CN104929577A - 一种开关式固井滑套 - Google Patents

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顾岱鸿
刘广峰
柴崇军
刘金超
许毅铭
王璐
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China University of Petroleum Beijing
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China University of Petroleum Beijing
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Abstract

本发明公开了一种开关式固井滑套，属于石油与天然气井无限级分段压裂施工中的井下工具领域。该开关式固井滑套包括第一接头、第二接头，所述第一接头包括第一接头端部和与所述第一接头端部一体成型并沿轴向向下延伸的第一接头延伸部，所述第一接头延伸部的下端与所述第二接头的上端固定连接并围成空腔；还包括套设在所述第一接头延伸部内与所述第一接头延伸部滑动配合设置的滑套，在所述第一接头与所述滑套之间设置限位结构；在所述滑套的内壁上设置有能装卡固井滑套开关工具的卡凸的凹槽。本发明中的开关式固井滑套，仅需第一接头、第二接头和滑套的相互配合，就能在固井滑套开关工具的作用下实现开启、关闭，结构简单，并且开、关性能稳定。

Description

一种开关式固井滑套
技术领域
本发明涉及一种石油与天然气井无限级分段压裂施工工具，尤其涉及一种开关式固井滑套。属于石油与天然气井无限级分段压裂施工中的井下工具领域。
背景技术
在水平井分段多级压裂工艺中，常使用的油管套管连通的井下滑套工具，其方法是根据储层开发的需要，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，压裂施工完毕后，打开的滑套出口作为后期开采油气进入的通道。这种方法在压裂作业完成后滑套一直保持打开状态，若遇产层出水，无法通过关闭滑套对出水层进行有效封堵。投球打开滑套的方式，每级之间球座存在级差，限制了压裂层数。
虽然，目前在固井技术的基础上结合开关式固井滑套形成了分段压裂完井技术，将开关式固井滑套选择性地放置在油层位置，固井完成后，利用固井滑套开关工具选择性地将固井滑套开启或关闭，无需射孔，压裂作业一趟连续完成，也无需球座，没有级差限制，可以实现无限级分段压裂，无需额外的封隔器卡层，节省了成本。
但是目前的固井滑套结构复杂，亟需发明一种结构简单，开、关性能稳定的开关式固井滑套。
发明内容
本发明的目的在于提出一种结构简单，开、关性能稳定的开关式固井滑套。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种开关式固井滑套，包括第一接头、第二接头，所述第一接头包括第一接头端部和与所述第一接头端部一体成型并沿轴向向下延伸的第一接头延伸部，所述第一接头延伸部的下端与所述第二接头的上端固定连接并围成空腔；
还包括套设在所述第一接头延伸部内与所述第一接头延伸部滑动配合设置的滑套，在所述第一接头与所述滑套之间设置限位结构；
在所述滑套的外壁上设置至少两条沿周向均匀布置的滑套开口，在所述第一接头延伸部上设置与所述滑套开口相对应的接头开口；
在所述滑套的内壁上设置有能装卡固井滑套开关工具的卡凸的凹槽。
优选地，所述限位结构包括设置在所述滑套的外壁上的滑套定位凸块和设置在所述第一接头延伸部的内壁上的能够分别与所述滑套定位凸块相配合的第一定位卡槽和第二定位卡槽；
当所述滑套定位凸块卡入所述第一定位卡槽时，所述滑套开口与所述接头开口相对，所述开关式固井滑套处于开启状态；当所述滑套定位凸块卡入所述第二定位卡槽时，所述滑套开口与所述接头开口错开，所述开关式固井滑套处于关闭状态。
优选地，所述滑套定位凸块的上端到所述滑套的上端的距离与所述第一定位卡槽的上端面到所述第一接头的上部中的第一限位台阶的距离相等；和/或所述滑套定位凸块的下端到所述滑套的下端的距离与所述第二定位卡槽的下端到位于所述第一接头的下部中的第二限位台阶的距离相等。
