CN108571306B - 滑套、压裂工具和压裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了滑套、压裂工具和压裂方法。该滑套包括外套，在外套的上游部分设置有压裂孔，和能滑动地设置在外套内的内套，内套为全通径结构。在第一状态中，内套通过剪钉与外套相连并且封闭压裂孔；在第二状态中，剪钉被剪断，内套向下游运动使得压裂孔打开以实施压裂施工。在本发明的滑套中，内套是全通径的，这样压裂过程就不会受到压裂级数的限制。在压裂施工后，也无需钻磨施工。此外，本发明还提出了使用这种滑套的压裂工具和压裂方法。

Description

滑套、压裂工具和压裂方法

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探开发领域，特别是涉及一种滑套，还涉及使用这种滑套的压裂工具和压裂方法。

背景技术

随着低渗油气田、页岩油气田等非常规资源的开发越来越受到重视，滑套分段压裂技术已成为针对该类油气藏开发的一种有效手段，对提高油气井单井产量具有明显技术优势。

现行的滑套分段压裂技术主要有含有投球式滑套和裸眼封隔器的管柱，和套管上预置投球式滑套的管柱。上述第一种管柱用于裸眼分段压裂，第二种管柱用于套管井分段压裂。由于压裂施工时逐级投球，球体及球座直径自井底至井口方向依次变大，因此压裂施工时只能从井底开始第一级压裂，然后逐级往井口反向压裂，这种方式的压裂级数一般为10-20级不等，难以实现无限级大通径压裂施工。此外，为了在压裂施工后实现全通径管柱生产，必须要下钻磨铣憋压球和球座，这也会加大作业风险，增加施工费用，降低施工效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种滑套。在本发明的滑套中，内套是全通径的，这样压裂过程就不会受到压裂级数的限制。在压裂施工后，也无需钻磨施工。此外，本发明还提出了使用这种滑套的压裂工具和压裂方法。

根据本发明的第一方面的滑套包括外套，在外套的上游部分设置有压裂孔，和能滑动地设置在外套内的内套，内套为全通径结构。在第一状态中，内套通过剪钉与外套相连并且封闭压裂孔，在第二状态中，剪钉被剪断，内套向下游运动使得压裂孔打开以实施压裂施工。

由于滑套的内套时全通径(即，内套的内径处处相等)的，因此由这种滑套构成的管串不存在管串内径朝向地层深处逐渐缩小的情况。这样，使用由这种滑套构成的管串进行压裂时，就可以实现无限级压裂施工。此外，由于内套是全通径结构，在压裂施工结束之后，也无需磨铣操作，从而降低了作业风险和施工费用，提高了施工效率。

在一个实施例中，滑套还包括设置在外套和内套之间的复位弹簧，复位弹簧与内套相互作用，在第一状态中，复位弹簧未被压缩；在第二状态中，复位弹簧被内套压缩；在压裂施工结束后，复位弹簧驱动内套向上游运动并关闭压裂孔。通过设置复位弹簧，使得在压裂结束后，内套能自动向上游运动以关闭压裂孔，从而尽量保证管串内清洁。

在一个实施例中，在内套的上游部分设置有仅允许朝向滑套内部打开的阀，在内套封闭压裂孔时，阀对准压裂孔。在随后的采油过程中，油可经阀进入到管串内，从而顺利地进行采油操作。

根据本发明第二方面的压裂工具包括：压裂管柱，其包括套管和布置套管上的多个根据上文所述的滑套，在每个滑套的两端布置有封隔器；能插入到压裂管柱内的开关管柱，其包括坐封器，坐封器能与内套紧密接合。

在施工过程中，开关管柱上的坐封器与内套紧密接合。这样，通过下放开关管柱，就能够带动内套剪断剪钉并向下游运动，从而使滑套进入其第二状态，以实施压裂施工。应注意的是，由于滑套是全通径的，因此压裂管柱也是全通径的。与投球式滑套(或压裂管柱)相比，在压裂过程中，可方便地打开任意一级滑套进行压裂，而不会影响对其余滑套对应的地层的压裂。例如，创造性地采用了从上游到下游的方式进行逐级压裂，压裂级数不受限制；与此相比，投球式滑套(或压裂管柱)只能进行从下游到上游的方式进行逐级压裂，而且压裂级数受限制。

在一个实施例中，坐封器包括卡瓦和驱动卡瓦径向运动的锥套。此外，坐封器还包括驱动锥套运动的液压机构，这是本领域的技术人员所熟知的，这里不再赘述。坐封器的卡瓦可与内套通过摩擦力实现紧密接合。而不需要内套具有额外的结构或构造。由此，在压裂施工时，可通过向坐封器内加压，使得锥套驱动卡瓦径向向外张开，从而使坐封器与内套紧密接合。在将坐封器内泄压后，卡瓦会径向向里缩回，从而使坐封器与内套分开。

