CN105401917A - 全通径无限级凸轴开关式压裂滑套 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全通径无限级凸轴开关式压裂滑套，解决了现有压裂滑套打开压裂孔时需经过轴向和旋转复合运动导致密封困难等问题。具体包括凸轴开关器、液压开关组件及旋转滑套组件，一方面通过锁块轴向间距判别凸轴开关器与锁块是否作用，另一方面通过两锁块是分别独立运动还是同时运动来判别液压活塞传压孔道是否开通，以两重保险来控制压裂孔的开关；旋转滑套组件仅做周向旋转运动，进而减小密封位置摩擦力，大大降低因滑套旋转不到位导致的压裂通道不能及时打开的概率。

Description

全通径无限级凸轴开关式压裂滑套

技术领域

本发明涉及一种压裂滑套。

背景技术

专利号为201210244529.9的压裂滑套组件，设置“自动圆珠笔结构”，将轴向直线运动转换为周向旋转运动，在地面施加轴向推力就可实现滑套压裂孔的重复开关及压裂通道的循环开启与关闭，控制开关动作需要连续油管等辅助工具完成。此工具形式新颖，较过去的投球式滑套结构有较大改进，但仍存在诸多实际问题：

1、该压裂滑套组件通过辅助工具推动滑爪套内的第一筒状主体产生轴向运动，第一筒状主体的定位肋下端的锥面挤压第二滑套上端的锯齿结构的斜面，第二滑套朝向下游运动使得转动肋与棘轮结构的凹槽分开，并且在锯齿结构的斜面的作用下，第二滑套同时发生转动，当第二滑套移开棘轮结构的凹槽后，即会与棘齿的下一斜面接触，并且在弹性件的张力作用和棘齿斜面的引导作用下，第二滑套继续转动直到转动肋进入下一个定位槽内，弹性件也恢复为未压缩状态。这时，第二滑套上的第二压裂孔偏离壳体上的第一压裂孔，从而关闭或打开压裂通道，压裂滑套组件返回到初始状态。

从该压裂滑套组件的动作过程不难发现，第二滑套的压裂孔打开或关闭时，第二滑套先经历了轴向运动，后经历了轴向和旋转的复合运动。第二滑套的这种复杂运动，必将导致压裂孔密封非常困难，因为在井下高温高压的环境下，想密封这种复杂运动，需大面积使用密封材料和较高的密封压力，这将导致密封位置摩擦力过大，弹簧很难将第二滑套复位，最终导致压裂通道难以打开，延误工期。

2、该专利结构仍需使用连续油管等辅助工具提供压裂滑套组件运动的动力，这将在很大程度上增加工作量和作业成本。如果采用传统投球方式启动运动动力，则传统憋压球的结构尺寸和各级滑套必须存在级差，滑套的通径会因此逐级递减，压裂级数受到限制。

专利201210414978.3滑套开关装置，通过本体上的锁块与滑套内筒的直凸台配合使用，达到开启滑套的目的，形式新颖，较过去的投球等结构有较大改进。但仍诸多实际问题未解决：

①两锁块为镜像对称放置，并被连杆连接在一起。在连杆的连接作用下，两锁块同步运动，即同时伸出或缩进壳体。因两锁块镜像对称放置，外侧为导斜面，内侧为直角边棱，这使得直凸台一类的结构能由两锁块外侧顺利进入到两锁块内侧，但在无连杆的外力帮助下，直凸台一类的结构无法从两锁块脱出，这就埋下了安全隐患。因为滑套开关装置在泵注过程中，很容易遇到与直凸台类似的工具凸台结构，这样的凸台运动到两锁块之间时，很容易被两锁块的直角边棱卡住，无法前进。此时，若井下压裂段没有被打开的反排通道，想要解卡只能下入打捞工具。这为这种现象在水平井中越发明显。

