CN109296348A - 延时开启趾端滑套 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种延时开启趾端滑套，滑套的上壳体上端和下端分别与上接头外壁和中间接头外壁固定连接且密封配合，下壳体上端和下端分别与中间接头外壁和下接头外壁固定连接且密封配合，上中心管上端与上接头内壁密封配合，下端与中间接头内壁固定连接且密封配合，下中心管上端与中间接头内壁固定连接且密封配合，下端与下接头内壁密封配合；上延时机构设置在中间接头上端，开启机构设置于中间接头内部；上壳体径向设置有压裂外口，上中心管对应压裂外口沿径向设置有压裂内口，压裂外口和压裂内口之间通过上延时机构的开启活塞封闭。采用本发明能有效解决现有技术中所存在的趾端滑套开启压力误差范围苛刻以及开启成功率低等技术问题。

Description

延时开启趾端滑套

技术领域

本发明涉及一种延时开启趾端滑套，用于实现页岩气井首段压裂改造，属于石油天然气工业井下作业工具的制造技术领域。

背景技术

目前页岩气井首段压裂改造方式有两种：一种是连续油管传输射孔；另一种是趾端滑套。连续油管传输射孔方式技术成熟可靠，但施工时效低，在超长水平井中下入受限；趾端滑套方式直接憋压开启，施工时效高，不受水平段长度的限制。趾端滑套相对于连续油管传输射孔方式具有作业时效高、成本低、风险小、作业深度不受限等优势，但由于趾端滑套技术不成熟，开启成功率低，目前页岩气首段压裂通道仍以连续油管传输射孔为主。由于页岩气藏渗透率极低，页岩气产量与钻井数量和压裂规模密切相关，随着钻井技术的不断进步，超长水平段（2500米以上）水平井将是高效开发页岩气的发展趋势，连续油管传输射孔方式已不能满足深层、超长水平井首段压裂射孔需求。

现有趾端滑套技术开启成功率低，其主要存在以下技术缺陷：

1、国内页岩气井压裂施工前需要全井试压90MPa以检验井筒密封性，目前国内使用地面高压管汇承压等级为15000psi，施工时最高限压不允许超过100MPa，因此，现有趾端滑套开启泵压只能在90-100MPa范围内，允许开启压力误差范围苛刻。

2、现有趾端滑套大部分采用破裂盘破裂的方式开启，水泥浆凝固后对其开启压力有较大影响，致使趾端滑套开启成功率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种延时开启趾端滑套。采用本发明能有效解决现有技术中所存在的趾端滑套开启压力误差范围苛刻以及开启成功率低等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种延时开启趾端滑套，包括上接头、上壳体、上延时机构、上中心管、中间接头、开启机构、下中心管、下壳体和下接头，上壳体上端和下端分别与上接头外壁和中间接头外壁固定连接且密封配合，下壳体上端和下端分别与中间接头外壁和下接头外壁固定连接且密封配合，上中心管上端与上接头内壁密封配合，下端与中间接头内壁固定连接且密封配合，下中心管上端与中间接头内壁固定连接且密封配合，下端与下接头内壁密封配合；上延时机构设置在中间接头上端，且位于上壳体与上中心管之间，开启机构设置于中间接头内部；上壳体径向设置有压裂外口，上中心管对应压裂外口沿径向设置有压裂内口，压裂外口和压裂内口之间通过上延时机构的开启活塞封闭；当井筒液体达到设定压力值时，开启机构启动带动上延时机构启动，经过设定时长后推动开启活塞移动直至压裂外口与压裂内口相通。

本发明还包括下延时机构，下延时机构设置在中间接头下端，且位于下壳体与下中心管之间，下壳体沿径向设置有压裂外口，下中心管上对应压裂外口沿径向设置有压裂内口，压裂外口和压裂内口之间通过下延时机构的开启活塞封闭；当井筒液体达到设定压力值时，开启机构启动带动下延时机构启动，经过设定时长后推动下延时机构的开启活塞移动直至压裂外口与压裂内口相通。

所述上延时机构和下延时机构结构相同，上延时机构结构包括开启空气腔、开启活塞、延时腔和阻尼嘴，开启活塞通过开启剪钉固定在中心管上，且分别与上壳体和上中心管密封配合，阻尼嘴与中间接头通过螺纹同轴连接且密封配合；开启空气腔为中心管与壳体之间的间隙，且位于开启活塞和阻尼嘴之间；延时腔为中心管与壳体之间的间隙，且位于开启活塞与接头之间。

