CN103277078A - 一种液压滑套 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种液压滑套，所述液压滑套设置有测控系统、驱动系统和供电系统，所述液压滑套还设置有液压通道或液压腔室；所述测控系统用于检测所述液压通道或液压腔室内的液压的压力变化，然后根据检测结果向驱动系统发出指令，以打开和关闭所述液压滑套；所述供电系统为所述测控系统和驱动系统提供电能。本发明实施例的液压滑套应用于水平井完井管柱时，通过地面液压控制装置产生压力变化的液压(作为控制信号)，传递给水平段的各个压裂施工单元内的液压滑套，液压滑套接收到各自压力信号后才能打开或关闭，从而不用逐级投球，便能实现水平段无限级分段压裂；同时还可以实现后期分段生产，非常适合海上分段压裂。

Description

一种液压滑套

技术领域

本发明涉及一种油气田开发的设备，尤其涉及一种液压滑套。

背景技术

海上油田的低渗透油藏储量丰富，目前采出程度较低，对水平井分段压裂技术的需求非常迫切，但由于海上油田生产作业要求水平井分段压裂技术必须具备非常高的可靠性、而且海上油田的作业成本高、平台面积小，因此至今国内还没有进行过海上油田的水平井分段压裂。

目前国内外油田应用的水平井分段压裂技术有十多种，其中应用最多的技术有三种，分别是封隔器-滑套分段压裂技术、水力喷砂射孔压裂技术和可钻桥塞分段压裂技术。

封隔器-滑套多级压裂技术分为管内封多级压裂和管外封多级压裂。管内封多级压裂适用于套管完井压裂，一般采用压裂封隔器分段封隔；管外封多级压裂适用于裸眼井，一般采用可膨胀封隔器分段封隔。无论是管内封还是管外封压裂，施工原理基本一致，都是根据储层开发的需要，使用封隔器将水平井段分隔成若干段，水力压裂施工时通过投球打开滑套，从水平段趾端开始逐级投球，逐级打开滑套进行压裂。该技术在现场应用中存在以下问题：(1)在裸眼井段，封隔器不能保证高压下完全座封，会影响分段效果；(2)采用逐级投球座封，压裂段数受限制；(3)对井眼质量要求高，通井时间长，一般钻井之后需要经过4-5次通井，但仍有卡钻和管柱不能下到位的风险。(4)两级封隔器之间的井段都有可能产生裂缝，裂缝产生位置不可控。

桥塞多级压裂技术属于机械封堵分层压裂技术，适用于套管井。国外油田服务公司都有比较成熟的技术和产品，桥塞材料为易钻磨复合材料。桥塞需要电缆坐封工具坐封，可实现坐封射孔压裂联作。其压裂作业过程为：井筒准备，用合适尺寸通井规通井，第一段射孔，取出射孔枪，进行第一段压裂，电缆作业下入桥塞及射孔枪，水平段开泵泵送桥塞至预定位置，点火坐封桥塞，上提射孔枪至预定位置，射孔，起出射孔枪和工具，投球至球座，封隔已压层，压裂作业，用同样方式，根据水平层段设计段数，依次下桥塞，射孔，压裂。该技术在现场施工中存在着施工时间长，后期无法实现选择性生产的缺点。

水力喷射分段压裂技术原理是一种将水力喷砂射孔与水力压裂结合起来的工艺技术，由高速射流实现水力封隔，无需封隔器。水力喷射可以实现准确定位射孔，根据需要精确的布置不同尺寸的多条裂缝。水力喷射分段压裂技术分为拖动式水力喷射压裂和不动管柱滑套水力喷射压裂。水力喷射压裂技术可以在裸眼、筛管完井的水平井中进行加砂压裂，也可以在套管井中进行，施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、准确地压开多条裂缝，水力喷射工具可以与常规油管或连续油管相连接入井。水力喷砂射孔技术有以下局限性：(1)排量受限制，压裂规模小，难以形成长裂缝和网状裂缝；(2)喷嘴容易磨损，限制了压裂段数；(3)无法实现后期选择性生产。

