CN106555568B - 一种压裂滑套 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂滑套，属于石油天然气开采设备技术领域。该压裂滑套包括：上接头、上管体、下管体、过渡管体、下接头、计数滑套、滑套芯轴、收球弹爪、弹爪座以及堵球；计数滑套位于上管体内部并且可轴向移动；上管体内表面沿轴向方向设置有多个第一定位凹槽，计数滑套外表面设置有与第一定位凹槽相配合的第一定位弹爪；收球弹爪的上端位于下管体内部下端，下端位于过渡管体内部上端，并且可轴向移动；弹爪座位于收球弹爪下方，收球弹爪可进入弹爪座；收球弹爪的初始内径大于堵球的直径，收球弹爪进入弹爪座后的内径小于堵球的直径。采用该压裂滑套可以使用同一尺寸的堵球逐层打开井下各级滑套，实现井下管串全通径。

Description

一种压裂滑套

技术领域

本发明涉及石油天然气开采设备技术领域，特别涉及一种压裂滑套。

背景技术

在石油天然气开采过程中，压裂作业是一种非常有效的增产方法，特别是分层改造技术已成为低渗透油气藏增产的重要手段，目前已广泛应用于川中须二、磨溪雷一和川东石炭系。压裂滑套是一种在水平井裸眼开采或压裂中实现油套环空开关的井下工具，是水平井裸眼分段储层改造的一个重要组成部分。

投球式滑套是一种常用的压裂滑套，主要包括：上接头、下接头、本体、滑套芯轴以及球座。上接头和下接头分别与本体上下两端连接，用于将压裂滑套与油管相连；本体为管体，本体上设置有喷射孔，滑套芯轴通过剪切销钉固定在本体内部并且将喷射孔封堵；球座位于滑套芯轴的下方。在进行分层改造作业时，将堵球从地面投入，堵球落入球座使油管内憋压，在压力的作用下使剪切销钉剪断，从而使滑套芯轴向下运动，开启喷射孔。针对同一规格油管，一般采用不同直径的堵球与相应孔径的压裂滑套的座封相配合，从小到大，从下到上，实现分层作业。

综上，在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：采用现有压裂滑套对水平井裸眼进行分层改造会使井下管串内通径越来越小，不利于后期的生产测井；而且由于受到油管直径大小的限制和通径的要求，分层改造级数受到限制。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种能够实现井下管串全通径的压裂滑套。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种压裂滑套，该压裂滑套包括：上接头、上管体、下管体、过渡管体、下接头、计数滑套、滑套芯轴、收球弹爪、弹爪座以及堵球；所述上接头、上管体、下管体、过渡管体以及下接头顺次连接；所述计数滑套位于所述上管体内部并且可轴向移动；所述上管体内表面沿轴向方向设置有多个第一定位凹槽，所述计数滑套外表面设置有与所述第一定位凹槽相配合的第一定位弹爪；所述下管体上端设置有喷射孔；所述滑套芯轴位于所述下管体内部上端，并且与所述下管体之间通过剪切销钉固定；所述滑套芯轴的上端高于所述喷射孔的上端；所述收球弹爪的上端位于所述下管体内部下端，下端位于所述过渡管体内部上端，并且可轴向移动；所述弹爪座位于所述收球弹爪下方，所述收球弹爪可进入所述弹爪座；所述计数滑套的内径与所述堵球的直径相配合；所述收球弹爪的初始内径大于所述堵球的直径，所述收球弹爪进入所述弹爪座后的内径小于所述堵球的直径。

进一步地，所述压裂滑套还包括第二定位弹爪，所述第二定位弹爪位于所述下管体内部，并且与所述滑套芯轴下端连接。

进一步地，所述压裂滑套还包括定位支撑环；所述定位支撑环嵌在所述下管体的内表面，且位于所述第二定位弹爪下方。

进一步地，所述压裂滑套还包括第三定位弹爪；所述第三定位弹爪与所述弹爪座下端连接；所述过渡管体设置有与所述第三定位弹爪相配合的第二定位凹槽。

进一步地，所述收球弹爪与所述下管体以及所述过渡管体之间设置有环形空间，所述环形空间内设置有限位台肩；所述环形空间内还设置有弹性支撑部件；所述弹性支撑部件的两端分别与所述收球弹爪和所述限位台肩连接。

