CN105484718B - 滑套组件和压裂管柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滑套组件和压裂管柱。该滑套组件包括复合滑套，其包括外套和能与外套的内壁滑动式配合的内套，在外套上设置有压裂孔，在内套的内壁上构造有阻挡体，用于复合滑套的打开工具，打开工具能与阻挡体接合并与内套密封接触。当滑套组件处于初始状态时，内套通过剪钉与外套相连并挡住压裂孔；当下入打开工具后，打开工具与阻挡体接合并与内套密封接触；当内套内憋压到预定压力时，剪钉被剪断，打开工具带动内套向下游运动以使压裂孔露出而建立压裂通道。这种滑套组件不需要开关管柱，使得压裂施工更加方便。

Description

滑套组件和压裂管柱

技术领域

本发明涉及油气田压裂领域，特别涉及一种滑套组件。本发明还涉及包括这种滑套组件的压裂管柱。

背景技术

滑套式分段压裂技术作为油气资源开采的一种重要手段，广泛应用于储层改造。在现有技术中，常见的滑套有机械开关式滑套。机械开关式滑套则是与压裂管柱一起下入井内，通过专用的开关工具进行打开和关闭。

机械开关式滑套存在以下不足：机械开关式滑套通过下入配套的开关管柱实现滑套的打开，这要求多次起下开关管柱，这导致施工不便。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种滑套组件。这种滑套组件不需要开关管柱，使得压裂施工更加方便。本发明还涉及包括这种滑套组件的压裂管柱。

根据本发明的第一方面，提出了一种滑套组件，包括复合滑套，其包括外套和能与外套的内壁滑动式配合的内套，在外套上设置有压裂孔，在内套的内壁上构造有阻挡体，用于复合滑套的打开工具，打开工具能与阻挡体接合并与内套密封接触，当滑套组件处于初始状态时，内套通过剪钉与外套相连并挡住压裂孔；当下入打开工具后，打开工具与阻挡体接合并与内套密封接触；当在内套内憋压到预定压力时，剪钉被剪断，打开工具带动内套向下游运动以使压裂孔露出而建立压裂通道。

根据本发明的滑套组件，在内套的内壁上构造有阻挡体。通过投入打开工具并使打开工具与阻挡体接合，就能实现滑套组件的自动打开，完全不需要开关管柱。施工方便，速度快。

在一个实施例中，阻挡体包括凸出内套的内壁并间隔开的多个凸起，在相邻的凸起之间形成滑槽，打开工具包括柱状主体，在柱状主体的侧壁上构造有宽度大于滑槽的宽度的键以使得阻挡体能阻挡打开工具。根据这种结构的阻挡体和打开工具，由于键的宽度大于滑槽的宽度，因此键不能穿过滑槽而是停留在滑槽的上方从而实现打开工具与阻挡体的接合。也就是说，打开工具与阻挡体的接合仅与滑槽和键的宽度有关，而与凸起的厚度无关，从而可将凸起的厚度设置为较小。在一个实施例中，凸起的厚度与内套的内径之比在1:10。凸起的厚度如此小而不会影响内套内流体的流动，因此在压裂施工结束后，不需要将该凸起钻除。这简化了压裂施工，并且避免了钻除可能带来的风险。

在一个实施例中，在内套上还构造有处于滑槽上游并与滑槽连通的引导区，引导区的宽度从上游到下游逐渐缩窄。在一个实施例中，在键的下游端部还设置有与引导区相匹配的导向头。通过构造引导区和导向头，在打开工具运动到引导区后，导向头会引导键或打开工具沿着引导区向下游运动并自动到达滑槽位置，完全不必在地面上控制打开工具在井下的运动，这大大方便了压裂施工。

在一个具体的实施例中，多个凸起中的每一个包括处于其中部的滑槽部，滑槽部的边缘与内套的母线平行；以及从凸起的上游端部延伸到滑槽部处的引导部，引导部的边缘与滑槽部的边缘之间形成钝角，在相邻的凸起的滑槽部之间形成滑槽，在相邻的凸起的引导部之间形成引导区。这种凸起易于加工成型，方便了滑套组件的制造。

