CN105986780A - 永久式塞控喷砂滑套、压裂管柱及塞控分段压裂工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永久式塞控喷砂滑套、压裂管柱及塞控分段压裂工艺方法，涉及油气开采技术领域。解决了现有技术存在控制方式及施工工艺均比较复杂的技术问题。该永久式塞控喷砂滑套包括外筒部、滑套部、密封结构及锁定结构，外筒部上设置有压裂液出口，滑套部能在外筒部内从关闭压裂液出口的位置滑动至打开压裂液出口的位置；外筒部的内壁位于滑套部轴向方向上两端之外的部分与滑套部的内壁形成压裂液通道，滑套部滑动至打开压裂液出口的位置时，通过压裂液出口在压裂液通道与地层间或在滑套部与地层间建立流体通道；密封结构设置在滑套部的外壁与外筒部的内壁之间；锁定结构固定设置在外筒部的下游段。本发明用于降低压裂作业的难度。

Description

永久式塞控喷砂滑套、压裂管柱及塞控分段压裂工艺方法

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种永久式塞控喷砂滑套、设置该永久式塞控喷砂滑套的压裂管柱以及塞控分段压裂工艺方法。

背景技术

油气井分层(段)压裂是油气井主要的增产措施之一，也是采用用水平井开发低渗透油气藏和页岩油气藏重要的配套技术，多年来，国内外逐步形成了喷砂射孔分段压裂、封隔器+多级球控滑套分段压裂、固井球控滑套分段压裂、液路控制滑套分段压裂等技术。但是，不论是那种分段压裂技术，均需要通过射孔或滑套喷砂器在压裂施工时或投产生产时在井筒与地层建立连通的通道。对于采取打开压裂喷砂滑套来达到连通井筒与地层通道而言，则需要对喷砂滑套进行开关控制，至目前，所用的滑套开关控制方法主要有娈径控制式、电动控制式和液路控制线式。变径控制式滑套是一种球控式滑套，需要通过变换滑套球座的内通径或设置控制位内径变化来操作，多级控制使滑套的内径逐级减小，不仅控制级数受到限制(例如90mm内通径缩至30mm，每级内径小3mm，则最多可控制20级)，这种内通径缩径球控制方式造成井筒内通径严重不一致，压裂过程中井筒内球座造成较大的节流压降，使泵车的水马力损失严重，同时，采取多级压裂时，位于上部的球座受压裂液体的长期冲刺磨损，很容易出现球座内径增大而使分级控制失败，同时，这种方式压裂后还需要对球座进行二次处理才能保证井筒的畅通，这种方法在近年来已经逐步开始淘汰。电动控制式滑套能够达到井筒内全通径结构，它是一种通过电子控制滑套的电机而实现滑套开关动作的喷砂滑套，应用时只需要将不同的控制器投入井中，控制器发出的信号在通过滑套时，滑套会根据电子控制码的不同控制不同的喷砂滑套打开，理论上能够实现对滑套的无极限控制，但是，由于这种喷砂滑套的控制电路较复杂，所应用的油气井内介质不同，加之地层电场和磁场对通讯信号的干扰多，导致了该类滑套的不仅制造成本较高，而且控制成功率也相对较低，至目前，国内外仍然处于概念性试验研究阶段，没有达到现场应用的条件；液路控制线式喷砂滑套也叫C型球座控制式喷砂滑套，国外通称为TAP阀，是采取管外液压控制线路控制球座的在位状态，再由球控制滑套开关的一种液路式控制滑套，该滑套在应用时需要在各级喷砂滑套间连接管外液压控制线，通常情况下滑套的C形球座处于内藏状态，当本级滑套启动动作时，液控线的动力液传送口打开，将液压动力传至下一级滑套的液缸，液缸推动下一次滑套内藏的C形球座闭合凸出，地面投入的控制球坐落于推出的球座上打开滑套；这种控制方法解决了大幅度的内径变化控制和分段级数限制，套管内径只缩小一个数量等级就能够在理论上实现无限级的控制，但由于管外控制线连接难度大，控制线路的保护困难，应用中一旦一级出现控制链路中断问题后控制将全部失败，处理难度较大，同时，采用该控制方式的喷砂滑套，压裂施工后的滑套内通径仍然存在一定的缩径，需要采取其它工艺对球座进行二次处理，这种方法不仅工艺复杂，施工成本高，控制难度大，而且不能达到井筒内全通径，在现场的应用中很少使用。

由上可见，本申请人发现：现有技术至少存在以下技术问题：

现有技术存在分段级数受到限制、滑套不具备长期应用设计、压裂管柱内通径不一致、控制方式复杂、施工工艺复杂、作业难度大危险性高和应用成本高等问题。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种永久式塞控喷砂滑套、设置该永久式塞控喷砂滑套的压裂管柱以及塞控分段压裂工艺方法，解决了现有技术存在控制方式复杂、施工工艺复杂的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果(分段级数不受到限制、滑套可以长期应用设计、压裂管柱内通径一致、作业难度小、应用成本低、应用范围广，施工工艺简单等)详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明实施例提供的永久式塞控喷砂滑套，包括外筒部、滑套部、密封结构以及锁定结构，其中：