优选地，所述弹性支撑部件为弹簧。

优选地，所述第一定位凹槽的轴向截面形状为V形。

进一步地，所述上接头和所述上管体之间设置有第一密封部件；所述上管体和所述下管体之间设置有第二密封部件；所述滑套芯轴和所述下管体之间设置有第三密封部件和第四密封部件；所述下管体和所述过渡管体之间设置有第五密封部件；所述过渡管体和所述弹爪座之间设置有第六密封部件；所述过渡管体和所述下接头之间设置有第七密封部件。

优选地，所述第一密封部件、第二密封部件、第三密封部件、第四密封部件、第五密封部件、第六密封部件以及第七密封部件为密封圈。

进一步地，所述上接头和所述上管体之间、所述上管体所述下管体之间、所述下管体与所述过渡管体之间以及所述下管体与所述下接头之间通过螺纹连接。

进一步地，所述第二定位弹爪与所述滑套芯轴之间通过螺纹连接。

进一步地，所述第三定位弹爪与所述弹爪座之间通过螺纹连接。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

本发明实施例提供的压裂滑套中设置计数滑套，计数滑套上的第一定位弹爪嵌在多个第一定位凹槽的某一个中，将堵球投入后，在堵球推动力的作用下，第一定位弹爪从初始的第一定位凹槽弹出后重新嵌入下方的第一定位凹槽，即每当一个堵球通过计数滑套后，计数滑套向下移动一定距离。利用投入的堵球的数量来控制计数滑套向下移动的距离，当计数滑套下端接触到滑套芯轴上端时，计数滑套推动滑套芯轴，在推动力的作用下使剪切销钉被剪断，从而使滑套芯轴向下移动露出喷射孔。滑套芯轴继续向下移动到收弹爪的位置时，推动收球弹爪向下移动从而使收球弹爪进入位于其下方的弹爪座，收球弹爪的内径被弹爪座压缩而变小，小于堵球的直径，使堵球无法继续向下运动进入下一层的压裂滑套，从而完成对该层储层的改造。采用本发明实施例提供的压裂滑套可以使用同一尺寸的堵球逐层打开井下各级滑套，实现井下管串全通径，而且能够实现多级数的分层。而且本发明实施例提供的压裂滑套结构简单、操作方便，能够提高水平井裸眼进行分层改造的施工效率，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的压裂滑套的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的压裂滑套中上本体部分的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的压裂滑套中下本体部分的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的压裂滑套中过渡管体部分的结构示意图。

图中附图标记分别表示：

1、上接头； 2、第一密封部件；

3、上管体； 301、第一定位凹槽；

4、计数滑套； 401、第一定位弹爪；

5、堵球； 6、第二密封部件；

7、第三密封部件； 8、滑套芯轴；

9、剪切销钉； 10、第四密封部件；

11、第二定位弹爪； 12、下管体；

1201、喷射孔； 13、定位支撑环；

14、收球弹爪； 15、弹性支撑部件；

16、第五密封部件； 17、第六密封部件；

18、弹爪座； 19、第三定位弹爪；

20、过渡管体； 21、第七密封部件；

22、下接头。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种压裂滑套，参见图1，并结合图2～4，该压裂滑套包括：上接头1、上管体3、下管体12、过渡管体20、下接头22、计数滑套4、滑套芯轴8、收球弹爪14、弹爪座18以及堵球5；

所述上接头1、上管体3、下管体12、过渡管体20以及下接头22顺次连接；

所述计数滑套4位于所述上管体3内部并且可轴向移动；所述上管体3内表面沿轴向方向设置有多个第一定位凹槽301，所述计数滑套4外表面设置有与所述第一定位凹槽301相配合的第一定位弹爪401；

所述下管体12上端设置有喷射孔1201；所述滑套芯轴8位于所述下管体12内部上端，并且与所述下管体12之间通过剪切销钉9固定；所述滑套芯轴8的上端高于所述喷射孔1201的上端；

