CN103321628B - 智能电动开关滑套 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电动开关滑套，它包括上变扣接头、液压活塞、第一管汇接头、第二管汇接头、动力活塞、滑套外筒、滑套芯子、下变扣接头和电路控制模块，所述液压活塞套装在第一管汇接头上，其下端与上变扣接头的内壁和第一管汇接头的外壁形成液压腔，在上变扣接头和第一管汇接头之间还设置有泄流腔，所述活塞的下端与滑套芯子相连接，所述动力活塞的外周设置有凸缘与第二管汇接头密封配置。本发明可实现管柱内径全通径，电动开关滑套的使用数量不受限制，最终实现水平井、直井的分段压裂不受级数限制，施工过程简单可靠，避免了管柱来回拖动，节约了施工成本。

Description

智能电动开关滑套

技术领域

本发明涉及油气田开发压裂酸化措施用井下工具。

背景技术

近年来，油气田开发难度的加大以及钻采工艺的进步，定向井及水平井所占的比例也越来越大，随之单井多层/级压裂酸化改造技术，已成为油气田稳油增产的重要措施手段，这就对压裂酸化井下配套关键工具提出了更高的要求。

目前石油天然气水平井、直井分段酸化、压裂工艺分限流法压裂和分级压裂方式，主流是分级压裂方式，包括化学分段压裂、封隔器分段压裂、水力喷射分段压裂、连续油管分段压裂和组合式完井工艺技术。分级压裂方式中，应用最广的是封隔器分段压裂、泵送桥塞分段压裂、投球＋滑套封隔器分段、环空封隔器、双封单压分段压裂等方式。

其中，环空封隔器、泵送桥塞分段压裂分段数没有限制，但压裂作业不能连续，每段作业后需要重新射孔，作业完成后需要压井钻塞，作业周期长，费用高。

双封单压分段压裂需要拖动管柱，封隔器需要多次座封，施工周期长。投球＋滑套封隔器分段压裂采用不同级差的球和球座，不动管柱一次可以完成多段压裂，但由于不同层位的滑套球座按照一定的梯度设计，限于管柱尺寸，封隔器分段数受限。

目前单井多层/级压裂技术多是采用裸眼井中投球启动滑套来开启每一层，不同层位的球座按照一定的梯度从上至下顺序减小，因此内通径要逐级降低，不能实现全通径，多级分段压裂、酸化级数受到限制。而且该类滑套打开后，没有关闭的功能。另一种方法是在套管井中采用选择性射孔、压裂，结合桥塞封隔每一层。这两种方法都涉及多步井下操作，包括射孔、切换滑套、坐桥塞，以及随后的连续油管磨铣等作业，使作业时间延长，成本提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中存在的技术问题提供一种能实现管柱内径全通径，酸化级数不受限制，且能完成开启和关闭的智能电动开关滑套。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：智能电动开关滑套，其特征在于它包括上变扣接头、液压活塞、第一管汇接头、第二管汇接头、动力活塞、滑套外筒、滑套芯子、下变扣接头和电路控制模块，上变扣接头套装在第一管汇接头的上端形成液压活塞腔和泄流腔，在液压活塞腔内设置有液压活塞，液压活塞的下端形成液压腔，第一管汇接头的下端与第二管汇接头的上端相套接且使两者之间形成密闭的电器控制室，电路控制模块设置在电器控制室内，第二管汇接头的下端插装在动力活塞的上端和滑套外筒的上端之间，所述动力活塞的下端与滑套芯子相连，所述动力活塞的外周设置有凸缘与第二管汇接头密封配置，所述滑套外筒的下端与下变扣接头连接，在第一管汇接头和第二管汇接头之间设置有第一进油管、第二进油管、第一回油管和第二回油管，第一进油管的两端分别连接液压腔与动力活塞凸缘的上腔；第二进油管的两端分别连接液压腔与动力活塞凸缘的下腔，第一回油管的两端分别连接泄流腔与动力活塞凸缘的上腔，第二回油管的两端分别连接泄流腔与动力活塞凸缘的下腔，在第一进油管、第二进油管、第一回油管和第二回油管上均设置有电动控制阀，电路控制模块用于控制各电动控制阀的开闭。