所述外筒部上设置有压裂液出口，所述滑套部位于所述外筒部内且其能在所述外筒部内从关闭所述压裂液出口的位置滑动至打开所述压裂液出口的位置；

所述外筒部的内壁位于所述滑套部轴向方向上两端之外的部分与所述滑套部的内壁形成压裂液通道，所述滑套部滑动至打开所述压裂液出口的位置时，通过所述压裂液出口在所述压裂液通道与地层间或在所述滑套部与地层间建立流体通道；

所述密封结构设置在所述滑套部的外壁与所述外筒部的内壁之间；

所述锁定结构固定设置在所述外筒部的下游段，且所述滑套部在所述外筒部内从关闭所述压裂液出口的位置滑动至完全打开所述压裂液出口的位置时所述滑套部与所述锁定结构形成锁定连接。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，(优选为在应用于固井完井方式时)所述压裂液出口上设置有封堵所述压裂液出口外端口的保护塞(在该滑套用于封隔器完井方式时，优选不需装该保护塞)，所述滑套部滑动至打开所述压裂液出口的位置时，(若为固井完成时，则优选为需要由)经过所述压裂液通道并通过所述压裂液出口喷出的压裂液能冲破或顶脱所述保护塞以压裂地层，并通过所述压裂液出口在所述压裂液通道与地层间或在所述滑套部与地层间建立流体通道；

和/或，处于关闭所述压裂液出口的位置的所述滑套部与所述外筒部之间通过剪销相连接。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，处于关闭所述压裂液出口的位置的所述滑套部与所述外筒部之间通过剪销相连接。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，为保持提供较长期的密封性能和密封有效周期增长，优选地，所述密封结构包括至少一个上复合密封环以及至少一个下复合密封环，其中：

所述上复合密封环套设在所述滑套部的上外壁上，所述下复合密封环套设在所述滑套部的下外壁上；

所述滑套部处于关闭所述压裂液出口的位置时，所述上复合密封环位于所述压裂液出口上游的所述外筒部与所述滑套部之间；所述下复合密封环位于所述压裂液出口下游的所述外筒部与所述滑套部之间；

所述上复合密封环以及所述下复合密封环各自均包括橡胶密封圈以及密封环状体，所述密封环状体为耐酸碱耐温材料制成；所述密封环状体的外壁与所述外筒部的内壁相抵接且所述密封环状体的内壁上设置有安装凹槽，所述橡胶密封圈嵌于所述安装凹槽内且与所述滑套部的外壁相抵接。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述密封结构还包括支撑环以及除垢环，所述支撑环与所述除垢环均套设在所述滑套部的外壁上，其中：

所述支撑环包括至少一个上支撑环以及至少一个下支撑环，所述除垢环包括至少一个上除垢环以及至少一个下除垢环；

所述上支撑环介于所述上除垢环与所述上复合密封环之间或介于相邻的两个所述上复合密封环之间；

所述下支撑环介于所述下除垢环与所述下复合密封环之间或介于相邻的两个所述下复合密封环之间；

所述上除垢环以及所述下除垢环各自均包括除垢环本体以及容垢凹槽，所述容垢凹槽设置在所述除垢环本体与所述外筒部相抵接的外壁上。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述密封结构还包括上密封压帽以及下密封压帽，其中：

所述滑套部位于所述上除垢环上游的部分与所述上密封压帽可拆卸连接，且所述上密封压帽抵压在所述上除垢环上；

所述滑套部位于所述下除垢环下游的部分与所述下密封压帽可拆卸连接，且所述下密封压帽抵压在所述下除垢环上。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述外筒部包括均呈筒状且沿所述压裂液通道的深度方向依次设置的上接头、喷砂外筒、连接接头、下外筒以及下接头，其中：

所述压裂液出口设置在所述喷砂外筒上，所述喷砂外筒轴向方向上的两端分别与所述上接头、所述连接接头可拆卸连接，所述连接接头以及所述下接头分别与所述下外筒轴向方向上的两端可拆卸连接。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述下接头伸入所述下外筒内部的一端设置有至少两条分瓣式锁定，所述锁定结构为设置在每条所述分瓣式锁定上的至少一条防脱凸棱，所述滑套部在所述外筒部内从关闭所述压裂液出口的位置滑动至完全打开所述压裂液出口的位置时所述滑套部下游段外壁上的外螺纹嵌于所述分瓣锁定之间的间隙内且与所述防脱凸棱相抵接或相啮合。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述下接头内固定设置有深度校核信号发生装置。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述保护塞与所述压裂液出口的内壁可拆卸固定连接。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述保护塞为螺钉状且其螺纹端设置有沉孔，所述可拆卸固定连接为螺纹连接。

