CN107387050A - 一种投球式全通径压裂滑套 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种投球式全通径压裂滑套。包括上接头、外壳、内套、级差环座、级差环、球座、弹簧、支撑环、下接头、上剪钉、中剪钉及下剪钉；外壳的两端分别通过螺纹与上接头、下接头联接，其内表面设有环形槽A；内套通过上剪钉固定在外壳内部；级差环座通过螺纹与内套下端联接；级差环通过中剪钉与级差环座联接；支撑环设置于外壳内部，其下端通过下剪钉与下接头联接；弹簧套在支撑环的外部，其下端与下接头接触；球座设置于支撑环的上端。实用本发明的工具在压裂施工完成后，可使得井筒通径较大，利于油气生产以及后期测井、修井以及增产改造措施等井下作业，节省了下内管钻磨球座的成本，同时提高了压裂作业效率。

Description

一种投球式全通径压裂滑套

技术领域

本发明涉及一种井下压裂工具领域，尤其是分段压裂用的投球式全通径压裂工具。

背景技术

对油气藏尤其是低渗透油气藏进行压裂改造是增加单井产量和提高可动用储量的有效技术措施，相关压裂工具、工艺技术也成为当今油气田开发领域的研究热点。经过多年的发展，国内外均已形成了针对不同油气藏类型的压裂改造技术。目前应用比较广泛的直井分层和水平井分段增产改造技术，其原理是根据地质和工艺要求采用封隔器把油气井裸眼段分为若干段，依次投入与所在级滑套对应的一些由小到大的压裂球来完成各级滑套的打开和对应层段的压裂。

投球式压裂滑套是多级投球滑套压裂的关键工具之一。该工具的缺点是：各级滑套的球座存在级差；压裂后，球座留在井下，导致井筒内通径较小；常规的生产测井及后期井下作业工具下入时存在风险大甚至无法下入预定位置的问题；若钻掉球座，则延长了施工周期，增加了作业成本，而且钻磨过程风险大。

发明内容

为了克服现有投球式压裂滑套存在的缺点，本发明提供一种投球式全通径压裂滑套。

本发明的技术方案是：

一种投球式全通径压裂滑套，包括上接头、外壳、球座、内滑套、剪钉和下接头，其中，上接头、外壳和下接头依次连接构成外部整体密封结构，内滑套通过上剪钉固定在外壳内部，且内滑套与外壳保持轴向滑动密封配合，外壳上均设有与内滑套轴向滑动配合打开和关闭的压裂孔，其中：在内滑套下端部设有级差环座，级差环座内通过中剪钉密封连接级差环；所述级差环由可溶解合金材料制成；在级差环下方的外壳内壁设有与内滑套阻挡配合的凸起，该凸起段的下方的外壳内壁周向设有一段环形槽A；所述球座由3-9个结构相同的扇形体沿周向贴合排列构成，每个扇形体内设置环形槽B，所有扇形体内的环形槽B由弹性挡圈连接；球座设在环形槽A下方的外壳内，其底部由支撑环支撑，球座向上与外壳内壁的环形槽A构成间隙配合，球座内与级差环构成插接限位配合；支撑环下端通过下剪钉与下接头固连，支撑环外壁设有环形槽，环形槽内设有作用于下接头和支撑环之间的弹簧。

上述方案进一步包括：

球座内与级差环构成的插接限位配合为锥度配合。

构成球座的扇形体的内表面设有环形槽C，外表面设有环形槽D，两个侧面均设有矩形槽，其中环形槽D和矩形槽内均填充密封材料；所述级差环外表面设有环形槽E，槽内填充密封材料。

该投球式全通径压裂滑套为多级串联结构，即一级投球式全通径压裂滑套与其它的二级至N级投球式全通径压裂滑套依次串联组成，其中N为正整数，第一级投球式全通径压裂滑套至第N级投球式全通径压裂滑套的级差环的内径由小至大逐渐递增。

本发明除了具备常规投球式压裂滑套的特点之外还具备以下优点：①所有层段压裂完成后，级差环随时间推移逐步溶解，井筒通径较大；②较大的通径利于油气生产，利于后期测井、修井以及增产改造措施等井下作业；③节省了下内管钻磨球座的成本，同时提高了压裂作业效率。

