CN107246250B - 一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套，包括依次连接的第一套管接头、电气短节、起爆短节、滑套短节和第二套管接头；起爆短节包括射孔弹内保护筒和射孔弹外保护筒，射孔弹内保护筒设置在射孔弹外保护筒内侧，在射孔弹内保护筒与射孔弹外保护筒之间形成的空腔内设置有聚能射孔弹；滑套短节包括滑套外筒和滑套内筒，滑套内筒设置在滑套外筒内侧，滑套外筒与滑套内筒形成的空腔内设置有滑套；滑套外筒设置有第二压裂孔，滑套内筒设置有第三压裂孔，第二压裂孔和第三压裂孔位置相对。本发明降低了滑套的开启压力值，避免了与井筒和井口试压值之间的冲突，降低了危险系数，同时提高了滑套开启的成功率。

Description

一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套
技术领域
本发明涉及油气井套管滑套，具体涉及一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套。
背景技术
目前，桥塞分层压裂技术已成为低渗透油气藏增储上产的重要手段，但该技术主要依赖连续油管进行第一层射孔。随着钻完井技术及压裂技术的发展，现场要求水平段更长，分段更多。这为桥塞分段压裂技术带来新的问题：第一，对于水平段较短(连续油管可以下入至井底)的水平井，桥塞多段压裂技术主要依赖连续油管进行第一层射孔，打通泵送通道，这种作业不仅耗费大量金钱，同时在时间也浪费很多费时费力，增加了作业成本及风险；第二，对于水平段较长(连续油管很难下入至井底)的水平井，由于连续油管无法下入至井底致放弃第一段产层。
套管趾端滑套跟随生产套管一起入井并固井，作为第一级压裂滑套。该滑套配合其他分段改造工具，不受连续油管工作长度的限制，可延长水平段压裂的深度。实现第一级无井筒干预增产改造作业，从而改善压裂作业的效率结构和作业成本。
专利CN204113219U公布了一种套管启动滑套，该套管趾端启动滑套采用的基本原理是通过滑套两端不同面积形成的压差力来剪断销钉，从而推动滑套移动打开。
专利CN205189848U公布了破裂盘趾端固井压裂滑套，该滑套的开启活塞由压力驱动，压力传递路径中安装有破裂盘，根据井况，设计相应的破裂盘破裂值，保证在设计的压力范围中可以打通破裂盘，压力驱动滑套活塞运动，从而达到开启滑套的目的。
从目前公开的国内专利可以看出，现有套管趾端滑套主要是基于井筒内绝对压力，通过压力差剪断销定或者绝对压力压破破裂盘再靠液力推动滑套而实现开启的。这种开启滑套的方式和井筒及井口装置试压工艺过程对井筒内的压力控制相冲突：在储层改造前需对井筒和井口进行试压，压力既要保证井筒和井口试压合格又要保证趾端滑套不被打开，这往往将趾端滑套的开启压力设计在井筒及井口试压压力值之上，而在趾端滑套开启时，其开启压力已超过井筒及井口试压作业的标准试压压力。譬如井口及井筒在试压时的井口泵压达到90MPa方为合格，但是要想打开基于破裂盘和剪切销钉的趾端滑套时常常选择井口泵压到95-100MPa，这一压力值高于先前的井筒及井口安全试压值。
另外，基于压差剪切销钉的套管趾端滑套在现场应用中常常造成提前打开，性能不稳定，而破裂盘结构的套管趾端滑套当破裂盘被水泥淹埋或者结构受损后，都会造成滑套不能正常开启。所以，现场应用中，基于压力差剪断销定或者绝对压力压破破裂盘的套管趾端滑套开启成功率极低，约只有30％。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中驱动滑套的压力与井筒和井口的试压压力冲突，导致危险系数的增加以及滑套成功几率的低下，目的在于提供一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套，降低驱动滑套的压力值，降低危险系数，提高滑套打开的成功率。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套，包括依次连接的第一套管接头、电气短节、起爆短节、滑套短节和第二套管接头；
