CN108691518A - 一种伞键叠层密封座式全通径可溶压裂滑套 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种伞键叠层密封座式全通径可溶压裂滑套，包括座封装置、伞键叠层密封座、封堵器、套管短接。座封装置由外壳、扩径连杆组成，扩径连杆上部放置在外壳内部，中部周向与伞键叠层密封座相接触。伞键叠层密封座由伞键层、夹层、垫圈层组成，由凹槽滑轨和凸起滑块连接装配而成。当火药座封工具启动，扩径连杆上提与外壳发生相对位移，伞键叠层密封座经凹槽滑轨导向形成最终伞键叠层密封座。伞键叠层密封座形成后，座封在套管短接上，随后利用电缆将座封装置提出井口。最后投入封堵器与伞键叠层密封座配合封堵待压裂层段，即可进行该层段压裂作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油、天然气等非常规油气藏完井工程领域，尤其是一种伞键叠层密封座式全通径可溶压裂滑套。
背景技术
非常规油气资源已经作为未来油气资源的重要接替者登上历史的舞台，但非常规油气储层均具有致密、低孔、低渗透的特征。现阶段，全通径、大排量、无限极的压裂工艺是改造非常规油气藏的有效手段。
针对这类非常规油气藏的开采，主要采用泵送桥塞与射孔联座的方法进行储层压裂。此方法虽可实现大排量、全通径、无限极压裂，但压裂完成后需钻除每一段压裂所投放的桥塞，施工风险大、效率低且作业长度受连续油管长度限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种伞键叠层密封座式全通径可溶压裂滑套,解决现有泵送桥塞存在的需要钻除桥塞复杂作业，压裂完成后可溶解掉井筒内封堵器和伞键叠层密封座，实现井筒全通径、无限极、大排量压裂，从而实现提高作业效率，降低作业成本的目的。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种伞键叠层密封座式全通径可溶压裂滑套，包括座封装置、封堵器、伞键叠层密封座和井下预置套管短接，座封装置由外壳、扩径连杆组成，扩径连杆上部的小外径段插入在外壳内部，中部大外径段的周向与伞键叠层密封座相接触，下部带有扩大外径的导向斜面；伞键叠层密封座包括由凹槽滑轨和凸起滑块依次连接并能相互滑动的伞键层、夹层和垫圈层，每一层结构均周向布置多个相同的部件单元，伞键层由多个伞键单元组合成侧面带有导向槽的筒面，伞键单元的上部为等腰三角弧面、下部为长方形弧面，伞键单元的两侧边为导向轨道，长方形弧面的下端两侧分别设置有第一凹槽滑轨，夹层由多个夹片单元组成环形，夹片单元的内壁上部开有倒三角的尖型密封槽，上端有与伞键层第一凹槽滑轨相配合连接的第一凸起滑块，下端有结构形状同第一凸起滑块的第二凸起滑块，垫圈层由多个垫圈单元组成环形，垫圈单元上部安装有与夹层第二凸起滑块配合连接的第二凹槽滑轨，第二凹槽滑轨结构形状同第一凹槽滑轨；井下预置套管短接内部有环形台阶面，座封时，伞键叠层密封座经由导向斜面进行变径动作，直至伞键叠层密封座下部垫圈层的下端面压实在环形台阶面的上端面，变径前伞键叠层密封座轮廓为不规则圆形，变径后伞键叠层密封座轮廓为一个整圆状，伞键叠层密封座扩径后，伞键层、夹层、垫圈层的外表面均靠在套管短接内壁面上，构成变径后的整圆面，整圆与套管短接内壁面形成密封面；封堵器的下部为具有导向功能的圆锥型导向面，在封堵器的外表面凸出设置有与伞键叠层密封座坐封后插入导向轨道之间空隙的两斜边为弧形的楔型导向键和直型导向键，直型导向键的顶端设置有尖型导向键，尖型导向键正好插入尖型密封槽，完成伞键叠层密封座下端的封堵，伞键叠层密封座和封堵器为可溶性材质。
