CN104453780A - 多级分段压裂滑套及压裂管柱 - Google Patents

Abstract

本发明为一种多级分段压裂滑套，滑套外管内有上套筒和下套筒，下套筒将透孔封闭，上套筒的下端坐在下套筒上端；上套筒内设有一开口环形球座，开口环形球座的侧壁上设有断开口，从而开口环形球座具有张开状态和收缩状态；开口环形球座张开状态时的外壁紧贴在上套筒的内壁；下套筒内具有上、下两段的台阶孔，台阶孔的上段孔径与开口环形球座收缩状态时的外径相同，台阶孔的下段孔径小于上段孔径，从而形成一台阶部，台阶孔的上端孔缘处设有第一斜面倒角，开口环形球座的外壁底缘设有第二斜面倒角；第一和第二斜面倒角的倾斜度应能使开口环形球座沿第一斜面倒角滑入到台阶孔内。本发明能满足分段压裂过程中对某些层段进行细分的要求。

Description

多级分段压裂滑套及压裂管柱

技术领域

本发明是关于一种油气田分段压裂技术，尤其涉及一种多级分段压裂滑套及压裂管柱。

背景技术

水平井多段压裂增产技术对于改善低渗透、低孔隙度油气藏开发效果，提高单井产量和最终采收率具有重要作用，是油田增产、增注的有效手段之一，它具有井下工具少、作业针对性强、施工成本低等优点。在水平井分段压裂工艺中使用各种油套连通的井下滑套工具，其目的是根据油气储层开发的需要使用封隔器和滑套将水平井段封隔成若干段，压裂施工时通过投球打开滑套，进行有针对性的施工。在分段压裂过程中，由于管柱的内通径、球和球座的通过间隙等因素限制了分段压裂的层数，导致不能对某些层段进行细分。

从上述存在的技术问题来分析，具体来说，分段压裂过程中，如图5所示现有的压裂滑套30，当压裂某一层段时，需要投入与该层段滑套30的球座31相匹配的球，球与球座31形成密封，球座31抵靠在开关套32内，然后打压，球座31推动开关套32向下移动露出滑套外管33上的透孔34进行压裂。这个球要从该滑套30前一级滑套的球座中穿过，一直到达与其配合的球座31。如图6所示，想要压裂B层段，球需要从A层段滑套的球座中穿过，落到B层段滑套的球座上，并且与球座形成密封。在实际施工中，球的直径d需要大于B层段球座31的内径d2才能形成密封，并且球的直径d要小于A层段球座31的内径d1以实现通过。设定m为球的直径与其同级球座内径之间差值的最小值，只有球的直径与同级球座内径的差值大于等于m时才能保证密封，对于B层段来说m≤d-d2。设定n为球的直径与其上一级球座内径之间差值的最小值，只有球的直径与上一级球座内径的差值大于等于n时才能保证通过，对于A层段来说即n≤d1-d。假设第k层滑套的球座内径为dk，那么其前面几层即k-1层,k-2层等滑套的球座内径和与其配合的球的直径分别如表1所示。

表1 压裂球和球座直径的关系

由于管柱内通径是一定的，并且要想达到球和球座的密封效果，m的值是固定的，而球要想顺利通过前一级滑套的球座，n的值也是固定的，因此从表1可以看出，相邻两级球座内径之间及相邻两级的球的直径之间的级差最小值为m+n，所以如何进一步减小相邻两级球座内径之间及相邻两级的球的直径之间的级差值，即如何使该级差小于m+n是达到分段压裂进一步细化分层需要解决的问题。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种多级分段压裂滑套及压裂管柱，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多级分段压裂滑套及压裂管柱，来满足分段压裂过程中对某些层段进行细分的要求。

本发明的目的是这样实现的，一种多级分段压裂滑套，所述压裂滑套包括滑套外管，滑套外管的管壁上设有透孔；所述滑套外管内设有一上套筒和一下套筒，所述上、下套筒的外壁与滑套外管内壁紧密贴合，下套筒将所述透孔封闭，上套筒的下端抵靠在下套筒上端；上套筒内套设有一开口环形球座，所述开口环形球座的侧壁上设有断开口，从而开口环形球座具有张开状态和收缩状态；开口环形球座张开状态时的外壁紧贴在上套筒的内壁；下套筒内具有上、下两段的台阶孔，所述台阶孔的上段孔径与开口环形球座收缩状态时的外径相同，台阶孔的下段孔径小于上段孔径，从而形成一台阶部，台阶孔的上端孔缘处设有第一斜面倒角，所述开口环形球座的外壁底缘设有第二斜面倒角，第一和第二斜面倒角的倾斜角度应能使开口环形球座沿第一斜面倒角滑入到台阶孔内，从而开口环形球座从张开状态变为收缩状态。

