CN110552662A - 一种压裂用投球式压裂滑套 - Google Patents

一种压裂用投球式压裂滑套 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压裂用投球式压裂滑套,包括壳体和活动套,壳体上开设有若干个喷砂孔,活动套的内壁安装有球座,壳体的内壁设有导向槽,导向槽内设有弹性件,壳体内沿周向开设有若干个空腔,每个空腔内均设有转轴,转轴上均设有连动杆,连动杆的顶部均形成有插杆,插杆均穿过壳体并抵在活动套侧壁上,连动杆的底部均形成有档杆,档杆均穿过壳体并抵在弹性件的底部,活动套的侧壁上开有若干个插槽。本发明能使活动套瞬间下移所需要的压力值几乎为固定值,由此便于对压裂施工的控制,也避免了滑套出现低压过早打开或者高压打不开的情况;通过对热卷弹簧材料和尺寸的设计,一定程度上降低起裂压力,有效延长滑套的使用寿命,降低施工成本。

Description

一种压裂用投球式压裂滑套
技术领域
本发明涉及钻井设备技术领域,具体涉及一种压裂用投球式压裂滑套。
背景技术
在石油领域,压裂是指采油或采气过程中,利用水力作用,使油气层形成裂缝的一种方法,又称水力压裂。压裂是人为地使地层产生裂缝,改善油在地下的流动环境,使油井产量增加,对改善油井井底流动条件、减缓层间和改善油层动用状况可起到重要的作用。
对于大多数套管固井需要进行分段压裂,例如投球式滑套分段压裂,该方法通过投球式滑套压裂装置、裸眼封隔器、憋压球等工具来实现,其从井口投入逐级投入不同尺寸的憋压球,当憋压球落入到滑套的球座位置后,打开相应的滑套并对该层进行压裂施工,最终实现多段压裂。
传统投球式滑套均是采用剪切销钉来固定滑套,当达到压裂压力时,该层的销钉被挤毁,滑套瞬间下移,使原本被滑套遮住的喷砂孔露出,从而实现并对该层进行压裂施工。该结构存在两个缺陷:(1)滑套下移取决于销钉是否能被挤毁,而销钉被挤毁所需要的压力很难设计为固定值,因为其会受到诸多因素的影响,例如销钉材料差异、成型工艺的差异,以及销钉安装的角度、安装孔隙的大小、压裂时受力点的位置等等,这些因素不可能在施工时完全保持一致,由此同一设备,在进行不同压裂施工时的挤毁压力变化幅度较大,这显然不利于对施工的控制,例如对冲压水量的预计等,同时也可能出现低压过早打开或者高压打不开的情况。(2)销钉被挤毁需要较高的挤压力,而长时间高压、超高压压裂对滑套和套管抗内压强度、压裂井口、高压管汇以及气压入井工具管串等提出了超高的承压要求和考验,降低了压裂滑套等设备的使用寿命,提高了施工成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压裂用投球式压裂滑套,其解决了传统投球式压裂滑套的挤毁压力波动幅度较大、压裂施工难以控制的问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
一种压裂用投球式压裂滑套,包括壳体和活动套,所述壳体上开设有若干个喷砂孔,所述活动套的内壁安装有球座,所述壳体的内壁设有轴向的导向槽,所述导向槽内设有弹性件,所述活动套活动设在导向槽内且活动套底部与弹性件顶部连接,所述壳体内沿周向开设有若干个空腔,每个空腔内均设有转轴,所述转轴上均设有连动杆,所述连动杆的顶部均形成有插杆,所述插杆均穿过壳体并抵在活动套侧壁上,连动杆的底部均形成有档杆,所述档杆均穿过壳体并抵在弹性件的底部,所述活动套的侧壁上开有若干个插槽,所述插槽分别对应位于各个插杆的正上方。
进一步改进在于,
在未进行压裂时,所述活动套在弹性件的支撑下位于导向槽的最顶端,此时活动套将喷砂孔完全堵住;
在进行压裂时,所述活动套在压力作用下逐渐下移,弹性件压缩,当活动套顶部与喷砂孔顶部口沿平齐时,所有插杆恰好同时插入对应的插槽内,此时所有档杆从弹性件的底部撤开,所述弹性件和活动套沿着导向槽瞬间下移,使得喷砂孔完全露出。
