CN103967467B - 计数装置及多级全通径投球滑套装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计数装置及多级全通径投球滑套装置，其计数装置包括第一管体、设在第一管体内的定向套、转动套、开口套和中心管；定向套和开口套按上下分别固定在第一管体上，中心管套设在定向套内做轴向运动，中心管的下端内设有与投球配合的胶圈，定向套和中心管的周向上分别设有相互错位的棘齿，转动套套在中心管上且由回位弹簧支撑，转动套上设有棘齿与所述定向套和中心管上的棘齿相配合，转动套与开口套在周向的一设定位置上形成相对轴向运动。采用计数装置的多级全通径投球滑套装置可以在油管直径不变的情况下实施压裂作业，具有内通径大，与普通投球滑套相比能够提供更足够的流体通道等优点。

Description

计数装置及多级全通径投球滑套装置

技术领域

本发明属于石油天然气开采设备，具体涉及一种计数装置及多级全通径投球滑套装置。

背景技术

在现代油气开采中，压裂作业是一种非常有效的增产办法。投球滑套是一种在水平裸眼或套管井分层开采或压裂中实现油套环空开关的井下工具。通过地面向油管投球，地面对油管加压实现滑套的开启，井液通过滑套的开孔将压力传到产层，对产层进行压裂。针对同一规格油管，一般有多种直径的配套钢球，配合投球滑套的座封孔径，可实现多层同时下井分层作业。国内外投球滑套的技术莫过于采用不同直径的钢球与相应孔径的投球滑套的座封相配合，从小到大，从下到上，实现分层作业。但是由于受到油管直径大小的限制和通径的要求，钢球大小的分级数量受到限制，而且因下层座封孔径较小而使得通径较小，不利于压裂开采效率的提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种在油管直径不变的情况下实现多油层分层开启作业的计数装置及多级全通径投球滑套装置。

实现本发明目的采用的技术方案是：

本发明提供的计数装置，包括第一管体、设在第一管体内的定向套、转动套、开口套和中心管；所述定向套和开口套按上下分别固定在第一管体上，所述中心管套设在定向套内做轴向运动，中心管的下端内设有与投球配合的胶圈，所述定向套和中心管的周向上分别设有相互错位的棘齿，所述转动套套设在中心管上且由设在第一管体内的回位弹簧支撑，转动套上设有棘齿与所述定向套和中心管上的棘齿相配合，转动套与开口套在周向的一设定位置上形成相对轴向运动。

所述中心管和定向套上的棘齿相互错位1/2相位。

所述转动套与开口套的相对轴向运动由设在转动套上的导向块或轴向开口分别与设在开口套上的轴向开口或导向块相配合形成。

所述第一管体由上接头、筒体和壳体依次螺纹连接组成，所述定向套、转动套和开口套设在筒体内，所述中心管设在筒体和壳体内，所述回位弹簧设在所述转动套与壳体之间。

本发明提供的多级全通径投球滑套装置，包括所述计数装置和与计数装置连通的封堵装置，所述封堵装置包括第二管体、活动设在第二管体内与所述计数装置的中心管相配合且与第二管体密封的封堵管、设在第二管体内且通过第一剪切钉与第二管体连接位于封堵管下方的剪切套，套设在封堵管和剪切套内且通过第二剪切钉与封堵管连接的筒状球座；所述封堵管与剪切套之间设有第二空位槽；所述球座内设有第二瓣门，第二瓣门由第二瓣块和第二密封圈组成，所述第二瓣块穿过球座筒壁活动设置在球座上与投球和第二空位槽相配合，所述第二密封圈为两个分别设在球座筒壁内第二瓣块的上下方与投球相配合；所述第二管体的内壁上设有卡槽，所述封堵管上设有第二弹性爪头与第二管体上的卡槽相配合，封堵管和第二管体上分别设有可以对应的第一、第二通孔；所述剪切套内下端设有与所述球座配合的第一止口，所述第二管体内的下端设有与剪切套配合的第二止口。

所述第二管体由中接头、剪切筒和下接头依次由上至下通过螺纹连接组成；所述第二管体上的通孔和卡槽设在中接头上，所述封堵管设在中接头内；所述第一剪切钉设在所述剪切筒上，所述剪切套设在剪切筒内；所述第二管体上的止口设在所述下接头上。

所述第一止口与所述球座之间的距离等于所述第一通孔与第二通孔之间的距离。

所述第二止口与所述剪切套之间设有适当距离。

所述第二瓣块的尺寸大于球座的筒壁厚度。

所述第二瓣门中，第二瓣块为环形布置的4个。

本发明可以在油管直径不变的情况下实施压裂作业，具有以下优点：

1）具备多级数量分层控制压裂作业的功能，分层数量不受油管直径限制；

2) 由于油管直径不变，可以具备较大的内通径，与普通投球滑套相比能够提供更足够的流体通道；

3）在投球座封后，能够确保座封，可靠承受压裂压力；

4）适合标准的投球操作方式，使作业通用化，简单化 。

下面结合附图对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是本发明的多级全通径投球滑套装置结构示意图。

