CN109138854B - 一种压裂短节和包含其的压裂管柱 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种压裂短节和包含其的压裂管柱，该压裂短节包括外筒，在所述外筒的壁上构造有压裂孔；设置在所述外筒的内腔中的内筒，在初始状态下，所述内筒与所述外筒固定连接并封堵所述压裂孔，在所述内筒的内腔中注入压力液的时候，所述内筒受到压力液的合力向下以促动所述内筒下移并露出所述压裂孔，具有该压裂短节的压裂管柱以能容易地实现全通径。

Description

一种压裂短节和包含其的压裂管柱

技术领域

本发明涉及油气井井下工具技术领域，具体涉及一种压裂短节和包含其的压裂管柱。

背景技术

多级压裂短节分段压裂技术是近年来油气井工程技术领域发展迅速的一项新兴的完井技术，作为非常规油气资源开采的一种重要手段，主要应用于页岩气和低渗透油产层的定向井、水平井的压裂增产改造。

随着油气藏勘探开发的推进，储层改造压裂技术朝着多极化、后期改造简单、快捷等方向发展。但是，现有技术中的滑套常常需要借助球或者专有开启工具来协助完成开启动作，不能或很难实现全通径等功能，从而，影响后期其它工具的下入操作。

因此，需要一种压裂短节和包含其的压裂管柱以能容易地实现全通径。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种压裂短节和包含其的压裂管柱。利用该压裂短节不需要投球或者下入其它开启工具也能使得内筒下移而露出压裂孔，以备后续压裂操作。

根据本发明的一方面，提出了一种压裂短节，包括：

外筒，在外筒的壁上构造有压裂孔，

设置在外筒的内腔中的内筒，

在初始状态下，内筒与外筒固定连接并封堵压裂孔，在内筒的内腔中注入压力液的时候，内筒受到压力液的合力向下以促动内筒下移并露出压裂孔。

在一个实施例中，内筒的有效上端面面积大于内筒的有效下端面面积。

在一个实施例中，内筒包括主体和由主体向上端延伸的延伸部，该延伸部构造为能密封式延伸到设置在外筒的内腔中的第一腔内，第一腔与外界选择性连通。

在一个实施例中，在外筒的上端设置第一上接头，在外筒的内腔中设置与第一上接头固定连接的内套，在内套的下端设置位于内套和外筒之间的第一内环，第一内环与外套形成第一腔。

在一个实施例中，在外筒与第一上接头之间设置第二内环并与位于第二内环下端的第一内环形成能与第一腔连通的第二腔，在第二腔所对应的外筒的壁上设置连通内外的流通孔，在第二腔内设置滑块以选择性封堵流通孔，滑块的下端面能与第一内环的上端面抵接，在滑块和第二内环之间设置第一弹性件。

在一个实施例中，内套与第一上接头和第二内环形成与内套的内腔连通的第三腔，在第三腔内的下端设置用于使第二腔向第三腔单向导通的单向密封环，在单向密封环和第一上接头之间设置第二弹性件。

在一个实施例中，在内筒的外壁上嵌设有弹性锁定片，在从上到下的方向上，在外筒的内壁上轴向间隔式设置有能与弹性锁定片配合的关闭锁定槽、初始容纳槽和开启锁定槽。

根据本发明的另一方面，提出一种压裂管柱，包括上述的压裂短节和设置在压裂短节的下端的投球式关闭滑套。

在一个实施例中，投球式关闭滑套具有：

筒状的本体，在本体的壁上构造有循环孔，

设置在本体的内腔中的内滑套，

设置在内滑套的内腔中的球座，

其中，在初始状态下，内滑套与本体固定连接，在向内滑套的内腔中投球封堵球座并泵压力液后，内滑套下移并封堵循环孔。

在一个实施例中，在本体的下端固定第二下接头，在第二下接头上设置过流通道，本体的内腔向过流通道能够单向导通。

与现有技术相比，本发明的优点在于，在向该压裂短节的内腔注入压力液后，压力液在内筒上产生向下的合力以推动内筒下移，从而露出压裂孔，避免在压裂短节内设置球座等部件，从而有助于实现压裂管柱的全通径。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的初始状态下的压裂短节；