②该专利锁块运动同步，通过锁块轴向间距控制是否啮合，仅有一种结构的识别功能，这与我们常规卡槽结构相似，不能安全高效进行控制。

③受到滑套开关装置设计功能的限制，此工具仅能够打开目的层段压裂孔，无法关闭压裂后的压裂孔，这将导致压裂结束后起管柱过程中，井底高压流体将从压裂孔进入管柱，并涌到地面，造成地面施工困难或危险事故。

④该滑套开关装置不能实现压裂孔的重复开关，因而不能应用于二次压裂工艺当中。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供一种投球式压裂滑套，该压裂滑套在打开压裂孔时，旋转滑套仅做周向旋转运动，因此只需小体积密封圈就可满足压裂孔密封要求，从而减小密封位置摩擦力，大大降低因滑套旋转不到位导致的压裂通道不能及时打开的概率。另外，本发明提供的压裂滑套，采用投球方式提供动力，一方面克服了使用连续油管等辅助工具所带来的不足，另一方面也克服了传统投球方式安全性不高，可控程度低等问题。并且该压裂滑套可打开级数不受限制，可重复开关，还能够根据需要打开任意位置的滑套。

为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案是：一种全通径无限级凸轴开关式压裂滑套，包括凸轴开关器、液压开关组件、旋转滑套组件及下接头，其中：

所述凸轴开关器，沿其本体中心轴向设置节流通道，并沿本体轴向间隔距离L设有外径相同的上凸台和下凸台，且两凸台的下端面均设为导向斜面。

所述液压开关组件，包括开关主体、壳体、上锁块、下锁块、弹性件、单向阀锁销、单向阀组件及活塞，其中：

所述开关主体，其基体为圆环套状，上端与上接头螺纹连接，内径与凸轴开关器的凸台外径相应，其壁内设有传压孔道，该传压孔道的进液口与开关主体内腔连通，其壁上设有压力平衡孔及径向的且与传压孔道连通的上锁槽、下锁槽、单向阀腔，上锁槽和下锁槽的轴向间距为L，单向阀腔设在下锁槽下方，另外，开关主体壁内还设置连通单向阀腔与下锁槽的轴向锁销腔；开关主体外螺纹连接壳体，在壳体与开关主体之间围成密闭容腔，压力平衡孔与该密闭容腔相通。

所述上锁块和下锁块的本体结构相同，均为具有侧斜面及上平面的楔形块，两锁块本体上分别设置纵向贯通传压孔，下锁块的下端面上还设置锁销卡槽，两锁块的侧斜面为连续的上下两级斜面，其中上级斜面与垂直方向所成夹角小于下级斜面与垂直方向所成夹角，两锁块分别通过控制锁块径向往复的弹性件安装在上锁槽和下锁槽内，初始状态时，锁块的斜面部分探出开关主体内壁，锁块上传压孔与传压通道错开，传压孔道为闭路。

所述单向阀组件，由弹簧、弹簧座和钢球组成，单向阀组件安装在单向阀腔内，单向阀的入口为单向阀腔与传压孔道的交接口。

所述单向阀锁销，置于锁销腔内，其上端面为斜面，单向阀锁销的上斜尖部插入到下锁块的锁销卡槽内，其下端面亦设有斜挡面；当下锁块处于初始状态时，单向阀组件处于工作状态；当两锁块均受到径向推力并克服弹性件弹力滑动至两锁块的上级斜面部完全进入锁槽内时，两锁块上传压孔与传压孔道连通，同时单向阀锁销在锁销卡槽下棱边的推动下做轴向向下运动并最终促使单向阀锁销的下斜挡面固定单向阀组件的钢球封堵单向阀腔与传压孔道的交接口。

所述活塞的主体为圆筒状，其上口插入到开关主体的下端口内，二者之间设置密封圈，其中部设有外凸台，外凸台的侧壁设置密封件，外凸台的上下端面分别为活塞的上承压面和下承压面，其下部沿周向设置梳齿状活塞推杆。

