CN108386157A - 一种活塞压力开启式滑套开关及水力压裂施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种活塞压力开启式滑套开关及水力压裂施工方法，包括井下预置工具和活塞式堵塞器，井下预置工具和活塞式堵塞器配合使用，井下预置工具包括从上至下依次连接的上接头、外套、工作筒、外筒和下接头，外套内设有滑套和活塞座，活塞座设于滑套上方，工作筒上设有压裂端口，压裂端口被滑套遮挡，滑套下部通过第一剪切销钉与外筒连接。本发明提供的这种活塞压力开启式滑套开关，除具备压力开启滑套第一级压裂免去射孔作业的常规功能外，可有效解决了现用压力开启滑套长期放置密封不严、异常压力无法开启、压力通道容易堵塞等问题，同时压裂时和套管通径，具备结构简单、施工简便、作业可靠、施工风险低等优势。

Description

一种活塞压力开启式滑套开关及水力压裂施工方法

技术领域

本发明属于石油天然气开发技术领域，具体涉及一种活塞压力开启式滑套开关及水力压裂施工方法。

背景技术

滑套开关是油田压裂、酸化作业中常用的一种控制类工具，它和封隔器配合使用可以实现油、气井多层段分层压裂、酸化施工。压力开启滑套11具有免去射孔施工，缩短施工周期、节约施工成本，降低套管滑套第一级压裂施工难度及风险的优势而被广泛应用。

目前，国内油田压力滑套开启方式有投球式和采用爆破阀方式，投球式工作原理是从井口向管柱中投放钢球，钢球坐落在滑套内的球坐上，管柱内加压开启滑套。但缺点是由于要设置球座，限制了压裂时的通径。

爆破阀方式即在管壁上安装爆破片，一端与液体连通，另一端通过密封圈密封空气腔，压裂时当液体压力大于爆破片承压时击穿爆破片，进入液体通道，通过压缩滑套空气腔气体实现滑套打开，具体参考专利201510505046.3。

在实际应用中，这种结构存在以下问题：1、工艺采用工具在套管完井时入井，当压裂时间距下钻时间间隔较长时，空气腔密封无法保证，容易出现空气腔内空气泄露导致滑套无法正常开启；2、为了保证合适的爆破启动压力，在下入工具以前，需要对井下压力进行计算，选择压力适合的爆破片装入夹持器内，当出现破裂压力异常，井底压力无法达到设定爆破片启动压力，导致滑套无法正常开启；3、爆破片通道小，容易进入泥浆砂类阻塞爆破阀通道，影响滑套正常开启。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种活塞压力开启式滑套开关及水力压裂施工方法。

本发明提供的技术方案如下：

一种活塞压力开启式滑套开关，包括井下预置工具和活塞式堵塞器，所述井下预置工具和活塞式堵塞器配合使用，所述井下预置工具包括从上至下依次连接的上接头、外套、工作筒、外筒和下接头，所述外套内设有滑套和活塞座，所述活塞座设于滑套上方，所述工作筒上设有压裂端口，所述压裂端口被滑套遮挡，所述滑套下部通过第一剪切销钉与外筒连接；

所述活塞式堵塞器包括缸体和活塞，所述缸体和活塞之间为设定压力的气压腔，所述缸体可相对于活塞轴向上下运动，所述井下预置工具和活塞式堵塞器配合使用时所述活塞坐在活塞座上。

所述工作筒包括护套和压裂端口，所述护套设于滑套外，所述压裂端口包括压裂槽和孔眼，所述压裂槽设于护套上，所述孔眼设于工作筒壁上，所述压裂槽和孔眼对齐。

所述缸体和活塞之间连接有第二剪切销钉。

所述缸体下端和滑套连接。

所述压裂槽和孔眼均沿周向均匀设置多个，所述压裂槽为长方形。

所述压裂槽和孔眼之间设有密封脂。

所述上接头与外套通过螺纹连接，所述外筒和下接头通过螺纹连接。

本发明还提供了一种水力压裂施工方法，使用活塞压力开启式滑套开关，包括以下步骤：

步骤1）将井下预置工具随套管一起入井，压裂端口对准压裂射孔层位；

步骤2）从井口投入活塞式堵塞器，泵送活塞式堵塞器，待活塞式堵塞器的活塞坐入活塞座后，增大压力，克服活塞式堵塞器的气压腔压力后，液体推动缸体在气压腔内压缩气体下行，缸体相对于活塞产生相对轴向向下运动，对滑套向下施压，压力继续升高，当到达滑套与外筒之间第一剪切销钉的启动压力，第一剪切销钉剪断，缸体推动滑套一同下行，打开滑套；

