CN103132969A - 油井用分段压裂滑套及其装置和使用方法 - Google Patents

Abstract

一种油井用分段压裂滑套，包括：用于连接到油套管上的滑套外壳，在所述外壳的侧壁上开有第一压裂孔；内滑套，其通过径向穿过外壳侧壁和内滑套侧壁的销钉固定在外壳内，在内滑套的侧壁上开有第二压裂孔，其中第一压裂孔和第二压裂孔在轴向上彼此错开；布置在内滑套中的封挡件和憋压控制装置，所述憋压控制装置包括用于强制封挡件保持在打开位置处的致动机构。其中，致动机构在憋压控制装置接收到预定信号时使封挡件运动到关闭位置，从而封闭内滑套的内腔并在其中形成压力积聚。当压力增大到克服销钉的剪切力时销钉被剪断，使得内滑套沿轴向滑动，直至第一压裂孔与第二压裂孔在滑套的轴向上彼此对齐为止。

Description

油井用分段压裂滑套及其装置和使用方法

技术领域

本发明涉及一种油井用分段压裂滑套、包括该滑套的油井用分段压裂装置及其使用方法。

背景技术

分段压裂技术是目前油藏储层改造、非常规油气藏开采的主要方式之一。水平井分段压裂工艺技术难点在于分段压裂工艺方式的选择和井下封堵工具的研发。

多级封隔器分段压裂技术是一种目前常用的分段压裂技术。它类似滑动套筒循环装置，投球式滑套是该分段压裂技术中的一种核心装置，在水平井或分支井主、分支井眼的完井和储层改造中经常与封隔器配合使用。常规压裂滑套的开启是由井口投放憋压球，当憋压球到达滑套位置时与滑套内的球座形成密封，实现憋压，压力达到一定值时剪断销钉，使得滑套外筒上的压裂孔槽开启，从而建立压裂通道。在《石油机械》2011年第2期的文献“水平井分段压裂滑套的研制与应用”以及2009年第10期的文献“BZ-60型无阻压裂喷砂滑套的研制与应用”中介绍的压裂滑套均为此种原理。传统的滑套装置存在以下问题：

1)球和滑套通径的尺寸存在严格的对应关系，施工过程中管柱需接入多组滑套装置，每组滑套装置的通径不断减小，因此生产管柱的有效过油面积也减少，影响后期产层的开采效率。

2)球和球座贴合的密封方式，密封接触面小对装置的耐压性能和加工精度要求高，增加了装置的加工制造难度；

3)在定向井或水平井中，滑套装置倾斜或处于水平时，由于重力的影响，憋压球与球座不能很好的贴合形成密封，影响滑套的正常工作。

综上所述，目前需要有一种新的压裂滑套以解决传统分段压裂技术的不足，避免由于滑套通径减小以提高开采效率，避免使用球和球座配套的密封方式以降低加工难度，适用范围广，不受滑套所处位置影响。

发明内容

本发明的目的在于解决传统投球式滑套存在的不足，提供一种新型油井用分段压裂滑套，摈弃采用球与球座两独立元件配合形成密封的传统方式，并且所有滑套装置的通径尺寸能够统一，从而使滑套易于加工制造，提高油藏的开采效率和装置的适用性，尤其是可以提高在定向井、水平井中的可靠性。

根据本发明的第一方面，提供了一种油井用分段压裂滑套，包括：

用于连接到油套管上的滑套外壳，在所述外壳的侧壁上开有第一压裂孔；

内滑套，所述内滑套通过径向穿过外壳侧壁和内滑套侧壁的销钉固定在外壳内，在内滑套的侧壁上开有第二压裂孔，其中第一压裂孔和第二压裂孔在轴向上彼此错开；

布置在内滑套中的封挡件和憋压控制装置，所述憋压控制装置包括用于强制封挡件保持在打开位置处的致动机构，

其中，所述致动机构在所述憋压控制装置接收到预定信号时使所述封挡件运动到关闭位置，从而封闭所述内滑套的内腔并在其中形成压力积聚，

当压力增大到克服销钉的剪切力时销钉被剪断，使得内滑套沿轴向滑动，直至所述第一压裂孔与第二压裂孔在所述滑套的轴向上彼此对齐为止。

在一个实施例中，憋压控制装置包括接收预定信号并促动致动机构的控制器。

在一个实施例中，致动机构为包括衔铁和电磁线圈的电磁阀，其中衔铁伸出以将封挡件保持在打开位置，控制器在接收到预定信号时促动电磁阀使衔铁退回，由此释放封挡件使其自行返回到关闭位置。