进一步改进在于,所述弹性件由热卷弹簧和设在热卷弹簧底部的限位圈组成,所述热卷弹簧采用60Si2CrA、60Si2MnA或50CrVA材料制成,且热卷弹簧的线径为¢20~¢30mm。
进一步改进在于,所述档杆的内端为倾斜面,档杆通过倾斜面抵挡在弹性件的底部边缘。
进一步改进在于,所述插杆的内端嵌装有滚珠,插杆通过滚珠与活动套侧壁接触。
进一步改进在于,所述喷砂孔内设有喷嘴。
进一步改进在于,所述壳体的两端均设有接头。
本发明的有益效果在于:
(1)通过热卷弹簧来支撑活动套,取代了传统的剪切销钉固定的方式,使得活动套的下移量与压力值趋于正比,且当活动套下移一定距离时,也即当压力值达到某一定值时,热卷弹簧和活动套能瞬间下移,使喷砂孔完全露出并进行喷射压裂工作,在弹簧的正常形变范围内,该方式能使活动套瞬间下移所需要的压力值几乎为固定值,由此便于对压裂施工的控制,也避免了滑套出现低压过早打开或者高压打不开的情况;
(2)能通过对热卷弹簧材料和尺寸的设计,一定程度上降低起裂压力,避免长时间高压、超高压压裂,有效延长滑套的使用寿命,降低施工成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为图1中的A-A剖面图;
图3为本发明在活动套恰好可以下移时的状态图;
图4为本发明在喷砂孔完全露出时的状态图;
图中:1、壳体;2、活动套;3、喷砂孔;4、球座;5、导向槽;6、空腔;7、转轴;8、连动杆;9、插杆;10、档杆;11、插槽;12、热卷弹簧;13、限位圈;14、滚珠;15、喷嘴;16、接头。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述,有必要在此指出的是,以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明,不能理解为对本申请保护范围的限制,该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
结合图1至图2所示,一种压裂用投球式压裂滑套,包括壳体1和活动套2,壳体1上开设有若干个喷砂孔3,活动套2的内壁安装有球座4,壳体1的内壁设有轴向的导向槽5,导向槽5内设有弹性件,活动套2活动设在导向槽5内且活动套2底部与弹性件顶部连接,壳体1内沿周向开设有若干个空腔6,一般为六个空腔6,沿壳体1圆周方向均匀分布,每个空腔6内均设有转轴7,转轴7上均设有连动杆8,连动杆8的顶部均形成有插杆9,插杆9均穿过壳体1并抵在活动套2侧壁上,连动杆8的底部均形成有档杆10,档杆10均穿过壳体1并抵在弹性件的底部,活动套2的侧壁上开有若干个插槽11,插槽11分别对应位于各个插杆9的正上方。
其中,弹性件由热卷弹簧12和设在热卷弹簧12底部的限位圈13组成,热卷弹簧12采用60Si2CrA、60Si2MnA或50CrVA材料制成,且热卷弹簧12的线径为¢20~¢30mm,弹簧表面进行了耐腐蚀处理,其能提供形成40至100MPa的起裂压力。
档杆10的内端为倾斜面,档杆10通过倾斜面抵挡在弹性件(即限位圈13)的底部边缘。当弹性件对活动套2提供支撑力的同时,会相应的对档杆10产生向下的挤压力,而倾斜面的设计,阻挡了弹性件向下移动,且将弹性件具有将档杆10向外推动的趋势。
插杆9的内端嵌装有滚珠14,插杆9通过滚珠14与活动套2侧壁接触。滚珠14能将插杆9与活动套2之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,使插杆9对活动套2的移动不造成影响。
喷砂孔3内设有使用BurstPointTM喷嘴15,滑套在达到开启压差打开时并不会立刻与地层建立流动通道,而是在达到喷嘴15的喷射压力时才会开启,以提供更大的起始压力。
壳体1的两端均设有接头16,用于滑套与油管或其他钻具的连接。