按上述技术方案，上变扣接头的内壁和第一管汇接头的上端留有间隙形成压力液通道。

按上述技术方案，在第二管汇接头上位于第一进油管的下端出口留有上进液间隙，连通第一进油管和动力活塞凸缘的上腔；在第二管汇接头与滑套外筒之间上位于第二进油管的下端出口留有下进液间隙，连通第二进油管和动力活塞凸缘的下腔。

按上述技术方案，所述动力活塞的两端分别与第二管汇接头和滑套外筒密封配置。

按上述技术方案，电路控制模块包括电机驱动单元、控制及指令信号检测单元、数据采集及存储单元，数据采集及存储单元与控制及指令信号检测单元电连接，控制及指令信号检测单元与电机驱动单元电连接，电机驱动单元对应与各电动控制阀电连接。

本发明所取得的有益效果为：

1、本发明结构紧凑，整体性强，由地面给出信号控制井下电动开关滑套的开关动作，操作过程简单可靠，不需要另外的打捞作业，且工作效率高；

2、本发明不需要通过投球压裂，通过本发明可实现管柱内径全通径，滑套使用数量不受限制，解决了压裂级数受限的难题；

3、本发明随管柱一趟下入井下预定层段，施工简单，周期短，避免了管柱来回拖动，节约了施工成本；

4、本发明可以不受限制的连接到管柱上，当进行压裂施工操作时，可实现多层段上电动开关滑套的选择性开关。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A处放大图。

图3为图1中B处放大图。

图4为动力活塞动作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2、3所示，智能电动开关滑套包括上变扣接头1、液压活塞2、第一管汇接头4、第二管汇接头9、动力活塞10、滑套外筒12、滑套芯子11、下变扣接头13和电路控制模块，上变扣接头1套装在第一管汇接头4的上端，液压活塞2套装在第一管汇接头4的上端，其下端与上变扣接头1的内壁和第一管汇接头4的外壁形成液压腔3，在上变扣接头1的内壁和第一管汇接头4的外壁之间设置泄流腔5，第一管汇接头4的下端与第二管汇接头9的上端相套接且使第一管汇接头下端内壁和第二管汇接头上端内壁形成电器控制室8，第二管汇接头9的下端插装在动力活塞10和滑套外筒12之间，所述动力活塞10的下端与滑套芯子11固定连接，所述动力活塞10的外周设置有凸缘与第二管汇接头9密封配置，在第一管汇接头4和第二管汇接头9之间设置有第一进油管6、第二进油管14、第一回油管16和第二回油管15。凸缘的上端的环形空间形成动力活塞10凸缘的上腔，凸缘的下端环形空间形成动力活塞10凸缘的下腔。第一进油管6的两端分别连接液压腔3与动力活塞10凸缘的上腔；第二进油管14的两端分别连接液压腔3与动力活塞凸缘10的下腔，第一回油管16的两端分别连接泄流腔5与动力活塞10凸缘的上腔，第二回油管15的两端分别连接泄流腔5与动力活塞10凸缘的下腔。在第一进油管6、第二进油管14、第一回油管16和第二回油管15上均设置有电动控制阀7。其中，在滑套芯子11上设有进液孔，在滑套外筒12上设置有压裂通道。

本发明中，上变扣接头1的内壁和第一管汇接头4的上端留有间隙形成压力液通道。

本发明中，所述动力活塞10的上、下两端分别与第二管汇接头9和滑套外筒12密封配合。

如图2、3所示，在第二管汇接头9上位于第一进油管6的下端出口留有上进液间隙，连通第一进油管6和动力活塞凸缘的上腔；在第二管汇接头9与滑套外筒12之间上位于第二进油管14的下端出口留有下进液间隙，连通第二进油管14和动力活塞凸缘的下腔。

本发明中，电路控制模块包括电机驱动单元、控制及指令信号检测单元、数据采集及存储单元、低功耗单元。数据采集及存储单元与控制及指令信号检测单元电连接，控制及指令信号检测单元与电机驱动单元电连接，电机驱动单元对应与各电动控制阀7电连接。数据采集及存储单元用于采集及存储地面传送的指令信号，控制及指令信号检测单元对数据采集及存储单元传送的指令信号进行读取，从而控制电机驱动单元按照预先设定的程序操作，控制相应的电动控制阀7开关。