本发明实施例提供的压裂管柱，包括桥塞以及至少一节本发明任一技术方案提供的永久式塞控喷砂滑套，其中：

处于收缩状态的所述桥塞能由所述外筒部进入所述滑套部内部并移动至预定的坐封位置；

处于坐封状态的所述桥塞能坐封在所述滑套部内壁上且由所述外筒部进入的压裂液能推动处于坐封状态的所述桥塞带动所述滑套部在所述外筒部内从关闭所述压裂液出口的位置滑动至打开所述压裂液出口的位置。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述桥塞为可降解或可溶解桥塞。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述永久式塞控喷砂滑套的数目为至少两节，且相邻的两节所述永久式塞控喷砂滑套的所述滑套部的内径尺寸及套管的内径尺寸彼此相一致。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，该压裂管柱还包括末端定时滑套以及至少两节套管，其中：

所述永久式塞控喷砂滑套的数目为至少两节，所述套管中其中的两节所述套管分别连接在一节所述永久式塞控喷砂滑套的外筒部的两端；

所述套管的内壁、所述滑套部的内壁以及所述外筒部的内壁位于所述滑套部轴向方向上两端之外的部分、所述末端定时滑套的内壁形成所述压裂液通道；

所述末端定时滑套与处于最末位置的一节所述永久式塞控喷砂滑套的下接头两者固定连接或为一体式结构，且所述末端定时滑套上的压裂液喷射孔能在预定的时段变化至打开状态。

本发明实施例提供的塞控分段压裂工艺方法，包括以下步骤：

步骤S1、油气井完钻后，准备下入套管完井时，根据分段压裂段数，确定本发明任一技术方案提供的永久式塞控喷砂滑套的数目，并按照压裂位置顺序将所述永久式塞控喷砂滑套组装于完井套管各生产段形成套管分段压裂管柱；

步骤S2、若固井完井时，则进行固井作业；

步骤S3、注入压裂液对所述套管分段压裂管柱的未段的地层进行压裂；

步骤S4、下入桥塞至所述套管分段压裂管柱中未进行压裂作业的所述永久式塞控喷砂滑套中处于最末位置的一级永久式塞控喷砂滑套内预定的坐封位置，将所述桥塞坐封于该永久式塞控喷砂滑套内预定的坐封位置，由所述桥塞将井筒(内的所述压裂液通道)的上游与下游隔开；

从地面注入压裂液，所述桥塞在压裂液施加的液压推力的推动下推动其坐封的所述滑套部下行至打开该滑套部所在的永久式塞控喷砂滑套的外筒部上的压裂液出口的位置，压裂液从所述压裂液出口流出对地层进行压裂作业。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案的进一步优化，所述塞控分段压裂工艺方法还包括以下步骤：

步骤S5、重复所述步骤S4打开各级的所述永久式塞控喷砂滑套，至全部段压裂完成。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

由于本发明可以实现桥塞封堵作业与打开永久式塞控喷砂滑套一次完成，有效地克服了球控分段压裂滑套的分段局限性，解决了现有技术存在控制方式复杂、施工工艺复杂的技术问题。

同时，本发明能够实现无限级的分段压裂施工，且所提供永久式塞控喷砂滑套具有较好多次开关特性和可靠的密封性，如果采用可降解桥塞配套应用，压裂后全井为统一通径，为后期其它作业提供了可靠的手段。具有低成本、高性能、工艺技术方法简单的特点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所提供的永久式塞控喷砂滑套的示意图；

图2为图1中A部分的放大示意图；

图3为图1中B部分的放大示意图；

图4为图1中C部分的放大示意图；

图5为图1中D部分的放大示意图；

图6为本发明实施例所提供的永久式塞控喷砂滑套的上接头的示意图；

图7为本发明实施例所提供的永久式塞控喷砂滑套的连接接头的示意图；

图8为本发明实施例所提供的永久式塞控喷砂滑套的下接头的示意图；

图9为本发明实施例所提供的永久式塞控喷砂滑套的滑套部的示意图；

图10为本发明实施例所提供的永久式塞控喷砂滑套的喷砂外筒的示意图；

图11为本发明实施例所提供的永久式塞控喷砂滑套的下外筒的示意图；

图12为设置本发明实施例所提供的永久式塞控喷砂滑套的压裂管柱的示意图；

图13为图12中E部分的放大示意图；

附图标记：1、上接头；2、喷砂外筒；3、上密封压帽；4、上除垢环；5、支撑环；6、上复合密封环；7、支撑环；8、上复合密封环；9、保护塞；10、剪销；11、滑套部；12、连接接头；13、下复合密封环；14、支撑环；15、下复合密封环；16、支撑环；17、下除垢环；18、下密封压帽；19、下外筒；20、下接头；21、分瓣式锁定；22、防脱凸棱；23、套管；24、桥塞。

