CN102011561A - 多级压裂关孔工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气田钻井多级分层压裂的井下工具技术领域，是一种多级压裂关孔工具，其包括上接头、上连接套、中心管、下连接套、下接头和卡爪机构；上接头的内腔壁下部有上心管连接螺纹，上接头的下部外侧有螺纹并固定安装有上连接套，上连接套与下连接套之间的中心管外部安装有能够带动压裂工具的压裂滑套上移进行关孔的卡爪机构，中心管上部有不少于一个的径向导液孔并能够通过中心管内的压力液体使卡爪机构伸出或缩回。本发明结构合理而紧凑，其通过下部节流作用，使压力液体通过径向导液孔进入活塞腔，带动卡爪机构动作以保证关孔的有效实施，具有结构简单、操作方便、安全可靠的特点。

Description

多级压裂关孔工具

技术领域

本发明涉及油气田钻井多级分层压裂的井下工具技术领域，是一种多级压裂关孔工具。

背景技术

随着钻井技术及完井技术的不断发展，经常需要对不同层段进行水力压裂以增大泻油流道，以提高该层段的采收效果，从而为采油工程的有效实施提供技术保证。因此，在钻完井过程中，多层分段压裂技术成为提高油井产能的重要手段。多级分层压裂技术是利用专用的封隔器或裸眼封隔器将不同井段进行层间分隔，然后实施水力压裂。在进行分层开采作业时，需要对不同层位进行分层开采，而对于不开采的层位需要进行关孔作业，以保证分层开采作业的顺利进行。现有完井作业多级分层压裂的关孔工具在实际使用过程中存在以下不足：操作复杂、可靠性差。

发明内容

本发明提供了一种多级压裂关孔工具，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有完井作业多级分层压裂的关孔工具存在的操作复杂、可靠性差的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种多级压裂关孔工具，包括上接头、上连接套、中心管、下连接套、下接头和卡爪机构；上接头的内腔壁下部有上心管连接螺纹，上接头的下部外侧有螺纹并固定安装有上连接套，中心管的上端通过上心管连接螺纹固定安装在上接头内腔内，中心管的下端有下接头，下接头的内腔壁上部有下心管连接螺纹，中心管的下端通过下心管连接螺纹固定安装在下接头内腔内，下接头的上部外侧有螺纹并固定安装有下连接套；上连接套与下连接套之间的中心管外部安装有能够带动压裂工具的压裂滑套上移进行关孔的卡爪机构，中心管上部有不少于一个的径向导液孔，径向导液孔与中心管的内腔相连通并能够通过中心管内的压力液体使卡爪机构伸出或缩回。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述卡爪机构可包括活塞套、连接护套、上转换套、弹簧座、复位弹簧、爪臂传动套、爪臂销轴、伸缩爪臂、卡爪固定套、卡爪销轴、伸缩卡爪和连接销轴；中心管上部外侧与上连接套内侧之间形成活塞腔，径向导液孔的内端与中心管的上部管腔相连通，径向导液孔的外端与活塞腔的上部相连通，活塞套位于活塞腔的下部并能够上下移动，活塞套的下部外侧有螺纹并固定安装有连接护套，连接护套下部外侧有螺纹并固定安装有上转换套；上转换套的内侧与中心管外侧之间形成上套空腔，对应上套空腔中部位置的中心管外侧有螺纹并固定安装有弹簧座，弹簧座与活塞套之间的中心管外部套装有复位弹簧，复位弹簧的下端顶紧在弹簧座的上端面上，复位弹簧的上端顶紧在活塞套的下端面上；上套空腔的下部内壁上有螺纹并固定安装有爪臂传动套，爪臂传动套的下端左右两边分别通过爪臂销轴铰接有伸缩爪臂；下连接套的上部固定安装有卡爪固定套，卡爪固定套的上部左右两侧分别通过卡爪销轴铰接有伸缩卡爪，下连接套的上部左右两侧分别有卡爪伸出槽，伸缩卡爪位于卡爪伸出槽内并能够伸出至下连接套外部，伸缩卡爪的中部外侧有卡块，伸缩卡爪的上端与伸缩爪臂的下端通过连接销轴铰接在一起。

上述卡爪固定套下部可安装有解卡装置，解卡装置包括剪销连接套和剪切销钉；下连接套的中部内腔内有剪销连接套，剪销连接套的下部外侧有定位卡槽，下连接套的中部有不少于一个的剪钉螺孔，剪销连接套通过剪切销钉、剪钉螺孔和定位卡槽与下连接套固定连接在一起，剪销连接套的上部内腔壁上有螺纹并固定安装有卡爪固定套；中心管下部外侧与下连接套的内腔腔壁之间形成平衡液压腔，中心管下部有不少于一个的平衡通孔，平衡通孔的内端与中心管的下部管腔相连通，平衡通孔的外端与平衡液压腔相连通。