通过以上分析可以看出，以上的分段压裂技术难以满足海上油田高可靠性和后期选择性生产的要求，迫切需要一种施工时间短、压裂分段数不受限制，可以实现选择性生产的水平井分段压裂技术。

发明内容

本申请提供了一种液压滑套，所述液压滑套设置有测控系统、驱动系统和供电系统，

所述液压滑套还设置有液压通道或液压腔室；

所述测控系统用于检测所述液压通道或液压腔室内的液压的压力变化，然后根据检测结果向所述驱动系统发出指令，以打开和关闭所述液压滑套；

所述供电系统为所述测控系统和驱动系统提供电能。

优选地，所述测控系统包括压力传感器、时钟和微处理器，

所述压力传感器用于感应液压的压力变化并产生压力感应信号，将所述压力感应信号发送给所述微处理器；

所述时钟用于记录液压变化的时间，并将时间信号发送给所述微处理器；

所述微处理器根据所述压力感应信号和时间信号，向所述驱动系统发出打开或关闭所述液压滑套的指令。

优选地，所述驱动系统包括电机和传动机构，所述电机通过所述传动机构打开或关闭所述液压滑套。

优选地，所述液压滑套包括外缸套和内滑套，所述内滑套位于所述外缸套的内部，所述电机通过所述传动机构驱动所述内滑套旋转，实现所述液压滑套的打开或关闭。

优选地，所述外缸套与所述内滑套通过剪钉进行连接。

优选地，所述供电系统包括锂电池。

优选地，所述液压通道或液压腔室内的液压为脉冲液压。

优选地，所述液压滑套包括上接头、下接头，所述上接头与所述外缸套的上端进行连接，并在所述上接头与所述外缸套之间形成环形空间，所述下接头与所述外缸套的下端相连接；

所述测控系统、驱动系统和供电系统位于所述环形空间内；

所述液压通道或液压腔室设置在上接头内，并且靠近所述环形空间。

与有关技术相比，本发明实施例的有益效果如下：

(1)本发明实施例的液压滑套，其内部设有检测系统和驱动系统，这样可以通过地面液压控制装置产生压力变化的液压(作为控制信号)，传递给井下水平段的各个液压滑套内的压力传感器，压力传感器产生信号给微处理器，微处理器接收各自的压力信号后，通过驱动系统控制液压滑套的关闭与打开，即水平段的各个压裂施工单元内的滑套接收到各自压力信号后才能打开或关闭，从而达到压裂某一地层的目的。

压裂结束之后，还可以投球丢手回接悬挂器，同时关闭液压管线，之后下入生产管柱时，密封插头可以和悬挂器对接，在生产时选择性地控制各自个液压滑套的打开或关闭，实现选择性生产。

(2)由于本发明实施例的液压滑套采用压力变化的液压(脉冲液压)作为控制信号，可以不用逐级投球，便能实现水平段无限级分段压裂，因此压裂施工单元数不受限制，可以设置多个施工单元数。

(3)对海上油田来说，本发明实施例的水平段采用套管固井和分布不均匀的变密度射孔，提高了管柱下入的可靠性。

(4)与裸眼分段压裂技术相比，压裂液可以从每个压裂施工单元的多个射孔孔眼进入地层，与压裂工艺相结合可以形成网状裂缝，而且裂缝起裂位置可控。

(5)与水力喷砂射孔压裂技术相比，排量可以从2m³/min提高到6-8m³/min，提高了压裂规模，同时可以实现后期的选择性生产。

(6)与快钻桥塞分段压裂相比，对于分15段压裂的水平井来说，可以将施工时间从15天将至5天，大大节省了施工时间，并且可以不动管柱实现后期选择性生产。

附图说明

图1为本发明实施例的水平井压裂完井工艺的管柱的示意图；

图2为本发明实施例的液压滑套的示意图；

图3为本发明实施例的液压滑套的操作流程的示意图；

图4为本发明实施例的液压封隔器的示意图；

附图标记：1-地面液压控制装置，2-套管，3-油管，4-回接悬挂器，5-液压管线，6-液压滑套，601-上接头，602-下接头，603-外缸套，604-内滑套，605-第一液压通道，606-压力传感器，607-微处理器，608-电机，609-花键，610-第一剪钉，611-第一密封圈，612-外护套，7-封隔器，701-中心管，702-环形凸缘，703-挡环，704-上密封胶筒，705-下密封胶筒，706-上活塞，707-下活塞，708-密封缸套，709-第二剪钉，710-锁环，711-第二密封圈，712-液压孔，713-第二液压通道，714-液压管线连接头，8-球座，

