CN106593385A - 压裂工具及分段压裂管柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压裂工具及分段压裂管柱，压裂工具包括闭式扩张式自解封封隔器和连接在闭式扩张式自解封封隔器下方的喷砂器，闭式扩张式自解封封隔器包括第一筒体、胶筒、液流开关和第一内滑套，第一筒体的外侧壁上凹设有环形凹槽，胶筒嵌设在环形凹槽内且封闭环形凹槽的槽口，胶筒能在流体从液流孔流入环形凹槽后径向扩张，并能在环形凹槽中的流体流出后收回；液流开关安装在安装孔内，通过液流开关控制液流孔与环形凹槽之间的连通和断开，第一内滑套能轴向滑动地套设在所述第一筒体内侧。分段压裂管柱包括由上至下依次串联的压裂工具。本发明的压裂工具和分段压裂管柱坐封安全可靠，能够自动解封，压裂完成后只需上提一次管柱，上提管柱容易。

Description

压裂工具及分段压裂管柱

技术领域

本发明涉及油田压裂技术领域，尤其是用于油田压裂的压裂工具及分段压裂管柱。

背景技术

分段压裂改造是实现低渗透、致密油气藏有效动用的重要技术之一，具有压裂层段针对性强，压裂过程连续的特点。特别是老井的重复压裂，采用分段压裂管柱分段改造是唯一的技术手段。分段压裂管柱中的封隔器是分段压裂改造技术的核心，要满足封得住、起得出的基本要求。压裂封隔器主要有两大类型，一是扩张式封隔器，另一种是压缩式封隔器。

以扩张式封隔器为基础组成的压裂管柱，采用上提管柱封隔器分段压裂技术，压完一段后，上提再压另一段，主要存在的问题是，每次上提管柱要动井口，效率低，风险大；以压缩式封隔器组成的压裂管柱，采用机械隔离可逐级解封的分层压裂技术，在压裂完成后，上提管柱解封，主要存在问题是解封困难，主要原因是封隔器解封时要几吨的负荷，如果胶筒上沉砂(几乎肯定存在)，解封负荷会更大，往往造成封隔器解封了，管柱起不出来。

发明内容

本发明的目的是提供一种压裂工具及分段压裂管柱，其坐封可靠，能在压裂完成后自动解封，压裂完成后只需上提一次管柱。

为达到上述目的，本发明提出第一种压裂工具，其包括闭式扩张式自解封封隔器和连接在所述闭式扩张式自解封封隔器下方的喷砂器，所述压裂工具具有轴向贯通的内腔；所述闭式扩张式自解封封隔器包括：第一筒体，其外侧壁上凹设有环形凹槽，且其侧壁内开设有至少一个与所述环形凹槽连通且位于所述环形凹槽下方的安装孔，所述第一筒体的内侧壁上凹设有与所述安装孔连通的液流孔；胶筒，嵌设在所述环形凹槽内，且封闭所述环形凹槽的槽口，所述胶筒能在流体从所述液流孔经由所述安装孔流入所述环形凹槽后径向扩张，并能在所述环形凹槽中的流体经由所述安装孔从所述液流孔流出后收回；液流开关，安装在所述安装孔内，通过所述液流开关控制所述液流孔与所述环形凹槽之间的连通和断开；第一内滑套，能轴向滑动地套设在所述第一筒体内侧，并能通过轴向滑动封堵或打开所述液流孔。

如上所述的压裂工具，其中，所述第一筒体包括：第一上接头，所述第一上接头的外侧壁上具有环形台阶；第一套筒，其上端套接在所述第一上接头的下端外侧，所述安装孔开设在所述第一套筒顶端的侧壁内，所述液流孔凹设于所述第一套筒的内侧壁上，所述第一内滑套套设在所述第一套筒的内侧；第二套筒，套接在所述第一套筒外，所述第二套筒的顶端与所述第一上接头的环形台阶之间围成所述环形凹槽，所述第二套筒顶端的内侧壁与所述第一上接头的外侧壁之间形成液流通道，所述安装孔通过所述液流通道与所述环形凹槽连通。

如上所述的压裂工具，其中，所述液流开关包括控制流体从所述液流孔向所述环形凹槽单向流动的单向阀、以及由可溶解材料制成的溶解阀，所述安装孔为两个以上，且所述单向阀和所述溶解阀分别设于不同的所述安装孔内，所述溶解阀能在溶解前阻止所述环形凹槽内的流体流出，并能在溶解后允许所述环形凹槽内的流体经由所述溶解阀所在的所述安装孔从所述液流孔流出。

如上所述的压裂工具，其中，所述溶解阀为由可溶解材料制成的单向阀结构或由可溶解材料制成且能堵塞所述安装孔的柱状封堵件。

如上所述的压裂工具，其中，所述液流开关为由可溶解材料制成的单向阀结构，所述液流开关能在溶解前控制流体从所述液流孔向所述环形凹槽单向流动，并能在溶解后允许所述环形凹槽内的流体经由所述安装孔从所述液流孔流出。