在本发明的一较佳实施方式中，第一斜面倒角和第二斜面倒角的倾斜角度为15°到30°。

在本发明的一较佳实施方式中，开口环形球座上的断开口的宽度值使如下关系成立：Dz-Ds＝t,0<t<m；其中，Dz为开口环形球座张开状态时的球座内径，Ds为开口环形球座收缩状态时的球座内径，m为保证密封的情况下，球的直径与其同级球座内径之间差值的最小值；t为介于0和m之间的一个数值。

在本发明的一较佳实施方式中，开口环形球座的内壁上缘设有第三斜面倒角。

本发明的目的还可以这样实现，一种使用上述多级分段压裂滑套的压裂管柱，压裂管柱对应相应的压裂层依次设置多个所述多级分段压裂滑套，每个多级分段压裂滑套的上下侧均设有封隔器，相邻两级的多级分段压裂滑套之间共用一个封隔器；上级压裂滑套的球座内径大于下级压裂滑套的球座内径，在相邻两个多级分段压裂滑套之间，上一级压裂滑套与下一级压裂滑套中开口环形球座处于张开状态时的内径差值为m+n-t；其中n为保证球能通过上一级球座的情况下，球的直径与其上一级球座内径之间差值的最小值，m为保证密封的情况下，球的直径与其同级球座内径之间差值的最小值；t为开口环形球座张开状态时的球座内径与收缩状态时的球座内径的差值,且0<t<m。

由上所述，本发明在上套筒内设置开口环形球座，且开口环形球座可以进入下套筒内从张开状态变为收缩状态，进一步减小相邻两级球座内径之间及相邻两级的球的直径之间的级差值，满足分段压裂过程中对某些层段进行细分的要求。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明多级分段压裂滑套处于张开状态时的结构示意图。

图2：为本发明多级分段压裂滑套处于收缩状态时的结构示意图。

图3：为采用本发明压裂滑套的压裂管柱中球座内径关系示意图。

图4：为采用现有滑套的压裂管柱中球座内径关系示意图。

图5：为现有滑套的结构示意图。

图6：为现有滑套中球座内径与球的直径之间的关系示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本发明提供一种多级分段压裂滑套10，该滑套包括滑套外管1，滑套外管1的管壁上设有透孔11，滑套外管1内设有一上套筒2和一下套筒3，上、下套筒的外壁与滑套外管1内壁紧密贴合，并通过摩擦力相对固定。下套筒3将透孔11封闭，上套筒2的下端抵靠在下套筒3上端；上套筒2内设有一个开口环形球座4，开口环形球座4的侧壁上设有断开口41，该断开口41可以是多种形状，将开口环形球座4的侧壁断开，从而开口环形球座4具有张开状态(如图1)和收缩状态(如图2)。开口环形球座4位于上套筒2内时处于张开状态，张开状态时开口环形球座4的外壁紧贴在上套筒2的内壁。下套筒3内具有上、下两段的台阶孔31，台阶孔31的上段孔径与开口环形球座4收缩状态时的外径相同，开口环形球座4位于下套筒3内时处于收缩状态。台阶孔31的下段孔径小于上段孔径，从而形成一台阶部32，台阶孔31的上端孔缘处设有第一斜面倒角33，开口环形球座4的外壁底缘设有第二斜面倒角42；第一和第二斜面倒角的倾斜角度应能使开口环形球座4沿第一斜面倒角33滑入到台阶孔31内，从而开口环形球座4从张开状态变为收缩状态；本实施方式中第一和第二斜面倒角的倾斜度为15°至30°。该多级分段压裂滑套10在使用时，开口环形球座4及与其配合的球在打压液打压的压力作用下向下移动，在第一斜面倒角33和第二斜面倒角42的作用下移动到下套筒3内完成收缩，进而球与该开口环形球座4形成密封，继续打压，在压力作用下推动下套筒3向下移动，露出滑套外管1上的透孔11进行压裂。

进一步，开口环形球座4上断开口41的宽度值使开口环形球座张开状态时的球座内径与收缩状态时的球座内径之间的差值为介于0和m之间的一个数值，即使如下关系成立：Dz-Ds＝t,0<t<m；其中，Dz为开口环形球座张开状态时的球座内径，Ds为开口环形球座收缩状态时的球座内径，m为保证密封的情况下，球的直径与其同级球座内径之间差值的最小值；t为介于0和m之间的一个数值。开口环形球座4的内壁上缘设有第三斜面倒角43，可以更好的与球配合产生密封效果。