所述起爆短节包括射孔弹内保护筒和射孔弹外保护筒，所述射孔弹内保护筒设置在射孔弹外保护筒内侧，在射孔弹内保护筒与射孔弹外保护筒之间形成的空腔内设置有聚能射孔弹；
滑套短节包括滑套外筒和滑套内筒，所述滑套内筒设置在滑套外筒内侧，所述滑套外筒与滑套内筒形成的空腔内设置有滑套；所述滑套外筒设置有第二压裂孔，所述滑套内筒设置有第三压裂孔，所述第二压裂孔和第三压裂孔位置相对；所述滑套中部设置有第二压裂孔；
所述电气短节中设置有压力敏感器，所述压力敏感器与聚能射孔弹连接。
本发明中，压力敏感器将电气内保护筒内液体压力的变化转变为物理结构变化量，聚能射孔弹接收到压力敏感器的物理结构变化的信息后会被引爆，聚能射孔弹起爆后在射弹孔内保护筒上形成射孔，将射弹孔内保护筒内的高压液体引入到射弹孔内保护筒和射弹孔外保护筒之间的空腔中，高压液体再传输到滑套的端部，高压液体推动滑套向右运动，直到第一压裂孔、第二压裂孔、第三压裂孔三者对齐，将滑套内筒和底层连通，套管趾端滑套便处于打开状态。
进一步地，所述电气短节包括电气内保护筒和电气外保护筒，所述电气内保护筒设置在电气外保护筒内侧。
进一步地，在电气内保护筒与电气外保护筒之间形成的空腔中设置有电池、中央控制芯片和敏感器信号处理变送电路，所述敏感器信号处理变送电路、电池、中央控制芯片依次连接在压力敏感器与聚能射孔弹连接的线路上。
压力敏感器将电气内保护筒内液体压力的变化转变为物理结构变化量，经传感信号处理变送电路将压力敏感器的物理结构变化量转换成数字信号并发送给中央控制芯片，中央控制芯片再经过滤波消噪以及信号提取等算法将有效的控制命令解读出来并发送到起爆电路，起爆电路再通过导炸索起爆聚能射孔弹。
进一步地，电气短节与起爆短节之间通过导炸索引线筒连接。导炸索引线筒内部有引线孔，导炸索一端连接起爆电路，另一端连接聚能射孔弹，从而将起爆信号传送至聚能射孔弹。
进一步地，起爆短节与滑套短节之间通过滑套接头连接。
进一步地，滑套接头中部设置有压裂液通道孔。聚能射孔弹起爆后将射弹孔内保护筒内的高压液体引入到射弹孔内保护筒和射弹孔外保护筒之间的空腔中，高压液体通过压裂液通道孔到达滑套端，高压液体从而推动滑套端。
进一步地，聚能射孔弹设置在弹架上，弹架安装在射孔弹外保护筒与射孔弹内保护筒之间并固紧在滑套接头的卡槽内。
进一步地，滑套外筒与滑套内筒之间通过设置防水泥组合密封进行密封配合组装。
进一步地，滑套与滑套外筒通过防动销钉进行固定。防动销钉将滑套固定，防止下井和固井作业过程中滑套提前移动。
进一步地，第一套管接头内部设置有台阶，所述电气短节与台阶连接。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过电气内保护筒内液体压力的变化开启滑套，这样就降低了滑套的开启压力值，避免了与井筒和井口试压值之间的冲突，降低了危险系数，同时提高了滑套开启的成功率；
2、本发明还可作为井内任一段的储层改造，无需其他辅助分层封隔工具，大大简化地面设备及作业流程，安全可靠，方便经济。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构总体示意图；
图2为本发明电气短节结构示意图；
图3为本发明起爆短节引爆前结构示意图；
图4为本发明爆短节引爆后结构示意图；
图5为本发明滑套短节滑动前结构示意图；
图6为本发明滑套短节滑动后结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-第一套管接头，2-第一密封圈，3-电气内保护筒，4-第二密封圈，5-压力敏感器，6-敏感器信号处理变送电路，7-电池，8-中央控制芯片，9-电气外保护筒，10-第三密封圈，11-导炸索引线筒，12-导炸索，13-聚能射孔弹，14-射孔弹内保护筒，15-弹架，16-射孔弹外保护筒，17-第四密封圈，18-滑套接头，19-滑套外筒，20-滑套，21-滑套内筒，22-防水泥组合密封，23-防动销钉，24-第五密封圈，25-第二套管接头，26-第一压裂孔，27-第二压裂孔，28-第三压裂孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1至图6所示，一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套，包括依次连接的第一套管接头1、电气短节、起爆短节、滑套短节和第二套管接头25；
