CN109973066A - 一种全通径固井压裂装置 - Google Patents

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周洪国
陈勇
张俊杰
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Abstract

本发明涉及一种全通径固井压裂装置。包括预置固井压裂滑套和开启工具。预置固井压裂滑套包括上接头、内滑套、外壳、下接头以及剪钉A,其中,外壳的两端分别通过螺纹与上接头、下接头联接,外壳的上部有若干压裂孔;内滑套通过剪钉A固定在外壳内部,其上端与上接头接触,且内表面设有环形槽。开启工具包括球座、定位套、压裂球、橡胶筒以及剪钉B,其中,压裂球设置于球座内部;定位套通过剪钉B与球座联接;橡胶筒设置于定位套外部,其上端与球座接触,下端与定位套接触。预置固井压裂滑套与开启工具成对配套使用。压裂施工完成后,本发明可使得井筒通径较大,利于后期生产管理,降低了压裂作业成本,提高了作业效率。

Description

一种全通径固井压裂装置
技术领域
本发明涉及一种压裂工具,尤其是固井压裂用的全通径压裂装置。
背景技术
随着非常规油气资源的大规模勘探开发,水平井分段压裂技术得到了广泛应用。其中,套管固井分段压裂技术由于单井单段改造规模大,被广泛应用于低渗油气藏、薄层油藏、页岩气以及煤层气等非常规油气藏的增产改造。固井压裂滑套作为该技术的关键工具之一,其正常开启操作将直接影响到分段压裂作业的顺利进行。固井压裂滑套常见打开方式有机械打开式和投球打开式两种。机械打开式固井压裂滑套需要下入专门的打开工具打开滑套,打开准确,能够保证套管全通径,但是打开工具起下作业占用施工时间长,而且对打开后工具密封性要求较高,增加了施工难度。而投球打开式固井压裂滑套是通过投掷低密度球或者飞镖打开滑套。在施工结束后,对于球座不可捞的滑套,分层数越多,球座直径越小,无法实现管柱内的全通径。若采用钻除作业去除井筒内的球座,则效率低,作业成本高,而且容易出现卡钻现象。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题,提供一种提高作业施工效率、成本低的全通径固井压裂装置。
其技术方案是:
一种全通径固井压裂装置,包括预置固井压裂滑套和开启工具;其中:所述预置固井压裂滑套包括上接头、内滑套、外壳、下接头以及剪钉A;其中,外壳的两端分别与上接头、下接头密封连接,外壳的上部有若干压裂孔;内滑套通过剪钉A固定在外壳内部,其上端与上接头接近或直接接触,内滑套下段内表面设有环形凹槽,内滑套与外壳构成轴向滑动密封配合;所述开启工具包括球座、定位套、压裂球、橡胶筒以及剪钉B,其中,压裂球设置于球座内;定位套通过剪钉B与球座连接,定位套与球座结合部构成轴向滑动密封配合,定位套下部设有径向伸缩的梯形凸台,梯形凸台与内滑套的环形凹槽构成限位配合;橡胶筒设置于定位套外部,其上端与球座接触,下端与定位套接触;所述开启工具与预置固井压裂滑套构成轴向插入配合;所述球座、定位套及压裂球均由自行溶解的合金材料制成;所述橡胶筒由自行溶解的橡胶材料制成。
上述方案进一步包括:
定位套的梯形凸台及上下连接段被沿周向均布的-个通孔均分为-等份。
在外壳与上接头下接头结合部、内滑套与外壳滑动配合面、定位套与球座滑动配合面均设有密封圈。
本发明的有益效果是:①压裂作业完后,球座、定位套、压裂球及橡胶筒遇到地层产出液时,随时间推移逐步溶解,井筒通径较大;②较大的井筒通径利于油气生产,利于后期测井、修井以及增产改造措施等井下作业;③无需下内管打开滑套或钻磨球座,降低了压裂作业成本,同时提高了作业效率。
附图说明
图1是本发明所述的一种全通径固井压裂装置的预置固井压裂滑套的结构示意图;
图2是图1中A-A处的剖视图;
图3是图1中B-B处的剖视图;
图4是本发明所述的一种全通径固井压裂装置的开启工具的结构示意图;
图5是图4中C-C处的剖视图;
图6是图4中D-D处的剖视图;
图7是开启工具位于与之配套的预置固井压裂滑套内时的结构示意图;
图8所示为定位套的梯形凸台与内滑套的环形凹槽构成限位配合时的结构示意图;
图9是预置固井压裂滑套打开时的结构示意图;
图10是预置固井压裂滑套实现全通径时的结构示意图;
为了清楚反应图中结构,附图1进行了横向拓宽处理,特此说明。