所述收球弹爪14的上端位于所述下管体12内部下端，下端位于所述过渡管体20内部上端，并且可轴向移动；

所述弹爪座18位于所述收球弹爪14下方，所述收球弹爪14可进入所述弹爪座18；

所述计数滑套4的内径与所述堵球5的直径相配合；

所述收球弹爪14的初始内径大于所述堵球5的直径，所述收球弹爪14进入所述弹爪座18后的内径小于所述堵球5的直径。

本发明实施例提供的压裂滑套的工作原理为：利用上接头1以及下接头22将压裂滑套整体和油管连接，将计数滑套4上的第一定位弹爪401嵌入上管体3的第一定位凹槽301内，将堵球5投入后，由于堵球5的直径与上管体3的内径相配合，在油管内压力的作用下，堵球5推动计数滑套4向下移动，第一定位弹爪401从初始的第一定位凹槽301弹出后重新嵌入下方的第一定位凹槽301，即每当一个堵球5通过计数滑套4后，计数滑套4向下移动一定距离，移动的距离等于一个或多个第一定位凹槽301的间距。利用投入的堵球5的数量来控制计数滑套4向下移动的距离，当计数滑套4下端接触到滑套芯轴8上端时，计数滑套4推动滑套芯轴8，在推动力的作用下使剪切销钉9被剪断，从而使滑套芯轴8向下移动露出喷射孔1201。滑套芯轴8继续向下移动到收球弹爪14的位置时，推动收球弹爪14向下移动从而使收球弹爪14进入位于其下方的弹爪座18，收球弹爪14径向受到弹爪座18的压力而收缩使收球弹爪14的内径减小，小于堵球5的直径，使堵球5无法继续向下运动进入下一层的压裂滑套，从而完成对该层储层的改造。而当计数滑套4的下端没有接触到滑套芯轴8的上端时，收球弹爪14不会进入弹爪座18，其内径不会缩小，滑套芯轴8以及弹爪座18的内径大于堵球5的直径，堵球5将直接通过本层的压裂滑套，进入下一层的压裂滑套。

因此，采用本发明实施例提供的压裂滑套可以使用同一尺寸的堵球逐层打开井下各级滑套，实现井下管串全通径，而且能够实现多级数的分层。而且本发明实施例提供的压裂滑套结构简单、操作方便，能够提高水平井裸眼进行分层改造的施工效率，降低成本。

在上述的压裂滑套中，可以沿轴向方向在计数滑套4外表面设置两组第一定位弹爪401，两组第一定位弹爪401之间距离可以略大于相邻的第一定位凹槽301之间的距离。在将堵球5投入之前，位于上方的一组第一定位弹爪401收缩，位于下方的一组第一定位弹爪401嵌在第一定位凹槽301内。以第一定位凹槽301的数量为4、下方的第一定位弹爪401嵌在自上而下的第2个第一定位凹槽301内为例，投入堵球5之后，在堵球5的推动下，上方的第一定位弹爪401嵌入第1个第一定位凹槽301内，下方的第一定位弹爪401被推出第2个第一定位凹槽301，在堵球5的继续推动下，上方的第一定位弹爪401被推出，下方的第一定位弹爪401嵌入第3个第一定位凹槽301内，此时堵球5通过计数滑套4继续向下运动，在这个过程中，计数滑套4在堵球5的推动下向下移动了一个相邻第一定位凹槽301的间距。继续投入下一个堵球5，计数滑套4继续向下移动一个间距。依次类推，直至技术滑套4的下端与滑套芯轴8上端接触推动滑套芯轴8向下移动。第一定位凹槽301优选沿上管体3轴向均匀分布，便于控制计数滑套4的下移距离，从而便于确定堵球5的投放数量以及计数滑套4的初始位置。

为了对滑套芯轴8移动过程中进行定位，上述的压裂滑套中还设置有第二定位弹爪11以及定位支撑环13。其中，第二定位弹爪11位于下管体12内部，并且与滑套芯轴8下端连接。定位支撑环13嵌在下管体12的内表面，且位于第二定位弹爪11下方。定位支撑环13可以设置在与收球弹爪14上端相平齐的位置。第二定位弹爪11可以设置成如图3所示的“凹”字型，第二定位弹爪11与下管体12之间形成环形空间，具有弹性伸缩功能的部分位于第二定位弹爪11的下端。当第二定位弹爪11被定位支撑环13卡住以后，能够防止滑套芯轴8向上移动。

在上述的压裂滑套中还包括第三定位弹爪19；第三定位弹爪19与弹爪座18下端连接；过渡管体20内表面设置有与第三定位弹爪19相配合的第二定位凹槽。第三定位弹爪19嵌入第二定位凹槽中对收球弹爪14和弹爪座18进行定位，也能够防止收球弹爪14和弹爪座18向上移动。

在上述的压裂滑套中，收球弹爪14与下管体12以及过渡管体20之间设置有环形空间，环形空间内设置限位台肩；环形空间内还设置有弹性支撑部件15；弹性支撑部件15的两端分别与收球弹爪14和限位台肩连接。当收球弹爪14向下移动时，弹性支撑部件15会被压缩；而当分层改造结束后，井口注入压力泄压，弹性支撑部件15在恢复过程中推动收球弹爪14向上运动从弹爪座18中弹出，收球弹爪14的内径变大，卡在其中的堵球5在返排液的作用下顺利返排回井口，减少钻磨球座或者打捞球座的施工步骤。如图3所示，可以利用过渡管体20相对于下管体12突出的端面作为限位台肩。弹性支撑部件15的具体形式没有严格的限定，例如可以为弹簧。

