CN105569606A - 一种可开关压差式滑套 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可开关压差式滑套，属于油气田井下储层改造压裂施工领域。所述可开关压差式滑套包括外筒以及设置在外筒内的内筒和内套；所述内筒位于内套的上方；在所述外筒的上部开有在圆周上均布的压裂孔，所述压裂孔能够与地层连通建立压裂通道；在所述外筒内壁上从上至下依次设有第一卡环槽、第二卡环槽和卡簧套，所述第一卡环槽位于所述压裂孔的下方；在所述内筒中部的外壁上设有内筒卡环槽，在所述内筒卡环槽内装配有卡环，当内筒向上移动时，卡环能够与外筒上的第一卡环槽配合，当内筒向下移动时，卡环能够与外筒上的第二卡环槽配合，实现对内筒的轴向定位；在所述内套的外壁开有卡簧槽，在该卡簧槽内设有卡簧。

Description

一种可开关压差式滑套

技术领域

本发明属于油气田井下储层改造压裂施工领域，具体涉及一种可开关压差式滑套。

背景技术

多级滑套分段压裂技术是非常规油气资源开采的重要手段，广泛应用于页岩气、低渗透产层、薄油层的直井、定向井、水平井的压裂增产改造，压差式滑套作为分段压裂必不可少的核心工具之一，一般连接在分段压裂管柱的最下一级，其工作原理是，管内憋压，当压力达到滑套开启压力后滑套打开，建立管内外循环，进行第一级压裂施工。目前现有的压差式滑套功能相对单一，在压差打开对第一级进行压裂作业后无法关闭，当该层出水后无法对出水段进行堵水作业。同时也不可进行重复的机械打开和关闭操作，这样直接影响了其他层段的二次压裂改造作业。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种可开关压差式滑套，不仅用于多级滑套分段压裂的第一层压裂施工，也可在压裂作业后期根据需要下入专用的开关工具实现滑套的机械式反复开关，以满足封堵底水、重复性压裂等作业需要；同时为其他层段的二次压裂改造提供保证，进而大幅度提高油气采收率与单井产量。工具结构简单，施工可靠性高，可广泛应用于各种直井、水平井的低渗油气藏分段压裂改造。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种可开关压差式滑套，包括外筒以及设置在外筒内的内筒和内套；

所述内筒位于内套的上方；

在所述外筒的上部开有在圆周上均布的压裂孔，所述压裂孔能够与地层连通建立压裂通道；

在所述外筒内壁上从上至下依次设有第一卡环槽、第二卡环槽和卡簧套，所述第一卡环槽位于所述压裂孔的下方；

在所述内筒中部的外壁上设有内筒卡环槽，在所述内筒卡环槽内装配有卡环，当内筒向上移动时，卡环能够与外筒上的第一卡环槽配合，当内筒向下移动时，卡环能够与外筒上的第二卡环槽配合，实现对内筒的轴向定位；

在所述内套的外壁开有卡簧槽，在该卡簧槽内设有卡簧；当内套向下移动时，所述卡簧能够与外筒上的卡簧套配合，实现内套的轴向锁紧限位；

所述内筒和内套的液压作用面相等；

在所述内筒的最下端设有剪钉孔，在所述内套的最上端设有上剪钉孔，通过第一剪钉与该两个剪钉孔配合，实现内筒与内套的连接。

所述卡簧、卡簧槽均为锯齿结构，两者配合后的锁紧力远大于第一剪钉的设计值和卡环从第二卡环槽中提出的值，能够将内套永久锁紧。

在所述外筒的内壁上设有剪钉孔，所述剪钉孔位于第二卡环槽与卡簧套之间，在所述内套的中部设有下剪钉孔，通过第二剪钉与该两个剪钉孔的配合，实现内套与外筒的连接；

内套上的所述卡簧槽位于所述下剪钉孔的下方。

所述卡环为C形结构，最初时是径向收缩安装在内筒卡环槽中；

外筒上的所述第一卡环槽和第二卡环槽均设有斜坡，所述卡环与斜坡配合，使得卡环在卡入第一卡环槽、第二卡环槽中后，当开关工具施加的力达到设计值时，卡环即能够从第一卡环槽、第二卡环槽中径向收缩脱离，从而实现内筒的上、下移动。

