CN107313761B - 一种压裂孔启闭系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压裂孔启闭系统，其包括：滑套，滑套包括设置有内压裂孔的内套、套装在内套上且设置有外压裂孔的外套以及隔离套，在内套和外套之间形成用于容纳隔离套的且与内压裂孔和外压裂孔均连通的环空腔室，隔离套在液压的驱动下能在环空腔室内滑动以接通和截断外压裂孔和内压裂孔。这种滑套结构简单，可实现无压裂级数限制，滑套内全通径，利于后期作业液体返排及后续工具下入，施工可靠性高，无需钻除作业。在水平段难以施加钻压的情况下，通过液压方式打开或关闭滑套，操作简便，特别适合深井、超深井、水平井的滑套开关作业。

Description

一种压裂孔启闭系统

技术领域

本发明涉及油气井开采技术，特别涉及一种压裂孔启闭系统。

背景技术

水平井多级滑套分段压裂技术是非常规油气资源开采的一种重要手段，具有结构简单、施工可靠性高等特点，广泛应用于页岩气、低渗透产层、薄油层的压裂增产改造。现有的滑套结构有投球打开式滑套、压差打开式滑套和机械开关式滑套。投球打开式滑套是在井口投放憋压球与滑套内的球座形成密封，憋压开启滑套压裂孔，建立压裂通道；压差打开式滑套通过管内憋压达到滑套开启压力后，滑套打开建立压裂通道；机械开关式滑套的特点是不需要投球，和压裂管柱一起下入井内，通过专用的开关工具进行滑套的打开和关闭。

在油气井开采后期，如遇产层出水、选择性开采和再次压裂等情况，则需下入滑套开关管柱进行滑套开关作业，对滑套选择性关闭，达到实现封堵底水、分层封堵测试、求产等目的。常规的滑套开关方式多为机械开关，即下入滑套开关工具开关滑套，在下入管柱开关水平段滑套时，由于下入的管柱刚度低、柔性大，钻压传递非常困难，驱动力不能够有效传递给滑套，较难实现滑套的开关操作，或难以准确判断滑套是否打开或关闭。目前的滑套开关管柱尚不具备液压开关滑套功能，因此在水平井段作业时，滑套开关管柱的可靠性难以保证。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种压裂孔启闭系统，其包括：滑套，滑套包括设置有内压裂孔的内套、套装在内套上且设置有外压裂孔的外套以及隔离套，在内套和外套之间形成用于容纳隔离套的且与内压裂孔和外压裂孔均连通的环空腔室，隔离套在液压的驱动下能在环空腔室内滑动以接通和截断外压裂孔和内压裂孔。

在一个具体的实施例中，内压裂孔和外压裂孔对应对齐。

在一个具体的实施例中，内压裂孔和外压裂孔均位于环空腔室的一端。

在一个具体的实施例中，在初始状态下，隔离套截断外压裂孔和内压裂孔，隔离套与内套之间采用剪断销钉相互连接。

在一个具体的实施例中，在环空腔室内在隔离套的两端分别形成靠近滑套顶端的开启液室和靠近滑套底端的关闭液室，开启液室和关闭液室均通过流体通道与内套的内腔相连通。

在一个具体的实施例中，隔离套靠近隔离套的两端的外壁上均设置有用于密封隔离套与外套之间的间隙的外密封件，隔离套靠近滑套底端的内壁上设置有用于密封隔离套与滑套之间的间隙的内密封件，开启液室通过密封隔离套与滑套之间的间隙与内套的内腔相连通。

在一个具体的实施例中，压裂孔启闭系统还包括能插入到内套内的管柱，管柱构造为筒状结构，管柱上设置有相互分隔开来的两个封隔部以及设置在两个封隔部之间且连通管柱内外的通道，封隔部能径向膨胀而封堵管柱与滑套之间的间隙。

