CN112780227B - 一种防止水泥固结的无限级固井滑套及其装配和作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止水泥固结的无限级固井滑套及其装配和作业方法，该滑套包括中心管、上定位环、下定位环、活塞套和外套；本发明与套管一起下入，每段对应一个固井滑套，不受层数限制，可以一趟管柱实现多段压裂；锁定机构较简单，且装配方便，一旦固井滑套被打开，锁环将被直台阶进行限位，无法继续移动，从而防止本发明被误关闭；压裂施工完成后，井内通径与套管通径相同，不产生缩径，实现了全通径，可以进行二次压裂；最外侧的斜长窄细缝与下入轨迹有一定的斜度，从而可以降低固体脂被裸眼井壁刮出的风险；水泥与活塞套外侧的接触面积较小，不容易固结牢固；开启本发明的活塞套不在中心管内侧，防止本发明内部下管柱时将本发明误打开。

Description

一种防止水泥固结的无限级固井滑套及其装配和作业方法

技术领域

本发明属于油田开发生产技术领域，具体是涉及一种防止水泥固结的无限级固井滑套及作业方法。

背景技术

为了满足细分层系的需要，进行了无限级固井滑套分段压裂技术研究，该技术中的固井滑套需要与套管连接，通过机械或液压作用将固井滑套打开，从而减少了射孔操作，且可以实现无限级压裂，对于该类固井滑套，各个公司有自己的相关产品，为了防止固井滑套在施工过程中被误关闭，一般都会在固井滑套上设计一个锁定机构，目前的主流产品是通过锯齿螺纹之间的配合实现锁定，该种锁定机构在封隔器的锁定机构上也多有应用，但是该种锁定机构需要构造一个凹槽，凹槽内装配开口锁环，锁环内部需要有锯齿螺纹，同时也需要在锁环的内部增加一个带有外锯齿螺纹的轴，轴外侧的锯齿螺纹需要与锁环内部的锯齿相配合，实现锁定功能，在现有产品中，锁环在固井滑套中一般固定不动，与锁环内部配合的轴移动后与锁环锁住，实现固井滑套不被误关闭，该种锁定机构虽然较常用，但是相对繁琐。在施工过程中由于固井过程中水泥可以固结在滑套外部导致滑套无法打开，并且此种事故发生率较高，使固井滑套的应用数量急剧减少。针对上述情况，本发明设计了具有简易锁定机构的液控式且可以防止水泥固结的固井滑套和锁环装配方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种防止水泥固结的无限级固井滑套。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种防止水泥固结的无限级固井滑套，包括中心管、上定位环、下定位环、活塞套和外套；

所述中心管外壁上设置有上定位环和下定位环，所述上定位环和下定位环的外侧设置有外套，外套与中心管之间形成有密封环空，在外套与中心管之间的环空内设置有活塞套；

所述中心管外壁由上至下依次形成有传压孔、内过液孔、剪钉限位槽、锁环限位槽和平衡孔；

剪钉穿过所述活塞套上的剪钉孔安装于所述剪钉限位槽内，所述活塞套内壁形成有锁环槽，锁环槽内设置有锁环；

所述外套外壁上部形成有扭转间隔设置的凸起结构，相邻凸起结构之间的外套外壁上形成有外过液孔，所述外过液孔覆盖填充有固体脂。

在上述上技术方案中，所述内过液孔沿管壁均布，为长椭圆孔，数量为大于等于6。

在上述上技术方案中，所述锁环限位槽向上一侧为直台阶，用于阻止锁环上移，向下一侧为45度斜角，用于锁环向下取出。

在上述上技术方案中，所述锁环为开口环，内径伸缩可变，锁环上设置有螺纹孔。

在上述上技术方案中，所述锁环上螺纹孔数量为3，螺纹孔布局相角分别是90度、180度和270度。

在上述上技术方案中，所述锁环向上一侧为直台阶，向下一侧为45度倒角。

在上述上技术方案中，所述活塞套位于锁环槽处的筒壁设置有通孔，用于在沿中心管由下向上装配活塞套和锁环时，配合安装钉使锁环与活塞套一起通过中心管的剪钉限位槽。

在上述上技术方案中，所述活塞套上通孔数量为3，螺纹孔布局相角分别是90度、180度和270度。

在上述上技术方案中，所述中心管外壁传压孔的上方和剪钉限位槽的上方设置有第一O型圈。

在上述上技术方案中，所述活塞套的外壁于外过液孔两侧位置处设置有第二O型圈。

在上述上技术方案中，所述下定位环下端内侧设置有第三O型圈。

一种防止水泥固结的无限级固井滑套的作业方法，如下所述：

向中心管内传压孔与平衡孔之间的位置下入封隔器，使液压液仅可由传压孔流出；活塞套与中心管之间的剪钉在压力下被剪断，液压推动活塞套向下移动，露出中心管管壁上的内过液孔，锁环落入中心管管壁上的锁环限位槽，中心套被锁定，液压液将外过液孔表面的固体脂冲出，实现滑套的开启。