优选地，在所述滑套的内壁的上端设置一个能装卡固井滑套开关工具的卡凸的第一凹槽，在所述滑套的内壁的下端设置一个能装卡固井滑套开关工具的卡凸的第二凹槽；
所述第一凹槽的底面为平面，所述第一凹槽的上侧壁为平面，所述第一凹槽的下侧壁为上大下小的锥面，所述第二凹槽的底面为平面，所述第二凹槽的上侧壁为上小下大的锥面，所述第二凹槽的下侧壁为平面。
优选地，所述滑套定位凸块的上端面为上大下小的锥面，所述滑套定位凸块的下端面为上小下大的锥面。
优选地，所述第一定位卡槽和所述第二定位卡槽的底面均为平面，所述第一定位卡槽和所述第二定位卡槽的上侧壁均为上小下大的锥面，所述第一定位卡槽和所述第二定位卡槽的下侧壁均为上大下小的锥面。
优选地，在所述滑套的上部的外周壁上设置至少两个密封圈槽，在所述密封圈槽内分别设置密封圈，当所述开关式固井滑套处于关闭状态时，所述密封圈分布在所述接头开口的两侧；和/或在所述第二接头的上端的外周壁上设置密封圈槽，在所述密封圈槽内设置密封圈；和/或在所述第一接头延伸部的下端面与所述第二接头之间设置密封圈。
优选地，在所述密封圈外套设支撑环。
优选地，在所述第一接头的内壁上，和/或在所述第二接头的内壁上，和/或在所述滑套的内壁上和外壁上设有不沾水泥包覆层。
本发明中，为了便于描述，上、下的位置关系是根据说明书附图的布置方式来进行描述的。
本发明的有益效果为：
本发明中的开关式固井滑套，通过在第一接头内设置与第一接头滑动配合的滑套，仅需第一接头、第二接头和滑套的相互配合，就能在固井滑套开关工具的作用下实现开启、关闭，结构简单，并且开、关性能稳定。
附图说明
图1是本发明的实施例提供的开关式固井滑套处于关闭状态的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图；
图3是本发明的实施例提供的开关式固井滑套处于开启状态的结构示意图。
图中，1、第一接头；11、第一接头端部；12第一接头延伸部；101、第一定位卡槽；102第二定位卡槽；2、第二接头；3、滑套；4、滑套开口；5、接头开口；61、第一凹槽；62、第二凹槽；7、密封圈。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1至图3所示，本发明的实施例提供了一种开关式固井滑套，包括第一接头1、第二接头2，第一接头包括第一接头端部和与第一接头端部11一体成型并沿轴向向下延伸的第一接头延伸部12，第一接头延伸部12的下端与第二接头2的上端固定连接并围成空腔；还包括套设在第一接头延伸部12内与第一接头延伸部12滑动配合设置的滑套3，在第一接头1与滑套3之间设置限位结构；在滑套3的外壁上设置至少两条沿周向均匀布置的滑套开口4，滑套开口4作为压裂时液体的流通通道，在第一接头延伸部12上设置与滑套开口4相对应的接头开口5；在滑套3的内壁上设置有能装卡固井滑套开关工具的卡凸的凹槽6。
上述实施例中，仅需第一接头1、第二接头2和滑套3的相互配合，通过简单的结构便可在固井滑套开关工具的作用下，实现开关式固井滑套的开启和关闭。
上述实施例中，滑套开口4与接头开口5分别优选为长条形，本领域技术人员也可以根据具体需要设置其他数量的滑套开口4与接头开口5，例如分别设置3条、4条或5条滑套开口4与接头开口5。
作为更具体的实施方式，上述实施例中，第一接头延伸部12的下端与第二接头2的上端通过螺纹连接，限位结构包括设置在滑套3的外壁上的滑套定位凸块31和设置在第一接头延伸部12的内壁上的能够分别与滑套定位凸块31相配合的第一定位卡槽101和第二定位卡槽102；当固井滑套开关工具带动滑套3上下移动时，滑套定位凸块31可以通过卡入第一定位卡槽101或卡入第二定位卡槽102中，实现开关式固井滑套的开启或关闭，具体实施时，第一定位卡槽101位于第二卡槽二102的上方，当滑套定位凸块31卡入第一定位卡槽101时，滑套开口4与所述接头开口5相对，开关式固井滑套处于开启状态；当滑套定位凸块31卡入第二定位卡槽102时，滑套开口4与接头开口5错开，开关式固井滑套处于关闭状态，图1为开关式固井滑套处于关闭状态的结构示意图，图3为开关式固井滑套处于开启状态的结构示意图。上述实施例中，滑套定位凸块31也可以改设成具有一定强度的卡簧。