所述旋转滑套组件，包括控制基体、推套、旋套、弹簧及旋转套，其中：

所述控制基体为圆筒状，其上端与开关主体的下端螺纹连接，活塞的上承压面、开关主体及控制基体共同围成密闭的活塞腔，该活塞腔与传压孔道相通；其内部设有活塞下行程限位台阶，限位台阶下方的内壁上沿周向均布若干凸肋，凸肋的上端插入到活塞推杆的缝隙之间，其下部设置若干外压裂孔。

所述推套的主体为圆环套状，推套的下端口采用棘齿状分度爪结构，推套的外壁上设置垂直定向插槽，凸肋的下端嵌于定向插槽内，推套的上端面与活塞的下端面相抵。

所述旋套的上端口采用棘齿状滑爪结构，旋套的外壁上设有纵向限位槽，推套及滑套上的分度爪结构、滑爪结构、定向插槽、限位槽及控制基体上的凸肋结构共同配合形成了一种单杆插销式自动圆珠笔机构，在该机构的作用下，旋套下行程时，凸肋嵌于限位槽内，旋套仅做轴向向下运动，旋套上行程时，凸肋脱离限位槽，旋套做向上左旋运动。

旋转套的上部设有与限位槽插接的转动肋，转动肋根部所在的旋转套水平端面与旋套下端面之间沿轴向还固定若干弹簧，旋转套下部为圆套部分，圆套下部设有与控制基体上的外压裂孔相应的内压裂孔，内压裂孔与外压裂孔在同一水平面上，压裂通道关闭时，内压裂孔与外压裂孔相位上相差的角度与旋套上部的相邻两棘齿间的相位角相等，旋转套的下端螺纹连接下接头。

有益效果：

①通过“旋转滑套组件的各零件相互作用关系”的描述可知，本专利在打开或关闭旋转套上的内压裂孔时，旋转套仅进行了周向旋转运动，因此想要密封内压裂孔，只需用O型密封圈等小体积零件即可，这样密封圈与密封主体之间的摩擦力会大幅降低，且有较好的密封作用，大大降低了旋转套旋转不到位的概率。

②本专利只需投入凸轴开关器控制井下压裂通道的开启与关闭，不需下入连续油管等辅助工具控制压裂通道的开关，大大提高了压裂施工的工作效率，节约了人力物力。

③本专利使用的凸轴开关器结构简单，沿下入方向均有45°倒角，不会发生锁卡现象。

④本专利滑套在投入与目的层相匹配的凸轴开关器后，可打开或关闭压裂孔，再次投入相同的凸轴开关器后，可关闭或打开压裂孔，操作方便，结构功能稳定性高，对压裂不满意的层段可重复压裂。

⑤本专利结构采用了旋转循环结构，可实现打开→关闭→打开→关闭的无限次循环，这有利于压裂管柱带压作业施工，以及对未达到增产要求的层段再次进行压裂施工，应用范围得到拓宽。

⑥本专利结构一方面通过锁块轴向间距判别凸轴开关器与锁块是否作用，另一方面通过两锁块是分别独立运动还是同时运动来判别液压活塞传压孔道是否开通，以两重保险来控制压裂孔的开关，安全高效。