上述上接头下部外侧可有接套密封槽并安装有能够使上接头与上连接套之间保持密封的接套密封圈。

上述上接头内腔壁下部可有心管密封槽并安装有能够使上接头与中心管之间保持密封的心管密封圈。

上述活塞套的上部外侧和内腔壁上部可分别有活塞外密封槽和活塞内密封槽，活塞外密封槽内安装有能够使活塞套与上连接套之间保持密封的活塞外密封圈，活塞内密封槽内安装有能够使活塞套与中心管之间保持密封的活塞内密封圈。

本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过下部节流作用，使压力液体通过径向导液孔进入活塞腔，带动卡爪机构动作以保证关孔的有效实施，具有结构简单、操作方便、安全可靠的特点。

附图说明

附图1为本发明最佳实施例的主视剖视结构示意图。

附图中的编码分别为：1为上接头，2为上连接套，3为中心管，4为下连接套，5为下接头，6为上心管连接螺纹，7为下心管连接螺纹，8为径向导液孔，9为活塞套，10为连接护套，11为上转换套，12为弹簧座，13为复位弹簧，14为爪臂传动套，15为爪臂销轴，16为伸缩爪臂，17为卡爪固定套，18为卡爪销轴，19为伸缩卡爪，20为连接销轴，21为活塞腔，22为上套空腔，23为卡爪伸出槽，24为卡块，25为剪销连接套，26为剪切销钉，27为定位卡槽，28为剪钉螺孔，29为平衡液压腔，30为平衡通孔，31为接套密封槽，32为接套密封圈，33为心管密封槽，34为心管密封圈，35为活塞外密封槽，36为活塞内密封槽，37为活塞外密封圈，38为活塞内密封圈。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图的布图方式来进行描述的，如：上、下、左右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合最佳实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1所示，该多级压裂关孔工具包括上接头1、上连接套2、中心管3、下连接套4、下接头5和卡爪机构；上接头1的内腔壁下部有上心管连接螺纹6，上接头的下部外侧有螺纹并固定安装有上连接套2，中心管3的上端通过上心管连接螺纹6固定安装在上接头1内腔内，中心管3的下端有下接头5，下接头5的内腔壁上部有下心管连接螺纹7，中心管3的下端通过下心管连接螺纹7固定安装在下接头5内腔内，下接头5的上部外侧有螺纹并固定安装有下连接套4；上连接套2与下连接套4之间的中心管3外部安装有能够带动压裂工具的压裂滑套上移进行关孔的卡爪机构，中心管3上部有不少于一个的径向导液孔8，径向导液孔8与中心管3的内腔相连通并能够通过中心管3内的压力液体使卡爪机构伸出或缩回。通过地面管泵作业，压力液体进入径向导液孔8使卡爪机构伸出并卡入压裂工具的压裂滑套内，进行关孔作业时，提拉本发明能够带动压裂滑套一起上移。

可根据实际需要，对上述多级压裂关孔工具作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，卡爪机构包括活塞套9、连接护套10、上转换套11、弹簧座12、复位弹簧13、爪臂传动套14、爪臂销轴15、伸缩爪臂16、卡爪固定套17、卡爪销轴18、伸缩卡爪19和连接销轴20；中心管3上部外侧与上连接套2内侧之间形成活塞腔21，径向导液孔8的内端与中心管3的上部管腔相连通，径向导液孔8的外端与活塞腔21的上部相连通，活塞套9位于活塞腔21的下部并能够上下移动，活塞套9的下部外侧有螺纹并固定安装有连接护套10，连接护套10下部外侧有螺纹并固定安装有上转换套11；上转换套11的内侧与中心管3外侧之间形成上套空腔22，对应上套空腔22中部位置的中心管3外侧有螺纹并固定安装有弹簧座12，弹簧座12与活塞套9之间的中心管3外部套装有复位弹簧13，复位弹簧13的下端顶紧在弹簧座12的上端面上，复位弹簧13的上端顶紧在活塞套9的下端面上；上套空腔22的下部内壁上有螺纹并固定安装有爪臂传动套14，爪臂传动套14的下端左右两边分别通过爪臂销轴15铰接有伸缩爪臂16；下连接套4的上部固定安装有卡爪固定套17，卡爪固定套17的上部左右两侧分别通过卡爪销轴18铰接有伸缩卡爪19，下连接套4的上部左右两侧分别有卡爪伸出槽23，伸缩卡爪19位于卡爪伸出槽23内并能够伸出至下连接套4外部，伸缩卡爪19的中部外侧有卡块24，伸缩卡爪19的上端与伸缩爪臂16的下端通过连接销轴20铰接在一起。压力液体能够推动活塞套9向下移动，带动连接护套10、上转换套11及爪臂传动套14下移，推动伸缩爪臂16以及伸缩卡爪19从卡爪伸出槽23伸出，使卡块24卡入到压裂工具的压裂滑套的环形槽内，带动压裂滑套一起上移，从而保证关孔作业的可靠有效地进行。