在所述外筒上开有泄流孔，所述泄流孔位于卡簧套的下方。

在所述内筒的上端及下端的外壁上分别加工有密封沟槽，实现内筒与外筒的密封配合；

内筒上的所述剪钉孔位于下端密封沟槽的下方。

在所述内筒上部的内壁上设有打开槽，在所述内筒下部的内壁上设有关闭槽；

所述打开槽与关闭槽能够与开关工具配合，实现内筒的上、下运动，从而关闭或打开外筒上的压裂孔。

所述可开关压差式滑套进一步包括上接头和下接头，在所述外筒的两端设有内螺纹，分别与上接头、下接头连接；

所述上接头上端设有内螺纹，用以与套管连接，其下端与外筒通过螺纹密封连接；

所述下接头的上端与外筒通过螺纹密封连接，其下端设有外螺纹，用以与套管连接。

原始状态下，内筒挡住外筒上的压裂孔，压裂通道关闭；

压裂作业前，通过向管内打压，压力升高到第二剪钉的设计值时，剪断第二剪钉，推动内筒及内套一起下行，此时，卡环卡入第二卡环槽中，卡簧与卡簧套配合，锁紧内筒与内套，压裂孔打开，即能够进行多级压裂的第一级压裂作业；

若需关闭压裂孔，则下入开关工具，开关工具与内筒上的关闭槽配合，上提内筒，当上提力达到第一剪钉的设计值时，第一剪钉被剪断，卡环从第二卡环槽中提出，使得内筒与内套分离，内筒被上提，此时，卡环卡入第一卡环槽中，对内筒进行轴向限位，关闭压裂孔；

后期若该井需进行二次压裂改造，则再次下入开关工具，开关工具与内筒上的打开槽配合，下压内筒，进行二次压裂改造；

若发生初次压差滑套无法打开现象时，则下入开关工具与内筒上的打开槽配合，下压内筒，剪断第二剪钉，推动内筒及内套一起下行，打开压裂孔，进行第一级压裂作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)滑套装置结构简单，可实现压差或机械打开滑套，相比常规压差式滑套，在全通径滑套分段压裂作业中，当压差式滑套无法正常打开时，可以下入开关工具进行滑套打开作业，安全可靠性更高；

(2)特殊设计的卡环及卡簧锁紧机构、内筒及内套相等的液压作用面、配合专用的开关工具，实现了滑套首次液压打开，后续机械反复性开关的特殊功能，有利于进行堵水及二次压裂改造，且后期不受管内压力影响，保证其他层段二次改造顺利进行，操作简单，可靠性高；

(3)可开关压差滑套既可适用于固井条件下的分段压裂，也可以适用于裸眼条件下压裂，应用范围更广。

附图说明

图1是可开关压差式滑套初始状态结构示意图。

图2是可开关压差式滑套开启状态结构示意图。

图3是可开关压差式滑套再次关闭状态结构示意图。

图4是卡簧15与卡簧套16配合的结构示意图。

图5是卡环7与第一卡环槽或第二卡环槽配合的结构示意图。

图1、图2、图3中：1-上接头；2-外筒；3-压裂孔；4-打开槽；5-内筒；6-第一卡环槽；7-卡环；8-卡环槽；9-第二卡环槽；10-关闭槽；11-第一剪钉；12-内套；13-第二剪钉；14-卡簧槽；15-卡簧；16-卡簧套；17-泄流孔；18-下接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

为解决现有滑套存在的不足，本发明采用下述技术方案：本发明所述的滑套主要由上接头1、外筒2、内筒5、卡环7、内套12、卡簧15、下接头18等组成。

所述的滑套外筒2上开有均布的压裂孔3，此孔与地层连通建立压裂通道，外筒2两端设有螺纹，分别与上接头1、下接头18连接，外筒2内部开有第一卡环槽6、第二卡环槽9，可与卡环7配合，实现对内筒5的轴向限位；所述的上接头1上端设有内螺纹，用以与套管连接，下端设有外螺纹与密封沟槽，用以与外筒2密封连接；所述的内筒5外部设有内筒卡环槽8，用来装配卡环7，上部及下部外侧分别加工有密封沟槽，实现内筒5与外筒2的密封配合，下部还设计有剪钉孔，安装第一剪钉11，将内筒5与内套12连接起来，内筒5内部设计有打开槽4和关闭槽10(例如可以将打开槽4设计在位于上端密封沟槽与内筒卡环槽之间，将关闭槽10设计在位于内筒卡环槽与下端密封沟槽之间，也可以设计在其它位置)，打开槽4与关闭槽10可与专门的开关工具(如可以使用专利ZL201220735466.2、专利201420071189.9所给出的开关工具)配合，实现内筒5的上、下运动，从而关闭或打开外筒5上的压裂孔3；所述的卡环7为C形结构，最初径向收缩安装在卡环槽8中；所述的内套12上部通过第一剪钉11与内筒5连接，中间通过第二剪钉13与外筒2连接，外部开有卡簧槽14，与卡簧15配合；所述的卡簧15随着内套12轴向下移后，与外筒上的卡簧套16配合，实现内套12的轴向锁紧限位。泄流孔17用于平衡内外压差；所述的下接头18与外筒2通过螺纹密封连接，下端设有外螺纹，用以与套管连接。