具体实施方式

下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如附图1所示，本发明实施例的完井管柱包括地面液压控制装置，套管2，设置在套管2内部的油管3，液压管线5，回接悬挂器4，与油管3在水平段依次连接的多个压裂施工单元，以及管柱底端座封单元；

压裂施工单元依次设置有液压封隔器7和液压滑套6；管柱底端座封单元依次设置有与油管连接的液压封隔器7和球座8；球座8、液压封隔器7、液压滑套6、回接悬挂器4均与油管3进行螺纹连接。

液压管线5的一端与地面液压控制装置1相连接，另一端穿过每一个压裂施工单元的液压封隔器7，并通过液压管线5的支管分别与每一个压裂施工单元的液压滑套6相连接；为了固定液压管线5，可以将液压管线5绑扎在油管3的外壁上。

地面液压控制装置1包括液压脉冲发生器和总控制盘。液压脉冲发生器以液压脉冲的方式提供压力变化的液压，总控制盘通过液压控制液压封隔器7的封隔；总控制盘控制液压脉冲发生器产生与各个液压滑套相对应的液压脉冲，液压滑套接收相应的液压后产生相应的开关动作，从而实现液压滑套的开关。

如附图2所示，液压滑套6包括上接头601、下接头602、外缸套603和内滑套604，上接头601与外缸套603的上端进行连接并形成环形空间，在上接头601上设置有与液压管线5相连通的第一液压通道605或液压腔室，下接头602与外缸套603的下端通过螺纹连接，内滑套604位于外缸套603的内部且位于上接头601的下部。内滑套604设置有与外缸套603相配合的通孔，当旋转内滑套604，使其通孔与外缸套603的通孔相对时，内滑套604内的管道空间与外缸套603的外部空间相连通，即液压处于打开状态；当旋转内滑套604，使其通孔与外缸套603的通孔错开时，内滑套604内的管道空间与外缸套603外部空间相隔离，即液压滑套处于关闭状态。内滑套604通过第一剪钉610与外缸套603进行连接，为了使液压滑套6具备较强的密封性能，可以在外缸套603的外围设置外护套612，用螺钉固定。还可以在上接头601与外缸套603的连接处、在下接头602与外缸套603的连接处，在内滑套604与外缸套603之间设置有密封件，如第一密封圈611。

在环形空间内依次设置有压力传感器606、时钟和微处理器607、电机608和花键609等部件，部件的相互关系、功能和滑套开关的具体操控流程可见图3。

压力传感器606、时钟和微处理器607为液压滑套的测控系统，压力传感器606用于检测第一液压通道605或液压腔室内液压的压力变化，并将所述压力感应信号发送给微处理器607；时钟用于记录液压变化的时间，并将时间信号发送所述微处理器607；微处理器607根据压力感应信号和时间信号控制驱动系统打开或关闭液压滑套6。电机608和花键609为液压滑套的驱动系统，电机608可以通过花键609驱动内滑套604转动，从而实现液压滑套6的打开和关闭。锂电池为液压滑套的供电系统，锂电池分别与压力传感器606、微处理器607和电机608相连接，并给为其提供电能。

在工作中具体的操作流程：地面液压控制装置产生脉冲液压，从井口输送到至井下的液压滑套6，压力传感器606和时钟感应后将信号传递给微处理器607，然后由微处理器607再向驱动系统发出指令，驱动系统接收到指令后通过花键609带动内滑套604旋转，第一剪钉610被剪断，内滑套604旋转至打开位置，则油管3的通道与地层连通，可以进行该地层的压裂。如果内滑套604反方向旋转，内滑套604可旋转至关闭位置，使液压滑套处于关状态。

