CN109779591B - 一种静压动作压裂滑套 - Google Patents

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Abstract

本发明属于井下压裂施工技术领域，具体涉及一种静压动作压裂滑套。包括：自上而下连接在一起的天线短节接头、天线短节、滑套控制本体、滑套本体和滑套端接头；所述滑套控制本体包括：油箱、第一开关阀舱、控制电路舱、第一高温电池舱、第二开关阀舱、第三开关阀舱和第二高温电池舱；所述滑套本体包括：液压滑套活塞、机械滑套活塞、滑套端接头、泄油腔、液压滑套喷射孔和机械滑套喷射孔；本发明介绍了一种应用于分段压裂方面应用的静压动作压裂滑套，解决了以往滑套只能打开一次、操作不方便、成本高等问题。

Description

一种静压动作压裂滑套
技术领域
本发明属于井下压裂施工技术领域，具体涉及一种静压动作压裂滑套。
背景技术
目前分段压裂一般采用投球式分段压裂，这种压裂方式存在非全通径、投球压裂后返球困难、需要再次下钻磨铣球座、压裂时间长等弊端，逐渐难以满足市场对压裂的需求。
为此近几年国内外出现了新型的电压控制压裂滑套，该装置以电子RFID标签为在信息载体，通过无线通信的方式将指令信息传递到井下压裂滑套，从而控制滑套的开启或关闭工作，实现了井下多段压裂施工，且该装置操作工艺简单，施工段数不受限制，可获得较大通径。通过多段组合可实现油气井各段的开采控制，如中国专利CN102518420A，申请公布日为：2012年6月27日，名为《一种不限层电控压裂滑套》，该专利公布的压裂滑套结构简单、使用方便、提高了压裂效果和作业效率、具有大通径和不受压裂级数限制的特点，但该不限层电控压裂滑套下井后只能进行一次打开操作，无法实现打开后再次关闭动作，若需关闭，需要将滑套从井下提至地面再次充油后才能关闭；如中国专利CN103046917A，申请公布日期：2013年4月17日，名为《一种井下电液控制压裂滑套》，该专利公布的压裂滑套操作方便、工作效率高、能够自动控制滑套开关、具有大通径和不受压裂级数限制的特点，但该井下电液控制压裂滑套使用储能式油箱中液压油作为滑套内套筒运动动力来源，对储能式油箱结构强度要求较高，操作不方便，内套筒开关效率低；此滑套在下井前需处于关闭状态，在井下只能进行一次开关操作，不能进行多次开关操作，如需再次进行开关操作，需要将滑套从井下提至地面再次充油后才能关闭，工作量大；同时该滑套还需设置第一储油箱和第二储油箱，结构复杂；如中国专利CN106194109A，申请公布日期：2016年12月7日，名为《一种井下智能可控开关工具》，该专利公布的智能开关工具采用电动液压能源为动力，通过地面投送RFID指令标签控制工具开启关闭，具有操作简单、在井下不限开关次数、开关效率高等特点，但该工具使用电机泵等液压组件提供动力的，具有成本高结构复杂等缺点。
因此为解决目前现有技术中压裂滑套不能进行多次开关、操作不方便、开关效率低以及成本高问题，需研制一种静压动作压裂滑套。
发明内容
本发明的目的在于提供一种静压动作压裂滑套，利用管柱静压提供动力，实现液压活塞的运动，只需从井上投放相应RFID指令标签，便可代替投球等复杂操作，完成相应开关井动作，可在井下完成“打开-关闭-打开”三次动作，解决了现有技术中压裂滑套不能进行多次开关、操作不方便、开关效率低以及成本高的问题。
本发明的技术方案是：
一种静压动作压裂滑套，其特征在于，包括：自上而下连接在一起的天线短节接头、天线短节、滑套控制本体、滑套本体和滑套端接头；所述滑套控制本体包括：油箱、第一开关阀舱、控制电路舱、第一高温电池舱、第二开关阀舱、第三开关阀舱和第二高温电池舱；所述滑套本体包括：液压滑套活塞、机械滑套活塞、滑套端接头、泄油腔、液压滑套喷射孔和机械滑套喷射孔；