所述中间接头径向设置有控制孔，轴向设置有传压孔，且控制孔与传压孔连通。

所述开启机构包括密封塞和控制活塞，密封塞与中间接头通过螺纹径向连接，且与控制孔密封配合，控制活塞通过控制剪钉固定于密封塞内部，且与密封塞内壁密封配合；当控制剪钉剪断，开启机构启动时，控制活塞运动至密封塞底部，液体流入传压孔经过阻尼嘴流入延时腔中。

所述控制孔内设置有过流环形槽，控制活塞运动至密封塞底部时，控制活塞与密封塞的密封配合处下移，液体依次通过控制活塞与密封塞之间的间隙和剪钉孔间隙进入过流环形槽，再通过密封塞与控制孔间的间隙流入传压孔。

所述密封塞上设置有径向过流孔，过流孔与过流环形槽连通，控制活塞运动至密封塞底部时，液体依次通过控制活塞与密封塞之间的间隙、过流孔、过流环形槽和密封塞与控制孔间的间隙流入传压孔。

所述上中心管上端与上接头内壁同轴密封配合，下端与中间接头通过螺纹同轴连接且密封配合，下中心管上端与中间接头通过螺纹同轴连接且密封配合，下端与下接头内壁同轴密封配合。

所述上延时机构与下延时机构对称设置于中间接头两端，下壳体与上壳体结构相同，下中心管与上中心管结构相同。

所述密封塞一端封闭，另一端贯通，贯通端与井筒内腔连通。

采用本发明的优点在于：

1、开启机构采用活塞式结构代替破裂盘结构，使其具有隔离水泥浆功能，减小了开启压力误差，降低了水泥浆凝固后对趾端滑套开启压力的影响。

2、延时机构可在低于试压压力下启动，通过一段延时过程打开滑套，扩大了趾端滑套开启压力允许误差范围，提高了开启成功率。

3、采用双作用延时机构结构方案，可开启两个压裂通道，且互不影响，提高了开启成功率。

4、本发明用于实现页岩气井首段压裂改造，能有效解决现有技术中所存在的趾端滑套开启压力误差范围苛刻以及开启成功率低等技术问题，可有效降低页岩气开发成本，其应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明开启机构启动后的液体流向放大示意图；

图中标记为：1、上接头，2、上壳体，3、上延时机构，4、上中心管，5、中间接头，6、开启机构，7、下延时机构，8、下中心管，9、下壳体，10、下接头，11、开启空气腔，12、开启活塞，13、压裂内口，14、压裂外口，15、开启剪钉，16、延时腔，17、阻尼嘴，18、传压孔，19、控制活塞，20、密封塞，21、控制孔，22、控制剪钉。

具体实施方式

实施例1

一种延时开启趾端滑套，包括上接头1、上壳体2、上延时机构3、上中心管4、中间接头5、开启机构6、下中心管8、下壳体9和下接头10，上壳体2上端和下端分别与上接头1外壁和中间接头5外壁固定连接且密封配合，下壳体9上端和下端分别与中间接头5外壁和下接头10外壁固定连接且密封配合，上中心管4上端与上接头1内壁密封配合，下端与中间接头5内壁固定连接且密封配合，下中心管8上端与中间接头5内壁固定连接且密封配合，下端与下接头10内壁密封配合；上延时机构3设置在中间接头5上端，且位于上壳体2与上中心管4之间，开启机构6设置于中间接头5内部；上壳体2径向设置有压裂外口14，上中心管4对应压裂外口14沿径向设置有压裂内口13，压裂外口14和压裂内口13之间通过上延时机构3的开启活塞12封闭；当井筒液体达到设定压力值时，开启机构6启动带动上延时机构3启动，经过设定时长后推动开启活塞12移动直至压裂外口14与压裂内口13相通。

本发明还包括下延时机构7，下延时机构7设置在中间接头5下端，且位于下壳体9与下中心管8之间，下壳体9沿径向设置有压裂外口，下中心管8上对应压裂外口沿径向设置有压裂内口，压裂外口和压裂内口之间通过下延时机构7的开启活塞封闭；当井筒液体达到设定压力值时，开启机构启动带动下延时机构7启动，经过设定时长后推动下延时机构7的开启活塞移动直至压裂外口与压裂内口相通。

所述上延时机构3和下延时机构7结构相同，上延时机构3结构包括开启空气腔11、开启活塞12、延时腔16和阻尼嘴17，开启活塞12通过开启剪钉15固定在上中心管4上，且分别与上壳体2和上中心管4密封配合，阻尼嘴17与中间接头5通过螺纹同轴连接且密封配合；开启空气腔为中心管与壳体之间的间隙，且位于开启活塞与接头之间；延时腔为中心管与壳体之间的间隙，且位于开启活塞和阻尼嘴之间。