在一个实施例中，衔铁借助于弹簧而伸出，控制器通过使电磁线圈通电来吸引衔铁退回。

在一个实施例中，内滑套包括两个彼此相连的轴向部分，其中第二压裂孔设于第一轴向部分，而封挡件和憋压控制装置设于第二轴向部分。

在一个实施例中，封挡件可枢轴转动地安装在固定于内滑套中的支座上，并借助于别簧而从打开位置枢轴转动到关闭位置。

在一个实施例中，挡盖与支座分别设有能够彼此间形成形状互补式配合的结构。

在一个实施例中，控制器采用远程遥控的无线寻呼遥控器或者无线电遥控器。

在一个实施例中，预定信号由能投放到滑套中的信号球发出。

根据本发明的第二方面，提供了一种油井用分段压裂装置，包括多个通过油套管彼此相连的如前所述的分段压裂滑套，其中各个滑套的憋压控制装置所对应的所述预定信号彼此不同。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于与如本发明第一方面所述的油井用分段压裂滑套配合使用的信号球，其中该信号球集成有能发出预定信号的芯片，该预定信号可通过刷新芯片程序来改变。

根据本发明的第四方面，提供了一种如本发明第二方面所述的油井用分段压裂装置的使用方法，在使用中，依从远井口端到近井口端的顺序向各个油井用分段压裂装置发送与分段压裂滑套相对应的预定信号或投入与各个分段压裂滑套相对应的信号球。

本发明的油井用分段压裂滑套有益效果是：

1)压裂施工时所有滑套装置内腔通径尺寸能够保持一致，最大限度提高有效过油面积，保证油藏高效开采；

2)以憋压控制装置密封方式取代球与球座配合密封方式，增大密封接触面积，大大降低装置零件的强度要求和加工的难度；

3)憋压控制装置集成在滑套内，与滑套一体，滑套装置倾斜或处水平位置时对挡盖的密封效果无影响，从而显著提高了装置在定向井、水平井中的可靠性。

附图说明

下面将参考附图对本发明的实施例的特征和优点进行详细说明，并且附图中相同的数字表示相同的部分，其中：

图1是根据本发明的油井用分段压裂滑套的一个实施例的结构原理图；

图2显示了图1所示滑套被触发后的状态；

图3显示了内滑套滑动以形成压裂通道的状态；

图4是电磁感应式滑套的电磁阀芯结构示意图；

图5是电磁感应式滑套中的挡盖机构的结构原理图；

具体实施方式

下面将结合附图来对本发明的结构组成及功能原理作进一步说明。虽然下述仅参考示例性实施例来进行描述，但是这些示例性实施例并非起限定本发明保护范围的作用，可能有很多对本领域的技术人员将会是显而易见的替换方式、变形和变体。所以，本发明的意图要求保护的主题涵括了本领域的技术人员所显而易见的各种改进和变型。

如图1所示，根据本发明的感应滑套100具有外壳2，在其两端可分别加工有能与油套管连接的套管扣。在外壳2的侧壁上开有压裂孔槽5。感应滑套100还包括内滑套3，其通过径向穿过外壳2的侧壁和内滑套3的侧壁的销钉4固定在外壳2内。在内滑套3的侧壁上开有一个压裂孔5a，压裂孔槽5与压裂孔5a在轴向上彼此错开。因此，在感应滑套100的状态下，压裂孔槽5与压裂孔5a并不对齐，无法形成压裂通道。在外壳2内还设有用于承靠内滑套3的台阶部分25，其与内滑套3之间的轴向距离等于压裂孔槽5与压裂孔5a之间的轴向距离。这样，当在滑套内进行憋压而剪断销钉4时，内滑套将在外壳内移动，直到承靠在台阶部分25上时为止。此时，压裂孔槽5与压裂孔5a对齐，形成了压裂通道。以上结构均是本领域的技术人员所熟知的，因此出于节约篇幅的目的而略去这些零件/结构的详细描述。