所述外壳间隙配合套在扩径连杆上，外壳上端有外螺纹，与火药座封工具外套连接，扩径连杆上端有内螺纹，与火药座封工具内轴连接，座封装置在火药座封工具提供动力下，外壳固定不动，扩径连杆自下向上运动与外壳发生相对位移。
所述伞键层、夹层、垫圈层，每一层结构均周向布置3-6个部件单元。
本发明的有益效果是：
①相比于现有技术，本发明的井下预制套管短接结构简单，运行可靠；
②实现了套管全通径、无限极、大排量压裂，压裂完成后伞键叠层密封座和封堵器可溶解，无需钻塞；
③伞键叠层密封座的扩径动作简单可靠，在同类产品中首次出现。
附图说明
图1是本发明伞键叠层密封座式全通径可溶压裂滑套示意图。
图2是本发明座封装置的结构示意图。
图3是本发明伞键叠层密封座的三维结构示意图。
图4是本发明伞键叠层密封座中伞键单元的三维结构示意图
图5是本发明伞键叠层密封座中夹层单元的三维结构示意图。
图6是本发明伞键叠层密封座中垫圈层单元的三维结构示意图。
图7是本发明未变径前座封装置与伞键叠层密封座的位置关系结构示意图。
图8是本发明伞键叠层密封座变径前后的俯视对比图。
图9是本发明井下预置套管短接的结构示意图。
图10是本发明伞键叠层密封座座封在套管短接上的结构示意图。
图11是本发明伞键叠层密封座座封完成后的局部放大图
图12是本发明座封装置上提的结构示意图。
图13是本发明封堵器的三维结构示意图。
图14是本发明封堵作业完成后封堵器与伞键叠层密封座的位置关系结构示意图。
图15是本发明封堵器作业完成后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1-15所示，本发明的伞键叠层密封座式全通径可溶压裂滑套，包括座封装置I、封堵器7、伞键叠层密封座II和井下预置套管短接III，座封装置由外壳1、扩径连杆2组成，扩径连杆1上部的小外径段插入在外壳1内部，中部大外径段的周向与伞键叠层密封座相接触，下部带有扩大外径的导向斜面2-1；伞键叠层密封座包括由凹槽滑轨和凸起滑块依次连接并能相互滑动的伞键层、夹层和垫圈层，每一层结构均周向布置多个相同的部件单元，伞键层由多个伞键单元3组合成侧面带有导向槽的筒面，伞键单元3的上部为等腰三角弧面、下部为长方形弧面，伞键单元的两侧边为导向轨道3-1，长方形弧面的下端两侧分别设置有第一凹槽滑轨3-2，夹层由多个夹片单元4组成环形，夹片单元4的内壁上部开有倒三角的尖型密封槽4-1，上端有与伞键层第一凹槽滑轨3-2相配合连接的第一凸起滑块4-2，下端有结构形状同第一凸起滑块4-2的第二凸起滑块4-3，垫圈层由多个垫圈单元5组成环形，垫圈单元5上部安装有与夹层第二凸起滑块4-3配合连接的第二凹槽滑轨5-1，第二凹槽滑轨5-1结构形状同第一凹槽滑轨3-2；井下预置套管短接6内部有环形台阶面6-1，座封时，伞键叠层密封座经由导向斜面2-1进行变径动作，直至伞键叠层密封座下部垫圈层的下端面压实在环形台阶面6-1的上端面，变径前伞键叠层密封座轮廓为不规则圆形，变径后伞键叠层密封座轮廓为一个整圆状，伞键叠层密封座扩径后，伞键层、夹层、垫圈层的外表面均靠在套管短接内壁面6-2上，构成变径后的整圆面，整圆与套管短接内壁面6-2形成密封面；封堵器7的下部为具有导向功能的圆锥型导向面7-1，在封堵器7的外表面凸出设置有与伞键叠层密封座坐封后插入导向轨道3-1之间空隙的两斜边为弧形的楔型导向键7-4和直型导向键7-3，直型导向键7-3的顶端设置有尖型导向键7-2，尖型导向键7-2正好插入尖型密封槽4-1，完成伞键叠层密封座下端的封堵，伞键叠层密封座和封堵器7为可溶性材质。
