CN105822256B - 一种铰链式可批级开启的滑套开启工具及等通径套管滑套 - Google Patents
一种铰链式可批级开启的滑套开启工具及等通径套管滑套 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种铰链式可批级开启的滑套开启工具及等通径套管滑套，该开启工具与压裂滑套数量一致，压裂滑套密封筒长度从上到下逐级减小，每级锚爪组件与密封筒长度一一对应，若短于密封筒则开启工具继续滑向下一级，直至遇上对应长度的密封筒，将开启工具泵送至最上一个滑套处，锚爪组件锁定密封筒，加压剪断剪切销钉，密封筒下滑，打开滑套，锚爪组件因挤缩斜面脱离密封筒，开启工具滑至下一个滑套，直至打开最下一个滑套后，该开启工具连同密封筒下行止于挡肩处，提高井筒内排量，击破封堵破裂盘，液体进入液压腔，胶筒组件密封井筒，压裂完成后，坐封推筒溶解，胶筒组件解封。本发明可以实现批级开启滑套、且施工结束后保证全井筒内径一致。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种铰链式可批级开启的滑套开启工具及等通径套管滑套。
背景技术
目前页岩气水平井的完井主要采用套管固井、多级裸眼封隔器加滑套这两种方式。
多级裸眼封隔器加投球分级滑套的完井方式可以节省套管固井费用，储层改造施工的速度快，但是该完井方式一方面由于分段的级数有限，趾部井段的通径有限，限制了储层改造的规模；另一方面当滑套故障不能打开时，只能舍弃对应井段，作业施工后留下的井筒空间也有限，基本无法采取后续措施；与此同时，由于各级封隔器的密封效果难以检测，所以长期密封性无法保证。
对于套管固井完井，可以采用泵送桥塞与射孔联作技术进行分段储层改造，分段级数没有限制，可以实现大规模压裂改造，作业后可以留下完整的套管井筒空间，便于采取后续措施作业，但这种方式施工速度较慢，作业周期长；也可以采用射孔后下入套管封隔器加滑套管柱进行分段改造，但分段级数和改造规模都比较小，采用加砂压裂方式时，难以起出作业管柱。
针对以上这两种完井方式的缺陷，近几年国外大规模应用套管滑套分段压裂技术，国内也有单位引进应用TAP等无级差滑套技术并开展了国产化研究，同时也有单位对投球式套管滑套以及智能滑套技术进行了研究，但是这些分级滑套不能同时保证全井筒等通径和批级开启滑套进行压裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铰链式可批级开启的滑套开启工具及等通径套管滑套，该开启工具可以实现同一压裂滑套内所有滑套的批级开启、且施工结束后保证全井筒内径一致。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种铰链式可批级开启的滑套开启工具，用于批级开启压裂管柱内与其相适配的压裂滑套内的所有滑套，所述开启工具包括中心轴、分别滑动套设在所述中心轴下部和中部的可扩张的胶筒机构和推筒机构、以及轴向固定套装在所述中心轴上部的锚定锁块机构；
所述中心轴的底部设有定位轴肩；
所述推筒机构与胶筒机构相接触的底部为可溶解结构；
所述锚定锁块机构包括筒状本体和锚爪组件，所述筒状本体架设在所述中心轴的顶部，且与所述推筒机构之间形成液压腔，所述液压腔内设置有封堵破裂盘，所述液压腔的下端口外侧设置有密封件，其上端口与开设在所述筒状本体外周的凹槽连通，多个所述锚爪组件通过活动顶销安装在所述凹槽内，所述锚爪组件包括上锚爪和下锚爪，所述下锚爪的外侧设有挤缩斜面和止挡直面，所述挤缩斜面用于与待开启滑套的密封筒或开设在该滑套下接头内的挤缩凸台接触后使锚爪组件发生挤缩以锁紧或松开所述密封筒，所述止挡直面用于与开设在最下一个滑套内的挡肩接触后对整个开启工具进行轴向限位。
