CN105298460A - 压裂工具、压裂管串以及压裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压裂工具、压裂管串以及压裂方法。该压裂工具包括筒状本体，设置在本体内的滑套，能滑动地设置在滑套内部的连接套，设置在连接套内并与连接套的下游部分相连的球座，设置在连接套内并处于球座上游的打捞套。在使用这种压裂工具进行压裂时，不需要采用钻除的方式除去球座。

Description

压裂工具、压裂管串以及压裂方法

技术领域

本发明涉及油田完井领域，特别涉及一种压裂工具。本发明还涉及包括这种压裂工具的压裂管串，以及使用这种压裂管串进行压裂的方法。

背景技术

滑套式分段压裂技术是一项重要的油藏储层改造技术，广泛应用于页岩气、煤层气等非常规油气资源的裸眼完井和储层改造施工中。滑套式分段压裂技术通常使用的是投球式多级压裂滑套，这种滑套的施工工艺采用预制管柱下入、投球逐级压裂的施工方式具有施工方便，节约施工时间等优势而广泛使用。但是使用这种投球式多级滑套进行压裂后，需要钻除球座，这需花费大量钻除时间并且钻除成本也比较高，施工风险也很大。因此，需要一种不需要钻除球座的滑套。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种压裂工具。在使用这种压裂工具进行压裂时，不需要采用钻除的方式除去球座。本发明还涉及包括多个这种压裂工具的压裂管串，和使用这种压裂管串进行压裂的方法。

根据本发明的第一方面，提出了一种压裂工具，包括筒状本体，在本体的周向侧壁上设置有贯穿的循环孔，在本体内壁的下游部分构造有凹槽，设置在本体内的滑套，滑套通过第一剪钉与本体相连，滑套的上游部分能遮挡循环孔，在滑套内壁的中部设置有爪槽，在滑套周向外壁的下游部分上设置有卡位件，相对于本体固定的弹性卡勾能径向向外弯曲进入到凹槽内，并且卡勾能与卡位件相接合，能滑动地设置在滑套内部的连接套，连接套的上游部分形成能向外弯曲而与爪槽配合的弹性连接爪，在连接套的下游部分构造有联动槽，在连接爪和联动槽之间形成连接部，设置在连接套内并与连接套的下游部分相连的球座，设置在连接套内并处于球座上游的打捞套，打捞套通过第二剪钉与连接部相连，在打捞槽的处于第二剪钉上游的部分构造有能与连接爪配合的连接槽，在打捞槽的处于第二剪钉下游的部分构造有与联动槽配合的弹性块，在打捞槽内壁的上游构造有打捞结构，

在初始状态中，滑套的上游部分遮挡循环孔，连接爪与爪槽相连，连接槽处于连接爪的下游；在压裂时，投入憋压球并充液憋压到剪断第一剪钉，球座带动连接套和滑套向下游运动而打开循环孔；在取出球座时，下入打捞工具并使打捞工具与打捞套的打捞结构相连，上提打捞工具以剪断第二剪钉、使连接爪与爪槽脱开以使得打捞套、连接套、憋压球和球座与滑套脱离，从而将打捞套、连接套、憋压球和球座从滑套内打捞出来。

根据本发明的压裂工具，其采用投球憋压的方法来压裂，这种压裂方法已经很成熟，方便了现场的压裂施工。特别是，本发明的压裂工具还包括连接套和打捞套，球座与连接套固定相连。在打捞时，打捞套会与连接套相连并且连接套、打捞套、球座以及憋压球会与滑套完全分离，从而上提打捞工具就可将连接套、打捞套、球座以及憋压球从滑套内取出而不需要钻除球座，提高了施工速度，同时降低了施工风险。

在一个实施例中，压裂工具还包括与本体的下游接触的下接头，弹性卡勾设置在下接头的上游端部。下接头能承载本体，并且弹性卡勾设置在下接头的上游端部也便于压裂工具的装配。

在一个实施例中，在球座和连接套之间存在有间隙，在初始状态中，打捞套的处于弹性块下游的部分插入到间隙中并且与球座密封接触。这样设置打捞套能够使在将压裂工具下入到井内时，打捞套会保持稳定。此外，打捞套与球座产生密封接触，避免压裂过程中压裂液冲蚀球座和打捞套的连接处，造成两部件的损伤，降低了施工风险。