如附图1所示，卡爪固定套17下部安装有解卡装置，解卡装置包括剪销连接套25和剪切销钉26；下连接套4的中部内腔内有剪销连接套25，剪销连接套25的下部外侧有定位卡槽27，下连接套4的中部有不少于一个的剪钉螺孔28，剪销连接套25通过剪切销钉26、剪钉螺孔28和定位卡槽27与下连接套4固定连接在一起，剪销连接套25的上部内腔壁上有螺纹并固定安装有卡爪固定套17；中心管3下部外侧与下连接套4的内腔腔壁之间形成平衡液压腔29，中心管3下部有不少于一个的平衡通孔30，平衡通孔30的内端与中心管3的下部管腔相连通，平衡通孔30的外端与平衡液压腔29相连通。通过解卡装置能够在关孔作业结束后，上提本发明时剪断剪切销钉26，使剪销连接套25和下连接套4及时分离，中心管3下部内腔内的压力液体通过平衡通孔30进入平衡液压腔29，推动剪销连接套25上移，使伸缩卡爪19伸出的外端能够绕卡爪销轴18向下转动而收回实现解卡，同时平衡液压腔29起到平衡压力的作用，保证本发明顺利上提。

如附图1所示，上接头1下部外侧有接套密封槽31并安装有能够使上接头1与上连接套2之间保持密封的接套密封圈32。接套密封圈32能够避免外部液体进入活塞腔21。

如附图1所示，上接头1内腔壁下部有心管密封槽33并安装有能够使上接头5与中心管3之间保持密封的心管密封圈34。

如附图1所示，活塞套9的上部外侧和内腔壁上部分别有活塞外密封槽35和活塞内密封槽36，活塞外密封槽35内安装有能够使活塞套9与上连接套2之间保持密封的活塞外密封圈37，活塞内密封槽36内安装有能够使活塞套9与中心管3之间保持密封的活塞内密封圈38。活塞外密封圈37和活塞内密封圈38能够保证活塞腔21的密封性能。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

本发明最佳实施例的工作过程是：首先，将本发明下至预定的关孔位置；其次，地面进行开泵作业，通过下端液压节流，压力液体通过中心管3上部的径向导液孔8进入活塞腔21，在压力液体的作用下，活塞套9压缩复位弹簧13下移，带动连接护套10、上转换套11及爪臂传动套14向下移动，使伸缩爪臂16以及伸缩卡爪19沿井眼的径向伸出；接着，地面进行上提作业，使本发明向上移动，伸缩爪臂16以及伸缩卡爪19进入压裂工具上的压裂滑套的环形槽内，在提拉过程中，本发明带动压裂滑套一起上移，从而保证了关孔作业的有效进行；最后，当关孔作业实施完毕后，地面进行管泵作业，上提本发明，剪切销钉26被剪断，使剪销连接套25和下连接套4及时分离，在复位弹簧13的作用下，活塞套9、连接护套10、上转换套11及爪臂传动套14上移复位，使得伸缩爪臂16收回复位，同时中心管3下部内腔内的压力液体通过平衡通孔30进入平衡液压腔29，推动剪销连接套25上移，使伸缩卡爪19伸出的外端能够绕卡爪销轴18向下转动而收回，从而保证本发明可顺利地从井内提出。

Claims (10)

1.一种多级压裂关孔工具，其特征在于包括上接头、上连接套、中心管、下连接套、下接头和卡爪机构；上接头的内腔壁下部有上心管连接螺纹，上接头的下部外侧有螺纹并固定安装有上连接套，中心管的上端通过上心管连接螺纹固定安装在上接头内腔内，中心管的下端有下接头，下接头的内腔壁上部有下心管连接螺纹，中心管的下端通过下心管连接螺纹固定安装在下接头内腔内，下接头的上部外侧有螺纹并固定安装有下连接套；上连接套与下连接套之间的中心管外部安装有能够带动压裂工具的压裂滑套上移进行关孔的卡爪机构，中心管上部有不少于一个的径向导液孔，径向导液孔与中心管的内腔相连通并能够通过中心管内的压力液体使卡爪机构伸出或缩回。