附图说明

图1是本发明压裂滑套的整体结构示意图。

图2是凸轴开关器的结构示意图。

图3是开关主体的结构示意图。

图4是下锁块的结构示意图。

图5是图1中I部分结构示意图。

图6是单向阀锁销的结构示意图。

图7是活塞的结构示意图。

图8是控制基体的结构示意图。

图9是推套的结构示意图。

图10是旋套的结构示意图。

图11是旋转套的结构示意图。

图12A是凸轴开关器下凸台下边缘与上锁块的一级斜面上边缘接触状态图。

图12B是凸轴开关器下凸台下边缘与上锁块的二级斜面上边缘接触状态图。

图12C是凸轴开关器下凸台下边缘通过二级斜面时的状态图。

图12D是凸轴开关器下凸台下边缘通过二级斜面时的状态图。

图13是传压通道被打开时的状态图。

图14A是推套开始推动旋套时时的状态图。

图14B是推套推动旋套至凸肋尖与滑爪的棘齿尖顶对时的状态图。

图14C是弹簧恢复弹力时旋套运动状态图。

图14D是旋套左旋向上运动停止状态图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明做进一步的说明：

实施例1

由图1所示：一种全通径无限级凸轴开关式压裂滑套，包括凸轴开关器1、液压开关组件、旋转滑套组件及下接头，其中：

所述凸轴开关器，如图2所示：沿其本体中心轴设置节流通道1-3，并沿本体轴向间隔距离L设有上凸台1-1和下凸台1-2，两凸台的外径相同，且凸台和本体下游棱边均有与轴向呈45°的导向斜面1-4，目的是防止凸轴开关器1泵送过程中遇阻，发生卡顿现象。

所述液压开关组件，包括开关主体2、环形弹簧3、上锁块4、下锁块5、单向阀锁销6、壳体10、单向阀组件及活塞12，其中：

开关主体2，如图3所示：其基体为圆环套状，上端与上接头螺纹连接，内径与凸轴开关器1的凸台外径相应，其壁内设有传压孔道2-1，该传压孔道2-1的进液口与开关主体内腔连通，其壁上设有压力平衡孔2-4及径向的且与传压孔道2-1连通的上锁槽2-2、下锁槽2-3、单向阀腔2-6，上锁槽2-2和下锁槽2-3的轴向间距为L，单向阀腔2-6设在下锁槽2-3下端，另外，开关主体2壁内还设置连通单向阀腔2-6与下锁槽2-3的轴向锁销腔2-5。继续由图1所示：开关主体2外螺纹连接壳体10，在壳体10与开关主体2之间围成密闭容腔2-7；压力平衡孔2-4可使工具内（油管内）压力与上接头和密闭容腔的压力相等，避免压差诱发锁块提前运动。

上锁块4和下锁块5的本体结构相同，均为具有侧斜面及上平面的楔形块，如图4所示：两锁块本体上分别设置纵向贯通传压孔5-5，两锁块的右侧端面设置弹簧限位槽5-4，下锁块的下端面上还设置锁销卡槽5-3，两锁块的侧斜面是连续的上下两级斜面，其中上级斜面5-1与垂直方向所成夹角θ₁小于下级斜面5-2与垂直方向所成夹角θ₂，也就是说凸轴开关器1通过一级斜面5-1的节流压差要比通过二级斜面5-2的节流压差小。初始状态下，环形弹簧3将上锁块4及下锁块5分别紧压在上锁槽2-2及下锁槽2-3内部，锁块的一级斜面5-1与二级斜面5-2凸出于开关主体的内壁，且两锁块的传压孔5-5与传压孔道2-1相错，传压孔道2-1为闭路。

所述单向阀组件，如图5所示：由弹簧7、弹簧座8和钢球9组成，单向阀组件安装在单向阀腔2-6内，单向阀的入口为单向阀腔2-6与传压孔道2-1的交接口。

单向阀锁销6，如图6所示：置于锁销腔2-5内，其上端面为斜面6-1，单向阀锁销的上斜尖部插入到下锁块的锁销卡槽5-3内，其侧面设有导向销钉6-2，同时在锁销腔2-5内设置导向销钉6-2上下运动的轨道，可确保单向阀锁销6不发生绕轴心的旋转运动，其下端面亦为斜挡面6-3。当下锁块5在初始位置时，单向阀锁销6可在锁销卡槽5-3和钢球9之间串动，此时单向阀组件发挥正常功能；当下锁块5沿径向推出时，锁销卡槽5-3左下方的棱边压着斜面6-1，使下锁块5推动单向阀锁销6做轴向向下的运动，单向阀锁销6下端斜挡面6-3顶在钢球壁上，使钢球9牢牢固定在单向阀腔2-6内，此时单向阀组件中的钢球封堵住单向阀腔2-6与传压孔道2-1的交接口。