附图说明

图1是本发明所述的一种投球式全通径压裂滑套的结构示意图；

图2是图1中的Ⅰ处的局部放大图；

图3是图1中A-A处的剖视图；

图4是图1中的Ⅱ处的局部放大图；

图5是单个扇形体的正视图；

图6是单个扇形体的轴测图；

图7是级差环的正视图；

图8是该投球式全通径压裂滑套打开时的结构示意图；

图9是压裂球坐封时的结构示意图；

图10是该投球式全通径压裂滑套实现全通径时的结构示意图；

图11是图10中B-B处的剖视图；

图12是N级该投球式全通径压裂滑套串联时的结构示意图；

图中：1.上接头，2.外壳，3.5.13. 24.O型密封圈，4.内滑套，6.级差环座，7.级差环，8.球座，10.弹簧，11.支撑环，12.下接头，14.压裂孔，15.压裂球，16.上剪钉，17.中剪钉，19.环形槽A，20.环形槽B，21.弹性挡圈，9.18.22.密封材料，23.下剪钉，25.环形槽C，26.环形槽D，27.矩形槽，28.环形槽E，29.第N级压裂滑套，30.32.34.裸眼封隔器，31.第2级压裂滑套，33.第1级压裂滑套，35.井壁。

具体实施方式

下面将结合附图做进一步详细说明。

图1和图2为一种投球式全通径压裂滑套的结构示意图，由上接头1、外壳2、内滑套4、级差环座6、级差环7、球座8、弹簧10、支撑环11、下接头12、上剪钉16、中剪钉17、下剪钉23、弹性挡圈21、密封材料9、18、22以及O型密封圈3、5、13、24组成。

外壳2的上端通过螺纹与上接头1联接，并设有O型密封圈3，其下端通过螺纹与下接头12联接，并设有O型密封圈24；外壳2的内表面设有环形槽A19；内滑套4通过上剪钉16固定在外壳2内部，并设有O型密封圈5、13；级差环座6通过螺纹与内滑套4下端联接；级差环7由可溶解合金材料制成，并通过中剪钉17与级差环座6联接；支撑环11设置于外壳2内部，其下端通过下剪钉23与下接头12联接；弹簧10套在支撑环11的外部，其下端与下接头12接触，并有一定的预压缩量；球座8设置于支撑环11的上端。

本压裂滑套的工作原理为：当井口投放与本压裂滑套相匹配的压裂球15时，球落到级差环7处被阻断，起压，当压力达到设定值时，上剪钉16被剪断；压裂球15推动级差环7、级差环座6及内滑套4一起下移，直至级差环座6下端与外壳2内表面凸出的台阶接触；此时，外壳2上的压裂孔14露出，滑套打开；继续打压，直至中剪钉17被剪断；压裂球15推动级差环7继续下移并插入球座8中，起压，当压力达到一定值时，下剪钉23被剪断；压裂球15推动级差环7、球座8及支撑环11一起下移，直至支撑环11下端与下接头12内表面凸出的台阶接触；此时，压裂球15坐封，弹簧10进一步被压缩，继续打压可压裂该压裂滑套对应的层段。当压裂完成后，井口泄压，弹簧10在其自身恢复力作用下，推动支撑环11、球座8、级差环7及压裂球15上移；当球座8到达外壳2内表面的环形槽A19时，在弹性挡圈21作用下，球座8沿径向弹开并进入环形槽A19中；压裂球15和级差环7被释放，压裂球15返排至井口或者落到井底；级差环7遇地层液而慢慢溶解，溶解时间为10-30天；最终，管柱内形成较大通径。

所述图3和图4所示为4个结构相同的扇形体沿周向排列构成的球座8，球座8的内表面有环形槽B20，弹性挡圈21设于环形槽B20中。

图5和图6所示为单个扇形体的内表面设有环形槽C25，外表面设有环形槽D26，两个侧面均设有矩形槽27，其中环形槽D26内填充密封材料9和矩形槽27内填充密封材料22。