如上所述的压裂工具，其中，所述喷砂器为套管保护喷砂器，所述喷砂器包括：第二筒体，其侧壁上贯穿有通孔；喷嘴，穿设连接在所述通孔内，所述喷嘴由易磨损材料制成；第二内滑套，能轴向滑动地套设在所述第二筒体内侧，并能通过轴向滑动封堵或打开所述喷嘴。

如上所述的压裂工具，其中，所述喷砂器还包括保护环，所述保护环穿设连接在所述通孔内，并套接在所述喷嘴外，所述保护环由耐磨材料制成。

如上所述的压裂工具，其中，所述第二筒体包括第二上接头和连接在所述第二上接头下方的第二下接头，所述通孔开设在所述第二上接头的侧壁上，所述第二下接头的内侧壁上凸设有能对所述第二内滑套限位的环形凸台，在所述第二内滑套滑动至顶抵所述环形凸台的状态下，所述第二内滑套位于所述喷嘴下方。

如上所述的压裂工具，其中，所述第一内滑套通过第一剪切销钉与所述第一筒体的侧壁连接，且所述第一内滑套封堵所述液流孔，所述第一内滑套具有供钢球坐封的第一球座结构，通过向所述内腔中投球并打压驱动所述第一内滑套剪断所述第一剪切销钉并朝下滑动，所述第一内滑套通过朝下滑动打开所述液流孔，所述第一球座结构为弹簧爪，所述弹簧爪能在朝下滑出所述第一筒体后张开并释放所述钢球；所述第二内滑套通过第二剪切销钉与所述第二筒体的侧壁连接，且所述第二内滑套封堵所述喷嘴，所述第二内滑套具有供所述第一内滑套释放的所述钢球坐封的第二球座结构，通过向所述内腔中继续打压驱动所述第二内滑套剪断所述第二剪切销钉并朝下滑动，所述第二内滑套通过朝下滑动打开所述喷嘴。

本发明还提供第二种压裂工具，其包括闭式扩张式自解封封隔器和连接在所述闭式扩张式自解封封隔器下方的喷砂器；所述闭式扩张式自解封封隔器包括：第一筒体，其外侧壁上凹设有环形凹槽，且其侧壁内开设有至少一个与所述环形凹槽连通且位于所述环形凹槽下方的安装孔，所述第一筒体的内侧壁上凹设有与所述安装孔连通的液流孔；胶筒，嵌设在所述环形凹槽内，且封闭所述环形凹槽的槽口，所述胶筒能在流体从所述液流孔经由所述安装孔流入所述环形凹槽后径向扩张，并能在所述环形凹槽中的流体经由所述安装孔从所述液流孔流出后收回；液流开关，安装在所述安装孔内，通过所述液流开关控制所述液流孔与所述环形凹槽之间的连通和断开。

如上所述的压裂工具，其中，所述液流开关包括控制流体从所述液流孔向所述环形凹槽单向流动的单向阀、以及由可溶解材料制成的溶解阀，所述安装孔为两个以上，且所述溶解阀和所述单向阀分别设于不同的所述安装孔内，所述溶解阀能在溶解前阻止所述环形凹槽内的流体流出，并能在溶解后允许所述环形凹槽内的流体经由所述溶解阀所在的所述安装孔从所述液流孔流出。

如上所述的压裂工具，其中，所述液流开关为由可溶解材料制成的单向阀结构，所述液流开关能在溶解前控制流体从所述液流孔向所述环形凹槽单向流动，并能在溶解后允许所述环形凹槽内的流体经由所述安装孔从所述液流孔流出。

如上所述的压裂工具，其中，所述喷砂器为直喷式喷砂器，所述喷砂器包括：第二筒体，其侧壁上贯穿有通孔；喷嘴，穿设连接在所述通孔内，所述喷嘴由易磨损材料制成。

本发明还提供第一种分段压裂管柱，其能对至少两个压裂层段进行压裂，其包括由上至下依次串联且与各压裂层段一一对应的至少两个压裂工具；最下方的一个压裂工具为上述的第二种压裂工具；其余的各压裂工具为上述的第一种压裂工具。

如上所述的分段压裂管柱，其中，所述分段压裂管柱还包括：安全接头；水力锚，连接在所述安全接头下方，且连接在最上方的所述压裂工具上方。

本发明还提供第二种分段压裂管柱，其能对至少两个压裂层段进行压裂，其包括由上至下依次串联且与各压裂层段一一对应的至少两个上述的第一种压裂工具。

如上所述的分段压裂管柱，其中，所述分段压裂管柱还包括：安全接头；水力锚，连接在所述安全接头下方，且连接在位于最上方的所述压裂工具上方。

本发明的压裂工具及分段压裂管柱的特点和优点是：

1、本发明的压裂工具，通过液流开关控制封隔器的坐封和解封，坐封安全可靠，在压完对应层段后，不会因失去节流压差立即解封，而是继续对压完的层段进行隔离，避免压裂后层段间的窜层和压裂砂返吐，有利于压裂管柱的提出，防止出现卡砂；