在一个实施例中，球座为中空结构，在球座的侧壁上设置有不被憋压球阻挡的贯穿的过流孔，弹性块在联动槽内朝向上游运动的行程大于打捞套与球座重叠部分的长度。通过这种结构，在压裂结束后，使打捞套向上游运动到打捞套与球座完全分离，则过流孔会将憋压球上方和下方的空间连通，从而不需要返排憋压球就可以从井口向井内充入冲洗液。与常规投球滑套压裂技术相比，这大大简化了操作步骤，提高了施工速度，也降低了施工风险。在一个优选的实施例中，在初始状态中，打捞套的下游端部处于过流孔的上游。这样，打捞套与球座重叠部分的长度较短，从而可相应地减小弹性块在联动槽内的行程，这简化了弹性块、联动槽和连接套的制备，降低了生产成本。

在一个实施例中，在滑套内壁的上游部分设置有关闭槽，在滑套内壁的下游部分设置有打开槽。通过设置关闭槽和打开槽，在压裂完成后，可以根据需要随时关闭和打开循环孔，方便施工现场对油井采油的控制。

在一个实施例中，滑套包括固定连接在一起的上滑套和下滑套，上滑套能遮挡循环孔，关闭槽处于上滑套的内壁上，打开槽处于下滑套的内壁上，卡位件处于下滑套的外壁上，爪槽由上滑套和下滑套组合而成。将滑套分成上滑套和下滑套后，方便了设备的加工和装配。

根据本发明的第二方面，提出了一种压裂管串，包括多个根据上文所述的压裂工具，多个压裂工具首尾相连，并且上游压裂工具的打捞套能推动上游压裂工具的球座向下游运动而与下游与之相邻的压裂工具的打捞结构相连接。根据本发明的压裂管串，上游压裂工具的球座实际上形成了下游压裂工具的打捞工具，从而实现一趟管串完成单井全部滑套的打捞工作，且不需要特别生产打捞工具，降低了生产成本。

根据本发明的第三方面，提出了一种使用上文所述的压裂管串进行压裂的方法，包括，步骤一：将压裂管串下入到井内；步骤二：向压裂管串内投入憋压球，充液憋压到剪断所述第一剪钉，球座带动连接套、滑套和打捞套向下游运动而打开循环孔以进行压裂，卡勾与卡位件相接合；压裂完成之后，下入打捞工具并使打捞工具与最上游的压裂工具的打捞结构相连；步骤三：上提打捞工具以剪断所述第二剪钉，继续上提打捞工具使连接爪与爪槽脱开而与连接槽接合，滑套与连接套、打捞套和球座完全脱离；步骤四：下放打捞工具，使打捞套推动连接套和球座朝向下游运动，直到球座与下游相邻的压裂工具的打捞结构相连；步骤五：重复步骤三和步骤四，使所有滑套均与相应的连接套、打捞套和球座脱离，上提打捞工具以将所有的连接套、打捞套、球座和憋压球从压裂管串中打捞出来。

根据本发明的方法，在打捞过程中，可将所有的连接套、打捞套、球座连成串，然后再连同所有的憋压球一起打捞出来，简化了施工步骤。此外，本发明的方法将投球压裂与打捞接合起来，投球压裂确保了压裂过程地顺利进行而打捞方法避免了钻除球座，从而从整体上缩短施工时间并且保证了施工质量。此外，在打捞之前，无需进行憋压球的返排作业，可避免井筒内大量出砂，方便了后续施工。

在一个实施例中，在球座和连接套之间存在有间隙；球座为中空结构，在球座的侧壁上设置有不被憋压球阻挡的贯穿的过流孔；在步骤三中，上提打捞工具，将打捞套从间隙中抽出，使得过流孔将憋压球上方和下方连通。

在一个实施例中，在滑套内壁的上游部分设置有关闭槽，在滑套内壁的下游部分设置有打开槽；在步骤五之后，需要关闭循环孔时，下入关闭工具并使关闭工具与关闭槽接合，上提关闭工具使滑套遮住循环孔；需要再次打开循环孔时，下入打开工具并使打开工具与打开槽接合，下放打开工具使滑套移开循环孔。

在本申请中，用语“上游”是指朝向地面的方向；“下游”是与上游方向相反的方向。用语“初始状态”是指压裂工具装配完成后，在实施压裂之前的状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的压裂工具，其采用投球憋压的方法来压裂，这种压裂方法已经很成熟，方便了现场的压裂施工。(2)压裂工具包括连接套和打捞套，球座与连接套固定相连。在打捞时，打捞套会与连接套相连并且连接套、打捞套、球座以及憋压球会与滑套完全分离，从而上提打捞工具就可将连接套、打捞套、球座以及憋压球从滑套内取出而不需要钻除球座，提高了施工速度，同时降低了施工风险。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的压裂工具的结构示意图。