如图3所示，本发明还提供了一种使用上述多级分段压裂滑套10的压裂管柱，压裂管柱对应相应的压裂层依次设置多个多级分段压裂滑套10，每个多级分段压裂滑套10的上下侧均设有封隔器，图中未示出所述的多个封隔器，只示意性的表示出多级压裂滑套之间的关系。上级压裂滑套10的开口环形球座内径大于下级压裂滑套10的开口环形球座内径，在相邻两个多级分段压裂滑套10之间，上一级压裂滑套与下一级压裂滑套中开口环形球座处于张开状态时的内径差值为m+n-t；其中n为保证球能通过上一级球座的情况下，球的直径与其上一级球座内径之间差值的最小值，m为保证密封的情况下，球的直径与其同级球座内径之间差值的最小值；t为开口环形球座张开状态时的球座内径与收缩状态时的球座内径的差值,且0<t<m。

如图3和图4所示，为体现本发明多级分段压裂滑套10相对于现有压裂滑套30的细分层数的能力，将全部使用现有压裂滑套30的实施方式与使用本发明多级分段压裂滑套10的实施方式进行对比如下：在压裂管柱中，最下层设置现有的压裂滑套30，最下层以上的各层使用本发明的多级分段压裂滑套10(如图3)，与其对比的实施方式中最下层以上的各层也使用现有的压裂滑套30(如图4)。设定最下层为第1层，以上各层依次为2,3,…,k,…；其中k为大于2的自然数。第1层滑套对应的球座的内径为d0，第1层对应的球的直径为d0+m，第2层、第3层等滑套对应的球座内径以及球的直径如表2所示。

表2 本发明与普通滑套中球和球座直径的对比

从表2可以看出，均采用现有滑套30的相邻两级之间的球座内径差值为m+n，而从第二层以上采用本发明多级分段压裂滑套10的相邻两级之间的球座内径差值为m+n-t，由于0<t<m，所以本发明可以进一步减小相邻两级球座内径之间的级差值，即进一步减小了t，满足分段压裂过程中对某些层段进行细分的要求。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种多级分段压裂滑套，所述压裂滑套包括滑套外管，滑套外管的管壁上设有透孔；其特征在于：所述滑套外管内设有一上套筒和一下套筒，所述上、下套筒的外壁与滑套外管内壁紧密贴合，下套筒将所述透孔封闭，上套筒的下端抵靠在下套筒上端；上套筒内套设有一开口环形球座，所述开口环形球座的侧壁上设有断开口，从而开口环形球座具有张开状态和收缩状态；开口环形球座张开状态时的外壁紧贴在上套筒的内壁；下套筒内具有上、下两段的台阶孔，所述台阶孔的上段孔径与开口环形球座收缩状态时的外径相同，台阶孔的下段孔径小于上段孔径，从而形成一台阶部，台阶孔的上端孔缘处设有第一斜面倒角，所述开口环形球座的外壁底缘设有第二斜面倒角；第一和第二斜面倒角的倾斜角度应能使开口环形球座在压力作用下沿第一斜面倒角滑入到台阶孔内，从而开口环形球座从张开状态变为收缩状态。

2.如权利要求1所述的多级分段压裂滑套，其特征在于：所述第一斜面倒角和第二斜面倒角的倾斜角度为15°到30°。

3.如权利要求2所述的多级分段压裂滑套，其特征在于：所述开口环形球座上的断开口的宽度值使如下关系成立：Dz-Ds＝t,0<t<m；其中，Dz为开口环形球座张开状态时的球座内径，Ds为开口环形球座收缩状态时的球座内径，m为保证密封的情况下，球的直径与其同级球座内径之间差值的最小值；t为介于0和m之间的一个数值。

4.如权利要求1或2或3所述的多级分段压裂滑套，其特征在于：所述开口环形球座的内壁上缘设有第三斜面倒角。

5.一种使用权利要求1至4中任一项所述的多级分段压裂滑套的压裂管柱，其特征在于：压裂管柱对应相应的压裂层依次设置多个所述多级分段压裂滑套，每个多级分段压裂滑套的上下侧均设有封隔器，相邻两级的多级分段压裂滑套之间共用一个封隔器；上级压裂滑套的球座内径大于下级压裂滑套的球座内径，在相邻两个多级分段压裂滑套之间，上一级压裂滑套与下一级压裂滑套中开口环形球座处于张开状态时的内径差值为m+n-t；其中n为保证球能通过上一级球座的情况下，球的直径与其上一级球座内径之间差值的最小值，m为保证密封的情况下，球的直径与其同级球座内径之间差值的最小值；t为开口环形球座张开状态时的球座内径与收缩状态时的球座内径的差值,且0<t<m。