所述活塞12，如图7结合图1所示：主体为圆筒状，其上口插入到开关主体2的下端口内，二者之间设置密封圈，活塞12的中部设有外凸台，外凸台的侧壁设置密封件，外凸台的上下端面分别为活塞的上承压面12-1和下承压面12-2，其下部沿周向设置梳齿状活塞推杆12-3，活塞推杆12-3起到将轴向推力传递给旋转滑套组件的桥梁作用。

所述旋转滑套组件，包括控制基体13、推套14、旋套15、弹簧16及旋转套17，其中：

所述控制基体13，如图8结合图1所示：其主体为圆筒状，其上端口与开关主体2的下端螺纹连接，活塞的上承压面12-1、开关主体2及控制基体13共同围成密闭的活塞腔11，该活塞腔11与开关主体内的传压孔道2-1相通；其内部设有活塞下行程限位台阶13-1，限位台阶13-1下方的内壁上沿周向均布凸肋13-2，凸肋13-2的下端面设为导斜面，并在底部形成一个尖部13-3，凸肋13-2的上端插入到活塞推杆12-3的缝隙之间，通过该凸肋13-2控制活塞12不能发生周向旋转，控制基体13的下部设置若干外压裂孔13-4；

所述推套14，如图9结合图1所示：其主体为圆环套状，推套14的外壁上设置四个垂直定向插槽14-1，凸肋13-2嵌于定向插槽14-1内，从而使推套14只能做轴向运动，不能进行旋转运动。推套14的下端口采用棘齿状分度爪结构，分度爪的数量设为8个，推套14的上端面与活塞连杆12-3的下端面相抵。

所述旋套15，如图10所示：其主体为圆环套状，其上端口采用棘齿状滑爪结构，滑爪的数量也为8个，并与推套14的棘齿状分度爪结构相互配合，旋套15的外壁上设有4个纵向限位槽15-1。

上述推套14上的棘齿状分度爪结构、滑套15上的棘齿状滑爪结构、控制基体13上的凸肋13-2、定向插槽14-1及限位槽15-1结构相互配合形成了一种单杆插销式自动圆珠笔机构，在该机构的作用下，旋套15处于下行程时，因有凸肋13-2嵌于限位槽15-1内，使旋套15仅做轴向向下运动，在旋套15上行程时，凸肋13-2下端面的导斜面设计配合脱离限位槽15-1，使旋套15则可做向上左旋运动。

所述旋转套17，如图11结合图1所示：其上部设有与限位槽15-1插接的转动肋17-1，转动肋17-1根部所在的旋转套水平端面与旋套下端面之间沿周向还固定若干弹簧16，其下部为圆套部分，圆套下部设有与控制基体上的外压裂孔13-3相应的内压裂孔17-2，内压裂孔17-2的周围设置密封件，旋转套17的下端螺纹连接下接头18。上述转动肋17-1始终插在限位槽15-1内，当旋套15做向上左旋运动时，由于有转动肋17-1的作用，旋转套17并不做轴向向上运动，而是只可做旋转运动，从而使内压裂孔17-2的密封更易于控制，这也是与背景专利结构相比的一大优点。

初始位置时，内压裂孔17-2与外压裂孔13-3在同一水平面上，相位上相差45°，即压裂通道处于关闭状态。当旋转套17旋转45°时，内压裂孔17-2与外压裂孔13-3重合，即压裂通道开启。

