CN104100232A - 一种双活塞液压开关及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气井井下作业工具领域的一种双活塞液压开关及其应用，包括一对活塞，所述双活塞液压开关设置在中心管（2）上，所述中心管（2）上设置喷砂口，所述一对活塞沿中心管管线对称设置在中心管（2）外表面上；所述一对活塞通过剪钉固定在所述中心管（2）上；所述一对活塞用于开关所述喷砂口；本发明可通过作用在活塞上的内外压差和弹簧储存的弹性能的作用下使压裂开关开启，并可保持开关的持续开启；以增加施工过程中管柱开启的稳定性，保证施工和生产的正常进行。本发明结构简单，安全可靠，适用于水平井的分段压裂酸化施工工艺，也可用于注采工艺中。

Description

一种双活塞液压开关及其应用

技术领域

本发明涉及一种油气井井下作业工具领域的一种双活塞开关，进一步地说，是涉及一种双活塞液压开关，主要应用于油气田开发过程中水平井的分段压裂酸化完井工艺，也可应用于油气田开发过程中的注采工艺中。

背景技术

目前，油气田压裂工艺投资成本大，尤其对于水平井分段压裂酸化，井下作业工具的稳定性是保证井下作业过程顺利进行和提高成功率的关键。水平井压裂完井过程中常采用球座开启滑套和常规压差式开启滑套开关。球座开启式滑套需要投球操作，由于磨蚀原因，球座出现不密封的情况发生。压差式开启滑套目前有单开启和双开启设计，依靠压差开启，在压力通道打开的瞬间，压差迅速降低，不能保证滑套的顺利开启，存在未能顺利开启的风险；而且，在滑套开启后，生产过程中由于液体冲击造成的开关活塞关闭也会影响正常作业，因此也存在活塞移动关闭流体通道的风险性。

公开号为CN201924905U的中国实用新型公布了水平井压裂用压差式开启滑套，该滑套由上接头，外筒，下接头依次通过螺纹连接。该压差式开启滑套没有球座，通过内滑套上，下截面的面积差来使滑套打开。该滑套设有开口环，实现滑套开启后的锁定，但在压差较小，或开启过程中遇阻条件下，难以保证开口环能成功锁定，存在开口环锁定可靠性，也存在活塞移动关闭流体通道的风险性。

公开号为CN201723198U的中国实用新型公开了一种双打开压差滑套，该滑套包括中心管和液钢结构。采用一套机构双打开设计，提供一种适用于水平井段的双打开压差滑套，但该滑套没有采取反锁紧机构，在开启开关后存在因液体冲击而关闭的风险性。

鉴于此，很有必要寻找一种可增强滑套开关顺利开启并在开启后可保持开关持续开启的开关装置，以增加施工过程中管柱开启的稳定性，保证施工和生产的正常进行。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明致力于提供一种双活塞液压开关。

本发明所述的一种双活塞液压开关，可以增强滑套开关顺利开启，并在开启后可保持开关持续开启，以增加施工过程中管柱开启的稳定性，保证施工和生产的正常进行。

一种双活塞液压开关，包括一对活塞，所述双活塞液压开关设置在中心管2上，所述中心管2上设置喷砂口，所述一对活塞沿中心管管线对称设置在中心管2外表面上；所述一对活塞通过剪钉固定在所述中心管2上；所述一对活塞用于开关所述喷砂口；

通过给中心管加压，使双活塞液压开关内外的压力差作用在活塞上形成压力，剪断剪钉，并推动一对活塞向两端移动，当活塞分别移动至某一位置时，喷砂口打开，即过流通道开启，保持通道的持续开启，为压裂液或液体提供流动通道。

具体的应用中，所述一对活塞包括上活塞4和下活塞10，其分别套装在所述中心管2两端，分别覆盖了中心管2两端的喷砂口，位于上活塞4一端的喷砂口为上喷砂口7-1，位于下活塞10一端的喷砂口为下喷砂口7-2；

所述一对活塞为压缩弹簧式活塞，即在所述上活塞4与中心管2之间留有空腔一，腔内装有压缩状的弹簧一5，所述弹簧一5套装在中心管2上；所述下活塞10与中心管2之间留有空腔二，腔内装有压缩状的弹簧二9，所述弹簧二9套装在中心管2上；