在一个实施例中，在打开工具的柱状主体的上游和/或下游安装有径向向外伸展的弹性密封件，以使打开工具能与内套密封接触。弹性密封件用于实现打开工具与内套的密封接触，而柱状主体上的键用于实现打开工具与阻挡体接合。由此对于弹性密封件而言，仅需要着重考虑其密封接触的功能，而不必考虑其是否能将打开工具与阻挡体接合。对于键而言，仅需要考虑其将打开工具与阻挡体接合的作用，而不必考虑其密封接触的功能。这样，就极大地扩大了弹性密封件和键的材料选择范围以及加工工艺，方便了打开工具的制造。

在一个优选的实施例中，弹性密封件包括与柱状主体固定相连的刚性杆和安装在刚性杆上的径向向外伸展的多个弹性翅片，多个弹性翅片沿打开工具的轴向间隔式分布。通过这种结构，在弹性密封件损坏后，可以方便地更换弹性密封件而不需要更换整个打开工具，这不但方便了滑套组件的维护，而且大大降低了滑套组件的维护费用。

根据本发明的第二方面，提出了一种压裂管柱，其包括串联设置的多个根据上文所述滑套组件，阻挡体包括凸出内套的内壁并间隔开的多个凸起，在相邻的凸起之间形成滑槽，打开工具包括柱状主体，在柱状主体的侧壁上构造有宽度大于滑槽的宽度的键，每个滑套组件具有一个特定的打开工具，从上游的滑套组件到下游的滑套组件，滑槽的宽度逐渐缩窄。对于某一滑套组件而言，处于其上游的滑套组件的滑槽的宽度大于其打开工具的键的宽度。

根据本发明的压裂管柱，从上游到下游不同滑套组件的滑槽从宽度逐渐缩窄，不同滑套组件的打开工具的键的宽度也因此而不相同。也就是说，不同的滑套组件通过其滑槽宽度而实现分级，而与凸起的厚度无关。由此，可将凸起的厚度设置为较小，在压裂施工结束后，也就不需要将凸起钻除。

在一个实施例中，多个滑套组件的凸起的厚度为相等。这样，压裂施工结束后，在压裂管柱内实现了全通径，有利于后期作业液体的返排和后续工具的下入。

在一个实施例中，滑槽的长度大于或等于键的长度。在从井口投入打开工具后，在打开工具向下游运动过程中，滑槽会对于打开工具起到导向作用，使打开工具沿着压裂管柱顺利下行而不与内套发生碰撞，避免了滑套组件因碰撞而意外损坏。

在本申请中，用语“上游”是指朝向地面的方向。用语“下游”是指朝向地层深处的方向。用语“初始阶段”是指是在滑套组件打开之前的状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的滑套组件，在内套内构造有阻挡体。通过投入打开工具并使打开工具与阻挡体接合，就能实现滑套组件的自动打开，完全不需要开关管柱。施工方便，速度快。(2)根据本发明的压裂管柱，从上游到下游不同滑套组件的滑槽从宽度逐渐缩窄，不同滑套组件的打开工具的键的宽度也因此而不相同。也就是说，不同的滑套组件通过其滑槽宽度而实现分级，而与凸起的厚度无关。由此，可将凸起的厚度设置为较小，在压裂施工结束后，也就不需要将凸起钻除。

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示意性地显示了根据本发明的滑套组件的复合滑套的结构。

图2示意性地显示了根据本发明的套组件的阻挡体的结构图。

图3示意性地显示了根据本发明的套组件的打开工具的立体图。

图4示意性地显示了根据本发明的套组件的打开工具的结构图。

图5示意性地显示了打开工具与复合滑套接合在一起的状态。

图6示意性地显示了在图5的状态中，键与滑槽的位置关系。

图7示意性地显示了根据本发明的压裂管柱的结构。

图8示意性地显示了在本发明的压裂管柱中，用于下游的滑套组件的打开工具穿过上游的滑套组件时，键与滑槽的位置关系。

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显示了根据本发明的滑套组件的复合滑套10的结构示意图。如图1所示，复合滑套10包括外套11和设置在外套11内的内套12。在外套11的侧壁上设置有压裂孔13。在内套12的内壁上构造有阻挡体20。在初始状态中，内套12通过剪钉14与外套11相连，并且挡住压裂孔13。在向复合滑套10内投入打开工具30(如图3和4所示)后，打开工具30会与阻挡体20接合并与内套12密封接触。向内套12内充液并憋压。在内套12憋压到将剪钉14剪断之后，内套12可沿着外套11的内壁向下游滑动，从而使压裂孔13露出而建立压裂通道，在下文中将对该过程进行详细描述。