图2是本发明中计数装置的结构示意图。

图3是计数装置的工作原理示意图。

图4是本发明中封堵装置的结构示意图。

图5是封堵装置的工作原理示意图。

图6是本发明的多级全通径投球滑套装置工作原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的多级全通径投球滑套装置，包括计数装置1和与计数装置1连通的封堵装置2。

所述计数装置1如图2所示，包括第一管体、设在第一管体内的定向套102、转动套109、开口套111和中心管106；所述第一管体由上接头101、筒体105和壳体112依次螺纹连接组成，所述定向套102、转动套109和开口套111设在筒体105内，其中定向套102和开口套111按上下分别固定在筒体105上，所述中心管106设在筒体105和壳体112内，中心管106套设在定向套102内通过设在其上的定位块103与定向套102上的槽孔104相配合做轴向运动，中心管106的下端内设有与钢质投球116配合的胶圈115；所述定向套102和中心管106的周向上分别设有相互错位的棘齿107、107′，定向套102和中心管106上的棘齿107、107′相互错位1/2相位（棘齿与棘齿之间的距离为相位）；所述转动套109套设在中心管106上，在壳体112内的下部台阶上设有垫圈114，转动套109由设在其与壳体112内垫圈114之间的回位弹簧113支撑，转动套109上设有内圈棘齿108与所述中心管上的棘齿107′相配合，转动套109的外壁上还设有单个外圈棘齿117与所述定向套102上的棘齿107相配合，开口套111在周向的一设定位置上设有轴向开口110，转动套109通过其上的可作为导向块的外圈棘齿117与开口套111上的开口110相配合形成相对轴向运动（或者是转动套通过设在其上的轴向开口与设在开口套上的导向块相配合形成它们之间的相对轴向运动）。

计数装置的工作原理：

见图3，先根据计数需要确定定向套102上的棘齿107数作为计数棘齿，当投球116进入计数装置，通过中心管106落在其下端的胶圈115上，由于过盈量，投球116带动中心管106向下运动，中心管106通过棘齿107′作用于转动套109的内圈棘齿108推动转动套109下压回位弹簧113，使得转动套109的外圈棘齿117脱出定向套102的棘齿107，转动套109向下运动的距离被开口套111限位，如图3中(a)；由于定向套102和中心管106上的棘齿107、107′相互错位1/2相位，转动套109在与中心管106的齿配合过程中转动1/2个相位，如图3中(b)；当投球116被压力挤出中心管106后，在回位弹簧113的作用下，转动套109带动中心管106向上运动回复，转动套109在与定向套102的齿配合过程中又继续转动1/2相位，并回复初始状态（参见图2），这时转动套109转过了1个相位。重复投入投球116通过计数装置,转动套109重复以上过程，直至最后一个计数相位，转动套109的单个外圈棘齿117正好对准开口套111的开口110，使得中心管106可以带动转动套109向下运动并伸出壳体112，如图3中(c)所示。

所述封堵装置，如图4所示，包括第二管体，第二管体由中接头201、剪切筒213和下接头218依次由上至下通过螺纹连接组成；中接头201与计数装置1中的壳体112螺纹连接，中接头201上设有第一通孔206，中接头201的内壁设有上下卡槽203，中接头201内活动设有与所述计数装置1的中心管106相配合的封堵管204，封堵管204上设有O形圈207与中接头201密封；剪切筒213内设有剪切套216，剪切套216通过第一剪切钉215与剪切筒213连接且位于封堵管204下方；在封堵管204和剪切套216之间内套设有筒状球座209，球座209通过第二剪切钉208与封堵管204连接；封堵管204与剪切套216之间设有第二空位槽212；球座209内设有第二瓣门，第二瓣门由第二瓣块211和第二密封圈210组成，第二瓣块211为环形布置的4个（或六个），第二瓣块211的尺寸大于球座209的筒壁厚度，第二瓣块211穿过球座209的筒壁活动设置在球座209上与投球和第二空位槽212相配合，第二密封圈210为两个分别设在球座筒壁内第二瓣块211的上下方与投球相配合，球座209上设有O形圈219与剪切套216密封；封堵管204上设有第二弹性爪头202与设在中接头201内壁上的卡槽203相配合，封堵管204上设有可以和中接头201上的第一通孔206对应的第二通孔205；剪切套216内下端设有与球座209配合的第一止口214，第一止口214与球座209之间的距离L2等于第一通孔206与第二通孔205之间的距离L1；下接头218内的下端设有与剪切套216配合的第二止口217，第二止口217与剪切套216之间设有适当距离L3。