图2显示了根据本发明的滑套的结构示意图。

图3显示了根据本发明的连接套的结构示意图。

图4显示了根据本发明的球座的结构示意图。

图5显示了根据本发明的打捞套的结构示意图。

图6显示了卡勾与卡位件相结合的示意图。

图7显示了根据本发明的压裂管串在打捞时的连接方式。

图8到图11显示了使用根据本发明的压裂管串进行压裂和打捞的示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的压裂工具10。如图1所示，压裂工具10包括筒状本体11、与本体11的下游端部相连以承载本体11的下接头12、设置在本体11内的滑套20以及设置在滑套20内的内套组件。在下文中将对这些部件或组件进行详细描述。

如图1所示，在本体11的周向侧壁上设置有贯穿的循环孔13，循环孔13可用于压裂施工。在本体11的内壁的下游部分构造有凹槽14，在下文中详细描述凹槽14的作用。

下接头12可通过螺纹连接与本体11相连。在下接头12的上游端部构造有弹性卡勾15。在装配状态中，卡勾15处于凹槽14的区域内，使得卡勾15可径向向外弯曲以与滑套20上的卡位件21相配合。

滑套20设置在本体11内，卡位件21处于滑套20周向外壁的下游部分，在滑套20内壁的中部设置有爪槽23(如图2所示)。在初始状态中，滑套20通过第一剪钉22与本体11相连，并且滑套20的上游部分遮挡住循环孔13。在使用时，将第一剪钉22剪断，滑套20朝向下游运动而移开循环孔13并且卡勾15与卡位件21接合在一起防止滑套20意外朝向上游运动，从而可以进行压裂施工。在一个实施例中，卡位件21可为锯齿形螺纹，并且螺纹朝向上游倾斜。下接头12处于卡位件21的下游，仅卡勾15朝向上游延伸到卡位件21的区域以实现与卡位件21的接合，如图6所示。为了便于制造和组装，将滑套20分成上滑套26和下滑套27来制造，如图2所示。在这种实施例中，上滑套26可遮挡所述循环孔13，爪槽23则由上滑套26和下滑套27组合而成，卡位件21处于下滑套27的外壁上。

内套组件包括连接套30、球座40和打捞套50。连接套30可滑动地设置在滑套20内部。球座40设置在连接套30内并与连接套30的下游部分相连。在一个实施例中，球座40与连接套30为螺纹连接。打捞套50设置在连接套30内并处于球座30的上游。下面对连接套30、球座40和打捞套50进行详细描述。

图3示意性地显示了连接套30的结构。如图1和3所示，连接套30的上游部分形成弹性连接爪31，在连接爪31的端部构造有径向向外凸出的爪凸33。在连接套30的下游部分构造有联动槽32。连接爪31和联动槽32之间形成连接部34。连接爪31呈径向向内收拢状态。在装配状态中，连接爪31由打捞套50撑开并且爪凸33卡入到滑套20的爪槽23内，以将滑套20与内套组件连在一起。

图4示意性地显示了球座40的结构。球座40为中空结构，其用于压裂施工。在压裂过程中，球座40可与投入井内的憋压球41接合在一起。向井内充液憋压到剪断第一剪钉22，球座40可带动连接套30和滑套20向下游运动而打开循环孔13。

图5示意性地显示了打捞套50的结构。打捞套50用于从压裂工具10内打捞内套组件。在打捞槽50内壁的上游构造有打捞结构54，在打捞槽50外壁的中部部分构造有能与连接爪31配合的连接槽52，在打捞槽50的下游部分构造有凸出外壁而与联动槽32配合的弹性块53。弹性块53的结构是本领域的技术人员所熟知的，例如其可在压力下缩回到打捞套50的内部，这里不再赘述其结构。在装配状态和压裂状态中，打捞套50通过第二剪钉51与连接部34相连。在打捞内套组件时，打捞结构54与打捞工具60(如图8所示)相连。向上提拉打捞套50以剪断第二剪钉51，继续向上提拉打捞套50直到爪凸33与爪槽23脱开而与连接槽52接合，从而滑套20与内套组件完全脱离(如图9所示)。应注意地是，弹性块53始终与联动槽32接合，使得内套组件可以作为一个整体运动以实现将内套组件从滑套20内整体打捞出来。