图1-10中,1.上接头,2.6.9.11.18.O型密封圈,3.内滑套,4.外壳,5.下接头,7.剪钉A,8.压裂孔,10.环形凹槽,12.压裂球,13.球座,14.剪钉B,15.橡胶筒,16.定位套,17.梯形凸台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
图1为预置固井压裂滑套的结构示意图,由上接头1、内滑套3、外壳4、下接头5、剪钉A7以及O型密封圈2、6、9、11组成。外壳4的上端通过螺纹与上接头1联接,并设有O型密封圈2,其下端通过螺纹与下接头5联接,并设有O型密封圈11;内滑套3通过剪钉A7固定在外壳4内部,其上端与上接头1接触,内表面设有环形凹槽10;内滑套3与外壳4之间设有O型密封圈6、9。
图2所示为内滑套3通过6个剪钉A7固定在外壳4内部。
图3所示为外壳4的上部有6个压裂孔8。
图4、图5和图6为开启工具的结构示意图,由球座13、定位套16、压裂球12、橡胶筒15、剪钉B14以及O型密封圈18组成。球座13、定位套16及压裂球12均由可溶解合金材料制成。橡胶筒15由可溶解橡胶材料制成。压裂球12设置于球座13内部;定位套16通过6个剪钉B14与球座13联接,并设有O型密封圈18;橡胶筒15设置于定位套16外部,其上端与球座13接触,下端与定位套16接触。定位套16被沿周向均布的4组通孔均分为4等份,其外表面设有沿周向分布的梯形凸台17。
本全通径固井压裂装置的工作原理为:预置固井压裂滑套随套管下入到预定位置,进行固井作业;固井完成后,从井口投入与该预置固井压裂滑套配套的开启工具;套管内打压,在液力作用下,开启工具向井底方向移动,此时定位套16的梯形凸台17处于沿径向收缩状态;当开启工具到达与之配套的预置固井压裂滑套时,定位套16的梯形凸台17会沿径向弹入内滑套3的环形凹槽10中,构成限位配合;井口打压至剪钉A7被剪断,开启工具带动内滑套3一起向下移动,直至内滑套3下端与下接头5接触,此时该预置固井压裂滑套打开;井口继续打压至剪钉B14被剪断,压裂球12推动球座13向下移动一定距离,压缩橡胶筒15,使得橡胶筒15膨胀形成密封;继续打压,压裂球12坐封,即压裂球12与球座13之间形成良好的密封,可压裂该预置固井压裂滑套对应的地层;压裂作业完成后,油气井开始生产,球座13、定位套16、压裂球12以及橡胶筒15遇到地层产出液后,10-20天内会慢慢溶解,最终管柱内形成较大通径。
图7所示为开启工具位于与之配套的预置固井滑套内部时的结构示意图,此时定位套16的梯形凸台17处于沿径向收缩状态。
图8所示为定位套16的梯形凸台17与内滑套3的环形凹槽10构成限位配合时的结构示意图,此时定位套16的梯形凸台17完全进入内滑套3的环形凹槽10中。
图9所示为压裂球12坐封时的结构示意图,剪钉A7和剪钉B14均被剪断,橡胶筒15被压缩,外壳4上的压裂孔8露出,定位套16的梯形凸台17位于内滑套3的环形凹槽10中,内滑套3下端与下接头5接触,压裂球12与球座13之间形成良好的密封。
图10所示为预置固井压裂滑套实现全通径时的状态,球座13、定位套16、压裂球12以及橡胶筒15已完全溶解。
N级预置固井压裂滑套串联使用时,由井口至井底的连接顺序为:第N级预置固井压裂滑套……第二级预置固井压裂滑套、第一级预置固井压裂滑套、压差打开滑套。各级滑套之间通过套管和接箍连接在一起。从第一级到第N级预置固井压裂滑套,内滑套3的环形凹槽10的长度按一定规律递减。与第一级到第N级预置固井压裂滑套配套的开启工具的定位套16的梯形凸台17的长度也按照相同规律递减。每投一套开启工具只能打开与之相配套的预置固井压裂滑套。
N级预置固井压裂滑套串联时的工作原理为:首先,井口打压至压差打开滑套打开,压裂此滑套对应地层;然后,从井口投入与第一级预置固井压裂滑套配套的开启工具;在液力作用下,此开启工具依次通过第N级至第二级预置固井压裂滑套,到达第一级预置固井压裂滑套时,定位套16的梯形凸台17会弹入环形凹槽10中,形成限位配合;进而打开第一级预置固井压裂滑套,可压裂该滑套对应地层;再从井口投入与第二级预置固井压裂滑套配套的开启工具,在液力作用下,此开启工具依次通过第N级至第三级预置固井压裂滑套,到达第二级预置固井压裂滑套时,定位套16的梯形凸台17会弹入环形凹槽10中,形成限位配合;从而打开第二级预置固井压裂滑套,可压裂该滑套对应地层;以此类推,最后投入与第N级预置固井压裂滑套配套的开启工具,打开第N级预置固井压裂滑套,并压裂该级滑套对应地层。压裂作业完成后,所有开启工具的球座13、定位套16、压裂球12以及橡胶筒15遇到地层产出液后,10-20天内会慢慢溶解,管柱内形成较大全通径。