所述中间接头5径向设置有控制孔21，轴向设置有传压孔18，控制孔21与传压孔18连通。

所述开启机构6包括密封塞20和控制活塞19，密封塞20与中间接头5通过螺纹径向连接，且与控制孔21密封配合，控制活塞19通过控制剪钉22固定于密封塞20内部，且与密封塞20内壁密封配合；当控制剪钉22剪断，开启机构6启动时，控制活塞19运动至密封塞20底部，液体流入传压孔18经过阻尼嘴17流入延时腔16中。

所述控制孔21内设置有过流环形槽，控制活塞19运动至密封塞20底部时，控制活塞19与密封塞20的密封配合处下移，液体依次通过控制活塞19与密封塞20之间的间隙和剪钉孔间隙进入过流环形槽，再通过密封塞20与控制孔21间的间隙流入传压孔18。

所述密封塞20上设置有径向过流孔，过流孔与过流环形槽连通，控制活塞19运动至密封塞20底部时，液体依次通过控制活塞19与密封塞20之间的间隙、过流孔、过流环形槽和密封塞20与控制孔21间的间隙流入传压孔18。

所述上中心管4上端与上接头1内壁同轴密封配合，下端与中间接头5通过螺纹同轴连接且密封配合，下中心管8上端与中间接头5通过螺纹同轴连接且密封配合，下端与下接头10内壁同轴密封配合。

所述上延时机构3与下延时机构7对称设置于中间接头5两端。

所述密封塞20一端封闭，另一端贯通，贯通端与井筒内腔连通。

所述下壳体9与上壳体2结构相同，下中心管8与上中心管4结构相同。

实施例2

作为本发明的最佳实施方式，如图所示，其主要包括上接头1、上壳体2、上延时机构3、上中心管4、中间接头5、开启机构6、下延时机构7、下中心管8、下壳体9和下接头10，所述上壳体2上、下端分别与上接头1、中间接头5通过螺纹同轴连接且密封配合，所述下壳体9上、下端分别与中间接头5、下接头10通过螺纹同轴连接且密封配合，所述上中心管4上端与上接头1内壁同轴密封配合，下端与中间接头5通过螺纹同轴连接且密封配合，所述下中心管8上端与中间接头5通过螺纹同轴连接且密封配合，下端与下接头10内壁同轴密封配合。所述上延时机构3与下延时机构7对称设置于中间接头5两端，并同时位于壳体与中心管之间，所述开启机构6设置于中间接头5内部。

本实施例中，上壳体2径向设置有压裂外口14，所述下壳体9与上壳体2结构相同。

本实施例中，上中心管4径向设置有压裂内口13，所述下中心管8与上中心管4结构相同。

本实施例中，中间接头5径向设置有控制孔21，轴向设置有传压孔18，所述控制孔21内设置有过流环形槽。

本实施例中，上延时机构3主要由开启空气腔11、开启活塞12、延时腔16和阻尼嘴17组成，所述开启活塞12通过开启剪钉15固定于上中心管4外表面，且同时与上壳体2和上中心管4密封配合，所述阻尼嘴17与中间接头5通过螺纹同轴连接且密封配合，所述下延时机构7与上延时机构3结构相同。

本实施例中，开启机构6主要由密封塞20和控制活塞19组成，所述密封塞20与中间接头5通过螺纹径向连接，且与控制孔21密封配合，所述控制活塞19通过控制剪钉22固定于密封塞20内部，且与密封塞20内壁密封配合。

其工作流程及原理如下：

现场施工作业进行全井筒试压，当井筒液体达到设定压力值时，控制剪钉22剪断，控制活塞19落入密封塞20底部，即开启机构6启动，液体通过过流环形槽流入传压孔18经过阻尼嘴17流入延时腔16中，即上延时机构3启动，经过设定时长，当延时腔16流体达到设定压力值时，开启剪钉15剪断，即可推动开启活塞12上移进入开启空气腔11，直至压裂外口14与压裂内口13相通，同理，下延时机构7也被启动，即趾端滑套同时开启两个压裂通道。

Claims (10)