本发明主要应用于无限级固井滑套分段压裂工艺，与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明与套管一起下入，每段对应一个固井滑套，不受层数限制，可以一趟管柱实现多段压裂。

(2)本发明的锁定机构较简单，且装配方便，一旦固井滑套被打开，锁环将被直台阶进行限位，无法继续移动，从而防止本发明被误关闭。

(3)压裂施工完成后，井内通径与套管通径相同，不产生缩径，实现了全通径，可以进行二次压裂。

(4)本发明最外侧的斜长窄细缝在填充高粘度固体脂后，由于缝较细窄，且斜长窄细缝与下入轨迹有一定的斜度，从而可以降低固体脂被裸眼井壁刮出的风险。

(5)即使水泥进入本发明外侧的斜长窄细孔内，由于每个斜长窄细缝面积较小，因此水泥与活塞套外侧的接触面积较小，水泥不容易固结牢固。

(6)开启本发明的活塞套不在中心管内侧，从而防止本发明内部下管柱时将本发明误打开。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明锁环装配结构示意图。

图3为中心管结构示意图。

图4为活塞套结构示意图(一)。

图5为活塞套结构示意图(二)。

图6为锁环结构示意图(一)。

图7为锁环结构示意图(二)。

图8为外套结构示意图(一)。

图9为外套结构示意图(二)。

附图标注：1为中心管，1-1为剪钉限位槽，1-2为锁环限位槽，1-3为传压孔，1-4 为平衡孔，2为上定位环，3为第一O型圈，4为第二O型圈，5为活塞套，5-1为剪钉孔，5-2为锁环槽，5-3为通孔，6为剪钉，7为锁环，7-1为螺纹孔，8为下定位环，9 为外套，9-1为凸起结构，9-2为外过液孔，10为第三O型圈，11为固体脂，12为安装钉。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

一种防止水泥固结的无限级固井滑套，由中心管1、上定位环2、第一O型圈3、第二O型圈4、活塞套5、剪钉6、锁环7、下定位环8、外套9、第三O型圈10、固体脂 11和安装钉12组成。

中心管1最左边内侧是与套管连接的母螺纹，母螺纹右侧缩径是密封面，母螺纹和密封面通过45度角过渡，以免划伤内部的橡胶件，中心管1最外侧的表面是夹持面，可以进行夹持和固井，夹持面右侧是密封面，密封面外径小于夹持面外径，从而形成台阶，密封面从左向右分别是两道O型圈槽、径向均匀分布的6个长椭圆孔和另两道O型圈槽，如图3，这四道O型圈槽内装有4根第一O型圈3，前述中心管1外侧O圈槽的右侧是一道剪钉限位槽1-1，剪钉限位槽右面仍然是密封面，保证其他橡胶零部件在装配过程中不被划伤，密封面右侧是一个锁环限位槽1-2，锁环限位槽1-2左侧是直台阶，用于对锁环7进行定位，锁环限位槽1-2的右侧台阶则是45度斜角，方便后期锁环从中心管1上拆卸下来。前述的6个长椭圆孔左侧有8个小孔，为传压孔1-3，作用是将中心管1内部的液压传递到活塞套5的左侧，前述锁环限位槽1-2右侧仍然是密封面，密封面中间有8 个小孔，为平衡孔1-4，当有封隔器胶筒坐封在传压口1-3和平衡孔1-4之间，且本发明内部有液压时，活塞套5受到向右的液压力，活塞套就有向右移动趋势，当液压力达到设定值，剪钉6会被剪断，如果没有胶筒坐封在传压口1-3和平衡孔1-4之间，则活塞套5左右受到的液压力相互抵消，活塞套5就没有移动趋势，剪钉6也不会被剪断，因此平衡孔1-4在没有封隔器坐封的情况下起到了平衡液压的作用。前述锁环限位槽1-2右侧密封面的右侧是公螺纹，公螺纹右侧仍是密封面，中心管1最右侧的外面是套管公螺纹。上定位环2内侧是密封光面，上定位环2与中心管1的夹持面右侧的密封面相配合，并通过前述中心管1夹持面与密封面的台阶定位，上定位环2外侧在最右边进行斜角处理，目的是在上提和下入过程中不会与井内台阶处卡钻，上定位环2外侧有缩径，缩径外表面属于密封面，且缩径外表面有两道O型圈槽，活塞套5内外表面均是密封面，外侧有4道O型圈槽，O型圈槽右侧是螺纹孔，如图4，螺纹孔内装配具有螺纹的剪钉6，剪钉 6的外表面是公螺纹，上半部分是缩径，缩径的外径比螺纹小，缩径部分会进入中心管1 的剪钉限位槽1-1内，从而将中心管1与活塞套5固定在一起。

