CN108979592A - 一种机械开关式套管滑套及调节工具 - Google Patents

一种机械开关式套管滑套及调节工具 Download PDF

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures

Abstract

本发明公开了一种用于石油开发领域中的机械开关式套管滑套及调节工具，它包括套管上接头（1）、上接头（2）、上铰根（5）、卡爪支架（6）、滑套（7）、卡爪（8）、外套管（9）、铰节（10）、下铰根（11）、活塞（12）、缸套（13）、下接头（15）、套管下接头（16）、转接接头（17）、心轴（22）和封堵头（24）等；滑套与套管的固定采用弹性悬臂梁进行锁定，套管通孔的打开通过下放心轴推动卡爪，从而带动滑套移动，打开套管通孔。本发明具有结构简单、成本低、密封效果好、操作方便的优点，能连续开合多级套管通孔，或定段开合套管通孔；当遇到产层出水或其它特殊情况也可以通过开关工具将滑套关闭，将产层隔离。

Description

一种机械开关式套管滑套及调节工具
技术领域
本发明涉及一种石油开采技术领域，特别涉及一种油气井压裂井下工具。
背景技术
随着油气资源的不断勘探和开发，国内大部分油田已进入高回采高含水期。油气层的物性越来越差，平均产量逐年下降。随着勘探技术的不断深入和不断发展，我国对低品位、难开采油气资源的开采量也在逐年增加。
页岩气和煤层气的发展潜力巨大，还为非常规石油和天然气资源创造新的能源增长，这对油藏改造技术提出了新的挑战。套管固井和滑套分段压裂技术的出现，满足了降低运营成本、缩短施工周期、加快施工进度的要求，达到了提高油田质量和经济效益的初衷。为石油和天然气田增加产量并提高效率提供了新的想法。
套管滑套分段压裂技术与传统的水力喷射压裂、裸眼分段压裂、射孔压裂等常规压裂技术相比，套管滑套在结构和施工工艺上都与其他压裂技术有很大不同，套管压裂造缝能力更强，可实现较大的排量,提高油气井的产能,进而达到经济、高效开采的目的。因此设计一种低成本、操作简单、密封性好的套管滑套及调节工具对油气资源的开采工作具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是：克服现有套管滑套调节工具的缺点，提供了一种结构简单、价格低廉、操作方便的套管滑套及调节工具，能够实现连续或指定位置套管通孔的打开与关闭。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一套滑套调节工具主要由上接头、护套、上铰根、卡爪、卡爪支架、铰节、下铰根、活塞、缸套、压缩弹簧和下接头等组成，工作过程中，组装好两套上述调节工具，在转换接头上下两端各自安装一套。滑套锁定机构采用弹性悬臂梁结构，其锁定是利用悬臂梁上的凸台与套管上的凹槽配合从而锁定，通过开关工具带动滑套移动，从而开合外套管上开设的孔道。所设计的开关工具既能满足打开指定位置套管滑套的要求，也能满足连续打开多级滑套的要求。初始状态，卡爪在弹簧作用下处于张开状态，此时滑套将卡爪扣住；而当铰节与外套管接头接触时，外套管接头会使铰节偏转，从而带动卡爪偏转，使卡爪能够脱离滑套进入下一节套管滑套。当需要避免打开或关闭某一段滑套时，可通过往油管注入高压液体提供压力，推动缸套从而压缩弹簧，同时带动铰根移动，使卡爪收拢。
所述卡爪通过卡爪支架进行周向限位，并在其一端加工一推板,推板推动滑套挡环，从而打开或关闭通孔。
所述套管上接头、外套管和套管下接头依次通过锥螺纹连接，并在外套管上半段沿周向上开有12个均匀分布的长条形通孔，并在每一长条形通孔的同一母线下端开有两个具有一定距离的内凹槽。
所述滑套上半段为一完整的圆筒，下半段沿周向均匀分布着12根弹性悬臂粱，并在悬臂粱中部设置有凸台，滑套内圆筒两端皆设置了挡环。
所述一种机械开关式套管滑套及调节工具，推动滑套的卡爪沿心轴周向均匀安装4个。