具体实施方式

下面可以参照附图图1～图13以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。

本发明实施例提供了一种分段级数不受到限制、滑套可以长期应用设计、压裂管柱内通径一致、作业难度小、应用成本低、应用范围广，施工工艺简单的永久式塞控喷砂滑套、设置该永久式塞控喷砂滑套的压裂管柱以及塞控分段压裂工艺方法。

下面结合图1～图13对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图1～图13所示，本发明实施例所提供的永久式塞控喷砂滑套，包括外筒部(优选为包括喷砂外筒2)、滑套部11、密封结构(优选为包括上下复合密封环)以及止位结构(优选为包括分瓣式锁定21)，其中：外筒部(优选为喷砂外筒2)上设置有压裂液出口；

滑套部11位于外筒部内且其能在外筒部内从关闭压裂液出口的位置滑动至打开压裂液出口的位置；

外筒部的内壁位于滑套部11轴向方向上两端之外的部分与滑套部11的内壁形成压裂液通道滑套部11滑动至打开压裂液出口的位置时，在滑套部11与地层间建立流体通道。

密封结构设置在滑套部11的外壁与外筒部的内壁之间；

锁定结构固定设置在外筒部的下游段，且滑套部11在外筒部内从关闭压裂液出口的位置滑动至完全打开压裂液出口的位置时滑套部11与锁定结构形成锁定连接(此时，滑套部11被锁定于完全打开压裂液出口的位置，锁定连接具体可以为彼此相抵接)。

由于本发明可以实现桥塞24封堵作业与打开永久式塞控喷砂滑套一次完成，有效地克服了球控分段压裂滑套的分段局限性，解决了现有技术存在控制方式复杂、施工工艺复杂的技术问题。

同时，本发明能够实现无限级的分段压裂施工，且所提供永久式塞控喷砂滑套具有较好多次开关特性和可靠的密封性，如果采用可降解桥塞24配套应用，压裂后全井为统一通径，为后期其它作业提供了可靠的手段。具有低成本、高性能、工艺技术方法简单的特点。

作为本发明任一技术方案的优化，压裂液出口上设置有封堵压裂液出口外端口的保护塞9，滑套部11滑动至打开压裂液出口的位置时，经过压裂液通道并通过压裂液出口喷出的压裂液能冲破或顶脱保护塞以压裂地层，并在滑套部11与地层间建立流体通道。该滑套部11以及保护塞9用于固井完井时有效地封堵压裂液出口的外端口避免固井时水泥等进入压裂液出口。

作为本发明任一技术方案的优化，处于关闭压裂液出口的位置的滑套部11与外筒部之间通过剪销10相连接。剪销10具有连接可靠，便于剪断、解除的优点。

作为本发明任一技术方案的优化，密封结构包括至少一个上复合密封环6以及至少一个下复合密封环13，其中：

上复合密封环6以及上复合密封环6均套设在滑套部11的上外壁上，且滑套部11处于关闭压裂液出口的位置时，上复合密封环6位于压裂液出口上游(本文中上游基于压裂液在永久式塞控喷砂滑套内的主要流动方向而言，图1中压裂液在永久式塞控喷砂滑套内的主要流动方向与永久式塞控喷砂滑套的轴向方向重合，参照附图1上游也可以理解为上方)的外筒部与滑套部11之间；下复合密封环13位于压裂液出口下游的外筒部与滑套部11之间；

上复合密封环6以及下复合密封环13各自均包括橡胶密封圈以及密封环状体，密封环状体为耐酸碱耐温材料制成；密封环状体的外壁与外筒部的内壁相抵接且密封环状体的内壁上设置有安装凹槽，橡胶密封圈嵌于安装凹槽内且与滑套部11的外壁相抵接。

上复合密封环6以及下复合密封环13不仅各自均具有良好的支撑特性，而且橡胶密封圈可以起到良好的密封效果。

作为本发明任一技术方案的优化，密封结构还包括支撑环(标号为5、7、14或16)以及除垢环，支撑环(标号为5、7、14或16)与除垢环均套设在滑套部11的外壁上，其中：

支撑环(标号为5、7、14或16)包括至少一个上支撑环(标号为5、7、14或16)以及至少一个下支撑环(标号为5、7、14或16)，除垢环包括至少一个上除垢环4以及至少一个下除垢环17；