在一个具体的实施例中，管柱底端的端口为沿轴线向外内径渐缩的缩口。

在一个具体的实施例中，管柱包括：芯管，芯管包括径向贯穿芯管的第一注液孔；密封套管，密封套管包括均套装在顶端的且依次连接的第一封隔部、设置有与第一注液孔对齐的第二注液孔的连接筒、第二封隔部以及与芯管相对固定的尾筒；套设在芯管底端的锚定机构，锚定机构用于在滑套内止动。

在一个具体的实施例中，锚定机构能相对于芯管滑动。

这种滑套结构简单，可实现无压裂级数限制，滑套内全通径，利于后期作业液体返排及后续工具下入，施工可靠性高，无需钻除作业。在水平段难以施加钻压的情况下，通过液压方式打开或关闭滑套，操作简便，特别适合深井、超深井、水平井的滑套开关作业。

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为本发明的一种实施例中的滑套的局部剖视示意图；

图2为本发明的一种实施例中的管柱的结构示意图；

图3为本发明的一种实施例中的管柱的全剖局部示意图；

图4为本发明的一种实施例中的管柱与滑套相互配合的示意图；

图5为本发明的一种实施例中的管柱与滑套相互配合的示意图。

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。

在本实施例中，压裂孔启闭系统包括滑套1以及与滑套1配合使用的管柱2。管柱2用于打开或关闭滑套1。

图1显示了一种滑套1的局部剖视示意图。滑套1包括内套11、外套12和隔离套13。内套11包括上接头112、下接头113以及内套本体111。上接头112、下接头113和内套本体111均为大致的圆管结构。上接头112、内套本体111、下接头113依次排布。上接头112、下接头113和内套本体111同轴设置。

上接头112包括大直径端以及与大直径端相对的小直径端。大直径端的外径大于小直径端的外径。大直径端设置有内螺纹。小直径端设置有外螺纹。

内套本体111构造为直管结构。内套本体111的外径小于上接头112的小直径端的外径。内套本体111上设置有内压裂孔114。内套本体111上还设置有进出液孔134。进出液孔134和内压裂孔114均为贯穿内套本体111的通孔。优选地，内压裂孔114设置在内套本体111靠近上接头112的一端。内套本体111上优选设置有多个内压裂孔114，多个内压裂孔114在内套本体111的轴线方向上平齐。更优选地，多个内压裂孔114绕内套本体111的周向均匀分布。内压裂孔114可以是截面的延伸方向与轴线平行的长形孔。

下接头113包括前端以及与前端相对的底端。前端和底端均设置有外螺纹。前端的外径大于内套本体111的外径。

外套12构造为直圆筒状。外套12套装在内套本体111上。内套本体111可以是与外套12间隙配合。外套12的长度大于内套本体111的长度。外套12的两端均分别设置有内螺纹。外套12的两端的内螺纹分别与上接头112的小直径端的外螺纹和下接头113前端的外螺纹相匹配。上接头112和下接头113分别与外套12螺纹连接。上接头112和下接头113分别抵接于内套本体111。上接头112和下接头113对内套本体111进行限位，内套本体111被固定在外套12内。外套12靠近上接头112的一端的内径大于外套12靠近下接头113一端的内径。由此，外套12的内壁、内套本体111的外壁和上接头112的端壁围合出一个环空腔室14。外套12还设置有外压裂孔121。外压裂孔121为径向贯穿外套12的通孔。外压裂孔121设置在外套12靠近上接头112的一端。外压裂孔121和内压裂孔114均连通于环空腔室14。优选地，外压裂孔121和内压裂孔114对应对齐。在进行压裂施工时，外压裂孔121和内压裂孔114对齐可以使得压裂液能更顺畅的通过内压裂孔114和外压裂孔121而进入到地层。更优选地，外压裂孔121和内压裂孔114的数量相同。外压裂孔121和内压裂孔114一一对应设置。内套本体111上的进出液孔134连通于环空腔室14，该进出液孔134连通于在环空腔室14靠近下接头113的一端。