所述外壳1间隙配合套在扩径连杆2上，外壳1上端有外螺纹，与火药座封工具外套连接，扩径连杆2上端有内螺纹，与火药座封工具内轴连接，座封装置在火药座封工具提供动力下，外壳1固定不动，扩径连杆2自下向上运动与外壳1发生相对位移。
所述伞键层、夹层、垫圈层，每一层结构均周向布置3-6个部件单元。
下面结合具体实施例进行说明：本实施例中，如图1所示，配套工具主要包括：密封装置I、伞键叠层密封座II、井下预置套管短接Ⅲ。座封装置(如图2所示)，包括外壳1、扩径连杆2。外壳1套在扩径连杆2上，间隙配合。外壳1上端有外螺纹，可与成熟的贝克火药座封工具外套连接；扩径连杆2上端有内螺纹，可与贝克火药座封工具内轴连接；座封装置在贝克火药座封工具提供动力下，其外壳1固定不动，扩径连杆2自下向上运动与外壳1发生相对位移。扩径连杆2下端为导向斜面2-1。伞键叠层密封座(如图3所示)，包括伞键层、夹层、垫圈层，每一层结构均周向布置3个。伞键层(如图4所示)上部有导向轨道3-1，为封堵作业进行精确导向。下部有“八”字形的凹槽滑轨3-2。夹层(如图5所示)中安装有尖型密封槽4-1，为封堵作业进行有效密封、限位。上部有第一凸起滑块4-2与伞键层第一凹槽滑轨3-2相配合连接。下部有第二凸起滑块4-3，结构形状同第一凸起滑块4-2。垫圈层(如图6所示)上部安装有“八”字形的第二凹槽滑轨5-1与夹层第二凸起滑块4-3配合连接，第二凹槽滑轨5-1结构形状同第一凹槽滑轨3-2。伞键叠层密封座未变径前，伞键叠层密封座下部垫圈层还未通过导向斜面2-1进行变径动作(如图7所示)。伞键叠层密封座变径前后的轮廓俯视图(如图8所示)。变径前，伞键叠层密封座轮廓为不规则圆形，其最大外径比套管短接6的环形台阶内径小，便于座封装置携带伞键叠层密封座通过非压裂层的套管或套管短接6；变径后的伞键叠层密封座轮廓明显大于变径前，且变径后伞键叠层密封座轮廓为一个整圆状，这是为伞键叠层密封座座封在套管短接6上做好准备。井下预置套管短接6(如图9所示)内部有环形台阶面6-1、高精度加工的套管短接内壁面6-2和摩擦带6-3。座封装置(如图10所示)到达压裂层的套管短接6后，贝克火药座封工具为座封装置提供动力，其外壳1固定不动，扩径连杆2自下向上运动从而与外壳1发生相对位移，此时伞键叠层密封座经由导向斜面2-1进行变径动作，即夹层上第一表面凸起滑块4-2、下表面第二凸起滑块4-3分别在伞键层第一凹槽滑轨3-2、垫圈层第二凹槽滑轨5-1中移动完成变径动作，伞键叠层密封座座封在套管短接台阶面6-1上；在摩擦带6-3作用下，伞键叠层密封座与套管短接内壁面6-2间摩擦力比伞键叠层密封座与座封装置间摩擦力大，在上提座封装置过程中，可以顺利将座封装置与伞键叠层密封座分离。
伞键叠层密封座扩径后(如图11所示)，伞键层、夹层、垫圈层的外缘面均靠在套管短接内壁面6-2上，构成了图8中变径后的整圆面，整圆与套管短接内壁面6-2形成密封面；虽然伞键叠层密封座扩径使伞键层、夹层、垫圈层的每一层都存在间隙，很难实现密封，但伞键层、夹层、垫圈层三层的俯视图为图8所示的完整圆形结构，加之与套管短接内壁面6-2的紧密贴合，伞键层、夹层、垫圈层之间紧密贴合，最终实现了伞键叠层密封座与套管短接6之间的密封。
伞键叠层密封座完全座封后(如图12所示)，上提电缆射孔，射孔完成后将座封装置管串提出井口，为投入封堵器7开辟通道。
封堵器7(如图13所示)圆周上具有导向功能的圆锥型导向面7-1，同时圆锥型的设计也保证了封堵器7通过井下套管接箍或短接不会发生卡顿；尖型导向键7-2通过伞键层上部轨道3-1准确进入工作位置，并最终与尖型密封槽4-1相配合完成伞键叠层密封座下端的封堵；直型导向键7-3、两斜边为弧形的楔型导向键7-4实现了变径伞键叠层密封座的进一步扩张，增加了伞键叠层密封座与套管短接间的密封力，同时完全封堵了变径伞键叠层密封座内的流道。