本发明的工作过程为：将本装置与油管连接，可根据需要一趟管柱下入多个装置至预定层段。当进行酸化压裂施工时，需要打开或关闭某一层段的电动开关滑套时，由地面给出该层段特定的指令信号，当指令信号传至该层段的电动开关滑套时，由数据采集及存储单元采集及存储地面传送的指令信号，控制及指令信号检测电路将对该指令信号进行读取，从而控制电机驱动单元按照预先设定的程序操作，控制相应的电动控制阀7开关，完成电控阀7的相应动作。图4为动力活塞动作原理示意图，由图4可知，控制第二进油管14上的电动控制阀、第二回油管15上的电控阀开启，管柱内的压力液通过压力液通道推动液压活塞2下行，液压腔3内的液体通过第二进油管14从而推动动力活塞10上行，带动滑套芯子11上行，凸缘上腔内的部分液体通过第二回油管路15回流至泄流腔，直至滑套芯子11上的进液孔与滑套外筒12上的压裂通道相连通，进行压裂施工。当压裂施工完成后，控制第二进油管14上的电动控制阀、第二回油管15上的电控阀关闭，控制第一进油管6上的电动控制阀、第一回油管16上的电控阀开启，管柱内的压力液通过压力液通道推动液压活塞2下行，液压腔3内的液体通过第一进油管6推动动力活塞10下行，带动滑套芯子11下行，凸缘下腔内的液体通过第一回油管16回流至泄流腔。从而实现电动开关滑套的开关动作，每一步动作都有一个时间预设范围。

本发明不需要通过投球压裂，通过本发明可实现管柱内径全通径，滑套使用数量不受限制，解决了压裂级数受限的难题；最终实现水平井、直井的分段压裂不受级数限制，施工过程简单可靠，避免了管柱来回拖动，节约了施工成本。

Claims (5)

1.智能电动开关滑套，其特征在于它包括上变扣接头、液压活塞、第一管汇接头、第二管汇接头、动力活塞、滑套外筒、滑套芯子、下变扣接头和电路控制模块，上变扣接头套装在第一管汇接头的上端形成液压活塞腔和泄流腔，在液压活塞腔内设置有液压活塞，液压活塞的下端形成液压腔，第一管汇接头的下端与第二管汇接头的上端相套接且使两者之间形成密闭的电器控制室，电路控制模块设置在电器控制室内，第二管汇接头的下端插装在动力活塞的上端和滑套外筒的上端之间，所述动力活塞的下端与滑套芯子相连，所述动力活塞的外周设置有凸缘与第二管汇接头密封配置，所述滑套外筒的下端与下变扣接头连接，在第一管汇接头和第二管汇接头之间设置有第一进油管、第二进油管、第一回油管和第二回油管，第一进油管的两端分别连接液压腔与动力活塞凸缘的上腔；第二进油管的两端分别连接液压腔与动力活塞凸缘的下腔，第一回油管的两端分别连接泄流腔与动力活塞凸缘的上腔，第二回油管的两端分别连接泄流腔与动力活塞凸缘的下腔，在第一进油管、第二进油管、第一回油管和第二回油管上均设置有电动控制阀，电路控制模块用于控制各电动控制阀的开闭。

2.根据权利要求1所述的一种智能电动开关滑套，其特征在于上变扣接头的内壁和第一管汇接头的上端留有间隙形成压力液通道。

3.根据权利要求2所述的一种智能电动开关滑套，其特征在于在第二管汇接头上位于第一进油管的下端出口留有上进液间隙，连通第一进油管和动力活塞凸缘的上腔；在第二管汇接头与滑套外筒之间上位于第二进油管的下端出口留有下进液间隙，连通第二进油管和动力活塞凸缘的下腔。

4.根据权利要求1或2所述的一种智能电动开关滑套，其特征在于所述动力活塞的两端分别与第二管汇接头和滑套外筒密封配置。

5.根据权利要求1或2所述的一种智能电动开关滑套，其特征在于电路控制模块包括电机驱动单元、控制及指令信号检测单元、数据采集及存储单元，数据采集及存储单元与控制及指令信号检测单元电连接，控制及指令信号检测单元与电机驱动单元电连接，电机驱动单元对应与各电动控制阀电连接。