在上述的压裂滑套中，第一定位凹槽301的轴向截面形状可以为V形。与第一定位凹槽301相配合的第一定位弹爪401的轴向截面形状也为V形。第一定位弹爪401可以沿计数滑套4圆周方向连续设置，也可以沿圆周方向间断设置。第一定位弹爪401的设置方式本发明实施例不作严格限定，只要能够起到对计数滑套4的限位作用即可。

在上述的压裂滑套中，喷射孔1201的数量没有严格的限定，例如可以为8个，可以沿下管体12圆周方向均匀设置。

为了保证压裂滑套的密封性，在上述的压裂滑套中，上接头1和上管体3之间设置有第一密封部件2；上管体3和下管体12之间设置有第二密封部件6；滑套芯轴8和下管体12之间设置有第三密封部件7和第四密封部件10；下管体12和过渡管体20之间设置有第五密封部件16；过渡管体20和弹爪座18之间设置有第六密封部件17；过渡管体20和下接头22之间设置有第七密封部件21。上述第一至第七密封部件(2、6、7、10、16、17、21)可以为O形密封圈。其中，第四密封部件10还可以采用组合O形密封圈，组合O形密封圈的密封效果更好。

在上述的压裂滑套中，上接头1、上管体3、下管体12、过渡管体20以及下接头22之间的连接方式没有严格限定，本领域常用的连接方式均可。例如，螺纹连接。如图2～4所示，上接头1的外螺纹和上管体3上端的内螺纹连接，上管体3下端的外螺纹和下管体12上端的内螺纹连接，下管体12下端的内螺纹与过渡管体20上端的外螺纹连接，过渡管体20下端的内螺纹和下接头22的外螺纹连接。上接头2和下接头22也通过螺纹分别和上、下油管连接。

在上述的压裂滑套中，第二定位弹爪11与滑套芯轴8之间以及第三定位弹爪19与弹爪座18之间也可以通过螺纹连接。其中，滑套芯轴8下端设置内螺纹，第二定位弹爪11表面设置外螺纹；弹爪座18下端设置内螺纹，第三定位弹爪19表面设置外螺纹。

本发明实施例提供的压裂滑套的性能指标如下：

该压裂滑套适用于6”的裸眼；

能够耐压70MPa、耐120℃高温；

分层级数≥3级；

利用本发明实施例提供的压裂滑套进行分层改造时，首先根据压裂产层数确定压裂滑套的数目并对压裂滑套进行编号，以分层级数为3级为例，分别编号为1、2、3，编号为1的压裂滑套位于最下层，编号为2的压裂滑套位于中间，编号为3的压裂滑套位于最上层。其中，编号1表示投入1个堵球5就可以使剪切销钉9被剪断露出喷射孔1201，编号2表示需要投入2个堵球5使剪切销钉9被剪断露出喷射孔1201，编号3则表示需要投入3个堵球5使剪切销钉9被剪断露出喷射孔1201。相应地，每个压裂滑套中计数滑套4的初始位置也不同。1号压裂滑套中，计数滑套4下端与滑套芯轴8上端之间的距离为1个堵球5通过时计数滑套4向下移动的距离；2号压裂滑套中，计数滑套4下端与滑套芯轴8上端之间的距离为2个堵球5通过时计数滑套4向下移动的距离；3号压裂滑套中，计数滑套4下端与滑套芯轴8上端之间的距离为3个堵球5通过时计数滑套4向下移动的距离。投入第一个堵球5后，由于3号压裂滑套和2号压裂滑套中计数滑套4向下移动的距离不能使计数滑套4接触滑套芯轴8，因此，收球弹爪14也不会进入弹爪座18中，堵球5通过3号压裂滑套和2号压裂滑套后进入最下层的1号压裂滑套。堵球5推动1号压裂滑套中的计数滑套4向下移动，使计数滑套4下端与滑套芯轴8上端接触，使剪切销钉9被剪断，从而使滑套芯轴8向下移动露出喷射孔1201，最终使收球弹爪14进入弹爪座18将堵球5卡住，完成对最下层储层的改造。依次类推，第二个堵球5通过3号压裂滑套，被2号压裂滑套的收球弹爪14卡住，完成对中间储层的改造；第三个堵球5则被3号压裂滑套的收球弹爪14卡住，完成对最上层储层的改造。分层改造完成后，井口压力泄压，弹性支撑部件15推动各个压裂滑套中的收球弹爪14向上移动，从而使堵球5自动返排回井口。