图2为来自图1的A处放大图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的开启状态下的压裂短节；

图4显示了根据本发明的一个实施例的关闭状态下的压裂短节；

图5显示了根据本发明的一个实施例的压裂管柱；

图6显示了根据本发明的一个实施例的投球式关闭滑套；

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绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的压裂短节100。如图1所示，该压裂短节100包括外筒13和内筒14。其中，在外筒13的壁上构造有连通内外的压裂孔22，以用于压裂操作。内筒14设置在外筒13的内腔中。在初始状态下，内筒14与外筒13固定连接并封堵压裂孔22。在向内筒14的内腔中注入压力液的时候，内筒14受到压力液的合力向下，以推动内筒14相对应外筒13下移并露出压裂孔22，如图3所示。该压裂短节100利用了液压力推动内筒14，避免设置球座等部件，很容易实现压裂短节100的内腔的全通径。

优选地，内筒14通过第一剪切销钉15设置在外筒13上。在内筒14受到向下的力后，第一剪切销钉15被剪断，而内筒14能相对于外筒13进行移动。这种结构简单，易于实现。

在一个实施例中，内筒14的有效上端面面积大于有效下端面面积。通过这种设置在内筒14的内腔中泵送压力液的时候，压力液作用在内筒14的有效上端面上所述产生的压力与作用在内筒14的有效下端面上所产生的压力具有压力差，而这种合力方向向下以推动内筒14。在力作用下，第一剪切销钉15被剪断，内筒14实现下移并露出压裂孔22。

需要说明的是，上述所说的有效上端面面积指的是各能够受到向下的液压力的表面在径向方向投影的面积的和，也就是，平行于径向的上端面面积加上与径向呈一定夹角的与上相对的斜面在径向投影的面积。同理地，所说的有效下端面面积指的是各能够受到向上的液压力的表面在径向方向投影的面积的和。例如，本申请中的内筒14的外侧面构造有槽44以使得内筒14的上端和下端的厚度不同，同时，在内筒14的外侧面的槽44的两端分别构造有第一密封圈17，而两第一密封圈17之间的内筒14的外侧不会接触压力液，从而不会产生压力。而在上端，有效上端面面积为延伸部51的上端面(包括两个倒角斜面)和斜坡面52在径向方向投影的面积的和。而在下端，有效下端面面积为内筒14的下端面(包括两个倒角面)径向方形投影的面积的和。

在内筒14的内壁上设置定位槽21。通过这种设置，可以实现内筒14的反复关闭和开启。具体地，当需要关闭内筒14的时候，可以通过连续油管下入关闭工具，该关闭工具能与定位槽21配合并锁定。在上提连续油管的过程中，内筒14向上移动。反之，当需要开启内筒14的时候，可以通过连续油管下入开启工具，该开启工具能与定位槽21配合并锁定。在下压连续油管的过程中，内筒14向下移动。

为了保证内筒14在关闭后能稳定地处在关闭位置，则应消除有效上端面面积与有效下端面面积之间的面积差，以避免产生向下的合力而推动内筒14下移。具体地，内筒14包括主体和由主体向上端延伸的延伸部51。如图4所示，在内筒14关闭后，该延伸部51能密封式延伸到设置在外筒13的内腔中的第一腔20内。而第一腔20与外界选择性连通。也就是，内筒14上移，延伸部51进入到第一腔20内后，第一腔20与外界连通，使得延伸部51的有效上端面上没有压力液作用。此时，作用在斜坡面52上的向下的力不会大于作用在内筒14下端面上的力。从而，内筒14会稳定地处在该位置封堵压裂孔22，以保证压裂管柱60的其它操作的安全。

在一个具体的实施例中，如图2所示，在外筒13的上端设置第一上接头1。在外筒13的内腔中设置内套9。内套9与第一上接头1固定连接，且与外筒13在径向上间隔一定距离。在内套9和外筒13之间设置第一内环10。第一内环10与内套9固定连接，且在径向上第一内环10与外筒13间隔以形成第一腔20。在内套9和外筒13之间设置第二内环5。第二内环5与第一上接头1固定连接，以在内套9和外筒13之间的第一内环10和第二内环5之间形成第二腔6。同时，在第二内环5的上端的内套9和第一上接头1之间形成第三腔3。在径向上，第二内环5与内套9具有间隙26，用于连通第二腔6和第三腔3。而第三腔3通过设置在内套9上的缝隙27与内套9的内腔连通。