根据本发明，感应滑套100还包括封挡件和憋压控制装置，封挡件及憋压控制装置设置在内滑套的内壁上，该封挡件可以由打开位置运动到封闭位置，憋压控制装置中具有制动件，该制动件使封挡件处于打开位置，如果憋压控制装置接收到信号而启动，则制动件动作使封挡件封闭内滑套的内腔并开始憋压，当压力达到克服销钉剪切力时剪断销钉、内滑套沿轴向滑动直至压裂孔槽5完全连通压裂孔5a。

在一个实施例中，该憋压控制装置是电磁阀，如图4和图5所示，电磁阀芯6封装在内筒10内，支座9通过螺纹连接在内筒10的右端部，阀芯本体16内从右至左依次装有衔铁17、弹簧15、电磁线圈14、微型控制器13、蓄电池12，堵头11将阀芯本体16内的组件进行密闭封装。蓄电池12为微型控制器13提供电能，微型控制器13能够控制电磁线圈14内电流的通断，当电磁线圈14通电时产生磁性，吸引衔铁17克服弹簧15的弹力而回缩，从而释放封挡件。

在一个实施例中，内滑套3包括两个相连的轴向部分，其中压裂孔5a设于第一轴向部分，而封挡件和憋压控制装置设于第二轴向部分，即内筒10，两者通过螺纹连接，这种设计是为了便于封装和拆卸阀芯，以使其可以重复写入信号和回收再利用。

在一个实施例中，封挡件包括安装在设于内滑套3中的支座9上的挡盖7。具体地说，如图5所示，挡盖7通过转销18安装在内滑套3中的支座9上，因此能绕转销18转动。在初始状态下，阀芯6内的衔铁17卡住挡盖7，使其保持在打开位置，不能绕转销18转动。当阀芯6内的电磁线圈14通电后吸引衔铁17克服弹簧15的弹力而缩回时，挡盖7被释放，从而在别簧8的作用下弹性回复而绕转销18转动，随后在滑套内腔液流的冲击下压靠在支座9上，从而封堵了滑套内腔的通道。随后便可开始憋压。

在又一个实施例中，挡盖7和支座9设计成形状互补式结构，从而可以紧密地封堵滑套内腔的通道，在本发明中良好的密封是快速达到剪断销钉压力的前提条件。

在一个实施例中，控制器可采用远程遥控的无线寻呼遥控器，其可利用现有的无线通信网络资源，提供一种便捷的控制方式。

在一个实施例中，预定信号由能投放到感应滑套100中的信号球1发出。信号球1集成有能发出预定信号的芯片，该预定信号可通过计算机读写芯片程序来改变。信号球1能够在回收后通过刷新预定信号而实现重复使用。

下面用一个实施例结合附图具体说明感应滑套100的工作原理及使用方法。在感应滑套100组装前，通过计算机给阀芯6中的微型控制器13植入控制程序，使微型控制器13能够接收无线信号，并且设定在接收到预定信号后控制电磁线圈14接通。与此同时，通过计算机给信号球1中芯片植入控制程序，使信号球1能够不间断地发送预定无线信号。感应滑套100在组装完成后通过连接油管送至井下目的位置，随后从井口投放信号球1(如图1所示)。当携带有预定信号的信号球1通过电磁阀芯6时(如图2所示)，阀芯6中的微型控制器13接收到信号球1发送的无线信号，若经识别与事先设定的无线信号一致，微型控制器13就接通电磁线圈14。电磁线圈14通电后产生磁性，吸引衔铁17回缩，从而释放挡盖7。在别簧8的弹性回复力的作用下，挡盖7绕转销18枢轴转动，在滑套内腔液流的冲击下紧贴在支座9上并封堵滑套内腔的通道，此时滑套内腔开始憋压。

如图3所示，当滑套内腔所憋压的压力达到足以克服销钉4的抗剪力极值时，在液力作用下滑套销钉4被剪断，并推动内滑套3沿轴向移动。当内筒10移动到外壳2的台阶位置时，外壳2和内滑套3上的压裂孔槽5沿轴向对齐，形成压裂通道，随后可进行地层压裂施工。