所述心轴上设置两个挡环，上边的用于限制上铰根的轴向位移，下边的用于限制活塞的轴向位移。
所述上接头与心轴、下接头与心轴以及下接头与转接接头之间的连接采用螺纹副连接。
所述套管与滑套、上下接头与心轴、活塞与缸套、活塞与心轴、缸套与心轴以及下接头与转换接头之间采用O型圈密封。
本发明具有以下优点：本发明提出了一个全新的套管滑套调节工具设计方案，可以连续打开或关闭多级套管通孔，以及定段打开或关闭套管通孔。当遇到产层出水或其它特殊情况时也可以通过开关工具将套管滑套关闭，将产层隔离。机械式的套管滑套开关工具拥有更好可靠性，且易于检查维修。本发明具有结构简单、成本低、密封效果好、安装容易和操作方便的优点。
附图说明
图1为本发明所述的一种机械开关式套管滑套及调节工具的结构示意图。
图中:1-套管上接头、2-上接头、3-O型密封圈1、4-护套、5-上铰根、6-卡爪支架、7-滑套、8-卡爪、9-外套管、10-铰节、11-下铰根、12-活塞、13-缸套、14-压缩弹簧、15-下接头、16-套管下接头、17-转接接头、18-O型密封圈2、19-O型密封圈3、20-O型密封圈4、21-O型密封圈5、22-心轴、23-销钉、24-封堵头。
图2为卡爪收拢时局部示意图。
图3为本发明所述的外套管结构示意图。
图4为图3沿B-B截面剖面图。
图5为滑套的三维示意图。
图6为卡爪的三维示意图。
图7为活塞的三维示意图。
具体实施方式
根据附图所示，所述机械开关式套管滑套及调节工具，主要由套管上接头、上接头、护套、上铰根、卡爪支架、滑套、卡爪、外套管、铰节、下铰根、活塞、缸套、压缩弹簧、下接头、套管下接头、转接接头、心轴和封堵头等组成，其特征在于套管上接头、外套管和套管下接头依次通过锥螺纹连接，并在外套管上半段沿周向开有12个均匀分布的长条形通孔，并在每一长条形通孔的同一母线下端开有两个具有一定距离的内凹槽。卡爪通过卡爪支架进行周向限位，并在其一端加工一推板，推板推动滑套挡环，从而打开或关闭通孔。所述滑套上半段为一完整的圆筒，下半段沿周向均匀分布着12根弹性悬臂粱，并在悬臂粱中部设置有凸台，滑套内圆筒两端皆设置了挡环。所述一种机械开关式套管滑套及调节工具，推动滑套的卡爪沿心轴周向均匀安装4个。所述心轴上设置两个挡环，上边的用于限制上铰根的轴向位移，下边的用于限制活塞的轴向位移。所述上接头与心轴、下接头与心轴以及下接头与转接接头之间的连接采用螺纹副连接。初始状态弹簧处于压缩状态，从而对缸套和下铰根具有一定的推力，保证卡爪处于张开状态，以确保滑套能将卡爪扣住。当心轴内部通入一定压力油时，在液体压力作用下缸套将推动压缩弹簧，从而拉动卡爪收拢。
工作时，应首先根据工况要求，判断是需要连续打开所有的套管通孔还是打开指定位置的套管通孔，从而决定是否需要向心轴内通入压力油。当需要连续打开所有的套管通孔时，不需要向心轴内通入压力油，只需要将心轴下放，从而卡爪挡板将推动滑套挡环，从而推动滑套，打开套管通孔，当到达极限位置时铰节在套管下接头的作用下，带动卡爪收拢，使得卡爪脱离滑套挡环，以便继续打开下一套管通孔。当进入下一节套管时，铰节没有受到套管接头内壁的压迫，恢复初始状态，在弹簧的作用下，卡爪也恢复张开状态，从而继续打开下一节套管通孔。当需要打开指定位置的套管通孔时，应首先向心轴内部通入压力油，压力油通过心轴上在活塞位置开设的通孔，与缸套作用，当压力达到一定值时，将推动缸套压缩弹簧，从而带动卡爪收拢，使得卡爪在下放时，不会作用到其它位置的滑套，而当心轴下放到指定位置的套管处时，释放心轴内部压力油，从而在弹簧作用下缸套和下铰根回到初始位置，卡爪张开，从而推动滑套移动，打开套管通孔。一套滑套调节工具主要由上接头、护套、上铰根、卡爪、卡爪支架、铰节、下铰根、活塞、缸套、压缩弹簧和下接头等组成，工作过程中，组装好两套上述调节工具，在转换接头上下两端各自安装一套；从而保证心轴上提时，能够关闭套管通孔。