所述天线短节接头与天线短节密封连接；所述液压滑套活塞和机械滑套活塞安装在滑套本体中，其中液压滑套活塞和滑套本体之间形成泄油腔，在滑套本体下端开有两组喷射孔，分别为液压滑套喷射孔和机械滑套喷射孔；
所述控制电路舱中设置有RFID通信电路板和中央控制电路板。
如上所述第一高温电池舱和第二高温电池舱中安装有高温电池装。
如上所述天线短节、滑套控制本体、滑套本体与滑套端接头均为螺纹连接；两根天线线缆与控制电路舱中的RFID通信电路板相连，用于读取地面投送的RFID信息标签指令。
如上所述油箱安装在滑套控制本体内，油箱通过引压机构将管柱内静压引入，为活塞运动提供动力；所述第一开关阀舱、第二开关阀舱和第三开关阀舱分别设置在第一高温电池舱和第二高温电池舱下部；三个开关阀舱与油箱相连通，通过开关阀的开关控制油箱中液压油从不同方向进入活塞，实现活塞运动。
如上所述当液压滑套活塞处于关闭位置时，液压滑套喷射孔被液压滑套活塞封住，实现管柱内外隔绝；当液压滑套活塞处于打开位置时，液压滑套喷射孔露出，实现管柱内外沟通。
如上所述RFID通信电路板和控制电路板安装在控制电路舱中，地面投入RFID信息标签通过天线短节时，RFID通信电路板将读取RFID信息标签携带的指令信息，同时将该指令信息发送给控制电路板，控制电路板根据策略控制三个开关阀的打开或关闭。
如上所述液压滑套活塞为非对称式差动活塞，所述第一开关阀舱、第二开关阀舱和第三开关阀舱均为两位开关阀。
本发明的有益效果是：本发明介绍了一种应用于分段压裂方面应用的静压动作压裂滑套，解决了以往滑套只能打开一次、操作不方便、成本高等问题。
本发明所研制的静压动作压裂滑套把平时用于门禁系统的射频卡读卡器集成到井下智能可控开关工具上，利用管柱静压提供动力，实现液压活塞的运动，只需从井上投放相应RFID指令标签，便可代替投球等复杂操作，完成相应开关井动作，可在井下完成“打开-关闭-打开”三次动作，满足压裂需求，同时为了保证产品开关的可靠性，压裂滑套同时也具有机械滑套功能，当液压滑套开关失效时，可通过地面下入提拉工具开关机械滑套，从而实现压裂滑套的开启或关闭。
附图说明
图1、图2为本发明所述的一种静压动作压裂滑套结构两个方向示意图。
其中：1-天线端接头、2-天线短节、3-滑套控制本体、4-油箱、5-滑套本体6-液压滑套活塞、7-机械滑套活塞、8-滑套端接头、9-泄油腔、10-第一开关阀、11-控制电路舱、12-第一高温电池、13-第二开关阀、14-液压滑套喷射孔、15-机械滑套喷射孔、16-第三开关阀、17-第二高温电池
具体实施方式
下面对本发明技术进行进一步描述：
一种静压动作压裂滑套包括：天线短节接头1、天线短节2、滑套控制本体3、滑套本体5和滑套端接头8。
所述滑套控制本体3包括：油箱4、第一开关阀舱10、控制电路舱11、第一高温电池舱12、第二开关阀舱13、第三开关阀舱16和第二高温电池舱17；
所述滑套本体5包括：液压滑套活塞6、机械滑套活塞7、滑套端接头8、泄油腔9、液压滑套喷射孔14和机械滑套喷射孔15。
所述天线短节接头1与天线短节2密封连接，用于与其它工具连接；将高温电池装分别装在滑套控制本体3的第一高温电池舱12和第二高温电池舱17中，用于为控制系统提供电源。
RFID通信电路板、中央控制电路板装在滑套控制本体3的控制电路舱11中。
三个开关阀分别装在滑套控制本体3的第一开关阀舱10、第二开关阀舱13和第三开关阀舱16中；
