CN105971559A - 一种水平井分段压裂滑套开关工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水平井分段压裂滑套开关工具，主要包括上下接头、压缩弹簧、弹簧套、连接套、芯轴、护套、滑块、卡爪、喷头等。芯轴两端分别与上下接头相接，上下接头可以与连续油管通过螺纹连接，上下接头还可以与喷头相互连接。本工具可以借助液压力使卡爪支撑张开，通过卡爪对开关式压裂滑套进行开启与关闭操作，完成开启和关闭动作后，利用弹簧恢复力可使卡爪收回，即便在出现砂卡或弹簧失效等情况导致卡爪无法正常收回时，也可利用液压力强制剪断安全销钉将其强制收回，大大提高了本工具的可靠性。另外，本发明通过旋转喷头可以对压裂滑套内部沉砂进行清洗，可以有效防止砂砾等异物限制滑套的滑动，提高了作业的成功率。

Description

一种水平井分段压裂滑套开关工具

技术领域

本发明属于油气田压裂技术领域，涉及一种水平井分段压裂滑套开关工具。

背景技术

目前，在水平井分段多级压裂工艺中，要使用各种油套连通的井下滑套工具，其方法是根据储层开发的需要使用封隔器和滑套将水平井段封隔成若干段，压裂施工时通过投球打开滑套，进行有针对性的施工；压裂施工完毕后，打开的滑套出口作为后期开采油气进入的通道。

该方法在压裂作业完成后滑套一直保持打开状态，然而水平井在开采中容易出现井筒过早见水、见气、出砂等情况，造成油气田产能降低等严重问题。同时，目前国内的开关工具存在无法实现精确定位以及遇到出砂层段无法关闭滑套等问题。

为了克服这一油气开采中的难题，急需一种性能稳定可靠的开关工具。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种水平井分段压裂滑套开关工具，可以对滑套进行开启与关闭，同时能对滑套内部沉砂进行冲洗，大大提高了滑套启闭的成功率。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

中空的芯轴上部接上接头，下部接下接头；上接头与上联接套连接，下接头与下联接套连接；上接头与弹簧套连接，护套上部与弹簧套连接，下部与下联接套连接，从而形成一个整体。芯轴位于最内侧，芯轴外侧装有滑套、上滑筒，滑套与上滑筒通过销钉固定在一起，它们可以在芯轴上进行滑动；下滑套通过销钉与芯轴固定在一起，上滑套与下滑套与推杆、卡爪之间通过铰链连接，通过推动滑套可以完成卡爪的支撑与收回。

下接头下部与喷头部分相连接，喷头内部装有阀体、阀芯及弹簧，喷头最下部是旋转喷头，旋转喷头内部装有旋转芯轴及轴承，旋转喷头可以在芯轴上旋转，旋转喷头底部及侧面分别具有倾斜的喷孔，液体经过喷头内部从喷孔喷出，可以完成对滑套内部的清洗工作，并且借助喷液的作用力，旋转喷头可以自动旋转，使其对滑套的清洗更加彻底。

该工具作业时，先打压至设定的喷头阀芯开启值，克服喷头内部阀芯弹簧力，从而使阀芯打开，液体经过旋转喷头对滑套进行旋转清洗；清洗完毕后，当工具下放至其卡爪位于滑套卡槽处，继续增大液压力使下方喷头的阀芯完全关闭，同时，液体经过芯轴上部的出液孔A流入滑套上部，液压力克服压缩弹簧推动滑套及上滑筒下移，从而使卡爪外撑，卡住滑套内部卡槽，对滑套进行开启；滑套开启后，将液压力释放，卡爪在压缩弹簧恢复力作用下，自动收回。

当遇到砂卡等特殊情况使上滑套卡住，靠弹簧力无法使卡爪收回时，可以通过液压力迫使卡爪收回，其具体过程为：打压使液压力达到设定的销钉剪断压力值，液压力通过芯轴下方的出液孔B进入，推动下滑筒，强行将下滑筒与芯轴之间的销钉剪断，使下滑筒下滑，将卡爪收回。