Claims (8)

1.一种机械开关式套管滑套及调节工具，其特征在于：该套管滑套及调节工具主要包括护套（4）、上铰根（5）、卡爪支架（6）、滑套（7）、卡爪（8）、外套管（9）、铰节（10）、下铰根（11）、活塞（12）、缸套（13）、压缩弹簧（14）、下接头（15）、转接接头（17）、心轴（22）和封堵头（24）；所述护套（4）安装在心轴上接头（2）和上铰根（5）之间，而上铰根（5）又与卡爪（8）铰连；所述卡爪（8）通过卡爪支架（6）进行周向限位；所述卡爪（8）、铰节（10）和下铰根（11）依次通过销钉铰连；所述缸套（13）外套于活塞（12）上，其上端与下铰根（11）榫接；所述心轴（22）、转接接头（17）和心轴下接头（15）依次通过螺纹副连接；所述压缩弹簧（14）安装在缸套（13）与心轴下接头（15）之间；所述套管上接头（1）、外套管（9）和套管下接头（16）依次通过锥螺纹连接，并在外套管（9）上半段沿周向上开有12个均匀分布的长条形通孔，并在每一长条形通孔的同一母线下端开有两个具有一定距离的内凹槽；所述滑套（7）上半段为一完整的圆筒，下半段沿周向均匀分布着12根弹性悬臂粱，并在每一悬臂粱中部设置有凸台，滑套（7）内圆柱两端皆设置了挡环。
2.根据权利要求1所述的一种机械开关式套管滑套及调节工具，其特征在于所述卡爪（8）下端设置有推板，推板推动滑套两端挡环，带动滑套移动。
3.根据权利要求1所述的一种机械开关式套管滑套及调节工具，其特征在于推动滑套（7）的卡爪（8）沿心轴周向均匀安装4个。
4.根据权利要求1所述的一种机械开关式套管滑套及调节工具，其特征在于一套滑套调节工具主要由上接头（2）、护套（4）、上铰根（5）、卡爪（8）、卡爪支架（6）、铰节(10)、下铰根(11)、活塞(12)、缸套(13)、压缩弹簧(14)和下接头(15)等组成，并组装好两套上述调节工具，在转换接头（17）上下两端各自安装一套。
5.根据权利要求1所述的一种机械开关式套管滑套及调节工具，其特征在于所述活塞（12）通过在心轴（22）上的挡环进行上端轴向定位。
6.根据权利要求1所述的一种机械开关式套管滑套及调节工具，其特征在于所述心轴（22）在一定的位置沿径向均匀分布4个通孔。
7.根据权利要求1所述的一种机械开关式套管滑套及调节工具，其特征在于所述铰节（10）在受到压迫时，将带动卡爪（8）绕上铰根（5）旋转一定角度。
8.根据权利要求1所述的一种机械开关式套管滑套及调节工具，其特征在于所述缸套（13）内部空间在通入压力油后，将推动弹簧（14），并带动下铰根（11）向下移动，从而使卡爪收拢。
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