所述液压滑套活塞6和机械滑套活塞7安装在滑套本体5中，其中液压滑套活塞6和滑套本体5之间形成的空腔为泄油腔9，在滑套本体5上开有两组喷射孔，分别为液压滑套喷射孔14和机械滑套喷射孔15。
所述天线短节2与滑套控制本体3间通过螺纹连接，天线两根线缆与控制电路舱11中的RFID通信电路板相连，用于读取地面投送的RFID信息标签指令。
所述油箱4通过引压机构将管柱内静压引入，为活塞运动提供动力，三个开关阀分别与油箱4直接或间接相连，通过开关阀的开关控制油箱4中液压油从不同方向进入活塞，实现活塞运动；
滑套控制本体3与滑套本体5螺纹连接，滑套本体5上有两排喷射孔，分别为液压滑套喷射孔14和机械滑套喷射孔15，当液压滑套活塞6处于关闭位置时，液压滑套喷射孔14被液压滑套活塞6封住，实现管柱内外隔绝；当液压滑套活塞6处于打开位置时，液压滑套喷射孔14露出，实现管柱内外沟通。
所述天线短节2位于静压动作压裂滑套的上端，用于当携带指令信息的RFID标签通过天线短节2时读取标签信息，将读取的标签信息反馈给控制系统，用于控制工具中液压滑套本体5的打开或关闭；滑套控制本体3位于静压动作压裂滑套的中间，当滑套控制本体3中的中央控制单元接收到天线短节2发送的标签指令信息后，控制系统根据指令信息，开关三个开关阀，实现高低压油腔的转换，推动液压滑套本体5中活塞运动，从而实现液压滑套本体5的开启或关闭。液压滑套活塞6为非对称式差动活塞，三个开关阀均为两位开关阀，安装状态下，电控系统控制开关阀的开关。电控系统根据天线接收到的指令，根据开关策略打开或关闭3个开关阀，实现油箱沟通液压回路，液压介质将驱动液压滑套的液压活塞运动，实现井下开-关-开正常工况。
正常工况失效后，通过井口下入开关工具开关机械滑套，实现液压滑套本体5的故障补救，从而实现开-关-开功能。工具上设置两组压裂窗口分别提供给液压滑套本体5和机械滑套使用，此方案两个滑套组件滑套分别独立动作，机械滑套实现对液压滑套异常功能的补救和切换。
所述RFID通信电路板和控制电路板安装在控制电路舱11中，地面投入RFID信息标签通过静压滑套的天线短节2时，RFID通信电路板将读取RFID信息标签携带的指令信息，同时将该指令信息发送给控制电路板，控制电路板根据策略控制三个开关阀的打开或关闭，即可实现油路的沟通，从而实现活塞运动。控制电路板具备温度、压力数据采集功能，同时具有日历时钟，可提供精准的绝对时间，用于定时休眠唤醒、定时开关等，同时具备数据存储功能。
静压动作压裂滑套在入井后，通过引压孔将管柱内静压引入油箱4中，当地面投入携带关闭指令的RFID信息标签时，标签通过静压滑套的天线短节2，RFID通信电路板将读取RFID信息标签携带的指令信息，同时将该指令信息发送给控制电路板，控制电路板根据开关策略首先打开第一开关阀10，此时油箱4中高压油通过第一开关阀10进入液压滑套活塞6一端，推动液压滑套活塞6运动，滑套本体5上的液压滑套喷射孔14露出，实现静压滑套的打开；当地面投入携带打开指令的RFID信息标签时，标签通过静压滑套的天线短节2，RFID通信电路板将读取RFID信息标签携带的指令信息，同时将该指令信息发送给控制电路板，控制电路板根据开关策略打开开关阀13，油箱4中的高压油进入液压滑套活塞6的另一端，液压滑套活塞6为差动活塞，从而推动液压滑套活塞6向相反方向运动，封堵滑套本体5上的液压滑套喷射孔14，实现静压滑套的关闭；
当再次需要打开时，控制电路板根据开关策略关闭第二开关阀13、打开开关阀16，此时液压滑套活塞6面积较大的一端与真空泄油腔9连通，而另一端仍通过第一开关阀与油箱4相连，从而推动液压滑套活塞6运动，滑套本体5上的液压滑套喷射孔14露出，实现静压滑套的打开。