在滑套20内壁的上游部分设置有关闭槽24，在下游部分设置有打开槽25。这样，在压裂完成后，可以根据需要随时关闭和打开循环孔13，方便施工现场对油井的控制。在滑套20构造为上滑套26和下滑套27的情况中，关闭槽24处于上滑套26的内壁上。打开槽25处于下滑套27的内壁上。

还如图1所示，在球座40和连接套30之间存在有间隙70。在初始状态中，打捞套50的处于弹性块53下游的部分插入到间隙70中并且与球座40的外表面密封接触。这可保证打捞套50稳定。此外，由于打捞套50与球座40的外表面的密封接触，避免压裂过程中压裂液冲蚀球座40和打捞套50的连接处，造成两零件的损伤，降低了施工风险。

还如图4所示，在球座40的侧壁上设置有贯穿的过流孔42。过流孔42设置为：在投入憋压球41后，其不会将封住；弹性块53在联动槽32内朝向上游运动的行程大于打捞套50与球座40重叠部分的长度。优选地，在初始状态中，打捞套50的下游端部处于过流孔42的上游，如图1所示。通过这种结构的球座40和打捞套50，在打捞过程中，上提打捞套50剪断第二剪钉51，继续向上提拉打捞套50直到打捞套50与球座40完全分离，则过流孔42将憋压球41上方和下方的空间连通，如图9所示。也就是说，间隙70和过流孔42形成从憋压球41上方到下方的液流通道，如图9中的箭头所示。由此，冲洗液可经过该流动通道而绕过憋压球41向下游流动，实现在不返排憋压球41情况下对井内进行冲砂作业，方便了施工。

在实际施工过程中，根据地质分层情况，可将多个压裂工具10与配套的石油管穿插连接而形成压裂管串(未示出)。在这种压裂管串中，上游压裂工具的打捞套能推动上游压裂工具的球座向下游运动而和下游与之相邻的压裂工具的打捞结构相连接。也就是说，上游压裂工具的球座实际上形成了下游压裂工具的打捞工具，从而实现一趟管串完成单井全部滑套的打捞工作，且不需要特别生产打捞工具，降低了生产成本。图7示意性地显示了在连接管串中，上游球座81与下游打捞套82之间的连接关系。

下面，来描述使用这种压裂管串进行压裂的方法。

步骤一：将压裂管串下入到井内。步骤二：向压裂管串内投入憋压球41，充液憋压到剪断第一剪钉22。球座40带动连接套30、滑套20和打捞套50向下游运动而打开循环孔13以进行压裂，如图8所示。这时，卡勾15与卡位件21相接合。压裂完成之后，下入打捞工具60并使打捞工具60与最上游的压裂工具的打捞结构54相连。步骤三：上提打捞工具60以剪断第二剪钉51。继续上提打捞工具60使连接爪31与爪槽23脱开而与连接槽52接合，这时滑套20与内套组件完全脱离，如图9所示。步骤四：下放打捞工具60，打捞套50推动连接套30和球座40朝向下游运动，直到球座40与下游相邻的压裂工具的打捞结构相连，如图10所示。步骤五：重复步骤三和步骤四，使所有滑套均与相应的内套组件脱离，上提打捞工具60以将所有的内套组件从压裂管串中打捞出来。图11显示了将所有的内套组件取出之后，压裂管串内的结构。

为了向井内充入冲洗液，在步骤三中，上提打捞工具60，将打捞套50从所述间隙中抽出，使得过流孔42将憋压球41上方和下方连通，如图8的箭头所示。

在需要关闭循环孔13时，下入关闭工具(未示出)并使关闭工具与关闭槽24接合，上提关闭工具使滑套20遮住循环孔24。需要再次打开循环孔13时，下入打开工具(未示出)并使打开工具与打开槽25接合，下放打开工具使滑套20移开循环孔13。关闭工具和打开工具是本领域的技术人员所熟知的，这里不再赘述。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (11)

1.一种压裂工具，包括：

筒状本体，在所述本体的周向侧壁上设置有贯穿的循环孔，在所述本体内壁的下游部分构造有凹槽，

设置在所述本体内的滑套，所述滑套通过第一剪钉与本体相连，所述滑套的上游部分能遮挡所述循环孔，在所述滑套内壁的中部设置有爪槽，在所述滑套周向外壁的下游部分上设置有卡位件，

相对于本体固定的弹性卡勾能径向向外弯曲进入到所述凹槽内，并且所述卡勾能与所述卡位件相接合，

能滑动地设置在所述滑套内部的连接套，所述连接套的上游部分形成能向外弯曲而与所述爪槽配合的弹性连接爪，在所述连接套的下游部分构造有联动槽，在所述连接爪和联动槽之间形成连接部，