在一个实施例中，在开关管柱上坐封器的下游处还设置有定位器，滑套还包括处于外套下游的连接套，定位器能与连接套接合。在进行压裂施工时，可在定位器与连接套接合后，再使坐封器与内套接合，这极大地提高了本发明的压裂工具的施工稳定性。在一个优选的实施例中，连接套与外套为一个整体。这方便了压裂工具的制造。

在一个实施例中，定位器包括定位主体和设置在定位主体外表面上的多个弹性肋片，多个弹性肋片轴向延伸并且在其中部径向向外凸起形成弹性的节。在定位器未到达连接套时，节被挤压而紧贴着定位主体；在定位器到达连接套后，节会自动径向径向张开并与连接套稳定地接合在一起，从而实现定位器与连接套的接合。

根据本发明第三方面的压裂方法，使用根据上文所述的压裂工具，该方法包括以下步骤，步骤一：将压裂管柱下入井内，并完成固井；步骤二：将开关管柱下入压裂管柱内，并且使坐封器与滑套的内套紧密接合，下放开关管柱，使滑套进入到第二状态，建立压裂通道，并进行压裂施工。

在一个实施例中，压裂管柱上间隔设置有多个滑套，在步骤二中，以从上游的滑套到下游的滑套的顺序，依次压裂地层。这种自上而下的压裂方式可有效降低常规压裂方式在上部压裂段井筒内的积砂导致的砂堵风险，从而提高施工可靠性和安全性。

在一个实施例中，滑套还包括设置在外套和内套之间的复位弹簧，复位弹簧与内套相互作用，在步骤二中，复位弹簧被内套压缩，在步骤二之后，将坐封器与滑套的内套分开，复位弹簧驱动滑套向上游运动并关闭压裂孔。

应注意的是，在本申请中，“上游”是指朝向地面的方向，“下游”是指与“上游”相反的方向。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的滑套的内套是全通径的，这样压裂过程就不会受到压裂级数的限制。(2)在压裂施工后，也无需在压裂管柱内进行钻磨施工，从而降低了作业风险和施工费用，提高了施工效率。

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示意性地显示了根据本发明的滑套的结构。

图2示意性地显示了根据本发明的压裂管柱的结构。

图3示意性地显示了根据本发明的开关管柱的结构。

图4示意性地显示了根据本发明的坐封器的结构。

图5显示了根据本发明的定位器的结构。

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。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1显示了本发明的滑套1的结构。如图1所示，滑套1包括外套10和处于外套10内部的内套11。内套11是全通径结构，并且可在外力作用下沿着外套 10滑动。在外套10的上游部分设置有压裂孔12。

在第一状态中(即，滑套1处于未打开的状态)，内套11通过剪钉13与外套10相连，并且封闭着压裂孔12。在第二状态中(即，滑套1打开的状态)，剪钉13被剪断，内套11向下游运动使得压裂孔12打开，这样就可以实施压裂施工。

可使用任何适当的工具来驱动内套11，例如坐封器40。图4示意性地显示了一种坐封器40。坐封器40可具有卡瓦60和驱动卡瓦60径向运动的锥套61。此外，坐封器40还具有液压机构62以使得锥套61能向下游或向上游运动，进而驱动卡瓦60张开或闭合。这是本领域的技术人员熟知的，这里不再赘述。这样，就可以实现坐封器40与内套11接合或分开。当坐封器40与内套11接合后，可通过使坐封器40运动来驱动内套11运动。

返回到图1，滑套1还包括设置在外套10和内套11之间的复位弹簧14。复位弹簧14与内套11相互作用。例如，在第一状态中，复位弹簧14未被压缩，例如处于原始长度状态。在第二状态中，复位弹簧14被向下游运动的内套11压缩。这样，在压裂施工结束后，复位弹簧14可驱动内套11向上游运动并使得压裂孔12自动关闭。

优选地，在内套11的上游部分设置有仅允许朝向滑套1内部打开的阀15。本领域的技术人员可根据需要选择适当的阀门，例如单向阀。在内套11封闭压裂孔12时，阀15对准压裂孔12。在压裂施工时，阀15可避免井筒内压力传导至地层。在生产时，储层内的油气在地层压力的作用下可通过阀15进入井筒内，从而顺利进行生产、采油。

图2显示了根据本发明的压裂管柱2的结构，压裂管柱2已经下入到了水平井25内。如图2所示，压裂管柱2包括套管21和间隔地布置在套管21上的多个滑套1。在每个滑套1的两端布置有封隔器23。在压裂管柱2的下游端部设置有浮鞋24。应注意的是，封隔器23是本领域的技术人员所熟知的部件，这里不再赘述。由于滑套1是全通径结构，因此压裂管柱2也是全通径结构。