下面具体说明本发明压裂滑套是如何进行工作的：

一、控制某一层段压裂通道的开启与关闭

①凸轴开关器经过上锁块

当压裂管柱及工具下入井底设计位置，水力锚和封隔器完成锚定和座封过程时，从井口投入能够打开需要压裂层段压裂通道的凸轴开关器1，井口施加小排量泵送凸轴开关器1到达目的位置。当凸轴开关器1运动到目的层时，如图12A所示：凸轴开关器1的下凸台1-2下边缘先与上锁块4的一级斜面5-1上边缘接触，当节流压差由0到1.5MPa时，下凸台1-2下边缘运动至二级斜面5-2上边缘，如图12B所示，此时上锁块4的锁块传压孔5-5与传压孔道2-1重合，即上锁块4不再有封闭传压孔道2-1的作用，但由于下锁块5仍处于初始位置，并对传压孔道2-1封闭，所以凸轴开关器1因节流压差产生的高压液体始终不能通过传压孔道2-1作用于活塞腔11去推动活塞12运动。继续提高液体流速，凸轴开关器1产生节流压差由1.5MPa提高到4MPa时，下凸台1-2下边缘运动至二级斜面5-2下端，如图12C所示，而后下凸台1-2将顺利通过上锁块4，上锁块4最终在环形弹簧3的回弹力作用下复位至初始位置，如图12D所示。

②凸轴开关器经过下锁块，启动活塞轴向运动

凸轴开关器1同时推开并经过上锁块4和下锁块5的运动过程与凸轴开关器下凸台1-2推开并经过上锁块4的运动过程相同，在此不再详细叙述。由于凸轴开关器1同时控制上锁块4和下锁块5的径向运动，因此需要凸轴开关器1产生的推力较推开单个锁块的推力增大一倍，即节流通道1-3的节流压差增大一倍。

向工具内泵注流体，当凸轴开关器1节流压差由0增到3MPa，即凸轴开关器1上方的液体压力高于下方流体压力3MPa时，如图13所示，两凸台的下边缘由两锁块的一级斜面5-1的上边缘运动至二级斜面5-2的上边缘，两个锁块沿径向向外运动，使传压孔5-5与传压孔道2-1重合，传压孔道2-1形成通路，同时锁块销槽5-3左下方的棱边压着导斜面6-1，使下锁块5推动单向阀锁销6做轴向向下的运动，将单向阀锁销6的下端斜挡面6-3牢牢顶在钢球9上，钢球9堵住单向阀腔与传压孔道2-1的交接口，活塞腔11内高压流体不会通过单向阀腔2-6泄压。

此时凸轴开关器1上方因节流损失产生的高压流体通过传压孔道2-1进入活塞腔11，作用在活塞12的上承压面12-1上，活塞12的下承压面12-2与凸轴开关器1下方的低压流体直接接触，又因上承压面12-1与下承压面12-2的有效承压面积相等，则活塞将承受轴向向下的作用力。继续提高泵注流体速度，使凸轴开关器1的节流压差增加至4MPa，此时活塞由初始位置运动到最下端的限位台阶13-1，此过程中，两锁块虽发生径向运动趋于封闭传压孔道2-1，但两锁块径向运动较小，传压孔道2-1始终保持通路。

在活塞12由初始位置运动到最下端的过程中，推力由活塞推杆12-3传递给旋转滑套组件。

③旋转滑套组件联动，开启或关闭压裂通道

如图14A所示，活塞推杆12-3将推力传递给推套14，推套14下端的分度爪沿轴向压动旋套15的滑爪，此过程中因为插接于推套定向插槽14-1及限位槽15-1上的凸肋13-2的作用，分度爪和滑爪不会产生滑动旋转，所以旋套15仅发生轴向向下运动，同时压缩弹簧16；当活塞12运动至限位台阶13-1时，凸肋的尖部13-3与滑爪的棘齿尖刚好顶对，如图14B所示；此时，因凸肋13-2不再限制旋套15的周向运动，在弹簧16的恢复力的作用下，旋套15的滑爪会沿与之接触的分度爪和凸肋下端的导斜面产生左旋向上滑动，直至旋套15棘齿尖与分度爪斜面再次接触而停止运动，如图14C所示，这时，因仍有活塞12限制推套14的轴向运动，弹簧16的恢复力无法推动旋套15完成余下的左旋向上运动。于是地面继续提高泵注排量，直至凸轴开关器1产生的节流压差足以使其本身顺利通过液压开关组件，这时凸轴开关器1在液压开关组件内部产生的节流压差消失，活塞12的上承压面12-1与下承压面12-2受到的压力将相等，则活塞12不再受到轴向向下的推力，同时上锁块4和下锁块5恢复初始位置，传压孔道2-1关闭，且单流阀组件恢复单流功能；此时，活塞腔11被封闭，但活塞腔11内高压液体可通过单流阀腔2-6进入工具内(油管内)，而工具内(油管内)液体不能进入活塞腔11内，也就是说，弹簧16可以继续推动旋套15完成左旋向上的运动，不会因活塞腔11内憋，而产生旋套15推不动推套14和活塞12的现象。最终，在弹簧16的恢复力作用下，凸肋13-2的下端将卡在旋套15的两滑爪之间的凹陷部分，活塞12及推套14也将恢复初始位置，如图14D所示。

