CN106545323B - 用于油气管柱的压裂装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于油气管柱的压裂装置，该压裂装置包括：串连在油气管柱中的筒状组件，筒状组件限定有能够接收油气管柱内的流体的缓冲空间；通过剪切单元固定设置在筒状组件的内壁上的滑套；以及能够推动滑套的促动机构。其中，当促动机构推动滑套而迫使剪切单元失效后，滑套将进入到缓冲空间内，并在缓冲空间和流体的协同作用下进行缓冲运动。根据本发明的用于油气管柱的压裂装置能够对滑套的运动进行及时的缓冲，由此可大幅度降低的滑套和外筒以及关联部件的摩擦损耗和撞击损伤，易于提高本压裂装置的使用寿命。

Description

用于油气管柱的压裂装置

技术领域

本发明属于油气资源开采技术领域，具体涉及一种用于油气管柱的压裂装置。

背景技术

压裂装置作为非常规油气资源开采的重要装置之一，被广泛应用在各类油气井中。换句话说，人们可通过压裂装置对含油层地质实施压裂技术，从而增加油气井的产量。

现有的压裂装置包括带压裂孔的外筒和通过剪钉固定设置在外筒内的滑套，以及设置在滑套内的球座。当憋压球落入到球座后，油气管柱内的流体将在憋压球及球座的封堵作用下迫使滑套剪断剪钉，使得滑套沿着外筒的轴向朝下游方向运动，从而打开压裂孔。

然而，由于在剪钉被剪断的瞬间，流体施加给滑套的推动力极大，迫使滑套急速移动到打开压裂孔的位置。在滑套急速移动的过程中，滑套和外筒难免需要承受剧烈摩擦和严重撞击，导致两者结构受到严重的损伤。

发明内容

为了解决上述部分或全部问题，本发明提供了一种用于油气管柱的压裂装置，该压裂装置能够对滑套的运动进行及时的缓冲，可大幅度降低的滑套和外筒的摩擦损耗和撞击损伤。

本发明提供了一种用于油气管柱的压裂装置，包括：串连在油气管柱中的筒状组件，所述筒状组件限定有能够接收所述油气管柱内的流体的缓冲空间；通过剪切单元固定设置在筒状组件的内壁上的滑套；以及能够推动滑套的促动机构。其中，当促动机构推动滑套而迫使剪切单元失效后，滑套将进入到缓冲空间内，并在缓冲空间和流体的协同作用下进行缓冲运动。

进一步地，缓冲空间包括能接收滑套的环形轴向腔和用于连通筒状组件的内腔和环形轴向腔的泄流孔。

进一步地，泄流孔与环形轴向腔的接合位置设置在始终不能与进入到环形轴向腔内的滑套相接触的位置。

进一步地，筒状组件包括用于容纳滑套的外筒，以及固定设置在外筒的内壁上且能与外筒配合后形成环形轴向腔的内筒，其中泄流孔被开设在内筒上。

进一步地，在内筒的外壁上设有定位凸起，筒状组件还包括用于与外筒的端部相连的管接头，管接头与外筒连接后形成有用于容纳定位凸起的定位凹槽。

进一步地，在滑套的内壁上开设有两个沿轴向间隔开且相互对称的周向槽，各周向槽的径向截面均为无底边的直角梯形。

进一步地，在筒状组件上设有压裂孔，压裂装置还包括能够卡住位于关闭压裂孔位置的滑套的限位机构。

进一步地，限位机构包括设在筒状组件和滑套中一个上的且沿着轴向间隔开的第一卡槽和第二卡槽，以及设在筒状组件和滑套中另一个上的卡接件，其中当卡接件与第一卡槽配合时，滑套位于关闭压裂孔的位置，当卡接件与第二卡槽配合时，滑套位于打开压裂孔的位置。

进一步地，卡接件为具有缺口的弹性环，在滑套的外壁上开设有用于容纳弹性环的容纳槽，第一和第二卡槽的轴向截面均为无底边的非直角梯形。

进一步地，筒状组件包括外筒和设置在外筒与滑套之间的且固定于外筒的暂接套，剪切单元为穿过暂接套和滑套的可剪构件。

根据本发明的用于油气管柱的压裂装置通过缓冲空间和流动的作用，能够对滑套的运动进行及时的缓冲，由此可大幅度降低滑套和外筒以及关联部件的摩擦损耗和撞击损伤，易于提高该压裂装置的使用寿命。

另外，根据本发明的用于油气管柱的压裂装置的结构简单紧凑，加工方便，装配容易，使用可靠，便于实施推广应用。

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为根据本发明的实施例的用于油气管柱的压裂装置的半剖视图；

图2为图1中D1处的局部放大图；

图3为图1中D2处的局部放大图；

图4为图1中D3处的局部放大图；以及

图5为图1中D4处的局部放大图。

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绘制。

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为根据本发明的用于油气管柱的压裂装置10的实施例的半剖视图，所谓的油气管柱是指用于采油和/或气的管柱。在图1中，V方向代表轴向，箭头所指的方向为上游方向，背向箭头的方向为下游方向。