附图4是封隔器的结构正视图，中心管701设置有可供液压通过的第二液压通道713，第二液压通道713的两端分别液压管线5相连接。为了方便液压管线与液压封隔器7相连接，可以在第二液压通道713的两端设置有液压管线连接头714。在中心管701的外围依次设置有环形凸缘702、上密封胶筒704、液压锁紧机构，下密封胶筒705和挡环703。环形凸缘702与中心管701一体成型，用于阻挡上密封胶筒704；挡环703与中心管701进行螺纹连接，用于阻挡下密封胶筒705。液压锁紧机构包括上活塞706、下活塞707、第二剪钉709、密封缸套708和锁环710。上活塞706和下活塞707设置在中心管701的外围，上活塞706与下活塞707之间的环形腔体通过液压孔712与中心管701的第二液压通道713相连通。密封缸套708的上端固定在上活塞706，其下端通过第二剪钉709与下活塞707相连接。锁环710下设置在活塞的外围，且密封缸套708还设置与锁环710相配合的环形凹槽。为增加封隔的密封性能，在上活塞706与密封缸套708之间，上活塞706与中心管701之间，下活塞707与密封缸套708之间，下活塞707与中心管701之间设置有密封件，如第二密封圈711。

液压滑套7工作时，中心管内的液压经过液压孔712传递到上活塞706和下活塞707之间的腔体，当压力达到一定值，第二剪钉709被剪断，上活塞706向上运动并向上压缩上密封胶筒704，下活塞707向下运动并向下压缩下胶筒，同时密封缸套708带动锁环710向上移动，坐封后，锁环710锁紧下活塞707，上活塞706和下活塞707的位置保护不变，液压封隔器7可以保持密封状态，将油层封隔开。

下面以具有三个压裂施工单元的水平井压裂管柱为例，管柱施工及控制程序如下：

现场实施时，首先对需要压裂的层段进行射孔，然后将如附图1所示的管柱下入井内，将液压滑套6对准套管2内的射孔段，液压封隔器7坐落在套管2内的非射孔段，液压管线5固定在油管3的外壁，上端与地面液压控制装置1相连，下端穿过液压封隔器7连接在各压裂施工单元内的液压滑套6的上接头601处。在下井过程中，液压管线5内一直保持一定压力，以便监测液压管线5各接头的密封性。

管柱下入井内后，投入一个球，用压力将球送入水平段底部，井口油管3打压，各个液压封隔器7坐封，同时坐挂回接悬挂器4，液压封隔器7将水平井地层分为若干个段，并各自保持独立密封。然后地面液压控制装置1打液压，打压10MPa，保持10-20分钟，该压力传至井下三个液压滑套，3#液压滑套的测控系统接收到该指令，驱动系统驱动液压滑套6保持“开”的状态，则此时可以对第三段开始压裂，当压裂结束，从地面液压控制装置1打液压，打压6MPa，保持5分钟，打压10MPa，保持5分钟，3#液压滑套的测控系统接收到该指令，驱动系统驱动液压滑套保持关的状态。同理按照表1设定的程序方案，依次打开2#液压滑套进行压裂，压裂之后按程序关闭，1#液压滑套的打开和关闭也按照事先设定的程序方案进行压裂。当三个层段压裂都结束，需要返排压裂液时，从地面液压控制装置1打压25MPa，保持10-20分钟，三个滑套都打开，可以进行返排或生产。

压裂结束之后，还可以投球丢手回接悬挂器4，同时关闭液压管线5，之后下入生产管柱时，密封插头可以和悬挂器对接，便可以进行生产。在生产时，选择地控制所述压裂施工单元内的液压滑套6的打开和关闭，实现选择性生产。

在自喷期结束后，如果需要进行换泵生产，可以从地面液压控制装置1打压5MPa，时间大于5分钟，则三个液压滑套都关闭，实现免压井作业，此时可以将悬挂器丢手，下入机采泵，进入人工举升阶段。