起爆短节包括射孔弹内保护筒14和射孔弹外保护筒16，所述射孔弹内保护筒14设置在射孔弹外保护筒16内侧，在射孔弹内保护筒14与射孔弹外保护筒16之间形成的空腔内设置有聚能射孔弹13；
滑套短节包括滑套外筒19和滑套内筒21，所述滑套内筒21设置在滑套外筒19内侧，所述滑套外筒19与滑套内筒21形成的空腔内设置有滑套20；所述滑套外筒19设置有第二压裂孔27，所述滑套内筒21设置有第三压裂孔28，所述第二压裂孔27和第三压裂孔28位置相对；所述滑套20中部设置有第二压裂孔26；
电气短节中设置有压力敏感器5，所述压力敏感器5与聚能射孔弹13连接。
电气短节包括电气内保护筒3和电气外保护筒9，所述电气内保护筒3设置在电气外保护筒9内侧。电气内保护筒3与第一套管接头1之间通过第一密封圈2进行配合密封；电气外保护筒9与第一套管接头1通过螺纹相连并配合第二密封圈4进行密封。
在电气内保护筒3与电气外保护筒9之间形成的空腔中设置有电池7、中央控制芯片8和敏感器信号处理变送电路6，所述敏感器信号处理变送电路6、电池7、中央控制芯片8依次连接在压力敏感器5与聚能射孔弹13连接的线路上。
电气短节与起爆短节之间通过导炸索引线筒11连接。电气内保护筒3与导炸索引线筒11通过丝扣相连；导炸索引线筒11与射孔弹内保护筒14之间通过螺纹连接；导炸索引线筒11内部开有引线孔，导炸索12穿过导炸索引线筒11内部的引线孔，聚能射孔弹13通过导炸索12与中央控制芯片8相连。
起爆短节与滑套短节之间通过滑套接头18连接。
滑套接头18中部设置有压裂液通道孔。滑套接头18与滑套外筒19以及滑套内筒20扣连，滑套外筒19与第二套管接头25通过螺纹连接并配合第五密封圈24进行密封，滑套内筒20与第二套管接头25紧密配合连接。滑套20安装在滑套外筒19和滑套内筒21之间并通过防水泥组合密封22进行密封配合组装，滑套20通过防动销钉23进行初始位置固定。
聚能射孔弹13设置在弹架15上，弹架15安装在射孔弹外保护筒16与射孔弹内保护筒14之间并固紧在滑套接头18的卡槽内。射孔弹外保护筒16与滑套接头18通过螺纹相连并配合第四密封圈17进行密封，射孔弹外保护筒16与电气外保护筒9通过扣连接。
滑套外筒19与滑套内筒21之间通过设置防水泥组合密封22进行密封配合组装。
滑套20与滑套外筒19通过防动销钉23进行固定。
第一套管接头1内部设置有台阶，所述电气短节与台阶连接。
实施例2
本发明在增产改造时，地面通过压裂车控制井筒内液体压力变化，从而产生一种特定的脉冲压力波信号向井下发射滑套开启或命令，本发明的压力敏感器5在接收信号后，经井下中央控制芯片8引爆聚能射孔弹13打穿射孔弹内保护筒14，将射孔弹内保护筒14内的高压液体引入套管趾端滑套内部腔室，从而推动滑套20开启。利用脉冲波形式控制滑套开启方式只需低于井筒和井口试压压力值，通过井口压裂车按照既定设计流程周期性改变出口压力即可方便实现，具有远程无线控制滑套开启功能，简化滑套开启的工艺流程，降低风险和成本，提高滑套开启准确率，以更好的提高增产改造效率。
实施中，只有当地面严格按照液压脉冲波编码方案进行压裂车压力控制产生的脉冲压力波才能被套管趾端智能滑套内的中央控制芯片8正确解码出滑套20开启命令，其余的井筒内液体压力波动信号都还被处理成噪声或无效命令，确保了本发明滑套的准确、安全开启。
一次滑套打开，其过程在于：
步骤1，压力敏感器接收地面向井下发射的压力脉冲波信号；
步骤2，传感信号处理及变送电路将压力敏感器的物理变化转化成数字信号；
步骤3，单片机解码运算传感信号处理及变送电路的数字信号，得到的控制命令；
步骤4，单片机按照控制命令使能启爆单路引爆聚能射孔弹；
步骤5，聚能射孔弹向内射穿射孔弹内保护筒；
步骤6，管串内液体通过弹孔和滑套接头内部的液流通道推动滑套打开。
压力脉冲信号可以通过井口压裂车向井内发送。