如图1所示，根据本发明的用于油气管柱的压裂装置10包括具有压裂孔22a的筒状组件2。筒状组件2串连在油气管柱中，并在筒状组件2的内部限定了一个沿着轴向分布的内腔5。

在图1所示的实施例中，筒状组件2包括依次连接的上管接头21、形成有压裂孔22a的外筒22和下管接头23。然而容易理解的是，该筒状组件2也可直接选择成一体式的管件。

筒状组件2限定有缓冲空间6，该缓冲空间6可通过筒状组件2的内腔5接收油气管柱内的流体。在本实施例中，缓冲空间6形成在外筒22内，并且环绕着筒状组件2的内腔5。其中，缓冲空间6可包括能够接收滑套3的环形轴向腔61，以及用于连通筒状组件2的内腔5和环形轴向腔61的泄流孔62。在使用过程中，筒状组件2内的流体可通过上游开口和泄流孔62进入到环形轴向腔61内，使得环形轴向腔61具备缓冲功能。

根据本发明，压裂装置10还包括设置在筒状组件2的内壁上并且可沿着筒状组件2的轴向进行滑动的滑套3。滑套3通过剪切单元4与筒状组件2固定在一起。在本实施例中，滑套3位于筒状组件2的外筒22内，并通过剪切单元4与筒状组件2固定在一起。剪切单元4可选为穿入或穿过滑套3和筒状组件2的可剪切件。可剪切件优选为剪钉。

为了保证筒状组件2具有较高的密封性能，筒状组件2还可包括设置在外筒22与滑套3之间的暂接套25，详见图2。暂接套25可通过螺纹或焊接等常规固定方式固定在外筒22的内壁上。剪切单元4用于固定暂接套25和滑套3，其可选为能够穿过暂接套25和滑套3的剪钉。由于剪钉并未穿入或穿透筒状组件2的外筒22，使得筒状组件2仍然具有较高的密封性能。

压裂装置10还包括能够推动滑套3的促动机构7。当促动机构7推动滑套3而迫使剪切单元4失效后，滑套3将进入到缓冲空间6内，并在缓冲空间6和流体的协同作用下进行缓冲运动。详细地讲，当促动机构7推动滑套3而迫使剪切单元4失效时，滑套3将进入到缓冲空间6的环形轴向腔61内，然后推动环形轴向腔61内的流体通过泄流孔62排出到筒状组件2的内腔5内。在这个过程中，流体可反过来作用滑套3并促使其进行缓冲运动。在整个过程中，缓冲空间6能够对滑套3进行及时的缓冲，迫使滑套3进行缓冲运动，由此可大幅度降低滑套3和筒状组件2以及关联部件(例如下文叙述的限位机构)的摩擦损耗和撞击损伤。不难理解的是，这种方式有利于提高压裂装置10的使用寿命。

在一个实施例中，筒状组件2在一体式制造过程中可直接形成缓冲空间6。但是在本实施例中，缓冲空间6通过分体式的结构所形成。具体地讲，筒状组件2还包括固定设置在外筒22的内壁上的内筒24。内筒24能与外筒22配合后形成缓冲空间6。其中，位于内筒24与外筒22之间的空腔为环形轴向腔61，泄流孔62被开设在内筒24上。与一体式制造的实施例相比，本实施例的分体结构更易加工制造，而且还可方便其他部件装配。

在本实施例中，内筒24与外筒22的固定方式可选为螺纹连接、焊接等常规固定方式。但为了装配方便起见，如图5所示，在内筒24的外壁上设有定位凸起240，下管接头23与外筒22共同限定了能容纳定位凸起240的定位凹槽220。当下管接头23未与外筒22连接时，定位凹槽220的形状并不完整，易于把独立的内筒24顺利插入到外筒22内。待内筒24插入后，再连接下管接头23和外筒22，然后通过该过程中形成的定位凹槽220来固定定位凸起240，以把内筒24和外筒22牢固地固定在一起。

在一个优选的实施例中，泄流孔62与环形轴向腔61的接合位置设置在始终不能与进入到环形轴向腔62内的滑套3相接触的位置。通过这种方式，缓冲空间6不仅可对滑套3进行顺利的缓冲，并且还可以保证滑套3具有足够的移动距离，从而便于完整地打开压裂孔22a。

在图1所示的实施例中，促动机构7包括固定设置在滑套3的内壁上的憋压球座71和能够坐落在憋压球座71上的憋压球72。当憋压球72落入到憋压球座71上时，油气管柱内的流体可通过憋压球座71与憋压球72的封堵作用下推动滑套3朝向下游滑动。然而容易理解的是，促动机构7可选为液压缸、丝杠等常规的传动机构。