所述上活塞4通过剪钉一8-1与中心管2固定连接；所述下活塞10通过剪钉二8-2与中心管固定连接。

在所述上喷砂口7-1和活塞之间还包括环形通道一6-1；在所述上喷砂口7-2和活塞之间还包括环形通道一6-2；用于液体连通。中心管内液体由喷砂口流经环形通道，进入弹簧所在空腔，传导液压，仅作用在活塞内侧，从而在内外压差作用下活塞移动，开启喷砂口。

在所述一对活塞和中心管2之间通过一组O形密封圈密封，即在一对活塞未开启喷砂口前使中心管和活塞形成密封压力腔；

所述上活塞4与中心管2之间设有O形密封圈，使上喷砂口7-1与开关外侧环境隔绝；所述下活塞9与中心管2之间设有O形密封圈；使下喷砂口7-2与开关外侧环境隔绝。以保证空腔一和空腔二在开关未开启之前能够形成密封压力腔。形成密封腔之后，工艺施工过程中中心管内的压力高于管柱外面的压力，不同压力作用于活塞内外，形成轴向作用力，超过剪钉剪断载荷后，剪钉剪断，活塞向两侧移动，喷砂口开启。

所述上喷砂口7-1或下喷砂口7-2在所述中心管2上的开口沿中心管2周向均匀分布在中心管2上。

所述喷砂口的横截面积之和大于中心管过流面积，即所述上喷砂口和下喷砂口横截面积之和大于中心管管柱过流面积。

所述双活塞液压开关还包括接箍1、所述接箍1固定在所述中心管2的一端。

所述双活塞液压开关的开启压力为20～30Mpa。

本发明所研发的开关另一个发明点在于所述的双活塞液压开关的应用方法，

所述双活塞液压开关应用在分段压裂酸化完井工艺中，针对分段压裂的水平井或直井。

本发明的工作原理是：通过油管打压，由于开关内外的压力差作用在活塞上形成的压力再加上压缩的弹簧储存的弹性势能，在这两者的综合作用下剪断剪钉，并推动活塞分别向两端移动，当活塞分别移动至露出喷砂口时，喷砂过流通道开启，开启后，在弹簧的作用下，可保持通道的持续开启，为压裂液或液体提供流动通道。

本发明提供水平井分段压裂酸化用的一种双活塞液压开关，所述开关没有球座结构，不需要投球操作，通过作用在活塞上的内外压差和弹簧储存的弹性能的作用下使压裂开关开启，并可保持开关的持续开启；增加了施工过程中管柱开启的稳定性，和开启后的流体通道持续开启。

所述开关的工作温度可以达到150℃，适用于压裂酸化完井工艺或注采工艺中51/2”及以上的套管井或裸眼井。开关压力设为20～30MPa，可根据需要调整。

本发明的优点在于双活塞打开流体通道可以提高工具安全性和性能可靠性，在压差和压缩弹簧同时作用下开启提高工具稳定性，同时，在工作过程中，由于弹簧的作用，活塞不会关闭流体内外通道，在施工过程中能够开启活塞，保证了开启稳定性，在弹簧作用下保证了过流通道持续畅通，保证施工和生产的正常进行。本发明结构简单，安全可靠，适用于水平井的分段压裂酸化施工工艺，也可用于注采工艺中。

附图说明

图1为本发明的实施例1的一种双活塞液压开关的结构示意图；

其中，1为接箍；2为中心管；3-1为O形密封圈一；3-2为O形密封圈二；3-3为O形密封圈三；3-4为O形密封圈四；4为上活塞；5为弹簧一；6-1为小通道一；6-2为小通道二；7-1为上喷砂口；7-2为下喷砂口；8-1为剪钉一；8-2为剪钉二；9为弹簧二；10为下活塞。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例1