活塞套5的右侧内部有一道剪钉限位槽，剪钉限位槽处有3个长方形的通槽，锁环7安装在活塞套内壁的锁环槽中，锁环7属于开口环，因此内径可以变大和缩小，锁环7 内侧左端没有倒角，左侧端面与内侧面形成直台阶，右侧端面与内侧面有45度倒角，锁环7上有3个螺纹孔，螺纹孔布局相角分别是90度、180度和270度，如图5，当活塞套5移动到位后，锁环7会进入到中心管1外侧的锁环限位槽1-2内，由于锁环限位槽 1-2的左侧是直台阶，锁环7的左侧是直台阶，没有倒角，因此锁环无法向左移动，会被直台阶进行定位，从而实现锁定，而锁环7右端内侧有倒角，同时锁环限位槽1-2右侧也有45度倒角，因此锁环7可以较容易地从锁环限位槽1-2右侧滑出。

下定位环8内侧是母螺纹，与中心管1的公螺纹进行连接，公螺纹右侧是密封面，密封面上有两道O型圈槽，槽内装有第三O型圈10，下定位环8的密封面与中心管1 右侧的密封面配合，下定位环8的外侧是密封面，密封面有两道O型圈槽，密封面的右侧是扩径，扩径外表面与密封面形成台阶面，扩径的右侧有45度的倒角，避免起下过程中出现卡钻。

外套9最左边外侧具有扶正和削减水泥厚度功能的斜向径向旋转的凸起结构，凸起结构径向均匀斜向分布，两个斜凸之间留有斜向的过流通道，防止固井时水泥通过凸起部分时产生较大截流，斜向凸起部分有较深的斜长窄细缝，如图6，斜长窄细缝内部填充固体脂11，防止固井时水泥进入，影响本发明的开启。斜凸起部分左边有45度的倒角，防止起下过程出现卡钻，凸起的右侧是缩径，外径比凸起部分小，保证足够的过流通道，外套9内部的最左侧是密封面，密封面较长，与上定位环2外侧的密封面配合，也与活塞套5外侧的密封面配合，通过O型圈密封，密封面间有数个径向分布的斜长窄细缝(上面已描述)，斜长窄细缝在上述的斜向凸起部分，活塞套5移动后，斜长窄细缝形成压裂或生产通道，外套9内部的密封面右侧是缩径，密封面与缩径通过45度角进行过渡，同时过渡处也起到了对活塞套5的定位作用，即活塞套5在向右移动过程中，当活塞套5 最右端移动到外套9内部缩径处会因定位的原因无法继续移动，外套9内部缩径右侧是扩径，扩径的内表面是密封面，密封面与下定位环8外侧的密封面配合。

安装钉12上侧凹口用来施加扭矩，同时安装钉12的上部最大外径部分用来上提安装钉12，实现锁环7的扩径，安装钉12下侧是螺纹，用于装配到锁环7的螺纹孔内，装配时，当上提安装钉，锁环7实现扩径，从而锁环7与活塞套5一起可以通过中心管1 的锁环限位槽1-2，最终装配到位。

实施例2

一种防止水泥固结的无限级固井滑套的装配过程：

本发明在装配过程中，锁环7要预先被装配到活塞套5内，然后活塞套5与锁环7 一起从中心管1右侧套入，套入过程中当锁环7进入到中心管1外侧的锁环限位槽1-2 时，锁环7内径会缩小，从而被左侧的直台阶挡住，无法继续装配，这时需要将2个安装钉12装入到锁环7的螺纹孔内，如图2，然后需要两个人配合，一人用两手向外拽安装钉12，迫使锁环7外径增大，当锁环7外径远大于锁环限位槽1-2左侧直台阶的外径时，锁环7和活塞套5便可以一并通过直台阶，并装配到位，其它零部件的装配属于常规装配，不再赘述。