旋套15左旋向上运动同时带动了旋转套17的周向旋转运动，因转动肋17-1可在限位槽15-1内做轴向运动，消除了旋转套17的轴向运动，最终旋转套内压裂孔17-2转过了45°，使内压裂孔17-2与外压裂孔13-4重合或交错，即实现了压裂通道的打开与关闭。

该旋转滑套组件优点在于，凸轴开关器1每控制旋转滑套组件运动一次，旋转套17均旋转45°，最终旋转滑套组件均恢复初始位置，为下一次打开或关闭压裂通道做好准备。

当凸轴开关器1完成打开或关闭压裂层段的任务时，从地面继续以小排量泵送凸轴开关器1至人工井底，这样将不影响后面对其他待压裂或已压裂层段的压裂通道的控制。

二、凸轴开关器控制不同层段压裂通道的开启与关闭

凸轴开关器1想打开目的层段的压裂通道，应满足的条件是：凸轴开关器上凸台1-1和下凸台1-2之间的距离与上锁块4和下锁块5之的距离应相等，才可打开传压孔道2-1，进而最终打开压裂通道。若两距离不相等，传压孔道2-1将不能形成通路，即：一个锁块传压孔5-5打开，另一个锁块传压孔道5-5关闭，则传压孔道2-1始终被一个锁块关闭，流体压力不能作用于活塞腔11内，此时活塞12始终没有轴向推力。

从以上叙述可知，预控制不同层段压裂通道的开关，需将不同层段的液压开关组件中的上锁块4和下锁块5之间距离设置为不相等。当我们想打开某一层段压裂孔道时，只需投入的凸轴开关器的两凸台间距离与该层段锁块间距离相等即可，而此凸轴开关器1凸台间距离与其他层段液压开关组件锁块间距离不相等，也就不会对其产生压裂通道开启与关闭的动作(因为上锁块4和下锁块5没有同时运动)。控制同一层段压裂通道的开启或关闭，需两次投入相同的凸轴开关器1，若要重复开关同一层段压裂通道，需多次投入相同的凸轴开关器1，压裂通道将循环开启与关闭。

三、同时压裂多个层段的施工过程

若要实现同时压裂多个层段的施工过程，需分别向井筒内投入与待压裂层段液压开关组件相匹配的凸轴开关器1，打开待压裂层段的压裂通道。当所有待压裂层段的压裂通道全部打开时，进行一次性的笼统压裂。

四、凸轴开关器的回收与处理

当凸轴开关器1与目的层段的液压开关组件作用完毕，继续泵注流体，将其推送至人工井底位置，目的是不影响对后续对已压裂层段和待压裂层段进行压裂通道开启与关闭的动作。当所有压裂施工完毕，将压裂管柱起出，所有的凸轴开关器1将同压裂管柱一起带到地面，拆卸后可再次下井二次利用。

Claims (1)