按上述技术方案，所述压裂管柱内各压裂滑套的密封筒长度从上到下逐级减小，每级锚爪组件长度与密封筒长度一一对应，若短于密封筒则滑套开启工具继续滑向下一级，直至遇上对应长度的滑套内密封筒。
按上述技术方案，所述胶筒机构包括中间胶筒、设置在所述中间胶筒两端的端胶筒以及设置在每个端胶筒外端的背圈，所述中间胶筒与端胶筒之间、所述端胶筒与背圈之间通过斜面连接。
按上述技术方案，所述可溶解结构为由可溶性材料制作的坐封推筒，所述推筒机构还包括固定安装在所述坐封推筒上端的活塞。
按上述技术方案，所述上锚爪和下锚爪之间通过铰接连接，所述上、下锚爪之间设有挡槽，所述挡槽内设置有板弹簧，所述板弹簧上安装有盖板，所述盖板的两端安装在筒状本体上。
按上述技术方案，所述锚定锁块机构还包括通过解锁销钉安装在中空的筒状本体内的解锁顶针，所述解锁顶针与中心轴之间设有第一间隙，所述解锁顶针的外周位于活动顶销的上方设有顶销凹槽，所述活动顶销的一端穿过筒状本体顶压在解锁顶针上。
按上述技术方案，所述筒状本体与推筒机构之间设有第二间隙，所述中心轴的上端设有通道，所述封堵破裂盘设置在通道内，所述通道的两端分别与第一间隙和第二间隙连通，所述凹槽内设有与所述第一间隙连通的通孔，所述通孔、第一间隙、通道和第二间隙形成连通的液压腔。
一种等通径套管滑套，所述滑套包括密封连接的上接头和下接头以及用于密封所述上接头上所有流体通道的密封筒，所述密封筒与上接头之间通过剪切销钉连接，所述密封筒的内壁开设有安装凹槽，所述安装凹槽内通过活动顶销安装有多个锚爪组件，所述锚爪组件包括上锚爪和下锚爪，所述上锚爪的外侧设有挤缩斜面，所述下锚爪的内侧设有止挡直面；
向滑套内投入圆柱体滑套开启工具后，所述挤缩斜面与该圆柱体滑套开启工具发生接触后使锚爪组件发生挤缩以使该圆柱体滑套开启工具滑行至止挡直面，以锁紧该圆柱体滑套开启工具，向滑套内加压使圆柱体滑套开启工具带动整个锚爪组件连同密封筒一起向下滑行，剪断剪切销钉，实现流体通道的打开或密封。
按上述技术方案，所述锚爪组件包括所述上锚爪和下锚爪之间通过铰接连接，所述上、下锚爪之间设有挡槽，所述挡槽内设置有板弹簧，所述板弹簧上安装有盖板，所述盖板的两端安装在密封筒上。
本发明产生的有益效果是：本发明提供的开启工具通过设置锚爪组件可以锁紧或松开滑套的密封筒，其对井身质量和管柱下入操作的要求相对较低，可以实现批级开启，具体的，当需要压裂某压裂管柱时，将该开启工具泵送至该压裂管柱的最上一个滑套处，锚爪组件向四周弹出，达到自动锁定密封筒的目的，向井筒内加压，在压差的作用下，剪切销钉被剪断，锚爪带动密封筒向下滑动，打开该滑套上接头的流体通道，在挤缩斜面与挤缩凸台的作用下，锚爪组件与密封筒脱离，该开启工具向下滑移至下一个滑套处，依次打开各个滑套，直至打开最下一个滑套后，该开启工具连同密封筒下行止于挡肩处，提高井筒内排量，当井筒内压力升高到设计值时，封堵破裂盘被击破，液压腔连通，液体进入液压腔，推动推筒机构挤压胶筒机构，使胶筒机构膨胀密封井筒，为该压裂滑套的压裂创造条件，如此从下至上完成各压裂滑套的压裂后，坐封推筒慢慢溶解，胶筒机构 收缩，得以解封。
本发明提供的滑套通过采用锚爪组件，可以自动锚定投入该滑套内的圆柱体开启工具，并在外力的作用下，通过圆柱体开启工具带动锚爪组件以及密封筒下滑以打开或密封滑套，滑套开启方式简单，开启工具的投放工艺简单，开启方式简易、快速，同时能够实现批级开启，且压裂前后井筒同径不变。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是铰链式可批级开启的开启工具实施例的结构示意图；