为达到上述目的，进行了以下创新：

(1)内筒及内套初始联动、后期分离的设计，内筒5及内套12设计相等的液压作用面，管内打压时不存在压差。这样，在滑套初次压差打开时，内筒及内套联动下行，之后内套永久锁定限位，后期若需关闭压裂孔时，内筒及内套分离，通过内筒单独上下移动，可以机械打开或关闭压裂孔，同时保证其他层段二次改造顺利进行；

(2)卡环7与第一卡环槽6、第二卡环槽9斜坡配合设计(如图5所示。)，使得卡环7卡入卡环槽I、卡环槽II中后，当开关工具施加一定的力，达到设计值时，卡环7即可从卡环槽中径向收缩脱离，从而实现内筒的上、下移动。

(3)内筒的机械可开关设计，当滑套压差无法正常打开时，可下入专用的开关工具，进行机械打开，既能实现初次机械打开也能实现后期反复开关；

(4)锯齿卡簧锁紧机构设计，使得滑套初次打开后，将内套永久可靠的锁定限位，为后期套筒单独上下移动及二次压裂作业提供了有力保障。

图1～3具体说明了该滑套装置的现场施工及工作原理。根据油气藏产层情况，确定可开关压差式滑套安放位置后，将多个滑套与套管管柱一趟下入井内；原始状态下(如图1所示)，内筒5挡住外筒2上的压裂孔3，压裂通道关闭，如图1所示；压裂作业前，通过管内打压，压力升高到第二剪钉13的设计值时，剪断第二剪钉13，推动内筒5及内套12一起下行，到达图2状态，此时，卡环7卡入第二卡环槽9中，卡簧15与卡簧套16配合(如图4所示)，锁紧内筒5与内套12，即可进行多级压裂的第一级压裂作业，其中卡簧15为锯齿结构，其锁紧力非常大，可将内套12永久锁紧；若需关闭压裂孔，即可下入相应的开关工具，配合内筒5上的关闭槽10，上提内筒5，卡簧15的锁紧力远大于第一剪钉11的设计值和卡环7从第二卡环槽9中提出值，当上提力达到第一剪钉11的设计值时，第一剪钉11被剪断，卡环7从第二卡环槽9中提出，使得内筒5与内套12分离，内筒5上提，到达图3所示状态，此时，卡环7卡入第一卡环槽6中，对内筒5进行轴向限位，关闭压裂孔；后期若该井需进行二次压裂改造的话，可再次下入相应的开关工具与内筒5上的打开槽4配合，下压内筒5，再次回到图2状态，进行二次压裂改造。由于内筒5与内套12具有相同的液压作用面，管内打压时不存在压差，所以一旦内筒5与内套12分离后，内筒5反复开关，也不会对其他层段的二次压裂产生影响。

此外，若发生初次压差滑套无法打开现象时，可下入专用开关工具与内筒5上的打开槽4配合，下压内筒5，剪断剪钉II13，推动内筒5及内套12一起下行，打开滑套，进行第一级压裂作业。

本发明进行了内筒及内套初始联动后期分离设计，配合卡环及卡簧锁紧机构、液压作用面合理设计，保证压差滑套在多级压裂施工中可以通过压差或机械作用打开完成第一级压裂作业，避免现场施工中压差滑套无法打开不能进行第一级作业的情况发生，同时在后期，可利用专门的开关工具打开或关闭压裂孔，进行二次压裂改造施工，同时保证其他层段储层改造的顺利进行。与传统的压差式滑套相比，本发明具有可实现滑套初次压差或机械打开，后期反复机械开关功能，适用于裸眼条件下压裂和固井条件下等多种条件下的分段压裂施工，可广泛应用于各种直井、水平井的低渗油气藏分段压裂改造及堵水、选择性开采、重复性压裂等储层改造作业。

分段压裂技术是非常规油气资源开采的重要手段，而滑套是分段压裂技术的一种核心工具，本发明涉及一种油气田井下分段压裂用工具，一种可开关压差式滑套，进行了内筒及内套初始联动、后期分离设计，配合卡环及卡簧锁紧机构、液压作用面合理设计，保证压差滑套在多级压裂施工中可以通过压差或机械作用打开完成第一级压裂作业，避免现场施工中压差滑套无法打开不能进行第一级作业的情况发生，同时在后期，可利用专门的开关工具打开或关闭压裂孔，进行二次压裂改造施工，同时保证其他层段储层改造的顺利进行。与传统的压差式滑套相比，本发明具有可实现滑套初次压差或机械打开，后期反复机械开关功能，适用于裸眼条件下压裂和固井条件下等多种条件下的分段压裂施工，可广泛应用于各种直井、水平井的低渗油气藏分段压裂改造及堵水、选择性开采、重复性压裂等储层改造作业。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (9)