如图1所示，本发明的一种双活塞液压开关，自上至下依次包括接箍1，中心管2，上活塞4，弹簧一5，剪钉一8-1，剪钉二8-2、弹簧二9和下活塞10连接构成；中心管2和接箍1之间采用丝扣连接；上活塞4和下活塞10分别压缩弹簧一5和弹簧二9，上活塞4和下活塞10分别由剪钉一8-1和剪钉二8-2固定在中心管2的管壁上，且上活塞4和下活塞10分别遮盖了中心管2上的上喷砂口7-1和下喷砂口7-2。上活塞4和中心管2之间由O形密封圈一3-1和O形密封圈二3-2密封形成空腔一，上喷砂口7-1和空腔一之间存在环形通道一6-1。下活塞10和中心管2之间由O形密封圈三3-3和O形密封圈四3-4密封形成空腔二，下喷砂口7-2和空腔二之间存在环形通道二6-2。由管柱内部压力传导，在空腔内形成压力只作用于活塞内侧，在弹簧储存能作用下，推动上下活塞分别向上下移动，从而沟通喷砂口和开关外的流动通道。在液压开关开启后，由于弹簧的作用，能够保证活塞始终向两侧开启，保持流动通道畅通。

上述双活塞液压开关，中心管2上开有喷砂口，喷砂口沿着中心管2周向均匀分布，喷砂口的开口为长椭圆孔，本实施例中对应单个活塞的喷砂口的截面积之和大于管柱过流面积，以减少液体通过喷砂口时的节流损失。

Claims (9)

1.一种双活塞液压开关，其特征在于：包括一对活塞，所述双活塞液压开关设置在中心管（2）上，所述中心管（2）上设置喷砂口，所述一对活塞沿中心管管线对称设置在中心管（2）外表面上；所述一对活塞通过剪钉固定在所述中心管（2）上；所述一对活塞用于开关所述喷砂口；

通过给中心管加压，使双活塞液压开关内外的压力差作用在活塞上形成压力，剪断剪钉，并推动一对活塞分别向两端移动，当活塞分别移动至某一位置时，喷砂口打开，即过流通道开启，保持通道的持续开启，为压裂液或液体提供流动通道。

2.根据权利要求1所述的一种双活塞液压开关，其特征在于：

所述一对活塞包括上活塞（4）和下活塞（10），其分别套装在所述中心管（2）两端，分别覆盖了中心管（2）两端的喷砂口，位于上活塞（4）一端的喷砂口为上喷砂口（7-1），位于下活塞（10）一端的喷砂口为下喷砂口（7-2）；

所述一对活塞为压缩弹簧式活塞，即在所述上活塞（4）与中心管（2）之间留有空腔一，腔内装有压缩状的弹簧一（5），所述弹簧一（5）套装在中心管（2）上；所述下活塞（10）与中心管（2）之间留有空腔二，腔内装有压缩状的弹簧二（9），所述弹簧二（9）套装在中心管（2）上；

所述上活塞（4）通过剪钉一（8-1）与中心管（2）固定连接；所述下活塞（10）通过剪钉二（8-2）与中心管固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种双活塞液压开关，其特征在于：

在所述上喷砂口(7-1)和活塞之间还包括环形通道一(6-1)；在所述上喷砂口(7-2)和活塞之间还包括环形通道一(6-2)；用于液体连通。

4.根据权利要求1或2所述的一种双活塞液压开关，其特征在于：

在所述一对活塞和中心管（2）之间通过一组O形密封圈密封，即在一对活塞未开启喷砂口前使中心管和活塞形成密封压力腔；

所述上活塞（4）与中心管（2）之间设有O形密封圈，使上喷砂口（7-1）与开关外侧环境隔绝；

所述下活塞（9）与中心管（2）之间设有O形密封圈；使下喷砂口（7-2）与开关外侧环境隔绝。

5.根据权利要求1所述的一种双活塞液压开关，其特征在于：

所述上喷砂口（7-1）或下喷砂口（7-2）在所述中心管（2）上的开口沿中心管（2）周向均匀分布在中心管（2）上。

6.如权利要求1或5所述的一种双活塞液压开关，其特征在于：

所述喷砂口的横截面积之和大于中心管过流面积，即所述上喷砂口和下喷砂口横截面积之和大于中心管管柱过流面积。

7.如权利要求1或5所述的一种双活塞液压开关，其特征在于：

所述双活塞液压开关还包括接箍（1）、所述接箍（1）固定在所述中心管（2）的一端。

8.如权利要求1所述的一种双活塞液压开关，其特征在于：

所述双活塞液压开关的开启压力为20～30Mpa。

9.根据权利要求1-8之一所述的双活塞液压开关的应用方法，其特征在于，

所述双活塞液压开关应用在分段压裂酸化完井工艺中，针对分段压裂的水平井或直井。