隔离套13为圆环结构。隔离套13套装在内套本体111上并设置在外套12和内套11之间的环空腔室14内。隔离套13可以在环空腔室14内滑动。隔离套13将环空腔室14分隔为开启液室135和关闭液室136。开启液室135靠近上接头112，关闭液室136靠近下接头113。进出液孔134连通于关闭液室136，进出液孔134为连通于关闭液室136的流体通道。可以通过该流体通道向关闭液室136内充入液压流体。

在本实施例中，隔离套13上还设置有两个外密封件131和一个内密封件132。两个外密封件131分别设置在隔离套13的两端，外密封件131填充隔离套13与外套12之间的间隙。内密封件132设置在隔离套13靠近下接头113一端，内密封件132填充隔离套13靠近下接头113的一端与内套11之间的间隙。外密封件131和内密封件132均优选为与隔离套13同轴设置的密封圈。隔离套13位于环空腔室14靠近上接头112的一端时，隔离套13靠近上接头112的一端与内套11之间的间隙可以通过流体，该间隙即为连通开启液室135的流体通道。可以通过该流体通道向开启液室135内充入液压流体。

隔离套13分别与内套11、外套12之间形成动密封。隔离套13两端的开启液室135和关闭液室136分别通过两个流体通道与内套11的内腔相连通。这样，隔离套13相当于一个活塞，当向开启液室135注入液压流体时，隔离套13向靠近下接头113方向运动直到内压裂孔114和外压裂孔121相连通，滑套1内的压裂液可以通过内压裂孔114和外压裂孔121而进入到地层；当向关闭液室136注入液压流体时，隔离套13向靠近上接头112方向运动直到隔离套13将内压裂孔114和外压裂孔121之间的通道截断，滑套1内的压裂液不能从内压裂孔114而流入到地层内。

优选地，滑套1还包括剪钉15。剪钉15的两端分别连接隔离套13和内套11。在初始状态下，隔离套13截断外压裂孔121和内压裂孔114，隔离套13与内套11之间采用剪钉15相互连接。这样，在搬运滑套1或下入滑套1的过程中，隔离套13的位置可以保持不变。向开启液室135中注入压力流体，剪钉15受到剪切力而被截断。

优选地，隔离套13上还设置有卡簧133。卡簧133能进行径向的弹性形变。外套12的内壁凹陷形成两个环形凹槽122。两个环形凹槽122相互分隔开来，且均位于环空腔室14内。两个环形凹槽122能容纳卡簧133。当卡簧133运动到环形凹槽122内而使得隔离套13被定位。两个环形凹槽122的位置被设置成，当接通内压裂孔114和外压裂孔121时，卡簧133能进入到一个环形凹槽122内；当内压裂孔114和外压裂孔121之间被隔离套13截断时，卡簧133能进入到另一个环形凹槽122内。卡簧133和环形凹槽122的配合能使得隔离套13在没有被液压驱动时处于静止状态，滑套1在工作时状态不容易受震动等因素的干扰而转变工作状态，这种结构的滑套1更可靠。

在本实施例中，管柱2用于打开或关闭滑套1的压裂孔。

如图2所示，管柱2的外轮廓构造为柱状结构。管柱2包括芯管21、密封套管24以及锚定机构25。

如图3所示，芯管21构造为大致的直管结构。芯管21包括顶端以及与顶端相对的底端。芯管21的顶端用于连接连续油管。芯管21的顶端可以构造为管柱接头211。芯管21上设置有径向贯穿芯管21管壁的第一注液孔217。在芯管21的顶端和底端之间还设置有径向向外伸出的第一凸起218。芯管21的底端设置有外周面径向向内凹陷形成的换向槽213。换向槽213包括轴向延伸的第一槽214、第二槽215和引导槽216。第一槽214和第二槽215均设置有多个。第一槽214和第二槽215在周向上交替设置。多个第一槽214和多个第二槽215在周向上均匀分布。第一槽214朝向芯管21顶端的端部比第二槽215朝向芯管21顶端的端部更靠近芯管21顶端。引导槽216连通第一槽214和第二槽215背离芯管21顶端的端部。引导槽216呈大致的V形结构。引导槽216的尖部朝向芯管21的底端。引导槽216的两端分别连接第一槽214和第二槽215。芯管21的末端的内径沿轴线向外方向渐缩，形成缩口。