步骤3）滑套打开后，缸体停止移动，完全露出压裂端口，液体从压裂端口流出，使地层破裂，完成射孔工作，随后进行压裂施工。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种活塞压力开启式滑套开关，除具备压力开启滑套第一级压裂免去射孔作业的常规功能外，可有效解决了现用压力开启滑套长期放置密封不严、异常压力无法开启、压力通道容易堵塞等问题，同时压裂时和套管通径，具备结构简单、施工简便、作业可靠、施工风险低等优势。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是活塞式堵塞器结构示意图；

图3是本发明滑套开关开启后示意图。

图中：1、上接头；2、缸体；3、外套；4、密封圈；5、活塞；6、工作筒；7、护套；8、外筒；9、下接头；10、第一剪切销钉；11、滑套；12、密封脂；13、第二剪切销钉。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种活塞压力开启式滑套开关，包括井下预置工具和活塞式堵塞器，所述井下预置工具和活塞式堵塞器配合使用，所述井下预置工具包括从上至下依次连接的上接头1、外套3、工作筒6、外筒8和下接头9，所述外套3内设有滑套11和活塞座，所述活塞座设于滑套11上方，所述工作筒6上设有压裂端口，所述压裂端口被滑套11遮挡，所述滑套11下部通过第一剪切销钉10与外筒8连接；

所述活塞式堵塞器包括缸体2和活塞5，所述缸体2和活塞5之间为设定压力的气压腔，所述缸体2可相对于活塞5轴向上下运动，所述井下预置工具和活塞式堵塞器配合使用时所述活塞5坐在活塞座上。

使用过程：

将井下预置工具的上接头1和下接头9与套管进行连接，随套管一起入井，压裂端口对准压裂射孔层位。

从井口投入活塞式堵塞器，泵送活塞式堵塞器，待活塞式堵塞器的活塞5坐入活塞座后，增大压力，克服活塞式堵塞器的气压腔压力后，液体推动缸体2在气压腔内压缩气体下行，缸体2相对于活塞5产生相对轴向向下运动，对滑套11向下施压，压力继续升高，当到达滑套11与外筒8之间第一剪切销钉10的启动压力，第一剪切销钉10剪断，缸体2推动滑套11一同下行，打开滑套11。

滑套11打开后，缸体2停止移动，完全露出压裂端口，液体从压裂端口流出，使地层破裂，完成射孔工作，随后进行压裂施工。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种活塞压力开启式滑套开关，所述工作筒6包括护套7和压裂端口，所述护套7设于滑套11外，所述压裂端口包括压裂槽和孔眼，所述压裂槽设于护套7上，所述孔眼设于工作筒6壁上，所述压裂槽和孔眼对齐。

当缸体2移动至极限位置，即气压腔完全压缩，此时护套7上的压裂槽完全露出，液体从压裂槽流出，从工作筒6壁所布孔眼喷射而出，高压液体可使水泥层及地层破裂，完成射孔工作，随后可进行压裂施工。

实施例3：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种如图1、图2所示的活塞压力开启式滑套开关，所述缸体2和活塞5之间连接有第二剪切销钉13。

所述压裂槽和孔眼之间设有密封脂12。

如图1、图3所示，在本实施例中，所述压裂槽和孔眼均沿周向均匀设置多个，所述压裂槽为长方形。

工作过程：

压裂施工时井口投入活塞式堵塞器，泵送活塞式堵塞器，待活塞式堵塞器入座后，提高压力，由于管柱内充满液体无法压缩，高压首先促使活塞式堵塞器的活塞5与缸体2之间的第二剪切销钉13剪断，缸体2与活塞5可产生相对轴向运动，压力继续升高，当到达滑套11与外筒8之间剪切销钉的启动压力，第一剪切销钉10剪断，液体推动缸体2在气压腔内压缩气体下行，活塞5发生相对上行运动，缸体2推动滑套11一同下行，完成打开滑套11动作。

如图3所示，当缸体2移动至极限位置，即气压腔完全压缩，缸体2停止移动，完全露出护套7上的压裂槽，液体从压裂槽流出，击穿密封脂12，从工作筒6所布孔眼喷射而出，高压液体可使水泥层及地层破裂，完成射孔工作，随后可进行压裂施工。

实施例4：

在前述实施例的基础上，本实施例提供了一种活塞压力开启式滑套开关，所述缸体2下端和滑套11连接。

当压裂施工完成后，停止泵注液体，气压腔内的气体开始膨胀，推动缸体2向上移动，同时带动滑套11向上运动至压裂端口再次被滑套11遮挡，实现滑套11开关关闭。为了确保密封，活塞5和缸体2之间设有多个密封圈4。