1.一种延时开启趾端滑套，包括上接头（1）、上壳体（2）、上延时机构（3）、上中心管（4）、中间接头（5）、开启机构（6）、下中心管（8）、下壳体（9）和下接头（10），上壳体（2）上端和下端分别与上接头（1）外壁和中间接头（5）外壁固定连接且密封配合，下壳体（9）上端和下端分别与中间接头（5）外壁和下接头（10）外壁固定连接且密封配合，上中心管（4）上端与上接头（1）内壁密封配合，下端与中间接头（5）内壁固定连接且密封配合，下中心管（8）上端与中间接头（5）内壁固定连接且密封配合，下端与下接头（10）内壁密封配合；上延时机构（3）设置在中间接头（5）上端，且位于上壳体（2）与上中心管（4）之间，开启机构（6）设置于中间接头（5）内部；上壳体（2）径向设置有压裂外口（14），上中心管（4）对应压裂外口（14）沿径向设置有压裂内口（13），压裂外口（14）和压裂内口（13）之间通过上延时机构（3）的开启活塞（12）封闭；当井筒液体达到设定压力值时，开启机构（6）启动带动上延时机构（3）启动，经过设定时长后推动开启活塞（12）移动直至压裂外口（14）与压裂内口（13）相通。

2.根据权利要求1所述的延时开启趾端滑套，其特征在于：所述趾端滑套还包括下延时机构（7），下延时机构（7）设置在中间接头（5）下端，且位于下壳体（9）与下中心管（8）之间，下壳体（9）沿径向设置有压裂外口，下中心管（8）上对应压裂外口沿径向设置有压裂内口，压裂外口和压裂内口之间通过下延时机构（7）的开启活塞封闭；当井筒液体达到设定压力值时，开启机构（6）启动带动下延时机构（7）启动，经过设定时长后推动下延时机构（7）的开启活塞移动直至压裂外口与压裂内口相通。

3.根据权利要求2所述的延时开启趾端滑套，其特征在于：所述上延时机构（3）和下延时机构（7）结构相同，上延时机构（3）结构包括开启空气腔（11）、开启活塞（12）、延时腔（16）和阻尼嘴（17），开启活塞（12）通过开启剪钉（15）固定在上中心管（4）上，且分别与上壳体（2）和上中心管（4）密封配合，阻尼嘴（17）与中间接头（5）通过螺纹同轴连接且密封配合；开启空气腔为中心管与壳体之间的间隙，且位于开启活塞与接头之间；延时腔为中心管与壳体之间的间隙，且位于开启活塞和阻尼嘴之间。

4.根据权利要求3所述的延时开启趾端滑套，其特征在于：所述中间接头（5）径向设置有控制孔（21），轴向设置有传压孔（18），且控制孔（21）与传压孔（18）连通。

5.根据权利要求4所述的延时开启趾端滑套，其特征在于：所述开启机构（6）包括密封塞（20）和控制活塞（19），密封塞（20）与中间接头（5）通过螺纹径向连接，且与控制孔（21）密封配合，控制活塞（19）通过控制剪钉（22）固定于密封塞（20）内部，且与密封塞（20）内壁密封配合；当控制剪钉（22）剪断，开启机构（6）启动时，控制活塞（19）运动至密封塞（20）底部，液体流入传压孔（18）经过阻尼嘴（17）流入延时腔（16）中。

6.根据权利要求5所述的延时开启趾端滑套，其特征在于：所述控制孔（21）内设置有过流环形槽，控制活塞（19）运动至密封塞（20）底部时，控制活塞（19）与密封塞（20）的密封配合处下移，液体依次通过控制活塞（19）与密封塞（20）之间的间隙和剪钉孔间隙进入过流环形槽，再通过密封塞（20）与控制孔（21）间的间隙流入传压孔（18）。

7.根据权利要求6所述的延时开启趾端滑套，其特征在于：所述密封塞（20）上设置有径向过流孔，过流孔与过流环形槽连通，控制活塞（19）运动至密封塞（20）底部时，液体依次通过控制活塞（19）与密封塞（20）之间的间隙、过流孔、过流环形槽和密封塞（20）与控制孔（21）间的间隙流入传压孔（18）。

8.根据权利要求7所述的延时开启趾端滑套，其特征在于：所述上中心管（4）上端与上接头（1）内壁同轴密封配合，下端与中间接头（5）通过螺纹同轴连接且密封配合，下中心管（8）上端与中间接头（5）通过螺纹同轴连接且密封配合，下端与下接头（10）内壁同轴密封配合。

9.根据权利要求8所述的延时开启趾端滑套，其特征在于：所述上延时机构（3）与下延时机构（7）对称设置于中间接头（5）两端，下壳体（9）与上壳体（2）结构相同，下中心管（8）与上中心管（4）结构相同。

10.根据权利要求9所述的延时开启趾端滑套，其特征在于：所述密封塞（20）一端封闭，另一端贯通，贯通端与井筒内腔连通。