在内套12的上游部分设置有第一定位槽15，在下游部分设置有第二定位槽16。在油气开采后期如遇产层出水等情况，可下入配套的开关工具(未示出)与第一定位槽15或第二定位槽16，以关闭复合滑套10，达到封堵底水的目的。

图2示意性地显示了多个阻挡体20的结构。应理解地是，在图2中是将多个阻挡体20展开到平面中来看。实际上，多个阻挡体20在内套12的内壁上围成一个圆周。每个阻挡体均由两个相邻设置的凸起组成，这些凸起的结构完全相同，这里仅以一个凸起为例进行描述。如图2所示，凸起21构造为包括处于其中部的滑槽部22和从凸起21的上游端部23延伸到滑槽部22处的引导部24。滑槽部22的边缘29与内套12的母线平行；而引导部24的边缘28与滑槽部22的边缘29之间形成钝角α。这样，相邻并间隔设置的两个凸起就形成了一个阻挡体，相邻的滑槽部22之间形成了滑槽25，相邻的引导部24之间形成引导区26。将在下文中详细描述滑槽25和引导区26的用途。

如图3和4所示，打开工具30包括柱状主体31，在柱状主体31的侧壁上构造有键32。键32的宽度L1大于相应的滑槽25的宽度L2(如图6所示)。在将打开工具30投入到复合滑套10内之后，由于键32不能穿过滑槽25而被滑槽25挡住，从而实现打开工具30与阻挡体20的接合(如图6所示)。也就是说，打开工具30与阻挡体20的接合仅与键32的宽度L1和滑槽25的宽度L2有关，而与凸起21的厚度无关，从而可将凸起21的厚度设置为较小。在一个实施例中，凸起21的厚度与内套12的内径之比在1:10。凸起21的厚度如此小而不会影响内套12内流体的流动。在压裂施工结束后，也就不需要将凸起21钻除。这简化了压裂施工，并且避免了复合滑套10内的钻除施工可能带来的风险。

在打开工具30与阻挡体20接合后，为了能实现在内套12内憋压，还在打开工具30上设置了径向向外伸展的弹性密封件。如图3和图4所示，弹性密封件包括与柱状主体31固定相连的刚性杆33和安装在刚性杆33上的多个弹性翅片34。多个弹性翅片34沿打开工具30的轴向间隔式分布并且径向向外伸展。在一个优选的实施例中，弹性翅片34的直径大于内套12的内径。例如，弹性翅片34的直径与内套12的内径之比在1:10。在另一个实施例中，在柱状主体31的上游和下游均安装有这种弹性密封件。这样，在将打开工具30下入到复合滑套10内时，弹性翅片34会发生变形而有助于打开工具30的运动。在打开工具30与阻挡体20接合后，弹性翅片34会自动与内套12实现密封接触，如图5所示。多个弹性翅片34会实现多道密封，从而提高弹性密封件与内套12密封性能。

如图6所示，在键32的下游端部还构造有导向头35，并且导向头35的形状与引导区26的相匹配。如图2和6所示，引导区26的宽度从上游向下游逐渐缩窄，导向头35也呈锥形，并且导向头35的两条斜边的斜度与引导部24的边缘28的斜度相等。在将打开工具30投入到复合滑套10内之后，即使键32没有与滑槽25正对，在导向头35的引导作用下，打开工具30也会自动朝向下游运动并直到键32运动到滑槽25处。这样就无需在地面上控制打开工具30在井下的运动，大大方便了压裂施工。