图3显示了根据本发明的开关管柱3的结构。如图3所示，开关管柱3包括连续油管30和设置在连续油管30上的坐封器40。

在施工时，将开关管柱3下入到压裂管柱2内，直到坐封器40到达预定的滑套处。如上文所述，坐封器40与滑套的内套11紧密地接合在一起。然后，继续使开关管柱3向下游运动，以带动滑套的内套11向下游运动，从而打开压裂孔12(在此期间，复位弹簧14被压缩)。此时，可向开关管柱3和压裂管柱2 之间的环空内注入压裂液，由于坐封器40坐封在内套11上，因此压裂液直径通过压裂孔12进入到地层内，从而实现地层压裂。在压裂结束后，将坐封器40泄压，坐封器40与内套11脱开。这时，内套11会在复位弹簧14的作用下向上游运动，并且再次封闭压裂孔12。至此，完成一个滑套对应的地层的压裂施工。接下来，可将开关管柱3继续在压裂管柱2内运动，直到坐封器40到达另一个预定的滑套处，然后重复上述压裂过程。最终完成整个压裂施工过程。

优选地，在开关管柱3上在坐封器40的下游处还设置有定位器41。在这种情况下，滑套1具有处于外套10下游的连接套17。优选地，连接套17与外套 10是一个整体。定位器41包括定位主体70和设置在定位主体70的外表面上的多个弹性肋片71。多个弹性肋片71轴向延伸并且在其中部径向向外凸起形成弹性的节72。这样，在坐封器40未到达预定的滑套时，节72被径向向里挤压，使得开关管柱3能顺畅地向下运动。在坐封器40到达预定的滑套时，节72会径向向外张开并与连接套17稳定地接合，然后再使坐封器40与内套11接合，这使得开关管柱3的操作更加平稳。

此外，在开关管柱3还具有扶正器42、喷枪43。扶正器42是本领域的技术人员熟知部件，其用于使开关管柱3在压裂管柱2内居中。喷枪43也是本领域的技术人员熟知部件。当滑套未能正常打开时，可使用喷枪43对改滑套对应的套管和地层进行射孔，然后进行压裂。

由于压裂管柱2是全通径结构，因此在压裂施工时，可选择任何一个滑套进行压裂，而不影响随后对其他滑套的操作。优选地，以从上游的滑套到下游的滑套的顺序，依次压裂地层。这样可有效降低常规压裂方式在上部压裂段井筒内的积砂导致的砂堵风险，从而提高施工可靠性和安全性。

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 (8)

1.滑套，包括：

外套，在所述外套的上游部分设置有压裂孔，和

能滑动地设置在所述外套内的内套，所述内套为全通径结构，

在第一状态中，所述内套通过剪钉与外套相连并且封闭压裂孔，

在第二状态中，所述剪钉被剪断，所述内套向下游运动使得所述压裂孔打开以实施压裂施工；

所述滑套还包括设置在所述外套和内套之间的复位弹簧，所述复位弹簧仅与内套相互作用，

在所述第一状态中，所述复位弹簧未被压缩，

在所述第二状态中，所述复位弹簧被内套压缩，

在所述压裂施工结束后，所述复位弹簧驱动所述内套向上游运动并关闭所述压裂孔；

在所述内套的上游部分设置有仅允许朝向所述滑套内部打开的阀，

在所述内套封闭所述压裂孔时，所述阀对准所述压裂孔。

2.压裂工具，包括：

压裂管柱，其包括套管和布置所述套管上的多个根据权利要求1所述的滑套，在每个所述滑套的两端布置有封隔器，

能插入到压裂管柱内的开关管柱，其包括坐封器，所述坐封器能与所述内套紧密接合。

3.根据权利要求2所述的压裂工具，其特征在于，在开关管柱上所述坐封器的下游处还设置有定位器，

所述滑套还包括处于外套下游的连接套，所述定位器能与所述连接套接合。

4.根据权利要求3所述的压裂工具，其特征在于，所述连接套与所述外套为一个整体。

5.根据权利要求2到4中任一项所述的压裂工具，其特征在于，所述坐封器包括卡瓦和驱动所述卡瓦径向运动的锥套。

6.根据权利要求3或4所述的压裂工具，其特征在于，所述定位器包括定位主体和设置在所述定位主体外表面上的多个弹性肋片，所述多个弹性肋片轴向延伸并且在其中部径向向外凸起形成弹性的节。

7.压裂方法，其使用根据权利要求2所述的压裂工具，所述方法包括以下步骤，

步骤一：将所述压裂管柱下入井内，并完成固井；

步骤二：将开关管柱下入压裂管柱内，并且使坐封器与其中一个滑套的内套紧密接合，下放开关管柱，使所述滑套进入到所述第二状态，建立压裂通道，并进行压裂施工。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，以从上游的滑套到下游的滑套的顺序，依次压裂地层。

Images