上支撑环(标号为5、7、14或16)介于上除垢环4与上复合密封环6之间或介于相邻的两个上复合密封环6之间；

下支撑环(标号为5、7、14或16)介于下除垢环17与下复合密封环13之间或介于相邻的两个下复合密封环13之间；

上除垢环4以及下除垢环17各自均包括除垢环本体以及容垢凹槽，容垢凹槽设置在除垢环本体与外筒部相抵接的外壁上。

支撑环(标号为5、7、14或16)不仅可以将复合密封环与除垢环间隔开，而且还可以对复合密封环与除垢环均起到良好的支撑效果。

作为本发明任一技术方案的优化，密封结构还包括上密封压帽3以及下密封压帽18，其中：

滑套部11位于上除垢环4上游的部分与上密封压帽3可拆卸连接，且上密封压帽3抵压在上除垢环4上；

滑套部11位于下除垢环17下游的部分与下密封压帽18可拆卸连接，且下密封压帽18抵压在下除垢环17上。

上下密封压帽18可以确保密封结构不会从滑套部11上松脱。

作为本发明任一技术方案的优化，外筒部包括均呈筒状且沿压裂液通道的深度方向依次设置的上接头1、喷砂外筒2、连接接头12、下外筒19以及下接头20，其中：

喷砂外筒2轴向方向上的两端分别与上接头1、连接接头12可拆卸连接，连接接头12以及下接头20分别与下外筒19轴向方向上的两端可拆卸连接。

上述结构便于装配，有利于根据需要延长外筒部的长度。

作为本发明任一技术方案的优化，下接头20伸入下外筒19内部的一端设置有至少两条分瓣式锁定21，锁定结构为设置在每条分瓣式锁定21上的至少一条防脱凸棱22，滑套部11在外筒部内从关闭压裂液出口的位置滑动至完全打开压裂液出口的位置时滑套部11下游段外壁上的外螺纹嵌于分瓣式锁定21之间的间隙内且与防脱凸棱22相抵接。

分瓣式锁定21可以将下行后的滑套部11锁定住，避免其回退或下行太深。

作为本发明任一技术方案的优化，下接头20内固定设置有深度校核信号发生装置。根据深度校核信号发生装置发出的信号可以探知本发明下入井中的深度。下接头20内可以设置环形安装槽以安装深度校核信号发生装置。

作为本发明任一技术方案的优化，保护塞9与压裂液出口的内壁可拆卸固定连接。该结构便于装配。

作为本发明任一技术方案的优化，保护塞9为的螺钉状，且其螺纹端设置有沉孔。本文中的可拆卸固定连接为螺纹连接。该滑套与保护塞9用于固井完井时有效地封堵压裂液出口的外端口避免固井时水泥等进入压裂液出口，同时，螺纹连接结构紧凑，便于装配。

本发明实施例提供的压裂管柱，包括桥塞24以及至少一节本发明任一技术方案提供的永久式塞控喷砂滑套，其中：

处于收缩状态的桥塞24能由外筒部进入滑套部11内部并移动至预定的坐封位置；

处于坐封状态的桥塞24能坐封在滑套部11内壁上且由外筒部进入的压裂液能推动处于坐封状态的桥塞24带动滑套部11在外筒部内从关闭压裂液出口的位置滑动至打开压裂液出口的位置。

可以采用专用的桥塞24输送工具实现对处于收缩状态的桥塞24的输送并实现对桥塞24状态的切换，将其从收缩状态切换至坐封状态。

作为本发明任一技术方案的优化，桥塞24为可降解或可溶解桥塞24。桥塞24带动滑套部11在外筒部内从关闭压裂液出口的位置滑动至打开压裂液出口的位置后，桥塞24会堵住压裂液通道以确保压裂液从压裂液出口喷出实现对地层的压裂，当地层压裂完成后，桥塞24降解或溶解后，不再堵住压裂液通道，地层中的油气可以通过压裂液通道输出至地面。

作为本发明任一技术方案的优化，永久式塞控喷砂滑套的数目为至少两节，且相邻的两节永久式塞控喷砂滑套的滑套部11的内径尺寸及(相邻的两节所述永久式塞控喷砂滑套的)套管的内径尺寸彼此相一致。该结构不仅便于批量加工、制造，而且滑套部11内径一致时对流经的压裂液造成的流动损失较少。

作为本发明任一技术方案的优化，该压裂管柱还包括末端定时滑套以及至少两节套管23，其中：

永久式塞控喷砂滑套的数目为至少两节，套管23中其中的两节套管23分别连接在一节永久式塞控喷砂滑套的外筒部的两端；

套管23的内壁、滑套部11的内壁、外筒部的内壁位于滑套部11轴向方向上两端之外的部分以及末端定时滑套的内壁形成压裂液通道；

末端定时滑套与处于最末位置的一节永久式塞控喷砂滑套的下接头20两者固定连接或为一体式结构，且末端定时滑套上的压裂液喷射孔能在预定的时段变化至打开状态。

末端定时滑套上的压裂液喷射孔在预定的时段打开时，注入压裂液可以实现对最末端地层的压裂。

本发明实施例提供的塞控分段压裂工艺方法，包括以下步骤：

步骤S1、油气井完钻后，准备下入套管23完井时，根据分段压裂段数，确定权利要求1-10任一永久式塞控喷砂滑套的数目，并按照压裂位置顺序将永久式塞控喷砂滑套组装于完井套管23各生产段形成套管分段压裂管柱；