2、本发明的压裂工具，喷砂器采用易磨损喷嘴，在封隔器需要坐封时，喷嘴能产生节流压差，使工具坐封，坐封后，喷嘴能被含砂压裂液冲蚀磨损，降低压裂液流速，防止套管被高速含砂压裂液冲蚀损坏，起到保护套管的作用；

3、本发明的分段压裂管柱，在对各层逐层压裂后，只需上提一次管柱，闭式扩张式自解封封隔器在压完对应层段后不会立即解封，能够防止出现窜层卡砂，也不会出现胶筒沉沙，上提管柱容易、方便；

4、本发明的压裂工具和分段压裂管柱，结构简单，安装与施工操作方便，能满足油田新、老气井的压裂需要。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明的第一种压裂工具的闭式扩张式自解封封隔器一个实施例的示意图；

图2是图1的闭式扩张式自解封封隔器的示意图在投球后的示意图；

图3是图1的闭式扩张式自解封封隔器的示意图处于坐封状态的示意图；

图4是本发明中第一种压裂工具的闭式扩张式自解封封隔器另一个实施例的示意图；

图5是本发明的第一种压裂工具的喷砂器的示意图；

图6是图5的喷砂器在投球后的示意图；

图7是图5的喷砂器在喷嘴打开后的示意图；

图8是图5的喷砂器在喷嘴磨损后的示意图；

图9是图5中上接头的示意图；

图10是本发明的第二种压裂工具的闭式扩张式自解封封隔器一个实施例的示意图；

图11是本发明的第二种压裂工具的闭式扩张式自解封封隔器另一个实施例的示意图；

图12是本发明的第二种压裂工具的喷砂器的示意图；

图13是本发明的第一种分段压裂管柱压裂第1层的示意图；

图14是本发明的第一种分段压裂管柱压裂第2层的示意图；

图15是本发明的第一种分段压裂管柱压裂第3层的示意图；

图16是本发明的第一种分段压裂管柱压裂第4层的示意图。

主要元件标号说明：

1、3 闭式扩张式自解封封隔器

11、31 第一上接头

111 环形凹槽 112、312 环形台阶

12、32 胶筒 13、33 液流开关

131、331 单向阀 132、332 溶解阀

14 第一内滑套 141 第一球座结构

15、35 第一套筒

151、351 液流孔 152、352 安装孔

153 第一剪切销钉

16、36 第二套筒

161、361 液流通道 162、362 固定销钉

17、37 第一下接头

2、4 喷砂器

21、41 第二上接头 211 通孔

22、42 第二下接头 23、43 喷嘴

24 第二内滑套 241 第二球座结构

25 第二剪切销钉 26、46 保护环

5 安全接头

6 水力锚

7 油管

8 套管

9 钢球

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图5所示，本发明提供第一种压裂工具，或称为压裂配套工具，该压裂工具包括闭式扩张式自解封封隔器1和连接在闭式扩张式自解封封隔器下方的喷砂器2，压裂工具具有轴向贯通的内腔，其中，闭式扩张式自解封封隔器1用于坐封，以隔离压裂层，喷砂器2例如为节流喷砂器，用于喷砂，并能产生节流压差，以辅助封隔器坐封；

闭式扩张式自解封封隔器1包括第一筒体、胶筒12、液流开关13和第一内滑套14，第一筒体的外侧壁上凹设有环形凹槽111，且其侧壁内开设有至少一个与环形凹槽111连通且位于环形凹槽111下方的安装孔152，也就是安装孔152沿轴向(纵向)开设在第一筒体的侧壁中，第一筒体的内侧壁上凹设有与安装孔152连通的液流孔151，也就是液流孔151沿径向(横向)开设在第一筒体的内侧壁上，液流孔151位于安装孔152下方；

胶筒12嵌设在环形凹槽111内，且封闭环形凹槽111的槽口，胶筒12能在流体从液流孔151经由安装孔152流入环形凹槽111后径向扩张(径向膨胀)，紧贴套管，以密封油套环空，使封隔器坐封，并能在环形凹槽111中的流体经由安装孔152从液流孔151流出后收回环形凹槽111内，使封隔器解封，使胶筒12上不会出现沉沙；

液流开关13安装在安装孔152内，通过液流开关13控制液流孔151与环形凹槽111之间的连通和断开，即当液流开关13打开后，流体能流入环形凹槽111，使封隔器坐封，当液流开关13关闭后，能将流体封堵在环形凹槽111内，起到截流作用，使封隔器保持坐封状态，不会如现有封隔器在节流压差消失后立即解封，而是继续对压完的层段进行隔离，避免压裂后层段间的窜层和压裂砂返吐，有利于压裂管柱的提出，当液流开关13再次打开后，环形凹槽111内的流体能流出，使封隔器自动解封；