在自喷期结束后，如果需要进行换泵生产，可以从地面液压控制装置1打压20MPa，时间大于5分钟，则三个液压滑套都关闭，实现免压井作业，此时可以将悬挂器丢手，下入机采泵，进入人工举升阶段，机采管柱与下部压裂管柱对接可以继续用地面液压脉冲控制各级滑套的开关，实现选择性生产。

此外，作为备用手段，上述实施例的液压滑套6还可以通过其它方式打开或关闭，如下入液压打开工具或机械开关工具，在开关工具的外表面带有弹性的棘爪，棘爪可以在液压力作用下伸出，当需要打开某个滑套时，将开关工具连接在油管柱上，下入滑套内的台阶位置，从油管打压，开关工具的棘爪伸出，卡在滑套的内台阶上，然后下放管柱可以打开滑套，同理，上提管柱可以关闭滑套，实现选择性生产。

表1

液压滑套的控制方案可以根据液压压力和控制时间的不同，可以有许多种排列组合，本发明只列举上述一种情况，其它压力和时间的组合方案也视为本发明的实施例。

由于上述实施例采用压力变化的液压(脉冲液压)作为控制信号，可以不用逐级投球，便能实现水平段无限级分段压裂，因此压裂施工单元数不受限制，可以设置多个施工单元数。对海上油田来说，水平段采用套管固井和分布不均匀的变密度射孔，提高了管柱下入的可靠性。

与裸眼分段压裂技术相比，压裂液可以从每个压裂施工单元的多个射孔孔眼进入地层，与压裂工艺相结合可以形成网状裂缝，而且裂缝起裂位置可控。

与水力喷砂射孔压裂技术相比，排量可以从2m³/min提高到6-8m³/min，提高了压裂规模，同时可以实现后期的选择性生产。

与快钻桥塞分段压裂相比，对于分15段压裂的水平井来说，可以将施工时间从15天将至5天，大大节省了施工时间，并且可以不动管柱实现后期选择性生产。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种液压滑套，其特征在于，所述液压滑套设置有测控系统、驱动系统和供电系统，

所述液压滑套还设置有液压通道或液压腔室；

所述测控系统用于检测所述液压通道或液压腔室内的液压的压力变化，然后根据检测结果向所述驱动系统发出指令，以打开和关闭所述液压滑套；

所述供电系统为所述测控系统和驱动系统提供电能。

2.根据权利要求1所述的液压滑套，其中，所述测控系统包括压力传感器、时钟和微处理器，

所述压力传感器用于感应液压的压力变化并产生压力感应信号，将所述压力感应信号发送给所述微处理器；

所述时钟用于记录液压变化的时间，并将时间信号发送给所述微处理器；

所述微处理器根据所述压力感应信号和时间信号，向所述驱动系统发出打开或关闭所述液压滑套的指令。

3.根据权利要求2所述的液压滑套，其中，所述驱动系统包括电机和传动机构，所述电机通过所述传动机构打开或关闭所述液压滑套。

4.根据权利要求3中所述的液压滑套，其中，所述液压滑套包括外缸套和内滑套，所述内滑套位于所述外缸套的内部，所述电机通过所述传动机构驱动所述内滑套旋转，实现所述液压滑套的打开或关闭。

5.根据权利要求4所述的液压滑套，其中，所述外缸套与所述内滑套通过剪钉进行连接。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的液压滑套，其中，所述供电系统包括锂电池。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的液压滑套，其中，所述液压通道或液压腔室内的液压为脉冲液压。

8.根据权利要求3或4所述的液压滑套，其中，所述液压滑套包括上接头、下接头，所述上接头与所述外缸套的上端进行连接，并在所述上接头与所述外缸套之间形成环形空间，所述下接头与所述外缸套的下端相连接；

所述测控系统、驱动系统和供电系统位于所述环形空间内；

所述液压通道或液压腔室设置在上接头内，并且靠近所述环形空间。

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