实施例3

一种防止水泥固结的无限级固井滑套的开启过程

本发明与套管连接一并下井，数量与要压裂的段数相同，每个要压裂的段数均对应一个本发明，当下入到预定位置后，下入内部服务工具，内部服务工具有底部封隔器，底部封隔器的胶筒坐封在传压口1-3和平衡孔1-4之间，向本发明内通径打液压，活塞套 5有向右移动趋势，当液压力达到剪钉6的剪切值，使剪钉6剪断，活塞套5向右移动，并通过外套9内部的斜台阶定位，活塞套5达到最大位移处，此时活塞套5内部的锁环 7进入中心管1外侧的锁环限位槽1-2内，锁环7恢复实际外径，实现锁定，由于锁环限位槽1-2左边的直台阶的阻挡，锁环7和活塞套5无法向左移动过多，因此本发明不会被误关闭。由于活塞套5向右移动，使中心管1上的6个长圆孔与外套9上的12个斜长窄细缝实现贯通，从而形成压裂或生产通道，如果没有胶筒坐封在传压口1-3和平衡孔 1-4之间，则活塞套5左右受到的液压力相互抵消，活塞套就没有移动趋势，剪钉6也不会被剪断，因此平衡孔1-4在没有封隔器坐封的情况下起到了平衡液压的作用，即目的段的固井滑套开启过程不会打开其它段的固井滑套。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种防止水泥固结的无限级固井滑套，其特征在于：包括中心管、上定位环、下定位环、活塞套和外套；

所述中心管外壁上设置有上定位环和下定位环，所述上定位环和下定位环的外侧设置有外套，外套与中心管之间形成有密封环空，在外套与中心管之间的环空内设置有活塞套；

所述中心管外壁由上至下依次形成有传压孔、内过液孔、剪钉限位槽、锁环限位槽和平衡孔；

剪钉穿过所述活塞套上的剪钉孔安装于所述剪钉限位槽内，所述活塞套内壁形成有锁环槽，锁环槽内设置有锁环；

所述外套外壁上部形成有扭转间隔设置的凸起结构，相邻凸起结构之间的外套外壁上形成有外过液孔，所述外过液孔覆盖填充有固体脂；

其中，所述内过液孔沿管壁均布，为长椭圆孔，数量为大于等于6；

所述锁环限位槽向上一侧为直台阶，用于阻止锁环上移，向下一侧为45度斜角，用于锁环向下取出；

所述锁环为开口环，所述锁环向上一侧为直台阶，向下一侧为45度倒角，内径伸缩可变，锁环上设置有螺纹孔，所述锁环上螺纹孔数量为3，螺纹孔布局相角分别是90度、180度和270度；

所述活塞套位于锁环槽处的筒壁设置有通孔，用于在沿中心管由下向上装配活塞套和锁环时，配合安装钉使锁环与活塞套一起通过中心管的剪钉限位槽。

2.根据权利要求1所述的一种防止水泥固结的无限级固井滑套，其特征在于：所述活塞套上通孔数量为3，螺纹孔布局相角分别是90度、180度和270度。

3.根据权利要求1所述的一种防止水泥固结的无限级固井滑套，其特征在于：所述中心管外壁传压孔的上方和剪钉限位槽的上方设置有第一O型圈，所述活塞套的外壁于外过液孔两侧位置处设置有第二O型圈，所述下定位环下端内侧设置有第三O型圈。

4.如权利要求1-3任一所述的一种防止水泥固结的无限级固井滑套的装配方法，其特征在于：将2个安装钉装入到锁环的螺纹孔内，然后两人配合，一人用两手向外拽安装钉，迫使锁环外径增大，当锁环外径大于锁环限位槽左侧直台阶的外径时，锁环和活塞便可以一并通过直台阶，并装配到位。

5.如权利要求1-3任一所述的一种防止水泥固结的无限级固井滑套的作业方法，其特征在于，如下所述：

无限级固井滑套随套管下入井下，每层段连接一套无限级固井滑套，当目的层段施工时，向中心管内传压孔与平衡孔之间的位置下入封隔器，封隔器连接堵头，使液压液仅可由传压孔流出；活塞套与中心管之间的剪钉在压力下被剪断，液压推动活塞套向下移动，露出中心管管壁上的内过液孔，锁环落入中心管管壁上的锁环限位槽，活塞套被锁定，液压将外过液孔表面的固体脂冲出，实现滑套的开启；其它层段中的无限级固井滑套由于中心管内传压孔与平衡孔之间的位置没有封隔器，因此即使中心管内有液压，活塞套左右压力平衡，不发生移动，该层段中的无限级固井滑套处于关闭状态，即只有目的层段的无限级固井滑套可以被开启，其它层段的无限级固井滑套不会被误开启。

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