进一步优选地，上述实施例中，滑套定位凸块31的上端到滑套3的上端的距离与第一定位卡槽101的上端面到第一接头1的上部中的第一限位台阶的距离相等，当固井滑套开关工具带动滑套3向上移动，所述开关式固井滑套处于开启状态时，滑套3抵接在第一限位台阶上，防止滑套3运动过度造成未完全开启。为了使结构简单，易于加工，减少成本，可以令第一限位台阶为第一接头端部11的底面。
上述实施例中，还可以令滑套定位凸块31的下端到滑套3的下端的距离与第二定位卡槽102的下端到位于第一接头1的下部中的第二限位台阶的距离相等，当固井滑套开关工具带动滑套3向下移动，所述开关式固井滑套处于关闭态时，滑套3抵接在所述第二限位台阶上，防止滑套3运动过度造成未能关闭或未能完全关闭开关式固井滑套，从而进一步保证开关式固井滑套的密封性能。为了使结构简单，易于加工，减少成本，可以令第二限位台阶为所述第二接头的上端面。
作为更优选的实施方式，上述实施例中，在滑套3的内壁的两端分别设置一个能装卡固井滑套开关工具的卡凸的凹槽6，即位于滑套3的内壁的上端的第一凹槽61和位于滑套3的内壁的下端的第二凹槽62；
其中，第一凹槽61的底面为平面，第一凹槽61的上侧壁为平面，第一凹槽61的下侧壁为上大下小的锥面，第二凹槽62的底面为平面，第二凹槽62的上侧壁为上小下大的锥面，第二凹槽62的下侧壁为平面。
将第一凹槽61和第二凹槽62的一个侧壁设为锥面，锥面可以起导向作用，使固井滑套打开工具的卡凸顺利进入到凹槽中，并使卡凸的顶部抵接在凹槽的平面的侧壁上，加强了固井滑套开关工具与滑套的配合，固井滑套开关工具拉动滑套上下移动时可准确定位，进而有效地开启或关闭开关式固井滑套。
进一步地，上述实施例中，为了提高滑套3与第一接头延伸部12间的配合，使得在开启或关闭固井滑套过程中，滑套定位凸块31可以顺利地卡入定位卡槽中，可以令滑套凸块31的上端面为上大下小的锥面，另滑套定位凸块31的下端面为上小下大的锥面。
相应地，为了进一步提高定位卡槽与滑套定位凸块的配合，令第一定位卡槽101和第二定位卡槽102的底面均为平面，第一定位卡槽101和第二定位卡槽102的上侧壁均为上小下大的锥面，第一定位卡槽101和第二定位卡槽102的下侧壁均为上大下小的锥面。
进一步地，为了有效提高密封效果，使开关式固井滑套在关闭时达到有效密封，上述实施例中，在滑套3的上部的外周壁上设置至少两个密封圈槽，密封圈槽内分别设置密封圈9，当开关式固井滑套处于关闭状态时，密封圈9分布在接头开口5的两侧。优选地，在滑套3的上部的外周壁上设置四个密封圈槽，在四个密封圈槽内分别设置密封圈9，当开关式固井滑套处于关闭状态时，四个密封圈均匀布置在接头开口5的两侧。本发明中，还可以根据具体需要，在滑套3的外周壁上设置其他数量的密封圈槽和密封圈。
为了进一步加强第一接头1与第二接头2连接处的密封，在第二接头2上端的外周壁上设置密封圈槽，在所述密封圈槽内设置密封圈9；还可以在第一接头延伸部12的下端面与第二接头之间设置密封圈9。
优选地，上述实施例中的密封圈为O形密封圈，同时，为了增强密封圈9的密封性能并延长其使用寿命，可以在密封圈9外套设支撑环10。
为了保证开关式固井滑套在固井后仍能轻松开启和关闭，防止固井时的水泥对开关式固井滑套开闭性能的影响，达到开关式固井滑套打得开、关得住的目的，上述实施例中，可以在在所述第一接头的内壁上，和/或在所述第二接头的内壁上，和/或在所述滑套的内壁上和外壁上设有不沾水泥包覆层。
本发明的开关式固井滑套的使用过程为：本发明的开关式固井滑套下到井下预定位置后，当需要开启开关式固井滑套时，此时，滑套定位凸块31卡入在第二定位卡槽102内，滑套开口4与接头开口5错开，下入固井滑套开关工具到滑套3内，固井滑套开关工具的卡凸卡入到滑套3内壁上的第一凹槽内，上提固井滑套开关工具，使得滑套定位凸块31卡入到第一定位槽101中，滑套开口4与接头开口5相对，开关式固井滑套开启。