在第二腔6所对应的外筒13的壁上设置连通内外的流通孔19。在第二腔6内设置滑块7以选择性封堵流通孔19。滑块7的下端面能与第一内环10的上端面抵接。在滑块7和第二内环5之间设置第一弹性件8。优选地，第一弹性件8可以为弹簧。在初始状态下，滑块7封堵流通孔19。在关闭过程中，内筒14上移，延伸部51从下向上插入到第一腔20内，并压缩第一腔20内的液体而产生对滑块7向上的液压力。在这种液压力作用下，滑块7向上运动并压缩第一弹性件8。直到流通孔19露出，以通过第二腔6连通第一腔20和外界。此时，第一腔20内的液体通过流通孔19流出。从而，延伸部51的上端面不会受到液压力，以保证关闭的内筒14的稳定性。

需要说明的是，在组装过程中，可以在第二腔6内预设液体，以保证压裂短节100在下入过程中，滑块7不会上移并一直处于封堵流通孔19的状态。

在第三腔3内设置单向密封环4，以保证液体只能从第二腔6流到第三腔3，而避免液体从第三腔3流到第二腔6。单向密封环4设置在第三腔3的下端。而在第三腔3内还设置有第二弹性件35。优选地，第二弹性件35为弹簧。在滑块7上移过程中，第二腔6的容积变小，其中的液体通过间隙26，推动单向密封环4运动(此时第二弹性件35受压缩)并进入到第三腔3内，最终由缝隙27流出第三腔3。这种设置方式能为第二腔6起到泄压的作用，能保证滑块7不会被锁定，由此保证了关闭的内筒14的稳定性。

在一个实施例中，在内筒14的外壁上嵌设有弹性锁定片16。同时，在外筒13的内壁上设置关闭锁定槽23、初始容纳槽36和开启锁定槽24。在从上到下的方向上，关闭锁定槽23、初始容纳槽36和开启锁定槽24在轴向上间隔式设置。在初始位置的时候，弹性锁定片16嵌入到初始容纳槽36中，此时，第一剪切销钉15起限定内筒14的作用。初始容纳槽36主要起容纳弹性锁定片16的作用。在内筒14受到向下的压力的时候，弹性锁定片16由初始容纳槽36内径向收缩，并跟随内筒14下移，当到达开启锁定槽24的位置处，弹性锁定片16在自身弹力的作用下，嵌入到开启锁定槽24中，起到限定内筒14的作用。在内筒14上提过程中，弹性锁定片16径向收缩，并跟随内筒14上移，当到达关闭锁定槽23的位置处，弹性锁定片16在自身弹力的作用下，嵌入到关闭锁定槽23中，起到限定内筒14的作用。从而，在内筒14需要反复关闭和开启的过程中，弹性锁定片16可以分别嵌入到关闭锁定槽23或开启锁定槽24中，起到限定内筒14的作用。优选地，关闭锁定槽23、初始容纳槽36和开启锁定槽24均构造为轴向截面为梯形的槽，以方便弹性锁定片16跨越。

该压裂短接100还包括设置在外筒13下端的第一下接头18，以用于与其它部件连接。如图1和2所示，本申请中，压裂短接100还包括设置在各内腔和各腔两端的密封件，以起密封各内腔和各腔的作用。例如，在第一内环10的径向内侧设置有密封圈11以在内套9和第一内环10之间形成密封，防止漏液。而在第一内环10的径向外侧设置有密封圈12以在第一内环10和内筒14之间形成密封，防止漏液。

本发明还涉及压裂管柱60。如图5所示，在从上到下的方向上，压裂管柱60包括循环滑套101、封隔器102、开关滑套103、压裂短节100和投球式关闭滑套104。其中，可以设置多个开关滑套103，并保证各开关滑套103的两端均有封隔器102。

如图6所示，投球式关闭滑套104具有本体3’、内滑套5’和球座2’。本体3’呈筒状。且在本体3’的壁上构造有循环孔10’，以实现正反洗井操作。内滑套5’设置在本体3’的内腔中。球座2’设置在内滑套5’的内腔中。在初始状态下，内滑套5’通过第二剪切销钉6’与本体3’固定连接。在向内滑套5’的内腔中投球封堵球座2’并泵压力液后，内滑套5’下移并封堵循环孔10’，以备完成后续压裂等操作而防止漏液。

优选地，在本体3’的下端固定第二下接头9’。在第二下接头9’上设置过流通道11’。本体3’的内腔与过流通道11’能够由本体3’的内腔到过流通道11’方向单向导通。也就是在本体3’的内腔与过流通道11’之间设置包括堵塞球7’和阀弹簧8’的单向阀组件。在循环洗井过程中，如果内滑套5’中的液体压力过大，则有可能施加于堵塞球7’上，而堵塞球7’压缩阀弹簧8’，以使得本体3’的内腔与过流通道11’连通，从而完成泄压的目的。通过设置单向阀组件可防止液体进入到本体3’的内腔中，有助于实现内滑套5’的正常关闭。