第一内滑套14能轴向滑动地套设在第一筒体内侧，并能通过轴向滑动封堵或打开液流孔151。在液流孔151打开后，液流开关13控制闭式扩张式自解封封隔器1的坐封和解封。

再如图1所示，在一个具体实施例中，第一筒体包括第一上接头11、第一套筒15和第二套筒16，第一上接头11的外侧壁上具有环形台阶112，第一套筒15的上端套接在第一上接头11的下端外侧，安装孔152开设在第一套筒15顶端的侧壁内，液流孔151凹设于第一套筒15的内侧壁上，第一内滑套14密封套设在第一套筒15的内侧；

第二套筒16密封套接在第一套筒15外，第二套筒16的顶端与第一上接头11的环形台阶112之间围成环形凹槽111，即胶筒12的顶端与环形台阶112密封连接，胶筒12的底端与第二套筒16的顶端面密封连接，第二套筒16顶端的内侧壁与第一上接头11的外侧壁之间形成液流通道161，安装孔152通过液流通道161与环形凹槽111连通。其中，第二套筒16与第一套筒15例如通过固定销钉162连接。

如图2、图3所示，进一步，第一内滑套14通过第一剪切销钉153(坐封销钉)与第一筒体的侧壁(即第一套筒15的侧壁)能分离地相连接，且第一内滑套14封堵液流孔151，第一内滑套14具有供钢球9坐封的第一球座结构141，通过向内腔中投球并打压驱动第一内滑套14剪断第一剪切销钉153并朝下滑动，第一内滑套14能通过朝下滑动打开液流孔151，使液流孔151与压裂工具的内腔连通。

更进一步，第一球座结构141为弹簧爪，弹簧爪位于第一内滑套14的底端，弹簧爪能在向下滑出第一筒体后在轴向压力的作用下张开(被钢球撑开)并释放钢球，使钢球能落入下方的喷砂器2，将喷砂器2开启，喷砂器2开启后能产生节流压差，同打开的液流孔151一起，为封隔器提供坐封条件。

进一步，第一筒体下方还连接有第一下接头17，第一下接头17与第一筒体连通，第一下接头17的内径大于第一筒体的内径，以使弹簧爪能在滑入第一下接头17后张开。

如图1所示，在一个优选的实施例中，液流开关13包括控制流体从液流孔151向环形凹槽111单向流动的单向阀131、以及由可溶解材料制成的溶解阀132，安装孔152为两个以上，且沿周向间隔排列，单向阀131和溶解阀132分别设于不同的安装孔152内，单向阀131为普通不可溶解的单向阀结构，溶解阀132能在溶解前阻止环形凹槽111内的流体流出，并能在溶解后允许环形凹槽111内的流体经由溶解阀132所在的安装孔152从液流孔151流出。因此，流体能从液流孔151经由单向阀131、液流通道161进入环形凹槽111内，单向阀131和溶解阀132均阻止环形凹槽111内的流体流出，溶解阀132溶解后，环形凹槽111内的流体经由液流通道161、溶解阀132所在的安装孔152从液流孔151流出，使封隔器自动解封，无需下入专门的解封工具进行解封，解封简单有效。

其中，单向阀131的数量为一个以上，溶解阀132的数量为一个以上，单向阀131和溶解阀132的总数量等于安装孔152的数量。

在一个可行的技术方案中，溶解阀132为由可溶解材料制成的单向阀结构，该单向阀结构控制流体从液流孔151向环形凹槽111单向流动。

在另一个可行的技术方案中，溶解阀132为由可溶解材料制成且能堵塞(封堵)安装孔152的封堵件，封堵件呈柱状，以与安装孔152的形状相匹配。

如图4所示，在另一个优选的实施例中，液流开关13为由可溶解材料制成的单向阀结构，液流开关13能在溶解前控制流体从液流孔151向环形凹槽111单向流动，并能在溶解后允许环形凹槽111内的流体经由安装孔152从液流孔151流出。液流开关13溶解前，流体能从液流孔151经由液流开关13、液流通道161进入环形凹槽111内，使封隔器坐封，且液流开关13阻止环形凹槽111内的流体流出，使封隔器保持坐封状态，液流开关13溶解后，环形凹槽111内的流体经由液流通道161、安装孔152从液流孔151流出，使封隔器自动解封。

上述的可溶解材料例如为镁铝合金材料或镁锌合金材料，但本发明并不以此为限，还可以采用其它现有的能与井液发生反应而溶解的材料。

封隔器坐封后，液流开关133被井液浸泡，由可溶解材料制成的液流开关133或液流开关133的溶解阀与井液发生反应而在一定时间后溶解，通过计算完全溶解时间，可以确定封隔器解封的时间。