Claims (4)

1.一种全通径固井压裂装置,包括预置固井压裂滑套和开启工具;其特征是:所述预置固井压裂滑套包括上接头(1)、内滑套(3)、外壳(4)、下接头(5)以及剪钉A(7);其中,外壳(4)的两端分别与上接头(1)、下接头(5)密封连接,外壳(4)的上部有若干压裂孔(8);内滑套(3)通过剪钉A(7)固定在外壳(4)内部,其上端与上接头(1)接近或直接接触,内滑套(3)下段内表面设有环形凹槽(10),内滑套(3)与外壳(4)构成轴向滑动密封配合;所述开启工具包括球座(13)、定位套(16)、压裂球(12)、橡胶筒(15)以及剪钉B(14),其中,压裂球(12)设置于球座(13)内;定位套(16)通过剪钉B(14)与球座(13)连接,定位套(16)与球座(13)结合部构成轴向滑动密封配合,定位套(16)下部设有径向伸缩的梯形凸台(17),梯形凸台(17)与内滑套(3)的环形凹槽(10)构成限位配合;橡胶筒(15)设置于定位套(16)外部,其上端与球座(13)接触,下端与定位套(16)接触;所述开启工具与预置固井压裂滑套构成轴向插入配合;所述球座(13)、定位套(16)及压裂球(12)均由自行溶解的合金材料制成;所述橡胶筒(15)由自行溶解的橡胶材料制成。
2.根据权利要求1所述的全通径固井压裂装置,其特征是:定位套(16)的梯形凸台(17)及上下连接段被沿周向均布的3-6个通孔均分为3-6等份。
3.根据权利要求2所述的一种全通径固井压裂装置,其特征是: 在外壳(4)与上接头(1)下接头(5)结合部、内滑套(3)与外壳(4)滑动配合面、定位套(16)与球座(13)滑动配合面均设有密封圈。
4.根据权利要求1或2、3所述的全通径固井压裂装置,其特征是:预置固井压裂滑套为多级串联结构,即一级预置固井压裂滑套与二级至N级预置固井压裂滑套依次串联组成,其中N为正整数,第一级预置固井压裂滑套至第N级预置固井压裂滑套的内滑套(3)上环形凹槽(10)由大至小逐渐递减,对应一级至N级开启工具的定位套(16)上梯形凸台(17)由大至小逐渐递减。
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