2.根据权利要求1所述的多级压裂关孔工具，其特征在于卡爪机构包括活塞套、连接护套、上转换套、弹簧座、复位弹簧、爪臂传动套、爪臂销轴、伸缩爪臂、卡爪固定套、卡爪销轴、伸缩卡爪和连接销轴；中心管上部外侧与上连接套内侧之间形成活塞腔，径向导液孔的内端与中心管的上部管腔相连通，径向导液孔的外端与活塞腔的上部相连通，活塞套位于活塞腔的下部并能够上下移动，活塞套的下部外侧有螺纹并固定安装有连接护套，连接护套下部外侧有螺纹并固定安装有上转换套；上转换套的内侧与中心管外侧之间形成上套空腔，对应上套空腔中部位置的中心管外侧有螺纹并固定安装有弹簧座，弹簧座与活塞套之间的中心管外部套装有复位弹簧，复位弹簧的下端顶紧在弹簧座的上端面上，复位弹簧的上端顶紧在活塞套的下端面上；上套空腔的下部内壁上有螺纹并固定安装有爪臂传动套，爪臂传动套的下端左右两边分别通过爪臂销轴铰接有伸缩爪臂；下连接套的上部固定安装有卡爪固定套，卡爪固定套的上部左右两侧分别通过卡爪销轴铰接有伸缩卡爪，下连接套的上部左右两侧分别有卡爪伸出槽，伸缩卡爪位于卡爪伸出槽内并能够伸出至下连接套外部，伸缩卡爪的中部外侧有卡块，伸缩卡爪的上端与伸缩爪臂的下端通过连接销轴铰接在一起。

3.根据权利要求2所述的多级压裂关孔工具，其特征在于卡爪固定套下部安装有解卡装置，解卡装置包括剪销连接套和剪切销钉；下连接套的中部内腔内有剪销连接套，剪销连接套的下部外侧有定位卡槽，下连接套的中部有不少于一个的剪钉螺孔，剪销连接套通过剪切销钉、剪钉螺孔和定位卡槽与下连接套固定连接在一起，剪销连接套的上部内腔壁上有螺纹并固定安装有卡爪固定套；中心管下部外侧与下连接套的内腔腔壁之间形成平衡液压腔，中心管下部有不少于一个的平衡通孔，平衡通孔的内端与中心管的下部管腔相连通，平衡通孔的外端与平衡液压腔相连通。

4.根据权利要求1或2或3所述的多级压裂关孔工具，其特征在于上接头下部外侧有接套密封槽并安装有能够使上接头与上连接套之间保持密封的接套密封圈。

5.根据权利要求1或2或3所述的多级压裂关孔工具，其特征在于上接头内腔壁下部有心管密封槽并安装有能够使上接头与中心管之间保持密封的心管密封圈。

6.根据权利要求4所述的多级压裂关孔工具，其特征在于上接头内腔壁下部有心管密封槽并安装有能够使上接头与中心管之间保持密封的心管密封圈。

7.根据权利要求1或2或3所述的多级压裂关孔工具，其特征在于活塞套的上部外侧和内腔壁上部分别有活塞外密封槽和活塞内密封槽，活塞外密封槽内安装有能够使活塞套与上连接套之间保持密封的活塞外密封圈，活塞内密封槽内安装有能够使活塞套与中心管之间保持密封的活塞内密封圈。

8.根据权利要求4所述的多级压裂关孔工具，其特征在于活塞套的上部外侧和内腔壁上部分别有活塞外密封槽和活塞内密封槽，活塞外密封槽内安装有能够使活塞套与上连接套之间保持密封的活塞外密封圈，活塞内密封槽内安装有能够使活塞套与中心管之间保持密封的活塞内密封圈。

9.根据权利要求5所述的多级压裂关孔工具，其特征在于活塞套的上部外侧和内腔壁上部分别有活塞外密封槽和活塞内密封槽，活塞外密封槽内安装有能够使活塞套与上连接套之间保持密封的活塞外密封圈，活塞内密封槽内安装有能够使活塞套与中心管之间保持密封的活塞内密封圈。

10.根据权利要求6所述的多级压裂关孔工具，其特征在于活塞套的上部外侧和内腔壁上部分别有活塞外密封槽和活塞内密封槽，活塞外密封槽内安装有能够使活塞套与上连接套之间保持密封的活塞外密封圈，活塞内密封槽内安装有能够使活塞套与中心管之间保持密封的活塞内密封圈。

Images