图2是与铰链式可批级开启的开启工具配套的滑套的结构示意图；
图3是铰链式可批级开启的开启工具到达并锚定指定需要开启的滑套组件最上一个滑套时的状态示意图；
图4是等通径套管滑套实施例的结构示意图；
图5是与等通径套管滑套配套的圆柱体滑套开启工具的结构示意图；
图6是等通径套管滑套锁紧圆柱体滑套开启工具的状态示意图。
图中：1-解锁顶针、1.1-顶销凹槽、2-筒状本体、2.1-凹槽、2.2-通孔、3-下锚爪、3.1-挤缩斜面、3.2-止挡直面、3.3-挡槽、3.4-止挡面、4-盖板、5-板弹簧、6-解锁销钉、7-活动顶销、8-密封件、9-中心轴、9.1-定位轴肩、9.2-通道、10-封堵破裂盘、11-活塞、12-推筒机构、12.1-坐封推筒、12.2-活塞、14-胶筒机构、14.1-背圈、14.2-端胶筒、14.3-中间胶筒、15-上接头、15.1-挡肩、15.2-流体通道、17-密封筒、18-剪切销钉、19-下接头、19.1-挤缩凸台、20-上锚爪、20.1-挤缩斜面、21-圆柱体滑套开启工具、100-液压腔、100.1-第一间隙、100.2-第二间隙。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图3所示，一种铰链式可批级开启的滑套开启工具，用于批级开启压裂管柱内与其相适配的压裂滑套内的所有滑套，压裂滑套上布置有至少一个滑套，相邻滑套之间通过套管连接，套管的内径与滑套的内径相等，滑套包括密封连接的上接头15和下接头19以及用于密封上接头15上所有流体通道15.2的密封筒17，密封筒17与上接头15之间通过剪切销钉18连接，下接头19内设有挤缩凸台19.1，最下一个滑套的上接头内位于密封筒17与挤缩凸台19.1之间设有挡肩15.1，压裂滑套内所有密封筒的长度相等，其中，密封筒17通过设置于其上四道O型圈槽内的密封圈与上接头密封连接，挤缩凸台19.1具有比较大的倒角；
开启工具包括中心轴9、分别滑动套设在中心轴9下部和中部的可扩张的胶筒机构14和推筒机构12、以及轴向固定套装在中心轴9上部的锚定锁块机构；
中心轴9的底部设有定位轴肩9.1；
推筒机构12与胶筒机构14相接触的底部为可溶解结构；
锚定锁块机构包括筒状本体2和锚爪组件，筒状本体2架设在中心轴9的顶部，且与推筒机构12之间形成液压腔100，液压腔100内设置有封堵破裂盘10，液压腔100的下端口外侧设置有密封件8，其上端口与开设在筒状本体2外周的凹槽2.1连通，多个锚爪组件通过活动顶销7安装在凹槽2.1内，锚爪组件包括上锚爪20和下锚爪3，下锚爪3的外侧设有挤缩斜面3.1和止挡直面3.2，挤缩斜面3.1用于与待开启滑套的密封筒17或开设在该滑套下接头19内的挤缩凸台19.1接触后使锚爪组件发生挤缩以锁紧或松开密封筒，止挡直面3.2用于与开设在最下一个滑套内的挡肩15.1接触后对整个开启工具进行轴向限位。
在本发明的优选实施例中，压裂管柱内各压裂滑套的密封筒长度从上到下逐级减小，每级锚爪组件长度与密封筒长度一一对应，若短于密封筒则滑套开启工具继续滑向下一级，直至遇上对应长度的滑套内密封筒。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，胶筒机构14包括中间胶筒14.3、设置在中间胶筒14.3两端的端胶筒14.2以及设置在每个端胶筒14.2外端的背圈14.1，中间胶筒14.3与端胶筒14.2之间、端胶筒14.2与背圈14.1之间通过斜面连接。