套23相接触，即为所述活动端。爪型球座22上部压力对爪型球座22向下的推力可以通过滑套23传递至第二弹性件25，当滑套23逐渐向下滑动时，爪型球座22的重叠部分逐渐展开，中间通孔逐渐扩大，当聚能极值达到所设计的极值时，第二弹性件25被严重压缩，滑套23继续向下滑动，爪型球座22展开至中间通孔可允许球4通过。

进一步的，所述第二弹性件25的弹性系数不大于所述第一弹性件13的弹性系数。从而使得第二弹性件25能够在投球部分1投球之前或者投球时将球座22快速复位。在本申请实施例中，聚能部分2的爪型球座22在逐渐打开的过程中，滑动座12也在逐渐压缩第一弹性件13，在聚能部分2的爪型球座22完全打开的瞬间，滑动座12可以滑动至第二通道121与球夹11开口同心；当压裂管柱的压力释放后，爪型球座22复位之时，滑动座12也在复位，当两者完全复位后球4下落至爪型球座22上，两部分相配合完成一个聚能压裂周期并进入下一个聚能压裂周期。

在本说明书实施方式中，所述球夹11的第一端设置有用于封闭所述容纳腔的翻盖111，所述翻盖111上设置具有弹性势能的第三弹性件112，所述第三弹性件112能推动球4朝向所述开口运动。所述翻盖111可以是倾斜的，方便安装球4。当球夹11的容纳腔内存储多个球时，第三弹性件112可以处于压缩状态，具有弹性势能，能够自动将球4压出。

为了能够进一步理解本说明书，下面将结合图1至图3对本说明书实施例提供的投球式聚能压裂工具的使用方法作进一步阐述。

工具下井之前，打开球夹11的翻盖111，将多个球4装进球夹11，第三弹性件112处于压缩状态。所述第一弹性件13处于自然伸长状态，所述滑动座12的第二通道121与固定座14的第一通道141同心，与球夹11的开口错位设置。所述球座22上坐入一个球4，第二弹性件25推动滑套23处于上部紧抵球座22的状态。

压裂初始，向管柱中注入超临界CO₂，随着管柱中的压力持续升高，所述滑动座12在管柱内压力的作用下压缩第一弹性件13向靠近壳体3的内壁方向滑动。同时聚能部分2中，受压力作用，爪型球座22的活动端向下移动，爪型球座22移动的同时会推动滑套23向下滑动，所述滑套23滑动便会压缩所述第二弹性件25压缩。

当空腔21内的聚能极值(超临界CO₂的压强)达到设定值时，滑动座12压缩第一弹性件13向运动至极值，此时第二通道121与球夹11开口同心，球夹11中的球4在第三弹性件112以及本身重力的作用下向下移动至第二通道121中储存起来，此时第二通道121与固定座14的第一通道141错位，保证小球不掉落。同时，受超临界CO₂压强的作用，爪型球座22推动滑套23向下运动至最下端，爪型球座22的通孔打开，坐落于其上的球4掉落，如图2所示。此时空腔21处于贯通状态，超临界CO₂可以进入下部管柱，并通过下部管柱上的射孔作用于地层，完成一次压裂。

当管柱中的压裂液作用储层后，管柱中的压力下降，受第二弹性件25的作用，推动滑套23向上移动，滑套23作用于爪型球座22，使其复位。同时在第一弹性件13的作用下，滑动座12携带第二通道121中球4向远离壳体3内壁的方向滑动，滑动至第二通道121与第一通道141同心，球4在重力作用下向下移动，掉落到爪型球座22上，完成一个聚能压裂周期。

本说明书实施例提供的投球式聚能压裂工具能够充分结合超临界CO₂和高压聚能的特点，能较好地实现超临界CO₂的高压聚能和瞬时冲击，达到超临界CO₂聚能压裂的增产效果。

该投球式聚能压裂工具可以在需要进行多次重复压裂作业的地层中使用。由于球夹内能够容纳多个球，完成一次聚能压裂作业后，球能够再次下落，可以重新聚能多次，从而不必更换工具和起出下入压裂管柱，减小压裂作业时间，达到降本增效的目的。

上述实施例只为说明本说明书的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本说明书的内容并据以实施，并不能以此限制本说明书的保护范围。凡根据本说明书精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本说明书的保护范围之内。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。

Claims (9)

1.一种投球式聚能压裂工具，其特征在于，包括：

具有空腔的壳体，所述空腔内设置有球座；

用于容纳多个球的球夹，所述球夹具有开口；

设置在所述开口与所述球座之间的固定座，所述固定座具有第一通道；

设置在所述第一通道与所述开口之间的滑动座，所述滑动座具有第二通道；

所述滑动座具有允许球进入所述第二通道的第一位置以及阻止球进入所述第二通道的第二位置；

能为所述滑动座施力的第一弹性件；

所述滑动座处于第一位置时，球由所述开口进入所述第二通道，所述第一弹性件积蓄弹性势能；所述滑动座处于第二位置时，所述第一弹性件释放积蓄的弹性势能，球依次沿所述第二通道、所述第一通道落入所述球座。

2.如权利要求1所述的投球式聚能压裂工具，其特征在于，所述投球式聚能压裂工具还包括：为所述球座提供与压裂介质作用于所述球座相反方向力的第二弹性件，当压裂介质推动所述球座运动，球和压裂介质能从球座上的通孔流出，所述空腔为贯通状态，当所述第二弹性件带动所述球座运动，所述球座与另一个球配合以使所述空腔为堵塞状态。

3.如权利要求2所述的投球式聚能压裂工具，其特征在于，还包括：固定在所述壳体内壁上的底座，所述第二弹性件的一端与所述底座相固定，所述第二弹性件的另一端固定有滑套，所述第二弹性件能推动所述滑套抵住所述球座。

4.如权利要求3所述的投球式聚能压裂工具，其特征在于，所述球座具有与所述壳体连接的固定端和与所述滑套相接触的活动端，当所述活动端相对所述壳体运动时，所述通孔尺寸增大或者所述通孔尺寸缩小。

5.如权利要求4所述的投球式聚能压裂工具，其特征在于，所述球座由多个呈扇形的弹性钢片组成。

6.如权利要求1所述的投球式聚能压裂工具，其特征在于，所述固定座和所述第一弹性件固定在所述壳体的内壁上，所述开口与所述第一通道错位设置，所述滑动座在所述第一位置与所述第二位置之间移动时，所述第二通道能交替与所述第一通道和所述开口错位。

7.如权利要求6所述的投球式聚能压裂工具，其特征在于，所述聚能压裂工具还包括设置在所述固定座与所述球夹之间的密封件，所述密封件形成有用于容纳所述第一弹性件和部分所述滑动座的密封腔，所述密封件设置有供所述滑动座穿设的密封孔。

8.如权利要求1所述的投球式聚能压裂工具，其特征在于，所述球夹具有纵长延伸的容纳腔，所述容纳腔在其纵长延伸方向上具有相对的第一端和第二端，所述第一端设置有用于封闭所述容纳腔的翻盖，所述翻盖上设置具有弹性势能的第三弹性件，所述第三弹性件能推动球朝向所述开口运动。

9.如权利要求8所述的投球式聚能压裂工具，其特征在于，所述开口设置在所述第二端，所述开口和所述第二通道的尺寸与球的直径相匹配。

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