打开工具30还构造为中空结构，这有助于在压裂施工结束后，将打开工具30返排到地面。这样，打开工具30可以重复使用，降低了压裂施工成本。

本发明还涉及包括多个如上文所述的滑套组件的压裂管柱70，如图7所示。压裂管柱70的每个滑套组件各自具有一个特定的打开工具，即该滑套组件的复合滑套仅能使用该特定的打开工具打开，其他的打开工具不能将该复合滑套打开。这些滑套组件串联连接并且设置为：从上游的滑套组件到下游的滑套组件，滑槽的宽度逐渐缩窄。例如，如图7所示，滑套组件71的滑槽的宽度小于滑套组件72的滑槽的宽度，滑套组件72的滑槽的宽度小于滑套组件73的滑槽的宽度。此外，对于滑套组件71而言，处于其上游的滑套组件72、73的滑槽的宽度大于滑套组件71的打开工具的键的宽度。在进行压裂施工时，首先向压裂管柱70投入最下游的滑套组件71的打开工工具。滑套组件71的打开工工具的键的宽度小于滑套组件72、73的滑槽的宽度，因此滑套组件71的打开工工具能穿过滑套组件72、73而与滑套组件71接合。图8示意性地显示了在打开工具运动过程中，键75穿过较宽的滑槽74的过程。

优选地，在压裂管柱70中，所有的凸起的厚度为相等。这样，在压裂施工结束后，在压裂管柱70内实现了全通径，有利于后期作业液体的返排和后续工具的下入。

还优选地是，滑槽74的长度大于或等于键75的长度。这样，在打开工具向下游运动过程中，滑槽74会对于打开工具起到导向作用，使打开工具沿着压裂管柱70顺利下行而不与内套发生碰撞，避免了滑套组件或压裂管柱70因碰撞而意外损坏。

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 (9)

1.一种滑套组件，包括：

复合滑套，其包括外套和能与所述外套的内壁滑动式配合的内套，在所述外套上设置有压裂孔，在所述内套的内壁上构造有阻挡体，

用于所述复合滑套的打开工具，所述打开工具能与所述阻挡体接合并与所述内套密封接触，

其中，当所述滑套组件处于初始状态时，所述内套通过剪钉与所述外套相连并挡住所述压裂孔；当下入所述打开工具后，所述打开工具与所述阻挡体接合并与所述内套密封接触；当在所述内套内憋压到预定压力时，所述剪钉被剪断，所述打开工具带动所述内套向下游运动以使压裂孔露出而建立压裂通道；

所述阻挡体包括凸出所述内套的内壁并间隔开的多个凸起，在相邻的凸起之间形成滑槽，

所述打开工具包括柱状主体，在所述柱状主体的侧壁上构造有宽度大于所述滑槽的宽度的键以使得所述阻挡体能阻挡所述打开工具。

2.根据权利要求1所述的滑套组件，其特征在于，在所述内套上还构造有处于所述滑槽上游并与所述滑槽连通的引导区，所述引导区的宽度从上游到下游逐渐缩窄。

3.根据权利要求2所述的滑套组件，其特征在于，所述多个凸起中的每一个包括处于其中部的滑槽部，所述滑槽部的边缘与所述内套的母线平行；以及

从所述凸起的上游端部延伸到所述滑槽部处的引导部，所述引导部的边缘与滑槽部的边缘之间形成钝角，

在相邻的凸起的滑槽部之间形成所述滑槽，在相邻的凸起的引导部之间形成所述引导区。

4.根据权利要求2或3所述的滑套组件，其特征在于，在所述键的下游端部还设置有与所述引导区相匹配的导向头。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的滑套组件，其特征在于，在所述打开工具的柱状主体的上游和/或下游安装有径向向外伸展的弹性密封件，以使所述打开工具能与所述内套密封接触。

6.根据权利要求5所述的滑套组件，其特征在于，所述弹性密封件包括与所述柱状主体固定相连的刚性杆和安装在所述刚性杆上的径向向外伸展的多个弹性翅片，所述多个弹性翅片沿所述打开工具的轴向间隔式分布。

7.一种压裂管柱，其包括串联设置的多个根据权利要求1到6中任一项所述滑套组件，所述阻挡体包括凸出所述内套的内壁并间隔开的多个凸起，在相邻的凸起之间形成滑槽，所述打开工具包括柱状主体，在所述柱状主体的侧壁上构造有宽度大于所述滑槽的宽度的键，每个滑套组件具有一个特定的打开工具，

从上游的滑套组件到下游的滑套组件，滑槽的宽度逐渐缩窄；对于某一滑套组件而言，处于其上游的滑套组件的滑槽的宽度大于其打开工具的键的宽度。

8.根据权利要求7所述的压裂管柱，其特征在于，所述多个滑套组件的凸起的厚度为相等。

9.根据权利要求7或8所述的压裂管柱，其特征在于，所述滑槽的长度大于或等于键的长度。