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，可溶解结构为由可溶性材料制作的坐封推筒12.1，推筒机构12还包括固定安装在坐封推筒12.1上端的活塞12.2。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，上锚爪20和下锚爪3之间通过铰接连接，上、下锚爪之间设有挡槽3.3，挡槽3.3内设置有板弹簧5，板弹簧5上安装有盖板4，盖板4的两端安装在筒状本体2上。具体的，两个锚爪分别通过活动顶销7安装在筒状本体上，两个锚爪相对的面为直角面、相背离的面为挤缩斜面。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，锚定锁块机构还包括通过解锁销钉6安装在中空的筒状本体2内的解锁顶针1，解锁顶针1与中心轴9之间设有第一间隙100.1，解锁顶针1的外周位于活动顶销7的上方设有顶销凹槽1.1，活动顶销7的一端穿过筒状本体2顶压在解锁顶针1上。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，筒状本体2与推筒机构12之间设有第二间隙100.2，中心轴9的上端设有通道9.2，具体的，通道9.2的上端口开设在中心轴9的端面，其他下端口开设在中心轴9的外周上，封堵破裂盘10设置在通道9.2内，通道9.2的两端分别与第一间隙100.1和第二间隙100.2连通，凹槽2.1内设有与第一间隙100.1连通的通孔2.2，通孔2.2、第一间隙100.1、通道9.2和第二间隙100.2形成连通的液压腔100。
如图4-图6所示，一种等通径套管滑套，滑套包括密封连接的上接头15和下接头19以及用于密封上接头15上所有流体通道15.2的密封筒17，密封筒17与上接头15之间通过剪切销钉18连接，密封筒17的内壁开设有安装凹槽17.1，安装凹槽17.1内通过活动顶销7安装有多个锚爪组件，锚爪组件包括上锚爪20和下锚爪3，上锚爪20的外侧设有挤缩斜面20.1，下锚爪3的内侧设有止挡面3.4；
向滑套内投入圆柱体滑套开启工具21后，挤缩斜面20.1与该圆柱体滑套开启工具21发生接触后使锚爪组件发生挤缩以使该圆柱体滑套开启工具滑行至止挡面3.4，以锁紧该圆柱体滑套开启工具，向滑套内加压使圆柱体滑套开启工具带动整个锚爪组件连同密封筒一起向下滑行，剪断剪切销钉18，实现流体通道15.2的打开或密封。
在本发明的优选实施例中，如图4所示，锚爪组件包括上锚爪20和下锚爪3之间通过铰接连接，上、下锚爪之间设有挡槽3.3，挡槽3.3内设置有板弹簧5，板弹簧5上安装有盖板4，盖板4的两端安装在密封筒17上。
如图3所示，使用本发明的铰链式可批级开启的滑套开启工具进行分段压裂时，包括以下步骤：
S1、对井筒内的所有压裂管柱进行清洗：每个压裂管住配置一个开启工具，上一个压裂管柱内密封筒的长度大于与其相邻的下一个压裂管柱内密封筒的长度，且大于与该下一个压裂管柱相配置的开启工具的上锚爪与下锚爪之间的距离，也就是说，开启工具与压裂管柱是一一对应的关系，每个开启工具两个锚爪之间的距离是不同的、从上至下呈递减关系，向井筒内投放开启工具时，每个开启工具只能打开与其相适配的压裂管柱的滑套；压裂管柱上布置有至少一个滑套，相邻滑套之间通过套管连接，套管的内径与滑套的内径相等，下接头19内设有挤缩凸台19.1，最下一个滑套的上接头内位于密封筒17与挤缩凸台19.1之间设有挡肩15.1，压裂管柱内所有密封筒的长度相等，其中，密封筒17通过设置于其上四道O型圈槽内的密封圈与上接头密封连接，挤缩凸台19.1具有比较大的倒角，下锚爪3的厚度小于挡肩15.1与挤缩凸台1901之间的距离；