当液压滑套活塞6运动失效时，即液压滑套开关失效时，可通过地面下入提拉工具提拉机械滑套活塞7实现对液压滑套开关失败的补救。当液压滑套打开失败时，下入提拉工具将提拉机械滑套活塞7，将机械滑套喷射孔15露出，实现静压滑套的开启；当液压滑套关闭失败时，下入提拉工具将提拉机械滑套活塞7，封堵液压滑套喷射孔15，实现静压滑套的关闭。
以上给出的一种静压动作压裂滑套的实施方案，用户可根据具体安装接口、空间需求及环境要求等对各部分尺寸、参数进行具体设计。可以在分段压裂等方面应用，并达到良好效果。
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (4)

1.一种静压动作压裂滑套，其特征在于，包括：自上而下连接在一起的天线短节接头(1)、天线短节(2)、滑套控制本体(3)、滑套本体(5)和滑套端接头(8)；所述滑套控制本体(3)包括：油箱(4)、第一开关阀舱(10)、控制电路舱(11)、第一高温电池舱(12)、第二开关阀舱(13)、第三开关阀舱(16)和第二高温电池舱(17)；所述滑套本体(5)包括：液压滑套活塞(6)、机械滑套活塞(7)、泄油腔(9)、液压滑套喷射孔(14)和机械滑套喷射孔(15)；
所述天线短节接头(1)与天线短节(2)密封连接；所述液压滑套活塞(6)和机械滑套活塞(7)安装在滑套本体(5)中，其中液压滑套活塞(6)和滑套本体(5)之间形成泄油腔(9)，在滑套本体(5)下端开有两组喷射孔，分别为液压滑套喷射孔(14)和机械滑套喷射孔(15)；
所述控制电路舱(11)中设置有RFID通信电路板和中央控制电路板；
所述油箱(4)安装在滑套控制本体(3)内，油箱(4)通过引压机构将管柱内静压引入，为液压滑套活塞运动提供动力；所述第一开关阀舱(10)、第二开关阀舱(13)和第三开关阀舱(16)分别设置在控制电路舱(11)、第一高温电池舱(12)和第二高温电池舱(17)下部；三个开关阀舱与油箱(4)相连通，通过开关阀的开关控制油箱(4)中液压油从不同方向进入液压滑套活塞，实现液压滑套活塞运动；
所述RFID通信电路板和中央控制电路板安装在控制电路舱(11)中，地面投入RFID信息标签通过天线短节(2)时，RFID通信电路板将读取RFID信息标签携带的指令信息，同时将该指令信息发送给中央控制电路板，中央控制电路板根据策略控制三个开关阀的打开或关闭；
当滑套控制本体(3)中的中央控制电路板接收到天线短节(2)发送的标签指令信息后，中央控制电路板根据指令信息，开关三个开关阀，实现高低压油腔的转换，推动滑套本体(5)中液压滑套活塞运动，从而实现滑套本体(5)的开启或关闭；
所述液压滑套活塞(6)为非对称式差动活塞，所述第一开关阀舱(10)、第二开关阀舱(13)和第三开关阀舱(16)的开关阀均为两位开关阀。
2.根据权利要求1所述一种静压动作压裂滑套，其特征在于：所述第一高温电池舱(12)和第二高温电池舱(17)中安装有高温电池。
3.根据权利要求1所述一种静压动作压裂滑套，其特征在于：所述天线短节(2)、滑套控制本体(3)、滑套本体(5)与滑套端接头(8)均为螺纹连接；两根天线线缆与控制电路舱(11)中的RFID通信电路板相连，用于读取地面投送的RFID信息标签指令。
4.根据权利要求1所述一种静压动作压裂滑套，其特征在于：当液压滑套活塞(6)处于关闭位置时，液压滑套喷射孔(14)被液压滑套活塞(6)封住，实现管柱内外隔绝；当液压滑套活塞(6)处于打开位置时，液压滑套喷射孔(14)露出，实现管柱内外沟通。
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