该工具考虑到压裂滑套可能因砂砾等杂物堵塞卡槽，难以滑动，设计有专用喷头对积砂等物质进行清洗，并克服卡爪因特殊情况无法收回的困难，大大提高了开关工具使用时的可靠性。

附图说明

图1是水平井分段压裂滑套开关工具结构示意图；

图2是水平井分段压裂滑套开关工具喷头部分结构图；

图3是水平井分段压裂滑套开关工具喷头部分截面图；

图中，1-上接头，2-上联接套，3-滑套，4-弹簧套，5-芯轴，6-护套，7-上滑筒，8-推杆，9-卡爪，10-下滑筒，11-下联接套，12-下接头，13-喷头接头，14-阀体，15-联接头，16-旋转喷头，17-出液孔A，18-压缩弹簧，19-出液孔B，20-销钉，21-上阀芯，22-下阀芯，23-阀芯弹簧，24-旋转芯轴，25-过流孔B，26-轴承；27-过流孔A，28-底部喷孔，29-侧面喷孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，芯轴5与上接头1及下接头12连接，上接头1与下接头12分别又与上联接套2、下联接套11连接，上接头1与上联接套2连接，上联接套2又与弹簧套4连接，护套6上下两端分别与弹簧套4、下联接套11连接从而构成一个相对固定的整体，上下接头1，12可以通过管螺纹与连续管连接。

滑套3与上滑筒7连接，滑套3与上滑筒7可以在芯轴5上滑动，在弹簧套4与滑套3之间安装有压缩弹簧18，在自然状态下，压缩弹簧18将滑套3推至最上方。

下滑筒10通过销钉20固定在芯轴5上，上滑筒7与下滑筒10以及推杆8、卡爪9之间通过铰链连接，形成滑块连杆结构；推杆8及卡爪9共有3对，沿圆周方向均匀分布；护套6上开有3个槽，可以使卡爪从槽中伸出；在自然状态下3个卡爪9是收回状态，位于护套6内部。

下接头12下方连接有喷头部分，喷头部分如图2所示。喷头接头13内部具有阀体14与上阀芯21、下阀芯22，上阀芯21与下阀芯22固定在一起作为一个整体；喷头接头13下方连接有联接头15，联接头15与下阀芯22之间装有阀芯弹簧23，阀芯弹簧23使阀芯位于最上方，此时阀处于关闭状态；上阀芯21与下阀芯22内部具有过流孔A、过流孔B，可以使上方的液体流至下方。联接头15下方与旋转芯轴24连接，旋转芯轴24与旋转喷头16之间装有轴承26，旋转喷头16可以在旋转芯轴24上旋转；旋转喷头16底部及侧面分别开有底部喷孔28、侧面喷孔29，从上方流入的流体从喷孔喷出对滑套进行清洗，侧方喷孔29不仅可以清洗压裂滑套，它所提供的反向作用力可以推动旋转喷头16旋转，旋转喷头16进行旋转清洗。

作业时，先对该工具打压至喷头阀芯的开启压力值，此时的压力还不足以克服压缩弹簧18的弹力，因此卡爪9并不能撑开，但是在此压力下，阀芯弹簧23被压缩使阀芯21下移，阀被打开，上方的液体通过上阀芯21内部过流孔A、阀腔、下阀芯22内部过流孔B、联接头15、旋转芯轴24流至旋转喷头16，在从旋转喷头16的底部喷孔28及侧面喷孔29中喷出对压裂滑套内部进行冲洗。

待该工具下放至预定位置时，将压力升至超过喷头阀芯完全关闭所需压力值，此时的压力使阀芯弹簧23继续被压缩，阀芯21位于最下方，将阀关闭；液体经过芯轴5上部的出液孔A到达滑套3上部，液压力克服压缩弹簧18作用力，推动滑套3及上滑筒向下运动，从而推动卡爪9外撑，卡爪9将会卡住外部的压裂滑套内部的上卡槽，再通过连续油管往回上提工具便可完成压裂滑套的关闭。