S2、将开启工具泵送至待压裂的压裂管柱的最上一个滑套处；
S3、当下锚爪3到达该滑套的密封筒17的位置时，在挤缩斜面3.1与密封筒17的相互作用下，锚爪组件向外伸出锁住密封筒17；
S4、对井筒内增加一定压力，剪断剪切销钉18，此时，锚爪组件带动密封筒17向下滑动一段距离，打开滑套；
S5、继续加压，锚爪组件带动密封筒17继续滑行至位于下接头内的挤缩凸台19.1处，在挤缩斜面3.1与挤缩凸台19.1的相互作用下，锚爪组件自动脱离密封筒17滑行至下一个滑套处；
S6、重复步骤S3至S5，从上至下逐个打开该压裂管柱的所有滑套，直至打开最下一个滑套后，密封筒向下滑行连同该开启工具一起止于挡肩15.1处，继续对井筒内加压，击破封堵破裂盘10，使得该开启工具的液压腔100打通，井筒内的液体进入液压腔，进入液压腔内的液体在静液柱压力的作用下，推动推筒机构12向下滑动，使得胶筒机构 14扩张以密封井筒，密封完成后即可进行该压裂管柱的压裂；
S7、重复步骤S2至S6，分别逐个打开各压裂管柱的滑套后进行压裂；
S8、当每个压裂管柱完成压裂一定时间后，推筒机构12底部的可溶解结构在压裂液环境中慢慢溶解，解封胶筒机构 14；
S9、当所有该开启工具的胶筒机构 解封后，向井筒内投入解锁工具，泵送并撞击最后投入井筒的开启工具的解锁顶针1，剪断解锁销钉6，使得解锁顶针1向下滑动，直至活动顶销7滑入解锁顶针1的顶销凹槽1.1内，实现下锚爪3与密封筒17的脱离，在井筒内液体压力的作用下，解锁工具和最上一个开启工具一起向下滑落，依次撞击下一个开启工具，实现下一个开启工具锚爪组件与密封筒17的脱离，最后解锁工具与所有开启工具一起滑落至井底。
本发明铰链式可批级开启的滑套开启工具对井身质量和管柱下入操作的要求相对较低，可以实现批级开启，当从下至上进行压裂时，先将与最下一个压裂管柱相适配的开启工具泵送至该压裂管柱的最上一个滑套处，因为该开启工具两锚爪之间的距离小于该压裂管柱上方密封筒的长度，所以该开启工具可以顺利的通过上方的压裂管柱，并因为该开启工具两锚爪之间的距离略大于该压裂管柱密封筒的长度，所以使得该开启工具停止在该压裂管柱的最上一个滑套处，锚爪在板弹簧的弹力作用下向四周弹出，达到自动锁定密封筒的目的，向井筒内加压，在压差的作用下，剪切销钉被剪断，锚爪组件带动密封筒向下滑动，打开该滑套上接头的流体通道，在挤缩斜面的作用下，锚爪组件与密封筒脱离，该开启工具向下滑移至下一个滑套处，依次打开各个滑套，直至打开最下一个滑套后，该开启工具连同密封筒下行止于下挡肩处，提高井筒内排量，当井筒内压力升高到设计值时，封堵破裂盘被击破，筒状本体的通孔与中心轴的通道连通，液体进入液压腔，推动活塞带动坐封推筒挤压胶筒机构 ，使胶筒机构 膨胀密封井筒，为该压裂滑套的压裂创造条件，如此从下至上完成各压裂滑套的压裂后，坐封推筒慢慢溶解，胶筒机构 收缩，得以解封，再撞击最上一个开启工具的解锁顶针，使活动顶销落入解锁顶针的顶销凹槽内，锚爪组件与密封筒脱开，最后在井筒内液体的推力作用下，解锁工具和最上一个开启工具一起向下滑落，依次撞击下一个开启工具，实现下一个开启工具锚爪与密封筒的脱离，最后解锁工具与所有开启工具一起滑落至井底，井筒恢复原有大小，所有滑套通径相同且与相配合的套管内径一致，保证后续措施作业空间。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种铰链式可批级开启的滑套开启工具，用于批级开启压裂管柱内与其相适配的压裂滑套内的所有滑套，其特征在于，所述开启工具包括中心轴（9）、分别滑动套设在所述中心轴（9）下部和中部的可扩张的胶筒机构（14）和推筒机构（12）、以及轴向固定套装在所述中心轴（9）上部的锚定锁块机构；