当需要关闭开关式固井滑套时，此时，滑套定位凸块31卡入在第一定位卡槽101内，滑套开口4与接头开口5相对，下入固井滑套开关工具到滑套3内，固井滑套开关工具的卡凸卡入到滑套3内壁上开设的第二凹槽102内，开关工具带动滑套向下运动，滑套开口4与接头开口5错开，开关式固井滑套关闭。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种开关式固井滑套，包括第一接头(1)、第二接头(2)，其特征在于：所述第一接头(1)包括第一接头端部(11)和与所述第一接头端部(11)一体成型并沿轴向向下延伸的第一接头延伸部(12)，所述第一接头延伸部(12)的下端与所述第二接头(2)的上端固定连接并围成空腔；
还包括套设在所述第一接头延伸部(12)内与所述第一接头延伸部(12)滑动配合设置的滑套(3)，在所述第一接头(1)与所述滑套(3)之间设置限位结构；
在所述滑套(3)的外壁上设置至少两条沿周向均匀布置的滑套开口(4)，在所述第一接头延伸部(12)上设置与所述滑套开口(4)相对应的接头开口(5)；
在所述滑套(3)的内壁上设置有能装卡固井滑套开关工具的卡凸的凹槽(6)。
2.如权利要求1所述的开关式固井滑套，其特征在于：所述限位结构包括设置在所述滑套(3)的外壁上的滑套定位凸块(31)和设置在所述第一接头延伸部(12)的内壁上的能够分别与所述滑套定位凸块(31)相配合的第一定位卡槽(101)和第二定位卡槽(102)；
当所述滑套定位凸块(31)卡入所述第一定位卡槽(101)时，所述滑套开口(4)与所述接头开口(5)相对，所述开关式固井滑套处于开启状态；当所述滑套定位凸块(31)卡入所述第二定位卡槽(102)时，所述滑套开口(4)与所述接头开口(5)错开，所述开关式固井滑套处于关闭状态。
3.如权利要求2所述的开关式固井滑套，其特征在于：所述滑套定位凸块(31)的上端到所述滑套(3)的上端的距离与所述第一定位卡槽(101)的上端面到所述第一接头(1)的上部中的第一限位台阶的距离相等；和/或所述滑套定位凸块(31)的下端到所述滑套(3)的下端的距离与所述第二定位卡槽(102)的下端到位于所述第一接头(1)的下部中的第二限位台阶的距离相等。
4.如权利要求1至3中任一项所述的开关式固井滑套，其特征在于：在所述滑套(3)的内壁的上端设置一个能装卡固井滑套开关工具的卡凸的第一凹槽(61)，在所述滑套(3)的内壁的下端设置一个能装卡固井滑套开关工具的卡凸的第二凹槽(62)；
所述第一凹槽(61)的底面为平面，所述第一凹槽(61)的上侧壁为平面，所述第一凹槽(61)的下侧壁为上大下小的锥面，所述第二凹槽(62)的底面为平面，所述第二凹槽(62)的上侧壁为上小下大的锥面，所述第二凹槽(62)的下侧壁为平面。
5.如权利要求1至3中任一项所述的开关式固井滑套，其特征在于：所述滑套定位凸块(31)的上端面为上大下小的锥面，所述滑套定位凸块(31)的下端面为上小下大的锥面。
6.如权利要求5所述的开关式固井滑套，其特征在于：所述第一定位卡槽(101)和所述第二定位卡槽(102)的底面均为平面，所述第一定位卡槽(101)和所述第二定位卡槽(102)的上侧壁均为上小下大的锥面，所述第一定位卡槽(101)和所述第二定位卡槽(102)的下侧壁均为上大下小的锥面。
7.如权利要求1至3中任一项所述的开关式固井滑套，其特征在于：在所述滑套(3)的上部的外周壁上设置至少两个密封圈槽，在所述密封圈槽内分别设置密封圈(9)，当所述开关式固井滑套处于关闭状态时，所述密封圈(9)分布在所述接头开口(5)的两侧；和/或在所述第二接头(2)的上端的外周壁上设置密封圈槽，在所述密封圈槽内设置密封圈(9)；和/或在所述第一接头延伸部(12)的下端面与所述第二接头之间设置密封圈(9)。
8.如权利要求7所述的开关式固井滑套，其特征在于：在所述密封圈(9)外套设支撑环(10)。
9.如权利要求1至3中任一项所述的开关式固井滑套，其特征在于：在所述第一接头的内壁上，和/或在所述第二接头的内壁上，和/或在所述滑套的内壁上和外壁上设有不沾水泥包覆层。
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