1.一种可开关压差式滑套，其特征在于：所述可开关压差式滑套包括外筒以及设置在外筒内的内筒和内套；

所述内筒位于内套的上方；

在所述外筒的上部开有在圆周上均布的压裂孔，所述压裂孔能够与地层连通建立压裂通道；

在所述外筒内壁上从上至下依次设有第一卡环槽、第二卡环槽和卡簧套，所述第一卡环槽位于所述压裂孔的下方；

在所述内筒中部的外壁上设有内筒卡环槽，在所述内筒卡环槽内装配有卡环，当内筒向上移动时，卡环能够与外筒上的第一卡环槽配合，当内筒向下移动时，卡环能够与外筒上的第二卡环槽配合，实现对内筒的轴向定位；

在所述内套的外壁开有卡簧槽，在该卡簧槽内设有卡簧；当内套向下移动时，所述卡簧能够与外筒上的卡簧套配合，实现内套的轴向锁紧限位；

所述内筒和内套的液压作用面相等；

在所述内筒的最下端设有剪钉孔，在所述内套的最上端设有上剪钉孔，通过第一剪钉与该两个剪钉孔配合，实现内筒与内套的连接。

2.根据权利要求1所述的可开关压差式滑套，其特征在于：所述卡簧、卡簧槽均为锯齿结构，两者配合后的锁紧力远大于第一剪钉的设计值和卡环从第二卡环槽中提出的值，能够将内套永久锁紧。

3.根据权利要求2所述的可开关压差式滑套，其特征在于：在所述外筒的内壁上设有剪钉孔，所述剪钉孔位于第二卡环槽与卡簧套之间，在所述内套的中部设有下剪钉孔，通过第二剪钉与该两个剪钉孔的配合，实现内套与外筒的连接；

内套上的所述卡簧槽位于所述下剪钉孔的下方。

4.根据权利要求3所述的可开关压差式滑套，其特征在于：所述卡环为C形结构，最初时是径向收缩安装在内筒卡环槽中；

外筒上的所述第一卡环槽和第二卡环槽均设有斜坡，所述卡环与斜坡配合，使得卡环在卡入第一卡环槽、第二卡环槽中后，当开关工具施加的力达到设计值时，卡环即能够从第一卡环槽、第二卡环槽中径向收缩脱离，从而实现内筒的上、下移动。

5.根据权利要求4所述的可开关压差式滑套，其特征在于：在所述外筒上开有泄流孔，所述泄流孔位于卡簧套的下方。

6.根据权利要求5所述的可开关压差式滑套，其特征在于：在所述内筒的上端及下端的外壁上分别加工有密封沟槽，实现内筒与外筒的密封配合；

内筒上的所述剪钉孔位于下端密封沟槽的下方。

7.根据权利要求6所述的可开关压差式滑套，其特征在于：在所述内筒上部的内壁上设有打开槽，在所述内筒下部的内壁上设有关闭槽；

所述打开槽与关闭槽能够与开关工具配合，实现内筒的上、下运动，从而关闭或打开外筒上的压裂孔。

8.根据权利要求7所述的可开关压差式滑套，其特征在于：所述可开关压差式滑套进一步包括上接头和下接头，在所述外筒的两端设有内螺纹，分别与上接头、下接头连接；

所述上接头上端设有内螺纹，用以与套管连接，其下端与外筒通过螺纹密封连接；

所述下接头的上端与外筒通过螺纹密封连接，其下端设有外螺纹，用以与套管连接。

9.根据权利要求8所述的可开关压差式滑套，其特征在于：

原始状态下，内筒挡住外筒上的压裂孔，压裂通道关闭；

压裂作业前，通过向管内打压，压力升高到第二剪钉的设计值时，剪断第二剪钉，推动内筒及内套一起下行，此时，卡环卡入第二卡环槽中，卡簧与卡簧套配合，锁紧内筒与内套，压裂孔打开，即能够进行多级压裂的第一级压裂作业；

若需关闭压裂孔，则下入开关工具，开关工具与内筒上的关闭槽配合，上提内筒，当上提力达到第一剪钉的设计值时，第一剪钉被剪断，卡环从第二卡环槽中提出，使得内筒与内套分离，内筒被上提，此时，卡环卡入第一卡环槽中，对内筒进行轴向限位，关闭压裂孔；

后期若该井需进行二次压裂改造，则再次下入开关工具，开关工具与内筒上的打开槽配合，下压内筒，进行二次压裂改造；

若发生初次压差滑套无法打开现象时，则下入开关工具与内筒上的打开槽配合，下压内筒，剪断第二剪钉，推动内筒及内套一起下行，打开压裂孔，进行第一级压裂作业。