密封套管24包括依次连接的楔筒241、第一封隔部242、连接筒243、第二封隔部245和尾筒246。楔筒241、第一封隔部242、连接筒243、第二封隔部245和尾筒246均构造成圆筒结构。楔筒241、第一封隔部242、连接筒243、第二封隔部245和尾筒246同轴设置。楔筒241、连接筒243、尾筒246均为刚性的筒体。第一封隔部242和第二封隔部245均构造为具有弹性的筒体。第一封隔部242和/或第二封隔部245优选为橡胶筒。楔筒241背离第一封隔部242的一端的外径向背离第一封隔部242的方向渐缩。优选地，楔筒241背离第一封隔部242的一端的外壁为外锥面。楔筒241上还设置有径向向内伸出的第二凸起248。连接筒243设置有第二注液孔244。密封套管24套装在芯管21上后，第二注液孔244能与第一注液孔217相互对齐。

密封套管24套装在芯管21上。密封套管24设置在芯管21的第一凸起218与芯管21的顶端之间。尾筒246靠近芯管21的顶端，楔筒241背离芯管21的顶端。楔筒241的第二凸起248位于芯管21靠近芯管21的底端一侧。第一凸起218和第二凸起248的侧壁能相互抵接在一起。密封套管24的尾筒246与芯管21相对固定。尾筒246与芯管21之间优选为通过螺钉247相互连接在一起。

锚定机构25包括安装筒251、卡爪252、复位弹簧254以及定位滑块249。安装筒251包括安装筒本体259以及设置在安装筒本体259外的限位环253。安装筒本体259呈大致的筒状结构。限位环253与安装筒本体259同轴设置。限位环253可以通过支架与安装筒本体259相互连接在一起。卡爪252构造成菱形的板状结构。卡爪252的相对的两个侧端分别设置有容纳室和尖刺。卡爪252设置有尖刺的一侧的中部向内凹陷形成限位槽258。卡爪252在装在限位环253与安装筒本体259之间。卡爪252的容纳室的开口朝向安装筒本体259。限位环253卡入到卡爪252的限位槽258内。复位弹簧254安装在容纳室内。复位弹簧254的一端抵接于容纳室的底壁，另一端抵接于安装筒本体259的外壁。复位弹簧254处于压缩状态。卡爪252与限位环253形成杠杆结构。复位弹簧254用于将卡爪252设置有尖刺的一端收起，并将卡爪252未设置有尖刺的一端径向向外顶出。定位滑块249从安装筒本体259的内壁径向向内延伸。安装筒251套装在芯管21的底端上。安装筒251的定位滑块249插入到换向槽213内。

管柱2在连续油管的引导下下入到滑套1中。管柱2的卡爪252未设置尖刺的一端在复位弹簧254的作用下张开，管柱2位于滑套1内时，这一端与滑套1的内壁相抵接，以使得管柱2与滑套1之间具有摩擦力。

通过连续油管上提再下放管柱2的芯管21。由于卡爪252与滑套1之间的摩擦力，锚定机构25与滑套1相对固定。在芯管21的下放时，当定位滑块249从引导槽216进入到第一槽214内后，楔筒241的尖端插入到卡爪252的底部，将卡爪252撑开。卡爪252带有尖刺的一端抠住滑套1的内壁而使得锚定机构25被进一步固定。继续下放管柱2，由于第一凸起218与第二凸起248相抵接，楔筒241停止下移，而尾筒246在芯管21的带动下继续下移。第一封隔部242和第二封隔部245从两端受到挤压而径向膨胀，直至第一封隔部242和第二封隔部245均抵接于滑套1的内壁。这样，管柱2就对滑套1进行了坐封，管柱2将滑套1的内腔阻断。