设置在所述连接套内并与所述连接套的下游部分相连的球座，设置在所述连接套内并处于所述球座上游的打捞套，所述打捞套通过第二剪钉与所述连接部相连，在所述打捞槽的处于第二剪钉上游的部分构造有能与所述连接爪配合的连接槽，在所述打捞槽的处于第二剪钉下游的部分构造有与所述联动槽配合的弹性块，在所述打捞槽内壁的上游构造有打捞结构，

在初始状态中，所述滑套的上游部分遮挡循环孔，所述连接爪与所述爪槽相连，所述连接槽处于所述连接爪的下游；在压裂时，投入憋压球并充液憋压到剪断所述第一剪钉，所述球座带动所述连接套和滑套向下游运动而打开循环孔；在取出球座时，下入打捞工具并使所述打捞工具与所述打捞套的打捞结构相连，上提所述打捞工具以剪断所述第二剪钉、使连接爪与爪槽脱开以使得打捞套、连接套、憋压球和球座与滑套脱离，从而将打捞套、连接套、憋压球和球座从所述滑套内打捞出来。

2.根据权利要求1所述的压裂工具，其特征在于，在所述球座和所述连接套之间存在有间隙，

在初始状态中，所述打捞套的处于弹性块下游的部分插入到所述间隙中并且与所述球座密封接触。

3.根据权利要求2所述的压裂工具，其特征在于，所述球座为中空结构，在所述球座的侧壁上设置有不被憋压球阻挡的贯穿的过流孔，

所述弹性块在所述联动槽内朝向上游运动的行程大于所述打捞套与所述球座重叠部分的长度。

4.根据权利要求3所述的压裂工具，其特征在于，在初始状态中，所述打捞套的下游端部处于所述过流孔的上游。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的压裂工具，其特征在于，在所述滑套内壁的上游部分设置有关闭槽，在所述滑套内壁的下游部分设置有打开槽。

6.根据权利要求5所述的压裂工具，其特征在于，所述滑套包括固定连接在一起的上滑套和下滑套，所述上滑套能遮挡所述循环孔，所述关闭槽处于所述上滑套的内壁上，所述打开槽处于所述下滑套的内壁上，所述卡位件处于所述下滑套的外壁上，所述爪槽由所述上滑套和下滑套组合而成。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的压裂工具，其特征在于，还包括与所述本体的下游接触的下接头，所述弹性卡勾设置在所述下接头的上游端部。

8.一种压裂管串，包括多个根据权利要求1到7中任一项所述的压裂工具，所述多个压裂工具首尾相连，并且上游压裂工具的打捞套能推动上游压裂工具的球座向下游运动而与下游与之相邻的压裂工具的打捞结构相连接。

9.一种使用根据权利要求8所述的压裂管串进行压裂的方法，包括，

步骤一：将所述压裂管串下入到井内；

步骤二：向所述压裂管串内投入憋压球，充液憋压到剪断所述第一剪钉，所述球座带动所述连接套、滑套和打捞套向下游运动而打开循环孔以进行压裂，所述卡勾与所述卡位件相接合；压裂完成之后，下入打捞工具并使打捞工具与最上游的压裂工具的打捞结构相连；

步骤三：上提所述打捞工具以剪断所述第二剪钉，继续上提打捞工具使连接爪与爪槽脱开而与连接槽接合，所述滑套与连接套、打捞套和球座完全脱离；

步骤四：下放所述打捞工具，使所述打捞套推动连接套和球座朝向下游运动，直到所述球座与下游相邻的压裂工具的打捞结构相连；

步骤五：重复步骤三和步骤四，使所有滑套均与相应的连接套、打捞套和球座脱离，上提打捞工具以将所有的连接套、打捞套、球座和憋压球从压裂管串中打捞出来。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述球座和所述连接套之间存在有间隙；球座为中空结构，在球座的侧壁上设置有不被憋压球阻挡的贯穿的过流孔，在所述步骤三中，上提所述打捞工具，将打捞套的从所述间隙中抽出，使得过流孔将所述憋压球上方和下方连通。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在滑套内壁的上游部分设置有关闭槽，在滑套内壁的下游部分设置有打开槽；在所述步骤五之后，需要关闭循环孔时，下入关闭工具并使关闭工具与关闭槽接合，上提关闭工具使所述滑套遮住循环孔；需要再次打开循环孔时，下入打开工具并使打开工具与打开槽接合，下放打开工具使所述滑套移开循环孔。