本发明在设计上需要满足:所有插槽11的底部高度一致,所有插杆9的高度一致,所有档杆10的高度一致,且活动套2顶部与喷砂孔3顶部之间的距离等于插槽11底部与插杆9之间的距离,以满足当活动套2顶部与喷砂孔3顶部口沿平齐时,所有插杆9恰好同时插入对应的插槽11内,且档杆10同时撤开;所有插槽11的长度需要大于或等于活动套2瞬间下移的距离,以满足活动套2的正常打开。
本发明在未进行压裂时,档杆10通过倾斜面抵挡在弹性件(即限位圈13)的底部边缘,使弹性件保持在较高位置,虽然弹性件具有将档杆10向外推动的趋势,但是由于插杆9抵在活动套2的侧壁,连动杆8不能转动,所以档杆10无法被推开。此时状态如图1所示,活动套2在弹性件的支撑下位于导向槽5的最顶端,活动套2将喷砂孔3完全堵住。
在进行压裂时,在滑套内投入憋压球,憋压球落在球座4上,将球座4的轴向通孔堵住,再往压裂滑套内泵入水,活动套2在压力作用下逐渐下移,热卷弹簧12压缩。如图3所示,当活动套2顶部与喷砂孔3顶部口沿平齐时,所有插杆9恰好同时插入对应的插槽11内,此时连动杆8具有了转动的空间,所有档杆10在弹性件的挤压下,从弹性件的底部向周围撤开,弹性件和活动套2沿着导向槽5瞬间下移,落到导向槽5的最低端,使得喷砂孔3完全露出,此时状态如图4所示。由于空间瞬间变大,压强有所降低,而喷嘴15使得滑套在达到开启压差打开时并不会立刻与地层建立流动通道,以提供更大的起始压力。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种压裂用投球式压裂滑套,包括壳体(1)和活动套(2),所述壳体(1)上开设有若干个喷砂孔(3),所述活动套(2)的内壁安装有球座(4),其特征在于:所述壳体(1)的内壁设有轴向的导向槽(5),所述导向槽(5)内设有弹性件,所述活动套(2)活动设在导向槽(5)内且活动套(2)底部与弹性件顶部连接,所述壳体(1)内沿周向开设有若干个空腔(6),每个空腔(6)内均设有转轴(7),所述转轴(7)上均设有连动杆(8),所述连动杆(8)的顶部均形成有插杆(9),所述插杆(9)均穿过壳体(1)并抵在活动套(2)侧壁上,连动杆(8)的底部均形成有档杆(10),所述档杆(10)均穿过壳体(1)并抵在弹性件的底部,所述活动套(2)的侧壁上开有若干个插槽(11),所述插槽(11)分别对应位于各个插杆(9)的正上方。
2.根据权利要求1所述的一种压裂用投球式压裂滑套,其特征在于:
在未进行压裂时,所述活动套(2)在弹性件的支撑下位于导向槽(5)的最顶端,此时活动套(2)将喷砂孔(3)完全堵住;
在进行压裂时,所述活动套(2)在压力作用下逐渐下移,弹性件压缩,当活动套(2)顶部与喷砂孔(3)顶部口沿平齐时,所有插杆(9)恰好同时插入对应的插槽(11)内,此时所有档杆(10)从弹性件的底部撤开,所述弹性件和活动套(2)沿着导向槽(5)瞬间下移,使得喷砂孔(3)完全露出。
3.根据权利要求1或2所述的一种压裂用投球式压裂滑套,其特征在于:所述弹性件由热卷弹簧(12)和设在热卷弹簧(12)底部的限位圈(13)组成,所述热卷弹簧(12)采用60Si2CrA、60Si2MnA或50CrVA材料制成,且热卷弹簧(12)的线径为¢20~¢30mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种压裂用投球式压裂滑套,其特征在于:所述档杆(10)的内端为倾斜面,档杆(10)通过倾斜面抵挡在弹性件的底部边缘。
5.根据权利要求1或2所述的一种压裂用投球式压裂滑套,其特征在于:所述插杆(9)的内端嵌装有滚珠(14),插杆(9)通过滚珠(14)与活动套(2)侧壁接触。
6.根据权利要求1所述的一种压裂用投球式压裂滑套,其特征在于:所述喷砂孔(3)内设有喷嘴(15)。
7.根据权利要求1所述的一种压裂用投球式压裂滑套,其特征在于:所述壳体(1)的两端均设有接头(16)。
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