投球式关闭滑套104还包括上接头1’，以用于与其它工具连接。需要说明的是，可以根据需要设置密封件。例如，在内滑套5’和本体3’之间设置密封环4’，以实现两者之间的密封。

下面根据图1到6详细描述下面压裂管柱60的工作过程。

首先，将压裂管柱60下入到位。此时，循环孔10’处于开启状态，则可以利用投球式关闭滑套104进行正反洗井操作。

在洗井操作完成后，向压裂管柱50的内腔投入球。球作用在球座2’上，以封堵内滑套5’的内腔通道。向内滑套5’的内腔中泵送压力液，在压力作用下，内滑套5’剪断第二剪切销钉6’并下移以封堵循环孔10’，以备后续压裂操作。

然后，向压裂管柱60内继续泵送压力液。待到达一定压力值的时候，压裂管柱60的封隔器102均坐封，以实现分隔所有层位。

最后，提高压裂管柱50内的压力，使得压裂短节100内的内筒14下移，以露出压裂孔22，则可以进行第一段压裂操作。在后续中，可以通过操作开关滑套103等对其它段进行压裂。

如果需要针对勘探井进行完井试气等操作，可以关闭或开启压裂短节100内的内筒14而封闭或打开压裂孔22，以进行不同层位的单独测试。

本申请中，方位用语“上”、“下”与压裂短节100的实际工作方位为参照。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种压裂短节，其特征在于，包括：

外筒，在所述外筒的壁上构造有压裂孔，

设置在所述外筒的内腔中的内筒，

在初始状态下，所述内筒与所述外筒固定连接并封堵所述压裂孔，在所述内筒的内腔中注入压力液的时候，所述内筒受到压力液的合力向下以促动所述内筒下移并露出所述压裂孔，

所述内筒的有效上端面面积大于所述内筒的有效下端面面积，

所述内筒包括主体和由主体向上端延伸的延伸部，该延伸部构造为能密封式延伸到设置在所述外筒的内腔中的第一腔内，所述第一腔与外界选择性连通，

在所述外筒的上端设置第一上接头，在所述外筒的内腔中设置与所述第一上接头固定连接的内套，在所述内套的下端设置位于所述内套和所述外筒之间的第一内环，所述第一内环与所述外筒形成所述第一腔。

2.根据权利要求1所述的压裂短节，其特征在于，在所述外筒与所述第一上接头之间设置第二内环并与位于所述第二内环下端的所述第一内环形成能与所述第一腔连通的第二腔，在所述第二腔所对应的所述外筒的壁上设置连通内外的流通孔，在所述第二腔内设置滑块以选择性封堵所述流通孔，所述滑块的下端面能与所述第一内环的上端面抵接，在所述滑块和所述第二内环之间设置第一弹性件。

3.根据权利要求2所述的压裂短节，其特征在于，所述内套与所述第一上接头和所述第二内环形成与所述内套的内腔连通的第三腔，在所述第三腔内的下端设置用于使所述第二腔向所述第三腔单向导通的单向密封环，在所述单向密封环和所述第一上接头之间设置第二弹性件。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的压裂短节，其特征在于，在所述内筒的外壁上嵌设有弹性锁定片，在从上到下的方向上，在所述外筒的内壁上轴向间隔式设置有能与所述弹性锁定片配合的关闭锁定槽、初始容纳槽和开启锁定槽。

5.一种压裂管柱，其特征在于，包括根据权利要求1到4中任一项所述的压裂短节和设置在所述压裂短节的下端的投球式关闭滑套。

6.根据权利要求5所述的压裂管柱，其特征在于，所述投球式关闭滑套具有：

筒状的本体，在所述本体的壁上构造有循环孔，

设置在所述本体的内腔中的内滑套，

设置在所述内滑套的内腔中的球座，

其中，在初始状态下，所述内滑套与所述本体固定连接，在向所述内滑套的内腔中投球封堵所述球座并泵压力液后，所述内滑套下移并封堵所述循环孔。

7.根据权利要求6所述的压裂管柱，其特征在于，在所述本体的下端固定第二下接头，在所述第二下接头上设置过流通道，所述本体的内腔向所述过流通道能够单向导通。

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