压裂滑套关闭后，将液压力释放，在压缩弹簧18的作用下，卡爪9将会自动收回；如果因环境等原因使卡爪9无法在压缩弹簧18的作用下收回，可以向工具内部打压至销钉被剪断所需压力值，此时液压力经过出液孔B至下滑套10上方，此时的压力可以将下滑套10与芯轴5之间的销钉20剪断，下滑套10下移，从而使卡爪9收回。

重新开启压裂滑套时，仅需将开关工具上下接头颠倒，喷头接头13与上接头1连接，下接头12与上方连续管连接，其余作业流程与关闭压裂滑套时一致。区别在于重新开启压裂滑套时，卡爪9将会卡住外部的压裂滑套内部的下卡槽，再通过往下下放工具推动压裂滑套下行，露出压裂滑套的喷砂口，完成压裂滑套的开启。

本发明配合开关式压裂滑套使用，可以完成对压裂滑套反复的开启与关闭，在卡爪无法收回时也可以利用液压力剪断销钉强制使其回收；并且本发明还可以对压裂滑套内部沉砂进行冲洗，通过冲洗可以去除压裂滑套内部沉积的砂砾等异物，使压裂滑套开启与关闭的成功率进一步提高。

Claims (6)

1.一种水平井分段压裂滑套开关工具，其特征在于：

芯轴5与上接头1及下接头12连接，上接头1与下接头12分别又与上链接套2、下链接套11连接，上接头1与上链接套2连接，上链接套2又与弹簧套4连接，护套6上下两端分别与弹簧套4、下链接套11连接从而构成一个相对固定的整体；

滑套3与上滑筒7连接，在弹簧套4与滑套3之间安装有压缩弹簧18，下滑筒10通过销钉20固定在芯轴5上，上滑筒7与下滑筒10以及推杆8、卡爪9之间通过铰链连接，形成滑块连杆结构；

下接头12下方连接有喷头部分，喷头接头13内部具有阀体14与上阀芯21、下阀芯22，上阀芯21与下阀芯22固定在一起作为一个整体，喷头接头13下方连接有联接头15，联接头15与下阀芯22之间装有阀芯弹簧23，联接头15下方与旋转芯轴23连接，旋转芯轴24与旋转喷头16之间装有轴承26，旋转喷头16可以在旋转芯轴23上旋转，旋转喷头16底部及侧面分别开有底部喷孔28及侧面喷孔29。

2.如权利要求1所述的水平井分段压裂滑套开关工具，其特征在于：

在压力小于设定的喷头阀芯的开启值时，喷头部分的上阀芯21位于最上方，阀处于关闭状态，在压力达到喷头阀芯的开启值时，阀芯弹簧23压缩，上阀芯21下移，阀处于打开状态，继续增大压力时，上阀芯21位于最下端，阀处于关闭状态。

3.如权利要求1、2所述的水平井分段压裂滑套开关工具，其特征在于：

通过控制压力使得喷头阀芯处于开启状态，清洗液体可以流通至喷头部分，进而可以通过喷孔对压裂滑套进行冲洗，去除压裂滑套内部的砂砾等异物。

4.如权利要求1-3所述的水平井分段压裂滑套开关工具，其特征在于：

旋转喷头16侧面具有倾斜的侧面喷孔29，不仅可以对滑套进行冲洗，还可以提供反向作用力使旋转喷头16旋转冲洗。

5.如权利要求1所述的水平井分段压裂滑套开关工具，其特征在于：

当卡爪9无法在压缩弹簧18作用力下自动回收时，可以打压至设定的销钉剪断压力值，将下滑筒10与芯轴5之间的销钉20剪断，驱动下滑筒10下移，迫使卡爪9强制收回，使得开关工具可以安全上提回收。

6.如权利要求1-3所述的水平井分段压裂滑套开关工具，其特征在于：

当上接头1与连续油管连接，喷头部分与下接头12连接，可以在实现工具关闭滑套和旋转冲洗的功能；当工具倒置安装，即下接头12与连续油管连接，喷头部分与上接头1连接，可以实现工具开启滑套和旋转冲洗的功能。