步骤S2、固井完井时，则进行固井作业；

步骤S3、注入压裂液对套管分段压裂管柱的未段的地层进行压裂；

步骤S4、下入桥塞24至套管分段压裂管柱中未进行压裂作业的永久式塞控喷砂滑套中处于最末位置的一级永久式塞控喷砂滑套内预定的坐封位置，将桥塞24坐封于该永久式塞控喷砂滑套内预定的坐封位置，由桥塞24将井筒(内的所述压裂液通道)的上游与下游隔开；

从地面注入压裂液，桥塞24在压裂液施加的液压推力的推动下推动其坐封的滑套部11下行至打开该滑套部11所在的永久式塞控喷砂滑套的外筒部上的压裂液出口的位置，压裂液从压裂液出口流出对地层进行压裂作业。

上述步骤可以实现对最末段地层以及第一级套管分段压裂管柱所处地层的压裂。

作为本发明任一技术方案的优化，塞控分段压裂工艺方法还包括以下步骤：步骤S5、重复步骤S4打开各级的永久式塞控喷砂滑套，至全部段(地层)压裂完成。

上述步骤可以根据需要对多段地层的压裂。

下文结合附图1－图3集中阐述本发明提供的优选技术方案：

本发明提出了一种永久式塞控喷砂滑套以及设置该永久式塞控喷砂滑套的分段压裂工艺方法。以解决现有技术存在分段级数受到限制、滑套不具备长期应用设计、压裂管柱内通径不一致、控制方式复杂、施工工艺复杂、作业难度大危险性高和应用成本高等问题。本发明所述永久式塞控喷砂滑套以及涉及该永久式塞控喷砂滑套的分段压裂工艺方法，通过应用可降解桥塞24坐落于滑套内部而控制永久式塞控喷砂滑套的开启，达到井筒内外的连通而进行分段压裂，有效地简化了油气井分段压裂中滑套的控制方式和应用工艺方法，实现了全通径状态下的无极限分段压裂的换层控制，并使喷砂滑套能够长久性的开关控制和密封设计，满足滑套开关在其它作业中的应用，最大限度的提供一套管23柱实现多种应用的要求。因此，本发明提供的优选技术方案还具有应用成本低、应用范围广，施工工艺简单等诸多优点。

本发明实施例永久式塞控喷砂滑套，主要包括有上接头1、喷砂外筒2、上密封压帽3、上除垢环4、支撑环5、(上)复合密封环6、支撑环7、(上)复合密封环8、保护塞9、剪销10、滑套11、连接接头12、(下)复合密封(环)13、支撑环14、(下)复合密封(环)15、支撑环16、下除垢环17、下密封压帽18、下外筒19、下接头20等部件。

上接头1上部螺纹用于与套管23连接，上接头1下部螺纹与喷砂外筒2上部螺纹连接，喷砂外筒2下部与连接接头12上螺纹连接，连接接头12下螺纹与下外筒19上螺纹连接，下外筒19下螺纹与下接头20连接，共同形成永久式塞控喷砂滑套外部结构；

复合密封环8、支撑环7、复合密封环6、支撑环5、上除垢环4顺序套装于滑套11上部，复合密封环13、支撑环14、复合密封环15、支撑环16、下除垢环17顺序套装于滑套11下部，滑套11上部螺纹与上密封压帽3螺纹连接，下部螺纹与下密封压帽18螺纹连接，将上、下部的密封总成和除垢器固定在滑套上。

滑套组装后间隙装于永久式塞控喷砂滑套内部，滑套上部密封总成与上接头内壁形成上密封结构，滑套下部密封总成与连接接头内壁形成下密封结构。

复合密封环是一种外部为高分子聚合物特制的密封环，具有耐温250摄氏度、耐酸耐碱和稳定性极强的材料，为保证其具有良好的弹性结构特征，内部加装有橡胶密封圈作为弹性支撑件。

永久式塞控喷砂滑套特征是该工具是一种永久密封特征的液压控制喷砂滑套，与桥塞24或其它锚定塞子配套应用形成完整的开关控制功能，应用时依靠桥塞24或其它锚定式塞子坐落于内部，封闭滑套通道后，流体液压力推动塞子下行而带动滑套下行实现开启功能。

永久式塞控喷砂滑套特征是上接头内腔密封面、滑套外园密封面均进行了特殊防腐处理，采取内涂层技术，涂层厚度0.3-0.35mm，具有防止锈蚀、化学浸蚀和防结垢特性。

永久式塞控喷砂滑套特征是为了便于桥塞24或锚定控制塞正常坐封于滑套内部，通常的滑套长度大于桥塞24或锚定控制塞以上，并自身带有深度校核信号发生装置。

永久式塞控喷砂滑套特征是具有多次打开和关闭的功能，关闭时需要采用专用的液压扩展关闭工具解除锁定状态后关闭，具有一次下井关闭多级滑套。

本发明实施例永久式塞控喷砂滑套的工作机理：应用时根据分段压裂施工段数，将永久式塞控喷砂滑套设置于井下需要压裂的位置，上下用套管23连接起来一起入井，下完套管23后，按正常的固井程序进行固井，压裂时，下入的桥塞24或其它锚定式塞子坐封于滑套内封闭井筒通道，开泵注入压裂液，塞子阻断了流体通道，产生与液流方向相同的推力，由于桥塞24锚定于滑套内，桥塞24会带动滑套剪断剪销，将滑套推至外筒下端，打开流体流动通道进行压裂。