所述中心轴（9）的底部设有定位轴肩（9.1）；
所述推筒机构（12）与胶筒机构（14）相接触的底部为可溶解结构；
所述锚定锁块机构包括筒状本体（2）和锚爪组件，所述筒状本体（2）架设在所述中心轴（9）的顶部，且与所述推筒机构（12）之间形成液压腔（100），所述液压腔（100）内设置有封堵破裂盘（10），所述液压腔（100）的下端口外侧设置有密封件（8），其上端口与开设在所述筒状本体（2）外周的凹槽（2.1）连通，多个所述锚爪组件通过活动顶销（7）安装在所述凹槽（2.1）内，所述锚爪组件包括上锚爪（20）和下锚爪（3），所述下锚爪（3）的外侧设有挤缩斜面（3.1）和止挡直面（3.2），所述挤缩斜面（3.1）用于与待开启滑套的密封筒或开设在该滑套下接头内的挤缩凸台接触后使锚爪组件发生挤缩以锁紧或松开所述密封筒，所述止挡直面（3.2）用于与开设在最下一个滑套内的挡肩接触后对整个开启工具进行轴向限位。
2.根据权利要求1所述的铰链式可批级开启的滑套开启工具，其特征在于，所述压裂管柱内各压裂滑套的密封筒长度从上到下逐级减小，每级锚爪组件长度与密封筒长度一一对应，若短于密封筒则滑套开启工具继续滑向下一级，直至遇上对应长度的滑套内密封筒。
3.根据权利要求1所述的铰链式可批级开启的滑套开启工具，其特征在于，所述胶筒机构（14）包括中间胶筒（14.3）、设置在所述中间胶筒（14.3）两端的端胶筒（14.2）以及设置在每个端胶筒（14.2）外端的背圈（14.1），所述中间胶筒（14.3）与端胶筒（14.2）之间、所述端胶筒（14.2）与背圈（14.1）之间通过斜面连接。
4.根据权利要求1所述的铰链式可批级开启的滑套开启工具，其特征在于，所述可溶解结构为由可溶性材料制作的坐封推筒（12.1），所述推筒机构（12）还包括固定安装在所述坐封推筒（12.1）上端的活塞（12.2）。
5.根据权利要求1所述的铰链式可批级开启的滑套开启工具，其特征在于，所述上锚爪（20）和下锚爪（3）之间通过铰接连接，所述上、下锚爪之间设有挡槽（3.3），所述挡槽（3.3）内设置有板弹簧（5），所述板弹簧（5）上安装有盖板（4），所述盖板（4）的两端安装在筒状本体（2）上。
6.根据权利要求1所述的铰链式可批级开启的滑套开启工具，其特征在于，所述锚定锁块机构还包括通过解锁销钉（6）安装在中空的筒状本体（2）内的解锁顶针（1），所述解锁顶针（1）与中心轴（9）之间设有第一间隙（100.1），所述解锁顶针（1）的外周位于活动顶销（7）的上方设有顶销凹槽（1.1），所述活动顶销（7）的一端穿过筒状本体（2）顶压在解锁顶针（1）上。
7.根据权利要求6所述的铰链式可批级开启的滑套开启工具，其特征在于，所述筒状本体（2）与推筒机构（12）之间设有第二间隙（100.2），所述中心轴（9）的上端设有通道（9.2），所述封堵破裂盘（10）设置在通道（9.2）内，所述通道（9.2）的两端分别与第一间隙（100.1）和第二间隙（100.2）连通，所述凹槽（2.1）内设有与所述第一间隙（100.1）连通的通孔（2.2），所述通孔（2.2）、第一间隙（100.1）、通道（9.2）和第二间隙（100.2）形成连通的液压腔（100）。
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