综上，采用本发明实施例提供的压裂滑套时使用同一尺寸的堵球逐层打开井下各级滑套，实现井下管串全通径，而且能够实现多级数的分层。分层改造结束后堵球能够自动返排，减少钻磨球座或者打捞球座的步骤，提高施工效率。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种压裂滑套，其特征在于，所述压裂滑套包括：上接头（1）、上管体（3）、下管体（12）、过渡管体（20）、下接头（22）、计数滑套（4）、滑套芯轴（8）、收球弹爪（14）、弹爪座（18）以及堵球（5）；

所述上接头（1）、上管体（3）、下管体（12）、过渡管体（20）以及下接头（22）顺次连接；

所述计数滑套（4）位于所述上管体（3）内部并且可轴向移动；所述上管体（3）内表面沿轴向方向设置有多个第一定位凹槽（301），所述计数滑套（4）外表面设置有与所述第一定位凹槽（301）相配合的第一定位弹爪（401）；

所述下管体（12）上端设置有喷射孔（1201）；所述滑套芯轴（8）位于所述下管体（12）内部上端，并且与所述下管体（12）之间通过剪切销钉（9）固定；所述滑套芯轴（8）的上端高于所述喷射孔（1201）的上端；

所述收球弹爪（14）的上端位于所述下管体（12）内部下端，下端位于所述过渡管体（20）内部上端，并且可轴向移动；

所述弹爪座（18）位于所述收球弹爪（14）下方，所述收球弹爪（14）可进入所述弹爪座（18）；

所述计数滑套（4）的内径与所述堵球（5）的直径相配合；

所述收球弹爪（14）的初始内径大于所述堵球（5）的直径，所述收球弹爪（14）进入所述弹爪座（18）后的内径小于所述堵球（5）的直径；

所述压裂滑套还包括第二定位弹爪（11）和定位支撑环（13），所述第二定位弹爪（11）位于所述下管体（12）内部，并且与所述滑套芯轴（8）下端连接，所述定位支撑环（13）嵌在所述下管体（12）的内表面，且位于所述第二定位弹爪（11）下方，所述定位支撑环（13）设置在与所述收球弹爪（14）上端相平齐的位置，所述第二定位弹爪（11）设置为凹字型，所述第二定位弹爪（11）与所述下管体（12）之间形成环形空间；

所述压裂滑套还包括第三定位弹爪（19）；所述第三定位弹爪（19）与所述弹爪座（18）下端连接；所述过渡管体（20）设置有与所述第三定位弹爪（19）相配合的第二定位凹槽；

所述第三定位弹爪（19）与所述弹爪座（18）之间通过螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的压裂滑套，其特征在于，所述收球弹爪（14）与所述下管体（12）以及所述过渡管体（20）之间设置有环形空间，所述下管体（12）与所述过渡管体（20）之间的环形空间内设置有限位台肩；所述下管体（12）与所述过渡管体（20）之间的环形空间内还设置有弹性支撑部件（15）；所述弹性支撑部件（15）的两端分别与所述收球弹爪（14）和所述限位台肩连接。

3.根据权利要求1所述的压裂滑套，其特征在于，所述第一定位凹槽（301）的轴向截面形状为V形。

4.根据权利要求1所述的压裂滑套，其特征在于，所述上接头（1）和所述上管体（3）之间设置有第一密封部件（2）；所述上管体（3）和所述下管体（12）之间设置有第二密封部件（6）；所述滑套芯轴（8）和所述下管体（12）之间设置有第三密封部件（7）和第四密封部件（10）；所述下管体（12）和所述过渡管体（20）之间设置有第五密封部件（16）；所述过渡管体（20）和所述弹爪座（18）之间设置有第六密封部件（17）；所述过渡管体（20）和所述下接头（22）之间设置有第七密封部件（21）。

5.根据权利要求1所述的压裂滑套，其特征在于，所述上接头（1）和所述上管体（3）之间、所述上管体（3）所述下管体（12）之间、所述下管体（12）与所述过渡管体（20）之间以及所述下管体（12）与所述下接头（22）之间通过螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的压裂滑套，其特征在于，所述第二定位弹爪（11）与所述滑套芯轴（8）之间通过螺纹连接。

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