本发明的套管趾端智能滑套通过上下两端套管接头分别与固井套管相连，随套管一起入井，完成固井作业。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套，其特征在于，包括依次连接的第一套管接头(1)、电气短节、起爆短节、滑套短节和第二套管接头(25)；
所述起爆短节包括射孔弹内保护筒(14)和射孔弹外保护筒(16)，所述射孔弹内保护筒(14)设置在射孔弹外保护简(16)内侧，在射孔弹内保护筒(14)与射孔弹外保护筒(16)之间形成的空腔内设置有聚能射孔弹(13)；
所述滑套短节包括滑套外筒(19)和滑套内筒(21)，所述滑套内筒(21)设置在滑套外筒(19)内侧，所述滑套外筒(19)与滑套内筒(21)形成的空腔内设置有滑套(20)；所述滑套外筒(19)设置有第二压裂孔(27)，所述滑套内筒(21)设置有第三压裂孔(28)，所述第二压裂孔(27)和第三压裂孔(28)位置相对；所述滑套(20)中部设置有第一压裂孔(26)；
所述起爆短节与滑套短节之间通过滑套接头(18)连接，所述滑套接头(18)中部设置有压裂液通道孔；
压力敏感器将电气内保护筒内液体压力的变化转变为物理结构变化量，聚能射孔弹接收到压力敏感器的物理结构变化的信息后会被引爆，聚能射孔弹起爆后在射弹孔内保护筒上形成射孔，将射弹孔内保护筒内的高压液体引入到射弹孔内保护筒和射弹孔外保护筒之间的空腔中，高压液体再传输到滑套的端部，高压液体推动滑套向右运动，直到第一压裂孔、第二压裂孔、第三压裂孔三者对齐，将滑套内筒和底层连通，套管趾端滑套便处于打开状态；
在增产改造时，地面通过压裂车控制井筒内液体压力变化，从而产生一种特定的脉冲压力波信号向井下发射滑套开启或命令，压力敏感器在接收信号后，经井下中央控制芯片引爆聚能射孔弹打穿射孔弹内保护筒，将射孔弹内保护筒内的高压液体引入套管趾端滑套内部腔室，从而推动滑套开启；利用脉冲波形式控制滑套开启方式只需低于井筒和井口试压压力值，通过井口压裂车按照既定设计流程周期性改变出口压力即能够方便实现。
2.根据权利要求1所述的一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套，其特征在于，所述电气短节中设置有压力敏感器(5)，所述压力敏感器(5)与聚能射孔弹(13)连接，所述电气短节包括电气内保护筒(3)和电气外保护筒(9)，所述电气内保护筒(3)设置在电气外保护筒(9)内侧。
3.根据权利要求1所述的一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套，其特征在于，在电气内保护筒(3)与电气外保护筒(9)之间形成的空腔中设置有电池(7)、中央控制芯片(8)和敏感器信号处理变送电路(6)，所述敏感器信号处理变送电路(6)、电池(7)、中央控制芯片(8)依次连接在压力敏感器(5)与聚能射孔弹(13)连接的线路上。
4.根据权利要求1所述的一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套，其特征在于，所述电气短节与起爆短节之间通过导炸索引线筒(11)连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套，其特征在于，所述聚能射孔弹(13)设置在弹架(15)上，弹架(15)安装在射孔弹外保护筒(16)与射孔弹内保护筒(14)之间并固紧在滑套接头(18)的卡槽内。
6.根据权利要求1所述的一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套，其特征在于，所述滑套外筒(19)与滑套内筒(21)之间通过设置防水泥组合密封(22)进行密封配合组装。
7.根据权利要求1所述的一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套，其特征在于，所述滑套(20)与滑套外筒(19)通过防动销钉(23)进行固定。
8.根据权利要求1所述的一种基于液体脉冲信号控制的套管趾端智能滑套，其特征在于，所述第一套管接头(1)内部设置有台阶，所述电气短节与台阶连接。
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