实施例5：

本实施例提供了一种水力压裂施工方法，使用上述实施例提供的活塞压力开启式滑套开关，包括以下步骤：

步骤1）将井下预置工具随套管一起入井，压裂端口对准压裂射孔层位；

步骤2）从井口投入活塞式堵塞器，泵送活塞式堵塞器，待活塞式堵塞器的活塞5坐入活塞座后，增大压力，克服活塞式堵塞器的气压腔压力后，液体推动缸体2在气压腔内压缩气体下行，缸体2相对于活塞5产生相对轴向向下运动，对滑套11向下施压，压力继续升高，当到达滑套11与外筒8之间第一剪切销钉10的启动压力，第一剪切销钉10剪断，缸体2推动滑套11一同下行，打开滑套11；

步骤3）滑套11打开后，缸体2停止移动，完全露出压裂端口，液体从压裂端口流出，使地层破裂，完成射孔工作，随后进行压裂施工。

综上所述，本发明提供的这种活塞压力开启式滑套开关，除具备压力开启滑套11第一级压裂免去射孔作业的常规功能外，可有效解决了现用压力开启滑套11长期放置密封不严、异常压力无法开启、压力通道容易堵塞等问题，同时压裂时和套管通径，具备结构简单、施工简便、作业可靠、施工风险低等优势。

本实施方式中没有详细叙述的部分及结构属本行业的公知技术或常用手段，这里不一一叙述。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种活塞压力开启式滑套开关，其特征在于：包括井下预置工具和活塞式堵塞器，所述井下预置工具和活塞式堵塞器配合使用，所述井下预置工具包括从上至下依次连接的上接头（1）、外套（3）、工作筒（6）、外筒（8）和下接头（9），所述外套（3）内设有滑套（11）和活塞座，所述活塞座设于滑套（11）上方，所述工作筒（6）上设有压裂端口，所述压裂端口被滑套（11）遮挡，所述滑套（11）下部通过第一剪切销钉（10）与外筒（8）连接；

所述活塞式堵塞器包括缸体（2）和活塞（5），所述缸体（2）和活塞（5）之间为设定压力的气压腔，所述缸体（2）可相对于活塞（5）轴向上下运动，所述井下预置工具和活塞式堵塞器配合使用时所述活塞（5）坐在活塞座上。

2.根据权利要求1所述的一种活塞压力开启式滑套开关，其特征在于：所述工作筒（6）包括护套（7）和压裂端口，所述护套（7）设于滑套（11）外，所述压裂端口包括压裂槽和孔眼，所述压裂槽设于护套（7）上，所述孔眼设于工作筒（6）壁上，所述压裂槽和孔眼对齐。

3.根据权利要求1所述的一种活塞压力开启式滑套开关，其特征在于：所述缸体（2）和活塞（5）之间连接有第二剪切销钉（13）。

4.根据权利要求1所述的一种活塞压力开启式滑套开关，其特征在于：所述缸体（2）下端和滑套（11）连接。

5.根据权利要求2所述的一种活塞压力开启式滑套开关，其特征在于：所述压裂槽和孔眼均沿周向均匀设置多个，所述压裂槽为长方形。

6.根据权利要求2所述的一种活塞压力开启式滑套开关，其特征在于：所述压裂槽和孔眼之间设有密封脂（12）。

7.根据权利要求1所述的一种活塞压力开启式滑套开关，其特征在于：所述上接头（1）与外套（3）通过螺纹连接，所述外筒（8）和下接头（9）通过螺纹连接。

8.一种水力压裂施工方法，使用权利要求1-7任一项所述的活塞压力开启式滑套开关，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）将井下预置工具随套管一起入井，压裂端口对准压裂射孔层位；

步骤2）从井口投入活塞式堵塞器，泵送活塞式堵塞器，待活塞式堵塞器的活塞（5）坐入活塞座后，增大压力，克服活塞式堵塞器的气压腔压力后，液体推动缸体（2）在气压腔内压缩气体下行，缸体（2）相对于活塞（5）产生相对轴向向下运动，对滑套（11）向下施压，压力继续升高，当到达滑套（11）与外筒（8）之间第一剪切销钉（10）的启动压力，第一剪切销钉（10）剪断，缸体（2）推动滑套（11）一同下行，打开滑套（11）；

步骤3）滑套（11）打开后，缸体（2）停止移动，完全露出压裂端口，液体从压裂端口流出，使地层破裂，完成射孔工作，随后进行压裂施工。