上述仅是指一个油井用分段压裂装置的工作过程，实际应用中可通过油套管串接多个本发明的分段压裂滑套，形成油井用分段压裂装置，其中各个滑套的电磁阀芯6所对应的预定信号彼此不同。在使用中先发送与最远离井口的第一滑套相对应的预定信号或投入相应的信号球，触发第一滑套，进行第一段压裂。之后，按顺序依次触发后续的滑套，进行后续段的压裂，直到所有段的压裂完成为止。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (13)

1.一种油井用分段压裂滑套，包括：

用于连接到油套管上的滑套外壳，在所述外壳的侧壁上开有第一压裂孔；

内滑套，所述内滑套通过径向穿过外壳侧壁和内滑套侧壁的销钉固定在外壳内，在内滑套的侧壁上开有第二压裂孔，其中第一压裂孔和第二压裂孔在轴向上彼此错开；

布置在内滑套中的封挡件和憋压控制装置，所述憋压控制装置包括用于强制封挡件保持在打开位置处的致动机构，

其中，所述致动机构在所述憋压控制装置接收到预定信号时使所述封挡件运动到关闭位置，从而封闭所述内滑套的内腔并在其中形成压力积聚，

当压力增大到克服销钉的剪切力时销钉被剪断，使得内滑套沿轴向滑动，直至所述第一压裂孔与第二压裂孔在所述滑套的轴向上彼此对齐为止。

2.如权利要求1所述的油井用分段压裂滑套，其特征在于，所述憋压控制装置包括接收所述预定信号并促动所述致动机构的控制器。

3.如权利要求2所述的油井用分段压裂滑套，其特征在于，所述致动机构为包括衔铁和电磁线圈的电磁阀，其中所述衔铁伸出以将封挡件保持在打开位置，所述控制器在接收到所述预定信号时促动电磁阀使衔铁退回，由此释放所述封挡件使其自行返回到关闭位置。

4.如权利要求3所述的油井用分段压裂滑套，其特征在于，所述衔铁借助于弹簧而伸出，所述控制器通过使所述电磁线圈通电来吸引所述衔铁退回。

5.如权利要求4所述的油井用分段压裂滑套，其特征在于，所述内滑套包括两个彼此相连的轴向部分，其中第二压裂孔设于第一轴向部分，而封挡件和憋压控制装置设于第二轴向部分。

6.如权利要求4所述的油井用分段压裂滑套，其特征在于，所述外壳内设有用于承靠内滑套的台阶部分，所述台阶部分与所述内滑套之间的轴向距离等于所述第一压裂孔与第二压裂孔之间的轴向距离。

7.如权利要求1到4中任一项所述的油井用分段压裂滑套，其特征在于，所述封挡件可枢轴转动地安装在固定于所述内滑套中的支座上，并借助于别簧而从打开位置枢轴转动到关闭位置。

8.如权利要求7所述的油井用分段压裂滑套，其特征在于，所述挡盖与所述支座分别设有能够彼此间形成形状互补式配合的结构。

9.如权利要求2到7中任一项所述的油井用分段压裂滑套，其特征在于，所述控制器采用远程遥控的无线寻呼遥控器或者无线电遥控器。

10.如权利要求1到7中任一项所述的油井用分段压裂滑套，其特征在于，所述预定信号由能投放到所述滑套中的信号球发出。

11.一种油井用分段压裂装置，包括多个通过油套管彼此相连的如权利要求1到10中任一项所述的分段压裂滑套，其中各个滑套的憋压控制装置所对应的所述预定信号彼此不同。

12.一种用于与如权利要求1到10中任一项所述的油井用分段压裂滑套配合使用的信号球，其特征在于，所述信号球集成有能发出预定信号的芯片，所述预定信号可通过刷新芯片程序来改变。

13.一种如权利要求11所述的油井用分段压裂装置的使用方法，其特征在于，依从远井口端到近井口端的顺序向所述油井用分段压裂装置发送与各个分段压裂滑套相对应的预定信号或投入与各个分段压裂滑套相对应的信号球。

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