如图5、图7、图8所示，在一个具体实施例中，喷砂器2为套管保护喷砂器，该套管保护喷砂器包括第二筒体6、喷嘴23和第二内滑套24，第二筒体的侧壁上贯穿有通孔211；喷嘴23穿设连接在通孔211内，作为压裂液流向地层的液体通道，用以喷出压裂液，喷嘴23由易磨损材料制成；第二内滑套24能轴向移动地套设在第二筒体内侧，并能通过轴向滑动封堵或打开喷嘴23。

在喷嘴23打开后，喷嘴23与压裂工具的内腔连通，压裂液从压裂工具的内腔中经由喷嘴23喷出并喷向套管8，压裂起初，压裂液内无加砂，喷嘴23起到节流作用，辅助喷砂器上方的闭式扩张式自解封封隔器坐封，同时由于压裂液中不含砂，对套管损坏很小；随着泵入井下含沙量的提高，压裂液中含沙量提高，由易磨损材料制成的喷嘴23在短时间内即可被高速砂液冲蚀磨损，喷嘴23内径变大，压裂液经过喷嘴23的流速变小，使套管免于受到高速含砂压裂液的冲蚀损坏，起到保护套管8的作用，并且，由于喷嘴23对压裂液的阻力减小，随着喷嘴23的冲蚀，可以逐步提高压裂液的含砂比，满足大砂量、大液量的压裂需要；

同时，尽管随着喷嘴23内径的变大，节流压差逐渐消失，但液流开关13的截流作用使环形凹槽111内的流体不会流出，也就是闭式扩张式自解封封隔器不会立即解封，而是对压裂完的层段继续发挥隔离作用，以避免出现窜层和压裂砂返吐。

上述压裂过程中的压力变化是，压裂起初，地层破裂时，压裂工具内压力最高，但由于这时还没有加砂，对套管的损坏不大，此时封隔器已经坐封，封隔器内部压力是整个压裂过程中最高的，随着压裂过程的持续，封隔器内部压力逐渐减小，但由于液流开关的截流作用，封隔器不会因压力减小而立即解封。

进一步，喷嘴23由易磨损的铝合金材料、钛合金材料、铜合金材料或45号钢制成，但本发明并不以此为限，喷嘴3还可以采用其它现有的易磨损材料制成。

进一步，通孔211为多个，且沿筒体的周向间隔排列，每个通孔211内安装一个喷嘴23，以提高压裂效率。

进一步，喷嘴23呈柱状，喷嘴23具有沿其轴向贯通的喷口，用以喷出压裂液。

进一步，喷嘴23沿筒体的径向设置。

在如图5所示的实施例中，喷砂器2还包括保护环26，保护环26穿设连接在通孔211内，并套接在喷嘴23外，保护环26由耐磨材料制成。通过设置保护环26，可以在喷嘴23被完全冲蚀磨损后，对第二筒体起到保护作用，防止高压射流压裂液对上接头无限制的冲蚀破坏。

具体是，保护环26的内壁上设有内螺纹，喷嘴23的外壁上设有外螺纹，保护环26与喷嘴23采用螺纹连接；通孔211的孔壁上设有内螺纹，保护环26的外壁上设有外螺纹，保护环26与通孔211采用螺纹连接。

进一步，保护环26由耐磨的硬质合金材料或陶瓷材料制成，但本发明并不以此为限，保护环6还可以采用其它现有的耐磨材料制成。

如图5、图9所示，进一步，第二筒体6包括第二上接头21和连接在第二上接头21下方的第二下接头22，通孔211开设在第二上接头21的侧壁上，第二下接头22的内侧壁上凸设有能对第二内滑套24限位的环形凸台，在第二内滑套24滑动至顶抵环形凸台的状态下，第二内滑套24位于喷嘴23下方。

如图6所示，进一步，第二内滑套24通过第二剪切销钉25与第二筒体的侧壁能分离地相连接，且第二内滑套24封堵喷嘴23，第二内滑套24具有供闭式扩张式自解封封隔器的第一内滑套14释放的钢球9坐封的第二球座结构241，通过向内腔中继续打压驱动第二内滑套24剪断第二剪切销钉25并朝下滑动，第二内滑套24通过朝下滑动打开喷嘴23，而坐于第二球座结构241的钢球将起到封堵作用，以阻止压裂液从喷砂器2向下流出，使压裂液全部从喷嘴23喷出，进入对应的压裂层段，并能控制换层。

如图10、图11、图12所示，本发明还提供第二种压裂工具，或称为压裂配套工具，该压裂工具包括闭式扩张式自解封封隔器3和连接在闭式扩张式自解封封隔器3下方的喷砂器4，压裂工具具有轴向贯通的内腔，其中，闭式扩张式自解封封隔器3用于坐封，以隔离压裂层，喷砂器4例如为节流喷砂器，用于喷砂，并能产生节流压差，以便于封隔器坐封；