需要对滑套1进行解封时，继续上提芯管21。定位滑块249进入到下一个引导槽216中。第一封隔部242和第二封隔部245均被拉长，第一封隔部242和第二封隔部245的最大外径减小。继续上提芯管21，楔筒241从卡爪252下方抽出，卡爪252带有尖刺的一端在复位弹簧254的作用下收起来。这样锚定机构25与滑套1之间仅剩下卡爪252与滑套1内壁之间的摩擦力，从而实现了对滑套1的解封。

压裂施工时，如图4所示，连续油管连接滑套1管柱2并下入到井内对应滑套1的位置。第二封隔部245位于滑套1的内压裂孔114的下方。通过上提下放管柱2，锚定管柱2，坐封第一封隔部242和第二封隔部245，实现了对管柱2下部的封隔，向连续油管(或管柱2的第二封隔部245上方的部分)与滑套1之间的环空内泵入液体，实现憋压，当压力达到一定值时，剪断剪钉15，隔离套下移，滑套1打开。

如图5所示当需要关闭产层滑套1时，下入滑套1管柱2至滑套1位置。进出液孔134位于第一封隔部242和第二封隔部245之间。同样方式坐封第一封隔部242和第二封隔部245，锚定管柱2，管柱2内投入憋压球，并泵送到位，当憋压球坐入球座后，继续憋压，液压流体通过第一注液孔217和第二注液孔244而进入到进出液孔134内，当压力达一定值时，隔离套上移，关闭滑套1。

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 (7)

1.一种压裂孔启闭系统，其特征在于，包括：滑套，

所述滑套包括设置有内压裂孔的内套、套装在所述内套上且设置有外压裂孔的外套以及隔离套，

在所述内套和所述外套之间形成用于容纳所述隔离套的且与所述内压裂孔和所述外压裂孔均连通的环空腔室，

所述隔离套在液压的驱动下能在所述环空腔室内滑动以接通和截断所述外压裂孔和所述内压裂孔；

压裂孔启闭系统还包括能插入到内套内的管柱，所述管柱包括：

芯管，芯管包括径向贯穿芯管的第一注液孔；

密封套管，密封套管包括均套装在顶端的且依次连接的第一封隔部、设置有与第一注液孔对齐的第二注液孔的连接筒、第二封隔部以及与芯管相对固定的尾筒；所述第一封隔部和第二封隔部均具有弹性且能径向膨胀而封堵管柱与滑套之间的间隙；

套设在芯管底端的锚定机构，锚定机构包括卡爪、复位弹簧、安装筒以及定位滑块，锚定机构能相对于芯管滑动；锚定机构用于在滑套内止动；芯管的底端设置有外周面径向向内凹陷形成的换向槽，定位滑块插入到换向槽内。

2.根据权利要求1所述的压裂孔启闭系统，其特征在于，所述内压裂孔和所述外压裂孔对应对齐。

3.根据权利要求2所述的压裂孔启闭系统，其特征在于，所述内压裂孔和所述外压裂孔均位于环空腔室的一端。

4.根据权利要求1所述的压裂孔启闭系统，其特征在于，在初始状态下，隔离套截断所述外压裂孔和所述内压裂孔，隔离套与内套之间采用剪断销钉相互连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的压裂孔启闭系统，其特征在于，在所述环空腔室内在所述隔离套的两端分别形成靠近滑套顶端的开启液室和靠近滑套底端的关闭液室，

开启液室和关闭液室均通过流体通道与内套的内腔相连通。

6.根据权利要求5所述的压裂孔启闭系统，其特征在于，所述隔离套靠近所述隔离套的两端的外壁上均设置有用于密封隔离套与外套之间的间隙的外密封件，

隔离套靠近滑套底端的内壁上设置有用于密封隔离套与滑套之间的间隙的内密封件，所述开启液室通过密封隔离套与滑套之间的间隙与内套的内腔相连通。

7.根据权利要求1所述的压裂孔启闭系统，其特征在于，管柱底端的端口为沿轴线向外内径渐缩的缩口。