图7所示为级差环7外表面设有环形槽E28，槽内填充密封材料18。

图8所示为本压裂滑套打开时的结构示意图，上剪钉16被剪断，外壳2上的压裂孔14露出，级差环座6下端与外壳2内表面凸出的台阶接触。

图9所示为压裂球15坐封时的状态，中剪钉17和下剪钉23均被剪断，级差环7插入球座8中，支撑环11下端与下接头12内表面凸出的台阶接触，弹簧10进一步被压缩。

图10和图11所示为本压裂滑套实现全通径时的状态，球座8在弹性挡圈21的作用下，沿径向弹开并进入环形槽A19中，级差环7完全溶解。

图12是N级本压裂滑套串联时的结构示意图，由井口至井底的顺序依次为：第N级压裂滑套19、裸眼封隔器30、第2级压裂滑套31、裸眼封隔器32、第1级压裂滑套33、裸眼封隔器34。从第1级压裂滑套33到第N级压裂滑套19，级差环7的内径按一定规律递增。所投压裂球15的直径也按照相同规律递增。每投一个压裂球15只能打开与之相配套的压裂滑套。

N级本压裂滑套串联时的工作原理为：首先投直径最小的压裂球15，球落到第1级压裂滑套33的级差环7上，起压，滑套打开，压力继续升高，中剪钉17被剪断，压裂球15推动级差环7继续下移并插入球座8中，起压，当压力达到一定值时，下剪钉23被剪断，压裂球15坐封，继续打压，可压裂第1级压裂滑套33对应的层段；再投投直径与第2级压裂滑套31配套的压裂球15，球落到第2级压裂滑套31的级差环7上，起压，滑套打开，打压，压裂球15推动级差环7下移并插入球座8中，压裂球15坐封，继续打压，可压裂第2级压裂滑套31对应的层段。依次类推，直至第N级压裂滑套19打开，并压裂其对应的层段。压裂完成后，随着井口泄压，所串联的N级压裂滑套中的弹簧10，在其自身恢复力作用下，推动支撑环11、球座8、级差环7及压裂球15上移；当球座8到达外壳2内表面的环形槽A19时，在弹性挡圈21作用下，球座8沿径向弹开并进入环形槽A19中；压裂球15和级差环7被释放，压裂球15返排至井口或者落到井底；所有级差环7遇地层液而慢慢溶解，溶解时间为10-30天，管柱内形成较大全通径。

Claims (4)

1.一种投球式全通径压裂滑套，包括上接头、外壳、球座、内滑套、剪钉和下接头，其中，上接头、外壳和下接头依次连接构成外部整体密封结构，内滑套通过上剪钉固定在外壳内部，且内滑套与外壳保持轴向滑动密封配合，外壳上均设有与内滑套轴向滑动配合打开和关闭的压裂孔，其特征是：在内滑套下端部设有级差环座，级差环座内通过中剪钉密封连接级差环；所述级差环由可溶解合金材料制成；在级差环下方的外壳内壁设有与内滑套阻挡配合的凸起，该凸起段的下方的外壳内壁周向设有一段环形槽A；所述球座由3-9个结构相同的扇形体沿周向贴合排列构成，每个扇形体内设置环形槽B，所有扇形体内的环形槽B由弹性挡圈连接；球座设在环形槽A下方的外壳内，其底部由支撑环支撑，球座向上与外壳内壁的环形槽A构成间隙配合，球座内与级差环构成插接限位配合；支撑环下端通过下剪钉与下接头固连，支撑环外壁设有环形槽，环形槽内设有作用于下接头和支撑环之间的弹簧。

2.根据权利要求1所述的投球式全通径压裂滑套，其特征是：球座内与级差环构成的插接限位配合为锥度配合。

3.根据权利要求2所述的投球式全通径压裂滑套，其特征是：构成球座的扇形体的内表面设有环形槽C，外表面设有环形槽D，两个侧面均设有矩形槽，其中环形槽D和矩形槽内均填充密封材料；所述级差环外表面设有环形槽E，槽内填充密封材料。

4.根据权利要求1-3任一所述的投球式全通径压裂滑套，其特征是：该投球式全通径压裂滑套为多级串联结构，即一级投球式全通径压裂滑套与其它的二级至N级投球式全通径压裂滑套依次串联组成，其中N为正整数，第一级投球式全通径压裂滑套至第N级投球式全通径压裂滑套的级差环的内径由小至大逐渐递增。