闭式扩张式自解封封隔器3包括第一筒体、胶筒32和液流开关33，第一筒体的外侧壁上凹设有环形凹槽，且其侧壁内开设有至少一个与环形凹槽连通且位于环形凹槽下方的安装孔352，也就是安装孔352沿轴向(纵向)开设在第一筒体的侧壁中，第一筒体的内侧壁上凹设有与安装孔352连通的液流孔351，也就是液流孔351沿径向(横向)开设在第一筒体的内侧壁上，液流孔351位于安装孔352下方；

胶筒32嵌设在环形凹槽内，且封闭环形凹槽的槽口，胶筒32能在流体从液流孔351经由安装孔352流入环形凹槽后径向扩张(径向膨胀)，并紧贴套管8，以密封油套环空，使封隔器坐封，并能在环形凹槽中的流体经由安装孔352从液流孔351流出后收回环形凹槽内，使封隔器解封，且能使胶筒32上不会出现沉沙；

液流开关33安装在安装孔352内，通过液流开关33控制液流孔351与环形凹槽的连通和断开，即当液流开关33打开后，借助喷砂器4产生的节流压差，流体能流入环形凹槽，使式扩张式自解封封隔器3坐封，当液流开关33关闭后，能将流体封堵在环形凹槽内，使式扩张式自解封封隔器3保持坐封状态，不会因节流压差的消失而立即解封，当液流开关33再次打开后，环形凹槽内的流体能流出，使式扩张式自解封封隔器3自动解封。

本发明的第二种压裂工具的闭式扩张式自解封封隔器3，与第一种压裂工具的闭式扩张式自解封封隔器1相比，区别在于未设置第一内滑套14和第一剪切销钉153，其它结构均与第一种压裂工具的闭式扩张式自解封封隔器1的结构相同，容不赘述。

如图12所示，在一个优选的实施例中，喷砂器4为直喷式喷砂器，且包括第二筒体和喷嘴43，第二筒体的侧壁上贯穿有通孔；喷嘴43穿设连接在通孔内，喷嘴43由易磨损材料制成。压裂时，压裂液从压裂工具的内腔中经由喷嘴43喷出，由于喷嘴43能起到节流作用，能辅助喷砂器4上方的闭式扩张式自解封封隔器3坐封，易磨损的喷嘴43能对套管8起到保护作用。

本发明的第二种压裂工具的喷砂器4，与第一种压裂工具的喷砂器2相比，区别在于未设置第二内滑套24和第二剪切销钉25，其它结构均与第一种压裂工具的喷砂器2的结构相同，容不赘述。

本发明的第二种压裂工具，与第一种压裂工具相比，无需进行投球，压裂液能直接从喷砂器4的喷嘴43喷出，并使闭式扩张式自解封封隔器3直接坐封，适用于单层压裂管柱或多层压裂管柱中最底层的压裂。

如图13至图16所示，本发明还提供第一种分段压裂管柱，其能对至少两个压裂层段进行压裂，或者说其为n层压裂管柱，能对n个压裂层段进行压裂，n为大于或等于2的整数，该分段压裂管柱包括由上至下依次串联且与各压裂层段一一对应的至少两个(n个)压裂工具；其中，最下方(对应最下方第一个压裂层段)的一个压裂工具为上述第二种压裂工具，其余(对应其余各压裂层段)的各压裂工具为上述第一种压裂工具。分段压裂管柱中，封隔器和喷砂器交替设置，每个压裂工具中，封隔器位于喷砂器上方。

其中，除最下方一压裂工具外，其余由下至上排列的n-1个压裂工具的坐封钢球的直径逐渐变大。

进一步，分段压裂管柱还包括安全接头5和水力锚6，水力锚6连接在安全接头5下方，且连接在位于第n层的第一种压裂工具的上方。

采用本发明的第一种分段压裂管柱，压裂施工过程如下(例如n＝4)：

(1)压裂第1层。如图13所示，压裂该层不需要投入钢球，当分段压裂管柱下入井内最下层时，向油管内泵入压裂液并直接进行压裂，喷砂器4(直喷式喷砂器)的喷嘴43产生节流，造成该层的闭式扩张式自解封封隔器3、以及管柱的水力锚6的坐封，管内加砂并开始压裂；随着压裂的进展，直喷式喷砂器的喷嘴43会被高速的含砂射流磨损，内径变大，流速减缓，从而对套管8起到保护作用。

(2)压裂第2层。如图14所示，当第1层压裂完毕后，井口投入1#钢球并打压，钢球9落入井内，并进入位于该层的闭式扩张式自解封封隔器1，将液流孔151打开，该层的闭式扩张式自解封封隔器1、以及管柱的水力锚6坐封；钢球9继续向下运动，进入该层的喷砂器2(套管保护喷砂器)，将喷嘴23打开，管内继续加大泵压，加砂压裂第2层的压裂油层。由于此时该层的闭式扩张式自解封封隔器1和第1层的闭式扩张式自解封封隔器3均处于坐封状态，所以压裂砂只会经由该层的喷砂器2进入第2层压裂油层，而不会引起上下串层。