封堵器7完成封堵作业后，封堵器7与伞键叠层密封座的位置关系如图14所示。
封堵器7完成封堵作业后，封堵器7、伞键叠层密封座和套管短接6之间的位置关系如图15所示，此时可以开始当前层段的压裂施工。
当前层段压裂作业完成后，即可按照上述步骤实现单层重复压裂作业或下一层段的压裂作业直至完成井筒内所有压裂层段，最后可向井内注入助溶剂，待封堵器和伞键叠层密封座完全溶解后完成压裂施工。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。
Claims (3)
1.一种伞键叠层密封座式全通径可溶压裂滑套，其特征在于，包括座封装置(I)、封堵器(7)、伞键叠层密封座(II)和井下预置套管短接(III)，座封装置由外壳(1)、扩径连杆(2)组成，扩径连杆(2)上部的小外径段插入在外壳(1)内部，中部大外径段的周向与伞键叠层密封座相接触，下部带有扩大外径的导向斜面(2-1)；伞键叠层密封座包括由凹槽滑轨和凸起滑块依次连接并能相互滑动的伞键层、夹层和垫圈层，每一层结构均周向布置多个相同的部件单元，伞键层由多个伞键单元(3)组合成侧面带有导向槽的筒面，伞键单元(3)的上部为等腰三角弧面、下部为长方形弧面，伞键单元的两侧边为导向轨道(3-1)，长方形弧面的下端两侧分别设置有第一凹槽滑轨(3-2)，夹层由多个夹片单元(4)组成环形，夹片单元(4)的内壁上部开有倒三角的尖型密封槽(4-1)，上端有与伞键层第一凹槽滑轨(3-2)相配合连接的第一凸起滑块(4-2)，下端有结构形状同第一凸起滑块(4-2)的第二凸起滑块(4-3)，垫圈层由多个垫圈单元(5)组成环形，垫圈单元(5)上部安装有与夹层第二凸起滑块(4-3)配合连接的第二凹槽滑轨(5-1)，第二凹槽滑轨(5-1)结构形状同第一凹槽滑轨(3-2)；井下预置套管短接(6)内部有环形台阶面(6-1)，座封时，伞键叠层密封座经由导向斜面(2-1)进行变径动作，直至伞键叠层密封座下部垫圈层的下端面压实在环形台阶面(6-1)的上端面，变径前伞键叠层密封座轮廓为不规则圆形，变径后伞键叠层密封座轮廓为一个整圆状，伞键叠层密封座扩径后，伞键层、夹层、垫圈层的外表面均靠在套管短接内壁面(6-2)上，构成变径后的整圆面，整圆与套管短接内壁面(6-2)形成密封面；封堵器(7)的下部为具有导向功能的圆锥型导向面(7-1)，在封堵器(7)的外表面凸出设置有与伞键叠层密封座坐封后插入导向轨道(3-1)之间空隙的两斜边为弧形的楔型导向键(7-4)和直型导向键(7-3)，直型导向键(7-3)的顶端设置有尖型导向键(7-2)，尖型导向键(7-2)正好插入尖型密封槽(4-1)，完成伞键叠层密封座下端的封堵，伞键叠层密封座和封堵器(7)为可溶性材质。
2.根据权利要求1所述伞键叠层密封座式全通径可溶压裂滑套，其特征在于，所述外壳(1)间隙配合套在扩径连杆(2)上，外壳(1)上端有外螺纹，与火药座封工具外套连接，扩径连杆(2)上端有内螺纹，与火药座封工具内轴连接，座封装置在火药座封工具提供动力下，外壳(1)固定不动，扩径连杆(2)自下向上运动与外壳(1)发生相对位移。
3.根据权利要求1所述伞键叠层密封座式全通径可溶压裂滑套，其特征在于，所述伞键层、夹层、垫圈层，每一层结构均周向布置3-6个部件单元。
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