现有的压裂装置由于没有反复开关的功能，使得该压裂装置不能进行二次压裂改造。为了克服这样问题，在滑套3的内壁上可开设有两个沿轴向间隔开且相互对称的周向槽9，各周向槽9的径向截面均为无底边的直角梯形，详见图1和图4。其中，一个周向槽9可用于接收常规的开关工具，使得开关工具可通过该周向槽9的径向平面来带动滑套3打开压裂孔22a；而另一个周向槽9也可用于接收常规的开关工具，使得开关工具可通过这个周向槽9的径向平面来带动滑套3关闭压裂孔22a。其中所述的开关工具可选为中国专利CN203130039U或CN203716933U所记载的开关工具。

在一个实施例中，压裂装置10还包括能够卡合位于关闭压裂孔22a的位置的滑套3的限位机构(包括部件81、82和83)，详见图1和图3。由于限位机构能够对位于关闭压裂孔22a的位置的滑套3进行准确的定位，使得滑套3不易在意外情况下打开的压裂孔22a。在该实施例的基础上，限位机构还能够对位于打开压裂孔22a的位置的滑套3进行准确的定位，由此可以大幅度地提高压裂作业的稳定性。

在本实施例中，限位机构包括设在筒状组件2和滑套3中一个上的且沿着轴向间隔开的第一卡槽81和第二卡槽82，以及设在筒状组件2和滑套3中另一个上的卡接件83。限位机构构造成：当卡接件83与第一卡槽81配合时，滑套3恰好位于关闭压裂孔22a的位置；当卡接件83与第二卡槽82配合时，滑套3恰好位于打开压裂孔22a的位置。因此，本实施例的限位机构可以轻易实现所要实现的定位功能。

在本实施例中，卡接件83可选为带缺口的弹性环(又称C形弹性环)，在滑套3的外壁上开设有用于容纳弹性环的容纳槽31，详见图3。本实施的卡接件83的结构简单，易于加工制造。为了方便卡接件83能够在完成定位功后顺利脱离卡槽，第一卡槽81和第二卡槽82的轴向截面(即图1所示的截面)均为无底边的非直角梯形。

综上可知，根据本发明的用于油气管柱的压裂装置10通过缓冲空间6和流动的作用对滑套3的运动进行及时的缓冲，由此可大幅度降低滑套3和外筒22以及关联部件的摩擦损耗和撞击损伤，易于提高本压裂装置10的使用寿命。

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 (8)

1.一种用于油气管柱的压裂装置，包括：

串连在油气管柱中的筒状组件，所述筒状组件限定有能够接收所述油气管柱内的流体的缓冲空间；

通过剪切单元固定设置在所述筒状组件的内壁上的滑套；以及

能够推动所述滑套的促动机构；

其中，所述缓冲空间包括能接收所述滑套的环形轴向腔和用于连通所述筒状组件的内腔和环形轴向腔的泄流孔，所述泄流孔与所述环形轴向腔的接合位置设置在始终不能与进入到所述环形轴向腔内的滑套相接触的位置，当所述促动机构推动所述滑套而迫使所述剪切单元失效后，所述滑套将进入到所述缓冲空间内，并在所述缓冲空间和流体的协同作用下进行缓冲运动。

2.根据权利要求1所述的压裂装置，其特征在于，所述筒状组件包括用于容纳所述滑套的外筒，以及固定设置在所述外筒的内壁上且能与所述外筒配合后形成所述环形轴向腔的内筒，其中所述泄流孔被开设在所述内筒上。

3.根据权利要求2所述的压裂装置，其特征在于，在所述内筒的外壁上设有定位凸起，所述筒状组件还包括用于与所述外筒的端部相连的管接头，所述管接头与外筒连接后形成有用于容纳所述定位凸起的定位凹槽。

4.根据权利要求1所述的压裂装置，其特征在于，在所述滑套的内壁上开设有两个沿轴向间隔开且相互对称的周向槽，各所述周向槽的径向截面均为无底边的直角梯形。

5.根据权利要求4所述的压裂装置，其特征在于，在所述筒状组件上设有压裂孔，所述压裂装置还包括能够卡住位于关闭所述压裂孔位置的所述滑套的限位机构。

6.根据权利要求5所述的压裂装置，其特征在于，所述限位机构包括设在所述筒状组件和滑套中一个上的且沿着轴向间隔开的第一卡槽和第二卡槽，以及设在所述筒状组件和滑套中另一个上的卡接件，其中当所述卡接件与第一卡槽配合时，所述滑套位于关闭所述压裂孔的位置，当所述卡接件与第二卡槽配合时，所述滑套位于打开所述压裂孔的位置。

7.根据权利要求6所述的压裂装置，其特征在于，所述卡接件为具有缺口的弹性环，在所述滑套的外壁上开设有用于容纳所述弹性环的容纳槽，所述第一和第二卡槽的轴向截面均为无底边的非直角梯形。

8.根据权利要求1所述的压裂装置，其特征在于，所述筒状组件包括外筒和设置在所述外筒与滑套之间的且固定于所述外筒的暂接套，所述剪切单元为穿过所述暂接套和滑套的可剪构件。