(3)压裂第3层。如图15所示，按照上述(2)的施工步骤，投入2#钢球压裂第3层。

(4)压裂第4层。如图16所示，按照上述(2)的施工步骤，投入3#钢球压裂第4层。其中，1#钢球、2#钢球、3#钢球的直径递增。

(5)压裂完毕后，封井口。等待几天(时间由闭式扩张式自解封封隔器的液流开关在压裂液中的浸泡溶解时间确定)后，井口放喷，封隔器自动解封，将分压管柱取出井口，完成本次压裂施工。

本发明还提供第二种分段压裂管柱，其能对至少两个压裂层段进行压裂，或者说其为n层压裂管柱，能对n个压裂层段进行压裂，n为大于或等于2的整数，该分段压裂管柱包括由上至下依次串联且与各压裂层段一一对应的至少两个(n个)上述第一种压裂工具。分段压裂管柱中，封隔器和喷砂器交替设置。

其中，由下至上排列的n个压裂工具的坐封钢球的直径逐渐变大。

进一步，分段压裂管柱还包括安全接头的水力锚，水力锚连接在安全接头下方，且连接在最上方的第一种压裂工具的上方。

本发明的第二种分段压裂管柱与第一种分段压裂管柱相比，区别在于，位于最下方的压裂工具为上述第一种压裂工具，而非第二种压裂工具，因此在压裂施工中，压裂最下方第一个压裂层段时也需要投入钢球，第二种分段压裂管的其它结构和施工过程与上述第一种分段压裂管柱相同，容不赘述。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (17)

1.一种压裂工具，其特征在于，所述压裂工具包括闭式扩张式自解封封隔器和连接在所述闭式扩张式自解封封隔器下方的喷砂器，所述压裂工具具有轴向贯通的内腔；所述闭式扩张式自解封封隔器包括：

第一筒体，其外侧壁上凹设有环形凹槽，且其侧壁内开设有至少一个与所述环形凹槽连通且位于所述环形凹槽下方的安装孔，所述第一筒体的内侧壁上凹设有与所述安装孔连通的液流孔；

胶筒，嵌设在所述环形凹槽内，且封闭所述环形凹槽的槽口，所述胶筒能在流体从所述液流孔经由所述安装孔流入所述环形凹槽后径向扩张，并能在所述环形凹槽中的流体经由所述安装孔从所述液流孔流出后收回；

液流开关，安装在所述安装孔内，通过所述液流开关控制所述液流孔与所述环形凹槽之间的连通和断开；

第一内滑套，能轴向滑动地套设在所述第一筒体内侧，并能通过轴向滑动封堵或打开所述液流孔。

2.如权利要求1所述的压裂工具，其特征在于，所述第一筒体包括：

第一上接头，所述第一上接头的外侧壁上具有环形台阶；

第一套筒，其上端套接在所述第一上接头的下端外侧，所述安装孔开设在所述第一套筒顶端的侧壁内，所述液流孔凹设于所述第一套筒的内侧壁上，所述第一内滑套套设在所述第一套筒的内侧；

第二套筒，套接在所述第一套筒外，所述第二套筒的顶端与所述第一上接头的环形台阶之间围成所述环形凹槽，所述第二套筒顶端的内侧壁与所述第一上接头的外侧壁之间形成液流通道，所述安装孔通过所述液流通道与所述环形凹槽连通。

3.如权利要求1所述的压裂工具，其特征在于，所述液流开关包括控制流体从所述液流孔向所述环形凹槽单向流动的单向阀、以及由可溶解材料制成的溶解阀，所述安装孔为两个以上，且所述单向阀和所述溶解阀分别设于不同的所述安装孔内，所述溶解阀能在溶解前阻止所述环形凹槽内的流体流出，并能在溶解后允许所述环形凹槽内的流体经由所述溶解阀所在的所述安装孔从所述液流孔流出。

4.如权利要求3所述的压裂工具，其特征在于，所述溶解阀为由可溶解材料制成的单向阀结构或由可溶解材料制成且能堵塞所述安装孔的柱状封堵件。

5.如权利要求1所述的压裂工具，其特征在于，所述液流开关为由可溶解材料制成的单向阀结构，所述液流开关能在溶解前控制流体从所述液流孔向所述环形凹槽单向流动，并能在溶解后允许所述环形凹槽内的流体经由所述安装孔从所述液流孔流出。