本发明永久式塞控喷砂滑套分段压裂工艺方法，在实施时，压裂管柱由套管23、永久式塞控喷砂滑套、未端定时滑套组成井下管柱部分。油气井完钻后下入套管23完井时，根据分段压裂段数，确定永久式塞控喷砂滑套组数，并按照压裂位置顺序将永久式塞控喷砂滑套组装于完井套管23各生产段形成套管分段压裂管柱。固井时，由于永久式塞控喷砂滑套没有开启，液流孔受到保护塞的保护，固井作业可按常规固井程序进行，固井时将水泥浆按传统方式顶替至设计位置，固井及其它准备工作完成后，首先对未段进行压裂，压裂完成后下入桥塞24至第一级永久式塞控喷砂滑套位置，将桥塞24座封于永久式塞控喷砂滑套内部，桥塞24将井筒上下部隔开，地面注入压裂液，桥塞24受到液压推力推动滑套下行开启，地面根据各段的压裂施工设计进行分段压裂施工作业；重复以上的方法打开各级永久式塞控喷砂滑套，至全部段压裂完成。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

在本发明的描述中如果使用了术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等，那么上述术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的永久式塞控喷砂滑套或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (16)

1.一种永久式塞控喷砂滑套，其特征在于，包括外筒部、滑套部、密封结构以及锁定结构，其中：

所述外筒部上设置有压裂液出口，所述滑套部位于所述外筒部内且其能在所述外筒部内从关闭所述压裂液出口的位置滑动至打开所述压裂液出口的位置；

所述外筒部的内壁位于所述滑套部轴向方向上两端之外的部分与所述滑套部的内壁形成压裂液通道，所述滑套部滑动至打开所述压裂液出口的位置时，通过所述压裂液出口在所述压裂液通道与地层间或在所述滑套部与地层间建立流体通道；

所述密封结构设置在所述滑套部的外壁与所述外筒部的内壁之间；所述锁定结构固定设置在所述外筒部的下游段，且所述滑套部在所述外筒部内从关闭所述压裂液出口的位置滑动至完全打开所述压裂液出口的位置时所述滑套部与所述锁定结构形成锁定连接。

2.根据权利要求1所述的永久式塞控喷砂滑套，其特征在于，

所述压裂液出口上设置有封堵所述压裂液出口外端口的保护塞，所述滑套部滑动至打开所述压裂液出口的位置时，经过所述压裂液通道并通过所述压裂液出口喷出的压裂液能冲破或顶脱所述保护塞以压裂地层，并通过所述压裂液出口在所述压裂液通道与地层间或在所述滑套部与地层间建立流体通道；和/或，

处于关闭所述压裂液出口的位置的所述滑套部与所述外筒部之间通过剪销相连接。

3.根据权利要求1或2所述的永久式塞控喷砂滑套，其特征在于，所述密封结构包括至少一个上复合密封环以及至少一个下复合密封环，其中：

所述上复合密封环套设在所述滑套部的上外壁上，所述下复合密封环套设在所述滑套部的下外壁上；

所述滑套部处于关闭所述压裂液出口的位置时，所述上复合密封环位于所述压裂液出口上游的所述外筒部与所述滑套部之间；所述下复合密封环位于所述压裂液出口下游的所述外筒部与所述滑套部之间；

所述上复合密封环以及所述下复合密封环各自均包括橡胶密封圈以及密封环状体，所述密封环状体为耐酸碱耐温材料制成；所述密封环状体的外壁与所述外筒部的内壁相抵接且所述密封环状体的内壁上设置有安装凹槽，所述橡胶密封圈嵌于所述安装凹槽内且与所述滑套部的外壁相抵接。

4.根据权利要求3所述的永久式塞控喷砂滑套，其特征在于，所述密封结构还包括支撑环以及除垢环，所述支撑环与所述除垢环均套设在所述滑套部的外壁上，其中：

所述支撑环包括至少一个上支撑环以及至少一个下支撑环，所述除垢环包括至少一个上除垢环以及至少一个下除垢环；

所述上支撑环介于所述上除垢环与所述上复合密封环之间或介于相邻的两个所述上复合密封环之间；

所述下支撑环介于所述下除垢环与所述下复合密封环之间或介于相邻的两个所述下复合密封环之间；

所述上除垢环以及所述下除垢环各自均包括除垢环本体以及容垢凹槽，所述容垢凹槽设置在所述除垢环本体与所述外筒部相抵接的外壁上。

5.根据权利要求4所述的永久式塞控喷砂滑套，其特征在于，所述密封结构还包括上密封压帽以及下密封压帽，其中：

所述滑套部位于所述上除垢环上游的部分与所述上密封压帽可拆卸连接，且所述上密封压帽抵压在所述上除垢环上；

所述滑套部位于所述下除垢环下游的部分与所述下密封压帽可拆卸连接，且所述下密封压帽抵压在所述下除垢环上。

6.根据权利要求1或2所述的永久式塞控喷砂滑套，其特征在于，所述外筒部包括均呈筒状且沿所述压裂液通道的深度方向依次设置的上接头、喷砂外筒、连接接头、下外筒以及下接头，其中：