1.一种全通径无限级凸轴开关式压裂滑套，包括凸轴开关器、液压开关组件、旋转滑套组件及下接头，其特征在于：

所述凸轴开关器，沿其本体中心轴向设置节流通道，并沿本体轴向间隔距离L设有外径相同的上凸台和下凸台，且两凸台的下端面均设为导向斜面；

所述液压开关组件，包括开关主体、壳体、上锁块、下锁块、弹性件、单向阀锁销、单向阀组件及活塞，其中：

所述开关主体，其基体为圆环套状，上端与上接头螺纹连接，内径与凸轴开关器的凸台外径相应，其壁内设有传压孔道，该传压孔道的进液口与开关主体内腔连通，其壁上设有压力平衡孔及径向的且与传压孔道连通的上锁槽、下锁槽、单向阀腔，上锁槽和下锁槽的轴向间距为L，单向阀腔设在下锁槽下方，另外，开关主体壁内还设置连通单向阀腔与下锁槽的轴向锁销腔；开关主体外螺纹连接壳体，在壳体与开关主体之间围成密闭容腔，压力平衡孔与该密闭容腔相通；

所述上锁块和下锁块的本体结构相同，均为具有侧斜面及上平面的楔形块，两锁块本体上分别设置纵向贯通传压孔，下锁块的下端面上还设置锁销卡槽，两锁块的侧斜面为连续的上下两级斜面，其中上级斜面与垂直方向所成夹角小于下级斜面与垂直方向所成夹角，两锁块分别通过控制锁块径向往复的弹性件安装在上锁槽和下锁槽内，初始状态时，锁块的斜面部分探出开关主体内壁，锁块上传压孔与传压通道错开，传压孔道为闭路；

所述单向阀组件，由弹簧、弹簧座和钢球组成，单向阀组件安装在单向阀腔内，单向阀的入口为单向阀腔与传压孔道的交接口；

所述单向阀锁销，置于锁销腔内，其上端面为斜面，单向阀锁销的上斜尖部插入到下锁块的锁销卡槽内，其下端面亦设有斜挡面；当下锁块处于初始状态时，单向阀组件处于工作状态；当两锁块均受到径向推力并克服弹性件弹力滑动至两锁块的上级斜面部完全进入锁槽内时，两锁块上传压孔与传压孔道连通，同时单向阀锁销在锁销卡槽下棱边的推动下做轴向向下运动并最终促使单向阀锁销的下斜挡面固定单向阀组件的钢球封堵单向阀腔与传压孔道的交接口；

所述活塞的主体为圆筒状，其上口插入到开关主体的下端口内，二者之间设置密封圈，其中部设有外凸台，外凸台的侧壁设置密封件，外凸台的上下端面分别为活塞的上承压面和下承压面，其下部沿周向设置梳齿状活塞推杆；

所述旋转滑套组件，包括控制基体、推套、旋套、弹簧及旋转套，其中：

所述控制基体为圆筒状，其上端与开关主体的下端螺纹连接，活塞的上承压面、开关主体及控制基体共同围成密闭的活塞腔，该活塞腔与传压孔道相通；其内部设有活塞下行程限位台阶，限位台阶下方的内壁上沿周向均布若干凸肋，凸肋的上端插入到活塞推杆的缝隙之间，其下部设置若干外压裂孔；

所述推套的主体为圆环套状，推套的下端口采用棘齿状分度爪结构，推套的外壁上设置垂直定向插槽，凸肋的下端嵌于定向插槽内，推套的上端面与活塞的下端面相抵；

所述旋套的上端口采用棘齿状滑爪结构，旋套的外壁上设有纵向限位槽，推套及滑套上的分度爪结构、滑爪结构、定向插槽、限位槽及控制基体上的凸肋结构共同配合形成了一种单杆插销式自动圆珠笔机构，在该机构的作用下，旋套下行程时，凸肋嵌于限位槽内，旋套仅做轴向向下运动，旋套上行程时，凸肋脱离限位槽，旋套做向上左旋运动；

旋转套的上部设有与限位槽插接的转动肋，转动肋根部所在的旋转套水平端面与旋套下端面之间沿轴向还固定若干弹簧，旋转套下部为圆套部分，圆套下部设有与控制基体上的外压裂孔相应的内压裂孔，内压裂孔与外压裂孔在同一水平面上，压裂通道关闭时，内压裂孔与外压裂孔相位上相差的角度与旋套上部的相邻两棘齿间的相位角相等；旋转套的下端螺纹连接下接头。