6.如权利要求1至5任一项所述的压裂工具，其特征在于，所述喷砂器为套管保护喷砂器，所述喷砂器包括：

第二筒体，其侧壁上贯穿有通孔；

喷嘴，穿设连接在所述通孔内，所述喷嘴由易磨损材料制成；

第二内滑套，能轴向滑动地套设在所述第二筒体内侧，并能通过轴向滑动封堵或打开所述喷嘴。

7.如权利要求6所述的压裂工具，其特征在于，所述喷砂器还包括保护环，所述保护环穿设连接在所述通孔内，并套接在所述喷嘴外，所述保护环由耐磨材料制成。

8.如权利要求6所述的压裂工具，其特征在于，所述第二筒体包括第二上接头和连接在所述第二上接头下方的第二下接头，所述通孔开设在所述第二上接头的侧壁上，所述第二下接头的内侧壁上凸设有能对所述第二内滑套限位的环形凸台，在所述第二内滑套滑动至顶抵所述环形凸台的状态下，所述第二内滑套位于所述喷嘴下方。

9.如权利要求6所述的压裂工具，其特征在于，所述第一内滑套通过第一剪切销钉与所述第一筒体的侧壁连接，且所述第一内滑套封堵所述液流孔，所述第一内滑套具有供钢球坐封的第一球座结构，通过向所述内腔中投球并打压驱动所述第一内滑套剪断所述第一剪切销钉并朝下滑动，所述第一内滑套通过朝下滑动打开所述液流孔，所述第一球座结构为弹簧爪，所述弹簧爪能在朝下滑出所述第一筒体后张开并释放所述钢球；

所述第二内滑套通过第二剪切销钉与所述第二筒体的侧壁连接，且所述第二内滑套封堵所述喷嘴，所述第二内滑套具有供所述第一内滑套释放的所述钢球坐封的第二球座结构，通过向所述内腔中继续打压驱动所述第二内滑套剪断所述第二剪切销钉并朝下滑动，所述第二内滑套通过朝下滑动打开所述喷嘴。

10.一种压裂工具，其特征在于，所述压裂工具包括闭式扩张式自解封封隔器和连接在所述闭式扩张式自解封封隔器下方的喷砂器；所述闭式扩张式自解封封隔器包括：

第一筒体，其外侧壁上凹设有环形凹槽，且其侧壁内开设有至少一个与所述环形凹槽连通且位于所述环形凹槽下方的安装孔，所述第一筒体的内侧壁上凹设有与所述安装孔连通的液流孔；

胶筒，嵌设在所述环形凹槽内，且封闭所述环形凹槽的槽口，所述胶筒能在流体从所述液流孔经由所述安装孔流入所述环形凹槽后径向扩张，并能在所述环形凹槽中的流体经由所述安装孔从所述液流孔流出后收回；

液流开关，安装在所述安装孔内，通过所述液流开关控制所述液流孔与所述环形凹槽之间的连通和断开。

11.如权利要求10所述的压裂工具，其特征在于，所述液流开关包括控制流体从所述液流孔向所述环形凹槽单向流动的单向阀、以及由可溶解材料制成的溶解阀，所述安装孔为两个以上，且所述溶解阀和所述单向阀分别设于不同的所述安装孔内，所述溶解阀能在溶解前阻止所述环形凹槽内的流体流出，并能在溶解后允许所述环形凹槽内的流体经由所述溶解阀所在的所述安装孔从所述液流孔流出。

12.如权利要求10所述的压裂工具，其特征在于，所述液流开关为由可溶解材料制成的单向阀结构，所述液流开关能在溶解前控制流体从所述液流孔向所述环形凹槽单向流动，并能在溶解后允许所述环形凹槽内的流体经由所述安装孔从所述液流孔流出。

13.如权利要求10所述的压裂工具，其特征在于，所述喷砂器为直喷式喷砂器，所述喷砂器包括：

第二筒体，其侧壁上贯穿有通孔；

喷嘴，穿设连接在所述通孔内，所述喷嘴由易磨损材料制成。

14.一种分段压裂管柱，其能对至少两个压裂层段进行压裂，其特征在于，所述分段压裂管柱包括由上至下依次串联且与各压裂层段一一对应的至少两个压裂工具；

最下方的一个压裂工具为如权利要求10至13任一项所述的压裂工具，其余的各压裂工具为如权利要求1至9任一项所述的压裂工具。

15.如权利要求14所述的分段压裂管柱，其特征在于，所述分段压裂管柱还包括：

安全接头；

水力锚，连接在所述安全接头下方，且连接在最上方的所述压裂工具上方。

16.一种分段压裂管柱，其能对至少两个压裂层段进行压裂，其特征在于，所述分段压裂管柱包括由上至下依次串联且与各压裂层段一一对应的至少两个如权利要求1至9任一项所述的压裂工具。

17.如权利要求16所述的分段压裂管柱，其特征在于，所述分段压裂管柱还包括：

安全接头；

水力锚，连接在所述安全接头下方，且连接在最上方的所述压裂工具上方。