所述压裂液出口设置在所述喷砂外筒上，所述喷砂外筒轴向方向上的两端分别与所述上接头、所述连接接头可拆卸连接，所述连接接头以及所述下接头分别与所述下外筒轴向方向上的两端可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的永久式塞控喷砂滑套，其特征在于，所述下接头伸入所述下外筒内部的一端设置有至少两条分瓣式锁定，所述锁定结构为设置在每条所述分瓣式锁定上的至少一条防脱凸棱，所述滑套部在所述外筒部内从关闭所述压裂液出口的位置滑动至完全打开所述压裂液出口的位置时所述滑套部下游段外壁上的外螺纹嵌于所述分瓣式锁定之间的间隙内且与所述防脱凸棱相抵接或相啮合。

8.根据权利要求6所述的永久式塞控喷砂滑套，其特征在于，所述下接头内固定设置有深度校核信号发生装置。

9.根据权利要求2所述的永久式塞控喷砂滑套，其特征在于，所述保护塞与所述压裂液出口的内壁可拆卸固定连接。

10.根据权利要求9所述的永久式塞控喷砂滑套，其特征在于，所述保护塞为螺钉状且其螺纹端设置有沉孔，所述可拆卸固定连接为螺纹连接。

11.一种压裂管柱，其特征在于，包括桥塞以及至少一节权利要求1－10任一所述的永久式塞控喷砂滑套，其中：

处于收缩状态的所述桥塞能由所述外筒部进入所述滑套部内部并移动至预定的坐封位置；处于坐封状态的所述桥塞能坐封在所述滑套部内壁上且由所述外筒部进入的压裂液能推动处于坐封状态的所述桥塞带动所述滑套部在所述外筒部内从关闭所述压裂液出口的位置滑动至打开所述压裂液出口的位置。

12.根据权利要求11所述的压裂管柱，其特征在于，所述桥塞为可降解或可溶解桥塞。

13.根据权利要求11所述的压裂管柱，其特征在于，所述永久式塞控喷砂滑套的数目为至少两节，且相邻的两节所述永久式塞控喷砂滑套的所述滑套部的内径尺寸及套管的内径尺寸彼此相一致。

14.根据权利要求11所述的压裂管柱，其特征在于，该压裂管柱还包括末端定时滑套以及至少两节套管，其中：

所述永久式塞控喷砂滑套的数目为至少两节，所述套管中其中的两节所述套管分别连接在一节所述永久式塞控喷砂滑套的外筒部的两端；所述套管的内壁、所述滑套部的内壁以及所述外筒部的内壁位于所述滑套部轴向方向上两端之外的部分、所述末端定时滑套的内壁形成所述压裂液通道；

所述末端定时滑套与处于最末位置的一节所述永久式塞控喷砂滑套的下接头两者固定连接或为一体式结构，且所述末端定时滑套上的压裂液喷射孔能在预定的时段变化至打开状态。

15.一种塞控分段压裂工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、油气井完钻后，准备下入套管完井时，根据分段压裂段数确定权利要求1-10任一所述永久式塞控喷砂滑套的数目，并按照压裂位置顺序将所述永久式塞控喷砂滑套组装于完井套管各生产段形成套管分段压裂管柱；

步骤S2、若固井完井时，则进行固井作业；

步骤S3、注入压裂液对所述套管分段压裂管柱的未段的地层进行压裂；

步骤S4、下入桥塞至所述套管分段压裂管柱中未进行压裂作业的所述永久式塞控喷砂滑套中处于最末位置的一级永久式塞控喷砂滑套内预定的坐封位置，将所述桥塞坐封于该永久式塞控喷砂滑套内预定的坐封位置，由所述桥塞将井筒的上游与下游隔开；

从地面注入压裂液，所述桥塞在压裂液施加的液压推力的推动下推动其坐封的所述滑套部下行至打开该滑套部所在的永久式塞控喷砂滑套的外筒部上的压裂液出口的位置，压裂液从所述压裂液出口流出对地层进行压裂作业。

16.根据权利要求15所述的塞控分段压裂工艺方法，其特征在于，所述塞控分段压裂工艺方法还包括以下步骤：

步骤S5、重复所述步骤S4打开各级的所述永久式塞控喷砂滑套，至全部段压裂完成。