封堵装置2的工作原理如图4、图5所示，封堵装置2在初始状态时如图4所示，这时封堵管204的第二弹性爪头202位于中接头201内壁上的上卡槽203内，使球座209上第二瓣门中的第二瓣块211对着由中接头201与剪切套216之间形成的空槽位212，处于打开状态。在计数装置1的中心管106触发下，如图5中(a)所示，封堵管204被推动，相对中接头201向下移动，此时球座209上的第二瓣门关闭，第二瓣块211退回球座209内，球座209上的O形圈219进入剪切套216密封面，投球116从计数装置1落下，落入球座209内与第二密封圈210形成下部封堵。如图5中(b)所示，在油管压力的继续作用下，投球116拖动球座209和封堵管204直至封堵管204的第二弹性爪头202进入中接头201内壁上的下卡槽203内，第二剪切钉208切断，这时封堵管204和中接头201上的第二通孔205、第一通孔206对正形成油管通道；接着球座209落入剪切套216中，并切断第一剪切钉215最终与剪切套216一同落入下接头218内，如图5中(c)所示，此时中接头201与剪切套216之间形成的空槽位212尺寸延长，使下层投球116可以顺利通过该球座209，如图5中(d)所示。

封堵装置2在被触发前，所有投球能够顺利通过，当被计数装置触发后，投球将封堵孔径，并在油管压力作用下，通过封堵装置2中封堵管204和中接头201上的第二通孔205、第一通孔206打开油管通道，使油管内部压力传递至产层，开始压裂作业。

本发明的多级全通径投球滑套装置在实际应用时的情况如图6中（a）—（e）所示，首先根据压裂产层数确定投球滑套装置的数目，安装前在井上根据层位设定该层位的计数装置计数棘齿的数值,再将与计数棘齿的数值相等的投球滑套装置依次连接油管下入井中，用封隔器D将设有投球滑套装置的油管隔离形成压裂产层，图6所示投球滑套装置为3个，包括计数装置1A—1C、封堵装置2A—2C。使用时，投入配套的相同大小的钢质投球116，投球依次通过各层位的计数装置时，触发一次计数动作，直至投球116落入最下层的投球滑套装置，触发该投球滑套装置中计数装置最后一次计数动作，并启动封堵装置。随着油管压力升高，开始最下层的压裂作业。之后每投入一个投球，由下往上逐次进行压裂作业。作业完成后，投球随油管内流体返回地面。

Claims (9)

1.一种计数装置，其特征是包括第一管体、设在第一管体内的定向套、转动套、开口套和中心管；所述定向套和开口套按上下分别固定在第一管体上，所述中心管套设在定向套内做轴向运动，中心管的下端内设有与投球配合的胶圈，所述定向套和中心管的周向上分别设有相互错位的棘齿，所述转动套套设在中心管上且由设在第一管体内的回位弹簧支撑，转动套上设有棘齿与所述定向套和中心管上的棘齿相配合，转动套与开口套在周向的一设定位置上形成相对轴向运动。

2.根据权利要求1所述的计数装置，其特征是所述中心管和定向套上的棘齿相互错位1/2相位。

3.根据权利要求1或2所述的计数装置，其特征是所述转动套与开口套的相对轴向运动由设在转动套上的导向块或轴向开口分别与设在开口套上的轴向开口或导向块相配合形成。

4.根据权利要求3所述的计数装置，其特征是所述第一管体由上接头、筒体和壳体依次螺纹连接组成，所述定向套、转动套和开口套设在筒体内，所述中心管设在筒体和壳体内，所述回位弹簧设在所述转动套与壳体之间。

5.一种采用如权利要求1所述计数装置的多级全通径投球滑套装置，其特征是包括所述计数装置和与计数装置连通的封堵装置，所述封堵装置包括第二管体、活动设在第二管体内与所述计数装置的中心管相配合且与第二管体密封的封堵管、设在第二管体内且通过第一剪切钉与第二管体连接位于封堵管下方的剪切套，套设在封堵管和剪切套内且通过第二剪切钉与封堵管连接的筒状球座；所述封堵管与剪切套之间设有第二空位槽；所述球座内设有第二瓣门，第二瓣门由第二瓣块和第二密封圈组成，所述第二瓣块穿过球座筒壁活动设置在球座上与投球和第二空位槽相配合，所述第二密封圈为两个分别设在球座筒壁内第二瓣块的上下方与投球相配合；所述第二管体的内壁上设有卡槽，所述封堵管上设有第二弹性爪头与第二管体上的卡槽相配合，封堵管和第二管体上分别设有可以对应的第一、第二通孔；所述剪切套内下端设有与所述球座配合的第一止口，所述第二管体内的下端设有与剪切套配合的第二止口。

6.根据权利要求5所述的多级全通径投球滑套装置，其特征是所述第二管体由中接头、剪切筒和下接头依次由上至下通过螺纹连接组成；所述第二管体上的通孔和卡槽设在中接头上，所述封堵管设在中接头内；所述第一剪切钉设在所述剪切筒上，所述剪切套设在剪切筒内；所述第二管体上的止口设在所述下接头上。

7.根据权利要求5或6所述的多级全通径投球滑套装置，其特征是所述第一止口与所述球座之间的距离等于所述第一通孔与第二通孔之间的距离。

8.根据权利要求7所述的多级全通径投球滑套装置，其特征是所述第二止口与所述剪切套之间设有适当距离。

9.根据权利要求8所述的多级全通径投球滑套装置，其特征是所述第二瓣块的尺寸大于球座的筒壁厚度。